Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren minde¬ stens zweier fließfähiger Reaktionskomponenten in eine Misch¬ kammer, mit mindestens einem Behälterraum für jede Komponen¬ te, mit je einem Verdrängerelement in jedem Behälterraum, wo¬ bei in allen Behälterräumen mindestens einer Komponente das Verdrängerelement flexibel ausgebildet ist, das den dazugehö¬ rigen Behälterraum in einen Komponentenraum und in einen Hy¬ draulikraum unterteilt und das den Komponentenraum hermetisch dicht vom Hydraulikraum abtrennt, mit einer von einem Kompo¬ nenten-Vorratsbehälter in den Komponentenraum/die Komponen¬ tenräume führenden Zuleitung je Komponente, mit einer vom Komponentenraum/von den Komponentenräumen zur Mischkammer führenden Ableitung je Komponente.

Aus der US-PS 4,132,483 ist eine derartige Vorrichtung be¬ kannt. Diese bekannte Vorrichtung besteht aus jeweils einem Behälterraum mit einem Faltenbalg für jede Komponente, wobei sich in dem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Hydraulikraum jeweils ein Plungerkolben befindet, der über eine dynamische Dichtung zur Umgebung hin abgedichtet ist und wobei die bei¬ den Plungerkolben über ein gemeinsames, drehbares Joch mecha¬ nisch angetrieben werden.

Diese bekannte Vorrichtung läßt eine frei wählbare Verände¬ rung des Dosierverhältnisses während des Dosiervorganges nicht zu. Es sind zwar Vorrichtungen mit mechanisch gekoppel¬ tem Antrieb bekannt, die auch während des Dosierhubes eine Änderung des Dosierverhältnisses erlauben, jedoch ist diese mechanische Verstellung des Dosierverhältnisses sehr träge und mit einem großen Fehler behaftet. Bei größeren Dosierbe¬ hältern und bei der Hochdruckdosierung von Mehrkomponentensy¬ stemen werden die mechanisch zu übertragenden Kräfte sehr groß, so daß der bauliche Aufwand entsprechend zunimmt. Ein weiterer Nachteil liegt in der Lageveränderung der einzelnen Behälterräume zueinander, die eine starre Koppelung der Be¬ hältergehäuse nicht zuläßt. Eine starre Verrohrung der Do¬ sierbehälter ist jedoch bei Hochdruckanlagen sowohl aus tech¬ nischen, wirtschaftlichen als auch aus Sicherheitsgründen un¬ erläßlich. Die dynamische Dichtung an den Plungerkolben weist zudem, insbesondere bei größeren Durchmessern und höheren Drücken, erhebliche Reibung und ein zusätzliches Leckage-Ri¬ siko auf. Leckverluste, die auch bei einwand reier dynami¬ scher Dichtung unvermeidlich auftreten, verschieben den Hub¬ bereich der Faltenbälge fortschreitend, was zur Zerstörung der Faltenbälge führt, falls die Leckverluste nicht ständig überprüft und durch eine Leckerg nzungseinrichtung wieder dem Hydraulikraum zugeführt werden, damit das im Hydraulikraum eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen immer konstant bleibt.

Die Forderung der kunststoffverarbeitenden Industrie nach Mi¬ nimierung der Herstellkosten und ein immer höheres Qualitäts¬ niveau der Produkte machten, den Einsatz geeigneter Steu- erungs-, Regelungs- und Überwachungssysteme zwingend notwen¬ dig. Die Entwicklung der Mikroprozessortechnik und geeigneter Meßwertaufnehmer hat hier wesentliche Voraussetzungen für ei¬ ne exakte Einhub-Kolbendosierung geschaffen. Solche Dosieran¬ lagen werden beispielsweise in der EP 0 003 563, US-AS 3,908,862 und US-AS 4,008,829 beschrieben.

Nachteilig bei diesen Einhub-Kolbendosieranlaen ist, daß die Plungerkolbenpumpen dynamische Dichtungen aufweisen, die ins¬ besondere bei der Verarbeitung abrasiver und/oder korrosiver Komponenten zu fortschreitendem Pumpenverschleiß und damit zu unkontrollierter Leckage und schließlich zum Ausfall führen. Dadurch bedingt sind Produktionsunterbrechungen und hoher Wartungsaufwand, in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Komponenten, alle drei bis sechs Monate im 24-Stunden-Betrieb notwendig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ei¬ ne Vorrichtung zum Dosieren von mindestens zwei fließfähigen Reaktionskomponenten so auszubilden, daß sowohl eine lecka- ge-, reibungs- und veschleißfreie Dosierung abrasivster und/- oder korrosivster Komponenten als auch eine exakte durch Mi¬ kroprozessoren vorwähl- und steuerbare volumetrische Hydrau¬ likstromregelung der einzelnen Komponenten ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähn¬ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei mindestens einer Komponente der Hydraulikraum/die Hydraulikräume eine von einer Druckquelle ausgehende Zuleitung auf eist/aufweisen und eine vom Hydraulikraum/von den Hydraulikräumen zu einem Tank führende Ableitung vorgesehen ist und daß je Komponente eine Steuer-Regeleinrichtung vorgesehen ist, die einen in seiner Größe und Zeitdauer vorwählbaren Hydraulikstrom be¬ stimmt, der das Verdrängerelement/die Verdrängerelemente hy¬ draulisch antreibt.

