DE69502216T2

DE69502216T2 - Zweikomponenten Abgabesystem

Info

Publication number: DE69502216T2
Application number: DE69502216T
Authority: DE
Inventors: Gary A Derian; Michael W Fleming; Herman E Turner
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1995-01-05
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2015-01-06
Also published as: ES2117805T3; EP0668111A2; EP0668111A3; CA2139371A1; DE69502216D1; EP0668111B1; US5499745A; JPH07251115A

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Zwei-Komponenten-Misch- und Abgabesysteme. Insbesondere betrifft diese Erfindung solche Systeme, die zum Mischen und Abgeben von zwei unterschiedlichen Polymermaterialien geeignet sind, welche chemisch miteinander reagieren, wenn sie zusammengebracht werden. Die vorliegende Erfindung ist speziell für das Mischen und Abgeben von Zwei-Komponentenklebern geeignet, die bei der Montage von Erzeugnissen, wie beispielsweise der Herstellung und Montage von Fahrzeugen verwendet werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zwei-Komponenten-Polymermaterialien, wie reaktive Klebemittel, Farbe, Dichtsowie Abdichtmaterialien enthalten zwei separate Komponenten, die, wenn sie miteinander vermischt werden, chemisch miteinander reagieren. Beispielsweise ist Epoxidharz ein Zwei-Komponentenmaterial, welches ein erstes Polymermaterial, wie beispielsweise ein Harz, sowie ein zweites Material, wie beispielsweise ein Härtemittel enthält. Wenn die beiden unterschiedlichen Komponenten zusammengemischt werden, muß ein vorbestimmtes Verhältnis aufrechterhalten werden, so daß das Arbeitsverhalten der sich ergebenden Klebemischung aufrechterhalten wird. Eine Änderung des Verhältnisses der Mischung der Komponenten, wie beispielsweise das Hinzufügen einer Komponente im Übermaß, kann in unerwünschter Weise die Eigenschaften der zusammengefügten Mischung ändern. Es ist daher wichtig, daß das Verhältnis der Komponenten der Zwei-Komponenten- Misch- und Abgabesysteme exakt eingehalten wird. Dieses Verhältnis ist insbesondere schwierig aufrechtzuerhalten, wenn die sich ergebende Mischung der Materialien in einem intermitierenden bzw. unterbrochenen Arbeitsvorgang abgegeben wird, d.h. wenn die Abgabevorrichtung wiederholt ein- und ausgeschaltet wird. Bei solchen Anwendungen kann der Steuerungsverlust des Verhältnisses kurz nach dem Öffnen des Abgabeventils auftreten, währenddessen ein vorübergehendes Ungleichgewicht auftreten kann. Dieses vorübergehende Ungleichgewicht kann sowohl durch die hydraulische oder mechanische Elastizität des Systems als auch durch die hydraulischen Druckänderungen hervorgerufen werden, die mit dem Zyklus der Abgabeeinrichtung verbunden sind.
Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Phänomen des vorübergehenden Ungleichgewichts kann der Verlust der präzisen Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Durchflußmenge der Mischung Ergebnis der Änderungen in den Strömungseigenschaften eines oder beider Komponenten in Folge von Änderungen in der Viskosität über der Zeit sein. Wenn beispielsweise das Material von einer Trommel bzw. Tonne zugeführt wird, kann die Viskosität des Fluids mit den Temperaturänderungen variieren, da sich die Trommel in einem warmen Produktionsbereich befindet, nachdem sie aus einem kalten Lagerraum entnommen worden ist. Die Viskosität kann sich darüberhinaus von einer Charge eines Materials zu der nächsten ändern, ebenso wie von dem Beginn der Entnahme bei einer gegebenen, vollen Trommel bis zu dem Ende am Boden der Trommel.
Wenn weiterhin viskose Fluide abgegeben werden, ist es häufig notwendig, das Material auf die Oberfläche eines Werkstückes in Form einer Raupe aufzubringen, die eine gewünschte Menge des Materials pro Längeneinheit enthält. Bei Hochgeschwindigkeits-Produktionsprozessen, oder wo die Materialraupe mit Genauigkeit positioniert werden muß, werden häufig Roboterarme verwendet, um das Material durch schnelle Führung einer Abgabedüse in einem programmierten Muster auf die Oberfläche eines Werkstückes aufzubringen. In Abhängigkeit der Anwendung kann das abgegebene Fluid sowohl in einiger Entfernung von der Düse in einem Hochgeschwindigkeitsstrahl aufgebracht oder aus der Düse mit einer geringeren Geschwindigkeit extrudiert werden, wobei die Düse dichter an dem Werkstück angeordnet ist. In beiden Fällen wird sich die Menge des Materials, die pro Längeneinheit aufgebracht wird, entlang der Raupe gemäß sowohl der Strömungsgeschwindigkeit des aus der Abgabedüse ausgetragenen Materials als auch der Geschwindigkeit der Düse gegenüber dem Werkstück ändern.
Beispielsweise ist es in der Automobilindustrie notwendig, eine gleichförmige Matenalraupe um den Umfang einer Tafel bzw. Platte aufzubringen, bevor diese an dem Rahmen des Automobils angeklebt wird. Entlang gerader Abschnitte des Musters kann der Roboterarm die Düse schnell bewegen. Wo jedoch das gewünschte Raupenmuster die Richtung abrupt ändert, wie beispielsweise an runden Ecken, muß der Roboterarm abgebremst werden, um eine erforderliche Raupenpositioniergenauigkeit zu erreichen. Es ist ohne weiteres erkennbar, daß, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des abgegebenen Fluidmaterials konstant gehalten wird, die Materialmenge in der aufgebrachten Raupe zunehmen wird, wenn die Geschwindigkeit des Roboterarms abnimmt, um die Änderungen in der Richtung auszuführen, und wieder abnehmen wird, wenn der Roboterarm beschleunigt wird. Daher muß sich die Strömungsgeschwindigkeit des Materials mit der Geschwindigkeit des Roboterarms ändern. Wenn jedoch nicht-newtonsche Fluids abgegeben werden, verändert sich die gesamte augenblickliche Viskosität des Fluids mit der Schergeschwindigkeit in einer nichtlinearen Weise. Daher veranlaßt die Scherung, die durch die Geometrie einer Düse auf die abzugebende Mischung aufgebracht wird, den Druck, der erforderlich ist, um die Mischung so abzugeben, sich in nichtlinearer Weise gegenüber der mit dem Roboterarm ausgeführten Geschwindigkeit zu ändern.
