DE102009038924B3

DE102009038924B3 - Verfahren und Regelsystem zum Auftragen eines Fluids auf eine Bauteiloberfläche

Info

Publication number: DE102009038924B3
Application number: DE200910038924
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Höhn
Original assignee: DREI BOND GmbH
Current assignee: DREI BOND GmbH
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines Fluids auf eine Bauteiloberfläche (27), bei dem das Fluid über eine Zuleitung (3, 5) einem Regelventil (36) zugeführt wird, durch das Regelventil (36) zu einer Auslassöffnung (22) geführt wird und durch die Auslassöffnung (22) auf die Bauteiloberfläche (27) gelangt, wobei die relative Position der Auslassöffnung (22) zu der Bauteiloberfläche (27) gesteuert oder geregelt wird, der Fluiddruck gemessen wird und der Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil (36) in Anbhängigkeit von dem gemessenen Fluiddruck geregelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerzustand anhand des gemessenen Fluiddrucks erfasst wird. Wenn ein Fehlerzustand erfasst worden ist, kann das Regelventil (36) geschlossen werden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Regelsystem zum Durchführen dieses Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines Fluids auf eine Bauteiloberfläche, bei dem das Fluid über eine Zuleitung einem Regelventil zugeführt wird, durch das Regelventil zu einer Auslassöffnung geführt wird und durch die Auslassöffnung auf die Bauteiloberfläche gelangt, wobei die relative Position der Auslassöffnung zu der Bauteiloberfläche gesteuert oder geregelt wird, der Fluiddruck gemessen wird und der Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil in Abhängigkeit von dem gemessenen Fluiddruck geregelt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Regelsystem zum Auftragen eines Fluids auf eine Bauteiloberfläche. Das Regelsystem umfasst ein Regelventil, welches eine Auslassöffnung aufweist, durch welche das Fluid auf die Bauteiloberfläche gelangt und welche relativ zur Bauteiloberfläche bewegbar ist. Mit dem Regelventil ist eine Steuervorrichtung gekoppelt, mittels welcher die relative Position der Auslassöffnung zu der Bauteiloberfläche steuer- und/oder regelbar ist. Des Weiteren ist die Steuervorrichtung mit einem Drucksensor zum Messen des Fluiddrucks gekoppelt, wobei mittels der Steuervorrichtung der Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil in Abhängigkeit von dem gemessenen Fluiddruck regelbar ist.
Es ist bekannt, Fluide, insbesondere Dichtmittel und Klebstoffe, mit Hilfe sehr schnell bewegbarer Industrieroboter auf Bauteiloberflächen aufzutragen. Dabei fährt ein Roboterarm mit variabler Geschwindigkeit die Bauteiloberfläche ab und trägt gleichmäßig eine Fluidraupe auf. Um einen gleichmäßigen Raupenauftrag trotz der variablen Relativgeschwindigkeit zwischen der Auslassöffnung und der Bauteiloberfläche zu erzielen, werden an die Dosierung des Fluids extrem hohe Ansprüche gestellt. Es muss insbesondere ein sehr schnelles und genaues Einstellen des Volumenstroms des Fluids möglich sein.
Aus der DE 42 17 835 C2 ist ein Regelventil zum Dosieren eines Fluids bekannt. Zum Auftragen einer Fluidraupe wird das Regelventil beispielsweise an einem Arm eines Industrieroboters befestigt und das aufzutragende Fluid unter hohem Druck dem Regelventil zugeführt. Der Roboter fährt die Bauteiloberfläche längs einer vorgegebenen Raupenbahn ab, wobei ein bestimmtes Fluidvolumen pro Zeiteinheit aus der Dosierdüse austritt und auf die Bauteiloberfläche aufgetragen wird. Zur Regelung des Volumenstroms des Fluids durch das Regelventil wird der Fluiddruck in der Ableitung des Regelventils gemessen und mit einem Solldruck verglichen. Bei einer Abweichung des Fluiddrucks vom Solldruck wird der Öffnungsquerschnitt des Regelventils so verändert, dass sich der gemessene Druck dem Solldruck annähert.
Während dem Auftragen des Fluids kann es jedoch zu verschiedenen Fehlfunktionen kommen:
Da sich die Auslassöffnung, die beispielsweise an einem Roboter befestigt ist, sehr schnell und mit wechselnden Geschwindigkeiten dicht über der Bauteiloberfläche bewegt, kann es passieren, dass die Position der Auslassöffnung von einer Sollposition für den Fluidauftrag abweicht. In einem solchen Fall kann Fluid in Bereiche des Bauteils gelangen, die nicht mit dem Fluid in Berührung kommen dürfen. Handelt es sich bei dem Fluid beispielsweise um einen schnell bindenden Klebstoff oder ein Dichtmittel, ist eine anschließende Reinigung des Bauteils sehr aufwendig. Es kann sogar vorkommen, dass das Bauteil nach einem solchen fehlerhaften Fluidauftrag verschrottet werden muss.
Des Weiteren kann es vorkommen, dass das aufzutragende oder aufgetragene Fluid Lufteinschlüsse enthält. Solche Lufteinschlüsse können dazu führen, dass sich Lücken in der aufgetragenen Fluidraupe ergeben. Derartige Lücken sind bei der Weiterverarbeitung und Montage des Bauteils sehr nachteilig, da sie zu einer ungenügenden Klebeverbindung zwischen zwei Bauteilen oder Leckagen führen können.
Um die aufgetragene Fluidraupe zu überprüfen, sind Kameraüberwachungssysteme bekannt. Die Kameras derartiger Systeme nehmen Bilder der aufgetragenen Raupe auf. Fehler in dem Raupenauftrag werden durch eine nachgelagerte Bildverarbeitung erkannt. Derartige Kamerasysteme haben jedoch zum einen den Nachteil, dass sie sehr teuer sind, zum anderen erzeugen sie nur ein zweidimensionales Bild der aufgetragenen Fluidraupe, d. h. es wird der Verlauf der Raupe in Längsrichtung sowie die Breite der Raupe überprüft. Bereiche in denen die Fluidraupe, z. B. aufgrund von Luftblasen, nur sehr dünn aufgetragen worden ist, lassen sich mit einem Kamerasystem bisher schwer erfassen. Außerdem können Kamerasysteme dann nicht eingesetzt werden, wenn der optische Kontrast zwischen der Bauteiloberfläche und der Fluidraupenoberfläche zu gering ist. Auch bei spiegelnden Bauteiloberflächen ergeben sich bei der nachfolgenden Bildverarbeitung Probleme.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein Regelsystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen eine fehlerfreie Fluidraupe auf eine Bauteiloberfläche aufgetragen werden kann. Außerdem soll vermieden werden, dass ein Fluidauftrag außerhalb der vorgegebenen Fluidraupenbahn erfolgt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Regelsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das Verfahren zum Auftragen eines Fluids auf eine Bauteiloberflache weist das Merkmal auf, dass ein Fehlerzustand anhand des gemessenen Fluiddrucks erfasst wird.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass sich anhand der Messung des Fluiddrucks ein Fehlerzustand sehr genau erfassen lässt, ohne dass es erforderlich ist, die aufgetragene Fluidraupe beispielsweise mittels eines optischen Kamerasystems zu überwachen. Der Fluiddruck wird von verschiedenen Parametern beeinflusst: Zum einen hängt der Fluiddruck von der Viskosität des Fluids, dem Druck bei der Fluidzufuhr sowie der Fließgeschwindigkeit des Fluids ab. Zum anderen hängt der Fluiddruck jedoch auch von den Bedingungen ab, auf welche das Fluid nach dem Austritt aus der Auslassöffnung trifft. Im Normalfall wird die Auslassöffnung mit einer bestimmten Geschwindigkeit in einem bestimmten Abstand über die Bauteiloberfläche bewegt, wobei kontinuierlich Fluid austritt. Durch das Auftragen des Fluids auf die Bauteiloberfläche wird ein Staudruck oder Gegendruck erzeugt, durch den der Fluiddruck in Strömungsrichtung vor der Auslassöffnung erhöht wird. Allein aufgrund von Veränderungen des gemessenen Fluiddrucks kann daher überraschenderweise auf einen Fehlerzustand geschlossen werden.
