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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und ein System, die im Wesentlichen der dynamischen
Regelung des Materialflusses bei der Abgabe eines im Wesentlichen
zähflüssigen Materials
mittels eines Dosiersystems dient, umfassend mindestens eine durch
eine Steuereinheit gesteuerte Dosierungseinheit, welche mindestens
aus einem Druckteil und einem Materialbehälter zum Aufnehmen des aufzubringenden
Materials, einer Düse
und einem im Materialbehälter
verschieblich gelagerten Druckelement besteht.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren
zur Beseitigung einer Unterbrechung in der Dosierung bei der Abgabe
eines im Wesentlichen zähflüssigen Materials
mittels eines Dosiersystems.
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HINTERGRUND
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In der Industrie, und bevorzugt in
der Kraftfahrzeug- und der Haushaltsmaschinenindustrie, werden verschiedene
Arten von Dichtungsmassen und Klebstoffen verwendet, welche fliegend
auf mindestens eine Fläche
des abzudichtenden oder anzuklebenden Werkstücks aufgebracht werden. Das üblicherweise
zum Abdichten/Ankleben verwendete Material enthält Chemikalien und Stoffe,
welche beim Kontakt oder beim Einatmen direkt oder indirekt gesundheitsschädlich sind.
Im Allgemeinen ist das Tragen von Schutzkleidung erforderlich, was
das Arbeiten erschwert. Liegt der Klebstoff als Feststoff vor, so muss
dieser geschmolzen und in seiner flüssigen Form aufgebracht werden,
weshalb die Dosierungseinheit mit einem Heizelement ausgestattet
sein muss, was wiederum ein schwereres und sperrigeres Gerät erfordert.
Beim Abdichten ist es sehr wichtig, dass dieses in geeigneter Weise
erfolgt und dass keines der Teile undicht ist.
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Der oben genannte Arbeitsvorgang
kann manuell ausgeführt
werden, wobei sich in letzter Zeit die Verwendung von Robotersystemen
zum Aufbringen und Dosieren von zähflüssigem Material der oben genannten
Arten in derartigen Systemen weit verbreitet hat, wobei eine Dosierungseinheit
auf einem über
das mit dem zähflüssigen Material
zu versehende Werkstück
verfahrbaren Roboterarm angeordnet ist. Der von einem Rechner gesteuerte
Roboterarm bewegt sich, indem er die programmierten Befehle befolgt
und gibt beispielsweise den Klebstoff oder die Dichtungsmasse ab,
der bzw. die als Materialstrang auf die betreffenden Bereiche aufgebracht wird.
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Die Menge an ausgegebenem Material,
welche einen vorbestimmten Wert nicht über- oder unterschreiten darf,
ist ebenfalls von Bedeutung. Daraus ergibt sieh, dass der Fluss
durch die Dosierungseinheit genau bemessen und eingestellt werden
muss.
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Im Handel sind Dosiersysteme erhältlich,
in denen ein Dosierer auf einem Roboterarm angeordnet ist. In der
Nähe ist
eine Koppel-/Pumpstation angeordnet, in der das abzugebende zähflüssige Material
aufbewahrt wird. Im Betrieb schließt der Roboter den Dosierer
an die Koppelstation an und füllt
diesen mit dem zähflüssigen Material.
Die Materialmenge richtet sich nach e er Größe der Dosierungseinheit.
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Danach wird der Roboterarm über das
Werkstück
verfahren und das Material darauf aufgebracht.
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Die aufgebrachten/abgegebenen Materialien sind
im Allgemeinen sehr zähflüssig und
manche müssen
wiederholt erhitzt werden, um überhaupt
bearbeitet werden zu können.
Der normale Wert für
die Viskosität
liegt bei 50.000–500.000
cps. Beispiele eines derartigen Materials sind alle Arten von Einkomponentenmaterialien
wie zum Beispiel Silikon, Epoxid, Polyurethan, PVC, Butyle, alle
Arten von Schmiermitteln sowie verschiedene Kleber auf Lösungsmittelbasis
und dergleichen.
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Für
das Aufbringen des Materials liegen die Temperaturen typischerweise zwischen
+15° und +150 °C, und vorzugsweise
bei 30°,
70°, 140°C, wobei
eine kleine Temperaturabweichung eine deutliche Veränderung
der Viskosität
verursacht. Versuche mit bestimmten Materialien haben ergeben, dass
zum Beispiel eine um 2° geringere
Temperatur einen um 12% geringeren Fluss bewirkt und dass 5° weniger einen
um 26% geringeren Fluss zur Folge haben.
