DE2642889A1

DE2642889A1 - Verfahren und vorrichtung zum tropfenweisen dosieren von fluessigen bis viskosen massen

Info

Publication number: DE2642889A1
Application number: DE19762642889
Authority: DE
Inventors: Albert Zimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Bremer Bank Niederlassung Der Dresdner Bank Ag 28
Priority date: 1976-09-24
Filing date: 1976-09-24
Publication date: 1978-03-30
Also published as: DE2642889C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum tropfenweisen Dosieren von
flüssigen bis viskosen Massen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum tropfenweisen Dosieren von flüssigen bis viskosen Massen, wie von Klebern, insbesondere von Einkomponentenklebern, sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es sind bereits verschiedene Dosiersysteme für flüssige Einkomponentenkleber vorgeschlagen worden bzw. bekannt.
Bei einem dieser Systeme wird der Kleber von einer Tauchkolbenpumpe aus einem Vorratsbehälter angesaugt und über einen Druckschlauch der Abgabestelle zugeführt. Die Mengenregelung erfolgt durch Hubverstellung der Pumpe.
Bei einer anderen Ausführung wird der ganze Klebervorratsbehälter unter erhöhten Luftdruck gesetzt und der in den Druckschlauch gedrückte Kleber der Abgabestelle zugeführt.
Die Mengenregelung erfolgt durch Überdruckventile.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Kleber von einer ventillosen Schlauchpumpe (peristaltisches Prinzip) angesaugt und über den druckseitigen Schlauch der Abgabestelle zugeführt.
Hierbei erfolgt die Mengenregelung durch Vorgabe von Einzelbetätigungen über anwählbare Zählwerke bzw. Zeitschalter oder durch Auswechseln der Schläuche mit verschiedenen Innendurchmessern.
Für sehr aggressive Kleber ist ein Verfahren bekannt, bei welchem der Kleber durch Vakuum in kleinere auswechselbare Behälter gesaugt wird, die anschließend für das Dosieren wieder unter Druck gesetzt werden. Hierbei erfolgt die Mengenregelung durch auswechselbare Abgabekanülen mit verschiedenen Innendurchmessern bzw. durch gesteuerte Druckimpulse.
Bei allen diesen bekannten bzw. vorgeschlagenen Dosiersystemen treten im praktischen Einsatz Nachteile auf, die sich auf eine kontrollierte Abgabe des Klebers in Tropfenform nachteilig auswirken. Keines dieser Systeme hat sich bisher im praktischen Betrieb für das automatische Dosieren von Klebern bewährt, welche unter Einwirkung von Luftfeuchtigkeit zur Aushärtung neigen, wie dies insbesondere bei Cyanoacrylat-Klebern der Fall ist.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei welchen es möglich ist, kleine Tropfen von Klebern verschiedener Viskosität auf Werkstücke aufzubringen, selbst wenn der Kleber die Eigenschaft hat, mit der Feuchtigkeit der Luft eine zur Aushärtung des Klebers führende Reaktion einzugehen. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die tropfenweise zu dosierende, in einem Vorratsbehälter befindliche Masse, innerhalb eines unter einem statischen Druck stehenden Druckbehälters, durch den statischen Druck in die Ventilkammer eines Dosierventiles gedrückt und darin unter Druck gehalten wird, aus dieser durch kurzzeitige Öffnung des Dosierventiles über eine Rohrleitung zum Tropfengeber in eine Kapillarleitung geleitet wird, auf deren den Tropfen bildenden Öffnung, unmittelbar nach der die Tropfenbildung einleitenden Betätigung des Dosierventiles, ein impulsartiger Druckluftstoß den am Kapillarleitungsende gebildeten Tropfen von der Öffnung der Kapillarleitung ablöst und gegen eine den Tropfen aufnehmende Fläche bläst.
