DE102005008741A1 - Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Befüllen von regelmässig angeordneten wabenartigen Strukturen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Befüllen von regelmässig angeordneten wabenartigen Strukturen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selektiven Befüllen von regelmäßig angeordneten wabenartigen Strukturen an Körpern unterschiedlicher räumlicher Gestalt, wie z. B. Filter, Katalysatoren oder dergleichen Einrichtungen, mittels Dispensieren, wobei eine oder mehrere Dispenskanülen zur Materialabgabe in die jeweilige Struktur mindestens teilweise eintauchen. Verfahrensseitig wird der zu befüllende Körper auf einer Antriebseinheit zum Ausrichten der Wabenstruktur in einer Befüllvorgabeposition gelagert. Der Dispenser ist auf einem kartesischen Zwei-Achsen-x-y-Roboter mechanisch verfahrbar befestigt, wobei weiterhin der Dispenser in z-Richtung auf die Wabenstruktur hin- und von dieser wegbewegbar ist. Über ein Kamerasystem mit Bildverarbeitungseinrichtung wird die Wabenstruktur erfasst und mittels der Antriebseinheit der zu befüllende Körper in die Befüllvorgabeposition bewegt. Anschließend nimmt der Dispenser, der insbesondere erfindungsgemäß als Rolldispenser ausgebildet ist, ein automatisches Befüllen vor, wobei in Abhängigkeit von der Größe der zu befüllenden Strukturen und/oder der Viskosität des zu dispergierenden Materials entweder nur ausgewählte Waben gefüllt oder alle Waben einem Befüllen unterzogen werden, wobei unmittelbar anschließend offen zu lassende Waben gezielt mithilfe der Dispenskanüle freigeblasen und/oder abgesaugt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum selektiven Befüllen von regelmäßig angeordneten wabenartigen Strukturen in Körpern unterschiedlicher räumlicher Gestalt, wie z.B. Filter, Katalysatoren oder dergleichen Einrichtungen mittels Dispensieren, wobei eine oder mehrere Dispenskanülen zur Materialabgabe in die jeweilige Struktur mindestens teilweise eintauchen, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 3.
  • Dispenser zum manuellen oder aber auch halbautomatischen Betrieb gehören zum Stand der Technik. Derartige Dispenser besitzen ein Materialaufnahmegefäß, das mit einer Druckerzeugungseinrichtung zusammenwirkt, wobei über eine Kanüle eine vorbestimmte Menge, z.B. einer Flüssigkeit gezielt ausgegeben werden kann.
  • Beispielsweise zur Zellernte sind Dispenser bekannt, mit deren Hilfe über eine Mehrachsenführung mit motorischem Antrieb eine definierte Menge Trägerflüssigkeit in eine Gitterstruktur, die sich auf einem Probentisch befindet, verbracht werden kann, wobei bestimmte Positionen auf der Gitterstruktur mit Hilfe des x-y-Antriebs und eines Roboterarms, der eine Dispenskanüle aufnimmt, ansteuerbar sind.
  • Problematisch ist jedoch die Befüllung wabenförmig angeordneter Strukturen, die bei verschiedenen technischen Komponenten, z.B. bei keramischen Filteranlagen vorliegen. Derartige wabenförmige Strukturen müssen in vielen Fällen systematisch befüllt werden, d.h. es besteht die Notwendigkeit eine Einlasskapillare von vier Auslasskapillaren zu umgeben, was befüllungs technisch bedeutet, dass auf jeder Seite eines solchen Filterkörpers jede zweite Wabe systematisch zu verschließen ist. Systematisch bedeutet, dass zwischen den Öffnungen auf der Innen- und auf der Außenseite eine definierte Beziehung bestehen muss. Beispielsweise bei den vorerwähnten keramischen Filterkörpern oder aber auch bei Katalysatoren handelt es sich um Strukturen, die mehrere tausend Kapillaren enthalten.
