DE102021121588A1

DE102021121588A1 - Vorrichtung zum exakten Dosieren eines Fluides, Dosiersystem sowie Verfahren zum exakten Dosieren eines Fluides

Info

Publication number: DE102021121588A1
Application number: DE102021121588.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Zöller
Original assignee: Microstep Schrittmotoren Steuerungen Bewegungssysteme GmbH
Current assignee: Microstep Schrittmotoren Steuerungen Bewegungssysteme GmbH
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2023-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum exakten Dosieren eines insbesondere pastösen Fluides mit einem Grundkörper, einem mit dem Grundkörper kraftführend verbundenen Kolbenreservoir mit einem Reservoirraum zum Aufnehmen des Fluids, einer am Reservoirraum für das Fluid durchlässig angeordneten Düse zum Ausbringen des Fluids aus dem Reservoirraum des Kolbenreservoirs, sowie eines mittels eines Antriebsmotors angetriebenen und dem Grundkörper zugeordneten Kolbens, wobei der in einem Förderzustand mittels des Antriebsmotors angetriebene Kolben mechanisch in Richtung der Düse auf den Reservoirraum des Kolbenreservoir einwirkt, sodass das Fluid mittels eines durch den Kolben auf das Fluid im Reservoirraum aufgebrachten Drucks aus der Düse ausbringbar ist, wobei der Antriebsmotor ein Schrittmotor ist, sodass im Förderzustand mittels durch einzelne Schritte des Schrittmotors initiierte Förderinkremente ein jeweiliges Dosieren einer definierten Teilmenge des Fluides aus der Düse ermöglicht ist. Weiterhin wird ein Dosiersystem sowie ein Verfahren zum exakten Dosieren eines Fluides vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum exakten Dosieren eines insbesondere pastösen Fluides mit einem Grundkörper, einem mit dem Grundkörper kraftführend verbundenen Kolbenreservoir mit einem Reservoirraum zum Aufnehmen des Fluids, einer am Reservoirraum für das Fluid durchlässig angeordneten Düse zum Ausbringen des Fluids aus dem Reservoirraum des Kolbenreservoirs, sowie eines mittels eines Antriebsmotors angetriebenen und dem Grundkörper zugeordneten Kolbens, wobei der in einem Förderzustand mittels des Antriebsmotor angetrieben Kolben mechanisch in Richtung der Düse auf den Reservoirraum des Kolbenreservoirs einwirkt, sodass das Fluid mittels eines durch den Kolben auf das Fluid im Reservoirraum aufgebrachten Drucks aus der Düse ausbringbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Dosiersystem mit einer Vorrichtung gemäß der genannten Art sowie ein Verfahren zum exakten Dosieren eines Fluides, insbesondere eines pastösen Fluides, mit einer Vorrichtung gemäß der genannten Art.
Bekannte Dosiervorichtungen beruhen entweder auf dem Prinzip einer Förderung des Fluides mittels Druckluft, wobei die Kompressibilität der Druckluft Nachteile bei der Präzision der Förderung hervorruft, oder weisen aufwändige Mechaniken mit beispielsweise einer mechanischen Kraft- oder Drehmomentführung mittels einer flexiblen Welle auf. Solche Systeme mit flexibler Welle benutzen dabei beispielsweise einen Elektromotor als Antrieb, welcher nicht präzise im Bezug auf eine Position regelbar oder steuerbar ist. Insgesamt ist die Dosierung mit genannten Vorrichtungen daher relativ ungenau.
Die US 6,575,311 B1 offenbart beispielsweise eine Dosiervorrichtung, welchen einen Aktuator aufweist, der auf eine hydraulische Kopplungseinrichtung einwirkt. Mittels der hydraulischen Kopplungseinrichtung wird dann ein Kolben in einem Reservoir betätigt, der ein Fluid aus dem Reservoir ausbringt.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum exakten Dosieren eines insbesondere pastösen Fluides mit einem Grundkörper, einem mit dem Grundkörper kraftführen verbundenen Kolbenreservoir mit einem Reservoirraum zum Aufnehmen des Fluids, einer am Reservoirraum für das Fluid durchlässig angeordneten Düse zum Ausbringen des Fluids aus dem Reservoirraum des Kolbenreservoirs, sowie eines mittels eines Antriebsmotors angetriebenen und dem Grundkörper zugeordneten Kolbens, wobei der in einem Förderzustand mittels des Antriebsmotor s angetriebene Kolben mechanisch in Richtung der Düse auf den Reservoirraum des Kolbenreservoirs einwirkt, sodass das Fluid mittels eines durch den Kolben auf das Fluid im Reservoirraum aufgebrachten Drucks aus der Düse ausbringbar ist, wobei der Antriebsmotor ein Schrittmotor ist, sodass im Förderzustand mittels durch einzelne Schritte des Schrittmotors initiierte Förderinkremente ein jeweiliges Dosieren einer definierten Teilmenge des Fluides aus der Düse ermöglicht ist.
