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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mechanik und der Fertigungsautomatisierung und ist mit besonderem Vorteil in automatisierten Bearbeitungseinrichtungen und Fertigungsstraßen verwendbar, in denen ein Klebstoff in der Serienfertigung appliziert wird, mit besonderem Vorteil in Fertigungsstraßen der Automobilindustrie.
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Die Abfüllung und Verwendung von Verarbeitungsmaterialien in Kartuschen ist auf vielen Gebieten des Standes der Technik bekannt. Die Abfüllung in Kartuschen findet beispielsweise deshalb statt, damit die Materialien besser transportierbar, handbar und mengenabmessbar sind. Solche Kartuschen sind üblicherweise bis zur Verwendung des Stoffes geschlossen und können bedarfsweise geöffnet werden.
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Auch die Verbindung von Kartuschen mit Applikationsdüsen ist grundsätzlich bekannt. So sind aus der Handwerkstechnik beispielsweise Silikonkartuschen bekannt, die vor Verwendung des Silikons aufgeschnitten und mit einer Düse zusammengefügt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Kleberkit zu schaffen, das eine Handhabung eines Klebermaterials erleichtert und eine Kontamination von Anwendungseinrichtungen, beispielsweise Fertigungs- oder Bearbeitungseinrichtungen, wirksam verhindert.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 8 zeigen Implementierungen der Erfindung auf. Die Patentansprüche 9, 10 und 11 betreffen eine Anwendungseinrichtung für die Verwendung eines Kleberkits, die Patentansprüche 12 und 13 betreffen ein Verfahren zur Verwendung des Kleberkits, und der Patentanspruch 14 betrifft eine Fertigungsstraße mit einer Anwendungseinrichtung.
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Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Kleberkit mit einer wenigstens teilweise mit einem Klebermaterial oder einem Kleberbestandteil gefüllten Kartusche und mit einer Applikationsdüse, die mit der Kartusche derart verbunden oder verbindbar ist, dass ein Material aus der Kartusche durch die Applikationsdüse hinaus förderbar ist.
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Eine besonders einfache Handhabbarkeit ergibt sich dadurch, dass eine Öffnungseinrichtung vorgesehen ist, die beim oder nach dem Zusammensetzen der Kartusche und der Applikationsdüse das Öffnen der Kartusche zum Inneren der Applikationsdüse hin bewirkt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Öffnungseinrichtung durch das Zusammensetzen der Kartusche und der Applikationsdüse das Öffnen der Kartusche zum Inneren der Applikationsdüse bewirkt.
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Hierdurch ist gewährleistet, dass beim Öffnen der Kartusche austretendes Material nur in das Innere der Applikationsdüse und nicht weiter nach außen gelangen kann. Die Kontamination des Außenbereichs, beispielsweise einer Bearbeitungsmaschine, in die die Kartusche mit der Applikationsdüse eingesetzt wird, kann somit wirksam verhindert werden.
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Üblicherweise wird die Applikationsdüse auf die Kartusche aufgesetzt und mit dieser entweder verschraubt oder mittels eines Bajonettverschlusses oder einer anderen, insbesondere formschlüssigen Verbindung derart verbunden, dass kein aus der Kartusche austretendes Material weiter austreten kann. Die Verbindung zwischen der Applikationsdüse und der Kartusche soll derart dicht ausgestaltet sein, dass das Material auch unter der Anwendung eines höheren Drucks nicht aus der Verbindungsstelle zwischen der Applikationsdüse und der Kartusche austreten kann. Der Austritt ist ausschließlich durch eine Arbeitsöffnung der Applikationsdüse möglich.
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Eine mögliche Implementierung der Erfindung kann vorsehen, dass mit der Applikationsdüse ein Vorsprung, insbesondere ein Dorn oder eine Schneide, verbunden ist, der/die beim Zusammensetzen der Kartusche und der Applikationsdüse eine Öffnung in einer Begrenzungswand der Kartusche erzeugt. Beispielsweise kann mit der Applikationsdüse ein Dorn oder eine Schneide in ihrem Inneren verbunden sein, der/die sich beim Aufschieben oder Aufschrauben der Applikationsdüse einer Begrenzungswand der Kartusche nähert und diese durchstößt.
