DE102006046457A1

DE102006046457A1 - Unabhängige Vorrichtung zum Dosieren

Info

Publication number: DE102006046457A1
Application number: DE200610046457
Authority: DE
Inventors: Vinzenz Gantenhammer; Horst Kelsch
Original assignee: Viscotec Pumpen und Dosiertechnik GmbH
Current assignee: Viscotec Pumpen und Dosiertechnik GmbH
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Autonome Dosiervorrichtung, welche eine innerhalb der Vorrichtung angeordnete elastische Membran umfasst, welche ein sich innerhalb eines Volumenspeichers befindliches, zu dosierendes Medium mit einem Druck beaufschlagt. Dies ermöglicht die ortsungebundene und unabhängig von einer äußeren Zufuhr des Mediums oder von Energie Durchführung einer großen Anzahl von Dosiervorgängen. Ferner umfasst die Dosiervorrichtung eine Einrichtung zu deren Positionierung beim Dosiervorgang, eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zum Dosieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien, zum ortsungebundenen und unabhängig von einer äußeren Versorgung mit einem Medium oder mit Energie dosierten Aufbringen des Mediums. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zu deren Positionierung beim Dosiervorgang, eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zum Dosieren.
Bei bekannten Dosiervorrichtungen erfolgt das Fördern und Dosieren des Mediums zumeist mittels einer Exzenterwelle oder eines Hubkolbens. Zur Produktversorgung dient dabei häufig eine Hauptpumpe am Vorratstank, welche das zu dosierende Medium zum Dosiergerät fördert. Andere bekannte Dosiervorrichtungen, welche hauptsächlich zur Dosierung geringerer Produktmengen eingesetzt werden, weisen einen direkt am Dosiergerät angekoppelten, externen Tank für das zu dosierende Medium auf.
Bei diesen bekannten alternativen Arten der Produktversorgung ergibt sich bei höherviskosen Medien vor allem in Verbindung mit kurzen Dosiervorgängen ein Druckabfall in der Produktzuführung, woraus Druckschwankungen im Saugraum resultieren. Um daher gerade bei Dosierstart und während kurzer, schneller Dosiervorgänge die Pumpe nicht im Bereich von Kavitation im Saugraum zu betreiben, muss bei diesen Dosiervorrichtungen im Saugbereich ein relativ hohes Druckniveau garantiert werden. Zur Gewährleistung dieses Druckniveaus sind die Dosiervorrichtungen üblicherweise direkt an pneumatische oder hydraulische Drucksysteme angeschlossen.
Aufgrund dieser Abhängigkeit von einem Anschluss an eine Druckquelle oder häufig auch zusätzlich von einer Medienzufuhr werden bekannte Dosiervorrichtungen gewöhnlich stationär eingesetzt oder können nur in einem relativ engen Umkreis bewegt werden. Dabei stellen das Gewicht und die begrenzte Bewegungsfreiheit des Dosiergeräts eine erhebliche Einschränkung in der Handhabung dar.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine von einer Produkt- und Energieversorgung unabhängige Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien zur Verfügung zu stellen. Ferner soll eine Einrichtung zur Positionierung der Vorrichtung, eine Steuereinrichtung sowie ein Verfahren zum Dosieren fließfähiger Medien mittels der vorgenannten Einrichtungen geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zum Dosieren fließfähiger Medien ist Gegenstand des Anspruchs 27. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien vor, eine, für eine große Anzahl von Dosiervorgängen ausreichende Menge des Mediums so innerhalb der Vorrichtung zu speichern, dass der Dosiervorgang ortsungebunden und unabhängig von einer äußeren Zufuhr des zu dosierenden Mediums und ebenso unabhängig von einer Anbindung an Energiequellen erfolgt.
Hierfür wird das zu dosierende Medium in einem Volumenspeicher aufgenommen und darin bevorzugt von einer elastischen Membran mit einem Druck beaufschlagt. Dieser Volumenspeicher ist vorzugsweise so ausgeführt, dass das Medium bei sich verkleinerndem Volumen stets mit einem ausreichend hohem Druck beaufschlagt wird, um Kavitation im Saugraum zu vermeiden. Bei einem sich erschöpfenden Medienvorrat sinkt der Druck bis zu einer kritischen Schwelle, welche einen erforderlichen Nachfüllvorgang für das Medium anzeigt.
Bei der Dosierung sehr hochviskoser Medien oder bei speziellen Anwendungsfällen kann ein sehr hoher Vordruck im Saugraum erforderlich sein. Reicht für solche Anwendungen der von einer elastischen Membran aufgebrachte Vordruck nicht aus, so ist vorgesehen, vorzugsweise mindestens einen Druckraum außerhalb der Membran mit einem unter Druck stehenden kompressiblem Medium zu füllen, um auf diese Weise den Vordruck im Saugraum zu erhöhen. Ein komprimiertes Medium kann solchen Druckräumen vorzugsweise über Anschlüsse an vorhandene Druckquellen, oder besonders bevorzugt mittels, sehr stark komprimierter Medien enthaltender, Druckkartuschen zugeführt werden. Unabhängig von der Befüllung von Druckräumen dient die elastische Membran neben ihrer Funktion als Volumenspeicher als auch als Pulsationsdämpfer für Druckstöße, welche sich beim Dosiervorgang ergeben.
