DE102019109034A1 - Rotationsdosierkopf - Google Patents

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Abstract

Ein Rotationsdosierkopf umfasst eine um eine Rotationsachse drehbare Plattform, auf der ein Jet-Ventil angeordnet ist, das zum Jetten von fluiden Werkstoffen dient.

Description

  • Für zahlreiche Produktionsschritte in der Fertigung von elektronischen Komponenten und Geräten, wie z.B. Smartphones und Tablets, sind Klebeprozesse notwendig. Hierzu werden häufig Jet-Ventile eingesetzt, da diese zum einen ein berührungsloses Aufbringen des Klebstoffes - oder auch anderer Medien - erlauben und vor allem auch sehr hohe Dosierfrequenzen ermöglichen. Für bestimmte Anwendungen kann es auch erforderlich sein, das Medium mittels Kontaktdosierung aufzubringen. Das Dosierventil (Jet-Ventil) besitzt in diesem Fall typischerweise eine Dosiernadel und wird mit einem sehr geringen Abstand zwischen Dosiernadel und Werkstück entlang des zu dosierenden Weges gefahren.
  • Die Aufbringung des Mediums auf das Werkstück erfolgt für viele Anwendungen senkrecht zum jeweiligen Werkstück. Dabei werden mit Hilfe von mehrachsigen Robotern Ventil und Werkstück gegeneinander verfahren. Diese Roboter haben typischerweise drei Achsen, nämlich zwei Achsen für die Bewegung in der Ebene des Werkstücks (x- und y-Achse) und eine Achse für Bewegungen senkrecht zum Werkstück (z-Achse). Für viele Dosieranwendungen ist es jedoch vorteilhaft, das Medium nicht senkrecht, sondern unter einem definierten Winkel aufzubringen. Das ist z.B. dann der Fall, wenn in Kanten dosiert werden muss und dabei das Medium sowohl eine bestimmte Fläche der x-y-Ebene als auch senkrecht dazu bedecken muss, oder auch wenn auf senkrecht stehende Flächen des Werkstücks dosiert werden muss. Auch für Underfill-Prozesse kann eine schräge Aufbringung vorteilhaft sein.
  • Heutzutage wird für ein schräges Jetten bzw. Dosieren ein handelsübliches Dosierventil verwendet und durch zusätzliche Achsen am Roboter bewegt. Dadurch ist der Drehpunkt jedoch vom Dosierpunkt weit entfernt. Um dann jedoch die Ansteuerung präzise umzusetzen, ist diese Anordnung ungeeignet.
  • Bei bekannten Dosiersystemen verändert sich die Position der Dosierspitze je nach Winkel und Drehung, da die Spitze des Dosierventils außerhalb der Rotationsachse liegt. In diesem Fall bewegt sich die Spitze auf einem Kreis bzw. einer Kugel um die Achse. Da der Abstand zwischen Ventil und Werkstück für eine stabile und genaue Dosierung (keine Satellitenbildung, genaue Position des aufgebrachten Mediums) klein sein muss, lässt die Bauform typischer Jet-Ventile keinen schrägen Einbau im Roboter zu. Kanten und innenliegende Flächen sind dann häufig nur mit langen Nadeln zu erreichen, die wiederum einen Jet-Betrieb des Ventils erschweren oder auch verhindern.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Rotationsdosierkopf zum Jetten von fluiden Werkstoffen zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist und insbesondere eine einfache Ansteuerung eines Roboters ermöglicht, der den Dosierkopf bewegt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass der Rotationsdosierkopf eine um eine Rotationsachse drehbare Rotationsplattform aufweist, die frei um 360° um die Rotationsachse drehbar ist, und auf der ein Jet-Ventil angeordnet ist, das eine Dosierachse aufweist. Das Jet-Ventil ist erfindungsgemäß derart auf der Rotationsplattform angeordnet, dass der Schnittpunkt zwischen der Dosierachse und der Rotationsachse auch bei einer Drehung der Rotationsplattform unverändert bleibt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Rotationsdosierkopf ist der Mittelpunkt der Drehung der Rotationsplattform gleich dem Dosierpunkt, wodurch auch bei einer Drehung der Rotationsplattform keine Veränderung des Dosierpunkts vorgenommen wird. Hierdurch muss keine komplizierte Ansteuerung oder Nachführung eines Roboters erfolgen, der den Rotationsdosierkopf bewegt. Das Gleiche gilt für den Fall, dass eine veränderte Düsengeometrie vorliegt, durch die der Dosierabstand verändert wird.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
  • Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann für eine elektrische und fluidische Versorgung des Rotationsdosierkopfes eine um 360° frei drehbare Drehdurchführung vorgesehen sein. Auf diese Weise lässt sich das Jet-Ventil in beliebiger Richtung und beliebig oft um 360° oder mehr drehen, wodurch der Rotationsdosierkopf sehr vielseitig verwendbar ist. Gleichzeitig wird auch die Berechnung und Steuerung der Bewegung im Gegensatz zu bekannten Systemen stark vereinfacht.
