DE102004031031A1

DE102004031031A1 - Vorrichtung zum Aufbringen von hochviskosen Massen auf eine Werkstückoberfläche

Info

Publication number: DE102004031031A1
Application number: DE200410031031
Authority: DE
Inventors: Josef Schucker
Original assignee: SCA Schucker GmbH
Current assignee: Atlas Copco IAS GmbH
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12
Also published as: WO2006000322A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auftragen von hochviskosen Massen, vorzugsweise von in erhitztem Zustand fließfähigen Kleb- und Dichtstoffen auf eine ölige Werkstückoberfläche. Um die Einstellzeiten, die Auftragszeiten und die Wartezeiten bei einem derartigen Materialauftrag signifikant zu reduzieren, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass das hochviskose Material mit einer Viskosität von mehr als 80 Pa.s mit einem Treibdruck von mindestens 700 bar durch die Auftragsdüse (34) getrieben und in einem freien Sprühstrahl auf die Werkstückoberfläche aufgesprüht wird. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, dass ein stabiler Sprühstrahl an der Auftragsdüse (34) gehalten wird, der es erlaubt, die Auftragsdüse in großem Abstand von der Werkstückoberfläche relativ zu dieser zu bewegen und der durch die Verdrängung des Ölfilms eine sofortige Haftwirkung des Materials an der Werkstückoberfläche gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen von viskosen Massen, vorzugsweise von in erhitztem Zustand fließfähigen Kleb- und Dichtstoffen, mit einem Vorratsbehälter, mit einer über eine Förderpumpe und eine Förderleitung an den Vorratsbehälter angeschlossenen Dosiereinrichtung, mit einem über einen Zuführkanal an die Dosiereinrichtung angeschlossenen, eine Auftragsdüse für die viskose Masse aufweisenden Düsenkopf und mit einem in der Förderleitung zwischen Vorratsbehälter und Dosiereinrichtung angeordneten Füllventil, wobei der Düsenkopf und die Werkstückoberfläche nach Maßgabe einer vorgegebenen Auftragsbahn vorzugsweise mittels eines Roboters relativ zueinander bewegbar sind.
Bei hochviskosen Massen mit einer Viskosität > 100 Pa·s, insbesondere bei Strukturepoxi oder Heißepoxi wird das Material als Raupe auf die Werkstückoberfläche aufgetragen. Der für den Raupenauftrag hochviskoser Kleb- und Dichtstoffe erforderliche Auspressdruck liegt bei ca. 300 bar. Auch die Heizschläuche, die für die Temperaturkonstanthaltung der Masse notwendig sind, sind auf etwa 300 bar ausgelegt. Die Raupe tritt nahezu drucklos aus der Auftragsdüse aus. Dementsprechend erfordert der Raupenauftrag eine sehr genaue Einstellung des Abstands vom Düsenaustritt zur Werkstückoberfläche. Der Abstand entspricht dabei etwa dem Raupendurchmesser. Außerdem muss berücksichtigt werden, dass am Anfang und am Ende einer Raupe der Abstand verkleinert werden muss, um am Anfang eine Anfangshaftung und am Ende einen Fadenabriss zu ermöglichen. Weiter ist zu berücksichtigen, dass die Werkstückoberfläche an ihrer Oberfläche geölt sein kann. Die Klebstoffraupe haftet anfänglich auf einem geölten Untergrund nicht. Sie muss zunächst das Öl binden, so dass erst nach einer gewissen Zeit eine Haftung entsteht. Dies bedeutet, dass bei einem Raupenauftrag relativ große Wartezeiten erforderlich sind, bevor eine Weiterverarbeitung möglich ist.
Weiter ist es an sich bekannt, niedrigviskose flüssige Kleb- und Dichtstoffe über eine geeignete Auftragsvorrichtung auf der Werkstückoberfläche aufzusprühen. Die hierfür aufzuwendenden Sprühdrücke betragen maximal 300 bar und liegen in der gleichen Größenordnung des von der Förderpumpe in der Förderleitung aufgebauten Förderdrucks.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auftragen von hochviskosen Massen auf eine Werkstückoberfläche zu entwickeln, womit die Einstell-, Auftrags- und Wartezeiten bei gegebener Massenviskosität signifikant reduziert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 9 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt vor allem der Gedanke zugrunde, dass die hochviskose Masse, die eine Viskosität von mindestens 80 Pa·s aufweist, mit einem Treibdruck von mindestens 700 bar durch die Auftragsdüse getrieben und in einem freien Sprühstrahl auf die Werkstückoberfläche unter Verdrängung des dort befindlichen Öl- oder Schmierfilms aufgesprüht wird. Der Treibdruck wird dabei zweckmäßig in einem Bereich zwischen 800 und 1.400 bar eingestellt. Zur Einstellung einer definierten Viskosität wird die hochviskose Masse vorteilhafterweise auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur, beispielsweise auf 35 °C bis 60 °C aufgeheizt.

Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einem Dosierdruck in der Größenordnung von 700 bis 1.400 bar ein sehr stabiler Massestrahl am Ausgang der Auftragsdüse erhalten wird, der die Einstellung eines größeren Abstands von der Werkstückoberfläche erlaubt. Der Massestrahl trifft auf die Werkstückoberfläche mit einer solchen Geschwindigkeit auf, dass das dort vorhandene Öl oder Schmiermittel verdrängt und ein unmittelbarer Haftkontakt mit der Werkstückoberfläche erzielt wird. Dies bedeutet, dass für eine Haftwirkung keine Wartezeit notwendig ist.

Das hochviskose Material wird bei gegebener Relativgeschwindigkeit zwischen Auftragsdüse und Werkstück mit einer solchen Austrittsrate aufgebracht, dass eine gewünschte Raupengeometrie nach Form und Größe erzielt wird.

Apparativ wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass die Dosiereinrichtung eine hydraulisch oder elektrisch angetriebene Zylinder-Kolben-Einheit zur Erzeugung eines die hochviskose Masse durch die Auftragsdüse hindurchtreibenden Sprühdrucks aufweist, wobei der Sprühdruck im Zuführkanal vor der Auftragsdüse mindestens 1,5 mal so hoch ist wie der mit der Förderpumpe innerhalb der Förderleitung erzeuge Förderdruck. Vorteilhafterweise ist der Sprühdruck mindestens doppelt so hoch wie der mit der Förderpumpe in der Förderleitung erzeugte Förderdruck.

Um sicherzustellen, dass die in der Dosiereinrichtung unter hohem Druck zum Düsenkopf geförderte hochviskose Masse nicht in die Förderleitung zurückfließen kann, wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass in der Förderleitung vor der Dosiereinrichtung, aber vorzugsweise hinter dem Füllventil ein unter der Einwirkung des hohen Sprühdrucks in Richtung Vorratsbehälter schließender Rückflussverhinderer angeordnet ist.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zylinder-Kolben-Einheit der Dosiereinrichtung für die Erzeugung eines Hochdrucks ausgelegt ist, der zum Versprühen von hochviskosen Massen mit einer Verarbeitungsviskosität größer 80, vorzugsweise 100 bis 500 Pa·s aus gelegt ist. Um bei diesen Viskositäten einen stabilen Sprühstrahl zu erhalten, ist es zweckmäßig, die Zylinder-Kolben-Einheit der Dosiereinrichtung auf einen Hochdruck von mindestens 700 bar, vorzugsweise 800 bis 1.400 bar auszulegen, während die Förderpumpe auf einen Förderdruck von weniger als 400 bar ausgelegt ist.

Bei der Verwendung geeigneter Dichtungsstrecken zwischen der unter Hochdruck stehenden Dosiereinrichtung und der Förderleitung ist es grundsätzlich möglich, die bisher üblichen Fördereinrichtungen für die hochviskose Masse weiter zu benutzen. Wichtig ist dabei, dass zwischen der Hochdruckseite und der Förderseite ein Druckabfall eintritt, der den Förderbereich gegenüber dem Dosierbereich ausreichend abtrennt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Schema einer Vorrichtung zum Auftragen von Kleb- und Dichtstoffen.
Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Vorrichtung ist für den Sprühauftrag von hochviskosen Massen, beispielsweise von Kleb- und Dichtstoffen mit einer Viskosität größer 100 Pa·s, gemessen bei 45 °C nach Bohlin bestimmt.
Die Materialversorgung erfolgt über einen Vorratsbehälter 10, der über eine Fasspumpe 12, eine Förderleitung 14, ein in der Förderleitung angeordnetes Füllventil 16 mit einer Dosiereinrichtung 18 verbunden ist. Die Fasspumpe mit Förderleitung und Füllventil ist für konventionelle Drücke bis 400 bar ausgelegt.
Die Dosiereinrichtung 18 umfasst eine über eine Hydraulikpumpe 20 antreibbbare Zylinder-/Kolbeneinheit 22, die den auf der Antriebsseite 24 herrschenden Hydraulikdruck umsetzt in einen höheren Sprühdruck auf der Materialseite 26. Das dort befindliche hochviskose Material 22 wird unter der Einwirkung des hohen Druckes von etwa 1.000 bar über die Zuführleitung 30 einem als Auftragspistole ausgebildeten Dosierkopf 32 zugeführt, über dessen Auftragsdüse 34 das Material in Form eines Sprühstrahls auf eine nicht dargestellte Werkstückoberfläche aufgesprüht wird. Die Ansteuerung des Dosierkopfes 32 erfolgt über ein Wegeventil 21, in dessen zwei Stellungen die Zylinder-/Kolbeneinheit 22 über den Förderdruck mit hochviskosem Material aus dem Vorratsbehälter 10 gefüllt und über den Druck der Hydraulikpumpe 20 zum Dosierkopf 32 hin entleert wird. Zur Druckregelung befindet sich auf der Hydraulikseite 24 ein Drucksensor 36. Ein Rückflussverhinderer 38 vermeidet, dass das hochviskose Material beim Dosierbetrieb in die Förderleitung 14 zurückströmen und die dort beispielsweise im Bereich des Füllventils befindlichen Dichtungen zerstören kann. Der Dosierkopf 32 befindet sich am Arm eines nicht dargestellten Roboters, der dafür sorgt, dass der aus der Auftragsdüse 34 austretende Materialstrahl entlang einer definierten Auftragsbahn auf die Werkstückoberfläche aufgetragen wird.
Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass hochviskoses Material mit einer Viskosität von mehr als 100 Pa·s unter der Einwirkung eines Druckes von größenordnungsmäßig 1.000 bar auf die Materialoberfläche aufgesprüht wird und dass dennoch die Materialversorgung über die Förderleitung 14 in einem Druckbereich kleiner 400 bar erfolgen kann. Die für die Spritzapplikation notwendige Druckerhöhung erfolgt am Dosierkolben 40 der Zylinder-/Kolbeneinheit 22. Der Rückflussverhinderer 38, der sowohl vor als auch hinter dem Füllventil 16 angeordnet sein kann, trennt den Hochdruckbereich innerhalb der Zuführleitung 30 vom Niederdruckbereich in der Förderleitung 14.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auftragen von hochviskosen Massen, vorzugsweise von in erhitztem Zustand fließfähigen Kleb- und Dichtstoffen auf eine ölige Werkstückoberfläche. Um die Einstellzeiten, die Auftragszeiten und die War tezeiten bei einem derartigen Materialauftrag signifikant zu reduzieren, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass das hochviskose Material mit einer Viskosität von mehr als 80 Pa·s mit einem Treibdruck von mindestens 700 bar durch die Auftragsdüse 34 getrieben und in einem freien Sprühstrahl auf die Werkstückoberfläche aufgesprüht wird. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, das ein stabiler Sprühstrahl an der Auftragsdüse 34 gehalten wird, der es erlaubt, die Auftragsdüse in großem Abstand von der Werkstückoberfläche relativ zu dieser zu bewegen und der durch die Verdrängung des Öl- oder Schmierfilms eine sofortige Haftwirkung des Materials an der Werkstückoberfläche gewährleistet.