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Die Eigenschaften der Materialien,
beispielsweise deren Thixotropie, können je nach der Art, in der
die Materialien behandelt werden, verändert werden; so wird beispielsweise
ein lange Zeit in der Dosierungseinheit verbleibendes Material zähflüssiger.
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Ist das abzugebende Material sehr
zähflüssig, wie
zum Beispiel Dichtungsmassen usw., erweist sich das Messen der Fließgeschwindigkeit
mit herkömmlichen
Flussmessern als sehr schwierig, wobei nur sehr wenige Flussmesser
dazu in der Lage sind. Wird das Material zu sehr behandelt, beispielsweise in
einem Messgerät
mit Zahnradantrieb, wird es „in Stücke zermahlen", wobei es dann völlig andere
Eigenschaften aufweist. Daher besteht der Wunsch, den Materialfluss
zu messen, ohne mit dem Material in Berührung zu kommen. Darüber hinaus
sind die Geräte
durch die Materialien einem hohen Verschleiß ausgesetzt und schwer zu
reinigen, weshalb häufige, manuell
durchgeführte
Kalibrierungen und Meßfehlerkorrekturen
vorgenommen werden müssen.
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Die WO 88/07713 offenbart ein Verfahren und
eine auf einem Roboterarm montierbare Vorrichtung zur fliegenden
Abgabe von Material, welches mit einer Düse in einer Menge dosiert wird,
die mittels eines Meßventils,
das einen Sitz und eine mit einem doppelt wirkenden Kolben verbundene
Stange umfasst, gesteuert wird, wobei sich der Kolben im Verhältnis zum
Sitz bewegen und den Materialfluss modulieren kann. Ein mit einer
Rückkopplung
verbundener Servomotor steuert und positioniert den Kolben und die
Stange im Verhältnis
zum Sitz mit einem Steuersignal, das aufgrund des Unterschieds zwischen
einem Betriebssignal, welches den eingestellten Fluss darstellt,
und der Summe von zwei Rückkopplungssignalen,
von denen das eine die eigentliche Flussmenge angibt, während das
andere sowohl der Relativgeschwindigkeit als auch der Position der Stange
im Verhältnis
zum Sitz entspricht, erzeugt wird.
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Die Vorrichtung verwendet eine sogenannte stellungsabhängige Bewegungsrückkopplung,
wobei das Prinzip auf der Begrenzung des Materialflusses mit veränderlichem
Bereich beruht, bei der das Verhältnis
zwischen der Einstellungsempfindlichkeit mit zunehmendem Abstand
zwischen der Ventilstange und dem Sitz wächst. Der zunehmend größer werdende
Bereich wird dadurch erzielt, dass die Einstellung zwischen der
Stange und dem Sitz einen kleinen Abstand vorsieht, so dass im Fließbereich
für die
veränderlichen
Größen hohe
Werte erzielt werden. Weiterhin werden die Stellungen des doppeltwirkenden Kolbens
und der Stange mittels eines elektromagnetischen Induktionskreises
an einen Regelkreis rückgeführt. Ein
Flusssensor befindet sich auf der Düse und erzeugt ein erstes Fließsignal,
welches das erste Rückführungssignal
an das Steuersystem darstellt. Das erste Rückführungssignal wird durch ein
gemessenes Signal erzeugt, welches auf dem Druckabfall über der
Düse beruht.
Ein weiteres stellungabhängiges,
rückgeführtes Signal
wird mit Bezug auf die Stellung der Stange erzeugt und an das Steuersystem zurückgemeldet.
Das erste und zweite Signal bilden eine Beziehung, die auf der Öffnung der
Stange und dem Durchfluss beruhen. Die Funktion des Systems beruht
auf einem bestimmten Material mit einer bestimmten Viskosität, wobei
ein bestimmter Abstand zwischen der Ventilstange und dem Ventilsitz
einen bestimmten Fluss und einen bestimmten Druckablall über der
Düse des
Ventils erzeugt. Ein Problem bei diesem System ist, dass die meisten
abzugebenden Materialien Füllstoffe
enthalten, welche verschleißen und
die im Fließweg
liegenden Teile, zum Beispiel den Ventilsitz, beeinflussen. Da das
Prinzip der Verstellung in einem höheren Grad von dem Verhältnis zwischen
Sitz, Stange und Öffnungsspalt
abhängt, wird
geringer Verschleiß bereits
einen beträchtlichen Fließfehler
verursachen. Demnach steht die Zuverlässigkeit des Systems in engem
Zusammenhang mit dem Füllstoffgehalt
des abzugebenden Materials. Weiterhin wird das Verhältnis zwischen
dem eigentlichen Wert und dem Sollwert nicht besprochen und es wird
auch nicht angegeben, wie ein Primärfluss als Basis für eine kontinuierliche
Einstellung erzielt wird. Das System beherrscht nicht die dynamische
Handhabung der Veränderungen
im Fließverhalten,
beispielsweise weil die Viskosität
des abgegebenen Materials sich infolge von Temperaturunterschieden oder
von dem Vorhandensein von Lufteinschlüssen ändern kann. Auch kann das System
weder einen kontinuierlichen Fließwert während des gesamten Arbeitszyklus
des Aufbringens aufrechterhalten noch die gesamte, innerhalb eines
Zyklus aufgebrachte Materialmenge liefern.
