DE102019125998B4

DE102019125998B4 - Membrandosierer

Info

Publication number: DE102019125998B4
Application number: DE102019125998.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Blum; Harald Günthner
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: CN112547433A; DE102019125998A1

Abstract

Membrandosierer zur Aufbringung eines Dosiermittels (12), mit einer vom Dosiermittel (12) durchströmten Schlauchmembran (5), deren Membrankammer (7) einlassseitig mit einem Dosiermittel-Reservoir (11) verbunden ist und auslassseitig mit einem Dosierer-Auslass verbunden ist, wobei die Schlauchmembran (5) durch eine mit einem Druckmedium (19) druckbeaufschlagbare Druckkammer (3) geführt ist, wobei im Dosierer-Betrieb in einem Füll-Prozessschritt die Membrankammer (7) unter Schlauchmembran-Ausdehnung mit dem Dosiermittel (12) füllbar ist, und in einem Dosier-Prozessschritt das Druckmedium (19) in der Druckkammer (3) druckbeaufschlagbar ist, so dass unter Druckbeaufschlagung der Schlauchmembran (5) sowie unter Schlauchmembran-Kontraktion das Dosiermittel (12) in Richtung auf den Dosierer-Auslass verdrängbar ist, wobei das in der Druckkammer (3) befindliche Druckmedium (19) eine Hydraulikflüssigkeit ist, und wobei die Schlauchmembran (5) in der Druckkammer (3) in Umfangsrichtung komplett von Hydraulikflüssigkeit (19) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkammer (3) ein Heizelement (29) zugeordnet ist, bei dessen Aktivierung die Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer (3) erwärmbar ist, und zwar zur Einstellung eines Fließverhaltens des durch die Schlauchmembran (5) geförderten Dosiermittels (12).