Ein weiteres Problem, das mit der Abgabe einer Zwei-Komponenten-Mischung verbunden ist, besteht darin, daß, wenn die beiden Materialien, die die Zwei- Komponenten-Mischung bilden, zusammengebracht werden, beginnen auszuhärten. Dieses aushärtende Material kann dazu neigen, sich auf den Oberflächen einer Misch- und/oder einer Abgabeeinrichtung zu sammeln, insbesondere, wenn diese Komponenten intermitierend abgegeben werden. Je länger diese Materialien aushärten, desto größer ist die Möglichkeit, daß eine Einschränkung der Strömung des Materials durch die Mischung oder eine vollständige Blockade auftreten kann. Es ist daher wünschenswert, die beiden Komponenten zusammenzumischen und sie sofort abzugeben. Jedoch muß die mit dem entsprechenden Roboterarm zusammenwirkende Abgabeeinrichtung so kompakt und leicht wie möglich gestaltet sein.
Eine Abgabeeinrichtung, die an dem Ende des Roboterarms angebracht ist, darf nicht zu schwer gestaltet werden, da andernfalls der Roboterarm überlastet ist. Weiterhin vergrößert eine schwere Masse, die an dem Ende des Roboterarms gehalten wird, die Schwierigkeit des Roboterarms, bei dem Aufbringen der Klebematerialraupe auf verschiedenen Teilen des Werkstückes zu beschleunigen und abzubremsen. Auf der anderen Seite steigert die entfernte Anbringung der Abgabeeinrichtung von dem Roboterarm die vorübergehenden Ungleichgewichte, die infolge der Elastizität des Systems auftreten können.
Die französische Patentanmeldung mit der Publikationsnummer 2 385 446 offenbart eine Vorrichtung zum Abgeben von viskosen Fluidmaterialien, die die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist. Diese bekannte Vorrichtung ist in der Lage, eine Farbe aufzubringen. Jedoch weist diese Vorrichtung keine Mittel zum Aufrechterhalten eines vorbestimmten Verhältnisses der beiden unterschiedlichen Materialien auf und ist darüberhinaus nicht zu einem intermitierendem Betriebsmodus in der Lage, insbesondere während eine Änderung in dem Hydraulikdruck auftritt. Weiterhin berücksichtigt die bekannte Vorrichtung keine Änderungen in der Viskosität des Materials über der Zeit. Demzufolge wird sich die aufgebrachte Menge des Materials während des intermitierenden Betriebes ändern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Abgabesystem zu schaffen, welches verhältnismäßig kompakt und leicht ist, um gut bei Robotern eingesetzt werden zu können, die zur Bildung eines gewünschten Musters programmiert sind, mit dem eine Materialraupe auf einem Werkstück aufzubringen ist.
Es ist darüberhinaus Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zwei-Komponenten- Abgabesystem zu schaffen, welches zu einer präzisen Steuerung der Materialmenge, die auf ein Werkstück pro Längeneinheit abgegeben wird, entlang eines Raupenmusters trotz schneller Änderungen in der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Roboter und dem Werkstück in der Lage ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann dies die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit eines der Materialien beinhalten, um die inhärente Viskosität der Mischung und/oder Scherung, die Viskositätsänderungen hervorrufen kann, in der Mischung zu kompensieren
Es ist darüberhinaus Aufgabe der vorliegenden Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel, ein Mehrkomponenten-Abgabesystem zu schaffen, welches für einen Einsatz in Verbindung mit einem Roboter geeignet ist, wobei die Meßeinheit durch den Fluiddruck einer der Komponenten angetrieben wird. Ein Vorteil eines derartigen Systems besteht darin, daß keine zusätzlichen Energieeinheiten, Pumpen usw. erforderlich sind.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel, ein Zwei-Komponenten-Abgabesystem zu schaffen, welches für einen intermitierenden Betrieb geeignet ist, um dadurch vorübergehende Ungleichgewichte zu verringern oder zu beseitigen, die während eines derartigen Betriebes auftreten können.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zwei-Komponenten-Abgabesystem zu schaffen, welches das Verhältnis der Materialien aufrechterhält die über einem Abgabezyklus abgegeben werden. Ein Merkmal gemäß einem Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Abgabe der Komponenten relativ zueinander verbunden ist uhd daß durch Steuerung der Strömung eines der Komponenten automatisch die andere gesteuert und kompensiert wird.
Diese sowie weitere Aufgaben können durch eine Vorrichtung zum Abgeben viskosen Fluidmaterials gemäß Anspruch 1 gelöst werden.
Diese Aufgaben können weiterhin durch die Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung bei einem Verfahren zum Abgeben zweier unterschiedlicher reaktiver Polymerflüssigkeitsmaterialien gelöst werden, das die folgenden Schritte enthält: Zuführen eines ersten und eines zweiten Flüssigkeitsmaterials zu einem Verhältnissteuermittel, Zuführen des ersten Materials in einem vorbestimmten Verhältnis zu dem zweiten Material zu einer Abgabeeinrichtung, die an einem Robotorarm angebracht ist, Vermischen des ersten und des zweiten Flüssigkeitsmaterials, um eine Mischung daraus zu bilden, Abgeben der Mischung aus einem Auslaß einer Abgabeeinrichtung auf ein Substrat bei einer Strömungsgeschwindigkeit, und Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des ersten Materials mit der Abgabeeinrichtung als eine Funktion der Relativgeschwindigkeit des Abgabeauslasses gegenüber dem Substrat.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

