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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Applizieren von reaktiven Kunststoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Auf vielen technischen Gebieten werden Kunststoffe verwendet, die aus zwei oder mehr Flüssigkeiten oder pastösen Komponenten bestehen. Diese Kunststoffkomponenten werden miteinander vermischt, ändern ihre chemischen oder physikalischen Eigenschaften und/oder reagieren miteinander, wodurch der Kunststoff aushärtet. Wichtig ist, dass die Kunststoffkomponenten möglichst gut und im möglichst genau dosierten Verhältnis miteinander gemischt werden und in fließfähiger Form appliziert werden. Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Mischen und Applizieren von reaktiven Kunststoffen ist aus der
DE 10 2013 106 625 A1 bekannt. Bei den bekannten Vorrichtungen wird üblicherweise unter Normalatmosphäre gearbeitet. Das heißt die Vorrichtung wird in einem geeigneten Gestell in einer Werkstatt aufgebaut und die fließfähige Gießmasse unter Normaldruck auf dem Werkstück appliziert. Bei sehr fließfähigen Gießmassen und einfachen Werkstückgeometrien führt diese Applikation unter Normaldruck zu sehr guten Ergebnissen. Bei Gießmassen mit einer höheren Viskosität bzw. bei Werkstücken mit komplexer Werkstückgeometrie, die das Einfließen der Gießmasse vor dem Aushärten behindern, kann es jedoch zu Problemen beim Ausfließen der Werkstückgeometrie kommen. Im Ergebnis kann es dann zu Lunkern in der ausgehärteten Gießmasse kommen, die die Werkstückeigenschaften in negativer Weise beeinflussen. Insbesondere bei Werkstücken die zur Verwendung in explosionsgefährdeten Umgebungen oder im Bereich der Hochspannungstechnik vorgesehen sind, führen solche Lunker in der ausgehärteten Gießmasse zu großen Problemen. Denn der Bereich des Lunkers wird nicht durch die Werkstoffeigenschaften der Gießmasse gegenüber elektrischen Spannungen isoliert, so dass die Durchschlagsspannung durch solche Lunker in unerwünschter Weise stark herabgesetzt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine neue Vorrichtung zum Mischen und Applizieren von reaktiven Kunststoffen vorzuschlagen, mit der die Bildung von Lunkern in der Gießmasse reduziert bzw. ganz vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht auf dem Grundgedanken, dass der Werkstückträger mit der Verstelleinrichtung zur Positionierung des Werkstückträgers in einer Unterdruckkammer angeordnet ist. In dieser Unterdruckkammer kann bei Betrieb der Vorrichtung eine Unterdruckatmosphäre aufgebaut werden. Das heißt, die Unterdruckkammer weist eine entsprechende Druckfestigkeit auf und kann an eine Unterdruckquelle entsprechend geeignet angeschlossen werden. Die Dosiereinrichtung mit dem Mischkopf selbst ist außerhalb der Unterdruckkammer angeordnet, da die Unterbringung der gesamten Dosiereinrichtung mit dem Mischkopf in einer Unterdruckatmosphäre sehr aufwendig ist.
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Außerdem kann durch Anordnung der Dosiereinrichtung und des Mischkopfs außerhalb der Unterdruckkammer die Größe der Unterdruckkammer erheblich verringert werden, wodurch die Herstellkosten reduziert werden können. Um die Gießmasse während des Betriebs der Vorrichtung auf dem Werkstück, das auf dem Werkstückträger angeordnet ist, applizieren zu können, weist die Unterdruckkammer eine Ausnehmung zum Durchtritt der reaktiven Gießmasse in die Unterdruckkammer auf. Dies bedeutet also mit anderen Worten, dass die Herstellung der Gießmasse durch Mischen der Kunststoffkomponenten unter Normaldruck erfolgt, wohingegen die Applikation der gemischten Gießmasse dann unter Unterdruck in der Unterdruckkammer erfolgt. Durch die Absenkung des Arbeitsdrucks bei der Applikation der Gießmasse auf dem Werkstück wird das Ausfließen der Gießnester auf dem Werkstück erheblich verbessert, da die Gießmasse durch den Unterdruck in Ausnehmungen mit geringem Durchmesser, Fugen und Ritzen und ähnliche Geometrien, die schwierig auszufliesen sind, eingezogen wird. Außerdem reduzieren evtl. doch noch verbleibende Lunker aufgrund der Druckdifferenz ihre Größe, wenn das Werkstück unter normalen Atmosphärendruck verwendet wird.