Die Vorrichtung der vorgenannten Art führt zwei oder mehrere Reaktionskomponenten, beispielsweise Polyol und Isocyanat zur Bildung von Polyurethan, im richtigen Mischungsverhältnis, meistens unter hohem Druck und mit möglichst geringer Tole¬ ranz, in einer Mischkammr zusammen, wo eine chemische Reak¬ tion einsetzt. Die Hochdruckvermischung findet dabei im Mil-

lisekundenbereich statt, wobei die Dosierdrücke bis zu 250 bar und vereinzelt auch darüber betragen. Die Qualität der hergestellten Kunststoffteile ist in erster Linie abhängig von dem exakt eingehaltenen Mischungsverhältnis von Schußan- fang bis Schußende sowie von der einwand-freien Vermischung bei ungestörtem Schußanfang und Schußende. Insbesondere die Massenströme müssen bei der Vermischung wegen der Stδchiome- trie der chemischen Reaktion und wegen der reproduzierbaren Formteilgewichte konstant gehalten werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist je Komponente entweder einen oder zwei Verdrängerelemente auf, wobei mindestens eine Komponente mit entweder einem oder zwei flexiblen Verdränger¬ elementen dosiert wird und die übrigen Komponenten mit star¬ ren Verdrängerelementen, wie z.B. Plungerkolben, gefördert werden können. Vorteilhafterweise wird man jedoch alle Ver¬ drängerelemente als flexible Verdrängerelemente ausbilden, da sie aufgrund ihrer Reibungs- und Verschleißfreiheit in den meisten Fällen wesentlich langlebigere Konstruktionen ermög¬ lichen als herkömmliche Kolben. Die Einsatzbereitschaft bzw. die Lebensdauer der Vorrichtung wird weder durch Korrosion, Abrasion oder Ablagerungen beeinträchtigt. Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen werden die in der erfindungsgemä— ßen Vorrichtung vorgeschlagenen flexiblen Verdrängerelemente nicht mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit, sondern mit ei¬ nem konstanten Volumenstrom angetrieben. Die flexiblen Ver¬ drängerelemente stehen somit für eine Regelung der den Do¬ sierstrom bestimmenden Vorschubgeschwindigkeit nicht zur Ver¬ fügung. Da das Hub-Durchmesser-Verhältnis der flexiblen Ver¬ drängerelemente im Vergleich zu Plungerkolben klein ist, sind entsprechend große Durchmesser auszuführen, was aufgrund der fehlenden Kolbenreibung möglich ist und zu sehr kompakten Do¬ sierbehältern mit einem Durchmesser-Hδhen-Verhältnis von etwa 1:1 führt. Wegen der Reibungsfreiheit der flexiblen Verdrän¬ gerelemente können somit auch kleinste Dosiermengen mit dem größten Dosierbehälter genau dosiert werden, vorausgesetzt,

