DE102014010843A1 - Dosing nozzle and method for the metered application of highly viscous media - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Dosierdüse für hochviskose Medien mit einem Düsenkörper (2), in dem eine Austrittsöffnung (3) für das zu dosierende Medium ausgebildet ist, wobei zumindest eine Druckluftdüse (4) der Austrittsöffnung (3) zugeordnet ist.The invention relates to a metering nozzle for highly viscous media with a nozzle body (2), in which an outlet opening (3) is formed for the medium to be metered, wherein at least one compressed air nozzle (4) is associated with the outlet opening (3).
Description
Die Erfindung betrifft eine Dosierdüse für hochviskose Medien mit einem Düsenkörper, in dem eine Austrittsöffnung für das zu dosierende Medium ausgebildet ist sowie ein Verfahren zum Auftragen hochviskoser Medien auf ein Substrat durch eine Dosierdüse, durch die das Medium als Medienstrom durch eine Austrittsöffnung hindurchgepresst wird. Sowohl die Dosierdüse als auch das Verfahren sind insbesondere geeignet, um Klebstoffe aufzutragen.The invention relates to a metering nozzle for highly viscous media with a nozzle body in which an outlet opening is formed for the medium to be metered and a method for applying highly viscous media to a substrate by a metering, through which the medium is pressed through a discharge opening as a media stream. Both the metering nozzle and the method are particularly suitable for applying adhesives.
Viele technische Fluide oder Medien zeigen spezielle Fließeigenschaften und deren Verhalten ist weder rein viskos noch rein elastisch. Die Kombination sowohl viskoser als auch elastischer Eigenschaften führt beim Auftragen von Medien durch eine Düse zu einem Fadenziehen, insbesondere dann, wenn die viskosen und elastischen Eigenschaften eng beieinander liegen. Eine spezielle Ausgestaltung solcher Fluide sind hochviskose Klebstoffe, die vielfach automatisiert auf ein Substrat aufgetragen werden oder aufgetragen werden sollen. Eine Anforderung an solche Klebstoffe ist die sogenannte Standfestigkeit. Klebstoffe, beispielsweise in der Automobilindustrie, härten häufig heiß aus. Ein nicht auswaschbeständiger Klebstoff würde sich im KTL-Bad über das Bauteil verteilen, was unerwünscht ist. Um die gewünschte Standfestigkeit zu gewährleisten, ist es notwendig, dass der Klebstoff im aufgetragenen Ruhezustand dominant elastisch ist, also dass der elastische Modul über dem viskosen Modul liegt. Im bewegten Zustand soll der viskose Modul über dem elastischen Modul liegen, so dass der Klebstoff fließen kann. Liegen elastischer Modul und viskoser Modul genau übereinander, besteht die maximale Neigung zu einem Fadenzug nach dem Beenden des eigentlichen Dosiervorganges.Many technical fluids or media show special flow properties and their behavior is neither purely viscous nor purely elastic. The combination of both viscous and elastic properties results in stringing when applying media through a nozzle, especially when the viscous and elastic properties are close together. A special embodiment of such fluids are highly viscous adhesives, which are often automatically applied to a substrate or to be applied. One requirement for such adhesives is so-called stability. Adhesives, for example in the automotive industry, often cure hot. A non-washout adhesive would spread over the component in the cathodic dip bath, which is undesirable. In order to ensure the desired stability, it is necessary that the adhesive in the applied rest state is dominant elastic, so that the elastic module is located above the viscous module. In the moved state, the viscous module should lie over the elastic module so that the adhesive can flow. If the elastic module and the viscous module lie exactly above one another, there is the maximum tendency for a threadline after the actual dosing process has ended.