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In welcher Art die Vorrichtung konstruktiv ausgebildet ist, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Fuge zwischen dem Mischkopf und der Ausnehmung in der Unterdruckkammer druckdicht abgedichtet.
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Zur druckdichten Abdichtung der Fuge zwischen Mischkopf und der Ausnehmung in der Unterdruckkammer kann am Mischkopf und/oder an der Unterdruckkammer ein Dichtelement angeordnet werden. Auf diese Weise kann dann der Mischkopf nach Abstellen der Vorrichtung auch von der Unterdruckkammer abgehoben werden und durch die lösbare Anlage des Mischkopfs und/oder des Rands der Ausnehmung an dem Dichtelement kann die notwendige druckdichte Abdichtung problemlos realisiert werden.
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Was für eine Verstelleinrichtung zur Positionierung des Werkstückträgers in der Unterdruckkammer verwendet wird, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Werkstückträger durch Antrieb der Verstelleinrichtung in einer Stellebene verstellbar ist.
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Die Stellebene der Verstelleinrichtung sollte bevorzugt im Wesentlichen orthogonal zum Strahl der Gießmasse verlaufen.
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Weiterhin ist es besonders einfach, wenn die Ausnehmung der Unterdruckkammer in dem nach oben weisenden Deckel der Unterdruckkammer vorgesehen ist. Auf diese Weise kann dann der aus der Austragsdüse des Mischkopfs aufgebrachte Strahl der noch fließfähigen Gießmasse unter Schwerkrafteinfluss auf das darunterliegende Werkstück ausströmen. Um dem Bedienpersonal eine visuelle Kontrolle des Applikationsvorgangs zu ermöglichen, ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Deckel der Unterdruckkammer aus einem durchsichtigen Material, beispielsweise aus Polyacrylat oder Glas, hergestellt ist.
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Im Hinblick auf den Aufwand für die Erzeugung des Unterdrucks in der Unterdruckkammer ist es besonders wünschenswert, dass das Volumen der Unterdruckkammer möglichst klein ist. Um eine Verkleinerung des Volumens der Unterdruckkammer zu realisieren, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Antriebseinrichtung zum Antrieb der Verstelleinrichtung außerhalb der Unterdruckkammer angeordnet wird. Um dennoch durch Verstellung der Antriebseinrichtung zugleich eine Verstellung des Werkstückträgers in der Unterdruckkammer realisieren zu können, wird dabei an der Verstelleinrichtung ein erstes Magnetelement vorgesehen und an der Antriebseinrichtung ein zweites Magnetelement. Das heißt, ein Magnetelement ist zusammen mit dem Werkstückträger in der Unterdruckkammer angeordnet und ein Magnetelement zusammen mit der Antriebseinrichtung außerhalb der Unterdruckkammer. Die Übertragung der Stellbewegungen der Antriebseinrichtung erfolgt dabei berührungslos durch die zwischen den beiden Magnetelementen wirkenden Anziehungskräfte durch die Wandung der Unterdruckkammer hindurch. An welcher Stelle der Verstelleinrichtung das erste Magnetelement befestigt ist, ist grundsätzlich beliebig. Bevorzugt ist das erste Magnetelement direkt am Werkstückträger befestigt und überträgt somit die Stellbewegungen der Antriebeinrichtung unmittelbar auf den Werkstückträger.
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In welcher Weise der Werkstückträger in der Unterdruckkammer verstellbar gelagert ist, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Werkstückträger gemeinsam mit dem daran befestigten ersten Magnetelement unmittelbar auf der Innenseite der Unterdruckkammer, beispielsweise auf der Oberseite des Bodens der Unterdruckkammer, aufliegt. Durch die Verstellung des zweiten Magnetelements durch Antrieb der Antriebseinrichtung wird dann das erste Magnetelement über die Innenseite der Unterdruckkammer gezogen und entsprechend positioniert.
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Um eine höhere Positioniergenauigkeit zu erreichen, kann der Werkstückträger mit dem daran befestigten ersten Magnetelement auch auf zwei im Wesentlichen rechtwinkelig zueinander verlaufenden Stellachsen gelagert sein. Die Stellachsen definieren dabei die Stellebene, auf der der Werkstückträger durch Antrieb der Antriebseinrichtung positioniert werden kann.