Nachstehend erfolgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Bauteile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Hierbei ist:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Abgabesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches bei einem Industrieroboter eingesetzt ist;
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm, welches ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Systems zum Abgeben eines flüssigen Zwei-Komponenten-Materials gemäß einem Aspekt der Erfindung wiedergibt;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Meßeinheit sowie ein Teilquerschnitt, bei dem Abschnitte zum Zwecke der Klarheit entfernt worden sind;
Fig. 4 eine Darstellung eines Teils der Meßeinheit der Fig. 3 entlang der Schnittlinie 4-4, jedoch nach der Abgabe des Komponentenmaterials "A" sowie "B", d.h. das System muß wieder aufgefüllt werden; und
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der Abgabe-/Mischeinrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Ansicht eines Abgabesystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt, welches in Verbindung mit einem Industrierobotor eingesetzt ist, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Das Abgabesystem weist eine Meßeinheit 12, die an einem Ständerabschnitt 13 des Roboters angebracht ist, sowie ein Abgabe-/Mischmodul 14 auf, das an dem Ende des Armes 16 des Roboters 10 angeordnet ist. Die Trennung des Abgabe-/Mischmoduls 14 von der Meßeinheit 12 ermöglicht, das meiste Gewicht in dem vertikalen Abschnitt des Roboters anzuordnen, während gleichzeitig der Gewichtsbetrag minimiert wird, der an dem Ende des Roboterarms 16 getragen werden muß. Die Verringerung des durch den Arm 16 getragenen Gewichts auf ein Minimum verringert die Drehmomentbelastung an dem Roboter, wobei darüberhinaus die Kraft sowie die Zeit verringert wird, die notwendig ist, den Robotorarm zu beschleunigen bzw. abzubremsen. Darüberhinaus verringert die Anordnung der Meßeinheit 12 an dem Roboter im Gegensatz zu einer entfernten Position den Abstand zwischen der Meßeinheit und dem Abgabe- /Mischmodul, wodurch die Wirkungen von vorübergehenden Ungleichgewichten verringert werden, die mit der Kapazitanz des Abgabesystems verbunden sind.
Die Meßeinheit ist mit mehreren Schläuchen und Kabeln, die generell mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet sind, zum Verbinden der Meßeinheit mit den entsprechenden Quellen der Fluidmaterialien für die Komponenten "A" und "B", für die Verbindung zu einer Luftquelle und für die elektrische Verbindung der Meßeinheit zu einer elektrischen Steuereinrichtung versehen.
Die Meßeinheit 12 ist wiederum mit dem Abgabe-/Mischmodul 14 durch mehrere Schläuche verbunden, die generell mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet sind. Diese Schläuche enthalten jeweils einen Schlauch für die Komponente "A" und für die Komponente "B" sowie einen Pneumatikschlauch zum Betätigen des Abgabe/Mischmoduls.
Wie aus den Fig. 2 bis 5 hervorgeht, enthält die Meßeinheit 12 eine Füll kammer 30 für die Komponente "A", eine Abgabekammer 32 für die Komponente "A" und eine Kammer 34 für die Komponente "B". Eine doppelbetätigbare Kolbenanordnung 36 enthält einen ersten Kolben 38, der innerhalb der Füllkammer 30 für die Komponente "A" angeordnet ist, sowie einen zweiten Kolben 40, der in der Abgabekammer 32 für die Komponente "A" vorgesehen ist. Der Oberflächenbereich des ersten Kolbens 38 ist kleiner als der Oberflächenbereich des zweiten Kolbens 40. Jeder Kolben 38, 40 erstreckt sich vorzugsweise aus der entsprechenden Kammer. Zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben 38, 40 ist eine Stange oder ein Schaft 42 angeordnet. Vorzugsweise ist die Stange 42 eine Kolben- bzw. Betätigungsstange, die nicht an einem der beiden Kolben 38, 40 angebracht ist, jedoch diese betätigen kann, wie dies nachstehend noch erläutert wird. Die Kolben 38, 40 und die Stange 42 sind nicht miteinander verbunden, um die Montage/Demontage der Einheit zu erleichtern. Jedoch kann alternativ der Schaft an einem der Kolben angebracht sein. Ein dritter Kolben 44 ist innerhalb der Kammer 34 für die Komponente "B" angeordnet. Der Kolben 44 ist konzentrisch zu der Stange 42 angeordnet und in der Lage, auf der Stange 42 eine Gleitbewegung auszuführen. Der Kolben 44 kann ein abgestufter Schaft sein, wobei der größere Durchmesserabschnitt sich von der Fluidkammer zu der Füllkammer 30 erstreckt. Jeder Kolben 38, 40, 44 muß nicht dicht in der entsprechenden Kammer 30, 32, 34 sitzen. Es ist mit anderen Worten bevorzugt, daß der Durchmesser jedes Kolbens kleiner als der Durchmesser der Kammer ist. Die beabstandete Anordnung der Kolbenköpfe von den Wänden der Kammern ermöglicht einem Teil des Materials an diesen vorbeizuströmen, wobei die Einlässe und Auslässe jeder Kammer an gegenüberliegenden Enden, wie beispielsweise der Einlaß 32a und der Auslaß 32b der Kammer 32, angeordnet sein können. Die Kammer für die Komponente "B" weist ein Dichtungspaar 45 an beiden Enden der Kammer auf, was es dem Kolben 44 ermöglicht, sich aus der Kammer heraus zu erstrecken, jedoch das Ausströmen von Fluid daraus verhindert. Diese Dichtungen können beispielsweise Chevron Packungen sein. In gleicher Weise sind die Kammern 30, 32 mit Dichtungen versehen, um den Kolben 38, 40 zu ermöglichen, durch diese hindurchzugehen.