Description

Die Erfindung betrifft einen Membrandosierer zum Aufbringen eines Dosiermittels, insbesondere Klebstoff, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Herstellung einer Klebverbindung kann mit Hilfe einer Applikationsvorrichtung ein fließfähiger Klebstoff entlang einer Applikationsbahn auf ein zu fügendes Bauteil aufgetragen werden. Hierzu weist die Applikationsvorrichtung einen Dosierer auf. Bei der Dosierung eines abrasiven Klebstoffs mit Hilfe eines herkömmlichen Kolben-Dosierers besteht die Problematik, dass der anhaftende, abrasive Klebstoff permanent durch das Dichtungspaket des Kolben-Dosierers gezogen wird. Hierdurch wird dieses angegriffen und zerstört. Zudem sind Klebstoff-Drücke und -Flüsse durch die Motoren-/Getriebekombinationen begrenzt.
Demgegenüber ist aus der DE 42 06 749 A1 eine Membrandosierpumpe bekannt. Diese weist eine von Dosiermittel durchströmte Schlauchmembran auf. Deren Membrankammer ist einlassseitig mit einem Dosiermittel-Reservoir verbunden und auslassseitig mit einem zu einer Applikationsdüse führenden Dosierer-Auslass verbunden. Die Schlauchmembran kann durch eine mit einem Druckmedium druckbeaufschlagbare Pumpenkammer geführt sein. Im Dosierer-Betrieb wird in einem Füll-Prozessschritt die Membrankammer unter Ausweitung der Schlauchmembran mit dem Dosiermittel gefüllt. In einem anschließenden Dosier-Prozessschritt wird das Druckmedium in der Pumpenkammer druckbeaufschlagt, so dass unter Druckbeaufschlagung der Schlauchmembran sowie unter dadurch erfolgender Schlauchmembran-Kontraktion das Dosiermittel in Richtung auf den Dosierer-Auslass verdrängt wird.
Aus der DE 41 41 670 A1 ist eine hydraulisch angetriebene Membranpumpe mit Membranhubbegrenzung bekannt. Aus der DE 10 2006 027 208 A1 ist eine gasbetriebene Membrandosierpumpe bekannt.
Aus der DE 10 2015 219 273 A1 ist eine gattungsgemäße Membraneinrichtung bekannt. Aus der DE 10 2017 223 242 A1 ist eine Steuervorrichtung zum Einstellen eines Werts einer Betriebsgröße bekannt. Aus der DE 39 13 000 A1 ist eine Vorrichtung zum Abgeben hochviskoser, pastöser kompressibler Substanzen bekannt. Aus der DE 10 2006 027 208 A1 ist eine gasbetriebene Membrandosierpumpe bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Membrandosierer bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik konstruktiv einfach herstellbar ist und im Applikationsbetrieb eine einwandfreie sowie betriebssichere Dosierung des Dosiermittels ermöglicht.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Erfindungsgemäß ist das in der Dosierkammer befindliche Druckmedium eine Hydraulikflüssigkeit. Erfindungsgemäß ist die in der Dosierkammer befindliche Schlauchmembran an ihrem Außenumfang alleine mit der Hydraulikflüssigkeit in Kontakt, und zwar bevorzugt insbesondere ohne mechanischen Anschlag, wodurch der Aufbau, die Konstruktionsweise und der Dosierer-Betrieb des Membrandosierers im Vergleich zum Stand der Technik vereinfacht werden kann.
Mittels der Erfindung ergeben sich die folgenden Vorteile: So fallen Dichtungen im Dosierer weg, die mit dem Klebstoff in Kontakt kommen könnten. Zudem sind keine Toträume im Materialfluss vorhanden. Die Temperatur des Klebstoffs kann über die Hydraulikflüssigkeit in der Dosierkammer konstant gehalten werden. Somit können temperaturbedingte Viskositätsschwankungen des Klebstoffs verhindert werden. Ferner kann durch die Heizung in der Hydraulikflüssigkeit eine gleichmäßige, schnelle Temperaturübertragung auf den Klebstoff ohne Hotspots erfolgen. Zudem kann der Druck in der Dosierkammer geregelt werden. Der Druckmessumformer ist Voraussetzung für die Druckregelung. Außerdem kann das Hydraulikaggregat (Antrieb) örtlich vom Dosierer getrennt werden. Ferner sind hohe Drücke sowie hohe Flüsse realisierbar und der Füllwiderstand ist gering. Außerdem ist nur noch eine Dosierergröße nötig.