Ein fehlerhaft aufgetragener Klebstoff, die sogenannte Klebstoffraupe, sorgt für Verschmutzungen, die immer händisch entfernt werden müssen und so Klebeprozesse unnötig verteuern. Aus fertigungstechnischer Sicht ist ein solcher Fehler unbedingt zu vermeiden. Die angesprochene Problematik ist durch Veränderung der Klebstoffformulierung nicht zu beheben. Die Lage des elastischen Moduls und des viskosen Moduls hängt vorwiegend von zwei Faktoren ab, nämlich der Scherrate und der Temperatur. Über beide Parameter kann das Verhältnis von dem elastischen zu dem viskosen Modul beeinflusst werden, wodurch sich auch der Fadenzug beeinflussen lässt.An incorrectly applied adhesive, the so-called adhesive bead, causes soiling, which must always be removed by hand, thus unnecessarily increasing the costs associated with adhesive processes. From a production point of view, such an error is to be avoided. The mentioned problem can not be solved by changing the adhesive formulation. The location of the elastic modulus and the viscous modulus depends primarily on two factors, shear rate and temperature. Both parameters can be used to influence the ratio of the elastic to the viscous module, which can also influence the thread tension.
Eine Möglichkeit zur Verringerung des Fadenzuges besteht darin, die Verfahrgeschwindigkeit der Dosierdüse beim Absetzen dergestalt zu verändern, dass eine geringe Scherrate vorliegt, bei der das Fadenziehen möglichst gering ausfällt. Eine hinreichend hohe Scherrate ist durch Relativbewegungen der Düse normalerweise nicht zu erreichen. Diese Anpassung geht zu Lasten der Prozesszeit. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, vor dem Abfahren der Dosierdüse von dem Bauteil mit einem kleinen Abstand über der bereits dosierten Raupe weiterzufahren und so den gezogenen Faden auf der bereits applizierten Raupe abzulegen. Auch dieses Verfahren kostet Prozesszeit.One way to reduce the thread tension is to change the traversing speed of the metering nozzle during settling in such a way that there is a low shear rate at which the thread pulling is as small as possible. A sufficiently high shear rate can not normally be achieved by relative movements of the nozzle. This adaptation is at the expense of the process time. Another possibility is to continue before the shutdown of the metering of the component with a small distance above the already metered bead and so drop the drawn thread on the already applied bead. This procedure also costs process time.
Eine weitere technische Maßnahme zur Lösung des Problems des Fadenziehens sind sogenannte „Snuff-Back”-Ventile, bei der mit der Schließbewegung des Dosierventils eine rückziehende Bewegung vollzogen wird, so dass an der Düsenspitze der Klebstoff zurückgezogen werden soll. Dies funktioniert jedoch nur bei einigen Klebstoffen, die sich rheologisch günstig verhalten.Another technical measure to solve the problem of thread pulling are so-called "snuff-back" valves, in which with the closing movement of the metering a retracting movement is performed so that the adhesive is to be withdrawn at the nozzle tip. However, this only works for some adhesives that are rheologically favorable.
Eine weitere technische Lösung sieht einen Draht vor, der nach Beendigung der Applikation vor der Dosierdüse entlang fährt. Problematisch hieran ist, dass der Draht nach einiger Zeit Klebstoffanhaftungen aufweist, die ihrerseits wieder Fäden ziehen. Die oben beschriebenen Lösungen sind prozesstechnisch nicht zuverlässig und teilweise nur durch zusätzliche Geräte in dem Prozess integrierbar. Darüber hinaus erfordern die Lösungen Prozesszeit, was vermieden werden soll.Another technical solution provides for a wire which travels in front of the dosing nozzle after the application has been completed. The problem with this is that the wire after some time has adhesive adhesions, which in turn pull strings again. The solutions described above are not reliable in terms of process technology and can in part only be integrated by additional devices in the process. In addition, the solutions require process time, which should be avoided.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosierdüse und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen höhere Taktzeiten und ein saubereres Applikationsbild des aufgetragenen Mediums möglich ist, so dass weniger Nacharbeit notwendig wird und eine geringere Verschmutzung vorliegt.The object of the present invention is to provide a metering nozzle and a method with which higher cycle times and a cleaner application image of the applied medium is possible, so that less rework is necessary and there is less contamination.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Dosierdüse mit den Merkmalen des Hauptanspruches und ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.According to the invention this object is achieved by a metering with the features of the main claim and a method having the features of the independent claim. Advantageous embodiments and further developments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figures.
