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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf ein Objekt gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 9.
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Bei vielen Montageprozessen müssen Innenbohrungen mit unterschiedlichsten Abmaßen – wie bspw. Zylinderlaufbuchsen – innen mit Schmiermitteln wie Öl oder Fett flächig beschichtet werden.
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Um hierbei das Schmiermittel gleichmäßig über die Höhe der Innenmantelfläche hinweg zu verteilen, ist es bekannt, einen Schleuderkopf in die Laufbuchse einzuführen, der an einer drehbaren Welle angeordnet ist, welche durch einen Elektromotor auf bis zu mehrere 1000 U/min in Rotation versetzt wird. Um die Welle herum ist eine Hülse angeordnet, die von außen her über eine Zufuhrleitung mit Fett beaufschlagt wird, welches zwischen der Welle und der Innenseite der Hülse hindurchgedrückt wird und am freien Ende der Hülse in den Innenraum des Schleuderkopfs eintritt. Der Schleuderkopf hat an seinem Umfang eine Vielzahl von Öffnungen, durch die das Schmiermittel, durch die Fliehkraft nach außen getrieben, austritt und die Zylinderwandung beaufschlagt.
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Nachteilig hierbei ist es, dass die Welle gegenüber der Hülse am freien Ende durch ein Lager abgestützt wird, durch welches das Schmiermittel zwangsweise hindurchtreten muss. Ein weiteres Problem stellt es in diesem Zusammenhang beim Auftrag von flüssigen oder pastösen Medien allgemein dar, dass das Medium durch die große Drehzahldifferenz zwischen der feststehenden Hülse und der Welle mit schnell rotierenden Teilen des Lagers in Kontakt gelangt und hierdurch innerhalb des Mediums Übergangsbereiche mit großen Geschwindigkeitsdifferenzen entstehen, die z. B. im Falle von Fett dazu führen können, dass sich dessen Viskosität lokal verändert, wodurch dessen schmierende Eigenschaften nachteilig beeinträchtigt werden können.
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Schließlich stellt es bei den bekannten Lösungen ein weiteres Problem dar, dass sich nach dem Abschalten der Ventile zur Zufuhr des Schmiermittels Tropfen bilden, die dann aus der abgeschalteten Vorrichtung austreten und andere Bauteile in unerwünschter Weise verschmutzen.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf ein zu benetzendes Objekt mittels eines rotierenden Schleuderkopfes zu schaffen, bei welcher die Eigenschaften des Mediums bei seiner Zufuhr zum Schleuderkopf nicht nachteilig beeinträchtigt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem sich die Menge des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf ein Objekt aufzubringenden Mediums mit hoher Genauigkeit einstellen lässt.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Gemäß der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf ein zu benetzendes Objekt einen Schleuderkopf auf, der durch einen Antriebsmotor und eine mit diesem gekoppelte Antriebswelle in schnelle Rotation versetzbar ist. Der Schleuderkopf umfasst einen innenliegenden Hohlraum, der eine Eintrittsöffnung und wenigstens eine mit dem Hohlraum kommunizierende radiale Austrittsöffnung für das Medium aufweist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein Ventil, insbesondere ein bekanntes Dosierventil oder alternativ ein bekanntes Highspeed-Ventil, über welches die Menge des in den Hohlraum zugeführten Mediums verändert werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Hohlraum, welcher vorzugsweise als Reservoir und/oder auch als Mischkammer bzw. Homogenisierungskammer für das Medium dient, konzentrisch um das Drehzentrum der Antriebswelle herum angeordnet, und das Ventil ist auf die Eintrittsöffnung ausgerichtet. Das Ventil weist eine im Abstand zu der Eintrittsöffnung angeordnete Düsenöffnung sowie einen Verdrängungs- oder Verschlusskörper zum