EP1270938A2 - Vorrichtung zur dosierten Abgabe einer viskosen Flüssigkeit - Google Patents

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Publication number
EP1270938A2
EP1270938A2 EP02013231A EP02013231A EP1270938A2 EP 1270938 A2 EP1270938 A2 EP 1270938A2 EP 02013231 A EP02013231 A EP 02013231A EP 02013231 A EP02013231 A EP 02013231A EP 1270938 A2 EP1270938 A2 EP 1270938A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bore
pump body
pistons
sleeve
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02013231A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Krieger
Christof Koster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Besi Switzerland AG
Original Assignee
Esec Trading AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Esec Trading AG filed Critical Esec Trading AG
Publication of EP1270938A2 publication Critical patent/EP1270938A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D7/00—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes
    • B67D7/06—Details or accessories
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B13/00—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities
    • F04B13/02—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities of two or more fluids at the same time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/04—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports
    • F04B7/045—Two pistons coacting within one cylinder

Definitions

  • the invention relates to a device for the metered delivery of a viscous liquid in the Preamble of claim 1 mentioned type.
  • a device for the metered delivery of a viscous liquid in the preamble of claim 1 mentioned type is known from the patent application SG 0074739 in Singapore.
  • This device includes a pump body with a bore that connects an inlet chamber and an outlet chamber.
  • two pistons are reciprocated between the inlet chamber and the outlet chamber emotional.
  • a slot of variable width is formed between the end faces of the two pistons, so that the liquid in the inlet chamber fills the slot and in the outlet chamber out of the slot is pressed.
  • additional bores run in parallel Guide rods available.
  • This device has two disadvantages. When used to apply glue comes silver flakes contained in the adhesive into the outside of the pump body and from there into the the guide rod receiving bores arrive, causing the guide rods to stick together leads. In addition, the friction of the guide rods in the holes is too great.
  • the invention has for its object to remedy the above-mentioned shortcomings.
  • the invention discloses on the one hand an improved drive mechanism and certain constructive Measures that prevent the drive mechanism from sticking and, on the other hand, a pump body, which is particularly suitable for the metered delivery of adhesives, the silver flakes contain.
  • This pump body is characterized by the fact that the bore, the inlet chamber and connecting the outlet chamber is elongated, with the two pistons reciprocating in the bore be moved, form a gap seal at the ends of the bore. So that the gap seal the pistons and the pump body, or one in the pump body, are adequately sealed built-in sleeve that contains the bore, paired from suitable materials and on the other hand manufactured with the highest precision.
  • the device shows a device for the metered delivery of a viscous liquid, which is used for metering and dispensing very small amounts of adhesive.
  • the device consists essentially of a pump body 1 with a two piston 2 and 3 receiving bore 4, one as an inlet chamber serves first chamber 5 and a second chamber 6 serving as an outlet chamber, and a drive mechanism 7 for the reciprocating movement of the two pistons 2 and 3 between the inlet chamber 5 and the outlet chamber 6.
  • the drive mechanism 7 is designed such that the width of a formed between the opposite end faces of the pistons 2 and 3 Slit 8 varies during the reciprocating movement of the pistons 2, 3 in a predetermined manner.
  • the pump body 1 has a recess on both sides of the bore 4, into which a bearing body 9 is inserted.
  • the bearing body 9 contain a concentric to the bore 4 Hole that is flared towards the outside.
  • the bearing body 9 also take an elastic deformable sealing element 10.
  • the sealing element 10 also includes a sealing lip 11 a central opening for receiving the piston 2 or 3.
  • the opening of the sealing lip 11 is smaller than the diameter of the pistons 2 and 3.
  • the sealing lip 11 therefore encloses the corresponding pistons 2 or 3 with a tight fit. During the back and forth movement of the corresponding Piston 2 and 3, the sealing lip 11 is elastically deformed.
  • the pump body 1 is already prepared for use as a write head, in which the chamber 6 serving as an outlet as a writing nozzle 12 or for equipping with a writing nozzle is trained.
  • the viscous liquid is drawn out of a tube through a hose Not shown liquid reservoir supplied.
  • the drive mechanism 7 will now be explained in more detail with reference to FIG. 2, which shows the metering device in Top view on the level of line I - I of FIG. 1 shows.
  • the drive mechanism 7 includes one Motor 13, on whose shaft 14 two cams 15 and 16 are fastened, two swivel arms 17 and 18 each with a ball bearing 19 or 20 and a spring 21.
  • One end of the first swivel arm 17 is pivotable about an axis 22 running perpendicular to the plane of the drawing, while at the other end the first pivot arm 17 of the piston 2 is releasably attached.
  • one end of the second Swivel arm 18 pivotable about an axis 23 running parallel to the first axis 22, while on the other end of the second swivel arm 18 the other piston 3 is releasably attached.
  • Pistons 2, 3 are preferably screwed into the corresponding swivel arm 17, 18.
  • the ball bearing 19 of the first Swivel arm 17 consists of a disc rotatable about an axis 24, which is on the first cam 15 rests.
  • the ball bearing 20 of the second swivel arm 18 consists of an axis 25 rotatable disc, which rests on the second cam 16.
  • the spring 21 connects the two Swivel arms 17 and 18, thus ensuring that the ball bearings 19 and 20 are in permanent contact with the corresponding cam 15 or 16 remain.
  • the bearing body 9 are preferably made of an abrasion-resistant plastic, while the pistons 2 and 3 preferably consist of steel.