Die Fluidversorgung 48 für die Komponente "A" führt das Komponentenmaterial "A" über eine Leitung 20a zu der Komponentenfüllkammer 30 für die Komponente "A". In ähnlicher Weise bildet die Fluidversorgung 50 eine Quelle für das Material "B" und führt dieses über eine Leitung 20b, ein Ventil 52 und eine Leitung 54 zu der Kammer 34 für das Material "B".
Die Füllkammer 30 für die Komponente "A" ist mit der Abgabekammer 32 für die Komponente "A" über eine Leitung 56, ein Ventil 58 und eine Leitung 60 verbunden. Der Ausgang der Abgabekammer 32 für die Komponente "A" ist wiederum über eine Leitung 64 mit einer Abgabeeinrichtung 62 mit variabler Abgabegeschwindigkeit verbunden. Die Abgabeeinrichtung 62 für eine variable Abgabegeschwindigkeit ist über eine Leitung 22a wiederum mit dem Abgabe-/Mischmodul 14 verbunden, während der Ausgang der Kammer 34 für die Komponente "B" mit dem Abgabe-/Mischmodul über eine Leitung 66, ein Ventil 68 und eine Leitung 22b verbunden ist.
Das Abgabe-Mischmodul 14 weist ein Ein-/Ausschaltventil 14a zum Starten und Unterbrechen der Strömung des Fluidmaterials der Komponente "A" sowie ein Ein/Ausschaltventil 14b zum Starten und Unterbrechen der Strömung des Fluidmaterials der Komponente "B" auf. Während die Ein-/Ausschaltventile 14a, 14b für einen simultanen Betrieb miteinander verbunden sein können, ist es bevorzugt, daß sie zu einem unabhängigen Betrieb voneinander in der Lage sind, um die Erfassung von Lecks zu erleichtern. Das Modul 14 weist weiterhin einen konventionellen statischen Mischer 70 zum Zusammenbringen und Mischen der Komponentenmaterialien "A" und "B" vor der Abgabe aus der Düse 18 auf.
Jedes der Ein-/Ausschaltventile 14a, 14b kann einen Kolben 96a, 96b enthalten, der, wenn er pneumatisch betätigt (geöffnet) wird, eine Strömung des entsprechenden Komponentenmaterials der Komponente "A" oder "B" aus einem Einlaß 98a, 98b zu dem statischen Mischer 70 ermöglicht und diese Strömung unterbindet, wenn er pneumatisch deaktiviert (geschlossen) wird. Andere Arten von Ein/Ausschaltventilen können ebenfalls verwendet werden, wie beispielsweise pneumatisch-/federbetätigte oder elektrische Ventile. Jeder Kolben 96a, 96b kann ebenfalls einen Kolbenabschnitt 100A, 100B aufweisen, der nicht nur die Strömung des Fluids in der geschlossenen Position unterbindet, sondern darüber hinaus Mittel zum Heraufziehen von Fluid bereitstellt, um die Leckage oder das Herabtropfen von Material aus der Düse 18 im wesentlichen zu verringern.
Die Abgabeeinrichtung 62 mit variabler Abgabegeschwindigkeit kompensiert die Änderungen in der Robotergeschwindigkeit (die Scheingeschwindigkeit zwischen der Abgabedüse 18 und dem Werkstück) durch proportionelles Einstellen der Materialströmung an der Düse 18, um eine gleichförmige Materialabgabe aufrechtzuerhalten. Die Abgabeeinrichtung 62 kann eine einstellbare Abgabeöffnung aufweisen, die für eine verzögerungsfreie Strömungseinstellung basierend auf die durch die Robotersteuereinrichtung zugeführten Signale vorgesehen ist. Die Abgabeeinrichtung 62 kann darüber hinaus eine Servobetätigungseinrichtung aufweisen, die aus jedem Typ einer kompakten, ein geringes Gewicht aufweisenden linearen Betätigungseinrichtung bestehen kann, welche eine schnelle Reaktion ermöglicht, besitzt jedoch einen doppelbetätigten Luftzylinder 72, der eine Kolbenstange aufweist, deren Ausfahrmaß durch ein elektrisch betätigtes, pneumatisches Servoventil 74 gesteuert wird, welches auf dem Luftzylinder 72 angeordnet ist. Die Abgabeeinrichtung 62 kann darüber hinaus eine Meßventilanordnung besitzen, die ein Nadelventil aufweist, welches in unmittelbarer Nähe zu der Abgabeöffnung 78 angeordnet ist und welches einen Ventilschaft enthält, der ein im wesentlichen konisches Ende besitzt, das mit der Kolbenstange für den doppeltbetätigten Zylinder verbunden ist, so daß die Position seines konischen Endes relativ zu einem Ventilsitz und damit die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Durchflußmenge des aus der Abgabeöffnung abgegebenen Fluids in Übereinstimmung mit der elektrischen Eingabe des elektropneumatischen Servoventils 74 gesteuert wird. Ein Transducer 80, der stromabwärts eines Nadelventils angeordnet ist, erzeugt ein elektrisches Signal 82, welches zu der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Abgabeauslaß abgegebenen Fluids korreliert ist. Ein Signal 82, das durch den Transducer 80 erzeugt wird, wird vorzugsweise als ein Feedbacksignal verwendet, um die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Abgabeauslaß abgegebenen Fluids in Übereinstimmung mit einem gewünschten Antriebssignal 84 zu steuern. Das Signal 82 kann zunächst durch einen Verstärker 86 verstärkt und anschließend mit dem Antriebssignal 84 kombiniert werden, um ein Signal 88 zu erzeugen, welches wiederum weiter modifiziert werden kann, beispielsweise durch eine Verstärkung und die Verwendung eines Zittersignalgenerators, um ein Signal 90 zu erzeugen, welches den Spulen des elektropneumatischen Servoventils 74 zugeführt wird, um den Kolben des Luftzylinders 72 anzutreiben, so daß entweder die Strömung des Fluids aus dem Abgabeauslaß gesteigert oder verringert wird.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Abgabeeinrichtung 62 für eine variable Abgabegeschwindigkeit die im Markt verfügbare Nordson pro-Flo - Abgabeeinrichtung, die durch die Nordson Corporation of Amherst, Ohio hergestellt wird.