Es ist zweckmäßig, zur Durchführung dieses Verfahrens eine Vorrichtung zu verwenden, bei der außer dem ortsbeweglich oder ortsfest angeordneten Tropfengeber ein das Vorratsgefäß für die flüssige bis viskose Masse aufnehmender Druckbehälter und ein Dosierventil vorgesehen sind, die einerseits zur Führung der flüssigen bis viskosen Masse über Rohrleitungen bzw. Schläuche untereinander in Verbindung stehen und andererseits über entsprechende Regel- bzw. Steuerventile mit einer Druckluftquelle in Verbindung stehen.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend in Verbindung mit den Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematisch vereinfacht gezeichnet und alle zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten sind der besseren Übersicht halber fortgelassen worden.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren in gleicher Weise bezeichnet.
Es zeigt: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Druckbehälter mit dem Vorratsgefäß einerseits und das Dosierventil andererseits getrennte Einheiten bilden, Fig. 2 in vereinfachter Darstellung eine Ausführungsform, bei welcher der Druckbehälter mit Vorratsgefäß sowie das Dosierventil zu einer konstruktiven Einheit verbunden sind.
In den Figuren ist mit 2 ein Vorratsbehälter bezeichnet, in welchem sich die in Tropfen abzugebende Masse 4, z.B. ein Kleber, befindet. Als Kleber sei hierbei ein Einkomponentenkleber angenommen, beispielsweise ein Cyanoacrylat-Kleber.
Ein solcher Kleber hat die Eigenschaft, daß er eine hohe Reaktionsfähigkeit mit Feuchtigkeit hat, derart, daß durch die Gegenwart von Feuchtigkeit und in Verbindung mit nicht resistenten Werkstoffen eine Startpolimerisation eintritt.
Der Vorratsbehälter 2 ist in einem Druckbehälter 6 angeordnet, der unter dauerndem statischem Druck gehalten wird. Zu diesem Zweck steht der Innenraum des Druckbehälters 6 über Leitungen 8 und 10 unter Zwischenschaltung eines Feindruckreglers 12 mit einer Druckluftquelle 14 in Verbindung.
Durch 'die abnehmbare Abdeckung 16 des Druckbehälters 6 führt ein durch eine druckdichte Schlauchdurchführung 18 geführter Schlauch 20, der in einer Schlauchbefestigung 22 eines Dosierventiles 24 endet.
Das Dosierventil 24 besteht aus einem Ventilgehäuse 26 und einem Kolbengehäuse 28. Letzteres ist z.B in das Ventilgehäuse eingeschraubt und drückt den Rand einer Membran 30 gegen einen inneren Ansatz 32 des Ventilgehäuses derart, daß durch das Einschrauben des Kolbengehäuses 28 eine einwandfreie Halterung des Membranrandes und eine einwandfreie Abdichtung des Innenraumes 34 des Ventilgehäuses 26 erreicht wird.
Das Kolbengehäuse ist zur Einbringung des Kolbens 36 an der mit 38 bezeichneten Stelle unterteilt. Mit dem Kolben 36 steht eine Betätigungsstange 40 in Verbindung, welche durch eine mittlere Öffnung der Membran 30 führt, derart, daß eine einwandfreie Abdichtung zwischen der Betätigungsstange 40 und der Membran 30 erfolgt. Das dem Kolben 36 entgegengesetzte Ende der Betätigungsstange 40 endet in einem Ventilkegel 42, dem der Ventilsitz 44 der Ventilbuchse 46 gegenüberliegt.
Die Ventilbuchse 46 ist mit einer Öffnung 48 versehen, in welcher die den Kleber führende Leitung 50 mündet.
Die Einführung der Leitung 50 in das Ventilgehäuse 26 erfolgt unter Anwendung einer Schlauchbefestigung 52. Der an der Betätigungsstange 40 sitzende Kolben 36 befindet sich in dem Zylinderteil 54 des Gehäuses 28. Zur Aufrechterhaltung der Schließung des Dosierventiles durch Andrücken des Ventilkegels 42 gegen den Ventil sitz 44 dient eine im Kolbengehäuse 28 angeordnete Druckfeder 56. Zentral im Kolbengehäuse ist eine Stellschraube 58 vorgesehen, mit welcher der Hub des Kolbens 36 und somit der Hub der Betätigungsstange 40 und des Ventilkegels 42 eingestellt und begrenzt werden kann.