Durch die Verwendung eines Schrittmotors, welcher in der Lage ist, einzelne Schritte auszuführen, kann der Kolben der Vorrichtung besonders präzise und positionsgenau geführt und angesteuert werden, sodass ein jeweiliges exaktes Dosieren einer definierten Teilmenge des Fluids aus der Düse ermöglicht ist. Weiterhin kann ein solcher Schrittmotor mittels einer entsprechenden Steuerungseinheit oder einer entsprechenden Elektronik sehr fein in einzelnen Schritten angesteuert werden. Somit kann beispielsweise auch in Abhängigkeit von anderen Prozessparametern, beispielsweise einer Kontursteuerung der Vorrichtung mittels einer Robotik oberhalb einer Oberfläche, auf welche ein Fluid aufgebracht werden soll, der Prozess bezüglich der Ausbringung des Fluides sicher geführt werden.
Folgende Begriffe seien dazu erläutert:

„Eine Vorrichtung zum exakten Dosieren“ ist eine Vorrichtung, welche beispielsweise dazu geeignet ist, ein Fluid oder auch ein pastöses Fluid besonders mengengenau auszubringen und beispielsweis auf eine Oberfläche aufzubringen. Eine solche Vorrichtung kann dabei eine spritzenartige Anordnung aufweisen, in welcher das Fluid aufbewahrt ist.

Ein „Fluid“ kann eine Flüssigkeit, ein Gel oder auch eine Paste sein. Beispielsweise ist ein solches Fluid ein Lack, eine Beschichtung, ein Klebstoff, ein Dichtstoff oder ein anderes, insbesondere pastöses, Medium, welches zum Erfüllen einer Funktion auf beispielsweise eine Oberfläche aufgebracht wird. „Pastös“ beschreibt dabei ein Fluid, welches streichbar und/oder teigartig ist, also bei einem Aufbringen auf eine beispielsweise schräge Oberfläche nicht flüssig abläuft. So weist eine Flüssigkeit beispielsweise ein Viskosität zwischen 0,7 mPa s und 10⁵ mPa s, eine pastöses Fluid beispielsweise jedoch zwischen 10³ mPa S und 10¹³ mPa s auf, wobei sich diese Bereiche je nach Feststoffanteil in beispielsweise einer Paste überschneiden können.
Ein „Grundkörper“ ist beispielsweise ein zentrales Element der Vorrichtung, an welchem unterschiedliche Bestandteile der Vorrichtung angebracht und/oder mechanisch mit diesem Grundkörper verbunden sind. Beispielsweise ist ein solcher Grundkörper ein Zentralrahmen, ein Tragelement oder beispielsweise auch ein Grundkörper, welcher gleichzeitig die Funktion eines Handgriffes oder eines Bediengriffes erfüllt.
Ein „Kolbenreservoir“ ist ein Reservoir, welches dazu geeignet oder derart ausgebildet ist, dass mittels eines Kolbens des Kolbenreservoirs ein entsprechend im Reservoir befindliches Medium, beispielsweise ein Fluid oder ein pastöses Fluid, unter Druck gesetzt werden kann. Beispielsweise ist ein solches Kolbenreservoir eine zylindrische Hülle mit einem darin geführten flüssigkeitsdichten Kolben. Insbesondere kann ein solches Kolbenreservoir auch eine handelsübliche Spritze sein.
Ein „Reservoirraum“ beschreibt dabei den Innenraum des Kolbenreservoirs, in welchem das Fluid, insbesondere das pastöse Fluid, aufgenommen werden kann.
Eine „Düse“ ist im einfachsten Fall ein beispielsweise an der dem Kolben abgewandten Spitze des Kolbenreservoirs angeordnetes Loch im Kolbenreservoir oder eine entsprechend ausgeformte Führung für das Fluid, sodass das Fluid beispielsweise an einer definierten Position aus dem Kolbenreservoir ausgebracht werden kann.
Ein „Antriebsmotor“ ist beispielsweise ein Elektromotor, kann jedoch auch jede andere zum Antrieb des Kolbens geeignete Einrichtung sein. Beispielsweise ist ein solcher Antriebsmotor ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb oder ein Magnetantrieb.
Ein „Kolben“ ist ein mechanisches Element, welches geeignet ist, einen Querschnitt des Kolbenreservoirs flüssigkeits- oder fluiddicht gegen eine Wandung des Kolbenreservoirs abzudichten, sodass bei einem Druck auf den Kolben in Richtung des Fluides das Fluid dem Druck ausgesetzt wird.
