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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsdosiergerät
mit Reinigungsvorrichtung für den Flüssigkeitsauslass
des Dosiergeräts.
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Die
angesprochene Flüssigkeitsdosiervorrichtung kann eine berührend
arbeitende Dosiervorrichtung sein, bei der ein Tropfen oder Strang
einer zu dosierenden Flüssigkeit durch den direkten Kontakt
und Adhäsion des sich an dem Flüssigkeitsauslass
(Düsenmündung) ausbildenden Tropfens oder Strangs
mit dem zu beschichtenden Bauteil (Dosiertarget) abgegeben wird,
oder eine berührungslos arbeitende Dosiervorrichtung sein,
bei der ein Tropfen einer zu dosierenden Flüssigkeit mit
hoher Geschwindigkeit aus der Düsenmündung ausgestoßen wird
und beim Auftreffen auf das zu beschichtende Bauteil in der Regel
keinen fluidischen Kontakt mehr mit der Düsenmündung
hat.
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Die
Düsenmündung kann z. B. am Ende einer Dosiernadel
ausgebildet sein oder eine meist kreisförmige Öffnung
in einer Fläche, die dem zu beschichtenden Bauteil gegenübersteht
sein. Die Düsenmündung wird mitunter der Einfachheit
halber auch Düse genannt.
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Problemstellung
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Bei
der berührenden und insbesondere bei der berührungslosen
Dosierung von diskreten Flüssigkeitsmengen verändert
sich das Dosierergebnis in Bezug auf die Dosiermenge, die Positionsgenauigkeit
und die Form des Flüssigkeitsauftrags in Abhängigkeit
von Verteilung und Menge des an der Düsenmündung
zurückbleibenden Flüssigkeitsrests. Dieser kann
durch Optimierung der Dosierparameter minimiert, aus physikalischen
Gründen jedoch nicht vollständig vermieden werden.
Ursächlich hierfür ist das bei Unterbleiben weiterer
Flüssigkeitszufuhr, d. h. beim so genannten Tropfenabriss,
zunächst zunehmende Einschnüren und das anschließende
Abreißen des Flüssigkeitsstrangs oder -strahls.
Die Länge und das Abreißverhalten dieses sich
zum Teil bis zu einem dünnen Faden einschnürenden
Flüssigkeitsstrangs hängt von der Oberflächenspannung
und weiteren rheologischen Eigenschaften sowie eventuell vorhandenen
Füllstoffen der zu dosierenden Flüssigkeit ab.
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Im
Bereich der Einschnürung teilt sich der Flüssigkeitsstrang
infolge der Oberflächenspannung ein oder mehrere Male.
Bei mehrmaliger Teilung entstehen so genannte Satellitentropfen,
die einen Bruchteil des Strahldurchmessers besitzen und sich je
nach Tropfendynamik auf den Muttertropfen oder die Düsenmündung
zu bewegen. Bei Asymmetrien an der Düsenmündung
oder quer zur Düsenachse gerichteten Luftströmungen
können diese Satellitentropfen auch in andere Richtungen
fort getragen werden und zu unerwünschten Verschmutzungen
führen. Das beim Fadenabriss an der Düsenmündung anhaftende
Fadenstück zieht sich durch die Oberflächenspannung
meist an diese zurück und kann dort zu Ablagerungen führen,
die im darauf folgenden Dosierzyklus nicht wieder entfernt werden,
d. h. es findet ein Aufbau dieser Ablagerungen statt. Diese können insbesondere
bei der berührungslosen Mikrodosierung zu Schwankungen
in der Dosiermenge, bei unsymmetrischer Verteilung der Ablagerungen
zu einer unerwünschten Ablenkung des Tropfens und im Extremfall
zum Unterbleiben der Tropfenablösung führen.