daß die elektrische Steuerung bzw. Regelung des veränderbaren Hydraulikstromes dafür ausgelegt ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die flexiblen Verdrängerelemente immer nur durch einen extrem niedrigen Differenzdruck beaufschlagt sind. Dies ermöglicht z.B. die Verwendung von dünnwandigen flexiblen Verdränger¬ elementen aus Stahl oder Kunststoff mit geringer Biegestei- figkeit und einer daraus resultierenden großen Lebensdauer.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß für die flexiblen Verdrängerelemente jweils ein Endlagen-Sensor vorgesehen ist, der mit der Steuer-Regelein¬ richtung zusammenarbeitet. Bei Verwendung der meisten flexib¬ len Verdrängerelemente dürfen die Hubendlagen auf keinen Fall überschritten werden, um die flexiblen Verdrängerelemente nicht zu zerstören. Die Endlagen-Erfassung kann dabei wahl¬ eise durch unterschiedliche marktübliche elektrische Sensoren erfolgen, die es in den meisten Fällen auch in gekapselten hochdruckfesten Ausführungen gibt. Diese Sensoren können ent¬ weder zur kontinuierlichen Positionierung und Überwachung der elastischen Verdrängerelemente über den gesamten Hub oder auch nur als reine Endabschalter ausgebildet sein. Sobald vom Sensor ein entsprechendes elektrisches Signal erfolgt, wird der von der Steuer-Regeleinrichtung bestimmte Hydraulikstrom gestoppt und/oder gesteuerte Ventile sperren den Hydraulik¬ bzw. Komponentenstrom und verhindern damit einen unzulässigen Anstieg des Di ferenzdruckes zwischen Hydraulik- und Kompo¬ nentenraum.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß der Endlagen-Sensor ein elektrischer berührunsloser Näherungsschalter ist. Auf einfache Art und Weise können so die zulässigen Hubendlagen erfaßt und mittels eines elektri¬ schen Ausgangssignals ausgewertet werden. Diese Anordnung er¬ möglicht allerdings nur die Erfassung der beiden extremen Auslenkungen des flexiblen Verdrängerelements.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß der Endlagen-Sensor ein elektrischer Wegaufnehmer ist, der mit dem flexiblen Verdrängerelement auf der Hydrau¬ likraumseite verbunden ist. Diese Anordnung bietet die Mög¬ lichkeit der kontinuierlichen Meßwerterfassung über den ge¬ samten Hub des flexiblen Verdrängerelementes und kann daher sowohl zur Positionserfassung, Hubendabschaltung als auch zur zusätzlichen Überwachung des Dosiervorganges herangezogen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß das flexible Verdrängerelement ein Faltenbalg aus Metall oder Kunststoff ist. Faltenbälge zeichnen sich dadurch aus, daß sie ein besonders großes Verdrängungsvolumen bei ge¬ ringem Eigenwiderstand ermöglichen. Faltenbälge aus austeni- tischem Edelstahl sind besonders bei abrasiven Komponenten den Faltenbälgen aus Kunststoff überlegen. Ein weiterer Vor¬ teil der Faltenbälge aus Stahl besteht darin, daß sie sowohl am Flansch als auch am Boden geschweißt werden können, was eine optimale Abdichtung zwischen Komponenten-und Hydraulik¬ raum gewährleistet. Für die Lebensdauer aller Faltenbälge ist von besonderer Bedeutung, daß die Beschleunigungen der Falen- balgböden einen für jeden Faltenbalg charakteristischen Wert nicht übersteigen dürfen. Im Rahmen der elektrischen Steuer- Regeleinrichtung bietet sich hierfür der Einsatz eines Ram¬ penbildners an, der den Sollwert des Hydraulikstromes während einer fest eingestellten Rampenzeit von Null auf den als End¬ wert eingestellten Sollwert ändert» Beim Bremsvorgang erfolgt die Sollwertänderung sinngemäß umgekehrt. Auch die Hydraulik¬ bzw. Komponentenventile sollten in ihrer Schaltdauer ein¬ stellbar sein, damit die für jeden Faltenbalg zulässigen Be¬ schleunigungen gewählt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß das flexible Verdrängerelement eine Membran ist.

Diese Ausbildung, etwa in Form einer großvolumigen Kalotten¬ membran, zeichnet sich durch einen konkurrenzlos niedrigen Preis im Vergleich zu den vorgenannten Faltenbälgen aus Stahl oder Kunststoff aus. Nachteilig bei allen Membranen, die ein relativ großes Verdrängungsvolumen in Abhängigkeit von ihrem Durchmesser realisieren können, ist die eingeschränkte Chemi¬ kalienbeständigkeit der gummielastischen Membranwerkstoffe.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Membran aus einem PTFE-beschichteten gummiela¬ stischen Material besteht. Durch die Beschichtung der gummi¬ elastischen Trägermembranen mit PTFE ist eine gute chemische Beständigkeit gegen alle in der Praxis vorkommenden Reak¬ tionskomponenten gegeben. Nachteilig ist jedoch der kleinere Hub im Verhältnis zur Größe des Wirkdurchmessers der Membran, was einer Vergrößerung des Behälterraums bei gleicher Funk¬ tion entspricht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß in dem Behälterraum/den Behälterräumen mindestens einer Komponente das Verdrängerelement starr ausgebildet ist. Es kann, insbesondere bei Mehrkomponentensystemen, aus wirt¬ schaftlichen Gründen sinnvoll sein, die Komponten, die aus einer unproblematischen gut schmierf higen Flüssigkeit beste¬ hen, mit starren Verdrängerelementen, z.B. Hubverdrängerkol- ben, zu dosieren und alle problematischen Komponenten mit flexiblen Verdrängerelementen, z.B. Faltenbälgen, zu för¬ dern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß das flexible Verdrängerelement aus mindestens zwei aufeinanderliegenden Trennwänden besteht. Eine doppel- bzw. mehrwandige Ausführung des flexiblen Verdrängerelementes er¬ möglicht eine große Elastizität bei gleichzeitig geringer Biegesteifigkeit , was eine größeres nutzbares Verdrängungsvo¬ lumen zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil des mehrwandigen