Claims

Vorrichtung zum Aufbringen von hochviskosen Massen, vorzugsweise von in erhitztem Zustand fließfähigen Kleb- und Dichtstoffen, auf eine vorzugsweise einen Öl- oder Schmierfilm tragende Werkstückoberfläche, mit einem Vorratsbehälter (10), mit einer über eine Förderpumpe (12) und eine Förderleitung (14) an den Vorratsbehälter (10) angeschlossenen Dosiereinrichtung (18), mit einem über einen Zuführkanal (30) an die Dosiereinrichtung (18) angeschlossenen, eine Auftragsdüse für das hochviskose Material aufweisenden Düsenkopf (32) und mit einem in der Förderleitung (14) zwischen Vorratsbehälter (10) und Dosiereinrichtung (18) angeordneten Füllventil (16), wobei der Düsenkopf (32) und die Werkstückoberfläche vorzugsweise mittels eines Roboters relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (18) eine hydraulisch oder elektrisch angetriebene Zylinder-/Kolbeneinheit (22) zur Erzeugung eines die hochviskose Masse (28) durch die Auftragsdüse (34) hindurchtreibenden Sprühdrucks aufweist, wobei der Sprühdruck im Zuführkanal (30) mindestens 1,5 mal so hoch ist wie der mit der Förderpumpe (12) innerhalb der Förderleitung (14) erzeugte Förderdruck.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Förderleitung (14) vor der Dosiereinrichtung (18) ein unter der Einwirkung des im Zuführkanal (30) herrschenden Sprühdrucks in Richtung Vorratsbehälter (10) schließender Rückflussverhinderer (38) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückflussverhinderer (38) zwischen Füllventil (16) und Dosiereinrichtung (18) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-/Kolbeneinheit (22) der Dosiereinrichtung (18) auf die Erzeugung eines Hochdrucks ausgelegt ist, der zum Versprühen von hochviskosem Material mit einer Viskosität größer 80 Pa·s ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung zur Erzeugung eines Hochdrucks ausgelegt ist, der zum Versprühen von hochviskosem Material von 100 bis 500 Pa·s ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-/Kolbeneinheit (22) der Dosiereinrichtung (18) auf einen Hochdruck von mindestens 700 bar ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-Kolbeneinheit auf einen Hochdruck von 800 bis 1.400 bar ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (12) auf einen Förderdruck von weniger als 400 bar ausgelegt ist.
Verfahren zum Ausbringen von hochviskosem Material, inbesondere von Kleb- oder Dickstoffen, bei welchem ein Material mit einer Viskosität von mindestens 80 Pa·s über eine Auftragsdüse (34) auf eine mit einem Öl- oder Schmierfilm versehene Werkstückoberfläche aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das hochviskose Material mit einem Treibdruck von mindestens 700 bar durch die Auftragsdüse (34) getrieben und in Form eines freien Sprühstrahls unter Verdrängung des Öl- oder Schmierfilms auf die Werkstückoberfläche aufge sprüht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das hochviskose Material unter einem Druck von 800 bis 1.400 bar durch die Auftragsdüse getrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das hochviskose Material auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur, vorzugsweise auf 35 bis 60 °C, aufgeheizt wird.