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Stand der Technik
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Aus
WO 02/089545 A1 und
DE 10 2005 051 224
A1 sind Reinigungssysteme für Düsen bekannt, die
Strömungskräfte eines gasförmigen Mediums zum
Entfernen von Ablagerungen des Dosiermediums an der Düsenmündung
nutzen. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten
und damit ein hoher Energieaufwand erforderlich sind, um bei höherviskosen
Dosiermedien eine Reinigungswirkung zu erhalten. Die hierbei zwangsläufig
im Bereich der Düsenmündung auftretenden hohen
Strömungskräfte wirken in unerwünschter
Weise, insbesondere durch Ablenkung und/oder Unterbleiben der Tropfenablösung,
auf den Strahl oder Tropfen ein, wie in
DE 10 2005 051 224 A1 ,
sofern die Strömung während des Dosiervorgangs
nicht unterbrochen wird. Ein Abschalten des Reinigungssystems während
des Dosiervorgangs reduziert wiederum die maximale Wiederholrate
der Dosierungen.
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Ein
weiteres Problem der vorgenannten Reinigungssysteme ist der Niederschlag
von abgereinigten Dosierflüssigkeitsresten nach der ersten
Umlenkung im Flüssigkeitsabtransport durch Trägheitsseparation
in unmittelbarer Nähe der Düse. Aufgrund der für
hohe Strömungsgeschwindigkeiten notwendigen kleinen Querschnitte
zum Abtransport der Flüssigkeitsreste müssen derartige
Reinigungsvorrichtungen relativ häufig aufwändig,
sei es mechanisch und/oder mit Hilfe von Lösungsmitteln,
gereinigt werden, insbesondere dann, wenn sich die Dosierflüssigkeit
im Laufe der Zeit durch Verdunstungs-, Aushärtungs- oder
anderweitige Reaktionen verändert.
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Die
Reinigung der Düsenmündung mit Hilfe von Lösungsmitteln,
wie z. B. in
EP 0568
365 B1 beschrieben, hat den Nachteil, dass relativ viel
Lösungsmittel zugeführt werden muss, um die gelösten Reste
der Dosierflüssigkeit abzutransportieren. Eine Wiederverwendung
des benutzten Lösungsmittels ist nur begrenzt oder, wie
in
US 3 876 144 A ,
gar nicht möglich. Aufgrund des im Allgemeinen recht hohen Dampfdrucks
der Lösungsmittel, deren gesundheitsschädlichen
Wirkungen, deren Brennbarkeit sowie deren photochemischen Reaktivität,
insbesondere unter Bildung von bodennahem Ozon, müssen
aufwändige Arbeitsschutz-, Brandschutz- und Immissionsschutzmaßnahmen
ergriffen werden. Weiterhin treten hohe Bereitstellungs- und Entsorgungskosten auf.
Auch ist die Verschmutzung der Umgebung der Reinigungsstelle mit
Niederschlag von abgereinigten Dosierflüssigkeitsresten
in vielen Prozessen unerwünscht.
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Reinigungssysteme,
die die Düsenmündung unter Einsatz mechanischer
Kräfte reinigen, sind aus
DE 19 936 670 C1 und
EP 0 486 159 A1 bekannt. Nachteile
dieser Reinigungssysteme sind die Akkumulation von Dosierflüssigkeitsresten
an der Stirnfläche der Reinigungselements sowie ein Verschmieren der
Düsenmündung mit Dosiermedium aus vorhergehenden
Reinigungsvorgängen, insbesondere, wenn sich die Dosierflüssigkeit
im Laufe der Zeit durch Verdunstungs-, Aushärtungs- oder
anderweitige Reaktionen verändert.