  • Ein hierfür vorgesehener Dispenser zum Befüllen muss außerordentlich exakt arbeiten und darüber hinaus sehr schnell in der Lage sein, den Befüllvorgang abzuschließen, um technologisch relevante Losgrößen bearbeiten zu können.
  • Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zum selektiven Befüllen von regelmäßig angeordneten wabenartigen Strukturen in Körpern unterschiedlicher räumlicher Gestalt, wie z.B. Filter, Katalysatoren oder dergleichen mittels Dispergieren anzugeben, wobei eine oder mehrere Dispenskanülen zur Materialabgabe in die jeweilige Struktur mindestens teilweise eintauchen und das Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung sicherstellt, dass der Befüllvorgang mit höchster Genauigkeit und reproduzierbar erfolgt und die Befüll-Taktzeiten den technologischen Herausforderungen entsprechen.
  • Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt verfahrensseitig mit einer Lehre gemäß Definition nach Patentanspruch 1 sowie mit einer Vorrichtung gemäß Merkmalskombination nach Patentanspruch 3, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen beinhalten.
  • Verfahrensseitig wird zunächst davon ausgegangen, dass der zu befüllende Körper auf einer Antriebseinheit zum Ausrichten der Wabenstruktur in eine Befüllvergabeposition gelagert wird. Die Antriebseinheit kann ein oder mehrere motorische Elemente aufweisen, um den zu befüllenden Körper zu positionieren, wobei dieser Vorgang selbstverständlich automatisiert durchführbar ist.
  • Der eigentliche Dispenser ist auf einem kartesischen, Zwei-Achsen-x-y-Roboter mechanisch verfahrbar befestigt, wobei weiterhin der Dispenser in z-Richtung auf die Wabenstruktur hin und von dieser weg bewegt werden kann.
  • Über ein Kamerasystem mit angeschlossener Software-unterstützter Bildverarbeitungseinrichtung wird die Wabenstruktur des zu befüllenden Körpers erfasst und im Anschluss mittels der Antriebseinheit der zu befüllende Körper in die eigentliche Befüllvorgabeposition bewegt.
  • Anschließend nimmt der Dispenser ein automatisches Befüllen vor, wobei in Abhängigkeit von der Größe der zu befüllenden Wabenstrukturen und/oder der Viskosität des zu dispergierenden Materials entweder nur ausgewählte Waben gefüllt oder alle Waben einem Befüllen unterzogen werden, wobei erfindungsgemäß unmittelbar anschließend offenzulassende Waben gezielt mit Hilfe der Dispenskanüle freigeblasen oder freigesaugt werden. Insbesondere bei letztgenannter Methode ist ein unerwünschtes Verschleppen von Dispensmaterial in benachbarte, offenzulassende Waben ausgeschlossen.
  • Wie vorstehend kurz erläutert, ist also eine direkte Befüllung der Waben möglich, wobei es hier gilt, entsprechend der Größe der Waben die Viskosität des zu dispergierenden Materials einzustellen. Dies bedeutet, dass bei relativ kleinen Waben mit einem dünnflüssigen Material zu arbeiten ist.
  • Bei der indirekten Befüllung wird derart vorgegangen, dass zunächst eine Stirnseite des zu befüllenden Körpers bzw. der dort befindlichen Wabenstruktur vollständig befüllt wird, wobei anschließend der Dispenser so eingesetzt wird, dass systematisch z.B. jede zweite Wabe freigeblasen wird, wobei hierfür die Dispenskanüle um einen gewissen Betrag in die Struktur eintaucht.
  • Insbesondere diese Art des nachträglichen Freiblasens ist bezüglich der erreichten kurzen Verarbeitungszeiten vorteilhaft.
  • Das vollständige Befüllen der Waben kann manuell, aber auch mit Hilfe eines Spraydispensers, eines Bestreichens bzw. Verteilens des Befüllmaterials über ein Spatelsystem vorgenommen werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum selektiven Befüllen von regelmäßig angeordneten wabenartigen Strukturen in Körpern unterschiedlicher räumlicher Gestalt ist diese als Rolldispenser ausgeführt, wobei der Roll dispenser zwei koaxial geführte Hohlzylinder aufweist und der Außenzylinder gegenüber dem Innenzylinder frei drehbar ist.
