СИСТЕМА ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ, ИМЕЮЩАЯ БУФЕРНУЮ ЕМКОСТЬ
SYSTEM FOR MIXING MATERIALS WITH BUFFER CAPACITY

Настоящее изобретение относится в общем к системам для смешивания потоков текучих материалов с целью создания соответствующего смешанного материала, имеющего желаемые свойства для дальнейшего применения, например, для обработки поверхностей.
Во многих областях промышленной переработки часто применяются материалы, которые, чтобы соответствовать условиям их использования, должны обладать особыми свойствами. Например, поверхности определенных изделий, таких как электронные печатные платы и т.п., должны быть герметизированы и защищены, для чего на них посредством подходящих аппликаторов, например, сопел для занавесного полива, простых струйных сопел и т.п., наносят материалы в жидком состоянии. Нанесение материалов, имеющих определенные свойства, требуется также во многих других областях, например, для заделки швов и вообще для выравнивания поверхностей, и для аналогичных целей, причем соответствующие исходные материалы, как правило, имеются в более или менее вязком состоянии, и после смешивания смешанный материал может наноситься посредством соответствующих методов нанесения покрытий, а после этого начинают отверждение материала.
В частности, на основе желаемой способности этих материалов подвергаться процессу отверждения, чтобы при этом достигать желаемых окончательных свойств материала, такие материалы должны перед самим нанесением иметь соответствующее подходящее состояние с относительно низкой вязкостью, чтобы при складировании и при дальнейшей обработке этих материалов, а также при собственно нанесении достигать желаемых характеристик нанесенного покрытия. Для этого два или большее количество исходных материалов, которые сами по себе находятся в соответствующем пригодном для этого состоянии, часто смешивают непосредственно перед самым применением конечного материала, так что создается гомогенный смешанный материал, который, однако, еще пригоден для обработки по меньшей мере в течение более или менее длительного периода. Для этой цели на рынке имеются технические растворы, которые предоставляют возможность смешивать два разных материала в свободно выбираемом количественном соотношении и таким образом получать желаемый смешанный материал. При этом каждый из обоих исходных материалов в виде соответствующего массового потока, обычно имеющего подходящую для этого низкую вязкость, транспортируют через соответствующий дозатор и подводят к смесителю, который затем производит максимально гомогенную смесь. При этом в таких известных системах смешанный материал, полученный из обоих массовых потоков, как правило подводят к следующему узлу, например, узлу аппликатора, который после этого соответствующим образом выдает материал, например, распыляя его на поверхность, или аналогичным образом.
В таких известных системах для смешивания материалов каждый из обоих компонентов точно дозируемым образом подводят к смесителю, производящему на выходе смешанный материал в соответствии с отношением смешивания двух подведенных компонентов материал, в котором после смешивания происходит соответствующая химическая реакция, обычно приводящая к росту вязкости смешанного материала и поэтому требующая определенного коэффициента смешивания, адаптированного к соответствующему значению "времени жизнеспособности" и к необходимому объемному расхода на выходе. Под временем жизнеспособности обычно следует понимать то время, за которое вязкость материала повышается на 100%.
Хотя в определенных границах возможно управление коэффициентом смешивания, например, посредством скорости работы смесителя, который предусмотрен, например, в виде вращающегося смешивающего шнека, однако приходится наблюдать некоторую количественную неоднородность материала, в частности, во время определенных фаз эксплуатации, например в начале соответствующего процесса нанесения смешанного материала на изделие, такое как печатная плата, поскольку в таких фазах требовались бы необычно высокие динамические характеристики для соответствующих приводных двигателей смесителя, а также дозаторов для подводимых потоков материалов, при наличии в них таких двигателей. Однако такая неоднородность наносимого материала неприемлема для многих случаев применения, так что требуются большие дополнительные затраты для обеспечения однородности нанесенного слоя смешанного материала.
Кроме того, существуют области применения, предъявляющие очень разные требования к динамическим характеристикам, когда, например, требуется использовать различные аппликаторы для различных целей, так что в некоторых случаях также динамические границы, задаваемые смесителем, делают невозможным надежное использование той же самой смешивающей системы. Например, в области производства печатных плат часто применяются так называемые сопла для занавесного полива, которые при большой струе-занавесе имеют высокую производительность, а при маленькой струе-занавесе - малую производительность, и поэтому нуждаются в соответствующим образом адаптированной подаче смешанного материала, причем, в частности, необходимо быстро адаптировать подводимый объемный расход смешанного материала. Известные системы для смешивания материалов не могут выполнять или только в недостаточной степени выполняют эти требования высоких динамических характеристик применительно к широкому диапазону различных вязких смешанных материалов и выдаваемых объемных расходов.
Поэтому задача настоящего изобретение состоит в создании системы для смешивания материалов, которая устраняет по меньшей мере некоторые из вышеуказанных проблем или сокращает их воздействие.
Для решения вышеуказанной проблемы согласно изобретению предложена система для смешивания материалов с целью получения вязкого составного материала. Система согласно изобретению для смешивания материалов содержит смеситель, который выполнен с возможностью смешивания двух или более входящих потоков материалов с целью производства смешанного материала. Кроме того, система для смешивания материалов содержит буферную емкость для смешанного материала, которая содержит вход для приема смешанного материала из смесителя и выход для выдачи смешанного материала и предназначена для управляемого воздействия давления на смешанный материал.
Таким образом, согласно изобретению, после смесителя предусматривается буферная емкость, которая в соответствии с ее функцией обеспечивает возможность принимать смешанный материал и аккумулировать его перед подачей, причем смешанный материал в буферной емкости подвергается воздействию давления управляемым образом. То есть благодаря буферной емкости для смешанного материала возможно накапливание необходимого количества смешанного материала, без производимой уже при этом выдачи смешанного материала из емкости. Таким образом, благодаря управляемому воздействию давления смешанного материала в буферной емкости он имеется там, сразу после приема определенного количества смешанного материала, уже с точно заданными характеристиками, и возможен его выпуск на выходе и подведение к следующему узлу обработки, например, к узлу аппликатора, при необходимости через еще одно устройство регулирования давления.
Поэтому посредством управляемого воздействия давления, которое, например, не зависит от количества смешанного материала, временно находящегося в буферной емкости, возможно задание точно определенного давления на выходе смешанного потока материала, которое, таким образом, может сохраняться постоянным независимо от значений поступающего объемного расхода и выходящего объемного потока. Если, например, должен запускаться процесс нанесения, то стабильное давление в буферной емкости обеспечивает преобладание точно определенных условий в аппликаторе с самого начала работы, так что соответствующие неоднородности, которые могут проявляться в обычных системах для смешивания материалов, устраняются или по меньшей мере существенно сокращаются.
Поскольку возможно заблаговременное заполнение буферной емкости для смешанного материала достаточным количеством смешанного материала, возможно также обеспечение широкого динамического диапазона для соответствующих случаев применения, так как возможно нанесение смешанного материала с объемным расходом, превосходящим, например, объемный расход смесителя, заполняющего буферную емкость. Это означает, что сначала возможно заполнение буферной емкости таким количеством материала, которое достаточно для одного или нескольких процессов применения, даже если максимальный объемный расход, достижимый для смесителя, меньше чем объемный расход, требуемый для последующей подачи на аппликатор. После того, как по окончании соответствующего процесса буферная емкость при соответствующем заданном давлении опорожнена до определенного объема, буферную емкость снова заполняют, чтобы было достаточное количество смешанного материала для одного или нескольких процессов его применения.
В других случаях, в которых требуется выдача смешанного материала с относительно низким объемным расходом, подвод материала к буферной емкости при необходимости прерывают, как только достигнут соответствующий уровень заполнения буферной емкости, и таким образом возможно ее периодическое наполнение смешанным материалом, так что возможно получение непрерывного потока на выходе, причем всегда обеспечивается желаемое давление. Это позволяет даже при низком объемном расходе на стороне выхода буферной емкости обеспечивать надежное смешивание на стороне входа, так как обеспечивается работа соответствующего смесителя в стабильном режиме эксплуатации.
