DE10231288A1

DE10231288A1 - Verfahren und Vorrichtung zum dosierten Mischen von pumpfähigen Stoffen sowie Entnahmelanze zur Entnahme von Stoffen aus Vorratsbehältern

Info

Publication number: DE10231288A1
Application number: DE2002131288
Authority: DE
Inventors: Norbert Bähr; Frank Dipl.-Ing. Leider; Torsten Dipl.-Ing. Kolweyh
Original assignee: Baehr Bremen Ind Technik GmbH; Bahr Bremen Industrie Technik GmbH
Current assignee: Baehr Bremen Ind Technik GmbH; Bahr Bremen Industrie Technik GmbH
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-01-22
Also published as: EP1384503B1; EP1384503A2; ATE329684T1; EP1384503A3; DE50303788D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dosierten Mischen von pumpfähigen, insbesondere von pastösen und/oder flüssigen, Komponenten miteinander, welche mittels einer Komponentenpumpe (14) in aufeinander abgestimmten Dosierungen einem Mischer (15) zugeführt werden. Bei bisherigen Verfahren und Vorrichtungen werden die Komponenten dem Mischer (15) intermittierend, also diskontinuierlich, zugeführt. In vielen Anwendungsfällen ist aber eine kontinuierliche Entnahme des fertig gemischten Produktes aus dem Mischer (15) erforderlich, was oft voraussetzt, daß auch die Komponenten dem Mischer (15) kontinuierlich zugeführt werden. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Komponenten dem Mischer (15) kontinuierlich zuzuführen. Hierfür ist eine kontinuierlich arbeitende Pumpe (14), insbesondere eine Exzenterschneckenpumpe, vorzugsweise eine Moineaupumpe, für die Vorrichtung vorgesehen. DOLLAR A Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Versorgung von Kaschiermaschinen mit Kleber, bei denen der Kleber kontinuierlich aus einem Binder und einem Härter gemischt und sodann auf eine Auftragswalze (22) aufgetragen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dosierten Mischen von pumpfähigen, insbesondere von pastösen und/oder flüssigen, Komponenten miteinander, welche mittels einer Komponentenpumpe in aufeinander abgestimmten Dosierungen einem Mischer zugeführt werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum dosierten Mischen von pumpfähigen, insbesondere von pastösen und/oder flüssigen, Komponenten miteinander mit je einer Zuleitung, einer Komponentenpumpe und einem Durchflußmesser für jede Komponente sowie einem Mischer für die Komponenten.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind in der DE 299 434 U1 gezeigt. Die zu mischenden Stoffe (Komponenten) werden durch intermittierend betriebene Komponentenpumpen chargenweise in eine Mischkammer gepumpt und von dort weiter in einen Rohrmischer, wo die Komponenten durchmischt werden. Die Menge der in die Mischkammer eingebrachten Komponenten wird dabei von einem Coriolis-Massenmesser überwacht, der bei Erreichen der vorgeschriebenen Menge eine absperrbare Einspritzdüse vor der Mischkammer schließt und so das weitere Einbringen der jeweiligen Komponente unterbindet. Anders, als im Titel der DE 299 434 U1 angegeben, erfolgt das Mischen hier also nicht kontinuierlich, sondern diskontinuierlich. Wollte man hier eine kontinuierliche Entnahme des fertig gemischten Produktes ermöglichen, wäre ein Pufferspeicher im Anschluß an den Rohrmischer erforderlich.
Diskontinuierliches Mischen ist immer dann ungeeignet, wenn das fertig gemischte Produkt für eine nachfolgende Weiterbearbeitung oder dergleichen in einem kontinuierlichen Massenstrom zur Verfügung gestellt werden muß. Diese Anforderung ist beispielsweise bei Kaschiermaschinen gegeben, in denen z. B. Folienbahnen fortlaufend miteinander verklebt werden. Die Folienbahnen laufen dabei über eine Auftragswalze für den Kleber und werden dabei mit dem Kleber beschichtet und sodann miteinander verklebt. Die Auftragswalze muß dabei kontinuierlich mit Kleber versorgt werden, da sonst Kaschierfehler auftreten könnten. Der Kleber selbst ist meist ein lösemittelhaltiger (LH) oder lösemittelfreier (LF) Zweikomponentenkleber aus einem Binder und einem Härter, der vor Ort, also unmittelbar vor dem Auftragen auf die Auftragswalze angemischt werden muß.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen pumpfähiger Komponenten vorzuschlagen.
