DE2224331B2

DE2224331B2 - Vorrichtung zum aufbringen von genau dosierten fluessigkeitsmengen auf eine auftragsflaeche

Info

Publication number: DE2224331B2
Application number: DE19722224331
Authority: DE
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1972-05-18
Publication date: 1977-06-08
Also published as: AU4274072A; DE2224331A1; ES403084A1; FR2140437B1; CA959803A; GB1388501A; BE784429A; IT958019B; DD97356A5; IE36451L; AU464365B2; FR2140437A1; SE389913B; US3810779A; NL7207287A; IE36451B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen von genau dosierten Flüssigkeitsmengen auf eine Auftragsfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher das Aufbringen tiner genau dosierten Flüssigkeitsmenge durch einen Druckluftimpuls erfolgt, der auf eine Kugel wirksam Wird, die in der Nadel auf der in dieser befindlichen Flüssigkeit schwimmt. Die bekannte Anordnung ist verhältnismäßig aufwendig, da sie zusätzlich zur Betätigungsbewegung der Nadel eine besondere Druckluftqueile erfordert.

Ferner ist eine Auftragsvorrichtung bekannt, bei welcher der Auftrag lediglich durch Verwendung eines mit der Nadel kommunizierenden Flüssigkeitsvorrats erfolgt, durch den ein sehr geringer Flüssigkeitsdruck von wenigen Zentimetern Wassersäule bereitgestellt wird, der einen gleichmäßigen Auftrag eines Beschichtungsmaterials in Form von Längsstreifen an einem gegenüber einer Flüssigkeitsaustrittsöffnung bewegten Medium ergibt

Bei der bekannten Vorrichtung ist bei Beginn des Auftrags ein einileitender Aiisaugvorgang erforderlich, um den Flüssigkeitsaustritt in die Wege zu leiten, so daß sich die bekannte Vorrichtung bestimmungsgemäß im wesentlichen nur zu einer kontinuierlichen Beschichtung eignet, jedoch für eine punktförmige Beschichtung

ίο ohne zusätzliche selbsttätig betätigbare Ansaugvorrichtungen wenig geeignet wäre.

Der vorliegendne Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art derart auszubilden, daß sie ohne Verwendung von eigenen Druckluftquellen oder bei jedem Beschichtungs Vorgang zu betätigenden Ansaugvorrichtungen für eine punktförmige Beschichtung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wie im

kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anschließend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

F i g. 1 ist eine Draufsicht auf ein Anwendungsbebpiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung und stellt ein We^wcrfthermometer dar, das durch gleichzeitiges Aufbringen von genau dosierten Mengen einer flüssigen Substanz auf 45 gesonderte Stellen hergestellt werden muß;

F i g. 2 ist ein Aufriß der Vorrichtung, wobei nur zwei Nadeln dargestellt sind und

F i g. 3a bis 3g eine Arbeitsfolge beim Aufbringen der Flüssigkeitsmenge auf die Auftragsfläche.

Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Flüssigkeit kann aus nur einer einzigen Komponente oder aus mehreren Komponenten bestehen; sie kann auch ein bei Raumtemperatur fester Stoff sein der zum Auftrag durch Erhitzen verflüssigt werden muß und nach der Ablagerung auf der Auftragsfläche wieder erstarrt.

Fig. 1 zeigt einen fortlaufenden Streifen oder eine Platte 10, die in bestimmten Abständen mit einer Vorrichtung 12, z. B. einem Wegwerf thermometer (durch den strichpunktierten Umriß dargestellt, weil die Vorrichtung 12 schließlich von dem Streifen 10 getrennt wird), versehen ist, auf der an einer Anzahl von Stellen genau dosierte Mengen aufgebracht werden sollen.

Diese Stellen können z. B. ein Muster von Mulden 14 bilden, mit denen der Streifen versehen ist, jedoch kann die Abscheidung der Flüssigkeit auf jeder ebenen, konvexen, konkaven oder sonstigen Oberfläche erfolgen.

Die an jeder Stelle aufzubringende Flüssigkeitsmenge kann überall die gleiche sein, aber auch von einer Stelle zur nächsten variieren; wesentlich ist nur, daß die an jeder Stelle abgegebene Menge genau der beabsichtigten Menge entspricht. Der Streifen 10 kann Markierungen 16 aufweisen, die durch eine Photozelle 20 (F i g. >) erfaßt werden.