Zur Betätigung des Kolbens 36 dient die Druckluftquelle 14, welche mit dem Kolbengehäuse 28 über Leitungen 60, 62 unter Zwischenschaltung eines Steuerventiles 64 verbunden ist Bei der Zuführuna von Druckluft in den Zylinderraum 66 wird der Kolben 36 zur Anhebung des Dosierventiles in Richtung der Stellschraube 58 gedrückt. Die Membran 30 besteht aus einem Werkstoff, der eine ausreichende Nachgiebigkeit aufweist und resistent gegen den Kleber ist. Zur Abführung von in den toten Räumen 68, 70 befindlicher Luft bei der Betätigung des Kolbens 36 sind Entlüftungsöffnungen 72, 74 vorgesehen. Die über das Ventil 42, 44 mit dem Innenraum 34 des Dosierventiles in Verbindung stehende Leitung 50 endet in einer Schlauchklemmverbindung 76 des Tropfengebers 78, an den sich eine weitere wesentlich dünnere Leitung bzw. ein Kapillarschlauch 80 anschließt, dessen Ende aus dem Tropfengeber 78 als Austrittöffnung 82 für die Tropfenabgabe heraussteht.
Der Tropfengeber besteht aus einem Gehäuse 84, an dem in einem Ansatz 86 die Schlauchklemmyerbindung 76 für die Leitung 50 endet und in welchem die Vereinigung bzw. Verbindung der Leitung 80, insbesondere eine kapillare Leitung, mündet.
Die Leitung 80 wird zentral im Gehäuse 84 in einer Durchführung 88 gehalten. Das Gehäuseende mit der Austrittsöffnung 82 des Schlauches 80 ist von einem Luftführungskegel 90 umgeben, wobei zwischen dem äußeren Ende des Kegels 90 und dem Ende 82 der Kapillarleitung ein Ringspalt 92 gebildet wird. Der Innenraum 94 des Luftführungskegels 90 steht mit einem Luftführungskanal 96 des Gehäuses 84 des Tropfengebers in Verbindung.
Der Kanal erhält seine Druckluftzuführung über Leitungen 98, 100 unter Zwischenschaltung eines Steuerventiles 102 und eines Feindruckreglers 104. Mit dem Luftführungskegels 90 wird erreicht, daß der Luftstrom unmittelbar auf den gebildeten Tropfen gerichtet wird und dieser durch einen Druckluftstoß leicht gelöst bzw. abgeblasen und gegen die Aufnahmefläche 108 eines Werkstückes bewegt wird. Zur Erleichterung der Bildung der Tropfen ist die Austrittsöffnung 82 wie dargestellt abgeschrägt.
Im Falle der Anwendung eines aggressiven bzw. stark reaktionsfähigen Klebers werden die mit dem Kleber in Berührung kommenden Teile aus einem Werkstoff hergestellt, der für den Kleber neutral ist. So bestehen beispielsweise der Vorratsbehälter 2, die Leitungen 20, 50 und 80 sowie das Ventilgehäuse 26 und die Schlauchbefestigung 22 sowie die Membran 30 aus Teflon, während die Betätigungsstange 40, insbesondere der im Dosierventilraum liegende Teil dieser mit dem Ventilkegel 44, aus Reinnickel oder Platin oder aus einem mit Platin überzogenen Werkstoff, z.B. Bronze bestehen. Das gleiche gilt für die den Ventilsitz 44 enthaltende Ventilbuchse 46.
Die Betriebsweise ist wie folgt: Durch die in den Kleber 4 hineintauchende Leitung 20 wird nach Anwendung des von der Druckluftquelle 14 ausgehenden Druckes über den Feindruckregler 12 im Innenraum des Druckbehälters 6 ein dauernd aufrechterhaltener Druck aufgebaut, durch welchen der Kleber 4 über die Leitung 20 in den Innenraum 34 des Dosierventiles 24 gelangt und diesen luftfrei ausfüllt. Das Öffnen des Dosierventiles 24 ermöglicht das Entweichen der im Ventilraum befindlichen Luft über den Schlauch 50 und die Kapillarleitung 80 durch die Austrittsöffnung 82. Dadurch wird ein Nachfolgen des Klebers und das luftfreie Füllen der Leitungen 50 und 80 mit diesem ermöglicht.