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Es kann in einer weiteren Implementierung jedoch auch vorgesehen sein, dass im Inneren der Kartusche ein Dorn oder eine Schneide mit einem Betätigungsmechanismus vorgesehen ist, der von außerhalb der Kartusche betätigbar ist und der eine Öffnung in einer Begrenzungswand der Kartusche erzeugt. In diesem Fall wird zunächst die Applikationsdüse dichtend auf die Kartusche aufgesetzt und darauf ein unabhängiger Betätigungsmechanismus in Gang gesetzt, der im Inneren der Kartusche deren Begrenzungswand zur Applikationsdüse hin durchstößt. Beispielsweise kann ein solcher Mechanismus auch durch den eigentlichen Antrieb betätigbar sein, der das in der Kartusche befindliche Material zum Hinauspressen unter Druck setzt. Ein solcher Antrieb kann beispielsweise durch einen Kolben- oder Spindelantrieb gegeben sein, der gegen eine Begrenzungswand der Kartusche drückt.
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Oft sind derartige Kartuschen wenigstens teilweise zylindrisch ausgeführt, so dass eine Begrenzungswand als beweglicher Zylinderboden ausgeführt sein kann, der in den Zylinder oder Zylinderteil zum Hinauspressen des Materials bewegbar ist. Es kann in diesem Fall mit dem beweglichen Zylinderboden ein Dorn in Verbindung stehen, der eine Begrenzungswand der Kartusche von innen öffnet.
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Eine weitere Implementierung der Erfindung kann vorsehen, dass ein erster Begrenzungswandbereich der Kartusche, der an das Innere der Applikationsdüse angrenzt, schwächer ausgebildet ist als die übrigen Wände oder Wandbereiche der Kartusche, derart, dass bei einer Druckerhöhung in der Kartusche der Begrenzugswandbereich zerstört wird und eine Öffnung zum Inneren der Applikationsdüse freigibt. In diesem Fall wird der erste Begrenzungswandbereich beispielsweise dünner als die übrigen Wandbereiche der Kartusche oder aus einem Material als die übrigen Bereiche ausgebildet.
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Anstelle des geschwächten ersten Begrenzungswandbereichs der Kartusche kann beispielsweise auch ein Einwegventil vorgesehen sein, dass im geschlossenen Zustand die Kartusche gasdicht abschließt.
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Eine weitere Implementierung der Erfindung kann vorsehen, dass mit der Applikationsdüse ein Vorsprung, insbesondere ein Dorn oder eine Schneide, verbunden ist und dass eine verformbare Begrenzungswand der Kartusche durch eine Druckerhöhung in der Kartusche nach außen derart in Richtung des Vorsprungs, des Dorns oder der Schneide vorwölbbar ist, dass nach dem Zusammensetzen der Kartusche mit der Applikationsdüse die vorgewölbte Begrenzungswand durch den Vorsprung, insbesondere den Dorn oder die Schneide, bei der Inbetriebnahme eines Antriebs zur Erhöhung des Drucks in der Kartusche geöffnet wird.
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Es ist in einer Implementierung der Erfindung auch denkbar, dass dass eine der Applikationsdüse zugewandte Begrenzungswand der Kartusche oder ein Teil dieser Begrenzungswand dünner und/oder aus einem anderen Material ausgebildet ist als die übrigen Begrenzungswände. Diese Maßnahme kann sich auch in den Fällen als nützlich erwiesen, wenn die Begrenzungswand durch einen Dorn oder eine Schneide durchstoßen werden muss.