  • the bore of the bearing body 9 takes over the leadership of corresponding pistons 2 and 3, respectively. Since the swivel arms 17 and 18 rotate about the axis 22 or 23 execute, the tips of pistons 2 and 3 would move in a circular path if they would not be prevented.
  • the bore of the bearing body 9 has the task of the corresponding To guide the piston so that the tip of the piston in the bore 4 along a possible straight path moves.
  • the guidance and storage of the piston in the bore of the bearing body 9 leads to ensure that the piston only in the area between the swivel arm and the bore of the bearing body 9 is elastically deformed while the piston in the area between the bore of the bearing body 9 and remains straight within the bore 4.
  • the device as a write head for applying adhesive to a semiconductor chip mounting substrate can be used, their mass must be as small as possible, since the write head Great accelerations occur during the writing movement.
  • the ball bearings 19 and 20 be light and the load on the ball bearings 19 and 20 by the swivel arms 17 and 18 must not exceed certain limits, otherwise the ball bearings 19 and 20 will be damaged.
  • the force with which the spring 21 pulls the swivel arms 17 and 18 must, on the one hand, be large enough on the other hand, so that the ball bearings never lose contact with the corresponding cam is her due to the resilience of the ball bearings 19, 20 an upper limit that does not exceed may be.
  • the motor rotates at high speeds in the range from 1000 to 10,000 Revolutions per minute.
  • the centrifugal forces exerted on the swivel arms 17, 18 are proportional to Mass of the swivel arms 17, 18.
  • the force exerted by the spring 21 must be greater than that maximum centrifugal force so that the swivel arms 17, 18 do not lift off the cam plate 15 or 16. It has been shown that a material must be used for the swivel arms 17, 18 specific gravity is less than the specific gravity of aluminum.
  • the two swivel arms 17 and 18 are therefore preferably made of plastic.
  • the plastic must also be large Have rigidity so that the pivot arms 17 and 18 do not flap, which is not intended Modulation of the width of the slot 8 between the pistons 2 and 3 would result.
  • FIG. 3A-F schematically show the relative position of pistons 2 and 3 during a single one Rotation of the cam discs 15 and 16 in six different angular positions.
  • the enlarged slot immediately fills with liquid (Fig. 3B).
  • the piston 3 then stands still (FIG.
  • the distance between the two pistons 2 and 3 is always greater than Is zero.
  • the width of the slot between pistons 2 and 3 is between 0.4 mm and 0.7 mm varies.
  • the slot 8 in the inlet chamber is then filled with adhesive more quickly.
  • the device becomes more robust with respect to assembly tolerances.
  • the dosing device described is suitable for all types of adhesives, with the exception of adhesives, contain the silver flakes as filling material.
  • the silver flakes have the unwanted Property of being deposited on pistons 2 and 3. This causes the sealing lips to slow but are constantly rubbed off and gradually destroyed.
  • the Pump body 1 described below with reference to FIG. 5.
  • the pump body 1 shows the pump body 1 in cross section, the right part of the figure being cut off.
  • the pump body 1 has a sleeve 28 which is provided with the bore 4 in the longitudinal direction, which receives the two pistons 2 and 3.
  • the bore 4 is widened at the ends, so that Pistons 2 and 3 can be easily inserted when assembling the pump.
  • the sleeve 28 contains two further bores 29 and 30, which are orthogonal to the bore 4 and and their one end in the bore 4 and the other end in the inlet chamber 5 and outlet chamber 6 in Pump body 1 opens.
  • the bore 4 thus extends laterally across the inlet chamber 5 as well the outlet chamber 6.
  • the bore 4 takes over both the bearing of the two pistons 2 and 3 as well as the sealing of the pump section.
  • the bore 4 takes over thus also the function of the sealing lips 11 of the first embodiment.
  • the hole 4 and the corresponding pistons 2 or 3 form a gap seal.
  • the sleeve 28 and the pistons 2 and 3 with great precision and from each other Materials are made. Good results have been obtained when pistons 2 and 3 and sleeve 28 each consist of a hard metal or if the pistons 2 and 3 from a tool steel and the sleeve 28 are made of ceramic.
  • the radius of the bore 4 is, for example, with a value of 201 microns ⁇ 0.5 ⁇ m, and the radius of pistons 2 and 3 with a value of 200 ⁇ m ⁇ 0.15 ⁇ m.
  • Suitable hard metals are e.g. WC (tungsten carbide), TiC (Titanium carbide), TaC (tantalum carbide) or mixtures of these carbides mixed with Co (cobalt) were sintered. Ceramic materials have the advantage of higher abrasion resistance, but the disadvantage lower thermal conductivity than hard metals.
  • the diameter of the bores 29 and 30 is advantageously larger than the diameter of the bore 4, so that the adhesive as quickly as possible in the between the opposite faces of the pistons 2 and 3 formed slot 8 can be pressed in or pressed out.
  • the pump body 1 has two vertically running blind holes 31 and 32, which are on both sides the sleeve 28 are arranged and communicate with the bore 4. These blind holes 31 and 32 serve as a result of insufficient sealing effect of the gap seal in the course of Time to absorb adhesive emerging from hole 4. If the pump is in regular Spaces is cleaned, then the adhesive can be removed from the blind holes 31 and 32 before other parts of the pump become dirty.
  • the drive mechanism 7 described with reference to FIG. 2 has the special feature that the Point 33, where the rotational movement of the first swivel arm 17 into the reciprocating movement of the piston 2 is implemented, moved back and forth on a circular path.