Nachdem Kleber aus der Öffnung 82 ausgetreten und das Ventil 42 und 44 geschlossen ist, ist die Vorrichtung betriebsfertig.
Durch Betätigung des Steuerventiles 64, welches vorteilhafterweise ein elektromagnetisches Ventil ist, wird unter Zwischenschaltung einer Zeitschalteinrichtung (nicht dargestellt) der Kolben 36 entgegen der Kraft der Feder 56 bewegt und der Ventilsitz 42, 44 entsprechend lange angehoben. Der Ventilhub wird entsprechend der Menge und der Viskosität des für einen Tropfen erforderlichen Klebers begrenzt; auch die Einschaltdauer des Steuerventiles 64 geht in diese Kriterien ein.
Um den Dosiervorgang zeit- und mengenmäßig weiter beeinflussen zu können, kann der Feindruckregler 12 auf einen bestimmten Druck eingestellt und gehalten werden. Geeignete Drücke für die Bildung eines Tropfens des vorgenannten Klebers bewegen sich zwischen 100 Millibar und 0,5 Bar.
Unmittelbar nach der Betätigung des Steuerventiles 64 zur Bildung eines Tropfens an der Austrittsstelle 82 wird das Steuerventil 102 betätigt. Dies erfolgt nach Schließen des Dosierventiles 24 zeitgesteuert und bewirkt, daß ein Luftstrom den Tropfen impulsartig von der Austrittsöffnung 82 trennt.
Da die Tropfenablösung einmal von der Betätigungslage des Tropfengebers 78, zum anderen von der Oberflächenspannung des Klebers abhängig ist, muß der Druck des Luftstromes durch den Feindruckregler 104 so eingestellt werden, daß der Tropfen gut abgelöst, aber nicht zersprüht wird.
Bei einer praktischen Ausführung der Erfindung hat sich ein innerer Durchmesser der Kapillarleitung 80 von 0,4 mm als günstig erwiesen.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform beschränkt. Die Ausführungsform der Fig. 2 ist eine vereinfachte Ausführung, bei der das Dosierventil 24 mit der Abdeckung 16 eine Einheit bildet. Hiermit wird erreicht, daß der aus der Vorratsflasche 2 führende Schlauch 20 stark verkürzt und, durch die Abdeckung 16 führend, vom Ventilgehäuse 26 in den Kleber 4 eintaucht.
Die Anorndung und Ausbildung des Tropfengebers 78 entspricht der Ausführungsform der Fig. 1, wobei die Leitung 50 unmittelbar in das auf der Abdeckung 16 sitzende Dosierventil 24 eingeführt wird.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht insbesondere darin, daß die Gesamtvorrichtung einen geringeren Umfang hat und leichter ausführbar ist.
Die Betriebsweise entspricht praktisch der in Verbindung mit der Fig. 1 beschriebenen.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum tropfenweisen Dosieren von flüssigen bis viskosen Massen, wie von Klebern, insbesondere von Einkomponentenklebern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e daß die tropfenweise zu dosierende, in einem Vorratsbehälter befindliche Masse (4), innerhalb eines unter einem statischen Druck stehenden Druckbehälters (6), durch den statischen Druck in die Ventilkammer (34) eines Dosierventiles (24) gedrückt und darin unter Druck gehalten wird, aus dieser durch kurzzeitige Öffnung des Dosierventiles (24) über eine Rohrleitung (50) zum Tropfengeber (78) in eine Kapillarleitung (80) geleitet-wird, auf deren den Tropfen bildenden Öffnung (82)., unmittelbar nach der die Tropfenbildung einleitenden Betätigung des Dosierventiles (24), ein impulsartiger Druckluftstoß den am Kapillarleitungsende (82) gebildeten Tropfen von der Öffnung der Kapillarleitung (80) ablöst und gegen eine den Tropfen aufnehmende Fläche (108) bläst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Dosierventiles (24) und die Auslösung des den Tropfen von der Kapillarleitungsöffnung (82) ablösenden Druckluftstoßes über zwei Druckluftst@erventile (64, 102) vollzogen wird, von denen das erste (64) die kurzzeitige Öffnung des Dosierventiles (24) vollzieht und die Betätigung des zweiten Steuerventiles (102) zur Auslösung des den Tropfen ablösenden impulsartigen Druckluftstoßes zeitverzögert vollzogen wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem ortsbeweglich oder