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Die
US
4,666,732 offenbart ein Verfahren zur Regulierung oder
Steuerung des Flusses einer zähflüssigen Flüssigkeit,
wie zum Beispiel eines Klebstoffs oder eines Kunststoffs, welche
als Naht durch eine von einem Roboter geführte Aufbringvorrichtung auf
ein Werkstück
aufgebracht wird, wobei die zähflüssige Flüssigkeit
der Aufbringvorrichtung kontinuierlich von einem Zylinder zugeführt wird,
in dem ein über
einen Antriebsmechanismus verschieblicher Kolben einen konstanten
Druck auf die Flüssigkeit ausübt. Verfahrensgemäß wird der
Weg gemessen, den der Kolben in der Zeit zurücklegt, in der der Roboter
einen bestimmten Abschnitt durchfährt. Der für den Kolbenweg gemessene Wert
wird mit einem Sollwert für
den Kolbenweg verglichen und die Differenz wird während dem
späteren,
im nächsten
Arbeitszyklus erfolgenden Durchfahren desselben Abschnitts als Korrektursollwert
algebraisch mit einem Grundsollwert addiert, um die Düsenöffnung der
Aufbringvorrichtung zu regulieren oder zu kontrollieren. So wird
der Einfluss von Viskositätsveränderungen
und einer Minderung der Düsenöffnung auf
die Dicke der aufgebrachten Naht beseitigt.
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Das System gemäß dieser Patentschrift führt keinen
Versuchslauf durch; die Daten werden während des normalen Aufbringvorgangs
gesammelt. So hat dieses System den Nachteil, dass während des Aufbringens
Störungen
auftreten können,
wodurch wiederum das Werkstück
geschädigt
werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Dosiersystem zu schaffen, das die oben genannten Nachteile nicht
aufweist. Weiterhin hat sich die Endung zum Ziel gesetzt, ein System
zur Fließsteuerung
mit einem „off-line" Messsystem und minimaler
Ansprechzeit vom Dosieren zum eingestellten Materialfluss zu schaffen.
Das System sollte auch der Genauigkeit der Fließsteuerung genügen, d.
h. eine Ungenauigkeit von < ±1,5% und
eine Ansprechzeit von etwa 0,1 zwischen dem maximalen und dem minimalen
Fluss aufweisen.
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Darüber hinaus soll das System
den Druckabfall in den Zufuhrschläuchen und in den Rohrleitungssystemen
reduzieren.
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Eine weitere Aufgabe des erfindungsgemäßen Systems
besteht darin, die Anzahl an Komponenten zu reduzieren, um eine
zuverlässige
und kostenwirksame Konstruktion zu erzielen. Darüber hinaus soll das System
schnell sein und wenige, insbesondere bewegliche Teile umfassen.
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Das erfindungsgemäße System soll vor allem dadurch
zuverlässig
sein, dass es in der Lage ist, eine Unterbrechung in der Materialzufuhr
bei der Abgabe des zähflüssigen Materials
zu erkennen. Weiterhin soll das System aus auf dem Markt vorhandenen
Teilen bestehen, was die Herstellungskosten reduziert.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin,
den Förderfluss
während
des gesamten Aufbringvorgangs sowie die Gesamtmenge an aufgebrachtem
Material zu messen.
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Darüber hinaus wird die Messung
des Materialflusses zur Steuerung desselbeen von der Ferne und mit
einer schnellen Ansprechzeit durchgeführt.
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Weiterhin sollten alle Systemeinstellungen von
einem Bedienungsterminal aus durchgeführt werden, das so einfach
wie möglich
in der Bedienung ist, so dass das Bedienungs- und Wartungspersonal das
System schnell installieren und n Betrieb setzen kann.
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Die oben angeführten Aufgaben und Vorteile sowie
weitere ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung.
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Die gesetzten Ziele werden mit den
Verfahren nach Anspruch 1 und 10 und dem System nach Anspruch 11
erreicht.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nachstehend unter
Bezugnahme auf die Ausführungsformen
darstellenden beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Diese zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Systems
zur Abgabe/Dosierung eines zähflüssigen Materials
in einer schematischen Darstellung.