Ein „Schrittmotor“ ist beispielsweise ein Synchronmotor, bei dem der Rotor durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld entsprechender Statorspulen, also der nicht-drehbaren Motorteile, um einen kleinen, insbesondere definierten, Winkel oder ein Vielfaches dieses Winkels gedreht werden kann. Schrittmotoren sind auch als Linearmotoren oder Linearakutatoren bekannt, wobei bei solchen linearen Schrittmotoren analog eine lineare, schrittweise Bewegung des dann linear angeordneten Rotors initiiert wird. Solche Schrittmotoren folgen dabei exakt einem angelegten elektromagnetischen Feld und können auch ohne Sensoren für eine Positionsrückmeldung sehr genau betrieben werden. Solche Schrittmotoren sind in der Regel durch eine sehr hohe Polpaaranzahl gekennzeichnet. Solche Schrittmotoren können deutlich einfacher betrieben werden als beispielsweise Servomotoren oder Synchronmotoren, welche jeweils auf eine gewünschte Position eingeregelt werden müssen. Weiterhin kann ein solcher Schrittmotor aber auch mit einem sehr gleichförmigen Drehfeld angesteuert sehr gleichförmig betrieben werden, also ähnlich eines normalen Motors, wenn beispielsweise ein kontinuierliches Fördern des Fluides erforderlich ist.
Ein „Schritt“ eines solchen Schrittmotors beschreibt dabei die kleinste Winkel- oder Lineareinheit, um die ein solcher Schrittmotor bei entsprechender externer Anregung bewegt werden kann.
Ein „Förderinkrement“ beschreibt äquivalent dazu die entsprechende Reaktion des Kolbens, welcher beispielsweise dann entsprechend eines Förderinkrementes eine entsprechende exakte Menge des Fluides aus der Düse ausfördert.
Um die Vorrichtung mit am Markt verfügbaren Antriebsmotoren ausstatten zu können und die Konstruktion der Vorrichtung insgesamt einfach zu gestalten, ist der Schrittmotor ein Axial-Schrittmotor oder ein Radial-Schrittmotor, wobei insbesondere ein Radial-Schrittmotor mit einem auf den Kolben wirkenden Spindeltrieb verwendet wird. Ein solcher Spindeltrieb hat dabei zusätzlich den Vorteil, dass ein sogenannter „Schrittverlust“, also ein Überspringen des Schrittmotors außerhalb seiner gewünschten Funktion über einen oder mehrere Schritte ohne Anregung, durch einen beispielsweise selbsthemmenden Spindeltrieb wirksam verhindert wird.
In einer Ausführungsform weist der Grundkörper eine Aufnahme zum Aufnehmen des Kolbenreservoirs und das Kolbenreservoir eine Gegenaufnahme zum Verbinden mit der Aufnahme auf, sodass das Kolbenreservoir austauschbar mit dem Grundkörper verbunden ist.
Somit kann die Vorrichtung mit austauschbaren Kolbenreservoirs, welche beispielsweise eine vordefinierte Menge eines Fluides, beispielsweise eines Klebstoffes mit einer bestimmten, zeitlich begrenzten Haltbarkeitsdauer enthalten, ausgestaltet werden.
Eine „Aufnahme“ ist dabei eine entsprechende, beispielsweise geometrische, Ausformung am Grundkörper, welche dazu geeignet ist, ein entsprechend gegenteilig oder invers geformtes Bauteil, nämlich eine „Gegenaufnahme“, im Kolbenreservoir reversibel aufzunehmen. Aufnahme und Gegenaufnahme sind dabei geometrisch zueinander korrespondierend, also beispielsweise sich gegenteilig ergänzend, ausgeformt.
„Austauschbar“ beschreibt dabei die Eigenschaft, dass beispielsweise eine beliebige Anzahl von Kolbenreservoirs an die Aufnahme am Grundkörper angeschlossen werden können und diese jeweils auch wieder entfernbar sind. Somit kann beispielsweise über den Verlauf eines Arbeitstages eine Vielzahl von Kolbenreservoirs mit einer entsprechenden Menge eines im jeweiligen Kolbenreservoir gelagerten Fluides verwendet und verbraucht werden, wobei die Vorrichtung jeweils weiter in Verwendung bleibt.
Um die Aufnahme sicher und einfach bedienbar zu gestalten, weist oder weisen die Aufnahme und das Kolbenreservoir jeweils ein Gewinde, einen Bajonettverschluss und/oder einen Klickverschluss auf, sodass insbesondere ein werkzeugloser Austausch des Kolbenreservoirs ermöglicht ist.