  • Am Außenzylinder ist mindestens ein Dispenskanülen- oder Dispenskapillarkranz angeordnet, welcher radial orientierte, umfangsseitig beabstandete Dispenskanülen aufnimmt.
  • Der Innenzylinder weist eine Materialzuführung sowie eine schlitzförmige Öffnung oder Bohrung im Bereich, über welchen der Dispenskapillarkranz läuft, auf, und zwar dergestalt, dass über den Innenzylinder zugeführtes Material beim Erreichen der jeweiligen Rotationsposition der jeweiligen Dispenskanüle über diese zum Befüllen austreten kann.
  • Alternativ sei darauf aufmerksam gemacht, dass auch die Möglichkeit besteht, nur den Dispenskapillarkranz mit den umfangsseitig beabstandeten Dispenskanülen drehbar auszuführen, wobei sich der Kranz dann rotativ auf den Innenzylinder und seitlich an einem entsprechenden Rücksprung oder Flansch des Außenzylinders abstützt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind axial beabstandet zwei bezogen auf die Lage der jeweiligen Dispenskanülen versetzte Dispenskapillarkränze auf dem Innenzylinder drehbeweglich angeordnet.
  • Der radiale Abstand der Öffnungen der Dispenskanülen auf dem jeweiligen Dispenskapillarkranz entspricht dem linearen Abstand der zu befüllenden Waben der Struktur in Rollrichtung, wobei der axiale Abstand der Öffnungen der Dispenskanülen bei mehreren Dispenskapillarkränzen auf den seitlichen Abstand der zu befüllenden Waben der jeweiligen Struktur eingestellt ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann axial neben einem der Dispenskapillarkränze ein Rollführungskranz mit radial verlaufenden Führungsstiften vorgesehen sein, und zwar zum Zweck der sicheren Bewegung und Führung des Dispenskapillarkranzes entlang bzw. auf der Wabenstruktur.
  • Bei einer axial starren Lagerung des Rolldispensers kann zum Ausgleich von Toleranzen der Wabenstruktur der Außenzylinder und/oder der oder die Dispenskapillarkränze axial verschieblich ausgebildet sein.
  • Im Bereich der schlitzförmigen Öffnung oder der Bohrung besitzt der Innenzylinder bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung eine Nut, welche eine die Öffnung oder Bohrung freilassende Dichtung aus einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten aufnimmt.
  • Der Innenzylinder steht mit seiner Materialzuführung mit einem unter Druck stehenden Materialreservoir in Verbindung, so dass ein kontinuierliches Füllen gewährleistet ist.
  • Der vorstehend beschriebene Rolldispenser wird auf einem kartesischen Zwei-Achsen-x-y-Roboter mechanisch verfahrbar befestigt, wobei weiterhin der Rolldispenser in z-Richtung auf die Wabenstruktur hin und zu dieser weg bewegbar ist, so dass die jeweiligen Dispenskanülen in die jeweilige Wabe eintauchen und zurückgezogen werden können, wobei nach dem Eintauchen der Roboter sich in eine Richtung senkrecht zur Zylinderachse des Rolldispensers entlang der Waben bewegt und hierbei der oder die Dispenskapillarkränze in eine Rotationsbewegung versetzt werden mit einem nacheinander erfolgenden Eintauchen der jeweiligen Dispenskanülen sowie der gewünschten Materialabgabe zum Befüllen oder aber auch gezielten Ausblasen und/oder Absaugen bereits gefüllter Waben, beispielsweise mittels Druckluft über die Dispenskanülen.
  • Der Rolldispenser mit Außen- und Innenzylinder ist beispielsweise konstruktiv so umgesetzt, dass die beiden Zylinder über zwei Radiallager miteinander in Verbindung stehen, so dass der Außenzylinder um die Achse des inneren Zylinders in gewünschter Weise rotieren kann.