Verschließen und Öffnen der Düsenöffnung auf, der vorzugsweise durch eine Steuerungseinrichtung gesteuert periodisch vor- und zurück bewegbar ist. Der Antrieb des Verdrängungs- oder Verschlusskörpers erfolgt dabei hydraulisch oder pneumatisch über ein durch die Steuerungsvorrichtung angesteuertes hydraulisches oder pneumatisches Ventil, z. B. ein bekanntes 5/2 Wege Ventil oder auch elektromagnetisch über eine entsprechend ausgebildete Spule oder einen Elektromotor und ein zugehöriges Getriebe. Das Getriebe kann z. B. ein Kurbelgetriebe sein, welches die Drehbewegung des Elektromotors in eine Linearbewegung umwandelt, die über eine Koppelstange auf den Verdrängungs- und/oder Verschlusskörper übertragen wird. Wie die Anmelderin in diesem Zusammenhang gefunden hat, bewirkt die periodische Vor- und Zurückbewegung des Verdrängungs- und/oder Verschlusskörpers, dass das Medium mit hoher Geschwindigkeit aus der Düsenöffnung herausgefördert wird und als minimale Tropfenmenge in hoher Frequenz durch den zwischen der Düsenöffnung und der Eintrittsöffnung befindlichen Luftraum hindurch in die Eintrittsöffnung des Hohlraums eingespritzt wird, die in einem Abstand von bis zu 30 cm von der Düsenöffnung entfernt angeordnet sein kann.
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Durch den Einsatz einer mechanischen und/oder elektronischen Steuerungseinrichtung kann der Verdrängungs- oder Verschlusskörper dabei in vorteilhafter Weise periodisch mit einer festen oder auch mit einer variablen Frequenz vor- und zurück bewegt werden, wodurch sich der Volumenstrom des aus der Düsenöffnung austretenden Mediums bei einem festem Hub des Verdrängungs- oder Verschlusskörpers in gewissen Grenzen verändern lässt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich prinzipiell zum Auftrag von beliebigen flüssigen oder pastösen Medien, wie z. B. Fetten, Ölen, Harzen, wässrigen Lösungen oder flüssigen Lacken etc.. Besonders bevorzugt wird die Vorrichtung jedoch zum Auftragen von Schmiermitteln auf die Innenwandungen von Zylindern, Bohrungen oder ähnliche Geometrien verwendet. Weitere Verwendungsmöglichkeiten sind z. B. die Beschichtung der Innenseiten von Konserven- oder Getränkedosen.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schleuderkopf die Form eines an der Oberseite offenen Kegelstumpfs besitzt, wobei die wenigstens eine Austrittsöffnung im Bereich des Bodens oder Fußes des Kegelstumpfs angeordnet ist. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Austrittsöffnungen in Form von Bohrungen in der Wand des im Inneren hohlen Gehäuses des Schleuderkopfes vorgesehen, die besonders bevorzugt paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind.
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Diese Ausführungsform des Schleuderkopfs führt in vorteilhafter Weise dazu, dass das frei in die Öffnung eingespritzte Medium nach dem Auftreffen auf die Innenwand des Kegelstumpfes durch die Zentrifugalkraft zum Boden des Kegelstumpfs gefördert wird, wo es aus den Umfangsöffnungen austritt. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Homogenisierung des Schmiermittelauftrags, da das auf die Wandung auftreffende Medium ein gewisse Zeitdauer benötigt, um von der Auftreffstelle aus zu den Bohrungen im erweiterten Teil des Gehäuses am Boden des Schleuderkopfes zu gelangen. Während dieses Zeitdauer kann sich das Medium gleichmäßig im Innenraum verteilen, bevor es aus den Austrittsöffnungen austritt.
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Der Schleuderkopf ist gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung an der dem Motor gegenüberliegenden Seite am freien Ende der Antriebswelle befestigt. Hierzu kann sich die Antriebswelle beispielsweise verjüngend in eine Passbohrung im Boden des Schleuderkopfs hinein erstrecken und auf der Unterseite insbesondere mit einer Schraube befestigt und/oder verschweißt, bzw. aufgeschrumpft sein.
