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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Materials auf Werkstücke gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Vorrichtungen dienen insbesondere dem Auftragen viskoser Materialien auf Werkstücke in der Fahrzeugfertigung. Als viskose Materialien kommen beispielsweise Klebstoffe, Dichtstoffe, Dämmstoffe oder Wärmeleitpasten in Frage. Auftragsvorrichtungen der eingangs genannten Art werden zu diesem Zweck meist an einem Arm eines Industrieroboters montiert und von diesem entlang einer Auftragsbahn im Abstand zum Werkstück über die Werkstückoberfläche geführt. Das Material wird dann in einer entlang der Auftragsbahn verlaufenden, durchgehenden oder Unterbrechungen aufweisenden Materialraupe auf das Werkstück aufgetragen, welche typischerweise abschnittsweise gerade und abschnittsweise gekrümmt ist. Um die Materialraupe zu verbreitern, werden beispielsweise sogenannte Swirl-Auftragsvorrichtungen verwendet. Eine solche Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der
EP 0 852 160 B1 bekannt. Ihre Auftragsdüse weist ein Auftragsrohr auf, das nahe seinem die Düsenöffnung aufweisenden Ende in einem Exzenter gelagert ist, der während des Auftragsvorgangs in Rotation um seine Längsmittelachse versetzt wird und dem exzentrisch gelagerten Auftragsrohr an der Düsenöffnung eine Kreisbewegung aufzwingt. Diese Kreisbewegung, die mit mehreren tausend Umdrehungen pro Minute erfolgt, lässt auf das viskose Material Fliehkräfte wirken, die zu einer spiralförmigen Bewegung des Materialstrahls führen. Dies bewirkt einen kreisförmigen Materialauftrag und führt zu einer Verbreiterung der aufgetragenen Materialraupe, so dass diese wesentlich breiter ist als der Durchmesser der Düsenöffnung. Nachteilig an solchen Vorrichtungen ist aber, dass zwischen den einander überlagernden Kreisen des aufgetragenen Materials beim Verpressen des beschichteten Werkstücks mit einem weiteren Werkstück Lufteinschlüsse entstehen, die ein flächiges Verpressen des viskosen Materials erschweren. Solche Lufteinschlüsse werden vermieden, wenn das Material in einer zickzackförmigen Raupe auf das Werkstück aufgetragen wird, so dass die Luft beim Verpressen zweier Bauteile links und rechts der Zickzack-Raupe entweichen kann. Um eine zickzackförmige Raupe zu erzielen, wurde versucht, eine flexible Materialleitung mittels eines motorischen Antriebs abwechselnd quer zu ihrer Längserstreckung in einander entgegengesetzte Richtungen auszulenken. Bei hohen Materialdrücken in der Materialleitung ist diese aber derart steif, dass für ihre Auslenkung eine hohe Motorleistung erforderlich ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass auf einfachere Weise ein eine größere Fläche abdeckender Materialauftrag erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Material in der ersten Richtung in die Materialleitung eintreten zu lassen und es in der Materialleitung umzulenken, so dass es in der zweiten Richtung wieder austreten kann. Der in der ersten Richtung verlaufende Einlassabschnitt dient dabei als Hohlwelle, um deren Längsmittelachse die Auftragsdüse hin und her verschwenkt wird, um durch diese Bewegung die Düsenöffnung hin und her zu bewegen. Auf diese Weise kann das Material in einer zickzackförmigen Raupe auf das Werkstück aufgetragen werden, ohne dass dabei der die Auftragsvorrichtung tragende Roboterarm eine komplizierte Bewegung ausführen muss. Durch ein Verschwenken der Auftragsdüse um die Schwenkachse kann zudem die Materialraupe um ein Hindernis herumgeführt werden, welche sich in der Auftragsbahn befindet, ohne dass der Roboter von dieser Auftragsbahn abweichen muss. Die Auslenkung um die Längsmittelachse der Hohlwelle erfordert dabei eine wesentlich geringere Leistung als die Auslenkung einer flexiblen Materialleitung, in der Material unter hohem Druck strömt.