Zur Lösung dieses Problems ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten dem Mischer kontinuierlich zugeführt werden und die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Komponentenpumpe eine kontinuierlich arbeitende Förderpumpe, insbesondere eine Exzenterschneckenpumpe, vorzugsweise eine Moineaupumpe, ist.
Durch das kontinuierliche Pumpen der Komponenten in den Mischer werden die Komponenten im Mischer auch kontinuierlich vermischt und können einer nachfolgenden Verarbeitung kontinuierlich zugeführt werden. Als Komponentenpumpe eignet sich besonders gut eine Exzenterschneckenpumpe, vorzugsweise eine Moineaupumpe, da bei diesem Pumpentyp der Förderstrom nur von der Rotordrehzahl abhängig ist. Diese Pumpen lassen sich daher besonders einfach regeln.
Um eine exakte Dosierung der Komponenten sicherzustellen, werden die Komponentenpumpen vorzugsweise in Abhängigkeit von Signalen einer Durchflußmessung, insbesondere einer Coriolis-Durchflußmessung, geregelt. Dabei sollten die Signale der einzelnen Durchflußmessungen jedes Komponentenstroms in einer zentralen Regeleinheit zusammengefaßt werden, um aufeinander abgestimmte Fließgeschwindigkeiten der einzelnen Komponenten und damit exakte Dosierungen zu erreichen. Es reicht im allgemeinen aber aus, wenn das Signal jeder Durchflußmessung nur für die Regelung der „eigenen" Komponentenpumpe verwendet wird, um einen genau vorherbestimmten Volumenstrom zu erhalten. Auch hierdurch wird bereits eine exakte Dosierung sichergestellt. Coriolis-Durchflußmesser eignen sich für den vorliegenden Anwendungsfall deshalb besonders, weil sie aufgrund ihres Meßprinzips die Durchflußmenge unabhängig von den Komponenteneigenschaften, wie z. B. Dichte und Viskosität, mit einer Meßgenauigkeit von ± 0,15 % bestimmen. Eine gesonderte Fehlerkorrektur für z. B. aufgrund von Temperaturschwankungen in der Mischanlage variierende Viskositäten und/oder Dichten ist nicht erforderlich.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Rückspülleitung für die Komponenten vorgesehen. Hierdurch lassen sich die Komponenten im Kreislauf pumpen, ohne daß die Entnahme von fertig gemischtem Produkt aus dem Mischer gestoppt werden muß. Die Komponentenpumpen können also auch in einem solchen Fall ohne Unterbrechung weiter betrieben werden, so daß Anfahrverluste bzw. Anfahrdosierfehler vermieden werden.
Die hier in Rede stehenden zu mischenden Stoffe (Komponenten) weisen oft bei Raumtemperatur eine Viskosität auf, die sie für die Entnahme aus Vorratsbehältern durch Absaugen ungeeignet macht. Der durch die Komponentenpumpe erzeugte Unterdruck reicht hierzu nicht aus. Bisher werden daher meist sogenannten Faßstempel vorgesehen, die von oben auf die Komponenten drücken und damit die Komponenten in eine Entnahmelanze, beispielsweise eine Faßlanze, zur Entnahme der Komponenten aus dem Behälter drücken. Es sind also zwei Fördereinrichtungen, nämlich der Faßstempel und die Komponentenpumpe erforderlich. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist nach einer, auch unabhängig denkbaren, Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß insbesondere die Entnahmelanze, aber auch weitere Förderleitungen für die Komponenten und ggf. auch das fertig gemischte Produkt zum Herabsetzen der Viskosität beheizt sind. Die Heizung ist vorzugsweise spiralförmig um die Leitung gewunden. Eine elektrische Widerstandsheizung bietet sich für die vorliegende Anwendung an.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Entnahmelanze, insbesondere für derartige Vorrichtungen, zur Entnahme von Stoffen aus Vorratsbehältern. Bei herkömmlichen Entnahmelanzen besteht ebenfalls das vorstehend erläuterte Problem, daß Stoffe mit höherer Viskosität nicht durch Ansaugen aus einem Vorratsbehälter entnommen werden können. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist die erfindungsgemäße Entnahmelanze beheizt. Die Heizung der Entnahmelanze ist dabei vorzugsweise in einem zwischen einem Innenrohr und einem Außenrohr gebildeten Ringraum angeordnet, so daß sie gegen Verschmutzung geschützt ist. Der Ringraum sollte zu diesem Zweck an beiden Enden verschlossen sein. Als Heizung bietet sich wieder eine elektrische Widerstandsheizung an, die vorzugsweise spiralförmig um das Innenrohr gewunden ist.