flexiblen Verdrängerelementes ist die größere Sicherheit beim Undichtwerden. In der Regel werden nicht alle Trennwände des Verdrängerelementes gleichzeitig undicht werden, sondern die Undichtheit wird von einer äußeren Trennwand ihren Anfang nehmen, so daß die Möglichkeit einer Leckage-Meldung besteht, bevor das gesamte flexible Verdrängerelement undicht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß sich zwischen den Trennwänden jeweils ein Flüssig¬ keitsfilm befindet und daß der Zwischenraum bzw. die Zwi¬ schenräume zwischen den Trennwänden mit der Umgebung außer¬ halb des Behälterraums in Verbindung steht. Diese Ausführung sieht ein einfaches Leckage-Meldesystem vor, indem zwischen die Trennwände eine mit den Komponenten verträgliche Flüssig¬ keit eingebracht wird, die sich als dünner Schmierfilm zwi¬ schen die Trennwände legt. Der sich zwischen den Trennwänden befindliche Zwischenraum steht mit der Umgebung außerhalb des Behälterraums in Verbindung, wo sich ein Leckage-Melder be¬ findet, der im Falle eines Bruches einer Trennwand ein Signal auslös .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Steuer-Regeleinrichtung in die von der Druck¬ quelle zum Hydraulikraum führende Zuleitung mit einem ge¬ schlossenen Regelkreis eingebaut ist. Entscheidend für die Dosierqualität der flexiblen Verdrängerelemente ist die Kon¬ stanz des zum Hydraulikraum fließenden Hydrauliktromes , was nach dem vorgenannten Vorschlag durch eine Hydrauliks romre¬ gelung mit einem geschlossenen Regelkreis erfolgen kann. Die Problematik bei Einhub-Dosieranlagen liegt darin, daß die Hy¬ draulikstromregelung während kurzer Dosierschüsse (etwa 1 bis 3 Sekunden) und Volumenstrδmen bis etwa 10 Liter pro Sekunde bei hochwertigen Dosieranlagen im Millisekundenbereich erfol¬ gen muß.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Steuer-Regeleinrichtung ein elektrohydrauli- scher Verstärker ist, wobei die Istwerterfassung des Hydrau¬ likstromes jeweils durch ein Durchflußmeßgerät erfolgt, das eine rotierende Meßwelle aufweist, die mit einem Kopier-Steu- erventil mechanisch gekoppelt ist, welches mit einem elektri¬ schen Steuermotor verbunden ist, wobei die rotative Vorgabe¬ bewegung des Steuermotors (= Sollwert) mit Hilfe des Kopier- Steuerventils in eine rotative Ausgangsbewegung der Meßwelle (=» Istwert) drehwinkelgetreu kopiert wird und wobei der Schluckstrom des Durchflußmeßgerätes (= gemessener Hydraulik¬ strom) in direktem Verhältnis zu der vom Durchflußmeßgerät erzeugten Drehbewegung steht.

Bei dem vorgenannten Vorschlag nach der Erfindung dient zum Messen und Regeln des vorwählbaren Hydraulikstromes ein elektrohydraulischer Verstärker, der aus einem Durchflußme߬ gerät, einem Kopier-Steuerventil und einem Steuermotor, z.B. einem Schrittmotor, besteht. Dem Steuermotor wird dabei eine vorwählbare rotative Vorgabebewegung (= Sollwert) aufgeprägt, die mit Hilfe des Kopier-Steuerventils , das jegliche nicht- synchrone Bewegung zwischen dem Steuer- und dem Durchflußme߬ gerät mittels eines den Volumenstrom drosselnden Steuerschie¬ bers korrigiert, in eine rotative Ausgangsbewegung des Durch¬ flußmeßgerätes (= Istwert) drehwinkelgetreu kopiert wird und wobei der Schluckstrom des Durchflußmeßgerätes (= gemessener Volumenstrom) in direktem Verhältnis zu der vom Durchflußme߬ gerät erzeugten Bewegung steht. Das Durchflußmeßgerät dient also nicht nur zur kontinuierlichen Istwerterfassung, sondern auch zur dynamischen Korrektur des im Kopier-Steuerventil in¬ tegrierten hydromechanischen Regelkreises, Indem die Meßwelle über eine Spindel-Mutter-Vebindung bei einer Soll-Istwert- Differenz den Istwert durch mechanisches Verstellen des im Kopier-Steuerventil befindlichen Steuerschiebers an den Soll¬ wert angleicht. Im Gegensatz zu elektrischen Istwertaufneh¬ mern erfolgt die Istwerterfassung, der Soll-Istwert-Vergleich

sowie die Sollwertangleichung gleichzeitig, so daß die bei elektrischen Regelkrelsen üblichen Regelschwingungen nicht auftreten, die bei Druck-bzw. Lastschwankungen im System zu einem kurzzeitig über-bzw. untersteuerten Volumenstrom füh¬ ren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß das Durchflußmeßgerät ein hydraulischer Hubverdrän- germotor ist, der keine.mechanische Leistung nach außen ab¬ gibt und dessen Ausgangsdruck, entsprechend seinen hydrome- chanischen Verlusten, geringfügig niedriger als der Eingangs¬ druck Ist, daß der Triebwerksraum des Hubverdrängermotors ständig mit seinem Ausgang verbunden ist und daß der Hubver- drängermotor eine rotierende Motorwelle hat, die als Meßwelle ausgebildet ist.