Um den Druckabfall im sich fortschreitend verringerndem Medienvorrat zu erfassen, sieht die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung bevorzugt vor, den Füllstand des Mediums innerhalb der Vorrichtung zu erfassen. Für diesen Zweck ist bevorzugt mindestens ein Sensor vorgesehen, welcher vorzugsweise die Position der Membran erfasst. Vorteilhafterweise werden hierzu Lichtsensoren oder Drucksensoren eingesetzt. Die von Sensoren erfassten Positionsdaten werden bevorzugt in eine Vorrichtungssteuerung eingelesenen, welche mit ihrer Hilfe den Füllstand des Volumenspeichers ermittelt.
Bei einer zusätzlichen Druckbeaufschlagung der Membran ist vorzugsweise ein zusätzlicher Drucksensor vorgesehen, um den Druck im zu dosierenden Medium zu bestimmen. Dieser wird bevorzugt in dem mindestens einen Druckraum außerhalb der Membran, oder besonders bevorzugt im Volumenspeicher zur direkten Erfassung des Mediendrucks angeordnet.
Besonders bevorzugt ermittelt, wie später noch detaillierter beschrieben wird, die Vorrichtungssteuerung aufgrund der Anzahl der erfolgten Dosiervorgänge oder aufgrund des Fördervorgangs wie beispielsweise des Drehwinkels einer Exzenterwelle, oder der Hublänge eines Hubkolbens, das bereits geförderte Volumen und damit den Füllstand des Volumenspeichers sowie den in diesem Speicher herrschenden Druck. Ebenso ist es möglich, den im Volumenspeicher herrschenden Druck vorzugsweise mittels an geeigneter Stelle vorgesehener Drucksensoren zu erfassen. Aufgrund dieses in die Vorrichtungssteuerung eingelesenen Druckwerts erfolgt eine Ermittlung des Füllstands im Volumenspeicher.
Aufgrund dieser an der Vorrichtung vorgesehenen Einrichtungen zur Erfassung des Füllstands ist es möglich, geeignete Vorkehrungen zu treffen, um frühzeitig eine Wiederbefüllung mit dem zu dosierenden Medium durchzuführen. Somit wird ein Trockenlauf, also ein Verlust der Funktionsfähigkeit aufgrund mangelnder Medienzufuhr, in der Vorrichtung vermieden.
Die Erfassung des Füllstands des Mediums in Verbindung mit einer vorteilhaften Gestaltung der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung ermöglicht zudem eine Befüllung der Vorrichtung mit dem zu dosierenden Medium über den Dosierkopf in umgekehrter Förderrichtung. Dies erfolgt vorzugsweise mit Hilfe der später noch genauer beschriebenen Steuereinrichtung der Dosiervorrichtung. In einer Ladestation, welche vorzugsweise in einer Ablageeinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert ist, wird, abhängig vom Förderkonzept, die Fördereinheit in umgekehrter Förderrichtung angetrieben. Dabei ist der Dosierkopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt gasdicht mit einem Medientank verbunden. Die Dosiervorrichtung wird nun vorzugsweise so lange in umgekehrter Förderrichtung angetrieben, bis der Volumenspeicher die gewünschte Befüllung aufweist. Vorzugsweise kann die Fördermenge dabei einerseits durch eine vorbestimmte Förderbewegung wie beispielsweise die Drehung einer Exzenterwelle, oder die Hublänge eines Hubkolbens definiert sein und/oder der Fördervorgang aufgrund eines von einem Sensor erfassten Werts bei vollständig befüllten Volumenspeicher angehalten werden.
Für verschiedene Dosiervorgänge sind in Abhängigkeit des zu dosierenden Mediums, der zu dosierenden Menge und des Dosiervorgangs bevorzugt unterschiedliche Programme zur Steuerung der Dosiervorrichtung vorgesehen. Um ein geringes Gewicht und eine einfache Handhabung der unabhängigen Vorrichtung zum Dosieren zu ermöglichen, werden diese Programme bevorzugt extern erstellt und mittels einer, vorzugsweise in die Vorrichtung integrierten Schnittstelle zum Einlesen von Steuerinformation in die Steuereinrichtung übertragen. Diese Schnittstelle kann als Anschluss für ein Datenkabel oder bevorzugt mittels einer kabellosen Übertragungstechnologie wie beispielsweise Infrarot oder Bluetooth ausgeführt sein.
Ebenso ist es möglich, die Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien so zu gestalten, das ein Medientank, welcher erfindungsgemäß vorzugsweise entsprechend dem beschriebenen Volumenspeicher aufgebaut ist, austauschbar von außen auf oder auch in die Vorrichtung eingesetzt wird. Dabei erfolgt die Erfassung des Füllstands und die Bestimmung des aktuellen Vordrucks im Saugraum vorzugsweise mittels der bereits für den integrierten Volumenspeicher beschriebenen Einrichtungen. Folglich sind in einem solchen externen Medientank vorteilhafterweise entweder ebenfalls Sensoren zur Erfassung des Füllstands angeordnet, oder der Füllstand wird, wie ebenfalls bereits beschrieben, bevorzugt über die Erfassung der bereits erfolgten Medienförderung ermittelt. Vorteilig bei einer solchen Ausführungsform mit auswechselbarem Medientank ist die Einsparung der Ladestation für das Medium sowie der Ladefunktion der Vorrichtungssteuerung.