Die Vorrichtung zum Aufbringen der Flüssigkeitsmengen weist gemäß F i g. 2 eine Halteplatte 22 für die hohl ausgebildeten Nadeln 24 auf, die senkrecht in der Halteplatte 22 angeordnet sind, und deren untere Enden in einer ersten Ste'lung in einem Abstand Ei zum Streifen 10 liegen. Die Halteplatte 22 ist an einem Gleitbiock 30 befestigt und für senkrechte Verschiebung

in bezug auf einen aufrechtstehenden Ständer 70 gelagert Der Gleitblock 30 ist bei 75 mit einem hydraulisch betätigten Kolben 33 verbunden, der die Halteplatte zum Auftrag der Flüssigkeit absenkt und sie anschließend wieder zurückzieht In Fig.2 sind nur zwei Nadeln 24 dargestellt; jedoch ist für jeden Auftragspunkt eine besondere Nadel vorhanden. Die Halteplatte 22 ist gleitbar in einem starr befestigten Block 71 angeordnet, der mit einem weiteren Gleitblock 72 verbunden ist, welcher seinerseits mit dem Ständer 70 verbunden ist und den mechanischen Verbindungspunkt zwischen dem Kolben 33 und dem Gleitbereich 30 bildet Ferner enthält dei;Gleitblock 30 eine Konsole 76, in der eine Stellschraube 77 angebracht ist, die in die Halteplatte 22 eingreift, um die letztere und mit ihr die untere Spitze der Nadel 24 in ihrer ersten Stellung einstellen, d. h. die Höhe £1 ändern zu können.

Jede Nadel 24 hat ihren eigenen Flüssigkeitsvorrat 34. Daher gehört zu jeder Nadel eine besondere Ampulle 32, in der ein Flüssigkeitsvorrat 34 untergebracht ist, sowie ein Ergänzungsvorratsbehälter 36, ein Ventil 38, das die Strömung zwischen dem Ergänzungsbehälter 36 und der Ampulle 32 steuert, und Flüssigkeitsspiegel-Fühlorgane in Form eines Paares von Heißleitern 40,42, die in der Ampulle 32 untergebracht sind. Die 2s Ergänzungsbehälter 36 und die Ampullen 32 können in an sich bekannter Weise in Reihen angeordnet sein, wobei die Ampullen sich in solchen Stellungen befinden, daß der Flüssigkeitsspiegel in ihnen sich in einem Abstand E₂ über dem Streifen 10 befindet; dieser Abstand bewirkt, daß der Flüssigkeitsspiegel des Vorrats in der Ampulle in etwa der gleichen Höhe wie oder etwas tiefer als das untere Ende der zugehörigen Nadel iiegt, wenn die letztere sich in ihrer ersten oder oberen Stellung befindet. Zu jeder Nadel gehört ferner eine Kapillarleitung 44, die den Flüssigkeitsvorrat 34 mit dem oberen Ende der Nadel verbindet, wobei jede Kapillarleitung 44 eine U-förmige Biegung 46 aufweist, die sich über dem Streifen 10, aber unter dem unteren Ende der zugehörigen Nadel befindet. Jede Ampulle 32 ist mit einem Paar von rohrförmigen Armen versehen; der eine Arm 82 dient zum Einlaß von Luft von der Atmosphäre her durch den Belüftungsstutzen 83 zur Oberseite des Flüssigkeitsvorrats, während der andere Arm 84 eine Leitung für den Eintritt von Flüssigkeit aus dem Ergänzungsbehälter 36 durch die Fülleitung 85 bildet. Der Ergänzungsbehälter 36 einer jeden Einheit ist ebenfalls zur Außenatmosphäre hin offen, indem er zu diesem Zweck mit einer Kappe 88 versehen ist, durch die Luft in den Ergänzungsbehälter eintreten kann. 5"

Die relativen Größen der Ampullen 32 und der Nadeln 24 sind in Fig. 2 nicht maßstabsgetreu dargestellt, da der Abstand £1, wie nachstehend beschrieben, bei der Ausgabe eines besonderen binaren Gemisches von wärmeempfindlichen Substanzen ungefähr 41,3 mm beträgt, während die in diesem Falle verwendeten Ampullen mit dem Flüssigkeitsvorrai; bis zu einer Höhe von 51 mm oder mehr über ihren Boden gefüllt sind.

Zu jeder Abgabevorrichtung gehört ferner ein <> << magnetisch betätigtes Membranventil 38 in der Fülleitung 85, das so betätigt wird, daß die Flüssigkeit in der Ampulle 32 im Bedarfsfalle aus dem Ergänzungsbehälter 36 aufgefüllt wird.