Das vorgenannte Durchflußmeßgerät ist für die Hydraulikstrom¬ regelung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von besonderem Vorteil, weil bei ihm die inneren Leckagen auf ein unschädli¬ ches Maß reduziert sind. Es eignet sich zur kontinuierlichen Durchflußmessung, wobei auch große und schnelle Druckschwan¬ kungen verarbeitet werden können. Weitere Vorteile sind eine sehr gute reproduzierbare Meßgenauigkeit (Meßfehler <£ 0 ,1 %), sehr großer Meßbereich (etwa 1:1000) sowie ein sehr großer Druckbereich (bis etwa 1000 bar) . Aufgrund der sehr kleinen Druckdifferenzen zwischen Ein- und Ausgang des Hydraulikmo¬ tors ist die Belastung sämtlicher Triebwerksteile sehr ge¬ ring, was der Lebensdauer (geringe Reibung), insbesondere bei hohen Drücken und Drehzahlen, zugute kommt. Neben den techni¬ schen Vorteilen weist dieses Durchflußmeßgerät den großen Vorteil auf, daß zu seiner Verwirklichung konventionelle Se¬ rienmotoren lediglich modifiziert werden müssen. Die wesent¬ lichen Bauteile können aus der Serienfertigung herausgenommen werden, so daß eine wirtschaftliche Fertigung möglich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß das Durchflußmeßgerät ein hydraulischer U laufver- drängermotor ist, der eine rotierende Motorwelle aufweist, die als Meßwelle ausgebildet ist. Ein derartiges Durchflu߬ meßgerät ist z.B. der Ringkolbenzähler, der im Mitteldruckbe¬ reich Anwendung findet und der aufgrund seiner großen Ver¬ breitung relativ preiswert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß das Durchflußmeßgerät ein hydraulischer Linearmotor ist, der eine translatorisch bewegte Kolbenstange aufweist, die über eine Spindel-Mutter-Verbindung mit einer rotierenden Meßwelle verbunden ist, die an dem Kopier-Steuerventil mecha¬ nisch gekoppelt ist. Solche Durchflußmeßgeräte bieten sich in Verbindung mit einem elektrohydraulischen Verstärker vor al¬ lem zur Messung kleiner und mittlerer Hydraulikströme an, wo¬ bei auch der Rückhub des Linearmotors, Im Gegensatz zu dem bekannten und auch zu Dosierzwecken eingesetzten Linearver¬ stärker, zur Hydraulikstromsteuerung und damit zum Dosieren genutzt werden kann, wenn die rotierende Meßwelle durch eine Wellendichtung zum Kopier-Steuerventil hin abgedichtet ist. Im Gegensatz zu dem bekannten Linearverstärker gibt die Vor¬ richtung nach der Erfindung keine mechanische Leistung nach außen ab.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Steuer-Regeleinheit eine hydraulische Sekundär¬ regelung ist. Die hydraulische Sekundärregelung besteht im wesentlichen aus einem Hydraulikmotor mit stufenlos verstell¬ barem Schluckvolumen und angebautem Tachogenerator mit digi¬ taler oder analoger Signalabgabe. Der Hydraulikmotor muß für Motor- wie Pumpenbetrieb gleich gut geeignet sein und das Hubvolumen des Motors muß von Null bis zum Maximum sehr schnell verstellbar sein. Die Drehzahl des Hydraulikmotors wird durch den Tachogenerator erfaßt und mit dem Sollwert verglichen. Die Regelabweichung wird über einen PID-Regler