Ein „Gewinde“ ist eine rotatorisch verlaufende profilierte Einkerbung, welche fortlaufend wendelartig entlang einer sogenannten Schraubenlinie in einer zylinderförmigen Innen- oder Außenwand verläuft. Ein solches Gewinde ist weitreichend bekannt, beispielsweise für Schrauben.
Ein „Bajonettverschluss“ ist eine wiederholt und vorzugsweise schnell und einfach herstellbare und zudem lösbare mechanische Verbindung zweier beispielsweise zylindrischer Teile entlang ihrer Längsachse. Die entsprechenden Teile werden durch ein Ineinanderstecken und nachfolgendes entgegengesetztes Drehen verbunden und so in inverser Abfolge auch wieder getrennt.
Ein „Klickverschluss“ ist ein Verschluss oder auch ein Verschlusssystem, welches mittels eines elastisch verformten Bauteiles und einer Verbindung entsprechender Bauteile bei entspanntem Zustand dieser elastisch verformten Bauteile, beispielsweise nach dem Prinzip des Widerhakens, funktioniert. Solche Klickverschlüsse sind weithin bekannt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Aufnahme ein formend ausgeführtes Gewindeteil oder weist ein formend ausgeführtes Gewindeteil auf, sodass der in einem Ausgangszustand ohne Gewinde, beispielsweise zylindrisch, ausgeführten Gegenaufnahme während eines Verbindens der Gegenaufnahme mit der formend ausgeführten Aufnahme durch eine Rotation des Kolbenreservoirs und/oder der Gegenaufnahme ein Gewinde aufgeprägt wird, insbesondere durch ein Umformen mittels eines Formelements an der Aufnahme oder ein Schneiden mittels eines Schneidelements an der Aufnahme.
Dabei kann vorteilhafterweise das entsprechende Kolbenreservoir, insbesondere die Gegenaufnahme des Kolbenreservoirs, beispielsweise aus einem weichen Kunststoff bestehen, wobei die formend ausgeführte Aufnahme und/oder das formend ausgeführte Gewindeteil aus einem harten Werkstoff, beispielsweise einem Metall, besteht. Somit kann das formend ausgeführte Gewindeteil durch Formveränderung ein entsprechendes Gewinde in beispielsweise das Kolbenreservoir einprägen, während das Kolbenreservoir auf dieses Gewindeteil aufgeschraubt wird.
In einer Alternativen kann das Gewindeteil dabei auch schneidend ausgeführt werden, beispielsweise mittels eines Schneidelementes, also mittels Schneidkanten, sodass entsprechende Gewindegänge in beispielsweise das Kolbenreservoir eingeschnitten werden.
Um den Kolben der Vorrichtung bei einem Wechsel des Kolbenreservoirs nicht unnötig zu verschmutzen und/oder beispielsweise eine Kontamination unterschiedlicher Füllungen von Kolbenreservoirs gegeneinander zu vermeiden, weist das Kolbenreservoir einen im Kolbenreservoir angeordneten und mit der Wandung des Kolbenreservoirs fluiddicht abschließenden Reservoirkolben auf, wobei der Reservoirkolben mittels einer mechanischen Einwirkung des mit dem Antriebsmotor angetriebenen Kolbens in Richtung der Düse antreibbar ist, sodass insbesondere kein direkter Kontakt des angetriebenen Kolbens zum Fluid vorliegt.
Beispielsweise kann in einem jeweiligen Kolbenreservoir in Richtung der Vorrichtung angeordnet ein Reservoirkolben schon am befüllten Kolbenreservoir vorgesehen sein, sodass beispielsweise auch im Kolbenreservoir gelagertes Fluid keinerlei äußeren Einflüssen ausgesetzt ist. Wirkt der Kolben durch einen Druck und ohne weitere mechanische Kopplung oder Verbindung auf den Reservoirkolben, so ist zudem sichergestellt, dass ein Zurückziehen des Reservoirkolbens erschwert oder nicht ermöglicht ist, sodass nur ein Herausfördern des Fluides aus dem Kolbenreservoir ermöglicht ist. Dies schafft zusätzliche Betriebssicherheit.
Ein solcher „Reservoirkolben“ ist dabei analog zum obig beschriebenen Kolben ein mechanisches Bauteil, welches gegenüber entsprechenden Wandungen des Reservoirs abschließt. Im einfachsten Falle ist ein solcher Reservoirkolben eine passgenaue Scheibe, welche dem Innendurchmesser des Kolbenreservoirs entspricht.