Die Dosierdüse für hochviskose Medien mit einem Düsenkörper, an dem eine Austrittsöffnung für das zu dosierende Medium ausgebildet ist, sieht vor, dass zumindest eine Druckluftdüse der Austrittsöffnung zugeordnet ist. Durch die Anordnung der Druckluftdüse an oder in der Austrittsöffnung, so dass die Druckluftdüse der Austrittsöffnung zugeordnet und der Druckluftstrahl oder Druckluftimpuls auf das Medium gerichtet ist, ist es möglich, einen gezielten Luftstrahl oder Druckluftimpuls auf das Medium auszuüben, so dass nach Beendigung des Fördervorganges bei der Applikation des Klebstoffes oder des Mediums die Scherrate kurzfristig erhöht wird, so dass der Ort des Fadenabrisses in oder an die Dosierdüse verlagert wird und der Vorgang des Fadenabrisses kontrolliert und gesteuert mit einfachen Mitteln erfolgt. Aufwendige zusätzliche Anlagen zum Reinigen von Düsen entfallen, es ergibt sich ein sauberer Prozess und die Prozesszeiten können weiter verringert werden.The metering nozzle for highly viscous media with a nozzle body, on which an outlet opening is formed for the medium to be metered, provides that at least one compressed air nozzle is associated with the outlet opening. The arrangement of the compressed air nozzle at or in the outlet opening, so that the compressed air nozzle associated with the outlet and the compressed air jet or compressed air pulse is directed to the medium, it is possible to exert a targeted air jet or compressed air pulse to the medium, so that after completion of the delivery process the application of the adhesive or the medium, the shear rate is increased in the short term, so that the location of the thread break is shifted into or on the metering and controlled the process of thread breakage and controlled by simple means. Elaborate additional equipment for cleaning nozzles omitted, it results in a clean process and the process times can be further reduced.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Druckluftdüse ringförmig um die Austrittsöffnung herum angeordnet ist, so dass die Druckluft gleichmäßig allseitig von außen auf den Medienstrom einwirkt und dadurch eine gleichmäßige Erhöhung der Scherrate und damit eine präzise Unterbindung einer Fadenbildung erfolgt. Alternativ dazu kann eine Düsenöffnung alleine in Richtung auf den Medienstrom ausgerichtet sein, ebenso können mehrere Düsenöffnungen durch die Druckluftdüse ausgebildet sein, die auf die Austrittsöffnung gerichtet sind, um im Bereich der Austrittsöffnung des hochviskosen Mediums, beispielsweise Klebstoff, einen Druckluftimpuls auszuüben.A further development of the invention provides that the compressed-air nozzle is arranged in a ring around the outlet opening, so that the compressed air acts uniformly on all sides from the outside on the media flow and thereby a uniform increase in the shear rate and thus a precise suppression of threading takes place. Alternatively, a nozzle opening may be aligned alone in the direction of the media flow, as well as a plurality of nozzle openings may be formed by the compressed air nozzle, which are directed to the outlet opening to exert a compressed air pulse in the region of the outlet opening of the highly viscous medium, such as adhesive.
Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die Druckluftdüse oder die Druckluftdüsen in dem Düsenkörper ausgebildet sind, so dass sich eine kompakte Bauweise ergibt. Durch die Integration der Druckluftdüse oder der Druckluftdüsen in den Düsenkörper kann eine gerätetechnische Integration vorgenommen werden, die Führung der Druckluft durch in den Düsenkörper integrierte Druckluftkanäle gewährleistet eine präzise Zuordnung und Strömungsführung der Druckluft zu dem aufzubringenden Material.A variant of the invention provides that the compressed air nozzle or the compressed air nozzles are formed in the nozzle body, so that results in a compact design. By integrating the compressed air nozzle or the compressed air nozzles in the nozzle body, a device integration can be made, the leadership of the compressed air integrated into the nozzle body compressed air channels ensures precise allocation and flow of compressed air to the material to be applied.