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2 ein
Beispiel eines Druck-Fluss-Diagramms, das während der Abgabe eines zähflüssigen Materials
mittels einer erfindungsgemäßen Dosierungseinheit
erstellt wurde.
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3 eine
weitere schematische Ausführungsform
einer Dosierungseinheit in einem erfindungsgemäßen Dosiersystem.
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4 eine
weitere Ausführungsform
einer Dosierungseinheit in einer schematischen Ansicht.
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5 eine
Ausführungsform
einer Dosierungseinheit, welche an einem Materialdruckregler angeschlossen
ist.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines bevorzugten
erfindungsgemäßen Dosiersystems 10.
Das System umfasst im Wesentlichen mindestens eine Koppelstation 11,
eine Pumpstation 12 und eine Dosierungseinheit 13 sowie
eine Steueranordnung 14 (gestrichelt gezeichnet) und einen
Roboter (nicht dargestellt).
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Die Dosierungseinheit 13 besteht
aus einem hohlen Gehäuse 19,
das im Wesentlichen eine erste und eine zweite variable Kammer 20 bzw. 21 sowie einen
Materialbehälter 22 umfasst.
Das Gehäuse weist
ebenfalls einen Ein-/Ausgang
23 für
ein Druckmedium, zum Beispiel Druckluft, und einen kombinierten
Ein-/Ausgang 24 zum Einfüllen
und Dosieren von Material über
eine Düse
auf. Innerhalb der Dosierungseinheit 13 ist im Materialbehälter 22 ein
axial verschieblicher Kolben 25 angeordnet. Der Kolben 25 arbeitet
mit einem Sensor 26 zusammen, der vorzugsweise ein lineares
Potentiometer oder ein bekannter linearer Impulswandler, der als
Stellungsindikator für
den Kolben 25 dient, ist. An einem Ende des Materialbehälters 22 ist
mindestens ein Materialdruckregler 27 angeordnet. Nach
dieser Ausführungsform
sind auch ein bekanntes Heizelement 28 und ein bekannter
Sensor 29 im Gehäuse
des Materialbehälters 22 angeordnet.
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Die Steueranordnung 14 umfasst
Mittel zur Steuerung und Regulierung des Flusses aus der Dosierungseinheit 13 und
umfasst nach dieser Ausführungsform
mindestens eine Steuereinheit 15 auf Mikroprozessorbasis,
einen Regler 16 und Ventile 17 bzw. 18.
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Die Steuereinheit 15 in
der aus einem herkömmlichen
PLC bestehenden Steueranordnung 14 ist mit einer Anzahl
an Ein- und Ausgängen
zur Sammlung von Daten sowie zur Erzeugung und Übertragung von Steuersignalen
versehen. Die Steuereinheit 15 kann weiterhin eine Anzahl
an Speichereinheiten zur Speicherung von Daten und Befehlen umfassen.
Die Steuereinheit 15 kann vom Roboter oder von einer anderen
externen Steuereinheit gesteuert werden. In dieser Ausführungsform
ist der Eingang 151 über
den Eingang 152 mit einem Sollwertindikator (nicht dargestellt)
verbunden, die Steuereinheit wird vom Roboter gesteuert, der Ausgang 153 ist
mit dem Regler 16 verbunden, an den er Steuersignale überträgt, Eingang 154 ist
eine P/I Rückkopplung
des Reglers 16, der Eingang 155 ist mit dem Potentiometer 26 verbunden
und dient dem Ablesen des Werts des Potentiometers, der Eingang 156 ist
mit dem Temperaturanzeiger 29 verbunden und dient dem Ablesen
dessen Werts und der Ausgang 157 ist mit dem Heizelement 28 verbunden
und dient der Steuerung desselben.
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Der Regler 16 besteht vorzugsweise
aus einem herkömmlichen
elektromagnetischen Proportionalregler mit einer kurzen Ansprechzeit
(< 30 Millisekunden),
der über
einen analogen oder digitalen Sollwerteingang 161 mit der
Steuereinheit verbunden ist, wobei über den Ausgang 162 ein
analoger c der digitaler Wert an die Steuereinheit 15,
eine sogenannte P/I-Rückkopplung
als Eingang für
den Sollwert gesendet wird; der Regler 27 wird über den
Ausgang 163 gesteuert und sogenannte P-Luft wird über den Eingang 164 angeschlossen.