In einer Ausführungsform ist die Düse am Kolbenreservoir, insbesondere einstückig mit dem Kolbenreservoir verbunden, angeordnet.
Somit kann mit einem jeweiligen Kolbenreservoir eine passende Düse mitgeliefert werden, sodass keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Dosiersystem zum exakten Dosieren eines insbesondere pastösen Fluids mit einer Vorrichtung gemäß einer oder mehrerer der vorig beschriebenen Ausführungsformen und einer Steuerungseinheit zum automatischen und/oder eingabeabhängigen Steuern der Vorrichtung, sodass in Abhängigkeit von der Steuerungseinheit ein Dosieren des Fluides erfolgt.
Die Steuerungseinheit eines solchen Dosiersystem kann dabei, beispielsweise auch abhängig von Eingaben eines Bedieners, entsprechende Steuersignale an die Vorrichtung senden und so ein exaktes Dosieren des Fluides steuern. Beispielsweise können mittels der Steuerungseinheit auch gekoppelte Funktionen ausgeführt werden, sodass beispielsweise ein teilautomatisches Ausbringen eines Klebstoffes auf eine Bauteiloberfläche während einer robotischen Steuerung eines die Vorrichtung aufnehmenden Kopfes des Roboters erfolgt.
Eine „Steuerungseinheit“ ist dabei beispielsweise ein Computer, ein Steuergerät oder ein entsprechend in einer Software umgesetztes Verhalten einer Anlage, welche die vorig beschriebenen Funktionen ausführt.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum exakten Dosieren eines Fluides, insbesondere eines pastösen Fluides mit einer Vorrichtung gemäß einer der vorig beschriebenen Ausführungsformen oder einem Dosiersystem der vorig beschriebenen Art, mit den Schritten:

- Bereitstellen des Fluides im Kolbenreservoir in einem Ruhezustand, sodass das Fluid im Ruhezustand im Kolbenreservoir vorliegt,
- Fördern des Fluides in einem Förderzustand mittels durch einzelne Schritte des Schrittmotors initiierte Förderinkremente, sodass ein jeweiliges Dosieren einer definierten Teilmenge des Fluides je Förderinkrement aus der Düse erfolgt,

Ein „Ruhezustand“ beschreibt dabei den Zustand der Vorrichtung, in dem der Antriebsmotor, insbesondere der Schrittmotor, nicht betätigt ist, sodass kein Fördern des Fluides durchgeführt wird und insbesondere keine Bewegung des Kolbens und/oder des Reservoirkolbens hervorgerufen wird.
Demgegenüber ist ein „Förderzustand“ der Zustand, in welchem der Antriebsmotor, insbesondere der Schrittmotor angesteuert und damit betrieben ist. Somit wird im Förderzustand eine entsprechende Bewegung des Kolbens und/oder des Reservoirkolbens ausgelöst, sodass Fluid gefördert wird.
Um ein Abtropfen eines entsprechenden Fluides oder ein übermäßiges Fördern des Fluides durch beispielsweise einer Kompressibilität des Fluides zu vermeiden, wird die Vorrichtung nach dem Fördern eines Fluides und/oder nach einem Überführen der Vorrichtung in einen Ruhezustand derart betrieben, dass ein durch inverse Schritte des Schrittmotors initiiertes Zurückziehen des Kolbens in einen Entlastungszustand erfolgt, sodass das Fluid druckentlastet und ein überschüssiges Fördern des Fluides wirksam unterbunden wird.
Ein „Entlastungszustand“ ist dabei der Zustand, in dem der Kolben so weit zurückgezogen ist, dass das Fluid zumindest teilweise oder bestenfalls vollständig druckentlastet gegenüber einem umgebenden atmosphärischen Druck ist.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Dosiereinrichtung in einer Seitenansicht,
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Dosiereinrichtung in einer Seitenansicht,
3 ein Dosiersystem mit einer Dosiereinrichtung und einem Steuergerät in einer schematischen Seitenansicht, sowie
4 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebes einer Dosiereinrichtung oder eines Dosiersystems der oben genannten Art.

Eine Dosiereinrichtung 101 ist in einer Halterung 103 aufgenommen. Die Halterung 103 ist dabei beispielhaft genannt, und kann beispielsweise einen Roboter, eine mehrachsige Führung oder auch eine manuelle Führung repräsentieren. Die Dosiereinrichtung 101 wird über ein Werkstück 141 entlang einer Vorschubrichtung 191 geführt. Die Dosiereinrichtung 101 weist einen Schrittmotor 105 mit einem durch den Schrittmotor 105 angetriebenen Spindeltrieb 107 auf. Der Spindeltrieb 107 wirkt auf einen Kolben 109, welcher durch den Schrittmotor 105 axial entlang einer Förderrichtung 193 bewegt werden kann.