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Welche Art von Magnetelementen zur berührungslosen Übertragung der Antriebskräfte von der außerhalb der Unterdruckkammer angeordneten Antriebseinrichtung auf die in der Unterdruckkammer angeordnete Verstelleinrichtung genutzt werden, ist grundsätzlich beliebig. Für das in der Unterdruckkammer angeordnete erste Magnetelement an der Verstelleinrichtung ist es besonders vorteilhaft, wenn dieses in der Art eines Dauermagneten ausgebildet ist oder aus einem magnetischen Werkstoff, beispielweise einem magnetisierbaren Stahl, hergestellt ist. Auf diese Weise arbeitet das erste Magnetelement bei der berührungslosen Übertragung der Stellbewegungen rein passiv, so dass auf eine eigene Energieversorgung des ersten Magnetelements in der Unterdruckkammer verzichtet werden kann. Das zweite Magnetelement an der Antriebseinrichtung, das außerhalb der Unterdruckkammer angeordnet ist, kann bevorzugt in der Art eines Elektromagneten ausgebildet sein, da durch Verwendung von Elektromagneten sehr große magnetische Kräfte problemlos aufgebaut und damit eine exakte Positionierung des Werkstückträgers in der Unterdruckkammer realisiert werden kann.
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Besonders zuverlässig arbeitet die magnetische Übertragung der Stellbewegungen, wenn das zweite Magnetelement an der Antriebseinrichtung insgesamt vier Magneten umfasst, die in den Ecken eines Quadrats angeordnet sind. Auf diese Weise können alle Stellrichtungen durch Übertragung der Magnetkräfte der vier Magneten problemlos eingehalten werden.
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Soweit mit der Vorrichtung größere Werkstücke lose hergestellt werden sollen, ist es vorteilhaft, wenn der Aufwand zum Aufbau des Unterdrucks in der Unterdruckkammer beim Wechsel der einzelnen Werkstücke reduziert wird. Dies kann dadurch geschehen, dass an der Unterdruckkammer zumindest eine abdichtbare Schleuse zum Ein- und Ausschleusen des Werkstücks und/oder des Werkstückträgers in die Unterdruckkammer vorgesehen ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Unterdruckkammer im Querschnitt;
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2 die Unterdruckkammer mit der Antriebseinrichtung zur Verstellung des Werkstückträgers der Vorrichtung gemäß 1 in perspektivischer Ansicht von oben;
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3 die Unterdruckkammer gemäß 2 mit dem in der Unterdruckkammer angeordneten Werkstückträger und der zur Verstellung des Werkstückträgers vorgesehenen Verstelleinrichtung bei geöffnetem Deckel in perspektivischer Ansicht von oben.
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1 zeigt eine Vorrichtung 01 zum Mischen und Applizieren von reaktiven Kunststoffen im Querschnitt. Die Vorrichtung 01 umfasst zwei Dosiereinrichtungen 02 und 03 zur dosierten Aufbringung zweier Kunststoffkomponenten A und B. Die Kunststoffkomponenten A und B werden in einem exakten Dosierverhältnis in einem Mischkopf 04 zugefördert und in einer Mischkammer 05 miteinander vermischt. Das Dosierverhältnis der Kunststoffkomponenten A und B ist dabei so gewählt, dass die beiden Kunststoffkomponenten A und B nach dem Mischen zunächst noch fließfähig bleiben und dann nach einer vorgegebenen Aushärtezeit ausgehärtet werden. Nach dem Mischen der Kunststoffkomponenten A und B wird die reaktive Gießmasse 06 durch eine Austragsdüse 07 in einem Strahl 08 ausgebracht.
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Ein Werkstück 09, auf dem die Gießmasse 06 zum Härten appliziert werden soll, wird unter dem Strahl 08 angeordnet, so dass sich die an der Oberseite des Werkstücks 09 befindlichen Gießnester mit der Gießmasse 06 füllen können. Das Werkstück 09 ist dabei auf einem Werkstückträger 10 befestigt, der mittels einer Verstelleinrichtung 11 in X- und Y-Richtung innerhalb einer vorgegebenen Stellebene verstellt werden kann.
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Das Werkstück 09 ist zusammen mit dem Werkstückträger 10 und der Versteileinrichtung 11 in einer druckfest abgedichteten Unterdruckkammer 12 angeordnet, deren Innenraum 13 aus einer nicht dargestellten Unterdruckquelle mit Unterdruck beaufschlagt werden kann. Durch die Applikation der Gießmasse 06 auf dem Werkstück 09 unter Unterdruck wird die Bildung von Lunkern in der ausgehärteten Gießmasse verhindert bzw. weitgehend vermieden.