Bevorzugt ist vorgesehen, die Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien, die ortsungebunden eingesetzt werden kann, möglichst handlich zu gestalten. Hierfür wird vorzugsweise eine Form gewählt, die eine ergonomische Arbeitsweise ermöglicht. Dabei wird bei der Gestaltung der Dosiereinrichtung bevorzugt auf eine möglichst leichte Ausführung geachtet, um dem Anwender das Dosieren auch über einen längeren Zeitraum ermüdungsfrei zu ermöglichen.
Zur exakten Positionierung des Mediums beim Dosiervorgang auf der Auftragsfläche umfasst die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung vorzugsweise eine Positioniereinrichtung. Dieser ist bevorzugt eine Grundstruktur zugeordnet, welche fest am Dosierkopf der Dosiervorrichtung angeordnet ist und zur Justierung entlang der Längsachse des Dosierkopfes verschoben werden kann. Zur stabilen Lagerung der Vorrichtung sind dieser Grundstruktur wenigstens drei Positionierbeine zugeordnet, welche auf dem Element, auf welchen das Medium aufgebracht wird, positioniert werden und damit die räumliche Position des Dosierkopfes zur Auftragsfläche definieren. Dieses Element kann dabei eine beliebige Gestalt aufweisen. Die Positioniereinrichtung ist vorzugsweise über eine Variation der Anzahl und Anordnung der Positionierbeine an der Grundstruktur so flexibel anpassbar, dass bei nahezu jeder möglichen Oberflächengestaltung eine exakte Positionierung des Dosierkopfes zur gewünschten Stelle des Auftrags am Element geschaffen wird. Die Positionseinrichtung ermöglicht so eine einfache und flexible Handhabung der Dosiervorrichtung.
Vorzugsweise ist den Positionierbeinen eine Halteeinrichtung zugeordnet, welche die Position der Positionierbeine zueinander sowie bevorzugt auch bezüglich des Dosierkopfes stabilisiert. Dabei ist es auch möglich, eine bewegliche Lagerung mindestens eines Positionierbeins vorzusehen, um die Dosiervorrichtung für eine Positionierung auf möglicherweise alternativ gestalteten Auftragselementen anzupassen. Dabei sind die Positionierbeine stets so an der Positioniereinrichtung anzuordnen, dass eine stabile Positionierung gewährleistet ist.
An den Enden der Positionierbeine sind ferner bevorzugt Kontaktelemente angebracht, welche eine Beschädigung des Elements, auf welchem das Medium aufgebracht werden soll, verhindern sowie den Positioniervorgang – beispielsweise anhand aufgebrachter Markierungen – erleichtern sollen. Vorteilhafterweise können an diesen Kontaktelementen auch Sensoren angeordnet sein, die den vorgesehenen Kontakt mit der Auftragsfläche an eine Steuereinrichtung melden, welche bevorzugt abhängig von einer korrekten Positionierung den Dosiervorgang freigibt. Besonders vorteilhaft erweisen sich solche Kontaktelemente auch zur Dämpfung von Stößen beim Aufsetzen der Dosiervorrichtung.
Mittels einer, vorzugsweise an den Positionierbeinen vorgesehenen Justiereinrichtung ist der Abstand und die Neigung der durch die Kontaktelemente aufgespannten Ebene bevorzugt bezüglich der Grundstruktur einstellbar. Ebenso ist die Positioniereinrichtung durch eine Justierung ihrer Positionierbeine auch an jede andere Oberflächengestaltung anpassbar. Für diesen Zweck sind die Positionierbeine bevorzugt an der Grundstruktur bezüglich einer im Wesentlichen parallel zur Achse des Dosierkopfs verlaufenden Achse verschieblich einstellbar gelagert. An solchen Positionierbeinen, die, wie vorstehend beschrieben, beweglich gelagert sind, ist die Längseinstellbarkeit vorzugsweise mit der beweglichen Lagerung kombiniert ausgeführt. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Positioniereinrichtung erlaubt eine Anpassung der Dosiervorrichtung an die Auftragsfläche. Dies ermöglicht eine exakte Positionierung der Dosiervorrichtung und vermeidet eine Beschädigung der Oberfläche. Im Resultat führt die Gestaltung der Positioniereinrichtung zu einer sehr vorteilhaften Handhabbarkeit der Dosiervorrichtung, welche eine hohe Wiederholgenauigkeit des Dosiervorgangs und einen schnellen Dosiervorgang begünstigt.
Zur Darstellung der unterschiedlichen, von verschiedenen Anwendern gewünschten Funktionsumfänge umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien bevorzugt eine Steuereinrichtung. Vorzugsweise ist es eine Aufgabe der Steuereinrichtung, den Förderantrieb der Vorrichtung so zu steuern, dass bei jedem einzelnen Dosiervorgang exakt die gewünschte Menge des zu dosierenden Mediums aufgebracht wird.