Weiter wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Sollraupe für den Fluidauftrag definiert. Anhand der Sollraupe wird eine Soll-Druckverlaufskurve mit einem Toleranzbereich bestimmt. Ein Fehlerzustand wird in diesem Fall dann erfasst, wenn die Ist-Druckverlaufskurve des Fluiddrucks den Toleranzbereich der Soll-Druckverlaufskurve verlässt. Der Toleranzbereich kann über den gesamten Druckverlauf beim Auftragen der Fluidraupe gleich groß sein. Er kann jedoch auch in Abhängigkeit von der Position der Sollraupe variieren. Durch die Festlegung der Soll-Druckverlaufskurve mit dem zugeordneten Toleranzbereich kann exakt definiert werden, welche Veränderungen des Fluiddrucks einem Fehlerzustand zugeordnet werden. Auf diese Weise können verschiedenartige Fehlerquellen, die zu unterschiedlichen Änderungen des Fluiddrucks führen, berücksichtigt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Regelventil, insbesondere sofort, geschlossen, wenn ein Fehlerzustand erfasst worden ist. Durch diese Maßnahme kann verhindert werden, dass Fluid in einen Bereich des Bauteils gelangt, der nicht mit dem Fluid in Berührung kommen darf, wenn ein Fehlerzustand aufgetreten ist. Ein solcher Fehlerzustand wird beispielsweise dann erfasst, wenn ein plötzlicher Druckabfall bei geöffnetem Regelventil gemessen wird. Wenn beispielsweise die Position der Auslassöffnung von der Sollposition über der Bauteiloberfläche so abweicht, dass sich der Abstand von der Auslassöffnung zu der Oberfläche des Bauteils stark vergrößert oder sich die Auslassöffnung sogar nicht mehr über dem Bauteil befindet, fällt das Fluid zunächst ins Leere, nachdem es die Auslassöffnung verlassen hat. Dies führt zu einem plötzlichen Druckabfall, da der Staudruck wegfällt. Dies wird als Fehlerzustand erfasst. Da in diesem Fall das Regelventil sofort geschlossen werden kann, kann vermieden werden, dass Fluid in Bereiche des Bauteils gelangt, in die es nicht gelangen sollte.
Des Weiteren kann ein Fehlerzustand erfasst werden, wenn ein plötzlicher Druckanstieg bei geöffnetem Regelventil gemessen wird. Wenn beispielsweise die Bauteiloberfläche im Bereich der Raupenbahn eine Fehlstelle wie beispielsweise einen Vorsprung aufweist, verringert sich der Abstand der Auslassöffnung zu der Bauteiloberfläche sehr plötzlich, wenn die Auslassöffnung über den Vorsprung fährt. Dies führt zu einem plötzlichen Anstieg des Fluiddrucks, der gemessen und als Fehlerzustand erfasst wird. Auch in diesem Fall kann das Regelventil sofort geschlossen und der Fluidauftrag unterbrochen werden.
Ein plötzlicher Druckanstieg bzw. ein plötzlicher Druckabfall liegt insbesondere dann vor, wenn die absolute Druckveränderung einen Grenzwert überschreitet, der in einem Bereich von 6 bar/sec bis 12 bar/sec, insbesondere in einem Bereich von 7 bar/sec bis 9 bar/sec liegt. Ein plötzlicher Druckanstieg bzw. ein plötzlicher Druckabfall liegt insbesondere dann vor, wenn die absolute Druckveränderung 8 bar/sec überschreitet.
Die Ist-Druckverlaufskurve wird bevorzugt gespeichert. Auf diese Weise kann nach dem vollständigen Auftragen der Fluidraupe anhand der Ist-Druckverlaufskurve geprüft werden, ob Fehler aufgetreten sind, die gegebenenfalls noch nicht zu einem Fehlerzustand geführt haben. Beispielsweise kann ein Gaseinschluss in einem aufgetragenen Fluidvolumen anhand eines Abfalls und anschließenden Wiederanstiegs der Ist-Druckverlaufskurve erfasst werden. Ist der Gaseinschluss so groß, dass der Abfall der Ist-Druckverlaufskurve dazu führt, dass die Ist-Druckverlaufskurve den Toleranzbereich der Soll-Druckverlaufskurve verlässt, wird ein Fehlerzustand erfasst und der Fluidauftrag ggf. abgebrochen. Ist der Abfall jedoch nicht so stark, dass der Toleranzbereich verlassen wird, führt dies nicht zu einem Abbruch des Fluidauftrags. Jedoch kann anhand der gespeicherten Ist-Druckverlaufskurve im Nachhinein nochmals z. B. durch eine Anzeige der Ist-Druckverlaufskurve auf einem Display, geprüft werden, ob bei einer bestimmten Position der Fluidraupe, bei welcher das Fluidvolumen mit dem Gaseinschluss aufgetragen wurde, ein ausreichender Fluidauftrag erfolgt ist. Bei der Anzeige der Ist-Druckverlaufskurve auf einem Display kann insbesondere die Echtposition eines möglichen Fehlauftrags angezeigt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Steigung des Druckanstiegs nach dem Öffnen des Regelventils bis zum Solldruck für das Auftragen der Fluidraupe mit der Steigung des Druckabfalls nach dem Schließen des Regelventils verglichen und in Abhängigkeit von einer betragsmäßigen Abweichung der Steigungen ein weiterer Fehlerzustand erfasst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Fluid kontinuierlich durch die Auslassöffnung als Fluidraupe auf die Bauteiloberfläche aufgetragen. Das Fluid kann insbesondere kontinuierlich dem Regelventil zugeleitet werden und dann über das Regelventil und die Auslassöffnung auf die Bauteileoberfläche gelangen.