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Um die Gießmasse 06 durch die Austragsdüse 07 in den Innenraum 13 der Unterdruckkammer 12 einfördern zu können, ist der Deckel 14 der Unterdruckkammer 12 mit einer Ausnehmung 15 versehen, durch die die Austragsdüse 07 in den Innenraum 13 eingeführt werden kann. Zur Abdichtung des Innenraums 13 gegenüber der Außenatmosphäre ist oberhalb der Austragsdüse 07 ein Dichtelement 16, beispielweise ein Gummidichtring vorgesehen, der bei Anordnung des Mischkopfs 04 auf dem Deckel 14 der Unterdruckkammer 12 gegen die Oberseite des Deckels 14 drückt und dabei die Dichtfuge zwischen der Austragsdüse 07 und dem Rand der Ausnehmung 15 abdichtet. Der Deckel 14 ist dabei aus einem durchsichtigen Material, beispielsweise Polyacrylat oder Glas, hergestellt, um dem Bedienpersonal während des Betriebs der Vorrichtung 01 eine Sichtkontrolle des Applikationsbereichs, in dem die Gießmasse 06 auf das Werkstück 09 auftritt, zu ermöglichen.
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Eine Relativbewegung zwischen dem Mischkopf 04 der Vorrichtung 01 und der Unterdruckdruckkammer 12 ist nur begrenzt möglich. Um trotzdem die Gießmasse 06 an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks 09 applizieren zu können, ist das Werkstück 09 auf dem verstellbar gelagerten Werkstückträger 10 befestigt. Der Werkstückträger 10 kann mittels der Verstelleinrichtung 11 in einer X-Y-Ebene verfahren werden. Die Verstelleinrichtung 11 besteht dabei aus zwei am Boden der Unterdruckkammer gelagerten X-Stellachse 24, auf denen eine rechtwinklig dazu verlaufende Y-Stellachse 25 angeordnet ist. Der Strahl 08 tritt dabei im Wesentlichen orthogonal zur X-Y-Ebene aus der Austragsdüse 07 aus.
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Die zur Verstellung der Verstelleinrichtung 11 bei der Positionierung des Werkstücks 09 vorgesehene Antriebseinrichtung 17 ist außerhalb der Unterdruckkammer 12 angeordnet, so dass das Innenvolumen der Unterdruckkammer 12 entsprechend reduziert ist. Die Antriebseinrichtung 17 besteht aus zwei in X-Richtung antreibbaren Stellachsen 18 und 19, auf denen eine quer dazu in Y-Richtung antreibbare Stellachse 20 befestigt ist. An der Stellachse 20 wiederum ist ein Magnetelement 21 befestigt, das vier Elektromagnete 22 umfasst. Durch Antrieb der Stellachsen 18, 19 und 20 kann also das Magnetelement 21 mit den vier Elektromagneten 22 innerhalb einer X-Y-Stellebene frei verstellt werden.
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Innerhalb der Unterdruckkammer befindet sich ein weiteres Magnetelement 23, das am Werkstückträger 10 befestigt ist. Das Magnetelement 23 besteht aus einem Dauermagneten. Bei Betrieb der Elektromagneten 22 wird das dauermagnetische Magnetelement 23 von den Elektromagneten 22 stark angezogen. Wird dann das Magnetelement 21 mit den vier Elektromagneten 22 durch Antrieb der Antriebseinrichtung 17 in der X-Y-Stellebene verfahren, so wird diese Stellbewegung berührungslos von dem Magnetelement 21 auf das Magnetelement 23 übertragen, so dass das Werkstück 09 auf dem Werkstückträger 10 durch Verfahren der Antriebseinrichtung 17 durch die Wandung der Unterdruckkammer 12 hindurch berührungslos angetrieben werden kann.
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2 zeigt die Unterdruckkammer 12 mit dem transparenten Deckel 14 und der darin mittig angeordneten Ausnehmung 15 in perspektivischer Ansicht von oben.
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In 3 ist die Unterdruckkammer 12 mit abgenommenen Deckel 14 perspektivisch dargestellt. Man erkennt den Innenraum 13 der Unterdruckkammer 12 mit der darin in X- und Y-Richtung verstellbaren Verstelleinrichtung 11 und dem in der X-Y-Ebene verstellbar gelagerten Werkstückträger 10. Unterhalb des Werkstückträgers 10 ist das Magnetelement 23 befestigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013106625 A1 [0002]