Alternativ zu der integrierten Ausgestaltung der Druckluftkanäle und der Druckluftdüse oder der Druckluftdüsen in dem Düsenkörper der Dosierdüse ist es möglich und vorgesehen, dass die Düse durch einen Spalt zwischen dem Düsenkörper und einer Manschette ausgebildet wird, die beabstandet zu dem Düsenkörper um diesen herum ausgebildet ist. Somit wird die Druckluft an der Außenseite des Düsenkörpers in dem Spalt zwischen der Manschette und dem Düsenkörper geführt und auf die Austrittsöffnung für das zu dosierende Medium geleitet. Die Manschette selbst kann eine Öffnung haben, die der Form der Austrittsöffnung des Düsenkörpers entspricht, so dass eine korrespondierende Formgebung durch die Austrittsöffnung durch die Manschette erreicht wird.As an alternative to the integrated design of the compressed air channels and the compressed air nozzles or the compressed air nozzles in the nozzle body of the metering nozzle, it is possible and provided that the nozzle is formed by a gap between the nozzle body and a sleeve, which is formed at a distance to the nozzle body around it. Thus, the compressed air is guided on the outside of the nozzle body in the gap between the sleeve and the nozzle body and passed to the outlet opening for the medium to be metered. The sleeve itself may have an opening which corresponds to the shape of the outlet opening of the nozzle body, so that a corresponding shaping is achieved through the outlet opening through the sleeve.
In dem Düsenkörper kann ein Austrittskanal für das zu dosierende Medium ausgebildet sein, in den die Druckluftdüse mündet. Das bedeutet, dass die Düsenöffnung in Förderrichtung oder Strömungsrichtung des zu dosierenden Mediums vor der Austrittsöffnung der Dosierdüse liegt, wodurch ein sauberer Abschluss des Auftrages des Mediums innerhalb der Dosierdüse erreicht werden kann. Dadurch wird der Medienstrom innerhalb der Düse unterbrochen oder getrennt, so dass kein Medium aus der Düse nach Beendigung des Auftragsvorganges und Unterbrechung der Medienzufuhr herausragt, so dass bei einem erneuten Beginn des Auftrages des Mediums ein sauberer Applikationsbeginn möglich ist.In the nozzle body may be formed an outlet channel for the medium to be metered, in which the compressed-air nozzle opens. This means that the nozzle opening in the conveying direction or flow direction of the medium to be metered is located in front of the outlet opening of the metering nozzle, whereby a clean completion of the order of the medium within the metering nozzle can be achieved. As a result, the media flow is interrupted or separated within the nozzle, so that no medium protrudes from the nozzle after completion of the application process and interruption of the media supply, so that a clean start of application is possible at a new start of the order of the medium.
An dem Düsenkörper selbst kann ein Druckluftanschluss angeordnet sein, so dass nur kurze Druckluftwege vorliegen und entsprechend geringe Reaktionszeiten realisierbar sind.On the nozzle body itself, a compressed air connection can be arranged so that only short Compressed air paths are present and correspondingly low reaction times can be realized.
Der Druckluftdüse kann eine in Strömungsrichtung der Druckluft der Düsenöffnung vorgelagertes Schaltventil zugeordnet sein, um kurze Taktzeiten und schnelle Druckimpulse durch die Druckluft zu ermöglichen. Das Schaltventil kann beispielsweise magnetbetrieben sein.The compressed air nozzle may be associated with a upstream in the flow direction of the compressed air of the nozzle opening switching valve to allow short cycle times and rapid pressure pulses through the compressed air. The switching valve may be magnetically operated, for example.
Die Druckluftdüse ist senkrecht oder in Ausströmrichtung des Mediums geneigt orientiert, so dass der Druckluftstrom in Richtung auf den Medienstrom gerichtet ist. Bei einer senkrechten Orientierung verläuft der Druckluftstrom senkrecht zur Ausströmrichtung des Mediums, bei einer geneigten Orientierung ist der Druckluftstrom in Richtung auf die Ausströmrichtung geneigt, so dass eine Geschwindigkeitskomponente der Druckluft in Ausströmrichtung vorhanden ist.The compressed air nozzle is oriented perpendicular or in the outflow direction of the medium inclined so that the compressed air flow is directed toward the media stream. In a vertical orientation of the compressed air flow is perpendicular to the outflow of the medium, in an inclined orientation of the compressed air flow is inclined in the direction of the outflow, so that a speed component of the compressed air is present in the outflow direction.
Die Druckluftdüse kann als separates Bauteil an dem Düsenkörper befestigt sein, so dass durch ein seitliches oder schräges Aufbringen eines Druckluftimpulses die Scherrate des aufzubringenden Mediums erhöht werden kann.The compressed air nozzle may be attached as a separate component to the nozzle body, so that by a lateral or oblique application of a compressed air pulse, the shear rate of the medium to be applied can be increased.