  • Im Gegensatz zu bekannten Systemen, die eine Veränderung des Dosierwinkels ermöglichen, muss mit dem erfindungsgemäßen Rotationsdosierkopf bei einer Änderung von Dosierabstand oder Dosierwinkel der Dosierpunkt von der Roboter- oder Systemsteuerung nicht neu berechnet werden und durch eine entsprechend veränderte Roboterbewegung kompensiert werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen der Rotationsplattform und einem drehbaren Teil der Drehdurchführung ein Mitnehmer vorgesehen sein. Auf diese Weise wird die Drehdurchführung nicht alleine durch Kabel oder Leitungen verdreht, so dass eine Zugentlastung gegeben ist.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann auf der Rotationsplattform eine Kartuschenhalterung vorgesehen sein, so dass eine Kartusche mit Fluid, beispielsweise Klebstoff, in der Nähe des Ventils und zusammen mit dem Ventil drehbar angebracht werden kann.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Jet-Ventil an der Rotationsplattform verstellbar befestigt sein, und zwar derart, dass es in Längsrichtung parallel zur Dosierachse verstellbar ist und derart, dass der Winkel zwischen Dosierachse und Rotationsachse einstellbar ist. Hierdurch lassen sich unterschiedliche Dosierwinkel und unterschiedliche Dosierabstände einstellen, ohne dass die Ansteuerung durch den Roboter verändert werden muss. Eine Winkelverstellung kann beispielsweise zwischen 0° und 45° erfolgen, wobei jedoch je nach Konstruktionsweise auch Winkel bis 90° und mehr einstellbar sind, die es erlauben, eine Dosierung aus einem schrägen Winkel in komplizierte Geometrien durchzuführen. Durch die freie Rotation ist dabei dennoch die Möglichkeit geschaffen, in dem voreingestellten Winkel um ein Werkstück herum zu dosieren. Da die Spitze des Ventils immer auf die Rotationsachse zeigt und der Abstand des Ventils zur Rotationsachse justiert werden kann, wird immer auf ein und denselben Punkt dosiert. Der Mittelpunkt der Drehung der Rotationsplattform und der Winkeländerung des Jet-Ventils ist immer der Dosierpunkt, der dadurch auch bei einer Winkelverstellung immer gleichbleibt.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann für die Justierung der Längsverstellung und/oder der Winkelverstellung des Jet-Ventils jeweils eine Skala vorgesehen sein, was ein manuelles Einstellen bzw. Justieren des Dosierabstands und des Dosierwinkels vereinfacht.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann auf der Rotationsplattform ein Drehantriebvorgesehen sein, der beispielsweise einen Elektromotor aufweist. Hierdurch lässt sich die Rotationsplattform über einen Zahnkranz mit Innenverzahnung antreiben, wodurch die Verzahnung des Antriebs geschützt untergebracht ist. Außerdem kann hierdurch die Baugröße des gesamten Systems äußerst gering gehalten werden. Je größer das Gesamtsystem baut, desto mehr wird der Arbeitsbereich des Roboters mit montiertem Dosiersystem eingeschränkt. Deshalb ist eine kompakte Bauform ein wichtiger Aspekt. Die Größe der Rotationsplattform ist im Wesentlichen durch den für das drehbare Dosierventile notwendigen Raum bestimmt. Der Motor lässt sich jedoch innerhalb des für das Ventil notwendigen Radius der Plattform noch integrieren.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschreiben, es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Ansicht eines Rotationsdosierkopfs;
    • 2 eine teilweise geschnittene Ansicht des Rotationsdosierkopfs von 1 ohne eingesetzte Kartusche; und
    • 3 eine perspektivische Ansicht des Jet-Ventils des Rotationsdosierkopfs von 1 und 2.