  • these attachment points and therefore pistons 2 and 3 should not be on the circular path, but move back and forth along a straight line.
  • the bearing body 9 installed in the pump body 1 has a concentric one to the bore 4 extending bore 34 in which a sleeve 35 is slidably mounted.
  • the hole 34 forms a bearing for the sleeve 35.
  • the sleeve 35 has a longitudinal bore 36, one end of which End of the piston 2 picks up.
  • the longitudinal bore 36 extends coaxially to the bore 4.
  • the longitudinal bore 36 is widened and forms an enlarged cavity 37.
  • a pin 38 connects the swivel arm 17 to the sleeve 35.
  • the pin 38 is on the one hand via a Coupling member 39 releasably on the swivel arm 17 and on the other hand firmly in the longitudinal bore 36 of the sleeve 35 attached. If the end of the swivel arm 17 moves back and forth on the circular path, then it moves the sleeve 35 and thus the piston 2 back and forth.
  • the bearing body 9 now ensures that the sleeve 35 moves along a straight line.
  • the pin 38 is on the way from the swivel arm 17th bent to the longitudinal bore 36 of the sleeve 35.
  • the piston 2, however, is due to the circular path movement of the swivel arm 17 is not loaded, since its movement by the one supported in the bearing body 9 Sleeve 35 is guided.
  • the coupling member 39 has a projecting edge which surrounds the end of the sleeve 35, the edge of the coupling member 39 and the sleeve 35 are separated by a small gap. This construction ensures that pin 38 will not be damaged during pump maintenance can, since the edge of the coupling member 39 comes to a stop on the sleeve 35 before the pin 38th can be bent too tight.
  • the sleeve 35 is provided at its front end with a thread on which one through Blind hole 31 inserted nut 40 is screwed on. This prevents the Piston 2 can fall out of the pump body 1 during maintenance of the pump.
  • a particular advantage of this pump body 1 is that the tips of the pistons 2 and 3 are always inside the hole 4 remain.
  • the pump body 1, the sleeve 28 and the two bearing bodies 9 separate parts that can be manufactured separately.
  • This version has the advantage that the for the sleeve 28 and the two pistons 2 and 3 used materials optimally matched can be.
  • the materials used for the bearing body 9 and the sleeve 35 can also be used be optimally coordinated.
  • the material for the pump body 1 can also be so can be selected so that the pump body 1 has optimal properties, for example a high one Thermal conductivity, or can be produced in a simple manner.
  • Another variant consists in producing the sleeves 28 and 35 from the same material and thus as one piece.
  • Pistons 2 and 3 can also be driven directly, i.e. the bearing body 9 and the sleeve 35 can be omitted if the drive in the direction of the axis defined by the bore 4.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe einer viskosen Flüssigkeit weist einen Pumpenkörper (1) mit einer zwei Kolben (2, 3) aufnehmenden Bohrung (4) auf, die eine als Einlasskammer dienende erste Kammer (5) und eine als Auslasskammer dienende zweite Kammer (6) verbindet. Als Antriebsmechanismus (7) für die Hin und Her Bewegung der beiden Kolben (2, 3) sind zwei von zwei Kurvenscheiben (15, 16) angetriebene Schwenkarme (17, 18) vorgesehen. Für die dosierte Abgabe eines Silberflocken enthaltenden Klebstoffes ist die die Kolben aufnehmende Bohrung (4) derart ausgebildet, dass die Bohrung (4) sowohl für die Führung der Kolben (2, 3) als auch für die Abdichtung der Pumpenstrecke dient. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe einer viskosen Flüssigkeit der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe einer viskosen Flüssigkeit der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der Patentanmeldung SG 0074739 in Singapur bekannt. Diese Vorrichtung umfasst einen Pumpenkörper mit einer Bohrung, die eine Einlasskammer und eine Auslasskammer verbindet. In der Bohrung werden zwei Kolben zwischen der Einlasskammer und der Auslasskammer hin und her bewegt. Zwischen den Stirnseiten der beiden Kolben ist ein Schlitz mit variabler Breite gebildet, so dass die Flüssigkeit in der Einlasskammer den Schlitz füllt und in der Auslasskammer aus dem Schlitz heraus gepresst wird. Zur Führung der Kolben sind in weiteren, parallel verlaufenden Bohrungen geführte Führungsstangen vorhanden.
Diese Vorrichtung weist zwei Nachteile auf. Bei der Verwendung zum Auftragen von Klebstoff kommt es vor, dass im Klebstoff enthaltene Silberflocken ins Äussere des Pumpenkörpers und von dort in die die Führungsstangen aufnehmenden Bohrungen gelangen, was zum Verkleben der Führungsstangen führt. Zudem ist die Reibung der Führungsstangen in den Bohrungen zu gross.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Mängel zu beheben.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11.
Die Erfindung offenbart einerseits einen verbesserten Antriebsmechanismus sowie gewisse konstruktive Maßnahmen, die ein Verkleben des Antriebsmechanismus verhindern, und andererseits einen Pumpenkörper, der sich insbesondere für die dosierte Abgabe von Klebstoffen eignet, die Silberflocken enthalten. Dieser Pumpenkörper zeichnet sich dadurch aus, dass die Bohrung, die die Einlasskammer und die Auslasskammer verbindet, verlängert ist, wobei die beiden Kolben, die in der Bohrung hin und her bewegt werden, an den Enden der Bohrung eine Spaltdichtung bilden. Damit die Spaltdichtung ausreichend abdichtet, werden einerseits die Kolben und der Pumpenkörper, bzw. eine in den Pumpenkörper eingebauten Hülse, die die Bohrung enthält, aus geeigneten Materialien gepaart und andererseits mit höchster Präzision gefertigt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind nicht massstäblich gezeichnet.