  • Der innere Zylinder ist fest an einem Aktor, insbesondere dem vorerwähnten Roboter fixiert, während der Außenzylinder mit den Radiallagern rotativ an den Innenzylinder gekoppelt ist.
  • Im Außenzylinder sind dann eine oder mehrer Reihen von Kapillaren senkrecht zur Zylinderachse, und zwar im Rotationsverlauf angebracht.
  • Dieser Dispenskapillarkranz kann dann in die wabenartigen Strukturen eintauchen und führt zu einer Rotation des Außenzylinders dann, wenn der Dispenser entlang der Wabenlinien bewegt wird. Die Rotationsbewegung kommt hierbei dadurch zustande, dass die Kanülen an den Wabenstegen anschlagen und den Außenzylinder damit in eine Rotationsbewegung versetzen.
  • Der Rolldispenser ist derartig ausgeführt, dass er bei einer Rotation über die vorgesehenen Kanülen immer in die folgende Wabe eintauchen kann, wenn eine Bewegung des Dispensers entlang einer Wabenreihe erfolgt.
  • Die Kanülen sind dabei so tief in die Waben eingeführt, dass ein Herausgleiten nicht möglich ist, solange der Dispenser nicht in z-Richtung bewegt, d.h. abgehoben wird.
  • Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass der Rolldispenser umso effektiver und sicherer arbeitet, je weniger Dispenskapillarkränze vorgesehen sind. Auch bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Dispenser nur aus einer einzigen Kanüle oder Kapillarreihe besteht, ist seine Effektivität im Verhältnis zu den Dispensionsmöglichkeiten des Standes der Technik als sehr positiv zu bewerten. Es hat sich gezeigt, dass je nach Größe der Waben Bewegungen möglich sind, wonach der Rolldispenser in 20 bis 40 Waben je Sekunde eintaucht und dabei noch hinreichend genügend Material in die Waben abgibt. Eine derartige Befüllgeschwindigkeit ist mit Einzelkapillardispensern des Standes der Technik, die mechanisch in jede Wabe eingetaucht werden müssen, nicht möglich.
  • Insbesondere bei Keramik-Wabenzylindern ist die Wabenanordnung durch den Sinterprozess mit gewissen Abweichungen von einer geraden Linienführung behaftet.
  • Zur Vermeidung von Problemen ist unter diesem Aspekt der Dispenser so ausgeführt, dass er auch bei einem von der Geraden abweichenden Verlauf eines Wabenstegs immer noch sehr sicher in die Waben einer Wabenreihe eintauchen kann, wobei hierfür der äußere Zylinder in axialer Richtung verschieblich ausgeführt wird. In diesem Fall wird dann der Dispenskapillarkranz mit den Kanülen vom Wabensteg geführt und kann in dem vorgegebenen Toleranzbereich einer beliebigen Abweichung des Steges von einer Geraden folgen.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
  • Hierbei zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Rolldispensers;
  • 2 eine Darstellung eines geöffneten Rolldispensers;
  • 3 eine Darstellung des Innenzylinders des Rolldispensers;
  • 4 eine Darstellung eines Abschnitts einer Wabenstruktur mit direkt dispensierter Befüllung und
  • 5 eine Darstellung eines Keramikzylinders mit einer Wabenstruktur, die durch Befüllen mit anschließendem Ausblasen realisiert wurde.
  • Der in den 1 bis 3 gezeigte Dispenser besteht zunächst aus einem Innenzylinder 1, der als Hohlzylinder ausgeführt ist und eine Materialzuführung 2 aufweist.
  • Der Innenzylinder 1 ist von einem Außenzylinder 3 umgeben, welcher bezogen auf den Innenzylinder 1 um diesen rotieren kann.
  • In einem Mittelabschnitt des Außenzylinders 3 befinden sich zwei axial beabstandete Dispenskapillarkränze 4 mit radial orientierten, umfangsseitig beabstandeten Dispenskanülen 5.