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Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken ist die Antriebswelle fliegend, d. h. lediglich an einem Ende gelagert. Durch diese Art der Lagerung kann die Vorrichtung sehr schmal und lang ausgeführt werden, was eine Vielzahl von neuen Anwendungsmöglichkeiten bei Objekten mit beengten Platzverhältnissen eröffnet. So kann die Antriebswelle einen Durchmesser im Bereich von wenigen mm bis 20 mm besitzen, und der Bereich zwischen dem Gehäuse und dem Schleuderkopf, der von der Antriebswelle überspannt wird, kann z. B. 10 mm bis 500 mm betragen, je nach Größe der Vorrichtung und Anwendungsfall. Der Schleuderkopf kann im Bereich seines größten Querschnitts z. B. einen Durchmesser von bis zu 200 mm oder auch mehr aufweisen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht alternativ vor, dass der Schleuderkopf mit seiner Eintrittsöffnung auf der vom Motor abgewandten Seite am freien Ende der Antriebswelle befestigt ist. Dies führt beispielsweise beim Aufbringen von Schmiermittel durch eine enge Öffnung hindurch, wie beispielsweise auf die Innenseite von Achsmanschetten, zu dem Vorteil, dass das Schmiermittel von der dem Motor gegenüberliegenden Seite aus in den Schleuderkopf eingespritzt werden kann.
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Die Düsenöffnung des Ventils ist bevorzugter Weise in einem Abstand von 10 mm bis 300 mm von der Eintrittsöffnung des Schleuderkopfs entfernt angeordnet. Wie die Anmelderin gefunden hat, ergibt sich in Verbindung mit einem bekannten sogenannten Highspeed-Ventil, welches z. B. mit einer Frequenz von 50 Hz hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetrieben wird, beim Auftragen von Fett, eine hinreichend gute Konvergenz des durch den Luftraum hindurch frei in die Eintrittsöffnung injizierten Schmiermittels. Hierdurch wird sicher gestellt, dass die gesamte Menge an Schmiermittel in die Öffnung eintritt und kein Schmiermittel auf die Außenseite des Schleuderkopfes gelangt.
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Bei der Verwendung eines bekannten Highspeed-Ventils zur Einspritzung des Mediums in den Schleuderkopf wird das Medium z. B. durch den Einsatz von Druckluft mit einem gewissen Vordruck beaufschlagt, um dieses in das Ventil hinein zu fördern.
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Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken ist mindestens ein weiteres Ventil mit einem weiteren Medium an dem Halter aufgenommen und auf die Eintrittsöffnung des Hohlraums gerichtet. Die beiden Medien werden in den Hohlraum injiziert und aufgrund der Rotation homogenisiert. Bevorzugter Weise können dazu im Innern des Hohlraums zusätzliche Leit- und/oder Mischelemente angeordnet sein. Diese Ausführungsform ermöglicht es beispielsweise, die beiden Komponenten eines Zweikomponenten Harzes, z. B. Epoxidharzes, zu applizieren und ergibt den Vorteil, dass sich die Vorrichtung aufgrund der schnellen Rotation und hohen Fliehkräfte nahezu rückstandsfrei selbst reinigt.
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Bevorzugter Weise sieht die Erfindung vor, dass der Antriebsmotor ein Elektromotor oder ein pneumatischer oder hydraulischer Motor ist, der insbesondere direkt über z. B. eine Wellenkupplung mit der Antriebswelle gekoppelt ist und diese mit 10 bis 20000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise 100 bis 10000 U/min, besonders bevorzugt 1000 bis 5000 U/min dreht.
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Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken kann das Ventil mechanisch mit dem Antriebsmotor gekoppelt sein, derart, dass das Ventil bei einer Bewegung des Antriebsmotors zusammen mit dem Schleuderkopf in einem festen Abstand zum Schleuderkopf mit diesem mitbewegt wird.