Es zeigen:
Fig. 1
im Querschnitt eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe einer viskosen Flüssigkeit,
Fig. 2
einen Schnitt der Dosiervorrichtung entlang der Linie I - I der Fig. 1,
Fig. 3A-F
die Dosiervorrichtung in verschiedenen Arbeitsphasen,
Fig. 4
ein weiteres Beispiel der Dosiervorrichtung, und
Fig. 5
einen für Klebstoffe mit Silberflocken geeigneten Pumpenkörper.
Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe einer viskosen Flüssigkeit, die für die Dosierung und Abgabe sehr kleiner Klebstoffmengen geeignet ist. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Pumpenkörper 1 mit einer zwei Kolben 2 und 3 aufnehmenden Bohrung 4, die eine als Einlasskammer dienende erste Kammer 5 und eine als Auslasskammer dienende zweite Kammer 6 verbindet, und einem Antriebsmechanismus 7 für die Hin und Her Bewegung der beiden Kolben 2 und 3 zwischen der Einlasskammer 5 und der Auslasskammer 6. Der Antriebsmechanismus 7 ist derart ausgebildet, dass die Breite eines zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Kolben 2 und 3 gebildeten Schlitzes 8 während der Hin und Her Bewegung der Kolben 2, 3 auf vorbestimmte Art variiert.
Der Pumpenkörper 1 weist auf beiden Seiten der Bohrung 4 je eine Ausnehmung auf, in die ein Lagerkörper 9 eingesetzt ist. Die Lagerkörper 9 enthalten eine konzentrisch zur Bohrung 4 verlaufende Bohrung, die gegen aussen trichterförmig aufgeweitet ist. Die Lagerkörper 9 nehmen zudem ein elastisch deformierbares Dichtungselement 10 auf. Das Dichtungselement 10 umfasst eine Dichtungslippe 11 mit einer zentralen Öffnung zur Aufnahme des Kolbens 2 bzw. 3. Die Öffnung der Dichtungslippe 11 ist kleiner als der Durchmesser der Kolben 2 und 3. Die Dichtungslippe 11 umschliesst daher den entsprechenden Kolben 2 bzw. 3 mit festem Sitz. Bei der Hin und Her Bewegung des entsprechenden Kolbens 2 bzw. 3 wird die Dichtungslippe 11 elastisch deformiert.
Bei dem gezeigten Beispiel ist der Pumpenkörper 1 bereits zur Verwendung als Schreibkopf vorbereitet, in dem die als Auslass dienende Kammer 6 als Schreibdüse 12 oder zur Bestückung mit einer Schreibdüse ausgebildet ist. Die viskose Flüssigkeit wird der Einlasskammer über einen Schlauch aus einem nicht dargestellten Flüssigkeitsreservoir zugeführt.
Der Antriebsmechanismus 7 wird nun anhand der Fig. 2 näher erläutert, die die Dosiervorrichtung in Aufsicht auf dem Niveau der Linie I - I der Fig. 1 zeigt. Der Antriebsmechanismus 7 umfasst einen Motor 13, auf dessen Welle 14 zwei Kurvenscheiben 15 und 16 befestigt sind, zwei Schwenkarme 17 und 18 mit je einem Kugellager 19 bzw. 20 und eine Feder 21. Das eine Ende des ersten Schwenkarmes 17 ist um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse 22 schwenkbar, während am anderen Ende des ersten Schwenkarmes 17 der Kolben 2 lösbar befestigt ist. Ebenso ist das eine Ende des zweiten Schwenkarmes 18 um eine parallel zur ersten Achse 22 verlaufende Achse 23 schwenkbar, während am anderen Ende des zweiten Schwenkarmes 18 der andere Kolben 3 lösbar befestigt ist. Die Kolben 2, 3 sind vorzugsweise in den entsprechenden Schwenkarm 17, 18 geschraubt. Das Kugellager 19 des ersten Schwenkarms 17 besteht aus einer um eine Achse 24 drehbaren Scheibe, die auf der ersten Kurvenscheibe 15 aufliegt. Das Kugellager 20 des zweiten Schwenkarms 18 besteht aus einer um eine Achse 25 drehbaren Scheibe, die auf der zweiten Kurvenscheibe 16 aufliegt ist. Die Feder 21 verbindet die beiden Schwenkarme 17 und 18 und sorgt so dafür, dass die Kugellager 19 und 20 in permanentem Kontakt mit der entsprechenden Kurvenscheibe 15 bzw. 16 bleiben.
Eine Umdrehung des Motors bzw. der auf seiner Welle 14 befestigten Kurvenscheiben 15, 16 bewirkt eine Hin und Her Bewegung der Kolben 2 und 3. Die Radiusänderungen der Kurvenscheiben 15, 16 übertragen sich in eine Schwenkbewegung der Schwenkarme 17, 18 und damit in die Hin und Her Bewegung der Kolben 2 und 3. Da die Radiusänderungen der Kurvenscheiben 15, 16 unterschiedlich sind, ist der Hin und Her Bewegung der Kolben 2 und 3 eine Modulation der Breite des zwischen ihnen gebildeten Schlitzes 8 überlagert.