Der Schrittmotor 105 bildet gleichzeitig den Grundkörper der Dosiereinrichtung 101 und weist an einer Stirnseite Bajonettaufnahmen 121 auf. In den Bajonettaufnahmen 121 ist ein Bajonettanschluss 123 eines Reservoirs 113 aufgenommen. Innerhalb des Reservoirs 113 ist Klebstoff 111 aufgenommen, welcher bei einer Bewegung des Kolbens 109 entlang der Förderrichtung 193 aus einer Düse 115 in Form einer Raupe 117 auf das Werkstück 141 ausgebracht wird.
Ein Anschlusskabel 131 verbindet den Schrittmotor 105 beispielsweise mit einer externen Steuereinheit und versorgt den Schrittmotor 105 gleichzeitig mit der notwendigen Betriebsspannung.
Analog dazu weist eine Dosiereinrichtung 201, welche in einer Halterung 203 aufgenommen ist, einen Schrittmotor 205 mit einem Spindeltrieb 207 auf. Der Aufbau und die Verwendung ist dabei identisch der vorig beschriebene Dosiereinrichtung 101. Im Unterschied zur Dosiereinrichtung 101 weist die Dosiereinrichtung 201 jedoch an der Stirnseite des Schrittmotors 205 ein Gewindestück 223 auf, an welches ein Anschluss 221 eines Reservoirs 213 aufgeschraubt ist. Der Anschluss 221 des Reservoirs 213 ist dabei zunächst ohne Gewindegänge, jedoch aus einem weichen Kunststoff ausgebildet, sodass das Gewinde direkt beim Aufschrauben des Reservoirs 213 auf das Gewindestück 223 in den Anschluss 221 geformt wird.
Das Reservoir 213 weist ebenfalls eine Düse 215 auf, sodass aus einem Innenraum 211 herausgefördertes Fluid aus der Düse 215 ausgebracht werden kann.
Am Spindeltrieb 207 des Schrittmotors 205 ist ein Kolben 208 angeordnet, welcher jedoch nicht direkt auf den Innenraum 211, sondern auf einen Reservoirkolben 209 drückt. Der Reservoirkolben 209 ist an einer Innenkontur des Innenraums 211 angeordnet und schließt den Innenraum 211 fluiddicht ab. Mechanische Kräfte des Kolbens 208 werden damit auf den Reservoirkolben 209 übertragen, wobei ein entsprechendes im Innenraum 211 befindliches Fluid nicht mit dem Kolben 208 in Kontakt kommt.
Insgesamt kann damit das Reservoir 213 jederzeit ausgetauscht werden, auch in einem teilweise entleerten Zustand, wobei die eigentliche Dosiereinrichtung 201 und der Kolben 208 nicht mit Fluid kontaminiert werden.
Ein Dosiersystem 301 weist eine Dosiereinrichtung 303 auf, welche analog der vorig beschriebenen Dosiereinrichtungen 101, 201 aufgebaut sein kann. Diese Dosiereinrichtung 303 weist damit einen Schrittmotor 305 sowie ein Reservoir 307 auf.
Mittels eines Anschlusskabels 325 ist die Dosiereinrichtung 303 mit einem Steuergerät 327 verbunden. Das Steuergerät 327 weist ein Netzkabel 315 sowie einen Netzstecker 317 auf, sodass eine Stromversorgung aus Netzspannung hergestellt werden kann.
Weiterhin weist das Steuergerät 327 einen Knopf 311, einen Knopf 313 sowie ein Einstellrad 329 auf. Mittels des Knopfes 313 kann ein Dosierprozess jederzeit abgebrochen werden, mittels des Knopfes 311 hingegen gestartet werden. Das Einstellrad 329 ermöglicht es, eine entsprechende Dosiermenge des aus der Dosiereinrichtung 303 ausgebrachten Fluides festzulegen, beispielsweise eine über eine bestimmte Zeit ausgebrachte Menge, welche dann analog in eine entsprechende Bewegung des Kolbens der Dosiereinrichtung 303 übersetzt wird. Der Knopf 311, der Knopf 313 sowie das Einstellrad 329 sind dabei beispielhaft genannt und können in ihrer Funktion auch mittels einer elektronischen Steuerung mit entsprechenden Bedienelementen, einem Touch-Display und/oder einem anderen gleichwirkenden Mittel realisiert sein.