Das erfindungsgemäße Regelsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuervorrichtung ein Fehlerzustand anhand des gemessenen Fluiddrucks erfassbar ist. Wenn ein Fehlerzustand erfasst worden ist, steuert bei dem erfindungsgemäßen Regelsystem die Steuervorrichtung das Regelventil insbesondere so an, dass es geschlossen wird.
Das erfindungsgemäße Regelsystem ist insbesondere so ausgelegt, dass es das vorstehend beschriebene Verfahren insgesamt oder teilweise ausführen kann. Somit ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Regelsystem dieselben Vorteile wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelsystems weist das Regelventil einen Ventilsitz und eine mit dem Ventilsitz zusammen wirkende Ventilnadel auf, die mittels einer Stelleinrichtung zum Verändern des Öffnungsquerschnitts des Regelventils bewegbar ist. Die Stelleinrichtung ist insbesondere mittels eines Servomotors bewegbar. Der Servomotor kann beispielsweise über einen Spindel-Mutter-Trieb mit der Ventilnadel gekoppelt sein.
Bei dem Drucksensor des erfindungsgemäßen Regelsystems handelt es sich insbesondere um einen piezoresistiven Drucksensor. Dieser Drucksensor umfasst beispielsweise einen Dehnungsmessstreifen, der bei einer Krafteinwirkung seinen Widerstand ändert. Aus der sich daraus ergebenden Spannungsänderung kann der Druck bestimmt werden. Der Drucksensor ist bei dem Regelsystem beispielsweise in Strömungsrichtung vor dem Regelventil angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Regelventil in Strömungsrichtung sehr weit hinten kurz vor der Auslassöffnung angeordnet sein kann. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelsystems sind der Ventilsitz und die Auslassöffnung insbesondere in einer Dosierdüse ausgebildet. Diese kann lösbar an einer Aufnahme für die Ventilnadel befestigt sein. Die Anordnung des Regelventils innerhalb der Dosierdüse mit der Auslassöffnung hat den Vorteil, dass die Reinigung des Bereichs hinter dem Regelventil erleichtert wird. Es können insbesondere Fluidreste sehr leicht entfernt werden, indem beispielsweise die Dosierdüse über eine Metallbürste fährt oder die Dosierdüse bzw. deren Spitze manuell abgenommen und gereinigt bzw. ausgetauscht wird.
Der Drucksensor ist austauschbar. Es kann somit für den Fluidauftrag jeweils ein Drucksensor eingesetzt werden, der an das verwendete Fluid sowie den gewünschten Druck beim Auftragen angepasst ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelsystems ist mittels der Steuervorrichtung ein Fehlerzustand der Stelleinrichtung erfassbar. Wenn in diesem Falls sowohl ein Fehlerzustand aufgrund des gemessen Fluiddrucks als auch ein Fehlerzustand der Stelleinrichtung erfasst worden ist, ist von der Steuervorrichtung eine Zuleitung, über welche das Fluid dem Regelventil zugeführt wird, mittels eines Sperrventils, welches in der Zuleitung vorgesehen ist, schließbar. Wenn beispielsweise der Servomotor für die Stelleinrichtung ausfällt und gleichzeitig ein Fehlerzustand beim Auftragen der Fluidraupe auftritt, würde sich das Problem ergeben, dass der Stellmotor das Regelventil nicht schließen kann, so dass Fluid in Bereiche des Bauteils gelangen könnte, die nicht mit dem Fluid in Berührung kommen dürfen. In einem solchen Fall kann jedoch mittels der Steuervorrichtung die Fluidzuleitung unterbrochen werden, so dass selbst bei offenem Regelventil kein Fluid oder zumindest kaum Fluid abgegeben wird, nachdem die Fehlerzustände erkannt worden sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelsystems ist die Steuervorrichtung mit einem Speicher gekoppelt, in dem eine Soll-Druckverlaufskurve mit einem Toleranzbereich für die Sollraupe des Fluidauftrags gespeichert ist. Mittels der Steuervorrichtung ist in diesem Fall ein Fehlerzustand erfassbar, wenn die Ist-Druckverlaufskurve des Fluiddrucks den Toleranzbereich der Soll-Druckverlaufskurve verlässt.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mittels des erfindungsgemäßen Regelsystems aufgetragenen Fluide umfassen insbesondere Dichtmittel, Befestigungsmittel, insbesondere Klebstoffe, und Öle. Dabei handelt es sich insbesondere um Einkomponenten-Applikationen.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug zu den Zeichnungen im Detail erläutert.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Regelsystems,
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils des Ausführungsbeispiels des Regelsystems,
3 zeigt eine Explosionsansicht eines Teils des Ausführungsbeispiels des Regelsystems,
4 zeigt den Fluidauftrag mittels des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Regelsystems auf eine Bauteiloberfläche,
5 zeigt eine Detailansicht des in 4 gezeigten Fluidauftrags,
6 zeigt schematisch die Steuerung des Ausführungsbeispiels des Regelsystems,
7 zeigt ein Beispiel für eine Druckverlaufskurve bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
8 zeigt ein Beispiel für eine Druckverlaufskurve, bei der ein plötzlicher Abfall des Fluiddrucks auftritt, und
9 zeigt ein Beispiel für eine Druckverlaufskurve, bei der ein plötzlicher Anstieg des Fluiddrucks auftritt.
Mit Bezug zu den 1 bis 6 wird zunächst ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Regelsystems erläutert.
Das Regelsystem umfasst als Gehäuse einen Grundkörper 1 und einen Aufsatzkörper 2. Das aus diesen Körpern 1, 2 bestehende Gehäuse kann an einem Roboterarm befestigt sein. Mittels des Roboterarms kann das Regelsystem oder ein Teil des Regelsystems im Raum bewegt werden.
Das Regelsystem umfasst einen Vorratsbehälter 17 (6), in dem das aufzutragende Fluid enthalten ist. Bei dem Fluid handelt es sich beispielsweise um ein viskoses Dichtmittel oder einen viskosen Klebstoff. Falls der Vorratsbehälter 17 nicht zusammen mit dem Roboterarm bewegt werden soll, kann auch eine Zuleitung zwischen den bewegbaren Komponenten des Regelsystems und dem Vorratsbehälter 17 vorgesehen sein. Der Füllstand im Vorratsbehälter 17 wird mittels Kapazitivsensoren überprüft. Sobald der Füllstand eine Mindestmenge unterschreitet, wird dem Nutzer ein Hinweis gegeben, den Vorratsbehälter 17 wieder aufzufüllen.