  • 2 lässt den Materialaustrittschlitz 6 im Innenzylinder 1 erkennen.
  • In dem Fall, wenn bei Rotation des Außenzylinders 3 mit den Dispenskapillarkränzen eine jeweilige Dispenskanüle 5 eine Position über dem Materialaustrittsschlitz 6 erreicht, kann zugeführtes Material durch die Kanülenöffnung nach außen gelangen, um eine entsprechende Wabe einer zu befüllenden Struktur zu erreichen.
  • Damit auch hochviskose und abrasive Materialien dispensiert werden können, ist vorgesehen, die Flächenreibung im Inneren des Dispensers zu minimieren. In diesem Fall wird die Verbindung zwischen Außen- und Innenzylinder nur durch zwei figürlich nicht dargestellte Lager an jeder Außenseite des Außenzylinders realisiert.
  • Im Innenbereich ist der Durchmesser des Innenzylinders 1 so aufgebaut, dass sich ein hinreichend großer Spalt ergibt.
  • Um nun zu verhindern, dass Material aus allen Dispenskanülen 5 austritt, ist im Bereich des Ausgabespalts bzw. des Materialaustrittsschlitzes 6 eine Nut 7 (siehe 3) eingefräst. In diese Nut 7 ist ein Dichtmaterial mit niedrigem Reibungskoeffizienten (Dichtung 8) eingesetzt. Nur in Richtung des Materialaustrittsschlitzes 6 oder einer entsprechenden Ausgabebohrung befindet sich kein Dichtungsmaterial, so dass über den sich jetzt ergebenden Weg Befüllmaterial in die entsprechenden Kapillaren oder Kanülen eindringen kann, wenn sich diese über dem Materialaustrittsschlitz 6 befinden.
  • Wie aus der Zusammenschau der 1 bis 3 nachvollzogen werden kann, ist also der Dispenser im Inneren so aufgebaut, dass der innere Zylinder in dem Bereich, in dem sich in dem äußeren Zylinder die Kanülen oder Kapillaren befinden, einen Schlitz in Achsenrichtung oder eine oder mehrere Bohrungen besitzt, durch die das dem Innenzylinder zugeführte Materialmenge in die Kanülen oder Kapillaren des Außenzylinders an der Innenseite eindringen und an der Außenseite in die Waben (siehe 4 und 5) abgegeben werden kann.
  • Der Innenzylinder 1 ist an ein nicht gezeigtes Materialreservoir gekoppelt, das das Dispensmaterial durch Luftdruck oder durch einen Extruder in den Innenzylinder hineindrückt.
  • Der Materialaustrittsschlitz oder eine entsprechende Bohrung im Innenzylinder ist so orientiert, dass das Befüllmaterial entweder senkrecht oder horizontal entweichen kann, und zwar immer nur dann, wenn die Dispenskanülen sich gerade senkrecht oder horizontal durch die Zwangsrotation in die entsprechende Lage bewegt haben.
  • Die Lage des Materialaustrittsschlitzes im Innenzylinder wird so gewählt, dass immer dann eine Materialabgabe erfolgt, wenn die jeweilige Dispenskanüle in eine entsprechende Wabe oder ein anderes Strukturelement eintaucht.
  • Um einen regelmäßigen Dispensverlauf zu sichern, ist es notwendig, die Kapillaren oder Kanülen so aufzubauen, dass bei einer kontinuierlichen Rotation immer eine Kapillare in eine folgende Waben eintaucht.
  • Dann, wenn nicht jede Wabe, sondern nur jede zweite, dritte oder n-te Wabe zu befüllen ist, besteht die Möglichkeit, einen Führungskranz aus Stiften neben dem eigentlichen Kranz mit Dispenskanülen vorzusehen, wobei der Führungskranz dazu dient, eine kontinuierliche Rotation des Dispensers auszulösen, während die Dispenskanülen Material in die entsprechenden Waben abgeben und diese befüllen.