Der Betrieb des Systems wird nun anschließend erläutert. Um das System zu füllen oder zu beladen, werden die Ventile 52, 58 geöffnet, während das Ventil 68 sowie die Abgabeeinrichtung 62 mit variabler Abgabegeschwindigkeit geschlossen werden. Das Material der Komponente "A" strömt durch die Leitung 20a in die Kammer 30 für die Komponente "A" und durch die Leitungen 65, 60 zu der Abgabekammer 32 für die Komponente "A", während das Material der Komponente "B" durch die Leitungen 20b, 54 zu der Kammer 34 für die Komponente "B" strömt. Wenn sich die Abgabekammer 32 für die Komponente "A" füllt, wird ein Druck auf den Kolbenkopf 40 ausgeübt. Wenn in ähnlicher Weise das Material der Komponente "B" die Kammer 32 füllt, wird ein Kraft auf den Kolbenkopf 44 ausgeübt. Die auf den Kolben 44 ausgeübte Kraft veranlaßt den Kolben, sich in Richtung der Kammer 30 zu bewegen, bis er in Kontakt mit dem Kolbenkopf 38 gelangt. In ähnlicher Weise veranlaßt die auf den Kolbenkopf 40 ausgeübte Kraft das Ende 42a des Schaftes 42 in Kontakt mit dem Kolben 38 gelangen. Die auf die Kolbenköpfe 40, 44 ausgeübten Kräfte werden wiederum auf den Kolbenkopf 38 übertragen. Die kombinierte Kraft, die auf die Kolbenköpfe 40, 44 ausgeübt wird, überwindet den auf den Kolben 38 durch das Material der Komponente "A" ausgeübten Druck und veranlaßt die Kolbenanordnung 36, sich nach oben zu bewegen (wie es in Figur 2 dargestellt ist). Diese Bewegung setzt sich fort, bis ein Begrenzungsschalter 90 betätigt wird. Die Betätigung des Begrenzungsschalters 90 kennzeichnet, daß sowohl die Abgabekammer 32 für die Komponente "A" als auch die Kammer 34 für die Komponente "B" gefüllt ist. Sobald dies geschehen ist, werden die Ventile 52, 58 geschlossen und das System ist bereit zur Abgabe. Ein Begrenzungsschalter 91 wird vorzugsweise durch die Bewegung des gestuften Schaftes des Kolbens 44 betätigt. Die Kolbenköpfe 38, 40, 44 müssen so ausgelegt sein, daß der Kolbenkopf 44 alleine nicht den Kolbenkopf 38 antreiben kann, um den Begrenzungsschalter 91 zu veranlassen, eine vollständig zurückgezogene Position zu kennzeichnen, da andererseits ein unvollständiges Befüllen der Kammern eintreten kann. Dies würde wiederum das Verhältnis der Mischung, die aus dem Abgabe-/Mischmodul abgegeben wird, beeinflussen. Während es bevorzugt ist, daß beide Kolben 40, 44 erforderlich sind, um den Kolben 38 zu der Füllposition zu bewegen, ist es möglich, den Kolben 38 nur durch den Kolben 40 bewegen zu lassen, vorausgesetzt, daß der Begrenzungsschalter durch die Bewegung des Kolbens 44 noch betätigt wird.
Nach einem Signal zum Starten der Abgabe öffnen sich das Ventil 68 und die Abgabeeinrichtung 62 mit variabler Abgabegeschwindigkeit. In ähnlicher Weise öffnen sich die Ventile in dem Abgabe-/Mischmodul 14. In Erwiderung des aus der Fluidversorgung 48 für die Komponente "A" ausgeübten Druckes in der Füllkammer 30 für die Komponente "A" wird der Kolbenkopf 38 in Richtung der Abgabekammer 32 für die Komponente "A" bewegt. Diese Bewegung treibt den Kolben 44 und den Schaft 42 an, welche wiederum den Kolben 40 betätigen. Da der Kolben 40 nach unten bewegt wird, wird das Material der Komponente "A" aus der Abgabekammer 32 für die Komponente "A" über die Leitung 64 zu der Abgabeeinrichtung 62 für eine variable Abgabegeschwindigkeit geführt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Materials der Komponente "A", das dem Abgabe- /Mischmodul 14 zugeführt wird, wird durch die Abgabeeinrichtung 62 für eine variable Abgabegeschwindigkeit in Verbindung mit dem Werkzeuggeschwindigkeitssignal des Roboters gesteuert. Die Strömungsgeschwindigkeit des Materials der Komponente "B" an das Abgabe-/Mischmodul 14 wird direkt durch die Strömungsgeschwindigkeit des Materials für die Komponente "A" gesteuert, welches über die Leitung 22a abgegeben wird, da sich der Kolben 44 für das Material für die Komponente "B" nicht unabhängig von der Bewegung des Kolbens 40 verschiebt, jedoch durch die Kraft des Kolbens 38 am Ende 47 des Kolbens 44 angetrieben wird. Mit anderen Worten wird das volumetrische Verhältnis der Materialien der Komponenten "A" und "B" konstant gehalten, da das Material für die Komponente "B" direkt der Änderung in der Abgabegeschwindigkeit, die mit dem Material für die Komponente "A" verbunden ist, folgt. Nicht nur das Mischungsverhältnis der Materialien für die Komponenten "A" und "B" wird über den Abgabezyklus aufrechterhalten, sondern die aus der Düse 18 abgegebene Fluidmenge kann variiert werden, um eine gleichförmige Materialraupe über den Abgabezyklus aufrechtzuerhalten.
Ein Encoder 92 kann an dem Kolben 44 angebracht sein, um die Materialmenge, die während eines Abgabezyklus abgegeben wird, zu überwachen und/oder ein Signal zu erzeugen, die Kammern 30, 32, 34 wieder zu befüllen bzw. zu beladen, so daß ein neuer Zyklus beginnen kann. Das durch den Encoder generierte Signal entspricht der tatsächlichen Materialmenge, die während des Zyklus abgegeben wird. Dieses Signal kann wiederum verwendet werden, um das Antriebssignal 90 zum Aufrechterhalten einer gewünschten Materialmenge zu modifizieren, die während eines Zyklus abgegeben wird, so daß die Temperatur oder andere Faktoren kompensiert werden, die die Materialmenge, welche über die Zeit abgegeben wird, beeinflussen können, wie es in dem US-Patent 5,05 4,650 beschrieben ist.