Bevorzugt ist die Druckluftdüse verschließbar ausgebildet, so dass die Druckluftdüse, insbesondere die Düsenöffnung verschlossen werden kann, um eine Verschmutzung oder Verstopfung zu vermeiden. Das Verschließen der Druckluftdüse oder der Düsenöffnung kann durch ein separates Element erfolgen, beispielsweise ein Ventil oder einen Schieber. Alternativ oder ergänzend kann die Druckluftdüse verlagerbar, insbesondere verschieblich oder verdrehbar, an dem Düsenkörper gelagert sein, um entweder den Querschnitt der Düsenöffnung zu verändern oder ihn vollständig zu verschließen. Durch die Verlagerbarkeit ist es auch möglich, unterschiedliche Winkel des Druckluftstrahles relativ zu dem Medienstrom einzustellen, falls dies notwendig sein sollte.Preferably, the compressed air nozzle is designed to be closed, so that the compressed air nozzle, in particular the nozzle opening can be closed in order to avoid contamination or clogging. The closing of the compressed air nozzle or the nozzle opening can be effected by a separate element, for example a valve or a slide. Alternatively or additionally, the compressed air nozzle can be displaceable, in particular displaceable or rotatable, mounted on the nozzle body in order either to change the cross section of the nozzle opening or to completely close it. Due to the displaceability, it is also possible to adjust different angles of the compressed air jet relative to the medium flow, if necessary.
Das Verfahren zum dosierten Auftragen hochviskoser Medien auf ein Substrat durch eine Dosierdüse, durch die das Medium als Medienstrom durch eine Austrittsöffnung hindurchgepresst wird, sieht vor, dass zur fadenfreien Unterbrechung des Medienstromes ein Druckluftimpuls auf den Medienstrom ausgeübt wird. Dadurch wird die Scherrate lokal an der Medienstromtrennstelle vergrößert und ein Fadenabriss vermieden.The method for the metered application of highly viscous media to a substrate by means of a metering nozzle, through which the medium is pressed through a discharge opening as a medium flow, provides that a compressed air pulse is exerted on the media flow for the thread-free interruption of the media flow. As a result, the shear rate is increased locally at the media flow separation point and a thread break avoided.
Der Fördervorgang des Medienstromes kann gleichzeitig oder kurz vor der Aufbringung des Druck- und Luftimpulses unterbrochen werden, um ein Nachfördern des Medienstroms zu verhindern. Der Druckluftimpuls kann in Ausströmrichtung vor der Ausströmöffnung auf den Medienstrom ausgeübt werden, um die Scherrate innerhalb der Dosierdüse zu erhöhen und den Fadenabriss innerhalb der Dosierdüse, insbesondere in einem Austrittskanal zu bewirken.The delivery process of the media stream can be interrupted at the same time or shortly before the application of the pressure and air pulse to prevent Nachfördern the media stream. The compressed air pulse can be exerted in the outflow direction in front of the outflow opening on the media flow in order to increase the shear rate within the metering and to cause the thread breakage within the metering, in particular in an outlet channel.
Der Druckluftimpuls ist entweder senkrecht zu der Strömungsrichtung des Medienstroms orientiert oder wird geneigt in Strömungsrichtung des Medienstromes aufgebracht, so dass eine Geschwindigkeitskomponente des Druckluftimpulses in Strömungsrichtung des Medienstromes zeigt.The compressed air pulse is either oriented perpendicular to the flow direction of the media stream or is applied inclined in the flow direction of the media stream, so that shows a velocity component of the compressed air pulse in the flow direction of the media stream.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to figures. Show it:
Nach Beendigung des Fördervorganges, beispielsweise durch Abschalten einer Förderpumpe, wird der Druckluftimpuls durch das Öffnen des Schaltventils
Durch die schräge Ausgestaltung der Druckluftkanäle innerhalb des Düsenkörpers
Eine Variante der Erfindung ist in der
Der seitlich neben der Manschette
Eine weitere Variante der Erfindung ist in der
Die Druckluftdüse
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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