  • Der erfindungsgemäße Rolldispenser ist in der Lage, gewisse unregelmäßige Anordnungen oder Verläufe der Wabenstrukturen auszugleichen. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn keramische Wabenzylinder zu befüllen sind, die, z.B. durch Sinterprozesse, nicht zu vermeidende Toleranzen besitzen.
  • Hierfür besteht die Möglichkeit, den inneren Zylinder in axialer Richtung zum äußeren Zylinder zu versetzen. Diese Versatzbewegung ist geeignet zu verhindern, dass der Dispenser bei abweichender Wabenanordnung seine gewünschte Bahn verlässt oder womöglich die Waben zerstört. Vielmehr besteht hier die Möglichkeit, dass der Dispenser sogar einem gekrümmten Wabenverlauf folgt.
  • Wie bereits erläutert, ist der Dispenser so aufgebaut, dass er bei einer Rotation der Dispenskapillarkränze mit den Dispenskanülen bei Rotation immer in die folgende Wabe eintaucht, und zwar dann, wenn eine Bewegung entlang einer Wabenreihe mit Hilfe eines entsprechenden Antriebs erfolgt.
  • Die Dispenskanülen sind dabei so tief in die jeweiligen Waben abgesenkt oder eingeführt, dass ein unerwünschtes Heraustreten so lange nicht erfolgt, bis der Dispenser bzw. der Wabenkörper in eine Ausfahrposition überführt wird.
  • Im Ergebnis umfangreicher Versuche hat es sich gezeigt, dass insbesondere eine Ausführungsform eines Zweireihen-Dispenskapillarkranzes mit entsprechenden Dispenskanülen sehr zuverlässig und fehlersicher in der Lage ist, eine große Anzahl von Waben zu befüllen. Auch kann bei einer derartigen Ausführungsform das gewünschte, wenig zeitaufwendige Befüllen erfolgen.
  • Prozesstechnisch wird die Befüllung so ausgeführt, dass nur am Anfang eine erste Wabe bildverarbeitungstechnisch erkannt werden muss und weiterhin die erste Dispenskapillare in eine horzontale Lage einzustellen ist. Hiernach kann der Rolldispenser die Waben befüllen oder freiblasen, indem er die senkrechten maximalen Punkte des zu befüllenden Körpers, z.B. eines Zylinders mäanderförmig abfährt und zwar jeweils entlang einer linearen Wabenreihe.
  • Durch diese Möglichkeit des mäanderförmigen Abfahrens muss nur eine geringe Anzahl von Start- und Umkehrpunkten in einer Liste abgelegt werden, die es gilt, als feste Koordinaten anzusteuern.
  • Die vorteilhafte quasi senkrechte Fahrt des Rolldispensers entlang der zu befüllenden Waben ist außerordentlich sicher, da der Dispenser in die Waben eintaucht und von diesen zwangsgeführt wird.
  • Grundsätzlich ist der Rolldispenser in der Lage, sowohl eine direkte Befüllung vorzunehmen als auch ein gezieltes Freiblasen anderweitig befüllter Waben zu realisieren.
  • Alternativ besteht nämlich die Möglichkeit, die Stirnseite z.B. eines Wabenstrukturzylinders vollständig mit Dispensmaterial zu befüllen und den Rolldispenser so einzusetzen, dass systematisch dieser in jede zweite Wabe eintaucht und dort das vorhandene Material mit Luftdruck aus der Wabe herausbläst.
  • Eine derartige Art des Dispens- und Freiblasverfahrens ist insbesondere mit Blick auf die hierbei erzielten hohen Geschwindigkeiten von Vorteil.
  • Insgesamt hat sich herausgestellt, dass der vorgeschlagene Rolldispenser in besonders vorteilhafter Weise in der Lage ist, Waben unterschiedlicher Körper gezielt zu befüllen, wobei keine Einschränkungen bezüglich der äußeren Form der Wabenkörper bestehen.