Mittels einer Pumpe 16 wird das Fluid von dem Vorratsbehälter 17 über eine Zuleitung 11 durch ein Sperrventil 15 einer weiteren Zuleitung 3 zugeführt. Die Zuleitung 11 kann von einem Heizschlauch umgeben sein, mittels welchem die Temperatur des Fluids in der Zuleitung 11 geregelt werden kann. Mittels des Sperrventils 15 kann außerdem eine Druckregelung ausgeführt werden, um das Fluid mit einem vorgegebenen Druck der Zuleitung 3 zuzuführen. Die Zuleitung 3 ist mittels eines Hochdruckdrehgelenks 6 an dem Sperrventil 15 befestigt. Über die Zuleitung 3 wird das Fluid einem Regelventil 36 zugeführt.
Das in 6 allgemein mit 36 bezeichnete Regelventil umfasst – wie aus den 2, 4 und 5 ersichtlich – einen Ventilsitz 4 und eine Ventilnadel 8. Der Ventilsitz 4 ist in einen Querschnitt senkrecht zur Achse des Regelventils 36 kreisförmig und verjüngt sich konisch in strömungsabwärtiger Richtung. Mit dem Ventilsitz 4 wirkt die konisch zulaufende Ventilnadel 8 zusammen. Sie liegt koaxial zum Ventilsitz 4 und ist in Axialrichtung verschiebbar ausgeführt. Der Ventilsitz 4 und die Ventilnadel 8 bilden in einem zur Achse der Ventilnadel 8 senkrechten Querschnitt einen Ringspalt für das Fluid. Die Spaltbreite hängt dabei davon ab, wie weit die Ventilnadel 8 in den Ventilsitz 4 eingeführt wurde. Bei ganz eingeführter Ventilnadel 8 verschwindet der Ringspalt und der Strömungsweg für das Fluid ist vollständig verschlossen. Bei ganz herausgezogener Ventilnadel 8 wird der Ringspalt am breitesten und ist im Maximalfall zu einem Kreis entartet. Der Strömungsweg ist dann maximal geöffnet. Durch die Wahl der Position der Ventilnadel 8 relativ zum Ventilsitz 4 können beliebige Öffnungsgrade des Ringspalts gebildet werden, so dass der Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil 36 von der Position der Ventilnadel 8 bestimmt wird. Damit das Regelventil 36 in der geschlossenen Stellung immer dicht ist, können zur Behebung etwaiger Lecks die Kegelflächenauflagen des Ventilsitzes 4 relativ zur Ventilnadel 8 manuell eingestellt werden. Auf diese Weise lässt sich außerdem ein bestimmter Referenzwert für den Öffnungsquerschnitt des Regelventils 36 manuell einstellen.
Der Ventilsitz 4 ist innerhalb einer Dosierdüse 21 ausgebildet, bei welcher der Ventilsitz 4 unmittelbar in eine Auslassöffnung 22 für das Fluid übergeht. Die Dosierdüse 21 kann manuell mittels eines Werkzeugs von der Aufnahme 5 abgenommen werden, so dass etwaige Fluidreste innerhalb des Regelventils 36, falls erforderlich, sehr einfach entfernt werden können.
Die Ventilnadel 8 ist verschiebbar in einer Aufnahme 5 gelagert. Die Aufnahme 5 stellt außerdem ein Leitung für den Strömungsweg des Fluids von dem Grundkörper 1 zu dem Regelventil 36 dar. Die Aufnahme 5 ist mittels einer Überwurfmutter 7 an dem Grundkörper 1 befestigt. Zwischen der Aufnahme 5 und dem Anschluss an den Grundkörper 1 ist außerdem eine Dichtscheibe 24 angeordnet, die dafür sorgt, dass kein Fluid in diesen Übergangsbereich austreten kann. Die Ventilnadel 8 erstreckt sich axial von der Aufnahme 5 über den Grundkörper 1 in die Zustelleinheit 13 des Aufsatzkörpers 2 hinein. Im Aufsatzkörper 2 ist die Ventilnadel 8 mittels gegenseitig verspannter Schrägkugellager und mittels eines Gleitlagers 25 befestigt. Der Einsatz von Schrägkugellagern bietet den Vorteil, dass sowohl axiale Kräfte als auch rotationssymmetrische Kräfte aufgenommen werden können. Zum axialen Verstellen der Ventilnadel 8 ist im Aufsatzkörper 2 ein Spindel-Mutter-Trieb vorgesehen, welcher die Ventilnadel 8 mit einem Servomotor 23 koppelt. Durch den Spindel-Mutter-Trieb kann die Drehbewegung des Servomotors 23 in eine axiale Bewegung der Ventilnadel 8 umgesetzt werden.
Mittels des Servomotors 23 kann die Ventilnadel 8 kontinuierlich bewegt werden. Zwischen dem Schließen und dem vollständigen öffnen des Regelventils 36 legt die Ventilnadel 8 eine Wegstrecke von weniger als 5 mm zurück. Die Zeit, welche das Regelventil 36 benötigt, um von der vollständig geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung gefahren zu werden, ist kürzer als 25 ms, bevorzugt kürzer als 10 ms.
In dem Aufsatzkörper 2 ist ein Sichtfenster 14 vorgesehen, durch welches die Zuleitung des Fluids in den Bereich überwacht werden kann, in dem die Ventilnadel 8 bewegbar gelagert ist. Insbesondere kann mittels des Sichtfensters 14 festgestellt werden, ob bei der Zuleitung des Fluids Undichtigkeiten auftreten.
Beim Grundkörper 1 ist ein Temperatursensor 12 vorgesehen, mit dem die Temperatur des Fluids gemessen werden kann, bevor es in die Aufnahme 5 eintritt. Die Temperatur des Fluids wird nicht nur im Bereich der Zuleitungen 3 und 11 geregelt, sondern auch im Bereich des Aufsatzkörpers 2, des Grundkörpers 1 und der Aufnahme 5 für die Dosiernadel 8. Hierfür ist im Aufsatzkörper 2 ein Heizdorn 10 angeordnet, über welchen dem Regelsystem thermische Energie zugeführt werden kann. Als Regelsignal dient die von dem Temperatursensor gemessene Fluidtemperatur. Durch die Temperaturregelung können insbesondere Viskositätsschwankungen ausgeglichen werden, die zu einer Änderung des Fließverhaltens des Fluids führen. Außerdem muss im Regelfall die Fluidmenge neu abgeglichen werden, wenn zu starke Temperaturschwankungen von z. B. über 5°C auftreten. Dies soll durch die Temperaturregelung vermieden werden.
Ferner ist beim Grundkörper 1 ein Drucksensor 9 vorgesehen, mit dem der Fluiddruck gemessen werden kann. Der Drucksensor 9 ist als piezoresistiver Drucksensor ausgebildet, mit dem mit sehr hoher Genauigkeit Veränderungen des Fluiddrucks erfasst werden können. Er ist bis 40°C temperaturkompensiert und bis 120 bar druckbelastbar. Ferner ist der Drucksensor 9 austauschbar. Es kann somit für den Fluidauftrag jeweils ein Drucksensor 9 eingesetzt werden, der an das verwendete Fluid sowie den gewünschten Druck beim Auftragen angepasst ist.