Dabei kann die Menge des Mediums, die beispielsweise bei einem bestimmten Drehwinkel der Exzenterwelle oder bei einem bestimmten Kolbenhub aufgebracht wird, je nach Medium und Pumpenbauart durch den Druck des Mediums im Volumenspeicher beeinflusst sein. Insbesondere in diesem Fall fließt in die Berechnung der Steuereinrichtung, welche zur Ermittlung der erforderlichen Förderbewegung, wie beispielsweise der Drehwinkel einer Exzenterwelle, dient, der im gespeicherten Medium herrschende Druck mit ein. Den Druckwert ermittelt die Steuereinrichtung dabei wie bereits beschrieben, vorzugsweise entweder aufgrund des Signals von Drucksensoren oder aufgrund der erfassten Position der Membran. Löst ein Benutzer einen Dosiervorgang aus, so veranlasst die Steuereinrichtung eine Förderbewegung im bestimmten Umfang, wie beispielsweise die Drehung einer Exzenterwelle um einen errechneten Winkel.
Die Ermittlung des Füllstands des Mediums im Volumenspeicher erfolgt ebenfalls bevorzugt in der Steuereinrichtung. Hierfür wertet diese vorzugsweise die Daten eines Sensors aus, welcher die Position der Membran erfasst. Für eine andere bevorzugte Ermittlungsweise des Medienfüllstands nutzt die Steuereinrichtung die Ergebnisse einer Druckmessung im Volumenspeicher. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Steuereinrichtung ermittelt diese den Füllstand des Volumenspeichers aufgrund der Fördermenge der durchgeführten Dosiervorgänge.
Ebenso umfasst die Steuereinrichtung bevorzugt Funktionen zur Erfassung des Ladestands im elektrischen Energiespeichers (Akkumulator), wobei sie bevorzugt ebenfalls über eine Benutzerschnittstelle den aktuellen Ladestand des elektrischen Akkumulators anzeigt und/oder bei Unterschreiten einer Ladegrenze im Akkumulator, welche noch Energie für eine bestimmte Anzahl von Dosiervorgängen gewährleistet, ein Signal an den Benutzer ausgibt.
Verfügt die Vorrichtung darüber hinaus über einen mit einem kompressiblen Medium gefüllten Druckraum, so umfasst die Steuereinrichtung vorzugsweise zusätzliche Einrichtungen zur Ermittlung und Auswertung des Drucks in diesem Druckraum. Ebenso ist es möglich, den Druck im Druckraum indirekt über den im zu dosierenden Medium herrschenden Druck zu ermitteln.
Vorzugsweise umfasst die Steuereinrichtung ferner eine Benutzerschnittstelle, welche bevorzugt sowohl Einrichtungen für eine visuelle Anzeige als auch zur Ausgabe akustischer Signale an den Benutzer umfasst. Das Spektrum einer möglichen Benutzerinformation reicht dabei von einer Anzeige des Medienfüllstands, des Ladestands des elektrischen Energiespeichers und eventuell der Höhe des Drucks in einem Druckraum bis hin zu Kontrollleuchten, welche beispielsweise bei fallenden Anzeigewerten blinken. Bevorzugt wird zusätzlich bei kritischen Anzeigewerten wie beispielsweise einer Unterschreitung der Ladeschwelle im Energiespeicher ein hörbares Signal an den Benutzer ausgegeben um diesem die Notwendigkeit eines Befüllungs- bzw. Ladevorgangs anzukündigen.
Vorteilhaft an der Anzeige der Medienfüll- und der Energieladestände und an einem Signal an den Benutzer bei geringen Füll- bzw. Ladestand ist, dass der Benutzer einen Ladevorgang, der, vorzugsweise beim Einlegen der Dosiervorrichtung in eine Ablagevorrichtung durchgeführt wird, frühzeitig planen kann. Ladevorgänge können so zum Beispiel in einer Produktionspause durchgeführt werden.
Ferner ist es vorzugsweise Aufgabe der Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Einsatzfähigkeit der Funktionselemente der Dosiervorrichtung zu überwachen. Bevorzugt werden hierfür zumindest die folgenden Werte in die Steuereinrichtung eingelesen: der Füllstand des Volumenspeichers und/oder der Druck im Volumenspeicher, der Ladestand des elektrischen Akkumulators und bevorzugt die vom Antrieb der Fördereinheit aufgenommene Energie. Es können auch weitere Prozessparameter in die Steuereinrichtung eingelesen werden, wie beispielsweise der Druck in einem Druckraum, Temperaturen in der Dosiervorrichtung oder auch andere Parameter, die für die Funktionsüberwachung genutzt werden. Diese in die Steuereinrichtung eingelesenen Werte werden dort aufgrund hinterlegter Algorithmen ausgewertet. Ergebnisse dieser Auswertung wie vorzugsweise Fehlermeldungen oder Protokolle können vorzugsweise über eine Schnittstelle ausgelesen werden. Besonders bevorzugt werden sie über eine Schnittstelle dem Benutzer angezeigt oder mittels eines Signals an diesen ausgegeben.
Besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung eine Ablageeinrichtung zugeordnet, in welche die Vorrichtung so eingelegt wird, dass vorzugsweise eine Verbindung zu sämtlichen Medien-, Energie- und Datenschnittstellen hergestellt wird.
Erfindungsgemäß kann entweder automatisch direkt nach dem Einlegen der Vorrichtung oder bevorzugt nach einer erfolgten Freigabe die Steuereinrichtung der Vorrichtung den Befüllvorgang, wie weiter oben detaillierter beschrieben, mittels einer umgekehrten Förderbewegung durchführen und dabei dem Volumenspeicher das in der Steuereinrichtung errechnete erforderliche Medienvolumens zuführen.
Ebenso ist es möglich, vorzugsweise während dem Einsetzen der Vorrichtung in die Ablageeinrichtung, die Steuereinrichtung ebenfalls entweder automatisch direkt nach dem Einlegen der Vorrichtung oder bevorzugt nach einer erfolgten Freigabe – abhängig vom Füllstand des elektrischen Akkumulators – einen Ladevorgang mit elektrischer Energie durchzuführen oder, falls vorhanden, nach Einlegen der Vorrichtung in die Ablage – abhängig vom Druck im Druckraum – ein Druckladevorgang zu veranlassen.
Ferner ist es in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform möglich, die zur Steuerung solcher Aufladevorgänge erforderliche Steuereinrichtung in die Ablageeinrichtung zu integrieren und die von den Sensoren innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfassten Werte zur Ermittlung der Ladezustände in diese Steuereinrichtung einzulesen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird auf eine Ablageeinrichtung verzichtet. Hierbei schließt der Benutzer, abhängig von dem ihm angezeigten Ladezustand des Mediums bzw. der Energieversorgung, die jeweils erforderliche Zuleitung an der vorgesehenen Schnittstelle der Vorrichtung an. Vorzugsweise startet daraufhin die Steuereinrichtung der Vorrichtung den Ladevorgang und zeigt dem Benutzer dessen Abschluss an.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Dosieren fließfähiger Medien mittels der Vorrichtung ist das Medium im, der Vorrichtung zugeordneten, druckbeaufschlagten Volumenspeicher gespeichert bzw. befindet sich bereits im Förderraum. Löst ein Benutzer einen Dosiervorgang aus, so veranlasst die Steuereinrichtung der Vorrichtung eine definierte Bewegung der Fördereinheit. Dies führt zur einer Abgabe des Mediums, bevorzugt an einem Dosierkopf. Zum Abschluss des Dosiervorgangs wird das Dosiervolumen vorzugsweise mittels einer definierten, umgekehrten Förderbewegung vom in der Vorrichtung verbleibenden Medium getrennt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so eine exakte Dosierung des Mediums und vermeidet zusätzlich ein Nachtropfen und somit eine Verschwendung des dosierten Mediums. Durch die für eine große Anzahl an Dosiervorgängen ausreichende vollständige Speicherung des Mediums, elektrischer und, falls erforderlich, auch Druckenergie innerhalb der Vorrichtung kann das Verfahren unabhängig und ortungebunden eingesetzt werden.
Vorzugsweise erfolgt bei der Verwendung des Verfahrens zum Dosieren fließfähiger Medien unter Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor dem Dosiervorgang eine Anpassung der Positioniereinrichtung an die Oberflächengestaltung des Elements, an dem das dosierte Medium aufgebracht werden soll. Hierfür wird bevorzugt die Grundstruktur der Positioniereinrichtung in einer geeigneten Position in Richtung der Achse des Dosierkopfs arretiert. Daraufhin erfolgt bevorzugt die Anordnung einer geeigneten Anzahl von Positionierbeinen, wobei erfindungsgemäß auch bewegliche Positionierbeine vorgesehen werden können. Nach einer Anordnung und Längeneinstellung der Positionierbeine wird diesen bevorzugt eine Halteeinrichtung zugeordnet, um die erforderliche Stabilität der Positioniereinrichtung zu gewährleisten.
Bei der Durchführung des Dosiervorgangs positioniert der Benutzer die Dosiervorrichtung bevorzugt mittels einer angepassten Positioniereinrichtung an dem Auftragselement und löst den Dosiervorgang aus. Dabei erleichtert die Positioniereinrichtung dem Benutzer sowohl das Ansetzen der Vorrichtung an die richtige Stelle der Auftragsfläche als auch das Einstellen des exakten Abstands von Fläche und Dosierkopf unter gleichzeitiger Vermeidung einer Beschädigung der Auftragsfläche.
Spätestens nach einer bestimmten Anzahl von Dosiervorgängen erhält der Benutzer vorzugsweise ein Signal oder eine geeignete Benutzerschnittstelle zeigt an, dass das Speichervolumen des in der Vorrichtung gespeicherten Mediums bzw. die darin gespeicherte Energie für nur wenige weitere Dosiervorgänge ausreicht. Aufgrund dieser Information kann der Benutzer einen günstigen Zeitpunkt für einen Ladevorgang wählen und die Vorrichtung in die Ablageeinrichtung einlegen oder die Medien- bzw. Energieversorgung an die Vorrichtung anschließen. Bei dem sich anschließenden Ladevorgang werden bevorzugt der Volumenspeicher, der Akkumulator und, falls vorhanden, der Druckspeicher aufgefüllt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien,
2 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien mit austauschbaren Medientank,
3 eine räumliche Schnittansicht der Positioniereinrichtung der Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien und
4 eine schematische Darstellung der Elemente der für die Steueraufgabe erforderlichen Elemente der Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien.