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In einer weiteren Implementierung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kartusche eine automatisiert auslesbare Kennzeichnung, insbesondere in Form eines Balkencodes, QR-Codes oder einer RFID, trägt, aus der insbesondere die Art und/oder Menge des in ihr enthaltenen Materials hervorgeht. Eine derartige automatisiert auslesbare Kennzeichnung ermöglicht beispielsweise die automatische Bestückung einer Fertigungsanlage mit einem passenden Kleberkit sowie den Wechsel des Kleberkits, wenn beispielsweise während der Fertigung eine leere Kartusche durch eine, gefüllte Kartusche desselben Typs ausgetauscht oder auf ein anderes Klebermaterial gewechselt werden muss, sowie die laufende Überprüfung während der Anwendung daraufhin, ob das vorgesehene Klebermaterial verwendet wird. Auch in der Logistik wird durch die automatisierte Auslesbarkeit der Transport und die korrekte Zuordnung von Kleberkits gewährleistet.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Kleberkit der oben beschriebenen Art auch auf eine Anwendungseinrichtung für einen Klebstoff zur Verwendung eines Kleberkits, wobei ein Antrieb zur Förderung eines Materials aus der Kartusche durch die Applikationsdüse hindurch zu einer Klebestelle vorgesehen ist und dass die Kartusche und die Applikationsdüse der Anwendungseinrichtung gemeinsam im zusammengesetzten Zustand entnehmbar sind. Damit ist eine automatisierte Anwendung des Klebermaterials, auch beispielsweise mittels eines geregelten Antriebs, möglich, so dass sich die aus der Applikationsdüse austretende Klebermenge steuern lässt. Dabei ist eine Anpassung des Antriebs in Abhängigkeit von der Viskosität des in der Kartusche befindlichen Materials denkbar. Nach der Anwendung ist das Kleberkit, bestehend aus Applikationsdüse und Kartusche, der Anwendungseinrichtung gemeinsam entnehmbar, so dass eine Kontaminierung der Anwendungseinrichtung mit dem Klebstoff nicht zu befürchten ist.
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Eine weitere Implementierung der Erfindung kann vorsehen, dass die Anwendungseinrichtung eine Einrichtung zum Auslesen der Kennzeichnung der Kartusche aufweist und dass insbesondere die Anfangsposition und/oder der Betrieb der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit vom Inhalt der Kennzeichnung einstellbar ist.
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In der Anwendungseinrichtung kann demgemäß die Kennzeichnung der Kartusche ausgelesen und das in der Kartusche befindliche Material identifiziert werden. Dies kann mit dem augenblicklich benötigten Material abgeglichen werden, und der Antrieb kann aufgrund bekannter Eigenschaften der infrage kommenden Materialien geeignet angesteuert werden. Hierzu kann die Anwendungseinrichtung eine Speichereinrichtung aufweisen, in der Eigenschaften von Klebermaterialien und/oder die in den Kartuschen jeweils zu erzeugenden Druckwerte gespeichert sind. Daraus ergeben sich die Antriebskräfte, die aufzubringen sind, und gegebenenfalls auch Leistungswerte, wenn es darum geht, den Klebstoff in einer bestimmten Geschwindigkeit aus der Applikationsdüse hinauszupressen.
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Mittels der Erfassung der Leistungswerte des Antriebs, beispielsweise durch die Erfassung eines Antriebsstroms, wenn der Antrieb einen Elektromotor enthält, kann der Widerstand ermittelt werden, den das in der Kartusche enthaltene Material dem Antrieb beim Hinauspressen aus der Applikationsdüse entgegensetzt. Hierdurch kann auf den Zustand des Materials in der Kartusche geschlossen werden, so dass beispielsweise veraltete Materialien, die nicht mehr einsetzbar sind und/oder viskos geworden und/oder eingetrocknet sind, erkannt werden, und es kann signalisiert werden, dass eine neue Kartusche eingesetzt werden muss.