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Durch diese Ausgestaltung eröffnet sich die Möglichkeit, dass das Medium entsprechend der Drehwinkelstellung und Drehzahl des Schleuderkopfes mit hoher zeitlicher und örtlicher Genauigkeit an derselben Stelle des Schleuderkopfes eingespritzt werden kann. Hierdurch ergibt sich insbesondere beim Großserieneinsatz, z. B. in der Automobilindustrie, eine sehr genaue und konstante Ausbringung des Mediums auf die zu beaufschlagende Fläche.
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Weiterhin sieht ein Verfahren zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf ein zu benetzendes Objekt unter Einsatz einer zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass der Schleuderkopf und/oder das zu benetzende Objekt relativ zueinander entlang eines vorgegebenen Verfahrweges verfahren werden, und dass die Frequenz, mit der der Verdrängungs- oder Verschlusskörper des Ventils vor- und zurück bewegt wird, veränderbar ist und in Abhängigkeit vom Verfahrweg gewählt wird.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist hierzu eine Steuerungseinrichtung auf, mit der die Frequenz und/oder die Pulsweite, mit der der Verdrängungs- oder Verschlusskörper des Ventils vor- und zurück bewegt wird, verändert werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Antriebsmotor mit einer von der Frequenz des vor- und zurück bewegten Verdrängungs- oder Verschlusskörpers unterschiedlichen Frequenz betrieben. Hierdurch ergibt sich ein besonders homogener Auftrag, da es im Auftragsbild für das Medium nicht zu einer Wellenbildung aufgrund von sich überlagernden periodischen Bewegungen kommt, deren Frequenzen gleich sind oder lediglich geringe Frequenzunterschiede aufweisen.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Eindosierung des auf das Objekt aufzubringenden Mediums vor einem erstmaligen Auftrag zwischen der Düsenöffnung des Ventils und der Eintrittsöffnung ein Auffang- und/oder Ablenkelement angeordnet, welches das aus der Düsenöffnung austretende Medium auffangt. Die ausgebrachte Menge wird insbesondere durch Wiegen und/oder volumetrisch bestimmt und die Frequenz, mit der der Verdrängungs- oder Verschlusskörper des Ventils vor- und zurück bewegt wird, solange variiert, bis die ausgebrachte Menge der Vorgabemenge entspricht.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung anhand einer beispielhaften Ausführungsform näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Schleuderkopf.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 einen Schleuderkopf 30, der am freien Ende einer Antriebswelle 28 befestigt ist. Die Antriebswelle 28 ist vorzugsweise über zwei Lager 24 und 26 an einem Tragrahmen 40 drehbar aufgenommen, und wird über eine Wellenkupplung 22 durch einen Antriebsmotor 20 in schnelle Rotation versetzt. Der Schleuderkopf 30, der vorzugsweise eine im Wesentlichen kegelstumpfartige Form aufweist, ist mit seinem Boden 32 beispielsweise mittels einer nicht näher gezeigten Schraubverbindung am freien Ende der Antriebswelle 28 befestigt.
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Wie der Darstellung von 1 weiterhin entnommen werden kann, sind in der umlaufenden Wandfläche des kegelstumpfartigen Schleuderkopfs 30 eine erste und zweite einander gegenüberliegende Austrittsöffnung 36, 38 angeordnet, durch die ein mittels des Schleuderkopfs 30 aufzubringendes flüssiges oder pastöses Medium 2, welches sich im inneren Hohlraum 31 des Schleuderkopfes 30 befindet, aufgrund der wirkenden Fliehkräfte nach außen hin austritt, um beispielsweise die Innenwandung eines exemplarisch gezeigten Zylinders 50 mit Schmiermittel zu beaufschlagen.