In einer Alternativen kann das Steuergerät auch andere Dosierprozesse ausführen, beispielsweise ein Dosieren eines eingestellten Volumens in einer vorgegebenen Zeit und/oder ein Dosieren eines eingestellten Volumens mit einer vorgegebenen Dosiergeschwindigkeit oder auch einen teilweise oder vollständig durch einen Bediener gesteuerten Dosierprozess, welcher beispielsweise mit einem Knopf oder einem Fußpedal ausgelöst wird und so lange durchgeführt wird, wie der Knopf oder das Fußpedal gedrückt bleibt. Ein solcher durch einen Bediener gesteuerter Dosierprozess kann dabei auch entsprechende teilautomatisierte Anteile aufweisen, beispielsweise eine voreingestellte Maximalmenge oder andere Begrenzungen des Dosierprozesses, die vom Bediener nicht überschritten werden können oder beispielsweise ein Warnsignal auslösen.
Weiterhin ist im Steuergerät 327 hinterlegt, dass bei einem Abbruch des Dosiervorgangs, beispielsweise über den Knopf 313 oder eine externe Ansteuerung in einem verbundenen Fertigungssystem nicht nur ein Fördern des Fluides mittels des jeweiligen Kolbens unterbrochen wird, sondern auch der Kolben ein entsprechendes Stück entgegen einer Förderrichtung, beispielsweise entgegen der Förderrichtung 193 oder entgegen der Förderrichtung 295, wieder zurückgezogen wird, sodass das Fluid entlastet wird. Somit wird ein Abtropfen von überschüssigem Fluid an der Spitze des jeweiligen Reservoirs, beispielsweise des Reservoirs 307, wirksam unterbunden.
Einen entsprechenden Verlauf einer Kolbenposition entlang der Förderrichtung zeigt ein Diagramm 401. Das Diagramm 401 weist eine Abszisse 403 und eine Ordinate 405 auf. Die Abszisse 403 beschreibt einen Zeitverlauf, beispielsweise in Sekunden, die Ordinate 405 einen entsprechend zurückgelegten Weg eines Kolbens einer entsprechenden Dosiereinrichtung. In dem Diagramm 401 ist ein Verlauf 407 des Kolbens abhängig von der vergangenen Zeit dargestellt. Der Verlauf 407 zeigt dabei ein schrittweises Ansteigen einer entsprechenden Kolbenposition ab einem Förderstart 411 entsprechend der vom Schrittmotor durchgeführten Schritte. Hier sind beispielhaft drei Schritte dargestellt, es kann selbstverständlich eine entsprechende andere Zahl von Schritten durchlaufen werden. Am Förderstopp 413 wird der Kolben nicht weiter vorwärts bewegt, sondern ein Stück zurück, um entsprechend Druck zu entlasten. In einem erneuten Förderstart 415 werden wieder entsprechende Schritte zum Ausfördern des Fluides durchlaufen, an einem Förderstopp 417 wird wieder eine Druckentlastung durch ein Zurückfahren des Kolbens um einen oder mehrere Schritte durchgeführt.
Bezugszeichenliste

101: Dosiereinrichtung
103: Halterung
105: Schrittmotor
107: Spindeltrieb
109: Kolben
111: Klebstoff
113: Reservoir
115: Düse
117: Raupe
121: Bajonettaufnahme
123: Bajonettanschluss
131: Anschlusskabel
141: Werkstück
191: Vorschubrichtung
193: Förderrichtung
201: Dosiereinrichtung
203: Halterung
205: Schrittmotor
207: Spindeltrieb
208: Kolben
209: Reservoirkolben
211: Innenraum
213: Reservoir
215: Düse
221: Anschluss
223: Gewindestück
231: Anschlusskabel
295: Förderrichtung
301: Dosiersystem
303: Dosiereinrichtung
305: Schrittmotor
307: Reservoir
311: Knopf
313: Knopf
315: Netzkabel
317: Netzstecker
325: Anschlusskabel
327: Steuergerät
329: Einstellrad
401: Diagramm
403: Abszisse
405: Ordinate
407: Verlauf
411: Förderstart
413: Förderstopp
415: Förderstart
417: Förderstopp

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6575311 B1 [0003]

Claims

Vorrichtung (101, 201, 303) zum exakten Dosieren eines insbesondere pastösen Fluides (111) mit einem Grundkörper (103, 105, 203, 205), einem mit dem Grundkörper (103, 105, 203, 205) kraftführend verbundenen Kolbenreservoir (113, 213) mit einem Reservoirraum (111, 211) zum Aufnehmen des Fluids (111), einer am Reservoirraum (111, 211) für das Fluid (111) durchlässig angeordneten Düse (115, 215) zum Ausbringen des Fluids (111) aus dem Reservoirraum (111, 211) des Kolbenreservoirs (113, 213), sowie eines mittels eines Antriebsmotors (105, 205, 305) angetriebenen und dem Grundkörper (103, 105, 203, 205) zugeordneten Kolbens, wobei der in einem Förderzustand mittels des Antriebsmotors (105, 205, 