В следующем предпочтительном варианте осуществления возможно динамическое регулирование эффективного объема буферной емкости для смешанного материала. То есть посредством управления поддерживается необходимое давление в буферной емкости, без необходимости поддержания для этого неизменного объема в емкости. Иначе говоря, буферная емкость может заполняться переменным, однако регулируемым количеством материала, причем, тем не менее, обеспечивается возможность управления давлением внутри буферной емкости с поддержанием его заданного значения, также регулируемого с возможностью изменения. Динамическое установление эффективного объема емкости особенно предпочтительно, например, если требуется приспособить ее для определенного процесса применения. Как разъяснено выше, разные смешанные материалы - причем это относится также и к материалам, которые производятся из одних и тех же исходных составляющих, но с разными пропорциями компонентов смеси - имеют разные значения времени жизнеспособности смеси, которые необходимо учитывать, чтобы обеспечивать равномерное нанесение смешанного материала, а также избегать повышенного отверждения соответствующего смешанного материала внутри буферной емкости и всей трубопроводной системы текучей среды. Если, например, при применении требуется наносить определенные количества смешанных материалов, однако эти материалы различаются по времени жизнеспособности смеси, то возможно задание большего эффективного объема буферной емкости для смешанного материала, обладающего более длительным временем жизнеспособности смеси, чем для смешанного материала, имеющего более короткое время жизнеспособности. Это позволяет при необходимости достигать более длительной непрерывной эксплуатации, так как имеется возможность специально адаптировать количество смешанного материала, накапливаемое в буферной емкости, для конкретного случая применения.
В следующем предпочтительном варианте осуществления буферная емкость для смешанного материала содержит подвижный поршень. В этом варианте осуществления подвижный поршень представляет собой механическое устройство простой конструкции, которое выполнено с возможностью его использования для воздействия давления и для динамического регулирования эффективного объема емкости. То есть возможно, например, исполнение простой механической конструкции, предоставляющей соответствующий корпус емкости, например, в форме полого цилиндра, в котором расположен подвижный поршень. Подвижный поршень может использоваться, например, для воздействия давления на смешанный материал, когда вызывают непосредственный контакт между смешанным материалом и поршнем. В других вариантах возможно использование подвижного поршня для воздействия давления на смешанный материал, в то время как его соединение со смешанным материалом происходит посредством промежуточной среды.
В другом варианте осуществления на стороне, противоположной смешанному материалу, подвижный поршень соединен с регулируемым источником давления текучей среды противоположной смешанному материалу. Под регулируемым источником давления текучей среды следует понимать источник, содержащий находящуюся под давлением текучую среду, которая соединена с противоположной стороной поршня и, таким образом, подвергает эту сторону поршня и тем самым поршень действию давления. В предпочтительных вариантах исполнения источник давления текучей среды выполнен на основе газа, например, воздуха, азота и т.п., так что в отношении него возможно использование множества хорошо известных пневматических компонентов для соединения источника давления текучей среды с буферной емкостью для смешанного материала, чтобы подвергать поршень действию соответствующего давления. Источник давления текучей среды может быть соединен со своей стороны с большим резервуаром текучей среды, имеющим соответствующие компоненты для регулирования давления, чтобы источник давления создавал желаемое давление.
В других вариантах возможно также предоставление текучей среды в жидкой форме, так что в этом отношении возможно использование хорошо известных обычных гидравлических компонентов для осуществления источника текучей среды и его соединения с буферной емкостью.
В этом случае также возможно применение соответствующих компонентов регулирования давления, компрессоров и других элементов для образования источников давления текучей среды и/или питания подходящей текучей средой. Текучую среду, независимо от того, рассматриваются ли в этом качестве жидкость и/или один или несколько газов, предпочтительно выбирают таким образом, что ее характеризует приблизительно инертное поведение относительно смешанного материала, так что и соответствующие неплотности, которые могут появляться между поршнем и корпусом буферной емкости, не вызывают существенных изменений в смешанном материале.
В другом варианте осуществления подвижный поршень соединен с регулируемым электрическим или электромагнитным приводом. Таким образом, в этом варианте возможно перемещение поршня при помощи непосредственного или косвенного соединения с электрическим или электромагнитным приводом и тем самым воздействие на него давления, так что через поршень посредством электрического или электромагнитного привода может происходить в свою очередь желаемое воздействие давления на смешанный материал. Имеются, например, линейные системы привода, например, в форме линейных двигателей, или шпиндельных приводов с вращающимися электродвигателями, которые обеспечивают возможность очень точного управления, так что на основании таких приводов обеспечивается очень точное присоединение поршня. Обычно электрические или электромагнитные приводы имеют большую эффективность использования энергии по сравнению с пневматическими или гидравлическими приводами, так что в этом случае эксплуатационные расходы соответственно ниже, если применение соответствующих электрических компонентов совместимо с условиями применения. В некоторых вариантах осуществления сам поршень может представляет собой составную часть электрического или электромагнитного привода, когда, например, поршень выполнен в виде ротора линейного двигателя или когда поршень или его часть предусмотрена в виде толкателя электромагнитного привода, например, в форме электромагнита.
Еще в одном варианте осуществления возможно введение в буферную емкость для смешанного материала по существу инертной по отношению к смешанному материалу текучей среды для воздействия давления на смешанный материал. Для этого согласно одному из вариантов возможно введение по существу инертной текучей среды в буферную емкость таким образом, что она непосредственно контактирует со смешанным материалом и поэтому служит в качестве "текучего поршня", чтобы оказывать силовое воздействие на смешанный материал. При ненаполненной буферной емкости возможно наличие соответствующего клапанного устройства, предусмотренного при необходимости на входе и/или на выходе буферной емкости, так что при наличии текучей среды предотвращается выход. В других вариантах в качестве альтернативы или дополнения соответствующий источник текучей среды, находящейся под давлением, выполнен таким образом, что возможен отвод текучей среды обратно в ресивер или, например, если в качестве текучих сред под давлением используются воздух или азот, возможно снижение давления путем стравливания в окружающую среду. Применение в буферной емкости текучей среды под давлением приводит к механически очень простой и прочной конструкции, поскольку не требуются жесткие механически подвижные части, за исключением, возможно, клапанных элементов на входе и/или на выходе. Кроме того, сама текучая среда под давлением при случае может способствовать предотвращению нежелательного оседания и затвердевания на стенках буферной емкости для смешанного материала. В других случаях возможно использование имеющихся трубопроводов, служащих для подвода и, при необходимости, для отвода текучей среды под давлением, также и для того, чтобы вводить в буферную емкость соответствующую среду для ее промывки.
В следующем предпочтительном варианте осуществления в системе для смешивания материалов предусмотрено устройство определения объема, которое предназначено для определения текущего объема смешанного материала, т.е. его объема в буферной емкости для смешанного материала. Благодаря определению текущего объема смешанного материала возможно надежное поддержание подходящих условий эксплуатации, так как вследствие этого, например, имеется возможность предотвращать нежелательное досрочное опорожнение буферной емкости, если, например, из буферной емкости приходится снабжать один аппликатор, имеющий относительно высокий объемный расход. С другой стороны, имеется также возможность предотвращать накопление слишком большого объема смешанного материала, если, например, существует риск вызванной этим нежелательно высокой вязкости смешанного материала во время его нахождения в буферной емкости, принимая во внимание критичное время жизнеспособности только что обработанного смешанного материала.
Устройство для определения объема, например, функционально соединено с одним или несколькими датчиками, посредством которых возможно извлечение соответствующих значений параметров для нахождения с их помощью текущего объема смешанного материала. Например, возможна передача на устройство для определения объема параметров эксплуатации смесителя, чтобы смеситель служил в качестве "датчика", который выдает соответствующие значения параметров, характеризующие объемный расход на входе буферной емкости. Часто используются, например, работающие на основе объема дозаторы, которые при определенных условиях эксплуатации, например, при определенной частоте вращения соответствующего дозирующего шнека, транспортируют точно определенный объемный расход. Если смеситель, к которому известным способом подводятся соответствующие потоки исходных материалов, работает непрерывно, то есть имеет место равновесие между подводимым материалом и отводимым материалом, то исходя из соответствующих параметров эксплуатации возможно, например, определение количества материала за единицу времени, или, соответственно, объемного расхода, который имеется на входе буферной емкости. Таким образом, из этого объемного расхода и соответствующего объема соответствующих подводящих трубопроводов между смесителем и буферной емкостью может быть определен объем подаваемого смешанного материала.
С другой стороны, если соответствующие параметры эксплуатации аппликатора известны или их текущие значения подаются на устройство для определения объема, то соответствующий объемный расход на выходе, также может быть определен с учетом объема трубопроводов между буферной емкостью и аппликатором, так что исходя из обоих значений, может быть рассчитан объем смешанного материала в буферной емкости.