Das Abgabesystem kann periodisch hinsichtlich Systemleckagen untersucht werden. Dies kann beispielsweise durch Füllen sowohl der Abgabekammer 32 für die Komponente "A" als auch der Kammer 34 für die Komponente "B" erfolgen, wie dies vorstehend erläutert worden ist. Wenn einmal das System beladen ist, werden die Ventile 52, 68 für die Komponente "B" geschlossen. Anschließend wird das Ventil 58 für die Komponente "A" geschlossen, während die Abgabeeinrichtung 62 mit variabler Geschwindigkeit und das Ventil 14a für die Komponente "A" des Abgabe-/Mischmoduls geöffnet wird. Solange die Systemintigrität des Abschnitts für die Komponente "B" aufrechterhalten wird, wird die Kolbenanordnung 36 nicht anfangen, einen Abgabevorgang durchzuführen, da der Kolben 44 nicht verschoben werden kann. Die Bewegung der Kolbenanordnung kann durch Verwendung der Ausgabe des Encoders 92 überwacht werden. Wenn ein Signal, wie beispielsweise Impulssignale oder Zählimpulse durch den Encoder 92 erzeugt werden, würde dies anzeigen, daß ein Leck in dem Abschnitt für die Komponente "B" vorhanden ist, d.h. beispielsweise in den Leitungen 54 oder 66 oder in dem Ventil 68. Da das Material für die Komponente B" bei diesem Testvorgang etwas komprimierbar sein kann, kann sich der Encoder leicht bewegen. Daher ist es für diese Untersuchungsmethode erforderlich, daß eine bestimmte Mindestzahl an Zählimpulsen überschritten werden muß, bevor angezeigt wird, daß ein Leck vorhanden ist. Der Abschnitt für die Komponente "B" des Abgabesystems kann weiterhin durch Öffnen des Ventils 68 untersucht werden, während das Ventil 14b für die Komponente "B" des Abgabe-/Mischmoduls 14 in der geschlossenen Position gehalten wird. Wiederum kann die Ausgabe des Encoders 92 überwacht werden, um festzustellen, ob ein Leck vorhanden ist. Wenn kein Leck durch den ersten Test ermittelt worden ist, jedoch ein Leck durch den zweiten Test angezeigt wird, dann ist das Leck entweder im Schlauch 22b oder in dem Ventil 14b für die Komponente "B" des Abgabe-/Mischmoduls 14 vorhanden. Wenn auf der anderen Seite ein Leck während des ersten Tests auftritt und kein Leck durch den zweiten Test angezeigt wird, kann daraus geschlossen werden, daß das Ventil 68 undicht ist. Ein Leck, das in beiden Tests angezeigt wird, würde bedeuten, daß entweder die Leitung 54 oder die Leitung 66 undicht ist.
Der Abschnitt für die Komponente "A" des Abgabesystems kann durch Schließen des Ventils 52 für die Komponente "B" sowie des Ventils 58 für die Komponente "A" untersucht werden, nachdem das System einmal vollständig beladen worden ist. Anschließend werden das Ventil 68 für die Komponente "B" sowie das Ventil 14b für die Komponente "B" des Abgabe-/Mischmoduls 14 geöffnet. Die Abgabeeinrichtung 62 mit variabler Geschwindigkeit wird geschlossen und das Ventii 14a für die Komponente "A" des Abgabe-/Mischmoduls 14 geöffnet, wobei die Kolbenanordnung 36 solange nicht bewegt wird, wie kein Leck in den Leitungen 60, 64 oder durch die Abgabeeinrichtung 62 mit variabler Abgabegeschwindigkeit auftritt. Der Abgabeabschnitt für die Komponente "A" kann weiterhin durch Schließen des Ventis 14a des Abgabe-/Mischmoduls 14 und durch anschließendes Öffnen der Abgabeeinrichtung 62 mit variabler Geschwindigkeit untersucht werden. Wenn kein Leck vorher erfaßt worden ist, würde, wenn nun ein Leck erfaßt wird, dies anzeigen, daß ein Leck in der Leitung 22a oder durch das Ventil 14a vorhanden ist.
Ein Verstopfen des Abgabesystems kann ebenfalls durch Überwachen der Zeit untersucht werden, die zu einem Wiederbefüllen des Systems notwendig ist. Beispielsweise sollte das Volumen eines für ein bestimmtes Werkstück abgegebenen Fluids konstant bleiben. Daher sollte die Materialmenge, die zum Wiederbefüllen des Systems von einem Werkstück zu dem Werkstück notwendig ist, konstant bleiben. Durch Beibehalten eines konstanten Drucks für das Material der Komponenten "A" und "B" sollten daher die Füllzeiten ebenfalls konstant bleiben. Wenn jedoch die Füllzeiten, die zum Wiederbefüllen des Systems notwendig sind, ansteigen, würde dies anzeigen, daß ein Abschnitt des Systems anfängt, verstopft oder fehlerhaft zu sein. Daher könnte das Intervall zwischen dem Erzeugen des Signals, um das System zu füllen, und einem Signal, das durch die Betätigung des Grenzschalters 90 erzeugt wird, mit einem Referenzsignal verglichen werden. Wenn dieses Referenzsignal überschritten wird, kann ein Signal, wie beispielsweise ein Alarmsignal erzeugt werden, um anzuzeigen, daß das System Schwierigkeiten beim Füllen zeigt, was beispielsweise durch ein teilweises Verstopfen von Schläuchen usw. hervorgerufen werden kann.
Die Ventile 52, 60, 68 können pneumatisch betätigte Ventile sein, die zur Abgabe von viskosen Fluids in der Lage sind, wie beispielsweise die Nordson H20 automatische Heißschmelzpistole, die durch die Nordson Corporation, Amherst, Ohio hergestellt wird. Die Steuerung des Luftdruckes an diesen Ventilen kann mittels eines Solenoidventils 94 gesteuert werden.

