DE102017112892A1 - Auftragsdüse - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Auftragsdüse (10) zum Auftragen von viskosem Material auf ein Werkstück, mit einem Düsenkörper (12), der eine Materialeinlassöffnung (16) und mehrere Materialauslassöffnungen (20) aufweist, welche in einer Materialauslassfläche (18) in mindestens einer Reihe angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich im Düsenkörper (12) ein Einlasskanal (22) von der Materialeinlassöffnung (16) bis zu mindestens einer Verzweigungsstelle (24) erstreckt, dass sich an jeder Verzweigungsstelle (24) zwei Verteilerkanäle (26) in einander entgegengesetzte Richtungen vom Einlasskanal (22) aus im Düsenkörper (12) erstrecken, wobei die Verteilerkanäle (26) jeweils über ihre gesamte Länge im Abstand zur Materialauslassfläche (18) angeordnet sind, und dass sich von jedem Verteilerkanal (26) mindestens ein Auslasskanal (28) im Düsenkörper (12) jeweils bis zu einer der Materialauslassöffnungen (20) erstreckt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Auftragsdüse zum Auftragen von viskosem Material auf ein Werkstück gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine solche Auftragsdüse ist beispielsweise aus der
US 6,695,923 B1 und derUS 7,332,035 B1 bekannt. Sie weist einen Düsenkörper mit einer Materialeinlassöffnung auf, an die ein Dosierventil angeschlossen ist, über das viskoses Material dosiert in eine einen Hohlraum im Düsenkörper bildende Verteilerkammer eingeleitet werden kann. Nach unten hin ist die Verteilerkammer durch eine Auftragsplatte begrenzt, in der sich in einer oder mehreren Reihen angeordnete Materialauslassöffnungen befinden. Solche Auftragsdüsen ermöglichen einen flächigen Materialauftrag. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die aus den Materialauslassöffnungen austretenden fadenartigen Materialstränge sich nicht parallel zueinander von den Materialauslassöffnungen zum Werkstück erstrecken, sondern dass insbesondere die an den äußeren Enden austretenden Materialstränge in Richtung zur Mitte hin geneigt sind. Dadurch wird die gewünschte Gleichmäßigkeit des Materialauftrags nicht immer gewährleistet. - Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Auftragsdüse der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein gleichmäßigerer Materialauftrag erfolgen kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Auftragsdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der anhängigen Ansprüche.
- Im Unterschied zum Stand der Technik ist bei der vorliegenden Erfindung keine Verteilerkammer vorgesehen, von der aus sich die Materialauslassöffnungen durch eine Auftragsplatte erstrecken, sondern es sind mindestens zwei Verteilerkanäle im Düsenkörper vorgesehen, die über ihre gesamte Länge im Abstand zur Materialauslassfläche angeordnet sind. Von den Verteilerkanälen aus erstreckt sich zu jeder Materialauslassöffnung ein Auslasskanal, durch den das aufzutragende Material geleitet wird. In Versuchen wurde gefunden, dass eine solche Geometrie dazu beiträgt, die Abweichung der aus den Materialauslassöffnungen austretenden Materialstränge von einer exakt parallelen Ausrichtung der Materialstränge zueinander zu verringern. Dabei ist es möglich, dass sich der Einlasskanal zu genau einer Verzweigungsstelle erstreckt. Es ist aber auch möglich, dass der Einlasskanal eine Vorverzweigung in mindestens zwei Teileinlasskanäle aufweist, die sich jeweils zu einer Verzweigungsstelle erstrecken.