В других вариантах на соответствующих местах в пределах подводящих и отводящих трубопроводов буферной емкости могут быть предусмотрены, дополнительно или альтернативно к описанным выше вариантам осуществления, один или несколько датчиков, которые подходят для непосредственного определения объемного расхода, так что эти значения применимы для определения текущего объема смешанного материала в буферной емкости. В других предпочтительных вариантах осуществления посредством подходящих датчиков или эксплуатационных параметров устанавливают, например, степень заполнения буферной емкости смешанным материалом. Если, например, в буферной емкости предусмотрен подвижный поршень, то для точного определения объема смешанного материала возможно определение положения поршня, который непосредственно контактирует со смешанным материалом. Фактическое положение поршня может определяться, например, посредством одного или нескольких оптических датчиков внутри буферной емкости, причем один или несколько датчиков размещены таким образом, что они не препятствуют движению подвижного поршня. В других случаях возможно измерение расстояний до поршня. В других вариантах осуществления, в которых управление поршнем производится электрическим или электромагнитным способом, например, посредством линейного двигателя, линейного шпиндельного привода и т.п., для определения положения поршня возможно использование в качестве "значений датчиков" параметров эксплуатации привода при их наличии. Например, для очень точного определения положения поршня может использоваться количество оборотов шпиндельного привода, при известном шаге шпинделя. Поскольку обычно регулирование соответствующего приводного двигателя, например, шагового двигателя, производят посредством электронного управляющего устройства, в котором очень точно регулируется и считывается соответствующее количество оборотов, соответствующие значения могут передаваться на устройство для определения объема и использоваться для оценки положения поршня.
В предпочтительном варианте осуществления поршень содержит индикаторный элемент, который позволяет бесконтактным образом осуществлять определение положения поршня. То есть, посредством подходящего выполнения по меньшей мере одной части поршня возможна бесконтактная передача информации, что позволяет обходиться без дорогостоящего монтажа датчика внутри буферной емкости. Например, в поршне может быть предусмотрен магнит, так что при помощи расположенного вне буферной емкости датчика возможно непрерывное или пошаговое детектирование положения. Возможно, например, размещение на наружной поверхности буферной емкости с подходящим пространственным разрешением недорогих герконовых выключателей и их подключение, так что при прохождении каждого определенного положения срабатывает соответствующий переключатель. В других вариантах осуществления для считывания значений, определяющих положение поршня, возможно использование непрерывно работающего датчика перемещения в сочетании с магнитным материалом.
В другом предпочтительном варианте осуществления предусмотрено управляющее устройство, которое предназначено по меньшей мере для управления воздействием давления на смешанный материал. Это означает, что управляющее устройство в состоянии по меньшей мере поддерживать постоянное значение давления в буферной емкости, действующего на смешанный материал, на основании определенной величины, задаваемой с возможностью ее изменения, независимо от количества смешанного материала в буферной емкости, независимо от возможного объемного расхода на входе и, в частности, независимо от объемного расхода на выходе. При этом само управляющее устройство может влиять на соответствующие регулирующие органы, если они предусмотрены, например, в виде механических регуляторов давления, на которых возможно, вручную или электронным образом, задание желаемого значения давления, которое после этого поддерживается посредством подсоединения к подходящей напорной емкости и открывания выпускного канала при избыточном давлении.
Если воздействие давления производится, например, при помощи подвижного поршня в сочетании с текучим источником давления, то подходящий регулятор давления, который позволяет поддерживать желаемое давление посредством поршня, может предусматриваться в подводящем трубопроводе между буферной емкостью и текучим источником. В других вариантах осуществления соответствующие регулирующие органы доступны посредством управляющих сигналов, которые позволяют поддерживать значение давления на желаемом уровне.
В другом предпочтительном варианте осуществления управляющее устройство предназначено для управления одним или несколькими дальнейшими компонентами системы для смешивания материалов и/или для приема соответствующих значений параметров эксплуатации от по меньшей мере некоторых компонентов системы для смешивания материалов, чтобы вырабатывать, например, подходящие задаваемые значения по меньшей мере для управления воздействующим давлением. Например, управляющее устройство может быть предназначено для управления соответствующими электрическими или электромагнитными исполнительными органами, которые механически соединены с поршнем буферной емкости, так что эксплуатационные параметры для этих компонентов привода применимы также для управления воздействующим давлением и для оценки состояния буферной емкости. Например, в случае электрического или электромагнитного управления исполнительным органом возможна оценка, в качестве индикатора давления в буферной емкости, потребляемого тока при заданном пути перемещения, без необходимости использования для этого каких-либо других датчиков. С другой стороны, например, перемещение поршня, вызванное подачей смешанного материала в буферной емкости, может оцениваться управляющим устройством на основании изменения положения поворота соответствующего двигателя и использоваться соответствующим образом для дальнейшего воздействия желаемого постоянного давления на смешанный материал.
При воздействии на смешанный материал посредством текучей среды, находящейся под давлением, например, воздуха, азота, и т.п., например, при использовании подвижного поршня, как описано выше, также возможно управление воздействующим давлением путем включения управляющих элементов или, соответственно, исполнительных органов, например, в форме пропорциональных клапанов и т.п., причем, например, давление соответствующей текучей среды записывается и оценивается соответствующими датчиками.
Если используется электронное управляющее устройство, для него подходят почти все распространенные микропроцессоры или микроконтроллеры, например, в форме программируемых логических контроллеров (ПЛК), которые располагают достаточными ресурсами, так что считывание датчиков и применение соответствующих вычислительных алгоритмов возможно в пределах от микросекунд до единиц миллисекунд. Таким образом, возможно очень быстрое реагирование на изменения давления, что позволяет поддерживать стабильные условия на выходе из буферной емкости, даже если имеют место быстро изменяющиеся объемные расходы. Например, при снабжении сопел занавесного полива для нанесения лаков или других смешанных материалов на печатную плату динамичное изменение ширины струи может вызывать соответствующее динамичное изменение объемных расходов, которое удается быстро отрегулировать благодаря наличию буферной емкости, так что при этом получаются значительные преимущества по сравнению с обычными комбинированными системами, в которых динамический диапазон соответствующих дозаторов и смесителей был бы недостаточным.
Возможно также наличие содержащихся в управляющем устройстве подходящих алгоритмов, что позволяет использовать особенности и, в частности, дополнительные возможности по сравнению с обычными комбинированными системами, получаемые благодаря буферной емкости. Например, управляющее устройство в состоянии определять время жизнеспособности смеси, имея информацию о пропорциях смеси и свойствах материалов, или получать его значения другим путем, например, извлечением из памяти данных и т.п., и может с помощью известных параметров системы, таких, как объем трубопроводов и другие, находить подходящие значения количества смешанного материала в буферной емкости, требуемые для различных ситуаций. Если для этого управляющее устройство соединено с необходимыми регулирующими органами, оно может выдавать соответствующие управляющие сигналы, чтобы управлять эксплуатацией системы для смешивания материалов таким образом, при котором выполняются требования для соответствующего применения и в то же время оптимальным образом используются свойства буферной емкости. В дальнейших вариантах осуществления, в которых, возможно, один или несколько компонентов системы для смешивания материалов не управляются управляющим устройством, управляющее устройство может по меньшей мере благодаря наличию информации об эксплуатационных параметрах этих компонентов предоставлять соответствующую информацию в распоряжение обслуживающего персонала или другой системы управления, чтобы таким образом обеспечивать возможность оптимизированной эксплуатации системы для смешивания материалов.
В общем случае, в системе согласно изобретению для смешивания материалов, имеющей буферную емкость, управляемое воздействие на давление смешанного материала создает возможность очень динамичного задания давления смешанного материала на выходе из емкости, повышая или понижая именно воздействие давления на смешанный материал, что позволяет реагировать на различные требования во время эксплуатации или также на различные требования для различных процессов. Например, как уже разъяснено выше, возможна реакция на быстрые изменения ширины струи в соплах для занавесного полива посредством соответствующего приспосабливания воздействия давления на смешанный материал в буферной емкости, чтобы таким образом сохранять желаемые точно заданные условия при нанесении смешанного материала. При этом управляемое воздействие давления может производиться независимо от степени заполнения буферной емкости, так что, в отличие от устройств, в которых на материал или на соответствующий поршень воздействует упругая мембрана или пружина, возможно поддержание неизменного давления. Благодаря этому имеется также возможность производить и принимать в емкости только подходящее количество смешанного материала, которое требуется для соответствующего применения. Это позволяет обрабатывать смешанные материалы, имеющие очень малое время жизнеспособности смеси, не подвергаясь при этом риску отверждения смешанного материала в трубопроводах и в буферной емкости. В других случаях при некоторых условиях требуется определенное время реакции после смешивания двух или более материалов, так что в этом случае возможен учет соответствующего подготовительного времени, и материал принимают и смешивают в буферной емкости до того, как он передается на аппликатор. В этом случае возможно, например, повышение объема смешанного материала в буферной емкости.
В общем случае возможно представление буферной емкости в виде механически простой конструкции, так что возможен ее монтаж из недорогих одноразовых изделий. При этом возможна быстрая замена буферной емкости экономичным образом, если, например, из-за нарушения электроснабжения или аналогичных причин произойдет значительное превышение времени жизнеспособности, которое в других случаях привело бы к дорогостоящей очистке емкости.