Claims

1. Abgabevorrichtung für viskose Fluidmaterialien, enthaltend:

eine erste, zweite und dritte Fluidkammer (30, 32, 34), wobei die dritte Kammer (34) zwischen der ersten Kammer (30) und der zweiten Kammer (32) angeordnet ist, ein erstes, zweites und drittes Kolbenmittel (38, 40, 44), die in der ersten bzw. der zweiten bzw. der dritten Kammer (30, 32, 34) angeordnet sind, eine Kolbenstange (42), die für eine hin- und hergehende Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Kolbenmittel (38, 40) angebracht ist, ein Einlaßmittel, welches für die Verbindung zu einer ersten Druckmaterialquelle (48) an der ersten Kammer (30) vorgesehen ist,

ein Einlaßmittel, welches für die Verbindung zu einer zweiten Druckfluidmatenalquelle (50) an der dritten Kammer (34) vorgesehen ist,

gekennzeichnet durch:

einen ersten Fluidkanal (56, 60) zum Verbinden der ersten mit der zweiten Kammer (30, 32),

wobei die zweite und die dritte Kammer (32, 34) für die Verbindung zu einem Abgabemittel (14) jeweils einen Abgabeauslaß aufweisen,

Mittel (58) zum wahlweisen Unterbinden des Einfließens von viskosem Fluidmaterial in die zweite Kammer (32),

wobei der erste, zweite und dritte Kolben (38, 40, 44) zu einer ersten Position in Erwiderung auf den Fluiddruck des ersten und zweiten Materials an dem zweiten bzw. dritten Kolbenmittel (40, 44) bewegbar sind, und wobei der erste, zweite und dritte Kolben (38, 40, 44) zu einer zweiten Position in Erwiderung auf den Fluiddruck des ersten Materials an dem ersten Kolbenmittel (38) für die Abgabe des Fluidmaterials aus der zweiten und dritten Kammer (32, 44) bewegbar sind.

2. Abgabevorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch:

ein Mittel (14), welches mit dem ersten und dem zweiten Auslaßmittel zum Vermischen des ersten Fiuidmaterials mit dem zweiten Fluidmaterial verbunden ist und welches zur Abgabe einer sich hieraus ergebenden Mischung vorgesehen ist.

3. Abgabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin enthaltend zumindest einen der nachfolgenden Bestandteile:

ein Mittel (62) zum Regulieren der Durchflußmenge des Fluidmaterials, und ein Mittel (62) zum Kompensieren der Viskositätsänderungen des Fluidmaterials.

4. Abgabevorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin enthaltend ein Mittel (62), das mit dem Abgabeauslaß der zweiten Kammer und mit dem Mittel (14) des Anspruchs 2 zum wahlweisen Unterbinden des Durchflusses des ersten Materials sowie zum Verändern der Durchflußmenge des ersten Materials verbunden ist.

5. Abgabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich die Kolbenstange (42) durch die dritte Fluidkammer (34) hindurch erstreckt und bei der das dritte Kolbenmittel (44) einen Kolbenkopf und einen Schaft (42) aufweist, die jeweils zu einer hin- und hergehenden Bewegung entlang der Kolbenstange (42) in der Lage sind, wobei sich der Schaft (42) von der dritten Fluidkammer (34) aus erstreckt und zu einer nebeneinanderliegenden Anordnung mit dem ersten Kolbenmittel (38) in der Lage ist.

6. Abgabevorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Kolbenkopf jedes Kolbenmittels einen kleineren Durchmesser als die entsprechende Fluidkammer (30, 32, 34) aufweist, um dem Fluid zu ermöglichen, entlang der Bewegungsachse des Kolbens zwischen der ersten und der zweiten Position zu fließen.