- Mehrere vorteilhafte Weiterbildungen dienen dazu, die Parallelität der austretenden Materialstränge zueinander weiter zu erhöhen. Insbesondere wird bevorzugt, dass die Auslasskanäle im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Von Vorteil ist des Weiteren, wenn der Einlasskanal, gegebenenfalls samt Teileinlasskanälen, die Verteilerkanäle und die Auslasskanäle einen bezüglich einer Mittelebene symmetrischen Hohlraum im Düsenkörper bilden. Der Materialauftrag wird weiter verbessert, wenn die Verteilerkanäle an jeder Stelle in einem Abstand zur Materialauslassfläche angeordnet sind, der mindestens 1,5-mal und vorzugsweise mindestens 2-mal so groß ist wie der Durchmesser der Materialauslassöffnungen. Dabei ist es möglich, dass alle Materialauslassöffnungen gleich groß sind. Es ist jedoch auch möglich, dass die Materialauslassöffnungen unterschiedliche Größen aufweisen, wobei sich das bevorzugte Verhältnis von Abstand der Verteilerkanäle zur Materialauslassfläche zum Durchmesser der Materialauslassöffnungen auf die jeweils größte Materialauslassöffnung bezieht.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Auslasskanäle jeweils einen von einem der Verteilerkanäle abzweigenden Anfangsbereich und einen sich zur zugehörigen Materialauslassöffnung erstreckenden Endbereich aufweisen, wobei der Durchmesser des Endbereichs kleiner ist als der Durchmesser des Anfangsbereichs. Dabei wird bevorzugt, dass sich der Durchmesser jedes der Auslasskanäle am Übergang vom Anfangsbereich zum Endbereich stufenförmig verkleinert. Durch diese Maßnahmen wird die Herstellung der Auftragsdüse vereinfacht. Diese ist besonders einfach dadurch herstellbar, dass ein Rohling des Düsenkörpers mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird. Um im Bereich der Materialauslassöffnungen möglichst glatte Oberflächen des Düsenkörpers zu erzielen, welche für das Strömungsverhalten des viskosen Materials vorteilhaft sind, werden die Endbereiche der Auslasskanäle zweckmäßig durch Bohren in den Rohling eingebracht. Des Weiteren wird die Materialauslassfläche vorzugsweise durch Abschleifen einer Oberfläche des Rohlings gebildet, wobei das Abschleifen vorzugsweise nach dem Bohren der Endbereiche der Auslasskanäle erfolgt. Da das Bohren der Endbereiche nur mit hohem Aufwand mit einer solchen Präzision erfolgen kann, dass die die Anfangsbereiche begrenzenden Innenwände exakt mit den die Endbereiche begrenzenden Innenwänden fluchten, werden die Endbereiche mit einem kleinerem Durchmesser ausgebildet als die Anfangsbereiche, so dass auch dann kein Versatz der Endbereiche gegenüber den Anfangsbereichen gebildet wird, wenn deren Mittelachsen nicht exakt zusammen fallen.
- Um das Strömungsverhalten des viskosen Materials im Bereich der Materialauslassöffnungen zu verbessern, wird bevorzugt, dass die Endbereiche im Wesentlichen senkrecht zur Materialauslassfläche verlaufen. Dies kann mit hoher Präzision durch das bevorzugte Fertigungsverfahren mit 3D-Druck des Rohlings und anschließendem Bohren der Endbereiche und Abschleifen mit gegebenenfalls anschließendem Härten einer Oberfläche des Rohlings unter Ausbildung der Materialauslassfläche erzielt werden, so dass die Innenflächen der Endbereiche mit der Materialauslassfläche einen möglichst genauen 90°-Winkel einschließen.
- Versuche haben gezeigt, dass das Strömungsverhalten des viskosen Materials verbessert werden kann, wenn sich von jedem Verteilerkanal mehrere Auslasskanäle zur Materialauslassfläche erstrecken und alle von einem der Verteilerkanäle abzweigenden Auslasskanäle unterschiedlich lang sind. Dabei wird bevorzugt, dass die Länge der Auslasskanäle umso geringer ist, je weiter entfernt von der Verzweigungsstelle der betreffende Auslasskanal vom zugehörigen Verteilerkanal abzweigt.
- Eine weitere Verbesserung des Strömungsverhaltens des viskosen Materials kann erzielt werden, wenn jeder der Verteilerkanäle mindestens zwei aufeinander folgende, in unterschiedliche Richtungen gekrümmte Abschnitte aufweist. Vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist zudem, wenn sich jeder der Verteilerkanäle ausgehend von der Verzweigungsstelle zunächst verengt und dann wieder aufweitet. Dabei wird weiter bevorzugt, dass sich jeder der Verteilerkanäle zu seinem Ende hin wieder verengt.
- Der Düsenkörper ist zweckmäßig einstückig und vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Edelstahl oder Aluminium hergestellt.
- Es ist möglich, dass der Düsenkörper nur einen durch den Einlasskanal, die Verteilerkanäle und die Auslasskanäle gebildeten Hohlraum aufweist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Düsenkörper zwei oder noch mehr jeweils durch einen Einlasskanal, zwei Verteilerkanäle und mehrere Auslasskanäle gebildete Hohlräume identischer Geometrie aufweist. Dadurch kann die Breite des auf das Werkstück aufzubringenden Materialstreifens weiter vergrößert werden, wenn die Reihe der weiteren Materialauslassöffnungen sich an die Reihe der Auslassöffnungen anschließt.