Weitere Merkmale der Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Mischvorrichtung mit den Erfindungsmerkmalen in schematischer Ansicht,
2 die Mischvorrichtung gemäß 1 in ergänzter schematischer Darstellung,
3 eine Entnahmelanze für die Mischvorrichtung gemäß 1 im Vertikalschnitt.
In Behältern 10, 11 wird je eine der zu mischenden Komponenten bereitgehalten. Im vorliegenden Fall sind zwei Behälter 10, 11 für zwei zu mischende Komponenten vorgesehen. Je nach Zahl der für das fertige Produkt zu mischenden Komponenten können unterschiedliche Anzahlen von Behältern 10, 11 vorgesehen sein. Konkret handelt es sich bei den zu mischenden Komponenten um einen Binder und einen Härter, die zu einem Kleber gemischt werden. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Die Erfindung kann z. B. auch für das Mischen von Farben und Lacken zur Erzielung eines bestimmten Farbtons und/oder zum Mischen von Farben und Lacken mit Härter sowie für viele andere Dinge eingesetzt werden. Wichtig ist nur, daß die zu mischenden Komponenten pumpfähig sind.
Der Binder und der Härter werden den Behältern 10, 11 mittels spezieller Entnahmelanzen 12, die später anhand der 3 noch genauer beschrieben werden, entnommen. Über Zuführleitungen 13 werden der Binder und der Härter mittels einer Komponentenpumpe 14 einem Mischer 15 zugeführt. Die Zuleitungen 13 enden dabei direkt im Mischer 15. Der Binder und der Härter werden also direkt im Mischer 15 zusammengeführt. Bei dem Mischer 15 kann es sich um einen dynamischen oder einen statischen Mischer handeln, wie er an sich bekannt ist. Insbesondere bei Komponenten mit unterschiedlicher Viskosität sollte ein dynamischer Mischer eingesetzt werden, da mit statischen Mischern keine ausreichende Homogenität des gemischten Produktes erreicht wird. Als Komponentenpumpe 14 dient eine Exzenterschneckenpumpe, konkret eine Moineaupumpe. Bei derartigen Komponentenpumpen 14 ist in die Fördermenge direkt abhängig von der Rotordrehzahl der Komponentenpumpe 14. Die Fördermenge kann damit stufenlos geändert werden, was derartige Komponentenpumpen 14 für Dosierverfahren besonders geeignet macht.
Zum exakten Dosieren der Komponenten ist eine Durchflußmessung vorgesehen. Hierzu dienen Coriolis-Durchflußmesser 16, die ebenfalls an sich bekannt sind. Coriolis-Durchflußmesser 16 sind geeignet für kontinuierliches Messen, Abfüllen und Dosieren auch kleinster Durchflußmengen, was sie für den vorliegenden Fall besonders geeignet macht. Zudem kann die Durchflußmenge von Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften (Dichte, Viskosität) mit einer sehr hohen Meßgenauigkeit von ± 0,15 % gemessen werden. Die Durchflußmenge der Komponenten wird also z. B. unabhängig von ihrer aktuellen Temperatur und damit Viskosität, Dichte etc. immer zuverlässig gemessen. Die Coriolis-Durchflußmesser 16 sind über je einen Regler 17 mit der zugehörigen Komponentenpumpe 14 verbunden und regeln deren Fördermenge, sprich Rotordrehzahl.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht in Rückspülleitungen 18. In Fließrichtung des Binders bzw. des Härters hinter dem Coriolis-Durchflußmesser 16 ist ein Abzweigventil 19 für die Rückspülleitung 18 angeordnet. Mittels der Rückspülleitung 18 kann der Binder bzw. der Härter wieder in den zugehörigen Behälter 10 bzw. 11 zurückgepumpt werden. Ein Absperrventil 20 dient zum Verschließen der Rückspülleitung 18, falls der Behälter 10 bzw. 11 einmal aus der Vorrichtung entnommen ist, beispielsweise zum Wechseln eines leeren gegen einen vollen Behälter 10 bzw. 11. Durch die Rückspülleitung 18 kann der Binder bzw. der Härter im Kreislauf gepumpt werden, falls, aus welchen Gründen auch immer, einmal kein fertig angemischter Kleber aus dem Mischer 15 entnommen werden kann. Die Komponentenpumpen 14 brauchen nicht gestoppt zu werden, wodurch Anfahrverluste beim sonst erforderlichen Wiederanfahren der Komponentenpumpen 14 vermieden werden. Nach Wiederanlaufen der Binderentnahme aus dem Mischer 15 steht der fertig gemischte Kleber wieder sogleich im richtigen Mischungsverhältnis von Binder und Härter zur Verfügung.