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Eine weitere Implementierung der Erfindung kann vorsehen, dass die Anwendungseinrichtung ein Magazin zur Aufnahme mehrerer gleicher oder unterschiedlicher Kartuschen mit Applikationsdüsen sowie eine Zuführeinrichtung aufweist, die zum Entnehmen von Kartuschen und Applikationsdüsen aus dem Magazin und zum Einsetzen in eine Arbeitsposition und insbesondere auch zur Rückführung in das Magazin eingerichtet ist. Dadurch, dass die Kartusche und die Applikationsdüse gemeinsam gehandhabt werden können, ohne dass eine Gefahr besteht, dass Klebermaterial nach außen tritt, können auf diese Weise verschiedene Kleberkits dem Magazin automatisiert entnommen, bedarfsgerecht eingesetzt und gegebenenfalls auch wieder in das Magazin eingestellt werden.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Kleberkit der oben beschriebenen Art und eine Anwendungseinrichtung für ein solches Kleberkit auch auf ein Verfahren zur Verwendung eines Kleberkits, bei dem zunächst die Kartusche in geschlossenem Zustand mit der Applikationsdüse zusammengesetzt wird und darauf beim Zusammensetzen oder danach die Kartusche zum Inneren der Applikationsdüse hin geöffnet wird. Hierdurch ergeben sich die weiter oben im Zusammenhang mit der Beschreibung des Kleberkits beschriebenen Vorteile.
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Zudem kann in einer weiteren Implementierung vorgesehen sein, dass zunächst mittels des Antriebs Material aus der Kartusche durch die Applikationsdüse zu einer Klebestelle gefördert wird und dass darauf die Kartusche und die Applikationsdüse der Anwendungseinrichtung gemeinsam im zusammengesetzten Zustand entnommen werden.
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Die Erfindung bezieht sich zudem auf eine größere Fertigungseinrichtung, insbesondere eine Fertigungsstraße, wie sie beispielsweise in der Automobiltechnik eingesetzt wird, mit einer Mehrzahl von Bearbeitungsstationen für ein Produkt. Eine solche Fertigungsstraße dient dazu, verschiedene Fertigungsschritte nacheinander automatisiert in einer Serienfertigung auszuführen. Eine der in einer solchen Fertigungsstraße verwendeten Stationen kann eine Anwendungseinrichtung der oben beschriebenen Art zur Verwendung mit Kleberkits sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren einer Zeichnung in Ausführungsbeispielen gezeigt und anschließend erläutert. Dabei zeigt
- 1 in einem Längsschnitt eine Kartusche und eine Applikationsdüse vor dem Zusammensetzen,
- 2 in einer teilweise geschnittenen Darstellung einen Teil einer Kartusche und einen Teil einer Applikationsdüse,
- 3 ebenso wie 2 einen Teil einer Kartusche und einen Teil einer Applikationsdüse,
- 4 einen Querschnitt durch eine Applikationsdüse,
- 5 schematisch ein Kleberkit, zusammengesetzt aus einer Kartusche und einer Applikationsdüse, in einem Längsschnitt mit einer Antriebseinrichtung innerhalb einer Anwendungseinrichtung sowie
- 6 die Anwendungseinrichtung zur Verwendung eines Kleberkits als Teil einer Fertigungsstraße.
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1 zeigt in einer teilweise längsgeschnittenen Darstellung eine Kartusche 1, die mit einem Klebermaterial 2 gefüllt ist, sowie eine Applikationsdüse 3. Die Kartusche 1 weist eine zylindrische Wand 4 sowie eine kreisrunde Stirnwand 5 und eine weitere kreisrunde Begrenzungswand 6 auf, die als Kolbenwand ausgeführt und innerhalb der zylindrischen Hülle 4 in Axialrichtung der zylindrischen Kartusche 1 verschiebbar ist. Die zylindrische Wand 4 weist in ihrem vorderen, der Applikationsdüse zugewandten Bereich ein Außengewinde 7 auf, auf das die Applikationsdüse 3 aufschraubbar ist. Das Außengewinde kann auch in einem radial verjüngten, vorderen Bereich der Kartusche vorgesehen sein. Die Stirnwand 5 bildet die Begrenzungswand der Kartusche 1 zum Inneren der Applikationsdüse 3 hin. Nach dem Zusammensetzen der Applikationsdüse 3 mit der Kartusche 1 oder beim Zusammensetzen der beiden Elemente wird wenigstens ein Teil der Begrenzungswand 5 geöffnet, um den Austritt des Klebermaterials 2 zum Inneren der Applikationsdüse 3 hin zu ermöglichen. Darauf kann auf den beweglichen Zylinderboden 6 derart Druck ausgeübt werden, dass das Klebermaterial 2 durch die Applikationsdüse 3 und eine an ihrer Spitze befindliche Arbeitsöffnung 8 hindurch an eine Klebestelle befördert wird.