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Zweckmäßig hängen der Einlassabschnitt und der Auslassabschnitt starr zusammen. Diese starre Ausbildung der Materialleitung erleichtert die Auslenkung durch Verschwenken um die Schwenkachse. Weiter wird bevorzugt, dass die zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung verläuft, so dass beide einen rechten Winkel einschließen. Diese Maßnahme ermöglicht die weitgehende Vermeidung einer Unwucht, insbesondere wenn die Auftragsdüse gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine sich quer zum Einlassabschnitt erstreckende, bezüglich der Schwenkachse dem Auslassabschnitt gegenüberliegende Ausgleichspartie aufweist. Letztere erstreckt sich zweckmäßig entgegen der zweiten Richtung, und ihre Masse entspricht vorzugsweise ungefähr der Masse des Auslassabschnitts, wobei sie insbesondere um höchstens 20% und vorzugsweise um höchstens 10% von ihr abweicht. Die Ausgleichspartie bildet eine Ausgleichsmasse zur Vermeidung einer Unwucht beim Hin- und Herverschwenken der Auftragsdüse um die Schwenkachse.
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Zweckmäßig ist ein Motor zum Verschwenken der Auftragsdüse um die Schwenkachse vorgesehen, insbesondere ein Elektromotor, welcher beispielsweise als Schrittmotor oder elektromagnetischer Antrieb ausgebildet ist. Der Motor ist zweckmäßig fest mit dem Düsenhalter verbunden, um die Auftragsdüse bezüglich der Schwenkachse verschwenken zu können. Zu diesem Zweck weist die Auftragsdüse zweckmäßig einen von der der Einlasspartie abgewandten Seite abstehenden Fortsatz auf, durch den sich die Schwenkachse erstreckt. Dabei fällt die Schwenkachse zweckmäßig mit einer Längsmittelachse des Fortsatzes zusammen. An diesem Fortsatz kann zum Verschwenken der Auftragsdüse angegriffen werden, und insbesondere kann der Fortsatz mit einer Antriebswelle des Motors verbunden sein. Der Fortsatz dient zudem einer besseren Lagerung der Auftragsdüse am Düsenhalter, wobei vorzugsweise der Einlassabschnitt und der Fortsatz jeweils in einem Drehlager am Düsenhalter gelagert sind. Die Lagerung der Auftragsdüse beiderseits des Auslassabschnitts und gegebenenfalls der Ausgleichspartie stabilisiert die Auftragsdüse im Düsenhalter und verringert weiter die Unwucht. Dabei kann ein erstes der Drehlager vorteilhaft ein Kugellager sein, vorzugsweise ein zweireihiges Rillenkugellager oder ein Schrägkugellager. Des Weiteren kann ein zweites der Drehlager ein Körper aus Kunststoff sein, in dem der Fortsatz oder der Einlassabschnitt aufgenommen ist. Der Kunststoffkörper kann aus einem reibungsmindernden Kunststoff bestehen, so dass die Reibungskräfte beim Verschwenken der Auftragsdüse minimiert werden. Er kann an seiner dem Fortsatz bzw. dem Einlassabschnitt zugewandten Fläche zudem Ausnehmungen aufweisen, um die Kontaktfläche zur Auftragsdüse zu minimieren.
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Zweckmäßig ist eine bezüglich des Düsenhalters ortsfeste Zuleitung für das Material vorgesehen, welche einen in den Einlassabschnitt mündenden Endabschnitt aufweist. Dieser weist zweckmäßig eine Längsmittelachse auf, die eine Verlängerung der Längsmittelachse des Einlassabschnitts ist, so dass beide Längsmittelachsen zusammen fallen. Der Einlassabschnitt wirkt dann als Verlängerung der Zuleitung und wird um die gemeinsame Längsmittelachse bezüglich dieser verdreht, wenn die Auftragsdüse im Düsenhalter um ihre Schwenkachse verschwenkt wird. Zur Vermeidung von Anhaftungen des viskosen Materials am Einlassabschnitt ist vorteilhaft zwischen diesem und dem Endabschnitt ein umlaufender Dichtring angeordnet, welcher vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht. Dabei wird bevorzugt, dass der Dichtring lose an einer dem Endabschnitt zugewandten Stirnfläche des Einlassabschnitts und an einer dem Einlassabschnitt zugewandten Stirnfläche des Endabschnitts anliegt. Um aufgrund eventueller Undichtigkeiten an der Verbindungsstelle zwischen dem Endabschnitt und dem Einlassabschnitt austretendes Material zurückzuhalten, ist zweckmäßig um den Einlassabschnitt ein bezüglich des Düsenhalters ortsfest angeordneter Dichtring angeordnet, welcher vorzugsweise aus einem ultrahochmolekularen hochdichten Polyethylen (PE-UHMW) gefertigt ist.