Das Regelsystem wird z. B. mittels des Roboterarms, wie in den 4 und 5 gezeigt, so über einer Bauteiloberfläche 27 positioniert, dass sich die Auslassöffnung 22 der Dosierdüse 21 in einem sehr geringen Abstand von der Bauteiloberfläche 27 befindet. Die Dosierdüse 21 ist insbesondere vertikal und senkrecht zu der Bauteiloberfläche 27 ausgerichtet. Der Abstand der Auslassöffnung 22 von der Bauteiloberfläche 27 ist beispielsweise in einem Bereich von 0,5 mm bis 6 mm. Der Abstand hängt von der Viskosität des aufzutragenden Fluids und/oder der Relativgeschwindigkeit der Auslassöffnung 22 zu der Bauteiloberfläche 27 beim Auftragen des Fluids ab. Zum Auftragen einer Fluidraupe 28 auf die Bauteiloberfläche 27 wird die Auslassöffnung 22 über die Bauteiloberfläche 27 bewegt, wobei kontinuierlich ein Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil 36 und die Auslassöffnung 22 austritt.
Im Folgenden wird die Steuerung des Regelsystems in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auftragen eines Fluids auf eine Bauteiloberfläche im Detail erläutert:
Für die Steuerung der verschiedenen Komponenten des Regelsystems ist eine Steuervorrichtung 18 (6) vorgesehen. Falls das Regelsystem an einem Roboterarm befestigt ist, kann die Steuerung der Relativbewegung der Auslassöffnung 22 zu der Bauteiloberfläche 27 auch durch die Steuervorrichtung 18 erfolgen. Alternativ kann diese Steuerung von einer separaten Steuervorrichtung des Roboterarms vorgenommen werden, die mit der Steuervorrichtung 18 gekoppelt ist.
Die Steuervorrichtung 18 ist mit der Pumpe 16 für die Fluidzufuhr verbunden; sie steuert den Fluidstrom von dem Vorratsbehälter 17 in die Zuleitung 11. Außerdem kann die Temperatur des Fluids in der Zuleitung 11 über einen weiteren Temperatursensor gemessen und an die Steuervorrichtung 18 übertragen werden. Die Steuervorrichtung 18 kann dann die Temperatur des Fluids in der Zuleitung 11, z. B. mittels eines Heizmantels, regeln.
Die Steuervorrichtung 18 ist des Weiteren mit dem Sperrventil 15 verbunden. Sie kann mittels des Sperrventils 15 die Fluidzufuhr sperren, falls ein Fehlerzustand beim Regelventil 36 auftritt. Ferner kann die Steuervorrichtung 18 mittels des Sperrventils 15 den Druck, mit welchem das Fluid der Zuleitung 3 zugeführt wird, steuern oder regeln.
Auf dem Strömungsweg des Fluids zwischen dem Sperrventil 15 und dem Regelventil 36, d. h. im Bereich der Zuleitung 3 und der Aufnahme 5, ist der Heizdorn 10, der Drucksensor 9 und der Temperatursensor 12 angeordnet. Die Signale des Drucksensors 9 und des Temperatursensors 12 werden an die Steuervorrichtung 18 übertragen. Die Steuervorrichtung 18 überträgt wiederum ein Regelsignal an den Heizdorn 10, um die Temperatur des Fluids innerhalb der Zuleitung 3 und der Aufnahme 5 zu regeln.
Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 18 mit dem Regelventil 36 bzw. dem Servomotor 23 gekoppelt, um den Öffnungsquerschnitt des Regelventils 36 zu regeln, indem der Servomotor 23 so angesteuert wird, dass die Ventilnadel 8 so positioniert wird, dass ein bestimmter Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil 36 bereitgestellt wird.
Außerdem kann die Steuervorrichtung 18 feststellen, wenn ein Fehlerzustand in der Stellvorrichtung zum Verschieben der Ventilnadel 8 auftritt. Ein solcher Fehlerzustand kann beispielsweise kann auftreten, wenn der Servomotor 23 nicht funktioniert oder eine von dem Servomotor 23 erzeugte Drehung nicht korrekt in eine axiale Bewegung der Ventilnadel 8 mittels des Spindel-Mutter-Triebs übertragen werden kann. Falls ein solcher Fehlerzustand auftritt, wird das Sperrventil 15 mittels der Steuervorrichtung 18 gesperrt. Gegebenenfalls kann eine solche Sperrung auch in Abhängigkeit von dem Auftreten eines weitern Fehlerzustands erfolgen, wie es später erläutert wird.
Die Steuervorrichtung 18 ist außerdem mit einem Datenspeicher 19 und einem Display 20 verbunden. In dem Speicher 19 können verschiedene Parameter für den Fluidauftrag, insbesondere eine Soll-Druckverlaufskurve, gespeichert sein. Ferner kann die Steuervorrichtung 18 Daten die während des Fluidauftrags gemessen werden, in dem Speicher 19 speichern. Auf dem Display 20 können während des Fluidauftrags Messdaten visualisiert werden. Des Weiteren können nach dem Fluidauftrag Auswertungen, die auch mittels der Steuervorrichtung 18 vorgenommen werden können, visualisiert werden. Das Display 20 kann im Übrigen eine berührungsempfindliche Oberfläche aufweisen und somit auch als Eingabevorrichtung dienen. Die Steuervorrichtung 18 kann jedoch auch mit einer separaten Eingabevorrichtung gekoppelt sein.
Wenn eine Fluidraupe auf die Oberfläche eines bestimmten Bauteils aufgetragen werden soll, wird zunächst die Raupenbahn auf der Bauteiloberfläche sowie das pro Raupenabschnitt aufzutragende Fluidvolumen definiert. Danach wird in einem Referenzfluidauftrag die gewünschte Fluidraupe 28 auf die Bauteiloberfläche 27 aufgetragen, indem der Roboter das Regelsystem mit der Auslassöffnung 22 entlang der vorgegebenen Raupenbahn über der Bauteiloberfläche 27 bewegt. Die Bewegung kann gegebenenfalls mit wechselnden Geschwindigkeiten erfolgen. Während des Abfahrens der Raupenbahn regelt die Steuervorrichtung 18 das Regelventil 36 so, dass bei jeder Position der gewünschte Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil 36 und die Auslassöffnung 23 austritt und auf die Bauteiloberfläche 27 in Form der Fluidraupe 28 aufgetragen wird. Mittels des Regelventils 36 kann der Volumenstrom des Fluids insbesondere so geregelt werden, dass unterschiedliche Raupenstärken bei einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit der Auslassöffnung 22 erreicht werden können. Ferner ist es möglich, eine konstante Raupenstärke mit unterschiedlichen, insbesondere stark wechselnden, Vorschubgeschwindigkeiten der Auslassöffnung 22 zu ermöglichen.