Im Hinblick auf einen einwandfreien Dosierbetrieb ist es bevorzugt, wenn ein Drucksensor bereitgestellt wird, der im Füll-Prozessschritt sowie im Dosier-Prozessschritt den Ist-Hydraulikdruck in der Dosierkammer erfasst. Der Drucksensor kann in Signalverbindung mit einem elektronischen Steuergerät sein. In diesem Fall kann das elektronische Steuergerät auf der Grundlage des erfassten Ist-Hydraulikdruckes in der Dosierkammer sowohl den Füll-Prozessschritt als auch den Dosier-Prozessschritt steuern, ohne dass darüber hinaus mechanische Anschläge zur Begrenzung einer Schlauchmembran-Ausdehnung bzw. einer Schlauchmembran-Kontraktion erforderlich sind.
Im Hinblick auf eine konstruktiv einfache Druckbeaufschlagung der in der Dosierkammer befindlichen Hydraulikflüssigkeit kann eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem linear bewegbaren Hubkolben vorgesehen sein. Die Kolben-Zylinder-Einheit kann beispielhaft elektrisch oder hydraulisch angetrieben werden. Die Antriebseinheit der Kolben-Zylinder-Einheit kann in Signalverbindung mit dem Dosierer-Steuergerät sein.
Bevorzugt können der Drucksensor und die Kolben-Zylinder-Einheit zusammen mit dem Steuergerät in einem Regelkreis eingebunden sein. Im Dosier-Prozessschritt kann das Steuergerät den Ist-Hydraulikdruck in der Dosierkammer im Wesentlichen konstant auf einen Soll-Überdruck (zum Beispiel 100bar) regeln, und zwar bevorzugt durch Ansteuerung der Kolben-Zylinder-Einheit. Der Ist-Hydraulikdruck in der Dosierkammer kann bei einem entsprechenden Dosierhub des Hubkolbens bis auf den Soll-Überdruck gesteigert werden, um das in der Schlauchmembran befindliche Dosiermittel zum Dosierauslass zu verdrängen.
In einer technischen Umsetzung kann zwischen dem Dosiermittel-Reservoir und der Schlauchmembran ein Einlassventil angeordnet sein, während stromab der Schlauchmembran ein Auslassventil angeordnet ist. Im Füll-Prozessschritt ist das Einlassventil geöffnet, während das Auslassventil geschlossen ist. Demgegenüber ist im anschließenden Dosier-Prozessschritt das Einlassventil geschlossen, während das Auslassventil geöffnet ist.
In einer einfachen Ausführungsvariante können das Einlassventil und/oder das Auslassventil als Rückschlagventil realisiert sein. Alternativ dazu können zumindest das Auslassventil sowie die Kolben-Zylinder-Einheit in Signalverbindung mit dem elektronischen Steuergerät sein. In diesem Fall kann das Steuergerät im Dosier-Prozessschritt auf der Grundlage des vom Drucksensor erfassten Ist-Hydraulikdruckes in der Dosierkammer den Öffnungsgrad des Auslassventils und/oder den Hubkolben-Dosierhub einstellen. In gleicher Weise kann auch im Füll-Prozessschritt der Ist-Hydraulikdruck in der Dosierkammer überwacht werden.
Der Füll-Prozessschritt kann mittels einer Förderpumpe realisiert werden. Diese ist stromauf der Schlauchmembran angeordnet. Im Füll-Prozessschritt kann mittels der Förderpumpe das Dosiermittel vom Dosiermittel-Reservoir über das geöffnete Einlassventil in die Schlauchmembran gefördert werden, während sich gleichzeitig der Hubkolben der Kolben-Zylinder-Einheit in einem zum Dosierhub gegenläufigen Reversierhub verstellt.
Erfindungsgemäß ist der Druckkammer ein elektrisches Heizelement zugeordnet. Bei dessen Aktivierung kann die Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer erwärmt werden, und zwar zur Einstellung des durch die Schlauchmembran geförderten Dosiermittels.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 und 2 jeweils eine schematische Ansicht eines Membrandosierers in unterschiedlichen Betriebszuständen.