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Übersicht über
die Erfindung
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Vor
diesem Hintergrund war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Flüssigkeitsdosiergerät mit einer Vorrichtung
zum zuverlässigen Reinigen der Düsenmündung
des Dosiergeräts anzugeben, das die vorgenannten Nachteile
vermeidet und ohne wesentliche Beeinträchtigung der Arbeitsgeschwindigkeit
und der Umwelt eine Abreinigung der Düsenmündung
von Dosierflüssigkeitsansammlungen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Dosiergerät wird
ein schnur- oder bandförmiges Reinigungselement derart über
die Düsenmündung geführt wird, dass an
dieser anhaftende Ablage rungen der Dosierflüssigkeit vom
Reinigungselement aufgenommen und dadurch von der Düsenmündung
entfernt werden. Das Reinigungselement besteht vorzugsweise aus
faserartigem Material, dessen Beschaffenheit gewebt, gewirkt mit
Längsverstärkung, filz-, vlies-, papier- oder
filamentartig sein kann. Durch die faserartige Materialbeschaffenheit
bilden sich in dem Reinigungselement wenigstens an dessen Oberfläche unzählige
feine Spalte zwischen den Fasern, die die Dosierflüssigkeitsreste
infolge von Kapillarwirkung aufnehmen. Die relative Bewegung zwischen
Reinigungselement und Düsenmündung wird derart
vollzogen, dass für den Reinigungsvorgang stets frisches,
von der Dosierflüssigkeit noch nicht benetztes Schnur-
oder Bandmaterial zur Verfügung steht. Dabei kann zur Verbesserung
der Reinigungswirkung das Reinigungselement ggf. in eine oszillierende
Bewegung versetzt werden.
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Die
Bewegung des Reinigungselements, d. h. der Schnur oder des Bandes,
relativ zur Düse kann abhängig vom jeweiligen
Prozessablauf vom Reinigungselement, von der Dosiervorrichtung oder
von der Reinigungsvorrichtung ausgeführt werden und nicht
nur längs, sondern ggf. auch quer zur Längserstreckung
der Schnur oder des Bandes erfolgen. Hierbei kann abhängig
vom Dosierprozess entweder der Dosierkopf mit der Dosierdüse
zwischen den Dosierzyklen von der Dosierposition zur Reinigungsposition
bewegt werden oder die das Reinigungselement haltende Reinigungsvorrichtung
wird zwischen den Dosierzyklen aus einer Parkposition zur Reinigung
in die Dosierposition des feststehenden Dosierkopfes bewegt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer Dosiervorrichtung mit einer erfindungsgemäßen
Reinigungsvorrichtung;
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Anordnung von 1;
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3 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer Abwandlung der Ausführungsform
von 1 und 2;
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4 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, und
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5 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Erfindung wird nun detaillierter erläutert.
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1 zeigt
in Seitenansicht und 2 in perspektivischer Ansicht
ein Flüssigkeitsdosiergerät, von dem hier nur
der Dosierkopf D dargestellt ist, mit einer diesem Dosierkopf D
zugeordneten Reinigungsvorrichtung, die insgesamt mit C bezeichnet ist.
Der Dosierkopf D ist dabei in Bezug auf die Reinigungsvorrichtung
C in einer Stellung gezeigt, die eine Arbeitsstellung sein kann.
Je nach den örtlichen Verhältnissen des Anwendungsfalles
kann die Arbeitsstellung des Dosierkopfes D aber auch jenseits des rechten
oder linken Randes des Trägers der Reinigungsvorrichtung
C liegen.
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Die
Reinigungsvorrichtung C besteht aus vier Hauptbaugruppen: einem
Baugruppenträger 1, einer Abwickeleinheit 2,
einer Aufwickeleinheit 3, zwischen denen sich ein von einer
Vorratsrolle 4 abgewickeltes Reinigungsband B erstreckt,
und einer Bandführungseinheit 5, über
die das Reinigungsband B geführt ist. Das Reinigungsband
B auf der Rolle 4 ist unbenutztes Reinigungsband.
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Die
Bandführungseinheit besteht aus einem seitlich neben dem
Dosierkopf D angeordneten, konvex gewölbten Bauteil 5,
das eine dem Tonkopf eines Magnetbandgerätes ähnliche
Gestalt hat und elastisch, beispielsweise durch eine Schraubdruckfeder, so
abgestützt ist, dass es eine Bewegung senkrecht zur Bandebene
im Scheitelpunkt des Bauteils 5 ausführen kann.