aufbereitet, der mit seinem Stellsignal über einen Servo- stellzylinder das Schluckvolumen des Hydraulikmotors ändert. Es wird also ähnlich wie beim elektrohydraulischen Verstärker der Schluckstrom eines Hydraulikmotors zur Hydraulikstromre¬ gelung genutzt, wobei die Sekundärregelung den Vorteil hat, daß sie ohne Drosselsteuerung auskommt, was sich in der Ener¬ giebilanz sehr positiv auswirkt, da herkömmliche Dosieranla¬ gen mit Proportional- oder Servoventilregelung bzw. Linear¬ verstärkerantrieb bis zu 50 % der hydraulischen Energie in Wärme umsetzen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Druckquelle eine Hydraulikpumpe ist, die mit einer Regel-Steuereinheit zusammenarbeitet. Eine solche Aus¬ führung könnte für kleine und kleinste Volumenströme im Nie¬ der- und Mitteldruckbereich Anwendung finden, wobei die Hy¬ draulikpumpe entweder als Konstantpumpe mit verstellbarem An¬ triebsmotor oder als hydraulische Verstellpumpe ausgebildet sein kann. In beiden Fällen kann über einen geschlossenen Re¬ gelkreis der Hydraulikstrom geregelt werden, es kann jedoch auch durch Eigenkonstanz des Pumpenantriebs die jeweils ge¬ forderte Genauigkeit erreicht werden, beispielsweise durch einen Schrittmotorantrieb.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Steuer-Regeleinrichtung ein elektrohydrau- lisches Proportional- bzw. Servoventil ist. Im Gegensatz zum Proportionalventil wird das Servoventil hauptsächlich in elektrohydraulischen Regelkreisen eingesetzt. Die elektrohy- draulische Regelung ergibt kleine Regelschwingungen, die im stationären Betrieb unschädlich sind. Bei LastSchwankungen, wie sie in der Polyurethanverarbeitung planmäßig zustande kommen, kann es jedoch zu schädlichen Regelschwingungen kom¬ men. Wegen seiner Preiswürdigkeit könnte diese Ausführung dennoch eine wirtschaftliche Alternative sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß zur Istwerterfassung des Hydraulikstromes ein volu- metrisches Durchflußmeßgerät mit elektrischem Ausgangssignal vorgesehen ist. Zur Regelung des Hydraulikstromes durch die Hydraulikpumpe oder die Proportional- bzw. Servoventile ist eine Istwerterfassung im Hydraulik- oder Komponentenstrom notwendig. Im Hydraulikstrom kann dies ein volumetrisches Durchflußmeßgerät sein, das sich in der Zuleitung zwischen Druckquelle und Hydraulikraum befindet und das ständig den Istwert mißt, der als elektrisches Ausgangssignal in eine mit dem Sollwert vergleichbare Größe umgewandelt und mit dem Sollwert verglichen wird. Weichen Soll- und Istwert voneinan¬ der ab, so wird aus der Differenz ein Signal gebildet, wel¬ ches das Servoventil so beeinflußt, daß der Istwert an den Sollwert angeglichen wird. Damit die Regelung schnell ist, müssen pro Zeiteinheit möglichst viele Meßwerte ermittelt und verarbeitet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß zur Hydraulikstromregelung jeweils zwischen dem Komponentenraum bzw. zwischen den Komponentenräumen und der Mischkammer ein Massendurchflußmeßgerät mit einem elektri¬ schen Ausgangssignal vorgesehen ist, das den Massenstrom der jeweiligen Komponente mißt, und daß das elektrische Ausgangs¬ signal als Istwert für die Hydraulikstromregelung dient. Die Istwerterfassung im Komponentenstrom, wie sie hier vorge¬ schlagen wird, ist grundsätzlich immer am genauesten, sie scheiterte bei den bekannten Vorrichtungen bisher immer da¬ ran, daß die bekannten Durchflußmeßgeräte entweder zu stö¬ rungsanfällig oder zu ungenau waren. Es sind inzwischen elektronische Massendurchflumeßgeräte im Handel, die ohne be¬ wegte Teile arbeiten und eine sehr gute reproduzierbare Me߬ genauigkeit aufweisen. Nachteilig sind noch die langen Me߬ zeiten, so daß mit ihnen nur eine Regelung bei kontinuierlich austragenden Systemen ohne große Lastschwankungen sinnvoll ist .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß je Komponente jeweils zwischen dem Komponentenraum bzw. den Komponentenräumen und der Mischkammer ein Massen¬ durchfluß eßgerät mit einem elektrischen Ausgangssignal vor¬ gesehen ist, das den Massenstrom der jeweiligen Komponente mißt und den vorgewählten Sollwert der Hydrauliksteuerung entsprechend korrigiert. Diese Anordnung ist eine Kombination aus exakter Massenstromerfassung im Komponentenstrom und schneller Regelung im Hydraulikstrom. Wird im Hydraulikstrom zwischen Druckquelle und Hydraulikraum etwa ein elektrohy- draulischer Verstärker mit einem als Hubverdrängermotor aus¬ gebildetem Durchflußmeßgerät und im Komponentenstrom das Mas¬ sendurchflußmeßgerät nach obigem Vorschlag eingesetzt, so werden sämtliche dynamischen Störgrößen, wie Druckschwankun— gen, durch den elektrohydraulischen Verstärker und sämtliche quasistatischen Störgrößen, wie Dichteschwankungen, durch das Massendurchlußmeßgerät ausgeregelt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß je Komponente ein Verdrängerelement vorgesehen Ist, das innerhalb eines Dosierhubes die erforderliche Dosiermenge dosieren kann. Analog zu den Einhub-Kolbendosierern dosiert eine solche Vorrichtung die erforderliche Menge einer Reak¬ tionskomponente innerhalb eines einzigen Hubes zum Zwecke der Formteilherstellung. Vielfach wird die Behälterraumgrδße auf die Formteilgröße abgestellt, weil bei der Spezialisierung der Dosiervorrichtung auf ein Formteil sich die für seine Qualität optimale Prozeßdatenkombination auswählen läßt. Auch die Reproduzierbarkei aller Daten von Schuß zu Schuß wird bei dieser Kombination erleichtert. Mit Faltenbälgen aus Edel¬ stahl können Schußvolumina von maximal etwa 50 Liter je Kom¬ ponente realisiert werden. Nicht zuletzt lassen sich mit Hil¬ fe einer Speicherhydraulik, die die hydraulische Energie zum Dosieren zur Verfügung stellt, kostengünstige Hydraulikaggre¬ gate erstellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß je Komponente zwei Verdrängerelemente vorgesehen sind, die wechselseitig Dosier- und Füllhub ausführen, daß die Hubgeschwindigkeit beim Füllen größer als beim Dosieren ist und daß in den Hubendlagen kurzzeitig beide Verdränger¬ elemente gleichzeitig dosieren. Diese Ausführung ermöglicht einen kontinuierlichen Austrag bzw. erhöhte Austragsleistun- gen mit kleineren Dosiereinheiten. Bei einer Zweikomponen- ten-Dosiervorrichtung z.B. kann die Dosierung mit vier Fal¬ tenbälgen und zwei Hydraulikstromregelungen pulsationsfrei mit beliebigem Schußvolumen, das nur von der Leistungsfähig¬ keit der Speicherhydraulik abhängig Ist, erfolgen. Außerdem wird eine schnellere Schußfolge ohne Füllhub-Totzeit ermög¬ licht. Durch die fehlende Anfahrreibung der Faltenbälge erge¬ ben sich praktisch keine Druckschwankungen beim Umschalten der Verdrängerelemente einer Komponente. Mit diesem Dosier¬ konzept ist für eine Zwei- bzw. Mehrkomponenten-Dosiervor¬ richtung die größtmögliche Universalität gegeben.