305) angetriebene Kolben (109, 208) mechanisch in Richtung der Düse (115, 215) auf den Reservoirraum (111, 211) des Kolbenreservoir (113, 213) einwirkt, sodass das Fluid (111) mittels eines durch den Kolben (109, 208) auf das Fluid (111) im Reservoirraum (111, 211) aufgebrachten Drucks aus der Düse (115, 215) ausbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (105, 205, 305) ein Schrittmotor (105, 205, 305) ist, sodass im Förderzustand mittels durch einzelne Schritte (407) des Schrittmotors (105, 205, 305) initiierte Förderinkremente ein jeweiliges Dosieren einer definierten Teilmenge des Fluides (111) aus der Düse (115, 215) ermöglicht ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor (105, 205, 305) ein Axial-Schrittmotor oder ein Radial-Schrittmotor, insbesondere ein Radial-Schrittmotor mit einem auf den Kolben (109, 208) wirkenden Spindeltrieb, ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (103, 105, 203, 205) eine Aufnahme (121, 223) zum Aufnehmen des Kolbenreservoirs (113, 213) und das Kolbenreservoir (113, 213) eine Gegenaufnahme zum Verbinden mit der Aufnahme (121, 223) aufweist, sodass das Kolbenreservoir (113, 213) austauschbar mit dem Grundkörper (103, 105, 203, 205) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (121, 223) und das Kolbenreservoir (113, 213) jeweils ein Gewinde, einen Bajonettverschluss und/oder einen Klickverschluss aufweist oder aufweisen, sodass insbesondere ein werkzeugloser Austausch des Kolbenreservoirs (113, 213) ermöglicht ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (121, 223) ein formend ausgeführtes Gewindeteil (223) aufweist, sodass der in einem Ausgangszustand ohne Gewinde, beispielsweise zylindrisch, ausgeführten Gegenaufnahme (221) während eines Verbindens der Gegenaufnahme (221) mit der formend ausgeführten Aufnahme (223) durch eine Rotation des Kolbenreservoirs (113, 213) und/oder der Gegenaufnahme (221) ein Gewinde aufgeprägt wird, insbesondere durch ein Umformen mittels eines Formelementes an der Aufnahme (121, 223) oder ein Schneiden mittels eines Schneidelementes an der Aufnahme(121, 223).
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenreservoir (113, 213) einen im Kolbenreservoir (113, 213) angeordneten und mit einer Wandung des Kolbenreservoirs (113, 213) fluiddicht abschließenden Reservoirkolben (209) aufweist, wobei der Reservoirkolben (209) mittels einer mechanischen Einwirkung des mit dem Antriebsmotor (105, 205, 305) angetriebenen Kolbens (109, 208) in Richtung der Düse (115, 215) antreibbar ist, sodass insbesondere kein direkter Kontakt des angetriebenen Kolbens (109, 208) zum Fluid (111) vorliegt.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (115, 215) am Kolbenreservoir (113, 213), insbesondere einstückig mit dem Kolbenreservoir (113, 213) verbunden, angeordnet ist.
Dosiersystem zum exakten Dosieren eines insbesondere pastösen Fluides (111) mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und einer Steuerungseinheit (327) zum automatischen und/oder eingabeabhängigen Steuern der Vorrichtung, sodass in Abhängigkeit von der Steuerungseinheit (327) ein Dosieren des Fluides erfolgt.
Verfahren zum exakten Dosieren eines Fluides, insbesondere eines pastösen Fluides (111) mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einem Dosiersystem gemäß Anspruch 8, mit den Schritten: - Bereitstellen des Fluides (111) im Kolbenreservoir (113, 213) in einem Ruhezustand, sodass das Fluid (111) im Ruhezustand im Kolbenreservoir (113, 213) vorliegt, - Fördern des Fluides in einem Förderzustand mittels durch einzelne Schritte (407) des Schrittmotors (105, 205, 305) initiierte Förderinkremente, sodass ein jeweiliges Dosieren einer definierten Teilmenge des Fluides (111) je Förderinkrement aus der Düse (115, 215) erfolgt, sodass das Fluid (111) exakt dosiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Fördern des Fluides (111) und/oder nach einem Überführen der Vorrichtung in einen Ruhezustand ein durch inverse Schritte (413, 417) des Schnittmotors initiiertes Zurückziehen des Kolbens (109, 208) in einen Entlastungszustand erfolgt, sodass das Fluid (111) druckentlastet und ein überschüssiges Fördern des Fluides (111) wirksam unterbunden wird.