Wenn die röhrenförmigen Nadeln 24 einer jeden Abgabevorrichtung in ihrer ersten oder oberen Stellung stehen, besteht praktisch kein Unterschied zwischen der Höhe des Vorratsspiegels (£2) und derjenigen des unteren Endes der Nadel (Ey), und daher wird auf die Flüssigkeit am unteren Ende der Nadel kein hydrostatischer Druck ausgeübt, der ein Ausfließen von Flüssigkeit aus der Nadel zur Folge haben könnte. Ferner ist die Kapillarleitung 44 einer jeden Abgabevorrichtung sowie die ihr zugeordnete Nadel in ihrer Größe in bezug auf die Viskosität der Flüssigkeit so bemessen, daß die Flüssigkeit in der Nadel und der KapiUarleitung durch Kapillarkräfte zurückgehalten wird und nicht aus der Nadel und der Kapiilarleitis.ng in die Ampulle 32 zurückfließen kann und infolgedessen die Nadel und die Röhre 44 immer mit Flüssigkeit gefüllt sind

Um die Flüssigkeit auf den Streifen 10 aufzubringen, wird der Kolben 33 so betätigt, daß er die Halteplatte 22 mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Richtung auf den Streifen 10 hin absenkt, was zur Folge hat, daß ein hydrostatischer Druck (E2 —E\) erzeugt und auf die Flüssigkeit am unteren Ende der Nadel ein Impuls ausgeübt wird, so daß die Flüssigkeit aus der Nadel 24 auszufließen beginnt, wobei das Ausfließen der Flüssigkeit infolge der Größe der Nadel und der Viskosität der Flüssigkeit in Form eines Flüssigkeitstropfens erfolgt, der durch Kapillarwirkung am unteren Ende der Nadel festgehalten wird. Die Abwärtsbewegung der Halteplatte wird unterbrochen, wenn jede Nadel 24 sich in ihrer zweiten oder unteren Stellung befindet, die in F i g. 2 in strichpunktierten Linien dargestellt ist, und in der das untere Ende einer jeden Nadel sich unmittelbar über dem Streifen 10 befindet, den Streifen aber nicht berührt. Der Flüssigkeitstropfen am unteren Ende der Nadel berührt jedoch den Streifen 10, und die Adhäsionskraft des letzteren zieht den Tropfen von der Nadel ab. Die Nadeln 24 werden nur einen Augenblick in der zweiten Lage gehalten, da die Halteplatte 22 gleich in die erste Lage zurückgefahren wird und die Kapillarwirkung in der Nadelspitze das weitere Ausfließen von Flüssigkeit verhindert, während der abgegebene Flüssigkeitstropfen genau der gewünschten Menge entspricht.

Die genaue Dosierung ist eine Funktion der Geschwindigkeit, mit der die Nadeln 24 abwärts gefahren werden, sowie des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Stellung. Wenn man mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und einem vorgegebenen Hub arbeitet, läßt sich das Ausfließen von Flüssigkeit aus den Nadeln infolge zunehmenden hydrostatischen Druckes und zunehmenden Impulses bei der Abwärtsbewegung der Nadeln so steuern, daß man einen abgegebenen Flüssigkeitstropfen von genau bestimmter Größe erhält. Bei einem besonderen Anwendungsfall, und zwar bei der Abgabe eines binären Gemisches aus o-Chlornitrobenzol und o-Bromnitrobenzol arbeitet man zur Ablagerung von 0,3 mg dieser Flüssigkeit mit einem Hub von 41,3 mm. Dabei betrügt die Fahrgeschwindigkeit bei der Abwärtsbewegung im wesentlichen V₈ Sekunden, die Haltezeit, innerhalb deren der Flüssigkeitstropfen mit dem Streifen in Berührung steht, im wesentlichen V₄ Sekunde, und die Zeit für die Aufwärtsbewegung V₈ Sekunden. Wenn bei diesen Parametern die Nadel eine lichte Weite von 0,5842 mm und die Kapillarleitung eine lichte Weite von 0,8636 mm hat, erhält man einen Flüssigkeitstropfen mit einem Durchmesser von etwa 0,76 mm und einem Gewicht von 0,3 mg. Das verwendete binäre Gemisch hat dabei eine Viskosität von 3 bis 5cP. Wenn ein solches binäres Gemisch, das bei Raumtemperatur eine feste Lösung bildet, auf einer Oberfläche abgelagert werden soll, muß es in flüssiger Form vorliegen, und

deshalb wird der Vorrat in den Ampullen 32 auf einer Temperatur im Bereich von 46 bis 66°C gehalten.

Als Werkstoff für die Kapillarleitung 44 wird bei Abgabe der obenerwähnten binären Lösungen Polytetrafluorethylen bevorzugt, weil es mit den binären Lösungen verträglich ist und nicht mit ihnen reagiert.