In der 1 ist in einer grob schematischen Seitenschnittdarstellung ein Membrandosierer gezeigt, mit dem ein fließfähiger Klebstoff 12 auf eine nicht dargestellte Applikationsstelle applizierbar ist. Der Membrandosierer weist ein Dosierergehäuse 1 mit einer Druckkammer 3 auf, in der eine Schlauchmembran 5 angeordnet ist. Die Schlauchmembran 5 begrenzt radial innen eine Membrankammer 7, die über einen Einlasskanal 9 mit einem Klebstoff-Reservoir 11 verbunden ist. Im Einlasskanal 9 sind ein Einlassventil 13 und eine Förderpumpe 14 angeordnet. Auslassseitig wird das Dosiermedium durch die Membrankammer 7 der Schlauchmembran 5 über einen Auslasskanal 15 und ein Auslassventil 17 auf das Bauteil befördert.
In der 1 oder 2 ist die Druckkammer 3 mit einer Hydraulikflüssigkeit 19 gefüllt. Diese kann bei einem später beschriebenen Dosier-Prozessschritt mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 21 mit Druck beaufschlagt werden.
Das Einlassventil 13, das Auslassventil 17, die Kolben-Zylinder-Einheit 21, die Förderpumpe 14, ein Drucksensor 23 sowie ein später beschriebenes Heizelement 29 sind in Signalverbindung mit einem Steuergerät 25 und in einem Regelkreis R eingebunden, mit dem ein nachfolgend beschriebener Betrieb regelbar ist, der einen Füll-Prozessschritt (1) und einen Dosier-Prozessschritt (2) aufweist.
Im Füll-Prozessschritt (1) wird das Einlassventil 13 vom Dosierer-Steuergerät 25 geöffnet, während das Auslassventil 17 geschlossen bleibt. Gleichzeitig aktiviert das Steuergerät 25 die Förderpumpe 14, wodurch Klebstoff 12 aus dem Klebstoff-Reservoir 11 durch das geöffnete Einlassventil 13 in die Membrankammer 7 der Schlauchmembran 5 gefördert wird, und zwar unter Schlauchmembran-Ausdehnung.
Im Füll-Prozessschritt bewegt sich ein Hubkolben 27 der Kolben-Zylinder-Einheit 21 in einem zum Dosierhub D (2) gegenläufigen Reversierhub S nach oben, wodurch die aufgrund der Schlauchmembran-Ausdehnung verdrängte Hydraulikflüssigkeit 19 in eine Arbeitskammer 26 der Kolben-Zylinder-Einheit 21 verlagert wird. Während des Füll-Prozessschrittes (1) erfasst der Drucksensor 23 den Ist-Hydraulikdruck in der Druckkammer 3 und leitet ein entsprechendes Drucksignal zum Steuergerät 25, wodurch das Steuergerät 25 den Füll-Prozessschritt auf der Grundlage des Ist-Hydraulikdruckes in der Druckkammer 3 regeln kann.
Zum Ende des Füll-Prozessschrittes schließt das Steuergerät 25 das Einlassventil 13. Anschließend erfolgt ein Dosier-Prozessschritt, bei dem das Steuergerät 25 das Auslassventil 17 öffnet und die Kolben-Zylinder-Einheit 21 ansteuert, damit deren Hubkolben 27 einen Dosierhub D (2) ausführt. Auf diese Weise wird die Hydraulikflüssigkeit 19 in der Druckkammer 3 mit einem Dosierüberdruck beaufschlagt, so dass der in der Schlauchmembran 5 befindliche Klebstoff in Richtung auf den Dosierer-Auslass verdrängt wird, und zwar unter Schlauchmembran-Kontraktion.
Im Dosier-Prozessschritt (2) erfasst das Steuergerät 25 ebenfalls den Ist-Hydraulikdruck in der Druckkammer 3, um den Dosier-Prozessschritt auf der Grundlage des vom Drucksensor 23 erfassten Ist-Hydraulikdruck zu steuern.
Bevorzugt regelt das Steuergerät 25 im Dosier-Prozessschritt den Ist-Hydraulikdruck im Wesentlichen konstant auf einen Soll-Überdruck, und zwar insbesondere durch entsprechende Ansteuerung der Kolben-Zylinder-Einheit 21. Die zu applizierende Klebstoff-Menge wird durch ein Variieren des Öffnungsquerschnitts des Auslassventils 17 eingestellt.
In den 1 und 2 ist die Schlauchmembran 5 in der Umfangsrichtung komplett in Kontakt mit der Hydraulikflüssigkeit und ist auf einen mechanischen Anschlag verzichtet, mit dem die Schlauchmembran 5 während des Füll-Prozessschrittes oder während des Dosier-Prozessschrittes in Anlage kommen kann. Von daher kann der Hydraulikdruck großflächig über den gesamten Schlauchmembran-Umfang verteilt auf diese einwirken.
Zudem ist gemäß den 1 und 2 das elektrisch ansteuerbare Heizelement 29 in der Druckkammer 3 angeordnet. Das Heizelement 29 ist ebenfalls in Signalverbindung mit dem Dosierer-Steuergerät 25. Bei Aktivierung des Heizelementes 29 wird die Hydraulikflüssigkeit 19 in der Druckkammer 3 erwärmt, wodurch temperaturbedingte Viskositätsschwankungen des durch die Schlauchmembran 5 geführten Klebstoffs ausgleichbar sind. Zudem kann durch die vergleichsweise große Wärmeübertragungsfläche am Außenumfang der Schlauchmembran 5 eine gleichmäßige sowie schnelle Wärmeübertragung auf den durch die Schlauchmembran 5 geführte Klebstoff erzielt werden.
Bezugszeichenliste