Im folgenden Teil der Beschreibung werden zwei Ausführungs¬ beispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Zeich¬ nungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung mit elektrohydraulischem Verstär¬ ker für eine diskontinuierliche Zweikomponenten-Do¬ sierung,

Fig. 2 einen elektrohydraulischen Verstärker nach Fig. 1 mit einem Axialkolbenmotor in Einzelheit,

Fig. 3 eine Vorrichtung mit regelbarer Hydraulikpumpe für eine kontinuierliche Zweikomponeten-Dosierung.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine diskontinuierliche Zweikomponenten-Do- sierung mit zwei geschweißten Faltenbälgen 1,2 aus Edelstahl, mit zwei elektrohydraulischen Verstärkern 3,4, die aus je ei¬ nem hydraulischen Hubverdrängermotor 5,6, je einem Kopier- Steuerventil 7,8 und je einem Schrittmotor 9,10 bestehen. Mittels einer im Steuerfrequenzgenerator 11 Integrierten Im¬ puls-Zähleinrichtung (ohne Abb.) ist der Volumendurchsatz des Hydrulikstromes (= Dosiermenge der Reaktionskomponenten) vor dem Dosierhub digital mit höchster Genauigkeit einstellbar. Das gewünschte volumetrische Dosierverhältnis der beiden in jeweils einem Komponentenraum 12,13 befindlichen Reaktions¬ komponenten wird im Steuerfrequenzgenerator 11 durch zwei vorgewählte Steuerfrequenzen Fl und F2 digital festgelegt. Diese beiden Frequenzen werden über Verstärker (ohne Abb.) zwei Schrittmotoren 9,10 zugeteilt, die diese über zwei Ko- pier-Steuerventile 7,8 und zwei Hydraulikmotore 5,6 schlupf¬ frei in jeweils einen einzeln gemessenen und geregelten Hy¬ draulikstrom umsetzen. Nachdem der Dosierhub beendet ist, werden die beiden Schrittmotoren 9,10 und die damit gekoppel¬ ten Hydraulikmotoren 5,6 gestoppt. Gleichzeitig schalten zwei 4/3— egeventile 14,15 über ihre Nullstellung in ihre Rück¬ laufstellung. Das bedeutet, daß die zu jeweils einem Hydrau— likraum 16,17 führenden Zuleitungen 18,19 gesperrt und die von den Hydraulikräumen 16,17 zu einem Tank 20 führenden Ab¬ leitungen 21,22 geöffnet werden. Daraufhin führen die mit Vordruck beaufschlagten Reaktionskomponenten, die sich je¬ weils in den beiden Komponentenräumen 12,13 befinden, die Faltenbälge 1,2 in ihre Ausgangsposition zurück, wobei die Hydraulikflüssigkeit, die sich in jeweils einem Hydraulikraum 16,17 befindet, über die beiden 4/3-Wegeventile 14,15 wieder in den Tank 20 einer Druckquelle 23 zurückfließt. Damit die Faltenbälge 1,2 nicht über ihren zulässigen Hub hinausfahren, ist eine HübendabSchaltung erforderlich, die hier mit zwei Wegaufnehmern 24,25 realisiert ist. Darüberhinaus dienen die beiden Wegaufnehmer 24,25 zur zusätzlichen Überwachung der

Dosiervorrichtung. Eine Auswerte-Elektronik 26 vergleicht ständig die von den beiden Wegaufnehmern 24,25 gelieferten Meßwerte mit der vorgewählten Anzahl von Impulsen des Steu¬ erfrequenzgenerators 11 und schaltet bei Überschreiten eines definierten Differenzwertes die Anlage wegen Vorliegen eines technischen Defekts ab.

Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 dargestellten elektrohydraulischen Verstärker mit einem Axialkolbenmotor 27, der sich in einem druckfesten Gehäuse 28 befindet. Um einen möglichst pulsa- tionsarmen Hydraulikstrom zu erhalten, sind _ mindestens neun Kolben 29 erforderlich, die in einer Zylindertrommel 30 um¬ laufen. Die Kolben 29 stützen sich dabei auf der im Gehäuse 28 angebrachten Schräge 31 ab. Die senkrecht zur Achse der Kolben 29 wirkenden Kräfte aller am Eingang 32 angeschlosse¬ nen Zylinderräume 33 erzeugen an der Zylindertrommel 30 ein Drehmoment, das immer nur so groß wie das durch die hydrome- ehanischen Verluste verursachte Drehmoment ist. Die aus dem Verlustdrehmoment resultierende Verlustleistung wird in dem Axialkolbenmotor 27 in Wärme umgesetzt. Folglich muß für eine einwandfreie Abführung der Wärme mit der Hydraulikflüssigkeit gesorgt werden, was dadurch geschieht, daß der Ausgang 34 des Axialkolbenmotors 27 durch den Triebwerksraum 35 hindurch nach außen geführt wird. Der Axialkolbenmotor 27 ist dichtend mit einem Kopier-Steuerventil 36 verbunden, wobei eine Me߬ welle 37 als Spindelmutter 38 ausgebildet ist, die mit einer Spindel 39 zusammenarbeitet. Die Spindel 39 ist dabei fest mit dem Steuerschieber 40 des Kopier-Steuerventils 36 sowie über eine axiale Ausgleichskupplung 41 mit einem Schrittmotor 42 verbunden. Wird durch den Schrittmotor 42 eine vorgewählte Drehzahl, die einem definierten Hydraulikstrom entspricht, vorgegeben, so schraubt sich beim Start des Schrittmotors 42 die Spindel 39 aus der Spindelmutter 38 heraus und bewirkt eine axiale Auslenkung des Steuerschiebers 40, der daraufhin den Eingang 32 zum Axialkolbenmotor 27 öffnet. Der dadurch ausgelöste Hydraulikstrom treibt den Axialkolbenmotor 27 so-

lange an, bis die Drehzahl des Axialkolbenmotors 27 mit der Drehzahl des Schrittmotors 42 übereinstimmt. Übersteigt die Drehzahl des Axialkolbenmotors 27 die vorgewählte Drehzahl des Schrittmo ors 42, so schraubt sich der Steuerschieber 40 des Kopier-Steuerventlls 36 wieder in die Mittelstellung und sperrt damit den Eingang 32 zu den Zylinderräumen 33 solange, bis der Schrittmotor 42 und die Zylindertrommel 30 wieder mit gleicher Drehzahl rotieren. Der im Eingang 32 eintretende Hy¬ draulikstrom kann also durch eine vorgewählte Drehzahl des Schrittmotors 42, die einem definierten Hydraulikstrom ent¬ spricht, in seiner Grδße exakt gemessen und geregelt werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die Vorrichtung mit regelbarer Hydraulikpumpe für eine kontinuierliche Zweikomponenten-Faltenbalg-Dosierung ausge- bllet ist. Die dargestellte Vorrichtung besteht im wesentli¬ chen aus vier einzeln angeordneten Behälterräumen 43,44,45,46 mit darin befindlichen Faltenbälgen 47,48,49,50, die die Be¬ hälterräume 43,44,45,46 in jeweils einen Komponentenraum 51,- 52,53,54 und in einen Hydraulikraum 55,56,57,58 unterteilen» Die Faltenbälge 47,48,49,50 werden dabei über zwei regelbare Verstellpumpen 59,60 hydraulisch einzeln angetrieben, wobei das Dosierverhältnis in bekannter Weise eingestellt werden kann. Weiterhin befindet sich zwischen den Hydraulikräumen 55,56,57,58 und den entsprechenden Verstellpumpen 59,60 je¬ weils ein 3/3-Wegeventil 61,62,63,64, das jeweils von einer zentralen Steuereinheit (ohne Abb.) geschaltet wird. Weiter¬ hin besitzt die Vorrichtung nach der Erfindung einen druck- gasbeladenen Komponenten-Vorratsbehälter (ohne Abb.) für jede Komponente, der jeweils über ein zwangsgesteuertes Absperr¬ ventil 65,66 bzw. 67,68 mit den Komponentenräumen 51,52 bzw. 53,54 verbunden ist, sowie eine Mischkammer (ohne Abb»), die ebenfalls über jeweils ein zwangsgesteuertes Absperrventil 69,70 bzw. 71,72 mit den Komponentenräumen 51,52 bzw. 53,54 verbunden ist.

Der Dosierhub des ersten Beälterraumpaares 43,45 erfolgt gleichzeitig mit dem Füllhub des zweiten Zylinderpaares 44,- 46. Durch eine größere Hubgeschwindigkeit beim Füllen als beim Dosleren Ist ein gleichzeitiges Dosieren beider Behäl¬ terräume 43,44 bzw. 45,46 einer Komponente in den Hubendlagen möglich, was eine vollkommen pulsationsfreie kontinuierliche Dosierung möglich macht. Die Größe der Faltenbälge 47,48,49,- 50 wird bei diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen durch die geforderte Austragsleistung sowie durch die Schaltdauer und die zulässige Schalthäufigkeit der zwangsgesteuerten Ab¬ sperrventile 65,66,67,68 bzw. 69,70,71,72 bestimmt.