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Die
Abwickeleinheit 2 besteht aus einer drehbar gelagerten
Aufnahmevorrichtung für eine Rolle 4 unbenutzten
Reinigungsbandes B. Der Abwickeleinheit 2 ist zweckmäßigerweise
eine Einrichtung zugeordnet, mit der beim Abwickeln des Reinigungsbandes
B die Bandspannung durch Aufbringen eines Drehmoments auf die Abwickeleinheit 2 mittels
einer Friktions-, Elektromagnet-, Hysterese-, Band-, Wirbelstrom-
oder Magnetpulverbremse erzeugt werden kann. Wegen der bei abnehmendem
Durchmesser des Reinigungsbandvorrats auf der Rolle 4 bei
konstantem Bremsmoment zunehmenden Bandspannung kann die Bandspannung
vorzugsweise durch ein entsprechend veränderbares Drehmoment
einer Elektromagnet-, Hysterese-, Wirbelstrom- oder Magnetpulverbremse
mit Hilfe eines Bandspannungsmesssystems wie z. B. Messung der Auslenkung
einer federbelasteten Tastrolle 6 geregelt werden.
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Die
Aufwickeleinheit 3 besteht aus einer rotatorisch angetriebenen
Aufnahmevorrichtung für einen Wickelkern zum Bilden eines
Wickels 7 von benutztem Reinigungsband. Eine Antriebseinrichtung der
Aufwickeleinheit 3 ist in 2 als Elektromotor
A dargestellt. Die Aufnahmevorrichtung kann mittels einer Klemmung
Drehmomente auf den Wickelkern übertragen.
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Auf
der der Bandführungseinrichtung 5 abgewandten
Seite des Dosierkopfes D ist eine Absetz- oder Parkstelle 8 angeordnet,
die vorzugsweise mit einem Material bedeckt ist, das in der Lage
ist, die Düsenöffnung des Dosierkopfes D abzudichten, wenn
er auf die Absetzstelle 8 abgesetzt ist.
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Die
Tastrolle 6 kann mit Winkelmarken 9 oder vergleichbaren
Markierungen versehen sein, die mit Hilfe von elektromechanischen,
optischen, induktiven Hall-Effekt- oder sonstigen Schaltern 10 abgefragt werden
können, um den Antrieb der Aufwickeleinheit 3 nach
einer entsprechenden Anzahl an Impulsen abschalten zu können.
Hierdurch kann eine vom Rollendurchmesser unabhängige,
konstante Vorschublänge an Reinigungsband B pro Reinigungszyklus
realisiert werden.
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Der
Dosierkopf D ist mittels einer Antriebseinrichtung, die hier nicht
dargestellt ist, gegenüber der Reinigungsvorrichtung so
beweglich, dass er wahlweise zwischen der Absetzstelle 8 und
der Bandführungseinheit 5 bewegt werden kann.
Alternativ kann anstelle des Dosierkopfes D die gesamte Reinigungsvorrichtung
gegenüber dem Dosierkopf in entsprechendem Umfang beweglich
sein. Diese Relativbewegung ist in 1 mit dem
Doppelpfeil Z dargestellt.
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Im
Betrieb wird zur Erzielung einer Reinigung der Düsenmündung
des Dosierkopfes D dieser gegen das gewölbte Bauteil 5 der
Bandführungseinheit bewegt. Das dort aufliegende Reinigungsband
B befindet sich im Bewegungsweg der Düsenmündung und
kommt daher mit der Düsenmündung in Berührung,
so dass es daran haftende Dosierflüssigkeitsrückstände
aufnehmen kann. Zu diesem Zweck ist das Reinigungsband ein entsprechend
kapillar ausgerüstetes Band. Es kann auch mit einem Lösungsmittel
für das Dosierflüssigkeit getränkt sein,
um das Aufsaugen der Dosierflüssigkeitsrückstände
zu begünstigen. Die Federvorspannung, mit der das Bauteil 5 der
Bandführungseinheit abgestützt ist, begrenzt die
Andruckkraft des Reinigungsbandes B auf die Düsenmündung
während des Reinigungsvorgangs und stellt das Bauelement 5 wieder
in die Ausgangslage zurück, wenn der Dosierkopf D die Stellung über
der Bandführungseinheit verlassen hat. Die Auslenkung der
Bandführung während des Reinigungsvorgangs kann
vorteilhafterweise auch zur Betätigung eines elektromechanischen,
optischen, induktiven Hall-Effekt- oder sonstigen Schalters für
den Bandvorschub genutzt werden. Hierbei wird das Reinigungsband
B um eine Prozess-, medium- und verschmutzungsabhängige
Strecke durch die Aufwickeleinheit 3 weiterbewegt.