Ниже более подробно описываются дальнейшие предпочтительные варианты осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 схематично представляет систему для смешивания материалов, в которой предусмотрена управляемая буферная емкость для смешанного материала,
фиг. 2 представляет схематичное изображение системы для смешивания материалов, в которой управление давлением в буферной емкости производится посредством пневматического управления,
фиг. 3A представляет схематичный вид в разрезе буферной емкости согласно наглядному варианту осуществления, в которой предусмотрен подвижный поршень для воздействия давления на смешанный материал,
фиг. 3B представляет перспективное изображение поршня, применение которого возможно в вариантах осуществления с подвижным поршнем, например, в варианте осуществления, представленном на фиг. 3A,
фиг. 4A и 4B схематично представляют виды буферной емкости в разрезе, причем предусмотрен подвижный поршень, который соединен непосредственно механически с электрическим или электромагнитным приводом, и
фиг. 5A и 5B представляют схематичные виды буферной емкости в разрезе, на которых воздействие давления на смешанный материал в буферной емкости создается посредством воздействия текучей среды, находящейся под давлением, например, газа, подходящей жидкости и т.п.
Ссылками на сопровождающие чертежи здесь описываются дальнейшие варианты осуществления и/или подробнее рассматриваются представленные выше варианты осуществления.
На фиг. 1 схематично показана система 190 для производства и нанесения смешанного материала, который производится из двух или из большего количества компонентов путем смешивания. Система 190 содержит для этого соответствующий источник 191 материалов, в котором предусмотрены соответствующие исходные материалы, обычно в форме текучих сред, причем отдельные компоненты обладают определенными свойствами, которые делают возможными надежную транспортировку, хранение и обработку. Обычно исходные материалы - это жидкости, имеющие легко управляемую вязкость, причем посредством смешиванием двух или нескольких компонентов получают желаемые свойства материала, и, как уже указано выше, после определенного времени отверждения получают конечный продукт, который соответствует специфическим требованиям, предъявляемым к ней для ее применения.
В нескольких представленных здесь вариантах осуществления указывается смешанный материал, который производится из двух исходных компонентов посредством смешивания, поскольку такие двухкомпонентные материалы часто находят применение в промышленности, например, в качестве наполнителей, защитных лаков и т.п.Однако следует указать на то, что концепция согласно изобретению применима также к смешанным материалам, которые смешивают из трех или из более компонентов, если это признается подходящим для определенных видов применения.
Таким образом, источник 191 материалов содержит соответствующие резервуары или другие источники материалов, которые при помощи подходящих средств, например, насосов, например, в форме мембранных насосов и тому подобных средств могут предоставлять исходные материалы в желаемом количестве и с желаемой интенсивностью потока. Источники 191 материалов обычно содержат также один или несколько материалов, которые могут использоваться для промывки системы 190, и подходящие растворители и т.п.К ним относятся также, например, текучие среды в газообразном виде, например, воздух, азот и т.п., которые также могут быть предоставлены при помощи подходящих средств, напорных резервуаров и т.п.Кроме того, система 190 содержит систему 100 для смешивания материалов, которая согласно изобретению предназначена для достижения существенного повышения эффективности по сравнению с обычными системами для смешивания материалов, причем, в частности, система 100 для смешивания материалов делает возможной повышенную скорость реагирования на динамично изменяющиеся требования по отбору смеси, как это подробно представлено выше, а также в последующем.
Кроме того, система 190 содержит элемент 192 выдачи материала, который принимает смешанный материал 193 из системы 100 для смешивания материалов и выдает смешанный материал 193 подходящим образом. Например, элемент 192 выдачи смешанного материала содержит один или несколько видов насадок, чтобы наносить смешанный материал 193 на объект, причем соответствующие насадки обычно выполнены с возможностью управления, так что расход зависит от текущего рабочего режима соответствующей насадки. В предпочтительном варианте осуществления система согласно изобретению 100 для смешивания материалов в пределах установки 190 применяется для нанесения смешанных материалов на несущие пластины электронных компонентов, так что соответствующие компоненты после монтажа на несущей пластине получают дополнительные функции, например, защиту от воздействий окружающей среды и т.п.
В других вариантах возможно использование системы 190 с системой 100 для смешивания материалов согласно изобретению для производства и нанесения смешанных материалов, в которых обработка смешанного материала возможна до окончания определенного промежутка времени химической реакции, причем обычно с повышенной по сравнению с исходными материалами вязкостью, и соответствующие значения объемного расхода смешанного материала 193 находятся в диапазоне от нескольких кубических сантиметров в минуту до нескольких сотен кубических сантиметров в минуту. При этом система смешивания материала 100 выполнена таким образом, что, в частности, возможно быстрое реагирование на быстрые изменения принимаемого количества. Если, например, требуется предоставлять смешанный материал 193 в элементе 192 выдачи в варьируемом по времени количестве на основе соответствующим образом быстро изменяющихся во времени значений расхода, например, когда ширина струи сопла для занавесного полива динамично изменяется во время процесса применения, то система 100 может реагировать с соответствующей высокой скоростью реагирования и предоставлять переменный объемный расход. Таким образом обеспечивается непрерывное качество нанесенного смешанного материала 193.
Как уже разъяснялось выше, динамические характеристики системы для смешивания и нанесения смешанного материала обычно определяются механическими свойствами соответствующих дозаторов и конструкции смесителей, так как, например, дозаторы не могут изменять свою производительность сколь угодно быстро, и смеситель также обычно имеет соответствующую малую скорость срабатывания, обусловленную его конструкцией. В системе 190 предусмотрены, например, хорошо известные дозаторы 194A, 194B, 194C, которые выполнены, например, в виде волюметрических элементов, так что, например, предусмотрен соответствующий дозирующий шнек, который транспортирует от своего входа к своему выходу точно определенное, обусловленное его конструкцией количество исходного материала, если всегда обеспечивается достаточное количество исходного материала от источников 191 материала на каждом из дозаторов. Это означает, что в хорошо зарекомендовавших себя волюметрических дозаторах возможно точное задание количества, проходящего за единицу времени и тем самым объемного расхода посредством соответствующего шнекового транспортера, например, управляя частотой вращения шнекового транспортера. Однако при быстрых изменениях требуемого объемного расхода из-за ограниченности средств привода, а также механических факторов возможно только ограниченное динамичное отслеживание требуемого объемного расхода.
Следует обратить внимание на то, что в представленном примере, например, дозаторы 194A, 194B предоставляют соответственно исходные материалы для смешанного материала 193 в желаемом количественном соотношении, в то время как, например, дозатор 194C может быть предусмотрен для дозируемого снабжения чистящего материала и т.п., если для этого требуется точная дозировка. В других примерах, как разъяснено выше, для получения результирующего смешанного материала 193 могут требоваться три или большее количество компонентов.
Предоставляемые дозаторами 194A, 194B, 194C дозируемые количества материалов или, соответственно, объемные расходы, которые обозначаются здесь схематично как 195A, 195B, 195C, подводятся к смесителю 110 системы 100 для смешивания материалов, который представлен здесь схематично таким образом, что он может гомогенно смешать по меньшей мере два объемных расхода 159A, 159B. Нужно учесть, что смеситель 110 может представлять собой также комбинацию из нескольких смесителей, если, например, необходимо смешать несколько исходных материалов многоступенчатым образом, то есть в нескольких операциях. Смеситель 110 может представлять собой хорошо известный статический/динамический смеситель, в котором предусмотрен статический смесительный шнек, если, например, свойства исходных материалов, например, вязкость, относительно схожи и материалы легко смешиваются, так что при прохождении через статический смесительный шнек получается гомогенная смесь материала. Это ограничивается, как правило, определенными значениями пропорций состава смеси. В других вариантах может быть предусмотрен динамический, то есть поворотный смесительный шнек, чтобы достигать более высокой степени гибкости при гомогенном смешивании потоков исходных материалов.
Как уже разъяснено выше, при контакте двух или более исходных материалов происходит соответствующая химическая реакция, которая обычно приводит к росту вязкости, так что имеется только ограниченное время на последующую обработку смешанного материала 193, как это уже разъяснялось раньше.
Система 100 для смешивания материалов содержит, кроме того, буферную емкость 120 для смешанного материала, кратко называемую также просто буферной емкостью, имеющую вход 121, который непосредственно или косвенно соединен со смесителем 110, для приема смешанного материала 193 из смесителя 110. Далее, предусмотрен выход 122, через который возможна выдача смешанного материала 193, например, в опциональное устройство 130 предварительного регулирования давления, которое в свою очередь передает смешанный материал 193 с желаемым давлением к элементу 192 выдачи.
Кроме того, буферная емкость 120 содержит буферный объем 123, который в некоторых вариантах осуществления является переменным и регулируемым, как это уже разъяснено и также более подробно будет представлено в последующем. Кроме того, следует учесть, что расположение входа 121 и выхода 122 не обязательно соответствуют положениям, представленным на фигуре 1, и их следует рассматривать скорее лишь в качестве функциональных компонентов, так что фактическое положение соответствующих мест подключения для входа 121 и выхода 122 выбрано в соответствии с необходимостью, как это также более подробно разъяснено в последующем.