- Zur Erzielung eines gleichmäßigen Materialauftrags wird bevorzugt, dass die Materialauslassöffnungen und gegebenenfalls die weiteren Materialauslassöffnungen jeder Reihe in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Des weiteren wird bevorzugt, dass die jeweils letzten der Materialauslassöffnungen bzw. der weiteren Materialauslassöffnungen jeder Reihe in einem Abstand zu einem Rand des Düsenkörpers angeordnet sind, der der Hälfte des Abstands zwischen der Materialauslassöffnungen bzw. zwischen den weiteren Materialauslassöffnungen entspricht. Es ist dann möglich, mehrere solche Auftragsdüsen aneinanderzufügen, um die Reihe der Materialauslassöffnungen unter Beibehaltung des gegenseitigen Abstands zu verlängern.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine Auftragsdüse in perspektivischer Ansicht; -
2 die Auftragsdüse gemäß1 in einer Draufsicht auf ihre Stirnseite und -
3 eine Darstellung der Auftragsdüse gemäß1 ,2 im Schnitt entlang der Linie A-A. - Die in der Zeichnung darstellte Auftragsdüse
10 dient dem Auftrag eines viskosen Materials auf ein Werkstück. Sie weist einen Düsenkörper12 auf, der einstückig aus Edelstahl oder Aluminium gefertigt ist, und in dem ein Hohlraum14 angeordnet ist. Über eine Materialeinlassöffnung16 , an die ein Dosierventil angeschlossen werden kann, kann das viskose Material in den Hohlraum14 eingeleitet werden. Nach unten ist der Düsenkörper12 durch eine Materialauslassfläche18 begrenzt, in der mehrere Materialauslassöffnungen20 in einer Reihe angeordnet sind. Von der Materialeinlassöffnung16 aus erstreckt sich ein Einlasskanal22 bis zu einer Verzweigungsstelle24 , von der aus sich zwei Verteilerkanäle26 in einander entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Von jedem der Verteilerkanäle26 erstrecken sich eine Vielzahl von Auslasskanälen28 zur Materialauslassfläche18 , wobei jeder der Auslasskanäle28 an einer der Materialauslassöffnungen20 endet. - Der durch den Einlasskanal
22 , die Verteilerkanäle26 und die Auslasskanäle28 gebildete Hohlraum14 ist bezüglich einer senkrecht auf der Zeichenebene der3 stehenden Mittelebene30 symmetrisch. Jeder der Verteilerkanäle26 weist eine im Wesentlichen S-förmige Krümmung auf mit einem ersten Abschnitt32 , der in eine erste Richtung gekrümmt ist, und einem zweiten Abschnitt34 , der in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung gekrümmt ist. Der Querschnitt der Verteilerkanäle26 verengt sich zunächst ausgehend von der Verzweigungsstelle24 , bevor er sich wieder aufweitet und sich zu einem Ende36 des Verteilerkanals26 wieder verengt. Alle von einem der Verteilerkanäle26 abzweigenden Auslasskanäle28 haben eine unterschiedliche Länge, wobei diese zwischen dem jeweiligen Verteilerkanal26 und der Materialauslassfläche18 gemessen wird. Die Länge der Auslasskanäle28 ist dabei umso geringer, je weiter der jeweilige Auslasskanal28 von der Verzweigungsstelle24 entfernt ist. Der direkt an der Verzweigungsstelle24 beginnende Auslasskanal28 zweigt dabei sowohl vom einen als auch vom anderen Kanal26 ab. Die Länge der Auslasskanäle28 entspricht mindestens dem 1,5-fachen, im gezeigten Ausführungsbeispiel sogar mehr als dem 3-fachen des Durchmessers der Materialauslassöffnungen20 , die alle identische Größe aufweisen. Jeder der Auslasskanäle28 weist zudem einen direkt vom jeweiligen Verteilerkanal26 abzweigenden Anfangsbereich38 und einen sich zur zugehörigen Materialauslassöffnung20 erstreckenden Endbereich40 auf, wobei die Endbereiche40 einen geringeren Durchmesser aufweisen als die Anfangsbereiche38 . Der Übergang zwischen dem Anfangsbereich38 und dem Endbereich40 jedes der Auslasskanäle28 erfolgt an einer Stufe42 . - Die Auftragsdüse