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Zweckmäßig sind am Düsenhalter angeordnete Mittel zur Begrenzung eines Schwenkwinkels, um den die Auftragsdüse bezüglich des Düsenhalters um die Schwenkachse verschwenkbar ist, vorgesehen. Diese Mittel zur Begrenzung des Schwenkwinkels können zur Variation eines maximalen Schwenkwinkels verstellbar sein. Auf diese Weise kann der maximale Schwenkwinkel, um den die Auftragsdüse bezüglich des Düsenhalters verschwenkt werden kann, spezifisch an die beim jeweiligen Anwendungsbereich vorliegenden Erfordernisse angepasst werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
- 1a, b eine Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Materials in einer Frontansicht und in einer Seitenansicht;
- 2a einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß 1a;
- 2b eine Vergrößerung des Ausschnitts Z in 2a und
- 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B gemäß 1b.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 10 zum Aufragen eines viskosen Materials, im Folgenden kurz Auftragsvorrichtung 10 genannt, weist einen aus zwei lösbar miteinander verbundenen Teilen 12a, 12b zusammengesetzten Düsenhalter 12 sowie eine am Düsenhalter 12 montierte Auftragsdüse 14 für das viskose Material auf, das insbesondere ein Klebstoff, ein Dichtstoff, ein Dämmstoff oder eine Wärmeleitpaste sein kann. Die Auftragsdüse 14 weist eine Materialleitung 16 auf, die sich von einem Materialeinlass 18, an dem das viskose Material in die Auftragsdüse 14 eingeleitet wird, bis zu einer Düsenöffnung 20 erstreckt, aus der das viskose Material aus der Auftragsdüse 14 austritt. Die Materialleitung 16 unterteilt sich in einen sich ausgehend vom Materialeinlass 18 in einer ersten Richtung 22 erstreckenden Einlassabschnitt 24 und in einen sich an den Einlassabschnitt 24 anschließenden, sich in einer zweiten Richtung 26 bis zur Düsenöffnung 20 erstreckenden Auslassabschnitt 28. Die erste Richtung 22 und die zweite Richtung 26 stehen dabei senkrecht aufeinander und schließen einen rechten Winkel ein. Dieser rechte Winkel ist dabei nicht veränderlich, da der Einlassabschnitt 24 und der Auslassabschnitt 28 starr miteinander verbunden sind.
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Die Auftragsdüse 14 ist verschwenkbar am Düsenhalter 12 zwischen einem ersten Halterteil 12a und einem lösbar mit diesem verbundenen zweiten Halterteil 12b gelagert, wobei die Längsmittelachse des Einlassabschnitts 24 die Schwenkachse 30 bildet. Im Düsenhalter 12 angeordnete Mittel 32 zur Begrenzung des Schwenkbereichs der Auftragsdüse 14 sind als Anschlagelemente ausgebildet und begrenzen durch ein Anschlagen der Auftragsdüse 14 bei ihrem Verschwenken um die Schwenkachse 30 den maximalen Schwenkwinkel α. Die Begrenzungsmittel 32 sind in ihrer Position veränderlich im Düsenhalter 12 aufgenommen, so dass durch Änderung ihrer Position der maximale Schwenkwinkel α variiert werden kann. In einer Verlängerung des Einlassabschnitts 24 weist die Auftragsdüse 14 einen auf der dem Einlassabschnitt 24 abgewandten Seite des Auslassabschnitts 28 abstehenden Fortsatz 34 auf, dessen Längsmittelachse ebenfalls durch die Schwenkachse 30 definiert wird, und der in einem als zweireihiges Rillenkugellager ausgebildeten ersten Drehlager 36 im ersten Halterteil 12a drehbar gelagert ist, während der Einlassabschnitt 24 in einem im zweiten Halterteil 12b angeordneten, durch einen Kunststoffkörper gebildeten zweiten Drehlager 38 um die Schwenkachse 30 drehbar gelagert ist. Der das zweite Drehlager 38 bildende Kunststoffkörper besteht aus einem reibungsmindernden Kunststoff und weist an den dem Einlassabschnitt 24 zugewandten Flächen zudem Ausnehmungen auf, um die Kontaktfläche mit dem Einlassabschnitt 24 zur weiteren Reibungsminderung zu minimieren. Am ersten Halterteil 12a ist zudem ein als Schrittmotor ausgebildeter Elektromotor 40 lösbar befestigt, dessen Antriebswelle 42 lösbar und fest mit dem Fortsatz 34 verbunden ist, so dass die Auftragsdüse 14 mittels des Elektromotors 40 um die Schwenkachse 30 verschwenkbar ist. In einer Verlängerung des Auslassabschnitts 28 weist die Auftragsdüse 14 an der dem Auslassabschnitt 28 abgewandten Seite des Einlassabschnitts 24 abstehend eine Ausgleichspartie 44 auf, deren Masse zur Verminderung von bei einem Verschwenken der Auftragsdüse 14 um die Schwenkachse 30 auftretenden Unwucht ungefähr der Masse des Auslassabschnitts 28 entspricht.