Буферная емкость 120 представляет собой управляемую буферную емкость, которая подвергает по меньшей мере находящийся в ней смешанный материал воздействию управляемого давления. Это означает, что буферная емкость 120 содержит устройство 124 регулирования давления или по меньшей мере соединена с этим устройством, которое предназначено для того, чтобы соответствующим способом регулировать давление в буферном объеме 123 и удерживать его в пределах определенной области, так что воздействие давления на смешанный материал в буферном объеме 123 происходит с относительно точно установленным значением. Устройство 124 регулирования давления может представлять собой, например, узел, в котором не показанный пропорциональный клапан управляется таким образом, что подводимое из напорной емкости (не показана) давление, то есть соответствующая текучая среда, проводится в буферный объем 123 и тем самым находящийся в ней материал подвергается действию желаемого давления. Кроме того, при изменении давления в буферном объеме 123, например, вследствие дальнейшего поступления смешанного материала из смесителя 110, устройство 124 регулирования давления выполнено так, что соответствующая регулирующая компенсация отклонения давления возможна с коротким временем реакции, например, в пределах от нескольких миллисекунд до нескольких десятков миллисекунд, например, за счет того, что предусмотрен соответствующий не показанный обходной путь или путь выпуска воздуха. Если используется источник давления с текучей средой, находящейся под давлением, то текучая среда может воздействовать непосредственно на смешанный материал или может взаимодействовать со смешанным материалом посредством подвижного поршня, как это более подробно разъяснено в последующем.
В дополнительных вариантах осуществления устройство 124 регулирования давления может осуществляться в форме непосредственной механической связи, если, например, в устройстве 124 регулирования давления предусмотрены подходящие элементы привода, например, линейные двигатели, двигатели со шпиндельным приводом, приводы с зубчатой рейкой, электромагнитные приводы, вызывающие линейное воздействие, и т.п.При этом устройство регулирования давления 124 может содержать управляющее устройство, которое, независимо от остальных компонентов системы 100 для смешивания материалов, выполнено таким образом, что в буферном объеме 123 поддерживается соответствующее давление с учетом соответствующим образом заданного извне значения. Для этого могут быть предусмотрены механические регуляторы давления, причем, например, соответствующее заданное значение устанавливают посредством производимой вручную настройки соответствующего регулятора и т.п.В других вариантах осуществления предусматривается электронное управляющее устройство, которое воздействует на соответствующие регулирующие органы, например, на пропорциональный клапан и т.п., чтобы выполнять регулирование давления в буферном объеме 123.
В других наглядных вариантах осуществления предусмотрено электронное управляющее устройство 140, которое предназначено для выполнения функции устройства регулирования давления 124, например, посредством выдачи соответствующих управляющих сигналов для исполнительных органов и/или для приема и оценки сигналов датчиков или других сигналов, передающих значения параметров устройства регулирования давления 124 или других компонентов системы 100 для смешивания материалов и т.п.В предпочтительных вариантах осуществления управляющее устройство 140 функционально соединено также по меньшей мере еще с одним компонентом системы 100 для смешивания материалов и/или системы 190 по меньшей мере для того, чтобы принимать по меньшей мере значения параметров или значения сигналов датчиков и оценивать их для управления буферной емкостью 120. Управляющее устройство 140 может быть выполнено в форме микропроцессора, микроконтроллера и т.п., причем реализуются соответствующие функциональные модули, которые принимают на себя различные вычислительные задачи и задачи управления. Нужно учитывать, что современные микроконтроллеры и программируемые логические контроллеры (ПЛК) обычно имеют значения времени цикла, то есть времени полного прохождения алгоритма управляющего устройства, от одной миллисекунды или менее до нескольких миллисекунд, так что достигается высокая скорость срабатывания, в частности, для регулирования буферной емкости 120.
Далее, следует обращать внимание на то, что часто возможно соединение определенных компонентов, например, электродвигателей, клапанов и т.п., с соответствующими частями управляющего устройства 140, обладающими определенным собственным "интеллектом", так что, например, выполнение задач управляющего устройства - например, поддержание постоянного положения электродвигателя, открывание или закрывание клапанов и т.п. - возможно в пределах более коротких временных интервалов по сравнению со временем цикла управляющего устройства 140. Например, возможно обращение посредством управляющего устройства 140 к соответствующим электродвигателям, устанавливающее только одно или несколько задаваемых значений, например, частоты вращения и т.п., в то время как собственно цепь управления реализована в подчиненном узле, например, в блоке управления шагового двигателя, так что скорость срабатывания определяется механикой соответствующих приводимых в движение компонентов и соответствующими подчиненными управляющими устройствами.
Например, управляющее устройство 140 может быть соединено с соответствующими двигателями для шнековых транспортеров дозаторов 194A,…, 194C, так что возможно задание соответствующих устанавливаемых значений, соблюдение которых тогда осуществляется подчиненным управляющим устройством с высокой точностью, и на эти цепи управления не влияет время цикла управляющего устройства 140. Точно таким же образом возможно соединение управляющего устройства 140 со смесителем 110, чтобы устанавливать соответствующее задаваемое значение для скорости вращения, если рассматривается активный смеситель, или чтобы получать значения соответствующих эксплуатационных параметров, например, потребление тока соответствующим двигателем, фиксировать состояние соответствующего смесительного шнека, и т.п.Таким же образом возможна и оптимизированная адаптация режима работы буферной емкости 120 к совместной работе других компонентов системы 100 и системы 190.
В варианте осуществления управляющее устройство 140 предназначено для использования в качестве устройства для определения объема, которое на основании сигналов датчиков и/или других подводимых к нему сигналов, например, от элементов привода и т.п., как это описано выше, определяет величину буферного объема.
При эксплуатации системы 190 с системой 100 для смешивания материалов, если уже известна подходящая пропорция смеси для исходных материалов и система 190 находится в работоспособном состоянии, от дозаторов 194A,..., 194C соответствующие объемные расходы 195A, 195B, 195C подводятся к смесителю 110, в котором тогда происходит гомогенное перемешивание двух или более составляющих материалов. После этого произведенный смешанный материал 193 подводят сначала буферной емкости 120, которое заполняется адаптированным для применения количеством смешанного материала 193, прежде чем смешанный материал 193 выдается на выходе 122. В частности, при использовании управляющего устройства 140, в котором записаны соответствующие специфичные для конкретного применения сведения или которое определяет либо получает эти данные в другом месте, управление буферной емкостью 120 может осуществляться специфичным для этого применения образом, так, что на элемент 192 выдачи, который наносит смешанный материал 193 в желаемой форме на объект, например, на печатную плату, выдается определенный объемный расход под желаемым давлением.
Управляющее устройство 140 может, например, извлекать или определять соответствующие параметры для соответствующего случая применения, которые относятся к времени жизнеспособности материала 193, мгновенному расходу в элементе 192 выдачи, текущему состоянию буферной емкости 120 и т.п.Таким образом определяется, например, какое количество смешанного материала 193 требуется для первоначального заполнения буферной емкости 120, прежде чем может начинаться процесс применения. Если известно, например, что требуется относительно высокий объемный расход для компонента 192 выдачи, например, для увлажнения относительно обширных элементов, и управляющему устройству 140 известны соответствующие условия эксплуатации дозаторов 194A,…, 194C и смесителя 110, то с учетом свойств материалов, то есть времени жизнеспособности смеси, возможно вычисление соответствующего заполняемого количества и относящееся к этому времени выдачи, прежде чем потребуется повторная "зарядка" буферной емкости 120.
Если, например, время жизнеспособности используемого в настоящее время смешанного материала 193 относительно велико, то для известного необходимого объемного расхода в элементе 192 выдачи можно определить, сколько материала можно ввести в буферную емкость 120 до начала собственно применения. Таким образом возможна настройка подачи смешанного материала 193 на специфические условия, так что, например, в буфере 120 аккумулируется ровно столько смешанного материала, что при применении возможно надежное выполнение определенного количества процессов без негативного влияния, вызываемого возрастающей вязкостью смешанного материала 193. Это осуществимо также и для такого объемного расхода в элементе выдачи 192, который превышает максимально возможный объемный расход дозаторов или, соответственно, смесителя 194A,…, 194C, 110. В этом случае для определения соответствующего количества возможных процессов применения и соответствующего количества материала в буферной емкости 120 может заранее учитываться также непрерывный подвод материала к буферной емкости 120.