1 zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Dosiervorrichtung 10. Dabei ist die Erfindung am Beispiel einer Exzenterschneckendosierpumpe gezeigt.
Die dargestellte Dosiervorrichtung 10 umfasst einen ergonomisch geformten Handgriff 11, wobei die Dosierpumpeneinheit ungefähr an deren Mitte rechtwinklig an einem Griffende angeordnet ist. Am anderen Ende des Handgriffs 11 umfasst die Dosiervorrichtung 10 einen wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie, einen Akkumulator 12. Im hinteren Bereich der Dosierpumpeneinheit befindet sich deren Antrieb 13 sowie die Steuereinrichtung 40. Am Antrieb 13 ist, bei der beispielhaften Ausführungsform, eine Exzenterwelle 15 drehbar gelagert. Das andere Ende der Exzenterwelle 15 ist fest mit einer Exzenterschnecke 16 verbunden, welche in einem Stator 17 gelagert ist. Die Exzenterschnecke 16 sowie der Stator 17 bilden gemeinsam die Fördereinheit 20. Die Fördereinheit 20 ist nahezu vollständig im Gehäuse des Dosierkopfs 21 angeordnet. Eine Positioniereinrichtung 30 ist wiederum am Dosierkopf 21 ist befestigt. Am Handgriff 11 ist ein Auslöseknopf 9 angeordnet, mittels dem der Benutzer einen Dosiervorgang auslöst.
Innerhalb der Vorrichtung wird das zu dosierende Medium im Volumenspeicher 22 bevorratet. Dabei ist wird der Volumenspeicher bei der beispielhaften Ausführungsform radial durch eine rohrförmige Membran 23 begrenzt. Der Volumenspeicher der Dosiervorrichtung ist in 1 mit einem niedrigst möglichen Medienfüllstand dargestellt. Die Membran 23 liegt dabei fast vollständig an einem gitterartigen Rohr 27 an und beaufschlagt so das im Volumenspeicher befindliche Medium nur mit einem sehr geringen Druck, da die elastische Dehnung der Membran nur noch zu einem sehr geringen Teil durch das Medium aufgebracht wird. Sobald die Membran vollständig am gitterartigen Rohr 27 anliegt, kann diese keinen Druck mehr auf das gespeicherte Medium ausüben, die Dosiervorrichtung 10 muss vor einem erneuten Dosiervorgang mit Medium befüllt werden.
Beim Befüllvorgang dringt das Medium ungehindert durch das gitterartige Rohr 27 und führt dabei zu einer elastischen Dehnung der Membran. Die Befüllung der Dosiervorrichtung 10 erfolgt bei der beispielhaften Ausführungsform durch eine rückwärts gerichtete Förderbewegung der Fördereinheit 20. Wird der Volumenspeicher 22 vollständig gefüllt, kann sich die Membran 23 dabei so stark ausdehnen, dass sie am Rand des Druckraums 24 anliegt. Durch die elastische Dehnung erzeugt die Rückstellkraft der Membran einen Vordruck auf das sich im Volumenspeicher 22 befindende, zu dosierende Medium. Ist für den gewünschten Dosiervorgang ein höherer Vordruck im Medium erforderlich, als durch die Membran 23 aufgebracht wird, so kann das Gehäuse 14 im Bereich des Druckraums 24 mit einem Ventil 25 versehen sein, über welches ein stark komprimiertes Gas dem Druckraum zugeführt werden kann.
Ebenfalls im Druckraum 24 angeordnet ist ein Sensor 26 zur Erfassung der jeweiligen Stellung der Membran 23. Befindet sich im Druckraum kein komprimiertes Gas, so kann anhand der Stellung der Membran 23 das im Volumenspeicher 22 enthaltene Medienvolumen ermittelt werden und damit auch der in diesem Medium herrschende Druck.
Ein in das Ventil 25 integrierter Drucksensor 41 ist für den Fall vorgesehen, dass der Druckraum mit komprimierten Gas befüllt ist. Nicht dargestellt ist ein Drucksensor, welcher direkt im Volumenspeicher zur Erfassung des Mediendrucks vorgesehen ist.
2 zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften alternativen Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Von außen ist auf diese Dosiervorrichtung 10 ein austauschbarer Medientank 30 aufgesetzt. Im austauschbaren Tank 30 sind die gleichen Einrichtungen zur Speicherung des Dosiermediums enthalten, wie in der Dosiervorrichtung 10 in 1. Im Gehäuse des Druckraums ist somit ebenfalls ein Ventil 25 angeordnet, um den Druckraum mit einem zusätzlichen Druck durch ein komprimiertes Gas zu beaufschlagen. Ebenso ist im austauschbaren Medientank 30 ein Sensor 26 vorgesehen, welcher die Position der Membran im Volumenspeicher erfasst und, falls erforderlich, ein zusätzlicher Drucksensor zur Erfassung des Drucks im Druckraum bzw. direkt im zu dosierenden Medium.