Gegebenenfalls sind mehrere Testläufe erforderlich, bis die gewünschte Fluidraupe 28 als Referenz aufgetragen wurde. Sobald der Referenzfluidauftrag erfolgreich war, werden die während des Referenzfluidauftrags gemessenen Daten von der Steuervorrichtung 18 in dem Speicher 19 gespeichert. Insbesondere wird die von dem Temperatursensor 12 gemessene Temperatur für jeden Zeitpunkt des Fluidauftrags bzw. für jede Position der Fluidraupe 28 in dem Speicher 19 als Solltemperaturverlauf für einen späteren Fluidauftrag abgelegt. Des Weiteren wird der Verlauf des Fluiddrucks, der von dem Drucksensor 9 sehr genau gemessen wird, währen des Fluidauftrags als Soll-Druckverlaufskurve in dem Speicher 19 gespeichert. Diese Soll-Druckverlaufskurve 29 gibt für jeden Zeitpunkt des Fluidauftrags bzw. für jede Position der Fluidraupe 28 einen Sollwert für den vom Drucksensor 9 zu messenden Fluiddruck an. Eine solche Soll-Druckverlaufskurve 29 ist in 7 gezeigt. Die Druckverflaufskurve 29 weist folgende Bereiche auf:
Vor dem Öffnen des Regelventils 36 wird ein Anfangsdruck gemessen, der insbesondere von der Zufuhr des Fluids aus der Zuleitung 3 herrührt. Die Messung im Bereich 30 stellt eine sogenannte Nullpunktarretierung dar. Sie reicht bis zu dem Kontrollpunkt I.
Das Regelventil 36 wird dann geöffnet. In der Druckverlaufskurve 29 steigt daraufhin zwischen den Kontrollpunkten I und II der Fluiddruck bis zu dem maximalen Fluiddruck beim Auftragen der Fluidraupe 28 an. Der eigentliche Fluidauftrag erfolgt dann zwischen den Kontrollpunkten II und II/1. Bei der in 7 gezeigten Soll-Druckverlaufskurve 29 ist der Fluiddruck in diesem Bereich von 32 konstant. In diesem Bereich kann der Fluidauftrag beliebig häufig unterbrochen werden. In diesem Fall sind bei jedem Abschnitt weiter Kontrollpunkte II/2, II/3, .... vorgesehen. Am Ende des Auftrags der Fluidraupe 28 wird das Regelventil 36 wieder geschlossen. Die Druckverlaufskurve 29 fällt danach in dem Bereich 33 zwischen den Kontrollpunkten II/1 und III wieder ab. Schließlich ergibt sich im Bereich 34 wieder derselbe Fluiddruck wie im Bereich 30 vor dem Fluidauftrag.
In Verbindung mit der Soll-Druckverlaufskurve 29 wird ein Toleranzbereich 38 bestimmt und in dem Speicher 19 gespeichert. Für das Auftragen der Fluidraupe 28 kann dieser Toleranzbereich 38 beispielsweise im Bereich 32 +/– 1% bis +/– 15% des Fluiddrucks beim Auftragen der Fluidraupe 28 sein. Für verschiedene Abschnitte der Soll-Druckverlaufskurve 29 können auch verschiedene Toleranzbereiche festgelegt werden. Auf diese Weise kann insbesondere für alle kritischen Abschnitte beim Fluidauftrag genau festgelegt werden, welche Abweichungen von der Soll-Druckverlaufskurve 29 zugelassen sind.
Nachdem die Soll-Druckverlaufskurve 29 bei einem Referenzfluidauftrag gewonnen wurde, wird der gemessene Fluiddruck während des Fluidauftrags in Echtzeit, z. B. mit einer Taktung von 10 ms, mit der Soll-Druckverlaufskurve 29 verglichen. Hierfür kann beispielsweise die Steuerung des Robotersystems die Position der Auslassöffnung 22 über der Bauteiloberfläche 27 während des Fluidauftrags an die Steuervorrichtung 18 übertragen. Die Steuervorrichtung 18 ermittelt aus dieser Position der Auslassöffnung 22 die Position auf der Soll-Fluidraupe. Daraus ergibt sich mittels der gespeicherten Soll-Druckverlaufskurve 29 der Soll-Fluiddruck. Die Größe der Abweichung von der Soll-Druckverlaufskurve 29 dient als Regelgröße für das Regelventil 36. Die Steuervorrichtung 18 steuert somit den Servomotor 23 so an, dass der Öffnungsquerschnitt des Regelventils 36 so verändert wird, dass der gemessene Fluiddruck an den vorgegebenen Druck der Soll-Druckverlaufskurve 29 angenähert wird. Die Regelgröße für das Regelventil 36 wird somit über den vom Drucksensor 9 gemessenen Fluiddruck gewonnen. Somit wird der Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil 36 mittels des Fluiddrucks geregelt.
Des Weiteren wird die Temperatur des zugeführten Fluids mittels des Heizdorns 10 geregelt. Das Regelsignal hierfür ermittelt die Steuervorrichtung 18 aus dem Messwert des Temperatursensors 12 und dem gespeicherten Solltemperaturverlauf.
Mittels des gemessenen Druckverlaufs, d. h. der Ist-Druckverlaufskurve, ist es möglich, vielfältige Funktionen des Regelsystems zu überwachen und eventuell auftretende Fehler exakt zu lokalisieren und somit schnell zu beheben. Im Folgenden wird mit Bezug zu den 7 bis 9 erläutert, wie nicht nur der Volumenstrom des Fluidauftrags mittels des gemessenen Fluiddrucks geregelt werden kann, sondern auch wie verschiedene Fehlerzustände anhand des gemessenen Fluiddrucks erfasst werden können:
Es kann vorkommen, dass in dem Fluidvolumen, welches die Dosierdüse 21 passiert, eine Gaseinschluss, insbesondere eine Luftblase, auftritt. Derartige Gaseinschlüsse sind unerwünscht, da sie zu Fehlern in der aufgetragenen Fluidraupe 28 führen können. Erfindungsgemäß wird ein solcher Gaseinschluss anhand der Form der gemessenen Druckverlaufskurve ermittelt. Verlässt ein Fluidvolumen mit einem solchen Gaseinschluss die Auslassöffnung 22, kommt es zu einem Abfall und anschließendem Wiederanstieg der gemessenen Druckverlaufskurve. Der Verlauf der Ist-Druckverlaufskurve, wie er bei einem Gaseinschluss auftritt, ist im Abschnitt 35 der Druckverlaufskurve 29 der 7 gestrichelt gezeigt. Es können z. B. Luftblasen im Fluid von einer Größe von bis zu 0,03 mm durch die Messung des Fluiddrucks erfasst werden.