  • Der in 1 und 2 dargestellte Rotationsdosierkopf 10 dient zum Jetten von fluiden Werkstoffen, beispielsweise Klebstoffen, und umfasst eine um eine Rotationsachse A (2) drehbare Rotationsplattform 12, die um 360° frei um die Rotationsachse A drehbar ist, und auf der ein Jet-Ventil 14 angeordnet ist, das eine Dosierachse D besitzt. Entlang der Dosierachse D werden kleinste Mengen an zu dosierendem Fluid auf ein (nicht dargestelltes) Werkstück ausgestoßen (gejettet).
  • Die Dosierplattform 12 ist auf einer im Querschnitt annähernd L-förmigen Halterung 16 angeordnet, wobei sich die Montageplattform 12 in dem in den Figuren horizontalen Schenkel der Halterung 16 befindet. Der vertikale Schenkel der Halterung 16 kann an einem Dosierroboter befestigt werden. An der Oberseite des vertikalen Schenkels der Halterung 16 ist eine weitere, ebenfalls im Wesentlichen L-förmige Stütze 18 befestigt, die einen über die Rotationsplattform 12 ragenden Kragarm 20 aufweist, an dessen freiem Ende eine um 360° frei drehbare Drehdurchführung 22 derart befestigt ist, dass deren Drehachse koaxial zur Rotationsachse A verläuft (2). Die Drehdurchführung 22 besitzt eine Vielzahl von elektrischen Schleifkontakten 24 sowie eine Drehdurchführung 26 für eine fluidische Versorgung des Rotationsdosierkopfes, die in einen Stutzen 28 mündet. Über die Schleifkontakte 24 kann eine elektrische Versorgung des Rotationsdosierkopfes erfolgen, nämlich eine Ansteuerung eines elektrischen Antriebs sowie eine Ansteuerung des Jet-Ventils 14. Über die fluidische Durchführung lässt sich das zu jettende Fluid mit Druck beaufschlagen.
  • Wie 1 verdeutlicht, ist auf der Rotationsplattform 12 eine Kartuschenhalterung 30 vorgesehen, in die eine mit Fluid gefüllte Kartusche 32 eingesetzt werden kann. Durch nicht näher dargestellte Schlauchverbindungen zwischen der Kartusche 32 und dem Jet-Ventil 14 sowie zwischen dem Stutzen 28 der Drehdurchführung 22 und einem Stutzen 33 der Kartusche lässt sich einerseits das in der Kartusche befindliche Fluid mit Druck beaufschlagen und andererseits zu dem Jet-Ventil 14 fördern. Um dabei die zwischen der Kartusche 33 und der Drehdurchführung 22 vorhandene Schlauchverbindung sowie die zwischen der Rotationsplattform 12 und der Drehdurchführung 22 vorhandenen elektrischen Leitungen bei einer Drehung zu entlasten, ist zwischen der Kartuschenhalterung 30 und einem drehbaren Teil 23 der Drehdurchführung 22 ein Mitnehmer 34 vorgesehen, so dass sich der drehbare Teil 23 der Drehdurchführung 22 zusammen mit der Rotationsplattform 12 um die Rotationsachse A dreht. Für einen Antrieb der Rotationsplattform 12 um die Rotationsachse A ist auf der Rotationsplattform 12 ein Elektromotor 36 vorgesehen, der über ein Zahnrad in einen Zahnkranz 38 mit einer Innenverzahnung 40 eingreift, der auf dem horizontalen Schenkel der Halterung 16 befestigt ist. Beim Antrieb des Elektromotors 36 dreht sich somit die in einem Kugellager 42 gelagerte Rotationsplattform 12 um die Achse A.