Der Regler 27 ist vorzugsweise ein Materialdruckregler
mit einem montierten pneumatischen Servorgerät. Der Materialdruckregler
dient der Regelung des Materialflusses und kann in einem weiten
Druckbereich von beispielsweise von 1 bis 300 bar betrieben
werden. Der Regler weist eine variable Federanordnung auf, so dass
er an verschiedene Einstellbereiche angepasst werden kann. Der Materialdruckregler 27 kompensiert
die Eigenschaftsänderungen
des Materials und, wo dieser nicht wirkt, regulieren bzw. kompensieren auch
die Steuereinheit 15 und der Regler 16. Das Ventil 17 wird
direkt am Ausgang 158 von der Steuereinheit kontrolliert
und kann konstant Druckluft der Dosierungseinheit zuführen.
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Beim Füllen der Dosierungseinheit 13 versorgt
das Pumpsystem 12 die Koppelstation 11 mit (warmem
oder kaltem) Material und diese wird daraufhin an die auf dem Roboter
angebrachte Dosierungseinheit 13 angekoppelt. Die Dosierungseinheit 13 wird über die
Düse 24 und
weiter über
den Materialdruckregler 27 gefüllt, wobei letzterer während des
Füllvorgangs
durch das analog oder digital gesteuerte pneumatische Servogerät des Proportionaldruckreglers 16 in
der offenen Stellung gehalten wird.
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Die Dosierungseinheit wird mit Bezug
auf einen rückgekoppelten „Off-line"-Wert gefüllt, während gleichzeitig
der Luftraum 20 über
das Ventil 17 entlüftet
wird und der Wert über
dem analogen linearen Potentiometer 26 abgelesen wird,
welcher einen absoluten „Ist-Wert", beispielsweise
in der Form von 0–10 V
ausgibt. Der Potentiometer 26, der sich im Wesentlichen
in der Druckluftkammer 20 der mit dem Kolben 25 zusammenarbeitenden
Dosierungseinheit befindet, liefert die durch die Bewegung des Kolbens
entstehenden Änderungen
im Potential. Ist der Materialbehälter 22 bis auf beispielsweise
95% aufgefüllt,
so wird der Füllvorgang
gestoppt. Während
des Füllvorgangs
wird die Kammer 20 entlüftet.
Der Füllkoeffizient
von 95% ist ein relativer Wert und hängt im Allgemeinen von dem Ausdehnungsgrad
des Materials ab. Dieser Füllkoeffizient
dient der Druckkompensation, wodurch ein Nachtropfen verhindert
und die Genauigkeit der Volumenmessung sichergestellt wird.
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Nach dem Füllen wird der Regler 27,
welcher in dieser Position auch wie ein Absperrventil funktioniert,
geschlossen.
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Dann wird die Dosierungseinheit 13 mit
einem festgesetzten, für
einen Versuchslauf geeigneten Druck beaufschlagt. Durch das Ablesen
des linearen Potentiometers 26 nach Beendigung des Füllvorgangs
und durch die Druckbeaufschlagung der Dosierungseinheit mit geschlossenem
Regler 27 wird eine Materialkompression erzielt.
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Zur Beseitigung einer Unterbrechung
in der Dosierung durch das Vorhandensein von Luft im Material, wird
zunächst
ein Versuch durchgeführt.
Die Dosierungseinheit 13 wird mit einem Material getestet,
das frei von Lufteinschlüssen
ist, und der vom Potentiometer 26 gemessene Wert erfasst.
Dann können
Lufteinschlüsse
im Material vor dem Beginn der Abgabe erkannt und ein entsprechendes
Warnsignal an den Roboter ausgegeben werden. Daraufhin kann der
Roboter eine Stellung einnehmen und das Signal geben, das Material
in ein geeignetes Gefäß zu entleeren.
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Diese Technik bietet bedeutende Vorteile verglichen
mit den herkömmlichen
Verfahren, bei denen das Material ausgegeben wird und danach, mit einer
zusätzlichen
Technik, der aufgebrachte Materialstrang auf eine Unterbrechung
hin geprüft
wird.
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Bei der Abgabe empfängt die
Steuereinheit 15 das vom Roboter abgegebene Sollsignal
für das Fließen als
einen analogen (0–10
Volt) oder digitalen Wert. Mittels eines Umwandlungsfaktors, der
von der Größe des Sollflusses
abhängt,
wandelt die Steuereinheit 15 das Signal in einen analogen
Wert um. Den Umwandlungsfaktor erhält man, wenn das derzeit in
Bearbeitung befindliche Material mit festgesetzten Druckwerten an
den luftdruckregulierten Servoregler 16 ausgegeben wird;
dann wird das ausgegebene Volumen mit Bezug auf eine festgelegte
Zeitkonstante gemessen.