Wenn – wie in 7 gezeigt – der Druckabfall den Toleranzbereich 38 der Soll-Druckverlaufskurve 29 verlässt, kann es zu einem Abbruch des Fluidauftrags kommen. Bleibt der Druckabfall innerhalb des Toleranzbereiches, kann anhand der gemessenen Ist-Druckverlaufskurve, die in dem Speicher 19 gespeichert wird, später überprüft werden, ob der Gaseinschluss zu einem Fehler in der Fluidraupe 28 geführt hat, der korrigiert werden muss oder dazu führt, dass der Fluidauftrag 28 aussortiert werden muss.
Falls mehrere Gaseinschlüsse detektiert worden sind kann die Steuervorrichtung 18 einen Hinweis ausgeben, dass eine erneute Entlüftung des Regelsystems, insbesondere des Vorratsbehälters 17, erfolgen sollte.
Des Weiteren wird die Steigung des Druckanstiegs nach dem Öffnen des Regelventils 36 in dem Bereich 31 der Druckverlaufskurve 29 mit der Steigung des Druckabfalls im Bereich 33 der Druckverlaufskurve 29 nach dem Schließen des Regelventils 36 verglichen. Falls eine betragsmäßige Abweichung der Steigungen erfasst wird, die einen Toleranzwert übersteigt, wird dies als weiterer Fehlerzustand interpretiert. In diesem Fall kann bei der Fehlersuche beispielsweise das Regelventil 36 oder die Dosierdüse 21 überprüft werden.
Des Weiteren gibt es Fehlerzustände, bei denen ein weiterer Fluidauftrag verhindert werden muss. Erfindungsgemäß wird in diesem Fall das Regelventil 36 geschlossen, sobald ein solcher Fehlerzustand erfasst worden ist. Falls das Regelventil beispielsweise wegen einer Störung des Servomotors 23 oder des Spindel-Mutter-Triebs nicht geschlossen werden kann, wird das Sperrventil 15 geschlossen.
Ein solcher Fehlerzustand tritt insbesondere dann auf, wenn sich die Auslassöffnung 22 nicht mehr in der gemäß dem Sollverlauf für die Fluidraupe definierten Position über der Bauteiloberfläche 27 befindet. Dies trifft z. B. bei einem Fehler der Robotersteuerung auf. Vergrößert sich in einem solchen Fall der Abstand zwischen der Auslassöffnung 22 und der Bauteiloberfläche 27 sehr plötzlich, kommt es zu einem plötzlichen Abfall des Fluiddrucks, wie es in 8 im Bereich 40 gezeigt ist. Ein solcher plötzlicher Druckabfall ist ein sicheres Anzeichen für einen Fehlerzustand, der zu einem sofortigen Abbruch des Fluidauftrags führen muss. In diesem Fall kann nämlich das Fluid großen Schaden auf dem Bauteil 26 anrichten. Die plötzliche Vergrößerung des Abstands der Auslassöffnung 22 zu der Bauteiloberfläche 27 führt dazu, dass der Gegendruck wegfällt, welcher durch den Fluidauftrag auf die Bauteiloberfläche 27 entsteht.
In 9 ist der Druckverlauf für einen weiteren Fehlerzustand gezeigt. In diesem Fall tritt ein plötzlicher Druckanstieg im Bereich 39 auf. Ein solcher Druckverlauf kann beispielsweise auftreten, wenn sich der Abstand zwischen der Auslassöffnung 22 und der Bauteiloberfläche 27 sehr plötzlich verringert oder die Auslassöffnung 22 sogar auf die Bauteiloberfläche 27 aufsetzt. Eine derartige Situation kann auch bei einem Fehler in der Robotersteuerung auftreten. Ferner kann diese Situation auftreten, wenn die Bauteiloberfläche 27 einen Fehler, z. B. einen Vorsprung, aufweist, über welchen die Auslassöffnung 22 bewegt wird oder gegen den die Dosierdüse 21 fährt.
Ein plötzlicher Anstieg des Fluiddrucks kann außerdem dadurch verursacht werden, dass die Dosierdüse 21 teilweise oder ganz verschlossen ist. Ein solcher Fehlerzustand kann insbesondere bei dem Auftrag von Klebstoff oder Dichtmassen auftreten.
Ein plötzlicher Druckanstieg bzw. ein plötzlicher Druckabfall liegt beispielsweise dann vor, wenn die absolute Druckveränderung einen Grenzwert überschreitet, der in einem Bereich von 6 bar/sec bis 12 bar/sec, insbesondere in einem Bereich von 7 bar/sec bis 9 bar/sec liegt. Ein plötzlicher Druckanstieg bzw. ein plötzlicher Druckabfall liegt insbesondere dann vor, wenn die absolute Druckveränderung 8 bar/sec überschreitet. In diesem Fall kann auf einen Fehlerzustand geschlossen werden.
Auf der Bauteiloberfläche 27 können sich außerdem Ölreste 37 (6) befinden. Diese stören den Fluidauftrag. Auch sie führen zu einer Veränderung des Fluiddrucks, welche von dem Drucksensor 9 gemessen und ggf. einem Fehlerzustand zugeordnet werden kann.
Durch die Messung des Fluiddrucks können des Weiteren folgende Fehler im Regelsystem erkann werden: Undichtigkeiten im Fördersystem, welches unter anderem die Zuleitung 3 und die Aufnahme 5 umfasst; Querschnittsverkleinerungen in der Dosierdüse 21, wenn diese beispielsweise verstopft ist; ein Abbrechen der Dosierdüse 21; Viskositätsveränderungen des Fluids.
Mittels des Drucksensors 9 kann somit das Fließverhalten des Fluids zwischen dem Regelventil 36 und der Auslassöffnung 22 überprüft werden. Auf diese Weise können Fehler, die innerhalb des Regelsystems auftreten, erfasst werden. Ferner können jedoch auch Fehler erkannt werden, die auftreten, nachdem das Fluid die Auslassöffnung 22 bereits verlassen hat.