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Die Auftragsvorrichtung 10 weist zudem ein lösbar mit den beiden Halterteilen 12a, 12b verbundenes Zuleitungsteil 46 auf, wobei sich durch das Zuleitungsteil 46 und das zweite Halterteil 12b eine Zuleitung 48 für das viskose Material bis zum Materialeinlass 18 erstreckt. Auf das Zuleitungsteil 46 ist ein Nadelventil 50 aufgesetzt und lösbar an ihm befestigt, welches als Snuffback-Ventil ausgebildet ist, und dessen Ventilnadel 52 die Zuleitung 48 durch Aufsitzen auf einen Ventilsitz verschließt. Ein am Materialeinlass 18 in den Einlassabschnitt 24 mündender Endabschnitt 54 der Zuleitung 48 erstreckt sich wiederum in der ersten Richtung 22, so dass seine Längsmittelachse mit der Längsmittelachse des Einlassabschnitts 24, der Längsmittelachse des Fortsatzes 34 und der Schwenkachse 30 zusammen fällt. Im Endabschnitt 54 ist ein nicht näher dargestellter Drucksensor angeordnet.
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Zwischen dem Endabschnitt 54 und dem Einlassabschnitt 24 ist ein erster Dichtring 58 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) im Düsenhalter 12 angeordnet, der lose an der dem Endabschnitt 54 zugewandten Stirnfläche 60 des Einlassabschnitts 24 und ebenso lose an der dem Einlassabschnitt 24 zugewandten Stirnfläche 62 des Endabschnitts 54 anliegt. Des Weiteren ist ein zweiter Dichtring 64 aus einem ultrahochmolekularen hochdichten Polyethylen (PE-UHMW) verdrehfest im zweiten Halterteil 12b aufgenommen, der abdichtend rings um den Einlassabschnitt 24 anliegt und ein Ausdringen von viskosem Material aus der durch den Übergang vom Endabschnitt 54 zum Einlassabschnitt 24 gebildeten Drehdurchführung verhindert.
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Zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück wird die Vorrichtung 10 an einem Roboter montiert, welcher die Vorrichtung 10 entlang einer Auftragsbahn bezüglich des Werkstücks bewegt, wobei die Düsenöffnung 20 im Abstand zur Oberfläche des Werkstücks gehalten wird. Eine Steuereinrichtung steuert den Elektromotor 40 in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Vorrichtung 10 bezüglich des Werkstücks an, so dass dieser die Auftragsdüse 14 um die Schwenkachse 30 verschwenkt, um ein vorgegebenes Auftragsmuster zu erzielen. Insbesondere bewirkt der Elektromotor 40 eine Hin- und Herbewegung bzw. ein Pendeln der Auftragsdüse 14, wenn das Material in einem Zickzackmuster aufgetragen werden soll, wobei bei Bedarf mittels einer Variation des Schwenkwinkels α die Größe der Auslenkung ebenso variiert werden kann, wie die Frequenz der Auslenkung insbesondere bei Geschwindigkeitsänderungen variiert werden kann. Auch unsymmetrische oder einseitige Auslenkungen sind ansteuerbar.
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Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 zum Auftragen eines viskosen Materials auf Werkstücke mit einem Düsenhalter 12 und mit einer am Düsenhalter 12 angeordneten Auftragsdüse 14, die eine Materialleitung 16 aufweist, welche sich von einem Materialeinlass 18 für das Einleiten des viskosen Materials bis zu einer Düsenöffnung 20 für den Austritt des viskosen Materials erstreckt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Materialleitung 16 einen sich in einer ersten Richtung 22 vom Materialeinlass 18 erstreckenden Einlassabschnitt 24 und einen sich in einer quer zur ersten Richtung 22 verlaufenden zweiten Richtung 26 zur Düsenöffnung 20 erstreckenden Auslassabschnitt 28 aufweist und dass die Auftragsdüse 14 um eine eine Längsmittelachse des Einlassabschnitts 24 bildende Schwenkachse 30 verschwenkbar und insbesondere hin und her verschwenkbar am Düsenhalter 12 gelagert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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