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Der
Antrieb der Aufwickeleinheit 3 kann zur Abführung
von verschmutztem Reinigungsband B mit konstanter, sehr geringer
Drehzahl betrieben werden oder intermittierend während
oder nach jedem Reinigungsvorgang für eine festgelegte
Zeitspanne. Um zu vermeiden, dass die Transportlänge des
Reinigungsbandes B bei Bewegung mit konstanter Zeitspanne mit steigendem
Durchmesser des Wickels 7 verschmutzten Reinigungsbandes
zunimmt, kann auf die von den Winkelmarken 9 ausgelöste
Steuerung des Antriebs der Aufwickeleinheit 3 zurückgegriffen werden,
wie oben bereits beschrieben wurde.
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Im
Falle sehr reaktiver Dosiermedien kann es zweckmäßig
sein, das Reinigungsband B zur Verbesserung der Reinigungswirkung
mit entsprechendem Lösungsmittel zu tränken. Hierzu
kann die gesamte Vorratsrolle getränkt werden. Bei sehr
leicht flüchtigen Lösungsmitteln kann es zweckmäßig
sein, die Tränkung des Reinigungsbandes B im Betrieb jeweils
kurz vor dem Reinigungsprozess an der Kontaktstelle des Reinigungsbandes
B mit der Düsenmündung vorzunehmen.
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Im
Falle der Dosierung unter Umgebungseinfluss reagierender Dosiermedien,
z. B. Polyurethane, Cyanacrylate, oder lösungsmittelhaltiger
Dosiermedien, wie z. B. Farben, Lacke usw., ist die beschriebene
Absetzstelle 8 für den Dosierkopf D besonders
vorteilhaft, weil das Absetzen des Dosierkopfes D darauf Reaktionen
des Dosiermediums an der Düsenmündung unterbinden
kann. Die Absetzstelle 8 kann vorzugsweise eine gummielastisch
ausgeführte Oberfläche haben, die die Düsenmündung während
der Dosierpausen von außen gegen die Umgebung abdichtet.
Hierbei kann innerhalb der Absetzstelle 8 auch eine Benetzung
oder Spülung mit Lösungsmittel vorgesehen sein,
um Reaktionsprodukte zu lösen bzw. bis zum nächsten
Dosierzyklus in Lösung zu halten. Ein entsprechender Vorratsbehälter
hierfür ist in der Zeichnung mit 11 gekennzeichnet.
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Bei
der Ausführungsform nach 3 ist das konvex
gewölbte Bauteil von einer Rolle 15 gebildet, über
die das Reinigungsband B geführt ist. Die übrigen
Merkmale können in der gleichen Art realisiert sein, wie
in den 1 und 2 dargestellt ist, auch wenn
diese in der 3 teilweise nicht gezeigt sind. Daher
kann auch auf eine Wiederholung von deren Erläuterung verzichtet
werden.
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Die 1 bis 3 zeigten
Ausführungsformen, in denen es erforderlich ist, den Dosierkopf
und die gesamte Reinigungsvorrichtung gegeneinander zu bewegen.