7. Abgabevorrichtung nach Anspruch 5, bei der das erste und das zweite Kolbenmittel jeweils einen Kolbenkopf aufweisen, der sich von der entsprechenden Fluidkammer (30, 32, 34) aus erstreckt,

bei der sich die Kolbenstange (42) durch die dritte Fluidkammer (34) erstreckt,

bei der das dritte Kolbenmittel (44) einen abgestuften Schaft aufweist, die um die Kolbenstange (42) herum angeordnet ist und die für eine hin- und hergehende Bewegung entlang der Kolbenstange (42) vorgesehen ist, wobei sich der abgestufte Schaft (42) von der dritten Fluidkammer (34) aus erstreckt und in eine nebeneinanderliegende Anordnung zu einem Ende des ersten Kolbenmittels (38) bringbar ist, und

weiterhin enthaltend ein Mittel (62) zum Regulieren der Durchflußmenge der Fluidmaterialien und zum Kompensieren der Änderungen in der Viskosität.

8. Abgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Mischen und Abgeben zweier unterschiedlicher, flüssiger Polymermaterialien, welche bei einem Zusammengeben chemisch miteinander reagieren, gekennzeichnet durch:

ein Mittel (36), das mit einer ersten und einer zweiten Fluidmaterialquelle verbunden ist, um ein erstes und ein zweites Material in einem vorbestimmten Verhältnis zuzuführen,

eine Abgabeeinrichtung (14) zum Zusammenmischen des ersten und des zweiten Materials, um eine Mischung zu schaffen, und zum Abgeben der Mischung auf ein Substrat,

ein Mittel (62) zum Steuern der Durchflußmenge der aus der Abgabeeinrichtung abgegebenen Mischung durch Verändern der Durchflußmenge eines der Materialien ohne Veränderung des Verhältnisses zwischen dem ersten und zweiten Material der Mischung.

9. Abgabevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, weiterhin enthaltend ein Mittel (76) zum Bestimmen von zumindest der Menge des ersten Materials, welches der Abgabeeinrichtung (14) zugeführt wird, und ein Mittel (89) zum Einstellen eines Steuersignals entsprechend zumindest der Menge des ersten Fluidmaterials, welches der Abgabeeinrichtung (14) zugeführt wird, und der gewünschten Menge des abzugebenden Materials.

10. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bei einem Verfahren zum Abgeben von zwei unterschiedlichen, flüssigen sowie reaktiven Polymermaterialien, insbesondere den Materialien nach Anspruch 8 oder 9, enthaltend die folgenden Schritte:

Zuführen eines ersten und eines zweiten flüssigen Materials zu einem Verhältnissteuermittel (36),

Zuführen des ersten Materials in einem vorbestimmten Verhältnis zu dem zweiten Material zu einer Abgabeeinrichtung, die an einem Roboterarm (46) angebracht ist,

Mischen des ersten und des zweiten flüssigen Materials, um eine Mischung daraus zu bilden,

Abgeben der Mischung aus einem Auslaß der Abgabeeinrichtung auf ein Substrat bei einer Strömungsgeschwindigkeit, und

Steuern der Durchflußmenge des ersten Materials zur Abgabeeinrichtung als eine Funktion der Relativgeschwindigkeit des Abgabeauslasses (18) gegenüber dem Substrat.

11. Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10, weiterhin enthaltend zumindest einen der folgenden Schritte:

(a) Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit, um zumindest eine der beiden nachstehenden Erscheinungen zu kompensieren:

i) Änderungen in der Eigenviskosität der Mischung oder eines der flüssigen Materialien, und

ii) scherinduzierte Viskositätsänderungen,

(b) Bestimmen der Menge des ersten Materials oder der Menge der Mischung, welche tatsächlich abgegeben wird,

i) Vergleichen der tatsächlich abgegebenen Menge mit einer Bezugsgröße, und

ii) Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit dem Vergleich, und

(c) automatisches Feststellen des Vorhandenseins oder Nicht-Vorhandenseins einer Leckage.

12. Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der Schritt des Zuführens des ersten und des zweiten Materials die folgenden Schritte enthält:

Zufuhr des ersten Materials durch eine erste Fluidkammer (30) zu einer zweiten Fluidkammer (32), wobei das erste Material einen innerhalb der zweiten Kammer (32) angeordneten Kolben (40) zu einer Füllposition bewegt,

Zufuhr des zweiten Materials zu einer dritten Fluidkammer (34) und Bewegen eines innerhalb der zweiten Kammer (32) aufgenommenen Kolbens (40) zu einer Füllposition, wobei die zusammenwirkende Bewegung der Kolben der zweiten und einer dritten Kammer (32, 34) einen Kolben (38) der ersten Kammer (30) in eine Füllposition bringt,

wobei bei einer Positionierung des Kolbens (38) der ersten Kammer (30) in der Füllposition der Zufluß des ersten und des zweiten Materials zu der zweiten und der dritten Kammer (32, 34) beendet wird und der Kolben (38) der ersten Kammer (30) zu einer Abgabeposition bewegt wird, wobei diese Bewegung die Kolben (40, 44) der zweiten und der dritten Kammer (32, 34) veranlaßt, sich jeweils zu einer entsprechenden Abgabeposition zu bewegen, wobei der eine vorbestimmte Menge des Fluids aus der zweiten und der dritten Kammer in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander abgegeben wird.

13. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 2, bei der der Schritt des Feststellens des Vorhandenseins oder Nicht-Vorhandenseins einer Leckage enthält:

Beenden des Zuflusses des Materials zu der zweiten und der dritten Kammer, wenn sich der Kolben (38) der ersten Kammer (30) in der Füllposition befindet,

Vorsehen eines offenen Fluidweges aus entweder der dritten oder der zweiten Fluidkammer durch den Auslaß der Abgabeeinrichtung, und Erfassen der relativen Bewegung eines der Kolben.