Bei dieser Ausführungsform ist grundsätzlich zu beachten, dass sich der Druck im Volumenspeicher bis zum Saugraum über eine längere Strecke fortpflanzt. Daher muss für eine gleiche Anwendung wie in der ersten Ausführungsform im Volumenspeicher 22 ein höherer Druck auf das Medium aufgebracht werden.
3 zeigt eine räumliche Schnittdarstellung einer beispielhaften Positioniereinrichtung 60. Die Positioniereinrichtung umfasst eine Grundstruktur 61, welche am Dosierkopf 21 der Dosiervorrichtung 10 befestigt ist. Der Grundstruktur 61, welche im nicht arretierten Zustand längsverschieblich auf dem Dosierkopf 21 gelagert ist, sind Positionierbeine 62 zugeordnet. Die Anzahl und Anordnung der Positionierbeine erfolgt entsprechend der Gestaltung des Elements, an dem das zu dosierende Medium aufgebracht werden soll. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine glatte Fläche. Daher sind, zur Gewährleistung einer stabilen Positionierung der Dosiervorrichtung 10, drei fest an der Grundstruktur 61 befestigte Positionierbeine 62 vorgesehen, welche auf einem, konzentrisch zum Dosierkopf angeordneten, Kreisring um jeweils 120° versetzt angeordnet sind. Die drei Positionierbeine 62, welche ebenfalls in Richtung der Achse des Dosierkopfs 21 längsverschieblich und arretierbar an der Grundstruktur gelagert sind, werden von einer kreisförmigen Haltevorrichtung 64 umfasst, welche die Positioniereinrichtung 60 stabilisiert.
Um eine sichere Positionierung der Dosiervorrichtung 10 auf der Auftragsfläche zu gewährleisten, sind die Enden der Positionierbeine mit Kontaktelementen 63 versehen. Diese dämpfen einen möglicherweise beim Aufsetzen der Dosiervorrichtung 10 entstehenden Stoß an der Auftragsfläche und verhindern zusätzlich eine Beschädigung dieser.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung 40 sowie der für die Steueraufgabe erforderlichen Elemente der Dosiervorrichtung 10. Mit der Steuereinrichtung 40 verbunden ist der Sensor 26, welcher die Position der Membran 23 erfasst und im Volumenspeicher 22 angeordnet ist, ein Drucksensor 41, zur Erfassung eines Drucks im Druckraum 24 sowie ein Sensor 42, welcher den Ladestand im Akkumulator 12 erfasst. Die Werte dieser Sensoren werden in die Steuereinrichtung 40 eingelesen, welche mittels der erfassten Werte den Lade- sowie den Funktionszustand der Dosiervorrichtung 10 überwacht. Über eine Schnittstelle 46 kann in die Steuereinrichtung 40 das Programm für den Dosiervorgang eingelesen werden. Mittels diesen Programms sowie der von den Sensoren eingelesenen Funktionszustände steuert die Steuereinrichtung 40 den Antrieb 13 der Fördereinheit 20 sowohl beim Dosiervorgang, als auch beim den Ladevorgang für das Medium.
Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 40 eine Benutzerschnittstelle 45, welche den Ladezustand des Volumenspeichers 22, des Akkumulators 12 sowie des Druckraums 24 anzeigt und bei kritischen Befüllungs- bzw. Ladeständen den jeweils erforderlichen Befüllungs- bzw. Ladevorgang über visuelle und akustische Signale dem Benutzer anzeigt.
Die vorliegende Erfindung ist am Beispiel einer Dosiervorrichtung dargestellt, welche eine ortsungebundene und unabhängig von einer äußeren Zufuhr des Mediums oder von Energie Durchführung einer großen Anzahl von Dosiervorgängen ermöglicht. Wesentliche Elemente der Erfindung stellen jedoch auch für sich bereits eine deutliche Verbesserung gegenüber bekannten Dosiervorrichtungen dar. So sind das Gewicht sowie die Bewegungsfreiheit einer Dosiervorrichtung merklich verbessert, wenn diese beispielsweise bei großen Dosiervolumina oder hochviskosen Medien fest mit einem die Dosiervorrichtung versorgenden Medientank oder einer Druckquelle verbunden ist. Vorsorglich wird auch Schutz für solche Dosiervorrichtungen beansprucht, die stetig mit dem zur dosierenden Medium oder Druck versorgt werden, also nicht vollständig unabhängig sind, ferner für eine Einrichtung zur Positionierung einer solchen Dosiervorrichtung beim Dosiervorgang, für eine Steuereinrichtung einer solchen Dosiereinrichtung und für ein Verfahren zum Dosieren mittels einer solchen Dosiervorrichtung.