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Das Verfahren wird noch einmal mit
gegenüber
dem Regler erhöhten
Druck durchgeführt,
usw.
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Je nach der Thixotropie des Materials
kann sich beim Versuch, das Material aus der Dosierungseinheit zu
befördern,
ein „Einholeffekt" ergeben. Deshalb
wird, wie in 2 zu sehen
ist, für
das spezifische Material ein Druck-Fluss-Diagramm erstellt und es
werden mindestens 3 lineare Abschnitte approximiert, nämlich jeweils
einen für
geringen, normalen und erhöhten
Fluss. Daraufhin werden, wenn ein Sollfluss festgesetzt wurde, ein
Eingangsdruck und eine Verstärkung
mit Bezug auf das Diagramm ausgewählt, wodurch von vornherein
ein geeigneterer Ausgangsdruck erzielt werden kann; von da ab beginnt
eine PID-Regelung. In diesem Fall kann eine geeignete Druckänderung 1, 2, 3,
... bar betragen. Dieser Vorgang und eine durch Versuche ermittelte Druck/Fluss-Kennlinie
werden automatisch im Steuersystem erzeugt, zum Beispiel während eines
Setup/Testmenüs über einen
Steuerpult des Bedieners. Umwandlungsfaktore für konstante Werte für geringen,
normalen und erhöhten
Fluss wandeln das Sollflusssignal 151 vom Roboter in einen
für das
gewählte
analoge Proportionalventil 16 geeigneten Wert um. Dann
bestätigt
der PI-Wandler des Proportionalreglers 16, dass der Druck
mit dem vom Steuersystem ausgewählten
Faktor übereinstimmt.
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Die Abgabe wird als direkter Wert
des Sollflusssignals 151 gestartet, entweder als ein fester Wert
oder als ein Wert, der direkt proportional zur Geschwindigkeit c
es Roboters ist, als sogenannter „TCP-Wert".
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Hat die Abgabe begonnen, so wird
auch der austretende Materialfluss konstant abgetastet. Die Zentraleinheit
(Prozessor) der Steuereinheit 15 kann über ein A/D/A-Modul (Analog/Digital/Analog
Modul) die Änderungen
am Rückkopplungswert 155 des
linearen Potentiometers 26 kontinuierlich abfragen. Der
Prozessor erfasst Unterschiede in der Abgabegeschwindigkeit mit
Bezug auf den empfangenen Sollwert und passt mittels eines eingebauten
Reglers, eines sogenannten PID-Reglers, das Steuersignal 153 an
den Proportionalregler 16 an, wobei der Druckluftwert zum
Beispiel 0–6
bar beträgt.
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Mit einem vorzugsweise sehr schnellen
Proportionalregler und einer schnellen Abtasteinrichtung wird eine
zuverlässige
und leistungsstarke Regeleinrichtung geschaffen, die keine den Materialfluss
direkt messende Messeinrichtung mit ihren Nachteilen wie zum Beispiel
Verschleiß aufgrund
von Füllstoffen, Ablagerungen
usw. aufweist.
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Das System kann auch mit einem akustischen
oder visuellen Alarm ausgestattet sein.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems,
in der die Dosierungseinheit sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen
dadurch unterscheidet, dass die Dosierungseinheit 113 in
zwei Teile 113a und 11b geteilt ist. Beide Teile,
oder auch nur eines der beiden, vorzugsweise Teil 113b,
können
auf dem Roboterarm montiert sein. Die Dosierungseinheit 113a umfasst
im Wesentlichen die gleichen Teile wie die Dosierungseinheit 13 nach 1, d. h., den Materialbehälter 122,
den Kolben 125, den Potentiometer 126, gegebenenfalls
ein Heizelement 128 und einen Sensor 129. Das
andere Teil der Dosierungseinheit 113b umfasst die Düse 124 und
den Materialdruckregler 127. Das abzugebende Material wird
von der Pumpe 12 über
das Rohr 131 und über
ein im Ventilteil 133 am Eingang zum Materialbehälter vorgesehenes
Füllventil
dem Materialbehälter 122 zugeführt. Nach
dem Befüllen
wird das Druckteil 113a mit einem konstanten Druck beaufschlagt.
Bei der Abgabe wird das Material über die Leitung 132 der
Einheit 113b zugeführt,
wo der Fluss mit dem Materialdruckregler 127 reguliert
wird, wobei dieser wiederum durch die Druckluft des Proportionalventils 116 gesteuert
wird. Einstellung und Dosierung erfolgen ähnlich wie bei der ersten beschriebenen
Ausführungsform.