Die Lagerkörper 9 bestehen vorzugsweise aus einem abriebfesten Kunststoff, während die Kolben 2 und 3 vorzugsweise aus Stahl bestehen. Die Bohrung der Lagerkörper 9 übernimmt die Führung des entsprechenden Kolbens 2 bzw. 3. Da die Schwenkarme 17 und 18 eine Drehbewegung um die Achse 22 bzw. 23 ausführen, würden sich die Spitzen der Kolben 2 und 3 auf einer Kreisbahn bewegen, wenn sie nicht daran gehindert würden. Die Bohrung der Lagerkörper 9 hat die Aufgabe, den entsprechenden Kolben derart zu führen, dass sich die Spitze des Kolbens in der Bohrung 4 entlang einer möglichst geraden Bahn bewegt. Die Führung und Lagerung des Kolbens in der Bohrung des Lagerkörpers 9 führt dazu, dass der Kolben nur im Bereich zwischen dem Schwenkarm und der Bohrung des Lagerkörpers 9 elastisch deformiert wird, während der Kolben im Bereich zwischen der Bohrung des Lagerkörpers 9 und innerhalb der Bohrung 4 gerade bleibt.
Damit die Vorrichtung als Schreibkopf zum Auftragen von Klebstoff auf ein mit einem Halbleiterchip zu bestückendes Substrat verwendet werden kann, muss ihre Masse möglichst gering sein, da der Schreibkopf bei der Schreibbewegung grossen Beschleunigungen unterliegt. Infolgedessen müssen die Kugellager 19 und 20 leicht sein und die Belastung der Kugellager 19 und 20 durch die Schwenkarme 17 bzw. 18 darf gewisse Grenzen nicht überschreiten, sonst nehmen die Kugellager 19 und 20 Schaden. Die Kraft, mit der die Feder 21 die Schwenkarme 17 bzw. 18 zusammenzieht, muss einerseits gross genug sein, damit die Kugellager den Kontakt mit der entsprechenden Kurvenscheibe nie verlieren, andererseits ist ihr durch die Belastbarkeit der Kugellager 19, 20 eine obere Grenze gesetzt, die nicht überschritten werden darf. Der Motor rotiert im Betrieb mit hohen Drehzahlen im Bereich von 1000 bis 10'000 Umdrehungen pro Minute. Die auf die Schwenkarme 17, 18 ausgeübten Fliehkräfte sind proportional zur Masse der Schwenkarme 17, 18. Die von der Feder 21 ausgeübte Kraft muss grösser sein als die maximale Fliehkraft, damit die Schwenkarme 17, 18 nicht von der Kurvenscheibe 15 bzw. 16 abheben. Es hat sich gezeigt, dass für die Schwenkarme 17, 18 ein Material verwendet werden muss, dessen spezifisches Gewicht kleiner als das spezifische Gewicht von Aluminium ist. Die beiden Schwenkarme 17 und 18 bestehen deshalb vorzugsweise aus Kunststoff. Der Kunststoff muss zudem eine grosse Steifigkeit aufweisen, damit die Schwenkarme 17 und 18 nicht flattern, was zu einer nicht beabsichtigten Modulation der Breite des Schlitzes 8 zwischen den Kolben 2 und 3 führen würde.
Die Fig. 3A-F zeigen schematisch die relative Lage der Kolben 2 und 3 während einer einzelnen Umdrehung der Kurvenscheiben 15 und 16 in sechs verschiedenen Winkelpositionen. Zu Beginn befinden sich die Stirnflächen der Kolben 2 und 3 innerhalb der ersten Kammer 5, wobei zwischen den beiden Stirnflächen der Kolben 2 und 3 ein kleiner Schlitz gebildet ist (Fig. 3A). Zunächst bewegt sich nun nur der Kolben 3, so dass sich der Schlitz zwischen den beiden Kolben 2 und 3 vergrössert. Der vergrösserte Schlitz füllt sich sogleich mit Flüssigkeit (Fig. 3B). Anschliessend bewegen sich die beiden Kolben 2 und 3 gemeinsam von der ersten Kammer 5 zur zweiten Kammer 6, wobei die Breite des Schlitzes konstant bleibt (Fig. 3C). Auf diese Weise wird eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge von der Kammer 5 zur Kammer 6 transportiert. Daraufhin steht der Kolben 3 still (Fig. 3D), während der Kolben 2 weiterbewegt wird, bis der Schlitz zwischen den Stirnflächen der beiden Kolben 2 und 3 wieder die ursprüngliche, geringe Breite erreicht (Fig. 3E). Während dieser Phase wird die Flüssigkeitsmenge, die sich im Schlitz zwischen den Kolben 2 und 3 befindet, in die Kammer 6 hineingedrückt. Anschliessend werden die beiden Kolben 2 und 3 gemeinsam zurückbewegt, wobei der Schlitz zwischen deren Stirnflächen die geringe Breite beibehält (Fig. 3F), bis sie sich nach einer vollständigen Umdrehung des Motors wieder in der Ausgangsposition (Fig. 3A) befinden. Während einer Hin und Her Bewegung der Kolben 2 und 3 variiert also der Abstand zwischen deren Stirnflächen, wobei der Abstand auf dem Hinweg grösser ist als auf dem Herweg, so dass ein vorbestimmtes Flüssigkeitsvolumen von der ersten Kammer 5 zur zweiten Kammer 6 befördert wird.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Abstand der beiden Kolben 2 und 3 immer grösser als Null ist. Typischerweise wird die Breite des Schlitzes zwischen den Kolben 2 und 3 zwischen 0.4 mm und 0.7 mm variiert. Das Füllen des Schlitzes 8 in der Einlasskammer mit Klebstoff erfolgt dann schneller. Zudem wird die Vorrichtung robuster gegenüber Montagetoleranzen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich zur dosierten Abgabe einer Vielzahl von Flüssigkeiten. Es gibt Klebstoffe, bei denen die infolge der Scherung der Flüssigkeit in der Bohrung 4 im Pumpenkörper 1 auftretende Reibung bei hohen Drehzahlen des Motors eine Erhitzung des Pumpenkörpers 1 bewirkt. Es sind nun drei Massnahmen vorgesehen, die einzeln oder in Kombination angewendet werden können, um die Erhitzung des Pumpenkörpers 1 in Grenzen zu halten:
  • 1. Um die Reibung zu vermindern, kann der Durchmesser der Bohrung 4 grösser als der Durchmesser der Kolben 2 und 3 gewählt werden. Dies führt zwar zu einer gewissen Leckrate durch die Bohrung 4, die die als Einlasskammer dienende erste Kammer 5 und die als Auslasskammer dienende zweite Kammer 6 verbindet. Ein Leck kann jedoch in Kauf genommen werden, wenn die Leckrate klein gegenüber der gepumpten Flüssigkeitsrate ist. Wenn der Durchmesser der Bohrung 4 nur wenig grösser als der Durchmesser der Kolben 2 und 3 ist und wenn der in der ersten Kammer herrschende Druck nicht allzu gross ist, dann verhindert die Viskosität der Flüssigkeit in vielen Fällen dennoch die Leckage. Während der Pausen, in denen keine Flüssigkeit zu dosieren und abzugeben ist, kann zudem entweder der die erste Kammer beaufschlagende Druck reduziert werden oder der Motor mit vergleichsweise langsamer, der Leckrate angepasster Geschwindigkeit in umgekehrter Richtung laufengelassen werden. Es hat sich gezeigt, dass der Durchmesser der Bohrung 4 vorteilhafterweise mindestens 20 Mikrometer grösser als der Durchmesser des ersten Kolbens 2 sein soll.
  • 2. Der Pumpenkörper 1 kann aus einem thermisch gut leitenden Material, beispielsweise Metall, gefertigt sein, da ein solcher Pumpenkörper die in der Bohrung 4 produzierte Wärme besser an seine Aussenfläche leitet und an die Umgebung abgibt als ein aus Kunststoff gefertigter Pumpenkörper. Falls der Pumpenkörper 1 aus Metall ist, dann wird die Bohrung 4 des Pumpenkörpers 1, wie in der Fig. 4 gezeigt ist, mit Kunststoff verkleidet, beispielsweise indem ein Rohr 26 aus Kunststoff in die Bohrung eingesetzt wird, um die Abnutzung der aus Stahl bestehenden Kolben 2 und 3 gering zu halten.
  • 3. Ein Kühlelement 27 zur aktiven Kühlung des Pumpenkörpers (1), z.B. ein Peltierelement, kann am Pumpenkörper 1 angeordnet sein. Das Kühlelement 27 wird bevorzugt möglichst in der Nähe der Bohrung 4 angeordnet, wo die Wärme entsteht.
    • Die beschriebene Dosiervorrichtung eignet sich für Klebstoffe aller Art, mit Ausnahme von Klebstoffen, die Silberflocken als Füllmaterial enthalten. Die Silberflocken haben nämlich die unerwünschte Eigenschaft, sich an den Kolben 2 und 3 abzulagern. Dies führt dazu, dass die Dichtungslippen langsam aber stetig abgerieben und allmählich zerstört werden. Für derartige Klebstoffe eignet sich der nachstehend anhand der Fig. 5 beschriebene Pumpenkörper 1.
    Die Fig. 5 zeigt den Pumpenkörper 1 im Querschnitt, wobei der rechte Teil der Figur abgeschnitten ist. Der Pumpenkörper 1 weist eine Hülse 28 auf, die in Längsrichtung mit der Bohrung 4 versehen ist, welche die beiden Kolben 2 und 3 aufnimmt. Die Bohrung 4 ist an den Enden aufgeweitet, damit die Kolben 2 und 3 beim Zusammenbauen der Pumpe problemlos hineingesteckt werden können. Die Hülse 28 enthält zwei weitere Bohrungen 29 und 30, die orthogonal zur Bohrung 4 verlaufen und und deren eines Ende in die Bohrung 4 und deren anderes Ende in die Einlasskammer 5 bzw. Auslasskammer 6 im Pumpenkörper 1 mündet. Die Bohrung 4 erstreckt sich also seitlich über die Einlasskammer 5 wie auch die Auslasskammer 6 hinaus. Die Bohrung 4 übernimmt sowohl die Lagerung der beiden Kolben 2 und 3 als auch die Abdichtung der Pumpenstrecke. Bei diesem Ausführungsbeispiel übernimmt die Bohrung 4 also auch die Funktion der Dichtungslippen 11 des ersten Ausführungsbeispiels. Die Bohrung 4 und der entsprechende Kolben 2 oder 3 bilden eine Spaltdichtung. Um eine ausreichende Abdichtung zu erzielen, müssen die Hülse 28 und die Kolben 2 und 3 mit grosser Präzision und aus zueinander passenden Materialien gefertigt werden. Gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Kolben 2 und 3 und die Hülse 28 je aus einem Hartmetall bestehen oder wenn die Kolben 2 und 3 aus einem Werkzeugstahl und die Hülse 28 aus Keramik bestehen. Der Radius der Bohrung 4 wird beispielsweise mit einem Wert von 201 µm ± 0.5 µm, und der Radius der Kolben 2 und 3 mit einem Wert von 200 µm ± 0.15 µm gefertigt. Dies ergibt im Idealfall eine Spaltbreite von 1 µm. Geeignete Hartmetalle sind z.B. WC (Wolframcarbid), TiC (Titancarbid), TaC (Tantalcarbid) oder Mischungen dieser Carbide, die mit Co (Kobalt) vermischt gesintert wurden. Keramikwerkstoffe haben den Vorteil höherer Abriebfestigkeit, aber den Nachteil geringerer Wärmeleitfähigkeit als Hartmetalle.