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2 zeigt in einer quasi perspektivischen Darstellung die Kartusche 1 mit der Begrenzungswand 5, die beispielsweise als dünne Membran ausgebildet sein kann. Die Begrenzungswand 5 kann jedoch auch insgesamt aus einem Material derselben Dicke bestehen wie der zylindrische Teil 4 der Kartusche und lediglich in ihrem mittleren Bereich geschwächt sein oder eine mit einer Membran abgedeckte Öffnung aufweisen.
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Die Applikationsdüse 3, die in 2 nur zum Teil dargestellt ist, weist einen Dorn 9 auf, der an einer schmalen Traverse 10 innerhalb der Applikationsdüse angeordnet ist. Nachdem die Applikationsdüse 3 auf die Kartusche 1 wenigstens teilweise aufgeschoben worden ist, berührt der Dorn 9 die Begrenzungswand 5, insbesondere in einem geschwächten Bereich, und durchstößt diese im Verlauf der weiteren Aufschiebebewegung der Applikationsdüse auf die Kartusche. Dadurch wird die Begrenzungswand 5 geöffnet, und das Klebermaterial kann aus der Kartusche 1 in die Applikationsdüse 3 austreten. Dieser Vorgang bewirkt, dass die Kartusche während des Zusammenfügens der Applikationsdüse mit der Kartusche selbsttätig geöffnet wird.
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In 3 ist eine alternative Ausführungsform mit einer Applikationsdüse 3' dargestellt, die eine aus zwei Schenkeln 10a, 10b bestehende Traverse 10 mit einem Dorn 9 aufweist. Die Schenkel 10a, 10b sind im Bereich des Dorns gelenkig oder biegsam miteinander verbunden. Die Wände der Applikationsdüse 3' sind derart verformbar, dass die Applikationsdüse von außen radial nach innen, wie durch die Pfeile 11, 12 angedeutet, verformt werden kann. Dadurch werden die Schenkel 10a, 10b aufeinander zu bewegt und im Bereich des Dorns einander angenähert, so dass der Dorn 9 sich in Richtung des Pfeils 13 auf die Begrenzungswand 5 der Kartusche 1 zu bewegt. Damit kann die Applikationsdüse zunächst ohne die Verletzung der Begrenzungswand 5 auf die Kartusche 1 aufgeschoben werden, und darauf kann die Applikationsdüse 3' radial zusammengedrückt werden, um unabhängig von der Aufschiebebewegung auf die Kartusche zu einem frei wählbaren Zeitpunkt die Begrenzungswand 5 mittels des Dorns 9 zu durchstoßen.
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4 zeigt in einem Querschnitt eine Applikationsdüse 3' mit der Traverse 10, die einen Dorn 9 trägt.
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5 zeigt in einem Längsschnitt eine Kartusche 1', die zylindrisch ausgebildet ist und eine Stirnwand 5' aufweist, die in ihrem mittleren Bereich im Gegensatz zu den Randbereichen bzw. dem ringförmig umlaufenden Randbereich mit dünnerer Materialstärke ausgebildet ist. Innerhalb der Kartusche ist eine zweite Stirnwand 6' als verschiebbarer Kolben ausgebildet, der durch einen Antriebskolben 14 eines Antriebs 15 bewegbar ist. Der Antrieb 15 kann beispielsweise ein hydraulischer Antrieb mit einem Kolben 16 sein, der in einem Zylinder 17 antreibbar ist und den Antriebskolben 14 antreibt. Es kann an dieser Stelle jedoch auch ein elektromotorisch betriebener Antrieb vorgesehen sein, beispielweise ein Spindelantrieb.