1: Dosierergehäuse
3: Druckkammer
5: Schlauchmembran
7: Membrankammer
9: Einlasskanal
11: Klebstoff-Reservoir
12: Dosiermedium, Klebstoff
13: Einlassventil
14: Förderpumpe
15: Auslasskanal (Düse)
17: Auslassventil
19: Hydraulikflüssigkeit
21: Kolben-Zylinder-Einheit
23: Drucksensor
25: Steuergerät
26: Arbeitskammer
27: Hubkolben
29: Heizelement
D: Dosierhub
S: Reversierhub
R: Regelkreis

Claims

Membrandosierer zur Aufbringung eines Dosiermittels (12), mit einer vom Dosiermittel (12) durchströmten Schlauchmembran (5), deren Membrankammer (7) einlassseitig mit einem Dosiermittel-Reservoir (11) verbunden ist und auslassseitig mit einem Dosierer-Auslass verbunden ist, wobei die Schlauchmembran (5) durch eine mit einem Druckmedium (19) druckbeaufschlagbare Druckkammer (3) geführt ist, wobei im Dosierer-Betrieb in einem Füll-Prozessschritt die Membrankammer (7) unter Schlauchmembran-Ausdehnung mit dem Dosiermittel (12) füllbar ist, und in einem Dosier-Prozessschritt das Druckmedium (19) in der Druckkammer (3) druckbeaufschlagbar ist, so dass unter Druckbeaufschlagung der Schlauchmembran (5) sowie unter Schlauchmembran-Kontraktion das Dosiermittel (12) in Richtung auf den Dosierer-Auslass verdrängbar ist, wobei das in der Druckkammer (3) befindliche Druckmedium (19) eine Hydraulikflüssigkeit ist, und wobei die Schlauchmembran (5) in der Druckkammer (3) in Umfangsrichtung komplett von Hydraulikflüssigkeit (19) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkammer (3) ein Heizelement (29) zugeordnet ist, bei dessen Aktivierung die Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer (3) erwärmbar ist, und zwar zur Einstellung eines Fließverhaltens des durch die Schlauchmembran (5) geförderten Dosiermittels (12).
Membrandosierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrandosierer zur Druckbeaufschlagung der in der Druckkammer (3) befindlichen Hydraulikflüssigkeit (19) eine Kolben-Zylinder-Einheit (21) mit einem Hubkolben (27) aufweist, und dass im Dosier-Prozessschritt der Hubkolben (27) einen Dosierhub (D) ausführt, wodurch die Druckkammer (3) mit einem Überdruck beaufschlagbar ist, so dass das in der Schlauchmembran (5) befindliche Dosiermittel (12) zum Dosiererauslass förderbar ist.
Membrandosierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (23) bereitgestellt ist, der im Füll-Prozessschritt und im Dosier-Prozessschritt einen Ist-Hydraulikdruck in der Druckkammer (3) erfasst.
Membrandosierer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (23) und die Kolben-Zylinder-Einheit (21) zusammen mit einem elektronischen Steuergerät (25) in einem Regelkreis (R) eingebunden ist, und dass im Dosier-Prozessschritt das Steuergerät (25) den Ist-Hydraulikdruck im Wesentlichen konstant auf einen Soll-Überdruck regelt, und zwar durch entsprechende Ansteuerung der Kolben-Zylinder-Einheit (21).
Membrandosierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der Schlauchmembran (5) ein Einlassventil (13) angeordnet ist, das im Füll-Prozessschritt geöffnet ist und im Dosier-Prozessschritt geschlossen ist, und/oder dass stromab der Schlauchmembran (5) ein Auslassventil (17) angeordnet ist, das im Dosier-Prozessschritt geöffnet ist und im Füll-Prozessschritt geschlossen ist.
Membrandosierer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (13) und/oder das Auslassventil (17) als Steuerventile in Signalverbindung mit dem elektronischen Steuergerät (25) sind, und dass im Dosier-Prozessschritt zur Einstellung der zu applizierenden Dosiermittel-Menge das Steuergerät (25) einen Öffnungsgrad des Auslassventils (15) variiert.
Membrandosierer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der Schlauchmembran (5) eine vom Steuergerät (25) ansteuerbare Förderpumpe (14) angeordnet ist, und dass im Füll-Prozessschritt mittels der Förderpumpe (14) Dosiermittel (12) vom Dosiermittel-Reservoir (11) über das geöffnete Einlassventil (13) in die Schlauchmembran (5) förderbar ist, während sich gleichzeitig der Hubkolben (27) der Kolben-Zylinder-Einheit (21) in einem zum Dosierhub (D) gegenläufigen Reversierhub (S) verstellt.