ortsfest angeordneten Tropfengeber (78) ein das Vorratsgefäß (2) für die flüssige bis viskose Masse (4) aufnehmender Druckbehälter (6) und ein Dosierventil (24) vorgesehen sind, die einerseits zur Führung der flüssigen bis viskosen Masse (4) über Rohrleitungen bzw. Schläuche (20, 50, 80) untereinander in Verbindung stehen und andererseits über entsprechende Regel- bzw. Steuerventile (12, 104 bzw. 62, 102) mit einer Druckluftquelle (14) in Verbindung stehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Vorratsgefäß (2) enthaltende Druckbehälter (6) mit der Druckluftquelle (14) über einen Feindruckregler (12) In Verbindung steht, welcher den Luftdruck in der zum Vorratsgefäß (2) führenden Druckluftleitung konstant auf einem vorgewählten, einstellbaren Wert hält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfengeber (18) mit der Druckluftquelle (14) über einen Feindruckregler (104) in Verbindung steht, welcher den Luftdruck in der zum Tropfengeber (78) führenden Druckluftleitung (98) konstant auf einem vorgewählten, einstellbaren Wert hält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierventil (24) eine Ventilkammer (34) und eine Kolbenkammer (66) enthält, die durch eine das bewegliche Organ (40) tragende Membran (30) getrennt sind und das bewegliche Organ (40) eine Stange ist, die an ihrem einen Ende einen Ventilkegel (42) und an ihrem anderen Ende einen durch Druckluft betätigten Steuerkolben (36) trägt, wobei die Stange (40) in der Mitte der Membran (30) befestigt ist und der Ventilkegel (42) durch eine gegen den Steuerkolben (36) drückende Druckfeder (56) gegen den Ventilsitz (44) gedrückt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungshub des beweglichen Organes (40) des Dosierventiles (24) durch eine axial angeordnete Stellschraube (58) begrenzt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfengeber (78) ein Gehäuse (84) enthält, an dessen die Tropfen abgebenden Ende in der Mitte die Kapillarleitung (80) endet, die von einer konzentrisch dazu angeordneten und mit der Außenwandung der Kapillarleitung (80) einen vom Kapillarleitungsende zurückliegenden Ringspalt (92) bildenden kegelförmigen Luftführung (94) umgeben ist, welcher von einem durch das Gehäuse führenden Kanal (96) mit Druckluft gespeist wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das den Tropfen abgebende Ende der Kapillarleitung (80) zur Erleichterung der Topfenbildung abgeschrägt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (6) und das Dosierventil (24) eine konstruktive Einheit bilden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Anwendung einer aggressiv wirkenden flüssigen bis viskosen Masse (4) die mit dieser in Berührung kommenden Teile (2, 20, 50, 80, 22, 26, 30, 56), wie im Falle der Anwendung eines Cyanoacrylat-Klebers, aus einem resistenten Kunststoff, wie Teflon, oder aus einem resistenten Metall, wie Reinnickel, Platin. oder einem mit einem Platinüberzug versehenen Metall bestehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (64, 102) elektromagnetisch betätigt sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen ist, welche bewirkt, daß die Öffnung der Druckluftzufuhr zum Tropfengeber (78) zeitlich verzögert nach der Öffnung der Druckluftzufuhr zur Steuerung des Dosierventiles (24) erfolgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeiten der beiden Steuerventile (64, 102) unabhängig voneinander getrennt einstellbar sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verzögerte Erregung des Steuerventiles (64, 102) für die Druckluftspeisung des Tropfengebers (78) über eine Kontakteinrichtung des das Dosierventil (24) schaltenden Steuerventiles (64) vollzogen wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem der beiden Steuerventile (64, 102) je ein wahlweise betätigbares Hilfsventil vorgesehen ist, welches in geöffnetem Zustand eine unmittelbare Zufuhr der Druckluft zum Dosierventil (24) bzw. Tropfengeber (78) freigibt.