10 weist in ihrem Düsenkörper12 einen weiteren Hohlraum14' auf, der identisch mit dem Hohlraum14 ausgebildet ist. Der weitere Hohlraum14' wird durch einen weiteren Einlasskanal22' , zwei weitere Verteilerkanäle26' und weitere Auslasskanäle28' gebildet und kann über eine weitere Materialeinlassöffnung16' mit viskosem Material befüllt werden. Die weiteren Auslasskanäle28' enden an weiteren Materialauslassöffnungen20' , die in der Materialauslassfläche18 in einer Reihe angeordnet sind, welche eine Fortsetzung der durch die Materialauslassöffnungen20 gebildeten Reihe darstellt. Auch an die weitere Materialeinlassöffnung16' kann ein Dosierventil angeschlossen werden. Die Materialauslassöffnungen20 und die weiteren Materialauslassöffnungen20' sind in gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet. Die jeweils äußeren der Materialauslassöffnungen20 bzw. der weiteren Materialauslassöffnungen20' sind in einem Abstand zu einem Rand44 des Düsenkörpers12 angeordnet, der der Hälfte des gegenseitigen Abstands entspricht. - Bei der Herstellung der Auftragsdüse
10 wird zunächst ein Rohling des Düsenkörpers12 mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt. Bei diesem Rohling sind noch keine Materialauslassöffnungen20 ,20' vorhanden, da die Endbereiche40 ,40' der Auslasskanäle28 ,28' noch nicht ausgebildet sind. Diese werden in einem zweiten Verfahrensschritt durch Bohren in den Rohling eingebracht. Zu guter Letzt wird die Materialauslassfläche18 durch Abschleifen der nach unten gerichteten Oberfläche des Rohlings gebildet. - Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Auftragsdüse
10 zum Auftragen von viskosem Material auf ein Werkstück, mit einem Düsenkörper12 , der eine Materialeinlassöffnung16 und mehrere Materialauslassöffnungen20 aufweist, welche in einer Materialauslassfläche18 in mindestens einer Reihe angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich im Düsenkörper12 ein Einlasskanal22 von der Materialeinlassöffnung16 bis zu mindestens einer Verzweigungsstelle24 erstreckt, dass sich an jeder Verzweigungsstelle24 zwei Verteilerkanäle26 in einander entgegengesetzte Richtungen vom Einlasskanal22 aus im Düsenkörper12 erstrecken, wobei die Verteilerkanäle26 jeweils über ihre gesamte Länge im Abstand zur Materialauslassfläche18 angeordnet sind, und dass sich von jedem Verteilerkanal26 mindestens ein Auslasskanal28 im Düsenkörper12 jeweils bis zu einer der Materialauslassöffnungen20 ersteckt. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- US 6695923 B1 [0002]
- US 7332035 B1 [0002]
Claims (19)
- Auftragsdüse zum Auftragen von viskosem Material auf ein Werkstück, mit einem Düsenkörper (12), der eine Materialeinlassöffnung (16) und mehrere Materialauslassöffnungen (20) aufweist, welche in einer Materialauslassfläche (18) in mindestens einer Reihe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Düsenkörper (12) ein Einlasskanal (22) von der Materialeinlassöffnung (16) bis zu mindestens einer Verzweigungsstelle (24) erstreckt, dass sich an jeder Verzweigungsstelle (24) zwei Verteilerkanäle (26) in einander entgegengesetzte Richtungen vom Einlasskanal (22) aus im Düsenkörper (12) erstrecken, wobei die Verteilerkanäle (26) jeweils über ihre gesamte Länge im Abstand zur Materialauslassfläche (18) angeordnet sind, und dass sich von jedem Verteilerkanal (26) mindestens ein Auslasskanal (28) im Düsenkörper (12) jeweils bis zu einer der Materialauslassöffnungen (20) erstreckt.
- Auftragsdüse nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasskanäle (28) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. - Auftragsdüse nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (22), die Verteilerkanäle (26) und die Auslasskanäle (28) einen bezüglich einer Mittelebene (30) symmetrischen Hohlraum (14) im Düsenkörper (12) bilden. - Auftragsdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerkanäle (26) an jeder Stelle in einem Abstand zur Materialauslassfläche (18) angeordnet sind, der mindestens 1,5-mal und vorzugsweise mindestens 2-mal so groß ist wie der Durchmesser der Materialauslassöffnungen (20).
- Auftragsdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasskanäle (28) jeweils einen von einem der Verteilerkanäle (26) abzweigenden Anfangsbereich (38) und einen sich zur zugehörigen Materialauslassöffnung (20) erstreckenden Endbereich (40) aufweisen, wobei der Durchmesser des Endbereichs (40) kleiner ist als der Durchmesser des Anfangsbereichs (38).
- Auftragsdüse nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser jedes der Auslasskanäle (28) am Übergang vom Anfangsbereich (38) zum Endbereich (40) stufenförmig verkleinert. - Auftragsdüse nach Anspruch oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbereiche (40) im Wesentlichen senkrecht zur Materialauslassfläche (18) verlaufen.
- Auftragsdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich von jedem Verteilerkanal (26) mehrere Auslasskanäle (28) zur Materialauslassfläche (18) erstrecken und dass alle von einem der Verteilerkanäle (26) abzweigenden Auslasskanäle (28) unterschiedlich lang sind.
- Auftragsdüse nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Auslasskanäle (28) umso geringer ist, je weiter entfernt von der Verzweigungsstelle (24) der betreffende Auslasskanal (28) vom zugehörigen Verteilerkanal (26) abzweigt. - Auftragsdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Verteilerkanäle (26) mindestens zwei aufeinanderfolgende, in unterschiedliche Richtungen gekrümmte Abschnitte (32, 34) aufweist.
- Auftragsdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder der Verteilerkanäle (26) ausgehend von der Verzweigungsstelle (24) zunächst verengt und dann wieder aufweitet.
- Auftragsdüse nach
Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder der Verteilerkanäle (26) zu seinem Ende (36) hin wieder verengt. - Auftragsdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (12) einstückig und vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Edelstahl oder Aluminium hergestellt ist.
- Auftragsdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (12) mindestens eine weitere Materialeinlassöffnung (16') und mehrere weitere Materialauslassöffnungen (20') in der Materialauslassfläche (18) aufweist, wobei sich von der weiteren Materialeinlassöffnung (16') ein weiterer Einlasskanal (22') im Düsenkörper (12) bis zu mindestens einer weiteren Verzweigungsstelle (24') erstreckt, dass sich an jeder weiteren Verzweigungsstelle (24') zwei weitere Verteilerkanäle (26') in einander entgegengesetzte Richtungen vom weiteren Einlasskanal (22') aus im Düsenkörper (12) erstrecken, wobei die weiteren Verteilerkanäle (26') jeweils über ihre gesamte Länge im Abstand zur Materialauslassfläche (18) angeordnet sind, und dass sich von jedem der weiteren Verteilerkanäle (26') mindestens ein weiterer Auslasskanal (28') im Düsenkörper (12) jeweils bis zu einer der weiteren Materialauslassöffnungen (20') erstreck, wobei der Einlasskanal (22), die Verteilerkanäle (26) und die Auslasskanäle (28) einerseits und der weitere Einlasskanal (22'), die weiteren Verteilerkanäle (26') und die weiteren Auslasskanäle (28') andererseits zwei Hohlräume (14, 14') identischer Geometrie im Düsenkörper (12) bilden.
- Auftragsdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialauslassöffnungen (20) und gegebenenfalls die weiteren Materialauslassöffnungen (20') jeder Reihe in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
- Auftragsdüse nach
Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils letzten der Materialauslassöffnungen (20) bzw. der weiteren Materialauslassöffnungen (20') jeder Reihe in einem Abstand zu einem Rand (44) des Düsenkörpers (12) angeordnet sind, der der Hälfte des Abstands zwischen der Materialauslassöffnungen (20) bzw. zwischen den weiteren Materialauslassöffnungen (20') entspricht. - Verfahren zur Herstellung einer Auftragsdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohling des Düsenkörpers (12) mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird.
- Verfahren nach
Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet, dass die Endbereiche (40) der Auslasskanäle (28) durch Bohren in den Rohling eingebracht werden. - Verfahren nach
Anspruch 17 oder18 , dadurch gekennzeichnet, dass die Materialauslassfläche (18) durch Abschleifen und vorzugsweise anschließendes Härten einer Oberfläche des Rohlings gebildet wird.
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