Auf dem Display 20 wird während des Fluidauftrags die gemessene Druckverlaufskurve in Echtzeit angezeigt. Jeder Fehlerzustand – auch wenn er nicht zu einem Abbruch des Fluidauftrags führt – kann genau einer angezeigten Position auf der Soll-Fluidraupe zugeordnet werden, so dass die aufgetragene Fluidraupe 28 einfach und schnell auf Fehler überprüft werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Grundkörper
2: Aufsatzkörper
3: Zuleitung
4: Ventilsitz
5: Aufnahme
6: Hochdruckdrehgelenks
7: Überwurfmutter
8: Ventilnadel
9: Drucksensor
10: Heizdorn
11: Zuleitung
12: Temperatursensor
13: Zustelleinheit mit Ventilnadel
14: Sichtfenster
15: Sperrventil
16: Pumpe
17: Vorratsbehälter
18: Steuervorrichtung
19: Datenspeicher
20: Display
21: Dosierdüse mit Spitze
22: Auslassöffnung
23: Servomotor/Stelleinrichtung
24: Dichtscheibe
25: Gleitlager
26: Bauteil
27: Bauteiloberfläche
28: Fluidraupe
29: Soll-Druckverlaufskurve
30: Druckmessung/Nullpunktarretierung
31–34: Bereiche der Druckmessung
35: Druckverlauf bei Gaseinschlüssen
36: Regelventil
37: Ölreste
38: Toleranzbereich
39: Bereich der Druckmessung
40: Bereich der Druckmessung

Claims

Verfahren zum Auftragen eines Fluids auf eine Bauteiloberfläche (27), bei dem das Fluid über eine Zuleitung (3, 5) einem Regelventil (36) zugeführt wird, durch das Regelventil (36) zu einer Auslassöffnung (22) geführt wird und durch die Auslassöffnung (22) auf die Bauteiloberfläche (27) gelangt, wobei die relative Position der Auslassöffnung (22) zu der Bauteiloberfläche (27) gesteuert oder geregelt wird, der Fluiddruck gemessen wird, der Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil (36) in Abhängigkeit von dem gemessenen Fluiddruck geregelt wird, eine Sollraupe für den Fluidauftrag definiert wird, anhand der Sollraupe eine Soll-Druckverlaufskurve (29) mit einem Toleranzbereich (38) bestimmt wird und ein Fehlerzustand anhand des gemessenen Fluiddrucks erfasst wird, wenn die Ist-Druckverlaufskurve des Fluiddrucks den Toleranzbereich (38) der Soll-Druckverlaufskurve (29) verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzbereich (38) in Abhängigkeit von der Position der Sollraupe variiert und durch die Festlegung der Soll-Druckverlaufskurve (29) mit dem zugeordneten Toleranzbereich (38) unterschiedliche Änderungen des Fluiddrucks verschiedenen Fehlerzuständen zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Regelventil (36) geschlossen wird, wenn ein Fehlerzustand erfasst worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerzustand erfasst wird, wenn ein plötzlicher Druckabfall bei geöffnetem Regelventil (36) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerzustand erfasst wird, wenn ein plötzlicher Druckanstieg bei geöffnetem Regelventil (36) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Druckverlaufskurve gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaseinschluss in dem aufgetragenen Fluidvolumen anhand eines Abfalls und anschließenden Wiederanstiegs der Ist-Druckverlaufskurve erfasst wird.
Verfahren nach einem der einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung des Druckanstiegs nach dem Öffnen des Regelventils (36) bis zum Solldruck für das Auftragen der Fluidraupe (28) mit der Steigung des Druckabfalls nach dem Schließen des Regelventils (36) verglichen wird und in Abhängigkeit von einer betragsmäßigen Abweichung der Steigungen ein weiterer Fehlerzustand erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt des Regelventils (36) mittels einer Stelleinrichtung (23) verstellt wird, dass ein Fehlerzustand der Stelleinrichtung (23) erfassbar ist und dass die Zuleitung des Fluids zu dem Regelventil (36) zumindest dann unterbrochen wird, wenn sowohl ein Fehlerzustand aufgrund des gemessenen Fluiddrucks als auch ein Fehlerzustand der Stelleinrichtung (23) erfasst worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fluiddruck in Strömungsrichtung vor dem Regelventil (36) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid kontinuierlich durch die Auslassöffnung (22) als Fluidraupe (28) auf die Bauteiloberfläche (27) aufgetragen wird.
Regelsystem zum Auftragen eines Fluids auf eine Bauteiloberfläche (27) mit – einem Regelventil (36), welches eine Auslassöffnung (22) aufweist, durch welche das Fluid auf die Bauteiloberfläche (27) gelangt und welche relativ zur Bauteiloberfläche (27) bewegbar ist, – einer mit dem Regelventil (36) gekoppelten Steuervorrichtung (18), mittels welcher die relative Position der Auslassöffnung (22) zu der Bauteiloberfläche (27) steuer- und/oder regelbar ist, – einem mit der Steuervorrichtung (18) gekoppelten Drucksensor (9) zum Messen des Fluiddrucks, wobei mittels der Steuervorrichtung (18) der Volumenstrom des Fluids durch das Regelventil (36) in Abhängigkeit von dem gemessenen Fluiddruck regelbar ist, und – einem mit der Steuervorrichtung (18) gekoppeltem Datenspeicher (19), in dem eine Soll-Druckverlaufskurve (29) mit einem Toleranzbereich (38) für die Sollraupe (28) des Fluidauftrags gespeichert ist, und dass mittels der Steuervorrichtung (18) ein Fehlerzustand erfassbar ist, wenn die Ist-Druckverlaufskurve des Fluiddrucks den Toleranzbereich (38) der Soll-Druckverlaufskurve (29) verlässt dadurch gekennzeichnet, dass – mittels der Steuervorrichtung (18) der Toleranzbereich (38) in Abhängigkeit von der Position der Sollraupe variierbar ist und durch die Festlegung der Soll-Druckverlaufskurve (29) mit dem zugeordneten Toleranzbereich (38) unterschiedliche Änderungen des Fluiddrucks verschiedenen Fehlerzuständen zuordenbar sind.
Regelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (18) das Regelventil (36) so steuert, dass es geschlossen wird, wenn ein Fehlerzustand erfasst worden ist.
Regelsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (36) einen Ventilsitz (4) und eine mit dem Ventilsitz (4) zusammenwirkende Ventilnadel (8) aufweist, die mittels einer Stelleinrichtung (23) zum Verändern des Öffnungsquerschnitts des Regelventils (36) bewegbar ist.
Regelsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) mittels gegenseitig verspannter Schrägkugellager gelagert ist.
Regelsystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Position der Ventilnadel (8) zum Ventilsitz (4) manuell verstellbar ist.
Regelsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (9) ein piezoresistiver Drucksensor ist.
Regelsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (9) in Strömungsrichtung vor dem Regelventil (36) angeordnet ist.
Regelsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (4) und die Auslassöffnung (22) in einer Dosierdüse (21) ausgebildet sind, die lösbar an einer Aufnahme (5) für die Ventilnadel (8) befestigt ist.
Regelsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuervorrichtung (18) ein Fehlerzustand der Stelleinrichtung (23) erfassbar ist und dass eine Zuleitung (3), über welche das Fluid dem Regelventil (36) zugeführt wird, ein Sperrventil (15) aufweist, welches von der Steuervorrichtung (18) schließbar ist, wenn sowohl ein Fehlerzustand aufgrund des gemessenen Fluiddrucks als auch ein Fehlerzustand der Stelleinrichtung (23) erfasst worden ist.