  • Der Rolldispenser ist beispielsweise so dimensioniert, dass die als Kranz angeordneten Kanülen oder Kapillaren, z.B. 16 Stück, bei einer Rotation immer mit dem doppelten Wabenabstand auf einer Lauffläche auftreffen würden. Da bei der bevorzugten Ausführungsform der Rolldispenser aus zwei Kränzen mit entsprechenden Kanülenreihen besteht, die um einen Winkel von 22,5° zueinander versetzt sind, tauchen die Kapillaren bei einer Rotation immer in eine Wabe der linken Reihe und dann in eine darauffolgende Wabe der rechten Wabenreihe ein. Eine derartige Rotation führt zu einer sehr flüssigen Bewegung des Dispensers und stabilisiert das Eindringen in die Waben während einer Fahrt entlang einer Wabenreihe außerordentlich.
  • Da sich zwischen den Kapillaren immer der Wabensteg von zwei benachbarten Wabenreihen (siehe 4) befindet, kann der Verlauf des Dispensers bei einem Abweichen des Wabenstegs von einer Geraden so gelenkt werden, dass er einer beliebigen Krümmung des Wabenstegs folgen kann. Damit der Rolldispenser sogar einem bogenförmigen Wabenstegverlauf folgen kann, ist er so ausgeführt, dass eine Verschiebbarkeit in axialer Richtung um etwa 1 bis 3mm vorgesehen ist. Eine beispielhafte Eintauchtiefe der Kanülen liegt bei im wesentlichen 2,4mm.
  • Der Rolldispenser wird durch eine Bewegung mittels eines Roboterarms passiv entlang der Wabenreihen geführt. Die Rotation ergibt sich daraus, dass die Kapillaren oder Kanülen in die jeweiligen Waben eintauchen und den Dispenser in die Rotationsbewegung versetzen, und zwar aufgrund der Führung der Kanülen an den Wabenkanten.
  • Experimente haben weiterhin gezeigt, dass insbesondere das Umsetzen in die folgende, zu befüllende benachbarte Wabenreihe sehr zuverlässig funktioniert. Hier hat sich gezeigt, dass eine Umsetzung von nur zwei Wabenreihen deshalb exakt möglich ist, weil die Toleranzfehler der Waben in diesem Fall minimal sind. Insofern ergibt sich, wie bereits dargelegt, eine besonders vorteilhafte Realisierung des Rolldispensers in Form von zwei benachbarten Dispenskapillarkränzen in entsprechenden umfangsseitig beabstandeten Dispenskanülen.
  • 1
    Innenzylinder
    2
    Materialzuführung
    3
    Außenzylinder
    4
    Dispenskapillarkranz
    5
    Dispenskanüle oder Dispenskapillare
    6
    Materialaustrittsschlitz
    7
    Nut
    8
    Dichtung

Claims (10)

  1. Verfahren zum selektiven Befüllen von regelmäßig angeordneten, wabenartigen Strukturen in Körpern unterschiedlicher räumlicher Gestalt, wie z.B. Filter, Katalysatoren oder dergleichen Einrichtungen mittels Dispensieren, wobei eine oder mehrere Dispenskanülen zur Materialabgabe in die jeweilige Struktur mindestens teilweise eintauchen, dadurch gekennzeichnet, dass der zu befüllende Körper auf einer Antriebseinheit zum Ausrichten der Wabenstruktur in eine Befüllvorgabeposition gelagert wird, der Dispenser auf einem kartesischen Zwei-Achsen-x-y-Roboter mechanisch verfahrbar befestigt ist, wobei weiterhin der Dispenser in z-Richtung auf die Wabenstruktur hin und von dieser weg bewegbar ist, über ein Kamerasystem mit Bildverarbeitungseinrichtung die Wabenstruktur erfasst und mittels der Antriebseinheit der zu befüllende Körper in die Befüllvorgabeposition bewegt wird, anschließend der Dispenser ein automatisches Befüllen vornimmt, wobei in Abhängigkeit von der Größe der zu befüllenden Strukturen und/oder der Viskosität des zu dispergierenden Materials entweder nur ausgewählte Waben gefüllt oder alle Waben einem Befüllen unterzogen werden, wobei unmittelbar anschließend offenzulassende Waben gezielt mit Hilfe der Dispenskanüle freigeblasen und/oder freigesaugt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum gleichzeitigen Befüllen aller wabenartigen Strukturen mit anschließendem Freiblasen und/oder Freisaugen ein kompaktes Auftragen des Verfüllmaterials mittels Sprühen, Streichen, Tauchen oder dergleichen Verfahrensschritt erfolgt.