Die insoweit beschriebene Mischvorrichtung und das von ihr angewendete Mischverfahren sind in 2 noch einmal ergänzt und diagrammartig dargestellt. Von dem Mischer 15 wird der fertig gemischte Kleber mittels eines Auftragsrohres 21 auf beispielsweise eine Auftragswalze 22 einer Kaschiermaschine zugeführt. Das Auftragsrohr 21 ist zu diesem Zweck entlang der Längsachse der Auftragswalze 22 hin- und herbewegbar, wie dies durch den Doppelpfeil 23 in 2 angedeutet ist.
Weiterhin ist in 2 noch ein Behälter 24 erkennbar. In diesem Behälter 24 befindet sich eine Reinigungsflüssigkeit. Der Behälter 24 wird anstelle des Behälters 10 für den Binder bei längeren Betriebsunterbrechungen, beispielsweise am Wochenende, an die Zuführleitungen 13 für den Binder angeschlossen, um diese Zuführleitungen 13 und den Mischer 15 sowie die Komponentenpumpe 14 und den Coriolis-Durchflußmesser 16 zu reinigen.
Der Binder und der Härter weisen bei Raumtemperatur eine relativ hohe Viskosität auf. Sie können deshalb nur schwer mittels der Komponentenpumpen 14 über die Entnahmelanze 12 aus den Behältern 10, 11 abgesaugt werden. Um dieses zu erleichtern, sind die Entnahmelanzen 12 sowie sämtliche Leitungen 13, 18 und 21 mit einer Heizung 25 versehen. Diese Heizung 25 ist in 2 durch die sich um die Entnahmelanzen 12 sowie die Leitungen 13,18 und 21 windenden Spiralen angedeutet. Die Entnahmelanzen 12 selbst sind zur Aufnahme der Heizung 25 gegenüber herkömmlichen Entnahmelanzen insgesamt umkonstruiert, wie dies in 3 näher gezeigt ist.
Am unteren Ende der Entnahmelanzen 12 ist eine Medienansaugung 26 vorgesehen. Die Medienansaugung 26 ist von unten in ein Innenrohr 27 gesteckt und mündet in dieses Innenrohr 27, welches als Leitung für den Binder bzw. den Härter dient. Das Innenrohr 27 geht in einen abgewinkelten Medienaustritt 28 über, der an die weiterführenden Leitungen 13 kuppelbar ist. Um das Innenrohr 27 herum ist ein Außenrohr 29 vorgesehen. In dem zwischen dem Innenrohr 27 und dem Außenrohr 29 gebildeten Ringraum 30 ist eine spiralförmig um das Innenrohr 27 gewickelte Heizung 31 vorgesehen. Bei dieser Heizung 31, wie auch bei den übrigen Heizungen 25, handelt es sich um eine elektrische Widerstandheizung. Alternativ kann selbstverständlich auch jede andere Art von Heizungen vorgesehen sein. So können zum Beispiel die Heizung 31 oder der Ringraum 30 direkt mit einer heißen Flüssigkeit durchspült werden.
Mittels der Heizung 31 wird durch den besonderen Aufbau der Entnahmelanze 12 nicht nur die im Innenrohr geförderte Komponente, also der Binder bzw. der Härter, erwärmt, sondern auch das die Entnahmelanze außen umgebende Material. Die Viskosität des Materials wird damit zum erleichterten Ansaugen desselben zuverlässig herabgesetzt.