  • 3 zeigt eine vergrößerte perspektivische Darstellung des Jet-Ventils 14, das an seiner Oberseite einen Stecker 44 für eine elektrische Versorgung und einen seitlichen Stutzen 46 zur Zuführung des zu jettenden Mediums aufweist. Eine Austrittsdüse 48 ist verstellbar an dem Jet-Ventil 14 angeordnet und kann mit Hilfe eines Verstellhebels 50 entlang der Dosierachse D verstellt werden, wobei für eine erleichterte Einstellung eine Skala 52 vorgesehen ist. Auf diese Weise lässt sich der Dosierabstand, d.h. der Abstand zwischen der Düsenspitze 48 und dem Schnittpunkt zwischen der Dosierachse D und der Rotationsachse A (Dosierpunkt) verstellen.
  • Das Jet-Ventil 14 ist weiterhin derart an der Rotationsplattform 12 befestigt, dass der Winkel zwischen der Rotationsachse A und der Dosierachse D manuell eingestellt werden kann. Für eine erleichterte Einstellung sind dabei an dem Jet-Ventil 14 Zeiger 54 vorgesehen, so dass sich der eingestellte Winkel an einer in den Figuren nicht erkennbaren Skala ablesen lässt.
  • Durch den vorstehend beschriebenen Rotationsdosierkopf kann eine sehr wenig aufwendige Ansteuerung des Dosierroboters erfolgen, da der Roboter auch bei verändertem Dosierabstand, neuer Düsengeometrie oder einer veränderten Rotation oder eines veränderten Dosierwinkels immer nur den gleichen Weg fahren muss, ohne dass die Robotersteuerung eine Kompensation vornehmen muss.

Claims (10)

  1. Rotationsdosierkopf zum Jetten von fluiden Werkstoffen, umfassend eine um eine Rotationsachse (A) drehbare Rotationsplattform (12), die frei um 360° um die Rotationsachse (A) drehbar ist, und auf der ein Jet-Ventil (14) angeordnet ist, das eine Dosierachse (D) aufweist, derart dass bei einer Drehung der Rotationsplattform (12) der Schnittpunkt zwischen der Dosierachse (D) und der Rotationsachse (A) unverändert bleibt.
  2. Rotationsdosierkopf nach Anspruch 1, wobei für eine elektrische und fluidische Versorgung des Rotationsdosierkopfes eine um 360° frei drehbare Drehdurchführung (22) vorgesehen ist.
  3. Rotationsdosierkopf nach Anspruch 2, wobei zwischen der Rotationsplattform (12) und einem drehbaren Teil (23) der Drehdurchführung (22) ein Mitnehmer (34) vorgesehen ist.
  4. Rotationsdosierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf der Rotationsplattform (12) eine Kartuschenhalterung (30) vorgesehen ist.
  5. Rotationsdosierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Jet-Ventil (14) an der Rotationsplattform (12) verstellbar befestigt ist, derart dass dieses in Längsrichtung parallel zur Dosierachse (D) verstellbar ist, und dass der Winkel zwischen Dosierachse (D) und Rotationsachse (A) einstellbar ist, insbesondere zwischen zumindest 0° und 45.
  6. Rotationsdosierkopf nach Anspruch 5, wobei der Schnittpunkt zwischen der Dosierachse (D) und der Rotationsachse (A) bei einer Verstellung in Längsrichtung und/oder bei einer Winkelverstellung unverändert bleibt.
  7. Rotationsdosierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 oder 6, wobei für die Einstellung in Längsrichtung und/oder für eine Winkelverstellung eine Skala (52) vorgesehen ist.
  8. Rotationsdosierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf der Rotationsplattform (12) ein Drehantrieb, beispielsweise ein Elektromotor (36) vorgesehen ist.
  9. Rotationsdosierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Rotationsplattform (12) über einen Zahnkranz (38) angetrieben ist.
  10. Rotationsdosierkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Zahnkranz (38) eine Innenverzahnung (46) aufweist.
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