Die Leitung 132 sollte steif sein oder einen großen Durchflussquerschnitt
aufweisen, um einen eventuellen Druckabfall ausgleichen zu können.
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Die Ausführungsform der in 4 gezeigten Dosierungseinheit 213 umfasst
nicht wie die weiter oben beschriebenen Ausführungsformen einen Materialdruckregeler.
Beim Füllen
der Dosierungseinheit 213 wird der Materialbehälter 222 über ein
im Ventilteil 233 angeordnetes Füllventil gefüllt, während gleichzeitig
die Luftkammer 220 mittels des Proportionalventils entlüftet wird.
Am Dosieren wird der Fluss durch die Düse 224 und dabei die
Bewegung des Kolbens 225 über das Proportionalventil
mittels der Druckluft reguliert, während gleichzeitig ein Ventil, vorzugsweise
ein Ablassventil, in der Ventileinheit 233 geöffnet wird.
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Wird ein Material verwendet, welches
erhitzt werden muss, ist die Temperatureinstellung ein weiterer
wichtiger Faktor des Systems, da die Eigenschaften des Materials
stark temperaturabhängig sind.
Daher wird die Temperaturungenauigkeit auf einem Maximalwert, zum
Beispiel auf ±1,5%,
gehalten.
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Alle Systeme, auch diejenigen für kaltes
Material, können,
zumindest in den Leitungen und der Dosierungseinheit, vorzugsweise
temperaturgeregelt sein, um Fließfehler in Abhängigkeit
von der sich ändernden
Umgebungstemperatur zu vermeiden. Die warmen Systeme können einen
oder mehrere Kühlkreisläufe aufweisen,
welche über
die Transistorausgänge
und die Halbleiterrelais in der Steuereinheit gesteuert werden können.
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5 zeigt
ein bevorzugtes System, in dem der Materialdruckregler 327 zwischen
der Dosierungseinheit 313a und 313b angeordnet
ist. Die Dosierungseinheit 313a umfasst im Wesentlichen
die gleichen Teile wie die Dosierungseinheit 213 aus 3, d. h., den Materialbehälter 322,
den Kolben 325, den Sensor 326, gegebenenfalls
das Heizelement 328 und den Sensor 329. Das andere
Teil 1er Dosierungseinheit 313b umfasst die Düse 124.
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Der Materialdruckregler 327 umfasst
im Wesentlichen ein Gehäuse 331,
in welchem der Kolben 332, der Eingang 334, der
Ausgang 335, die Feder 336, die Kugel 337,
der Sitz 338, den Druckeingang 39 und den Kugelhalter 340.
Das Material wird über den
Eingang 334 eingebracht und der Materialdruck drückt die Kugel 337,
vorzugsweise eine Kugel aus hartem Stahl, in Richtung Sitz 338.
Ist der Materialdruck gleich Null (kein Fließen), so bewirkt die Schraubenfeder 336,
dass die Kugel auf dem Sitz 338 aufliegt. Wird ein bestimmter
Fluss erwünscht,
so wird ein Steuerdruck auf das pneumatische Servorgerät des Flussreglers
aufgebracht. Eine Steuerstange 341 ist im mittig angeordneten
Loch in den drei Kolben angeordnet, wobei der Steuerdruck die Kolben 332 und
dabei die Steuerstange sowie über
den Kugelhalter die Stahlkugel 337 vom Sitz 338 wegdrückt. Dabei
wird der Fluss an das Verhältnis
zwischen dem zugeführten
Materialdruck und dem Steuerdruck des pneumatischen Servogeräts angepasst.
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Der Grund, weshalb hier drei gekoppelte
Kolben verwendet werden, ist ein räumlicher, da ein Kolben eine
wesentlich größere Fläche benötigt, um dem
Druck auf die Kugel entgegenzuwirken, der durch das abgegebene Material
dargestellt wird.
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Der Druck des abgegebenen Materials
sollte mindestens das Doppelte des Drucks betragen, der auf der
Sekundärseite
entnommen wird, um den Materialfluss zum Regler zu gewährleisten.
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Das pneumatische Servogerät kann auch durch
einen Satz Federn ersetzt werden, wobei der erwünschte Druck auf der Sekundärseite dadurch
reguliert wird, dass der Satz Federn unterschiedlich belastet wird,
wodurch ein Druckwert erhalten wird, der dem gewünschten Fluss entspricht. Daraus
wird deutlich, dass der Materialdruck nicht konstant sein muss.
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Beim Starten des Systems werden alle
Einstellungen von einem Bedienungsterminal aus vorgenommen, über welches
die folgenden Angaben eingegeben werden können, zum Beispiel:
- – die
Art der Dosierungseinheit,
- – das
(genaue) Volumen der Dosierungseinheit,
- – der
Betriebsbereich (normaler Fluss),
- – die
Aufbringtemperatur,
- – Stromsparmodus
ON/OFF, usw.