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Um das flüssige oder pastöse Medium 2 in den Hohlraum 31 des Schleuderkopfes 30 einzubringen, weist dieser auf seiner dem Antriebsmotor 20 zugewandten Seite eine Eintrittsöffnung 34 auf, durch die hindurch sich ebenfalls auch die Antriebswelle 28 in den Hohlraum 31 hinein bis zum Boden 32 des Schleuderkopfs 30 erstreckt.
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Wie der Darstellung der 1 weiterhin entnommen werden kann, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ferner ein Ventil 10, welches ein bekanntes Dosier- oder Highspeed-Ventil ist, in dem ein in der Darstellung schematisch angedeuteter Verdrängungs- oder Verschlusskörper 4 mittels eines mit diesem mechanisch gekoppelten Pneumatik- oder Hydraulikzylinders 6 periodisch vor- und zurück bewegt wird, um eine Düsenöffnung 12 freizugeben oder zu verschließen. Der Antrieb des Verdrängungs- oder Verschlusskörpers 4 erfolgt dabei in bekannter Weise mit Hilfe eines Mehrwegeventils 7 und einer dieses steuernden Steuerungseinrichtung 8.
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Durch die fortlaufende periodische Vor- und Zurückbewegung des Verdrängungs- und/oder Verschlusskörpers 4 wird das dem Ventil 10 aus einem nicht näher gezeigten Vorratsbehälter über eine Zufuhrleitung 14 zugeführte flüssige oder pastöse Medium 2 mit hoher Geschwindigkeit in Form eines gebündelten Strahls aus der Düsenöffnung 12 herausgefördert. Die Ausrichtung des Ventils 10 ist hierbei in der Weise, dass die Düsenöffnung 12 auf die Eintrittsöffnung 34 des Schleuderkopfes 30 gerichtet ist, so dass das Medium 2 aus der Düsenöffnung 12 heraus über eine Strecke A hinweg frei durch den Luftraum zwischen der Düsenöffnung 12 und der Eintrittsöffnung 34 in die Eintrittsöffnung 34 hinein eingespritzt wird. Von dort aus verteilt sich das Medium 2 in radialer Richtung und tritt durch die Austrittsöffnung 36, 38 aus dem Hohlraum 31 aus, wie dies zuvor beschrieben wurde und durch die Pfeile angedeutet ist.
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Um einen gleichmäßen Auftrag des Mediums 2 über die gesamte Höhe der Innenwand des Zylinders 50, oder allgemein eines zu beschichtenden Objekts 50, zu erhalten, wird der Tragrahmen 40, an dem das Ventil 10 vorzugsweise mittels einer Halteeinrichtung 42 befestigt ist, insgesamt als Einheit auf- und ab bewegt, was beispielsweise durch einen nicht näher gezeigten Roboterarm oder motorisch bewegten Träger erfolgen kann, an dem der Tragrahmen 40 mittels einer Schraubenverbindung 44, 46 befestigt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erfindungsgemäße Vorrichtung
- 2
- Medium
- 4
- Verdrängungs- oder Verschlusskörper
- 6
- Pneumatik- oder Hydraulikzylinder
- 7
- Mehrwegeventil
- 8
- Steuerungseinrichtung
- 10
- Ventil
- 12
- Düsenöffnung
- 14
- Zufuhrleitung
- 20
- Antriebsmotor
- 22
- Wellenkupplung
- 24
- Erstes Lager
- 26
- Zweites Lager
- 28
- Antriebswelle
- 30
- Schleuderkopf
- 31
- Hohlraum
- 32
- Boden
- 34
- Eintrittsöffnung
- 36
- Erste Austrittsöffnung
- 38
- Zweite Austrittsöffnung
- 40
- Tragrahmen
- 42
- Halteeinrichtung
- 44
- Schraubenverbindung
- 46
- Schraubenverbindung
- 50
- Zylinder
- A
- Strecke zwischen Düsenöffnung und Eintrittsöffnung