  3. Vorrichtung zum selektiven Befüllen von regelmäßig angeordneten wabenartigen Strukturen in Körpern unterschiedlicher räumlicher Gestalt, wie z.B. Filter, Katalysatoren oder dergleichen Einrichtungen, wobei eine oder mehrere Dispenskanülen zur Materialabgabe in die jeweilige Struktur mindestens teilweise eintauchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Rolldispenser ausgeführt ist, wobei der Rolldispenser zwei koaxial geführte Hohlzylinder aufweist und der Außenzylinder gegenüber dem Innenzylinder frei drehbar ist, am Außenzylinder mindestens ein Dispenskanülen- oder Dispenskapillarkranz angeordnet ist, welcher radial orientierte, umfangsseitig beabstandete Dispenskanülen aufnimmt und der Innenzylinder eine Materialzuführung sowie eine schlitzförmige Öffnung oder Bohrung im Bereich, über welchen der Dispenskapillarkranz läuft, aufweist, dergestalt, dass zugeführtes Material beim Erreichen der jeweiligen Rotationsposition der jeweiligen Dispenskanüle über diese zum Befüllen austreten kann.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass axial beabstandet zwei bezogen auf die Lage der jeweiligen Dispenskanülen versetzte Dispenskapillarkränze auf dem Innenzylinder drehbeweglich angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand der Öffnungen der Dispenskanülen auf dem jeweiligen Dispenskapillarkranz dem linearen Abstand der zu befüllenden Waben der Struktur in Rollrichtung entspricht, wobei der axiale Abstand der Öffnungen der Dispenskanülen bei mehreren Dispenskapillarkränzen auf den seitlichen Abstand der zu befüllenden Waben der Struktur eingestellt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass axial neben einem Dispenskapillarkranz ein Rollführungskranz mit radial verlaufenden Führungsstiften vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei axial starrer Lagerung des Rolldispensers zum Ausgleich von Toleranzen der Wabenstruktur der Außenzylinder und/oder der oder die Dispenskapillarkränze axial verschieblich sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der schlitzförmigen Öffnung oder Bohrung des Innenzylinders eine Nut vorgesehen ist, welche eine die Öffnung oder Bohrung freilassende Dichtung aus einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten aufnimmt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder mit seiner Materialzuführung mit einem unter Druck stehenden Materialreservoir in Verbindung steht.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rolldispenser auf einem kartesischen Zwei-Achsen-x-y-Roboter mechanisch verfahrbar befestigbar ist, wobei weiterhin der Rolldispenser in z-Richtung auf die Wabenstruktur hin und zu dieser weg bewegbar ist, so dass die jeweiligen Dispenskanülen in die jeweiligen Waben eintauchen und zurückgezogen werden können, wobei nach dem Eintauchen der Roboter sich in eine Richtung senkrecht zur Zylinderachse des Rolldispensers entlang der Waben bewegt und hierbei der oder die Dispenskapillarkränze in eine Rotationsbewegung versetzt werden mit nacheinander erfolgendem Eintauchen der jeweiligen Dispenskanülen sowie gewünschter Materialabgabe zum Befüllen oder gezielten Ausblasen und/oder Freisaugen bereits befüllter Waben, beispielsweise mittels Druckluft über die Dispenskanülen.
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