F i g. 3a bis 3g zeigen die zeitliche Reihenfolge bei der Bildung und Abgabe eines Flüssigkeitstropfens 120 auf dem Streifen 10. In Fig. 3a befindet sich die Nadel 24 in ihrer ersten Stellung, die Flüssigkeit wird in ihr durch Kapillarwirkung zurückgehalten, und am unteren Ende der Nadel befindet sich ein Meniskus 121. Wenn die Nadel gegen den Streifen 10 hin gesenkt wird, beginnt das Ausfließen der Flüssigkeit unter Bildung eines Flüssigkeitstropfens, wie es in F i g. 3b und 3c dargestellt ist, und dieser Tropfen vergrößert sich bei der Abwärtsbewegung der Nadel und nimmt eine im allgemeinen kugelförmige Gestalt an. Wenn der Flüssigkeitstropfen 120 den Streifen 10 bei 123 berührt, wird die den Tropfen festhaltende Kapillare unterbrochen und der Tropfen von der Nadel 24 abgezogen, wie es in F i g. 3d dargestellt ist. Wenn die Nadel angehoben wird, spielt sich im wesentlichen die umgekehrte Reihenfolge von Vorgängen ab, wie es in F i g. 3e bis 3g erläutert ist, mit dem Unterschied, daß die Flüssigkeit, die bestrebt ist, nach dem Übergang des Tropfens 120 auf den Streifen 10 aus der Nadel auszufließen, beim Aufwärtshub eine etwas kleinere kugelförmige Masse bildet und in ihrer Größe abnimmt und, wenn die Nadel in ihre erste Stellung zurückgekehrt ist, vollständig in die Nadel zurückgezogen worden ist und den Meniskus 127 bildet.

Der Spiegel des Flüssigkeitsvorrats 34 in jeder Ampulle 32 wird vorzugsweise in einem bestimmten Bereich zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert gehalten, damit der hydrostatische Druck am unteren Ende der Nadel im wesentlichen konstant

ίο bleibt, da wesentliche Änderungen des Wertes E₂ die Menge der abgegebenen Flüssigkeit beeinflussen können. Zu diesem Zweck ist jede Ampulle 32 mit einem kontinuierlich arbeitenden Flüssigkeitsspiegel-Überwachungsgerät in Form eines Paares von Heißleitern 40,42 ausgestattet. Die Heißleiter sind in jeder Ampulle 32 in verschiedenen Höhen angebracht. Normalerweise taucht ein Heißleiter 42 immer in die Flüssigkeit ein und dient als Bezugsfühler. Der andere Heißleiter 40 und der Heißleiter 42 sind durch koaxiale Leitungen 63 mit einer Vergleichsvorrichtung 60 verbunden, die seinerseits durch Leitungen 65 an den Magneten des Ventils 3i angeschlossen ist. Die Vergleichsvorrichtung 60 enthäli eine hochempfindliche elektrische Brücke, die durch Signale von den beiden Heißleitern im Gleichgewichi gehalten wird und die bei einem Ungleichgewicht eir Magnetventil 38 betätigt, um den ursprünglicher Flüssigkeitsspiegel wieder herzustellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum AuForingen von genau dosierten Flüssigkeitsmengen auf eine Auftragsfläche, mit mindestens einer röhrenförmigen, senkrecht angeordneten Nadel und einer Vorrichtung zur ruckartigen vertikalen Verschiebung der Nadel aus einer Ausgangsstellung in eine Stellung, in der sich die Nadelspitze in einem derartigen Abstand über der Auftragsfläche befindet, daß ein an der Nadel hängender Tropfen die Auftragsfläche berührt, und mit einer Vorrichtung zur Erhöhung des Drucks auf die Flüssigkeit in der Nadelspitze beim Absenken der Nadel, wobei die röhrenförmige Nadel in bezug auf die Viskosität der Flüssigkeit in ihrer Größe so bemessen ist, daß die Flüssigkeit in der Nadel zurückgebalten wird, wenn die Nadel ihre erste Stellung einnimmt, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitsvorrat (34) in solchem Abstand über der Auftragsfläche (10), daß sich der Spiegel des Flüssigkeitsvorrats in gleicher Höhe wie oder etwas niedriger als das untere Ende der Nadel (24) befindet, wenn diese ihre Ausgangsstellung einnimmt und die Vorrichtung (33) zur Verschiebung der Nadel (24) diese nach Erreichen ihrer untersten Stellung sofort wieder in die Ausgangslage zurückbringt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit einer Halteplatte (22) für die Nadel verbundene Einrichtung (71, 76, 77) zum selektiven Einstellen der Höhe des unteren Nadelendes über der Auftragsfläche (10), wenn die Nadel ihre Ausgangsstellung einnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung (40,42,60) zum Überwachen des Flüssigkeitsspiegels in dem Vorrat (34) und eine Anordnung (36,85,38,84, 82, 83) zum selbsttätigen Wiederauffüllen von Flüssigkeit, sobald der Flüssigkeitsspiegel in dem Vorrat (34) unter eine bestimmte Höhe sinkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Aufnahme des Flüssigkeitsvorrats (34) aus einer Ampulle (32) besteht.