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Dann wird der Wert der leeren Dosierungseinheit
festgestellt, indem der Kolben nach unten verfahren, der Wert des
Potentiometers an den Speicher übertragen
wird und derselbe Vorgang für
die volle Dosierungseinheit wiederholt wird.
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Dann kann eine automatische Einstellung gestartet
werden, wobei die Dosierungseinheit aufgefüllt wird und das Material mit
verschiedenen Drücken
ausgegeben wird und der sich ergebende Fluss in verschiedenen Speichern
eingetragen wird; auf diese Weise erhält man automatisch die Druck/Fluss-Kennlinie des Materials.
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Im Normalbetrieb wird der Sollfluss
vom Bedienungsterminal oder als externe Signalerfassung vom Steuersystem
zur Steuerung des Roboters angegeben. Der Fluss wird kontinuierlich
geregelt und überwacht.
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Nicht regelbare, toleranzüberschreitende Abweichungen
erzeugen automatisch einen Alarm.
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Nachdem die Dosierungseinheit gefüllt worden
ist, wird sie mit Druck beaufschlagt, so dass das Material komprimiert
wird, das Potentiometer wird abgelesen, um Lufteinschlüsse im Material
festzustellen, wobei, sollten welche festgestellt werden, ein Alarm
erzeugt wird.
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Abweichungen können in einer Prioritätstabelle
gespeichert werden, wobei die Steuerung des Flusses an erster Stelle
steht. Der Wärmeeinstellungsfehler
kann ebenfalls in der Prioritätstabelle
mit geringerer Priorität
gespeichert werden. Da das Volumen der Dosierungseinheit bekannt
ist, kann das System den Materialverbrauch verfolgen und einen Alarm
erzeugen, wenn das über
die Pumpe von einem Vorratsbehälter
an die Koppelstation geführte Material
unterhalb einer bestimmten Menge absinkt.
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Das erfindungsgemäße System ist primär zum Abdichten,
Kleben, Zementieren, Aufgießen, Füllen, zur
fliegenden Lagerung von Dichtungen, zur Punktdosierung und zur Schmierung
bestimmt. Das System kann auch dazu verwendet werden, Arbeiten in
naheliegenden Bereichen durchzuführen,
beispielsweise für
das Messen und Dosieren von Bestandteilen in chemischen Verbindungen,
Anstrichfarben, und dergleichen.
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Die Erfindung ist nicht nur auf die
hier dargestellten und offenbarten bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt,
sondern umfasst weitere Varianten und Änderungen, sofern diese im
Rahmen der beigefügten
Ansprüche
vorgenommen werden. Zum Beispiel kann das Potentiometer außen angeordnet sein.
Das Druckmedium kann durch eine geeignete Servoflüssigkeit
oder Öl
oder dergleichen ersetzt werden.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- System
- 11
- Koppelstation
- 12
- Pumpe
- 13
- Dosierungseinheit
113, 213, 313
- 14
- Steueranordnung
- 15
- Steuereinheit
- 16
- Regler
- 17
- Ventil
- 18
- Ventil
- 19
- Gehäuse 119,
219
- 20
- Luftkammer
120, 220
- 21
- Gehäuse
- 22
- Materialbehälter 122,
222, 322
- 23
- Luftein-/auslass
- 24
- Aus-/Einlass
- 25
- Kolben
125, 225, 325
- 26
- Pegelstandanzeiger
126, 226, 326
- 27
- Materialdruckregler
127, 227, 327
- 28
- Heizelement
128, 328
- 29
- Sensor
129, 329
- 30
- Kolbenbasis
- 131
- Leitung
- 132
- Leitung
- 133
- Ventil
im Schnitt 233
- 151
- Eingang
für den
Sollwert
- 152
- Steuereingang
- 153
- Ausgang
zum Regler
- 154
- P/I
Rückkopplung
- 155
- Eingang
vom Potentiometer aus
- 156
- Eingang
vom Sensor aus
- 157
- Ausgang
zum Heizelement
- 158
- Ausgang
zum Ventil
- 161
- P/I
Rückkopplung
- 162
- Sollwert
- 163
- Ausgang
- 164
- Luft
- 331
- Gehäuse
- 332
- Kolben
- 334
- Einlass
- 335
- Auslass
- 336
- Feder
- 337
- Kugel
- 338
- Sitz
- 339
- mit
Druck beaufschlagender Einlass
- 340
- Kugelhalter
- 341
- Steuerloch