С другой стороны, если требуется относительно малый объемный расход в элементе 192 выдачи, то управляющим устройством 140 определяется подходящее время задержки для смешанного материала в буферной емкости 120 с учетом времени жизнеспособности смеси, чтобы было достаточно соответствующего небольшого количества. При этом, тем не менее, благодаря высокой динамичности системы 100 для смешивания материалов возможно уравновешивание колебаний, появляющихся во время процесса.
Следует обратить внимание на то, что в обычных системах предусмотрено устройство 130 предварительного регулирования давления, чтобы получать определенную "равномерность" воздействия давления смешанного материала в элементе подачи, причем, однако, в настоящем изобретении при необходимости возможно исключение этого устройства 130 предварительного регулирования давления, если высокая скорость срабатывания буферной емкости 120 в ответ на колебания давления признается достаточной для соответствия определенным требованиям.
На фиг. схематично показана система 290 для изготовления и нанесения смешанного материала, в котором система 291 для материала содержит источник 291 A материала для первого компонента и источник 291 B материала для второго компонента материала. Источники 291 A, 291 B материала могут представлять собой картриджи или другие источники, которые предоставляют оба исходных материала. Кроме того, как уже разъяснено выше также в связи с фиг. 1, возможно наличие предусмотренного компонента 291 C, например, в виде растворителя, и т.п.Источники 291 A, 291 B материалов соединены с соответствующими дозаторами 294A, 294B, предусмотренными, например, в виде волюметрической системы, в котором соответствующий приводной узел дозаторов 294A или, соответственно, 294B приводит в движение соответствующий шнековый транспортер, так что независимо от давления и температуры входных материалов за единицу времени транспортируется строго определенное количество материала, обусловленное частотой вращения и конструкцией.
Оба дозатора 294A, 294B соединены со смесителем 210, который выполнен, например, в виде статико-динамического смешивающего устройства, снабженного элементом 211 привода, например, электродвигателем, и смесительным шнеком 212. При динамическом смешивании, как уже разъяснено выше, смесительный шнек 212 посредством двигателя 211 приводится во вращение повороте смещенно, чтобы достигать максимальной гомогенности смешанного материала 293 также и при очень разных свойствах материалов и/или большой пропорции смеси. Смеситель 210 соединен с буферной емкостью для смешанного материала или, соответственно, буферной емкостью 220, на вход 221 которой подводится смешанный материал 293. Выход 222 расположен вблизи входа 221 и соединен с устройством 230 предварительного регулирования давления, которое в свою очередь соединено с элементом 292 выдачи, например, струйным соплом и/или соплом для занавесного полива, и т.п.
Смеситель 210 в сочетании с буферной емкостью 220 и опциональным устройством 230 предварительного регулирования давления соответствуют системе согласно изобретению для смешивания материалов, как это разъяснено, например, также выше применительно к системе 100. Буферная емкость 220 в этом варианте осуществления выполнена, например, в виде цилиндрического полого корпуса, который изготовлен из экономичных материалов, например, политетрафторэтилена, при этом, тем не менее, предлагаются на выбор также другие материалы, например, алюминий и т.п.
Буферная емкость 220 содержит подвижный поршень 225, который, таким образом, служит для воздействия давления на смешанный материал 293 внутри буферной емкости и одновременно устанавливает эффективный буферный объем буферной емкости 220. То есть на той стороне поршня 225, которая противоположна смешанному материалу 293, определен буферный объем 224A текучей среды, который наполнен находящейся под давлением текучей средой, например, воздухом, азотом и т.п. или также жидкостью, так что, с одной стороны, оказывается желаемое давление на поршень 225 и, с другой стороны, посредством подведения и отведения текучей среды из буферного объема 224A текучей среды осуществляется соответствующее регулирование изменяемого эффективного буферного объема для смешанного материала 293.
В показанном варианте осуществления работа устройства 224 регулирования давления для смешанного материала 293 достигается, например, посредством того, что подходящий источник текучей среды (не показан) соединен с буферным объемом 224A текучей среды над поршнем 225 и что предусмотрен соответствующий регулирующий орган или соответствующий исполнительный орган 224B, который может приводить давление в буферном объеме 224A текучей среды к желаемому значению и удерживать это значение. Например, компонент 224B может содержать пропорциональный перепускной клапан, что позволяет подводить из не показанного напорного резервуара соответствующее количество текучей среды, так что желаемое давление поддерживается также и при переменном количестве смешанного материала 293, тогда как при увеличении объема смешанного материала 293 и оказываемом вследствие этого на поршень 225 усилии со стороны смешанного материала 293 обеспечивается возможность управляемого удаления текучей среды из буферного объема 224A текучей среды. Как разъяснено выше, осуществление устройства регулирования давления 224 возможно на основе электронного управляющего устройства, или возможно использование ручных элементов управления, чтобы сохранять желаемые условия сжатия в буферном объеме 224A текучей среды.
Кроме того, в показанном варианте осуществления предусмотрен датчик 226, который регистрирует положение подвижного поршня 225. Датчик 226 может быть выполнен, например, в виде аналогового датчика перемещения, который срабатывает на соответствующем материале индикатора в подвижном поршне 225. Например, соответствующий материал индикатора может представлять собой магнит, предусмотренный в поршне 225. Благодаря определению положения подвижного поршня 225 не показанное управляющее устройство, например, управляющее устройство 140, соответствующее фиг. 1, позволяет соответствующим образом находить текущее значение эффективного буферного объема, так что при этом также в любой момент известно количество имеющегося в буферной емкости 220 смешанного материала 293. Хотя текущее количество смешанного материала 293 может быть получено также на основании "косвенных" значений, как разъяснено выше в связи с фиг. 1, датчик 226 обеспечивает очень точное определение положения подвижного поршня 225 c хорошим временным разрешением. В других вариантах возможно использование других датчиков, например, ряда дискретно расположенных герконов и т.п.Возможно также использование электромагнитной связи между поршнем 225 и соответствующим принимающим устройством, который помещен снаружи на буферной емкости 220, для определения положения подвижного поршня 225 также бесконтактным способом.
Кроме того, к системе 290 и к системе для смешивания материалов, имеющей компоненты 210, 220 и 230, также относится возможность управления буферной емкостью 220, и еще минимум одним компонентом посредством соответствующего электронного управляющего устройства, которая разъяснена, например, применительно к фиг. 1. Например, элементы привода дозаторов 294A, 294B, двигатель 211 смесителя 210 точно так же могут управляться командами или указаниями соответствующего электронного управляющего устройства, или для соответствующего управляющего устройства предоставляются по меньшей мере соответствующие параметры эксплуатации, что позволяет оценивать состояние системы 290, чтобы управлять, в частности, режимом эксплуатации буферной емкости 220 с учетом состояния системы 290.
Во время работы системы 290 материалы 291 A, 291 B в соответствии с заранее заданным составом смеси выпускаются дозаторами 294A, 294B в смеситель 210, в котором происходит максимально гомогенное смешивание обоих компонентов, например, статическим или динамическим способом, в зависимости от исходных материалов, пропорций состава смеси и т.п.Смешанный материал 293 подводится к входу 221 в нижней области буферной емкости 220, так что смеситель 210 транспортирует материал 293 в буферную емкость 220, преодолевая давление поршня 225. Это означает, что со сдвигом поршня 225 введенный смешанный материал 293 подвергается со стороны поршня 225 действию давления, которое имеется в буферном объеме 224A текучей среды и которое поддерживается по существу постоянным при помощи устройства регулирования давления 224. Если смеситель 210 продолжает работать, в буферную емкость 220 вводится, против давления поршня 225, дальнейшее количество смешанного материала 293, причем продолжается поддержание относительно постоянного давления в объеме 224A. Как разъяснено выше, устройство регулирования давления 224 выполнено таким образом, что при уменьшении буферного объема текучей среды 224A возможно удаление текучей среды, например, наружу или в не показанный резервуар текучей среды, так что поддерживается желаемое давление.
Если, с другой стороны, когда вследствие активации элемента 292 выдачи смешанный материал 293 выдается из выхода 222, в зависимости от питающего выдачу объемного расхода, который создается смесителем 210, возможно понижение положения поршня 225, так что при этом регулирующий компонент 224B обеспечивает продолжение сохранения желаемого постоянного давления в буферном объеме 224A текучей среды. Если происходит изменение объемного расхода, которое вызывается, например, изменением размера струи сопла для занавесного полива, то соответствующее возникающее колебание давления может принимать на себя устройство 224 регулирования давления, без заметного изменения воздействующего давления смешанного материала 293. Например, при быстром приросте объемного расхода элементу 292 выдачи соответствующее уменьшение буферного объема компенсируется соответствующим движением поршня 225 и дальнейшим впуском текучей среды, находящейся под давлением, в объем 224A, так что продолжается действие строго постоянных условий давления на элементе 292 выдачи. То же самое относится к сокращению объемного расхода, если, например, одновременно происходит еще и подача материала из смесителя 210, так что появляющийся при этом прирост объема материала в буферной емкости 220 соответствующим образом компенсируется.