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Auf die Kartusche 1' ist eine Applikationsdüse 3' aufgeschoben, die in 5 in ihrer Endposition im montierten Zustand dargestellt ist. Die Applikationsdüse 3' weist eine Traverse 10 mit einem Dorn 9 auf, der nach dem Zusammenfügen von Applikationsdüse 3' und Kartusche 1' in Abstand zu der Begrenzungswand 5' angeordnet ist.
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Wird beim Betrieb der Anwendungseinrichtung der Antrieb 15 gestartet, so drückt der Kolben 14 gegen die Begrenzungswand 6' und erhöht den Druck in der Kartusche 1'. Im Zuge der Druckerhöhung wird die Begrenzungswand 5' in ihrem mittleren Bereich vorgewölbt, wie dies durch die gestrichelte Darstellung 5" in der Figur angedeutet ist. Dabei stößt die Begrenzungswand gegen den Dorn 9 und wird durchstoßen, so dass das Material aus der Kartusche 1' in die Applikationsdüse 3' und von dort weiter durch die Öffnung 8' zur Klebestelle strömen kann.
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In 6 ist ein Teil einer Fertigungsstraße dargestellt, die durch ein Transportband 18 symbolisiert ist, wobei Objekte 19, 20 mittels des Transportbands in Richtung des Pfeils 21 bewegt werden. Mittels der Anwendungseinrichtung 22, die einen in mehreren Gelenken 23, 24 steuer- und antreibbaren Roboterarm aufweist, ist eine Kartusche 1 mit einer Applikationsdüse 3 in Bezug auf die Objekte 20 frei positionierbar. In der Halterung 25 an dem Roboterarm ist ein Antrieb 15 für die Kartusche 1 gehalten, der ebenso wie der Roboterarm von einer Steuereinrichtung der Anwendungseinrichtung 22 steuerbar ist.
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Weiter ist ein Magazin 26 vorgesehen, das verschiedene Fächer aufweist, in denen verschiedene Kartuschen mit Applikationsdüsen gelagert werden können. Von diesen kann die jeweils passende mittels des Roboterarms entnommen und nach der Anwendung wieder in das Magazin eingebracht werden.
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Im Bereich der Halterung 25 kann zudem eine Ausleseeinrichtung 26 zum Auslesen eines automatisiert auslesbaren Codes an den Kartusche vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer Kamera. Mittels des ausgelesenen Codes kann die jeweils geeignete Kartusche ausgewählt werden. Der Code kann auch Angaben darüber enthalten, wie der Antrieb zum Betreiben der Kartusche eingestellt werden soll. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mittels des Codes die Kartusche identifiziert wird und die entsprechenden Werte aus einem Speicher der Steuereinrichtung der Anwendungseinrichtung 22 ausgelesen werden können.
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Es kann im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Kartuschen ohne Applikationsdüsen in dem Magazin 26 gelagert werden oder mit nur unvollkommen mit den Kartuschen verbundenen Applikationsdüsen, so dass jeweils bei der Entnahme einer Kartusche und einer Applikationsdüse diese endgültig zusammengefügt und zum Gebrauch vorbereitet werden. Damit kann gewährleistet werden, dass die Kartuschen beim ersten Gebrauch frisch geöffnet sind und dass keine Alterung des Materials in der jeweiligen Kartusche stattgefunden hat.
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Die Erfindung erlaubt im Zuge der beschriebenen Anwendung einen Einsatz und eine Auswechselung bzw. Ersetzung von Kartuschen und Applikationsdüsen, ohne dass Material austreten kann. Auch beim anfänglichen Zusammensetzen der Kleberkits findet kein ungewollter Austritt von Material statt.