Bei einer in 4 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung sind für eine Vorrichtung zum berührungslosen
Dosieren der Dosierkopf D und die Reinigungsvorrichtung gegeneinander
unbeweglich und ist das Reinigungsband B ein solches, das in einer
Längsreihe in gegenseitigem Abstand ausgebildete Löcher
L aufweist und über die die Düsenöffnung
des Dosierkopfes D aufweisende Seite desselben geführt
ist. Die Löcher L sind ausreichend groß, dass
die Dosierung bei entsprechender Ausrichtung des Reinigungsbandes
B durch die Löcher L hindurch erfolgen kann. Für
die Abreinigung von Dosierflüssigkeitsrückständen
aus dem Bereich der Düsenöffnung wird das Reinigungsband
bis zum nächsten Loch über die Düsenöffnung
gezogen. Es versteht sich, dass die zwischen den Löchern
verbliebenen Materialstege des Reinigungsbandes ausreichend breit
sind, um die anfallenden Dosierflüssigkeitsrückstände
aufnehmen zu können. Um das Reinigungsband B für
das Ausstoßen von Dosierflüssigkeit jeweils so
zu positionieren, dass sich ein Loch L an der Düsenöffnung
befindet, ist auf dem Baugruppenträger 1 ein Sensor 14 beispielsweise
in Form einer Lichtschranke vorgesehen, die die Löcher
erfassen und den bandvorschub steuern kann. Diese Lösungsvariante
ist besonders für hohe Taktfrequenzen der Dosierung geeignet,
da der Reinigungsvorgang so schnell ablaufen kann, dass er in den
Taktpausen erfolgen kann, ohne ggf. die Taktfrequenz herabsetzen
zu müssen.
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Wenn
zuvor immer von einem Reinigungsband, also einem Element gesprochen
wurde, das üblicherweise weitaus breiter als dick ist,
sei doch betont, dass dieses Reinigungselement auch von einer saugfähigen
Schnur gebildet sein kann, die unter Berücksichtigung der
Abmessungen der Düsenöffnung einen ausreichend
großen Querschnitt hat, um in der Lage zu sein, die an
der Düsenöffnung angesammelten Dosierflüssigkeitsrückstände
sicher aufzunehmen.
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5 zeigt
eine Ausführungsform der Erfindung, die in der zuletzt
beschriebenen Art ausgebildet ist. Das Reinigungselement ist eine
saugfähige Schnur B, die mittels einer sie haltenden Führungsvorrichtung 12 während
des Reinigungsvorgangs quer zu ihrer Längserstreckung von
einem Stellantrieb 13 über die Düsenöffnung
insbesondere oszillierend bewegbar ist, um sicherzustellen, dass
der gesamte Bereich um die Düsenöffnung von der
Schnur B, die im Übrigen in der am Beispiel des Reinigungsbandes
beschriebenen Weise in Längsrichtung zyklisch fort bewegt
wird, erfasst und gereinigt wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Variante ist das Reinigungselement ein Reinigungsband,
das im Bereich des feststehend gehaltenen Dosierkopfes von einer
beweglichen Vorrichtung geführt, die der Farbbandführung
in einer üblichen Typenhebelschreibmaschine vergleichbar
ist, in der vor jedem Typenanschlag das Farbband quer zu dessen
Transportrichtung zwischen den Typenhebelkopf und die Druckwalze
gehoben und nach dem Anschlagen der Type wieder abgesenkt wird,
um den hinterlassenen Druckbuchstaben sichtbar zu machen. Bei einer
derart ausgestalteten Führung des Reinigungsbandes wird
dieses zum Zwecke des Reinigens der Düsenmündung,
ggf. zusammen mit einer Unterlage, unter die Düsenmündung
geschoben und mit dieser in Berührung gebracht, wobei vor,
während oder nach der Berührung ein Vorschub des
Reinigungsbandes erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 02/089545
A1 [0006]
- - DE 102005051224 A1 [0006, 0006]
- - EP 0568365 B1 [0008]
- - US 3876144 A [0008]
- - DE 19936670 C1 [0009]
- - EP 0486159 A1 [0009]