Der Ringraum 30 ist an seiner Ober- und Unterseite verschlossen. An der Unterseite dient hierzu die Medienansaugung 26. An der Oberseite ist der Ringraum 30 durch einen Verschlußstopfen 32 verschlossen. Die Heizung 31 ist damit vor Verschmutzung durch den Binder bzw. den Härter geschützt.
Die Medienansaugung 26 ist als Drehteil ausgebildet und weist seitliche Füße 33, zwischen denen Aussparungen 34 gebildet sind, auf. Durch die Aussparungen 34 wird der Binder bzw. Härter angesaugt.

10: Behälter
11: Behälter
12: Entnahmelanze
13: Zuführleitung
14: Komponentenpumpe
15: Mischer
16: Coriolis-Durchflußmesser
17: Regler
18: Rückspülleitung
19: Abzweigventil
20: Absperrventil
21: Auftragsrohr
22: Auftragswalze
23: Doppelpfeil
24: Behälter
25: Heizung
26: Medienansaugung
27: Innenrohr
28: Medienaustritt
29: Außenrohr
30: Ringraum
31: Heizung
32: Verschlußstopfen
33: Fuß
34: Aussparung

Claims

Verfahren zum dosierten Mischen von pumpfähigen, insbesondere von pastösen und/oder flüssigen, Komponenten miteinander, welche mittels einer Komponentenpumpe (14) in aufeinander abgestimmten Dosierungen einem Mischer (15) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten dem Mischer (15) kontinuierlich zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Dosieren der zu mischenden Komponenten die Fördergeschwindigkeit der Komponentenpumpe (14) in Abhängigkeit der Signale einer Durchflußmessung (16) fortlaufend geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten zum Mischen unmittelbar dem Mischer zugeführt werden, zur direkten Entnahme für eine nachfolgende Verarbeitung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu mischenden Komponenten wieder in ihre Vorratsbehälter (10, 11) zurückgepumpt werden, wenn die Entnahmemenge des gemischten Produktes am Mischer (15) geringer ist als die Menge der zugeführten Komponenten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der zu mischenden Komponenten zwecks Herabsetzung seiner Viskosität mindestens bei der Entnahme aus ihrem Vorratsbehälter (10, 11) beheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente während ihres gesamten Transportweges vom Vorratsbehälter (10, 11) bis wenigstens zum Mischer (15) beheizt wird.
Vorrichtung zum dosierten Mischen von pumpfähigen, insbesondere von pastösen und/oder flüssigen, Komponenten miteinander mit je einer Zuleitung, einer Komponentenpumpe (14) und einem Durchflußmesser (16) für jede Komponente sowie einem Mischer (15) für die Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponentenpumpe (14) eine kontinuierlich arbeitende Förderpumpe, insbesondere eine Exzenterschneckenpumpe, vorzugsweise eine Moineaupumpe, ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (15) ein statischer oder ein dynamischer Mischer (15) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmesser ein Coriolis-Durchflußmesser (16) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördergeschwindigkeit der Komponentenpumpe (14) über einen Regler (17) aufgrund von Signale des Durchflußmessers (16) geregelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Fließrichtung wenigstens eine der Komponenten eine Rückspülleitung (18) abzweigt, durch welche die Komponente in ihren Vorratsbehälter (10, 11) zurückgepumpt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen (12, 13, 18, 21) für wenigstens eine der Komponenten beheizbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (12, 13, 18, 21) mittels einer spiralförmig um die Leitungen (12, 13, 18, 21) gewundenen Heizung, insbesondere einer elektrischen Widerstandsheizung (25, 31) beheizbar sind.
Entnahmelanze zur Entnahme von Stoffen aus Vorratsbehältern (10, 11), insbesondere für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch eine Heizung (31).
Entnahmelanze nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Innenrohr (27) und ein das Innenrohr (27) umgebendes Außenrohr (29), wobei in dem durch das Innenrohr (27) und das Außenrohr (29) gebildeten Ringraum (30) die Heizung (31) angeordnet ist.
Entnahmelanze nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (30) an beiden Enden verschlossen ist.
Entnahmelanze nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (31) eine elektrische Widerstandsheizung ist.