Как разъяснено выше, не показанное электронное управляющее устройство, например, описанное в связи с фиг. 1 управляющее устройство 140, может устанавливать подходящий режим работы буферной емкости 220 для соответствующего приложения заранее или также в динамичном виде. Например, возможно определение минимального эффективного буферного объема, который требуется, чтобы надежно обеспечивать эксплуатацию элемента 292 выдачи, так что при достижении этого минимального буферного объема соответствующий материал должен быть добавлен из смесителя 210 в буферную емкость 220. C этой целью для известного режима выдачи смешанного материала 293 возможно определение соответствующего количества смешанного материала 293, которое требуется для надежного снабжения при заявленном режиме, чтобы обеспечивать эксплуатацию элемента 292 выдачи на соответствующий промежуток времени. С другой стороны, для этого возможно определение максимального эффективного размера буфера, который устанавливается в зависимости от времени жизнеспособности смеси, так что при заполнении буферной емкости 220 не загружались слишком большие количества смешанного материала 293, которые могли бы способствовать досрочному отверждению материала и тем самым функциональной непригодности всей системы 290.
В простом случае такие значения минимального и максимального размера буферной емкости могут задаваться в виде функции от положения подвижного поршня 225, так что при достижении минимального положения поршня выдается соответствующий сигнал на смеситель 210 и вместе с тем также на дозаторы 294A, 294B, так что материал снова замешивается и пополняет буферную емкость 220, если работа этих блоков была ранее прервана. Аналогичным образом при достижении максимального положения поршня дальнейший подвод материала прерывается, чтобы длительность пребывания смешанного материала 293 в буферной емкости 220 не находилась в критичных в отношении времени жизнеспособности пределах. Например, возможно задание положения в качестве максимального положения поршня специально для данного применения таким образом, что смеситель 210 надежно опорожняется в каждом случае, не превышая критичный с точки зрения времени жизнеспособности объем буфера, однако в то же время по возможности предотвращается.
На основе динамично управляемого функционирования буферной емкости 220 возможна эксплуатация, в частности, смесителя 210 и дозаторов 291 A, 291 B в надежном, хотя, возможно, относительно ограниченном диапазоне рабочих режимов, при этом, однако, делается возможной высокая динамичность предоставляемого объемного расхода. То есть для тех случаев применения, при которых требуется в среднем высокий объемный расход в элементе 292 выдачи, возможна периодическая работа элемента 292, если подача из смесителя 210 меньше, чем среднее значение выдачи из буферной емкости 220. На этот случай устанавливаются подходящие значения минимального и максимального буферного объема, так что элемент 292 выдачи на протяжении соответствующих периодов может работать надежно и при точно установленных условиях эксплуатации, в то время как в соответствующих перерывах работы можно снова наполнять буферную емкость 220. При этом дозаторы 294A, 294B, а также смеситель 210 могут действовать непрерывно, не оказывая влияния на давление подачи во время активных фаз работы элемента 292 выдачи.
Кроме того, для наблюдения за состоянием системы 290 могут быть предусмотрены датчики давления на подходящих для этого местах, например, после дозаторов 294A, 294B и после буферной емкости 220. Благодаря получению сведений о давлении возможно распознавание различных состояний системы 290, например, уменьшения "проходимости" участка трубопровода и т.п. Значения от датчиков давления могут использоваться также для управления режимами работы буферной емкости 220, причем предпочтительно используется электронное управляющее устройство, например, управляющее устройство 140 с фиг. 1.
На фиг. 3A показан схематичный вид в разрезе буферной емкости 320 для смешанного материала, кратко называемой "буферная емкость", использование которой возможно, например, в вариантах осуществления, показанных ранее со ссылкой на фиг. 1 и 2. Буферная емкость 320 представляет собой часть системы для смешивания материалов, например, системы 110, которая показана на фиг. 1. Поэтому буферная емкость 320 соединена со смесителем 310, который содержит, например, динамично приводимый в движение смесительный шнек 312 и в котором два или большее количество материалов компонентов смешивают максимально гомогенно, так что образуется смешанный материал 393, который вводится через вход 321, то есть через проход между смесителем 310 и буферным объемом, в буферную емкость 320. Смешанный материал 393 покидает буферный объем 323 через выход 322, который выполнен, например, в виде протока к соответствующему трубопроводу для элемента выдачи.
В представленном варианте осуществления выход 322 соединен с устройством 330 предварительного регулирования давления, которое содержит, например, еще один не показанный напорный вход, чтобы дополнительно подвергать смешанный материал 393 действию давления. В других наглядных вариантах осуществления возможно воздействие давления, производимое исключительно через емкость 320, так что для воздействия давления на смешанный материал 393 перед трубопроводом к соответствующему элементу выдачи не требуется еще один объем.
В представленном варианте осуществления механически простая конструкция образована вследствие того, что вход 321 непосредственно соединен со смесителем 310 протоком, и выход также непосредственно, в виде протока соединен c устройством 330 предварительного регулирования давления или c соответствующим выпускным трубопроводом.
Кроме того, предусмотрен подвижный поршень 325, который приводит к разделению общего объема емкости 320 для текучей среды на эффективный буферный объем 323 и на объем 324A для текучей среды, который в представленном варианте осуществления заполняется подходящей текучей средой, чтобы подвергать смешанный материал 393 воздействию желаемого давления посредством подвижного поршня 325, как это также разъяснено выше. В предпочтительных вариантах осуществления объем 324A для текучей среды наполняется воздухом или азотом и таким образом представляет собой элемент пневматического регулирования давления для буферной емкости 320. Поршень 325 содержит подходящий индикаторный материал 325A, который позволяет определять положение поршня 325 посредством датчика положения, схематично представленного обозначением 326. Например, материал индикатора 325A предусмотрен в форме магнита, а датчик 326 представляет собой аналоговый датчик, так что возможно почти непрерывное определение текущего положения поршня 325. Благодаря этой конструкции исполнение корпуса емкости 320 для текучей среды может оставаться простым, так как не требуются соответствующие сквозные отверстия и т.п.для внутренних датчиков.
В целом конструкция емкости 320 в представленном варианте осуществления оформлена таким образом, что имеется минимально возможная доля неиспользуемого пространства, чему способствует также бесконтактная связь материала 225A индикатора с датчиком 326. Стоит учесть, что изображение на фиг. 3A очень схематично, и в действительности соответствующие сквозные проходы и трубопроводы, например, в форме входа 321, выхода 323 и проводки в устройстве 330 предварительного регулирования давления оформлены таким образом, что имеет место потоки смешанного материала 393 с минимальным сопротивлением, без соответствующих областей с остановкой потока. Например, представленные на чертеже углы в 90° на практике соответствующим образом скруглены.
Принцип действия буферной емкости 320 похож на принцип действия, описанный выше применительно к фиг. 1 и 2. То есть смеситель 310 загружает внутреннюю часть буферной емкости 320 смешанным материалом 393, который таким образом перемещает подвижный поршень 325, преодолевая давление, которое оказывается на поршень 325 в емкости 324A текучей среды, так что тем самым смешанный материал 393 подвергается действию давления, которое управляемым образом установлено в емкости 324A текучей среды. При дальнейшем подводе материала через смеситель 310 количество 393 в эффективном буферном объеме 323 возрастает, если выдача меньше, чем подача. С другой стороны, объем памяти уменьшается, если выдача выше, чем подача. Как разъяснено выше, определение соответствующего текущего объема и тем самым определение количества материала 393 возможно посредством определения текущего положения поршня 325, так что постоянно поддерживаются подходящие условия эксплуатации, которые задаются в зависимости от времени жизнеспособности смеси, от процесса применения, от производительности смесителя 310 и расположенных перед ним дозаторов и т.п.К этому случаю также относится возможность управления режимом буферной емкости 320, а также одним или несколькими дальнейшими компонентами посредством электронного управляющего устройства, например, управляющего устройства 140, показанного на фиг. 1.
На фиг. 3B показано схематичное перспективное изображение возможного варианта осуществления подвижного поршня 325. В показанном варианте осуществления предусмотрен подходящий материал 325C наружной поверхности, который совместим со свойствами смешанного материала. Возможен, например, выбор такого же материала, как и материал, применяемый для обыкновенных картриджей. Таким образом возможно достижение очень хорошо уплотненного разграничения между эффективным буферным объемом 323 и объемом 324A текучей среды (см. фиг. 3A). Кроме того, нижняя поверхность 325B поршня 325 может быть выполнена таким образом, что предотвращается полное закрытие входа 321 и/или выхода 322, если механически достигается нижнее положение в буферной емкости (смотри фиг. 3A), так что также и в этом положении возможно дальнейшее заполнение буферной емкости материалом. Таким образом, соответствующая конструкция благоприятна для рабочих режимов, в которых предпочтительно почти полное опорожнение буферной емкости. Например, при калибровке буферной емкости и/или дозаторов, а также при установлении подходящих условий дозирования опорожнение буферной емкости может облегчать более точное определение калибровочных величин и параметров. Кроме того, как уже разъяснено выше, поршень 325 может содержать подходящий материал для индикатора, например, материал 325A с фиг. 3A, который отделяется от внешнего материала 325C оболочкой.