Claims

Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien, wobei eine, innerhalb der Vorrichtung (10) angeordnete, elastische Membran (23) ein sich innerhalb der Vorrichtung befindliches, zu dosierendes Medium mit einem Druck beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosiervorgang ortsungebunden und unabhängig von einer äußeren Zufuhr des Mediums oder von Energie erfolgt.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Membran (23) als Volumenspeicher und als Pulsationsdämpfer für Druckstöße dient.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Speicher für elektrische Energie (12) umfasst.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie Raum (24) zum Speichern von Druckenergie umfasst.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Sensor (26) umfasst, welcher Werte erfasst, welche repräsentativ für den Füllstand des Mediums innerhalb des Volumenspeichers (22) sind.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei der Befüllung mit dem Medium dieses in umgekehrter Förderrichtung in den Volumenspeicher (22) einsaugt.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Positioniereinrichtung (60) umfasst.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinrichtung (40) umfasst.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schnittstelle (46) zum Einlesen eines Steuerprogramms umfasst.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an ihr ein Medientank (30) austauschbar angeordnet ist.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie beim Einsetzen in eine Ablageeinrichtung mit einer Energie- und/oder Medienversorgung verbunden wird.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien insbesondere gemäß den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniervorrichtung (60) vorgesehen ist, welcher an einer, am Dosierkopf (21) angeordneten Grundstruktur (61) wenigstens drei Positionierbeine (62) zugeordnet sind.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniervorrichtung (60) vorgesehen ist, deren Positionierbeinen (62) eine Halteeinrichtung (64) zugeordnet ist.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniervorrichtung (60) vorgesehen ist, an deren Positionierbeinen (62) Kontaktelemente (63) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniervorrichtung (60) vorgesehen ist, welche durch eine Variation der Anzahl und Anordnung der Positionierbeine (62) flexibel bezüglich der Grundstruktur (61) einstellbar und somit präzise am Auftragselement positionierbar ist.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien insbesondere gemäß den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, welche die Fördereinheit (20) zur Dosierung der gewünschten Menge veranlasst.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, die den im gespeicherten Medium herrschenden Druck aufgrund des Füllstands des Volumenspeichers (22) ermittelt und/oder dass mindestens ein Sensor (26) repräsentative Werte für den im gespeicherten Medium herrschenden Druck erfasst und diese in die Steuereinrichtung (40) eingelesen werden.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, die den Füllstand des Volumenspeichers (22) aufgrund der Position der elastischen Membran (23) und/oder aufgrund der Anzahl und/oder dem Volumen der durchgeführten Dosiervorgänge ermittelt.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, welche über eine Benutzerschnittstelle (45) den Füllstand des Volumenspeichers (22) anzeigt und/oder bei Mindestfüllstand des Volumenspeichers (22) ein Signal an den Benutzer ausgibt.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, welche über eine Benutzerschnittstelle (45) den Ladestand des elektrischen Akkumulators (12) anzeigt und/oder bei Unterschreiten einer Ladungsschwelle im Akkumulator (12) ein Signal an den Benutzer ausgibt.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, welche über eine Benutzerschnittstelle (45) den Druck in einem mit einem kompressiblen Medium gefüllten Druckraum (24) anzeigt und/oder bei einem Mindestdruck im Druckraum (24) ein Signal an den Benutzer ausgibt.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, welche die Funktion der am Dosiervorgang beteiligten Elemente überwacht.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, wobei Funktionsstörungen von überwachten Elementen über eine Schnittstelle (46) auslesbar sind und/oder über eine Benutzerschnittstelle (45) angezeigt werden.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, welche anhand des Füllstands im Volumenspeicher (22) die für dessen Befüllung vorgesehene Menge des Dosiermediums errechnet sowie nach Einlegen der Vorrichtung (10) in eine Ablage die erforderliche Rückwärtsbewegung der Fördereinheit (20) veranlasst.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, die nach Einlegen der Vorrichtung in eine Ablage abhängig vom Ladestand des elektrischen Akkumulators (12) einen Ladevorgang mit elektrischer Energie veranlasst.
Vorrichtung zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, die nach Einlegen der Vorrichtung in eine Ablage abhängig vom Druck im Druckraum (24) einen Ladevorgang mit einem kompressiblen Medium veranlasst.
Verfahren zum Dosieren fließfähiger Medien mittels der Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium vollständig innerhalb der Vorrichtung (10) im druckbeaufschlagten Volumenspeicher (22) gespeichert ist und durch eine, von der Steuereinrichtung (40) errechnete, definierte Förderbewegung am Dosierkopf (21) abgegeben wird.
Verfahren zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Dosiervorgangs das Dosiervolumen durch eine definierte umgekehrte Förderbewegung vom in der Vorrichtung (10) verbleibenden Medium getrennt wird.
Verfahren zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (60) an die Oberflächengestaltung des Elements, an dem das dosierte Medium aufgebracht werden soll, angepasst wird.
Verfahren zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Benutzer die Dosiervorrichtung (10) mittels der Positioniereinrichtung (60) an der Auftragsfläche positioniert und den Dosiervorgang auslöst.
Verfahren zum Dosieren fließfähiger Medien gemäß mindestens einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung nach einer Anzahl von Dosiervorgängen in eine Ablage eingelegt wird, in welcher der Volumenspeicher (22) und/oder die Energiespeicher (12, 24) aufgeladen werden.