На фиг. 4A показан схематичный вид в разрезе буферной емкости 420, которая выполнена с возможностью замены, как и в разъясненных выше системах для смешивания материалов. В представленном варианте буферная емкость 420 содержит подвижный поршень 425, который таким образом динамично устанавливает эффективный буферный объем 423 и поэтому непосредственно подвергает соответствующий смешанный материал (не показан) воздействию давления, как это описано также выше применительно к вариантам осуществления с фиг. 2 и 3A, 3B. Однако для случая регулирования давления посредством текучей среды предусмотрено электрическое или электромагнитное устройство регулирование давления 424, которое содержит узел 424C привода, например, в виде вращающегося электродвигателя, а также соответствующий узел для преобразования вращательного движения в линейное движение 424D. Например, соответствующие линейные приводы хорошо известны как шпиндельные приводы. Таким образом, посредством управления узлом 424C привода возможно перемещение поршня 425, а при контакте со смешанным материалом возможно оказание желаемого давления, которое точно регулируется посредством эксплуатационных параметров узла 424C привода. Например, возможно соединение узла 424C привода с соответствующим управляющим устройством, например, с показанным на фиг. 1 управляющим устройством 140, причем возможно дополнительное включение между ними соответствующих элементов управления, например, преобразователя переменного тока и т.п., так что возможно регулирование точного положения и/или соответствующего давления для поршня 425.
Например, отслеживание соответствующей частоты вращения двигателя позволяет непосредственно оценивать текущее положение поршня 425, а, например, при введении смешанного материала в буферную емкость 420 соответствующий счетчик, датчик положения и т.п.позволяют считывать соответствующий вызванное этим перемещение поршня 425 для узла 424C привода. В то же время возможно также, посредством задания соответствующей величины для крутящего момента узла 424C привода, точное задание усилия для воздействия на поршень 425, чтобы получать желаемое постоянное воздействие давления на смешанный материал. При этом время реакции системы, состоящей из поршня 425 и устройства регулирование давления 424, полностью укладывается в пределы для обычных пневматических устройств регулирования давления или даже ниже, причем, в частности, применение электрических или электромагнитных компонентов способствует более высокой энергетической эффективности системы в целом. Возможен также поршень 425 без дополнительных материалов для индикации и т.п., поскольку точное определение положения обеспечивается посредством узла 424C привода и соединенного с ним электронного управляющего устройства. Кроме того, возможно также детектирование недопустимого или, соответственно, затвердевшего состояния смешанного материала, путем оценки соответствующего изменения позиции поршня 425 и прилагаемого при этом электрического тока привода 424C.
На фиг. 4B схематично показан следующий вариант, в котором линейное перемещение поршня 425 достигается посредством электрического или электромагнитного привода. Для этого предусмотрен, например, вращающийся двигатель 424F в сочетании с зубчатой рейкой 424E, которая соединена непосредственно с поршнем 425. Такое осуществление также позволяет надежным образом находить положение поршня 425, а также давление, оказываемое на предусмотренный в буферном объеме 423 смешанный материал. Применительно к управлению приводного устройства 424F действуют по существу те же самые критерии, которые разъяснены выше.
Кроме того, в этом варианте осуществления показано устройство 430 предварительного регулирования давления, которое применимо также для варианта с фиг. 4A, если нужно дальнейшее улучшение динамичности регулирования давления посредством буферной емкости 420.
Следует заметить, что показанные в качестве примеров на фиг. 4A и 4B электрические или электромагнитные системы привода должны являться показательными также для других электромагнитных систем привода, например, для линейных двигателей, которые делают возможными непосредственное линейное движение без обходного пути через вращательное движение или также для электромагнитных системы, в которых толкатель в электромагните непосредственно соединен с поршнем 425. В то же время учтены и электромагнитные системы, в которых сам поршень 425 служит в качестве компонента привода, представляя собой часть магнитной цепи, причем согласно принципу магнитного сопротивления перемещение поршня 425 вызывается соответствующим производимым магнитным полем.
На фиг. 5A показан вариант буферной емкости 520, которая, например, в системе 100 для смешивания материалов с фиг. 1 выполнена с возможностью ее замены. В буферной емкости 520, например, находящаяся под давлением текучая среда, которая предусмотрена в схеме в виде элемента 524A как части устройства 524 регулирования давления, находится в непосредственном контакте со смешанным материалом 593. Для этого текучая среда 524A, находящаяся под давлением, предпочтительно предусматривается в виде материала, по существу инертного относительно смешанного материала 593. То есть возможно применение подходящих жидкостей и/или газов, которые по существу не влияют на химические реакции, протекающие в смешанном материале 593. Устройство 524 регулирования давления выполнено таким образом, что текучая среда 524A вводится в буферную емкость 520 так, что в емкости 520 всегда поддерживается желаемое давление. Это может осуществляться, например, посредством соответствующих пневматических или гидравлических компонентов, как это также разъяснено выше. При этом возможно наличие предусмотренного в случае необходимости соответствующего запирающего устройства на входе 521 и/или на выходе 522 емкости, чтобы, если нужно, предотвращать вытекание текучей среды при полностью опорожненной буферной емкости. В других вариантах осуществления соответствующая текучая среда 524A при полностью опорожненной буферной емкости соответствующим образом отсасывается.
К этому варианту также относится то, что при наполнении смешанным материалом 593 вызванная уменьшением объема текучей среды 524A компрессия, если рассматриваются газообразные текучие среды, или вызванное этим заполнением действующее на текучую среду 524A усилие, если рассматриваются несжимаемые текучие среды, компенсируются в устройстве 524 регулирования давления стеканием текучей среды в соответствующую емкость, так что материал 593 подвергается действию того же давления. С другой стороны, если из-за оттока смешанного материала 593 эффективный объем в буферной емкости 520 уменьшается, подвозится большее количество текучей среды.
Кроме того, в представленном варианте осуществления вход 521, который соединен с соответствующим смесителем, предусмотрен удалено от выхода 522, так что входящий новый смешанный материал наслаивается на уже существующий смешанный материал, так что через выход 522 всегда выводится материал, находящийся в емкости дольше всего, чтобы еще больше обезопасить проблемы, связанные с временем жизнеспособности смеси, так как всегда выводится материал, имеющий максимальную продолжительность пребывания. В свою очередь, вход 521 и выход 522 выполнены таким образом, что достигается как можно меньшее гидравлическое сопротивление и почти не возникают мертвые зоны.
На фиг. 5B показан следующий вариант осуществления буферной емкости 520, причем, хотя смешанный материал 593 непосредственно контактирует с находящейся под давлением текучей средой 524A, последняя, тем не менее, также подвергается действию давления посредством подвижного поршня 525, чтобы компенсировать таким образом изменения объема при желаемом давлении. При этом подвижный поршень 525 может приводиться в действие пневматическим, механическим и т.п.образом, как это также разъяснено выше.
Непосредственный контакт находящейся под давлением текучей среды 524A со смешанным материалом 593 может, в частности, способствовать тому, что работа менее подвержена нарушениям, так как, например, удается в значительной степени предотвращать механические недостатки, связанные с подвижным поршнем, находящимся в непосредственном контакте со смешанным материалом. Например, затвердевшие остатки смешанного материала в области внутренней поверхности буферной емкости, которая одновременно является поверхностью скольжения для поршня, могут приводить к помехам в перемещении поршня. Кроме того, возможна замена текучей среды 524A подходящим способом или использование ее самой в качестве средства для промывки, если требуется очистить внутреннюю часть буферной емкости 520 после проведенного цикла.
Итак, настоящим изобретением предложена система для смешивания материалов, которая предоставляет технологию значительно более динамичную по сравнению с обычными смешивающими системами, так как буферная емкость с регулируемым давлением делает возможной более высокую степень гибкости для реагирования на различные требования при нанесении смешанного материала. Обеспечена возможность эффективного включения функционирования буферной емкости в общий процесс управления соответствующей системы для смешивания материалов и системы более высокого уровня для производства и нанесения смешанного материала посредством управления буферной емкостью в точно определенном рабочем режиме, например, при калибровке, при настройке пропорций смеси и т.п., так что возможно получение соответствующих результатов с такой же высокой точностью, как при обычных системах.