    Der Durchmesser der Bohrungen 29 und 30 ist mit Vorteil grösser als der Durchmesser der Bohrung 4, so dass der Klebstoff möglichst schnell in den zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten der Kolben 2 und 3 gebildeten Schlitz 8 hineingepresst bzw. herausgepresst werden kann.
    Der Pumpenkörper 1 weist zwei vertikal verlaufende Sacklochbohrungen 31 und 32 auf, die beidseitig der Hülse 28 angeordnet sind und mit der Bohrung 4 kommunizieren. Diese Sacklochbohrungen 31 und 32 dienen dazu, in Folge allenfalls ungenügender Abdichtungswirkung der Spaltdichtung im Laufe der Zeit aus der Bohrung 4 austretenden Klebstoff aufzunehmen. Wenn die Pumpe in regelmäßigen Abständen gereinigt wird, dann kann der Klebstoff aus den Sacklochbohrungen 31 und 32 entfernt werden, bevor andere Teile der Pumpe verschmutzt werden.
    Der anhand der Fig. 2 beschriebene Antriebsmechanismus 7 weist die Besonderheit auf, dass sich der Punkt 33, wo die Drehbewegung des ersten Schwenkarms 17 in die hin und her Bewegung des Kolbens 2 umgesetzt wird, auf einer Kreisbahn hin und her bewegt. Das Gleiche gilt auch für den Punkt am zweiten Schwenkarm 18, wo die Drehbewegung des zweiten Schwenkarms 18 in die hin und her Bewegung des Kolbens 3 umgesetzt wird. Um die Reibung der Kolben 2 und 3 an der Hülse 28 möglichst gering zu halten, sollten sich diese Befestigungspunkte und damit die Kolben 2 und 3 aber nicht auf der Kreisbahn, sondern entlang einer Geraden hin und her bewegen. Um eine geradlinige Bewegung der Kolben 2 und 3 zu erreichen, ist ein Entkoppelungsmechanismus vorgesehen, der für die Kolben 2 und 3 gleich aufgebaut ist, aber nur anhand des Kolbens 2 näher beschrieben wird. Der Pumpenkörper 1 oder ein wie beim ersten Ausführungsbeispiel im Pumpenkörper 1 eingebauter Lagerkörper 9 weist eine konzentrisch zur Bohrung 4 verlaufende Bohrung 34 auf, in der eine Hülse 35 verschiebbar gelagert ist. Die Bohrung 34 bildet ein Lager für die Hülse 35. Die Hülse 35 weist eine Längsbohrung 36 auf, deren eines Ende ein Ende des Kolbens 2 aufnimmt. Die Längsbohrung 36 verläuft koaxial zur Bohrung 4. Auf der dem Kolben 2 abgewandten Seite ist die Längsbohrung 36 aufgeweitet und bildet einen erweiterten Hohlraum 37. Ein Stift 38 verbindet den Schwenkarm 17 mit der Hülse 35. Der Stift 38 ist einerseits über ein Kopplungsglied 39 lösbar am Schwenkarm 17 und andererseits fest in der Längsbohrung 36 der Hülse 35 befestigt. Wenn sich das Ende des Schwenkarms 17 auf der Kreisbahn hin und her bewegt, dann bewegt sich auch die Hülse 35 und somit der Kolben 2 hin und her. Der Lagerkörper 9 sorgt nun dafür, dass sich die Hülse 35 entlang einer Geraden bewegt. Der Stift 38 wird dabei auf der Strecke vom Schwenkarm 17 bis zur Längsbohrung 36 der Hülse 35 verbogen. Der Kolben 2 wird hingegen durch die Kreisbahnbewegung des Schwenkarms 17 nicht belastet, da seine Bewegung durch die im Lagerkörper 9 gelagerte Hülse 35 geführt ist.
    Das Kopplungsglied 39 weist einen vorstehenden, das Ende der Hülse 35 umschliessenden Rand auf, wobei der Rand des Kopplungsgliedes 39 und die Hülse 35 durch einen kleinen Spalt getrennt sind. Diese Konstruktion gewährleistet, dass der Stift 38 bei der Wartung der Pumpe nicht beschädigt werden kann, da der Rand des Kopplungsgliedes 39 an der Hülse 35 zum Anschlag kommt, bevor der Stift 38 allzu fest verbogen werden kann.
    Mit Vorteil ist die Hülse 35 an ihrem vorderen Ende mit einem Gewinde versehen, auf das eine durch die Sacklochbohrung 31 eingeführte Mutter 40 aufgeschraubt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Kolben 2 bei der Wartung der Pumpe aus dem Pumpenkörper 1 herausfallen kann.
    Ein besonderer Vorteil dieses Pumpenkörpers 1 ist, dass die Spitzen der Kolben 2 und 3 immer innerhalb der Bohrung 4 bleiben.
    Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Pumpenkörper 1, die Hülse 28 und die beiden Lagerkörper 9 getrennte Teile, die separat hergestellt werden können. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass die für die Hülse 28 und die beiden Kolben 2 und 3 verwendeten Materialien optimal aufeinander abgestimmt werden können. Ebenso können die für den Lagerkörper 9 und die Hülse 35 verwendeten Materialien optimal aufeinander abgestimmt werden. Zudem kann auch das Material für den Pumpenkörper 1 so gewählt werden, dass der Pumpenkörper 1 optimale Eigenschaften aufweist, beispielsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit, oder auf einfache Weise hergestellt werden kann. Es ist aber auch möglich, den Pumpenkörper 1 und die Hülse 28 aus einem Stück Material zu fertigen. Ebenso ist es möglich, den Pumpenkörper 1 und den Lagerkörper 9 aus einem Stück Material zu fertigen. Eine weitere Variante besteht darin, die Hülsen 28 und 35 aus dem gleichen Material und somit als ein Stück zu fertigen.
    Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 kann auch ein anderer Antriebsmechanismus für die hin und her Bewegung der Kolben 2 und 3 verwendet werden, zum Beispiel der in der Patentanmeldung SG 0074739 (SG = Singapur) beschriebene Antriebsmechanismus. Die Kolben 2 und 3 können auch direkt angetrieben werden, d.h. der Lagerkörper 9 und die Hülse 35 können entfallen, sofern der Antrieb in Richtung der durch die Bohrung 4 definierten Achse erfolgt.

    Claims (14)

    1. Vorrichtung zur dosierten Abgabe einer viskosen Flüssigkeit, mit einem Pumpenkörper (1) mit einer zwei Kolben (2, 3) aufnehmenden ersten Bohrung (4), die eine als Einlasskammer dienende erste Kammer (5) und eine als Auslasskammer dienende zweite Kammer (6) verbindet, und mit einem Antriebsmechanismus (7) mit einer ersten und einer zweiten Kurvenscheibe (15; 16), wobei die Drehbewegung der Kurvenscheiben (15, 16) in eine Hin und Her Bewegung der beiden Kolben (2, 3) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus (7) weiter einen ersten Schwenkarm (17), dessen eines Ende um eine erste Achse (22) drehbar ist und an dessen anderem Ende der erste Kolben (2) befestigbar ist, und einen zweiten Schwenkarm (17), dessen eines Ende um eine zweite, zur ersten Achse (22) parallele Achse (23) drehbar ist und an dessen anderem Ende der zweite Kolben (3) befestigbar ist, umfasst, dass der erste Schwenkarm (17) und der zweite Schwenkarm (18) je ein Kugellager (19, 20) aufweisen, dass die erste Kurvenscheibe (15) mit dem Kugellager (19) des ersten Schwenkarms (17) in permanentem Kontakt ist und dass die zweite Kurvenscheibe (16) mit dem Kugellager (20) des zweiten Schwenkarms (18) in permanentem Kontakt ist.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schwenkarme (17, 18) aus Kunststoff sind.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der ersten Bohrung (4) mindestens 20 Mikrometer grösser als der Durchmesser des ersten Kolbens (2) ist.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) aus Metall ist und dass die erste Bohrung (4) mit Kunststoff verkleidet ist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) eine erste Hülse (28) umfasst, die die erste Bohrung (4) sowie zwei weitere Bohrungen (29, 30) aufweist, die orthogonal zur ersten Bohrung (4) verlaufen und deren eines Ende in die erste Bohrung (4) und deren anderes Ende in die erste Kammer (5) bzw. zweite Kammer (6) im Pumpenkörper (1) mündet.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) zwei Sacklochbohrungen (31, 32) aufweist und dass die Enden der ersten Bohrung (4) in die Sacklochbohrungen (31, 32) münden.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) zwei Lager aufweist, in denen eine zweite bzw. dritte Hülse (35) verschiebbar gelagert sind, wobei in der zweiten Hülse (35) ein Ende des ersten Kolbens (2) und in der dritten Hülse ein Ende des zweiten Kolbens (3) befestigt ist, und dass ein Stift (38) die zweite Hülse (35) mit dem ersten Schwenkarm (17) und ein weiterer Stift die dritte Hülse mit dem zweiten Schwenkarm (18) verbindet.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (28) aus Hartmetall oder Keramik besteht und dass die Kolben (2, 3) aus Hartmetall oder Werkzeugstahl bestehen.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (28) und der Pumpenkörper (1) aus einem Stück Material bestehen.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Pumpenkörper (1) ein Kühlelement zur aktiven Kühlung des Pumpenkörpers (1) angeordnet ist.
    11. Vorrichtung zur dosierten Abgabe einer viskosen Flüssigkeit, mit einem Pumpenkörper (1) mit einer zwei Kolben (2, 3) aufnehmenden ersten Bohrung (4), die eine als Einlasskammer dienende erste Kammer (5) und eine als Auslasskammer dienende zweite Kammer (6) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) eine Hülse (28) umfasst, die die erste Bohrung (4) sowie zwei weitere Bohrungen (29, 30) aufweist, die orthogonal zu dieser Bohrung (4) verlaufen und deren eines Ende in die erste Bohrung (4) und deren anderes Ende in die erste Kammer (5) bzw. zweite Kammer (6) im Pumpenkörper (1) mündet.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) zwei Sacklochbohrungen (31, 32) aufweist und dass die Enden der ersten Bohrung (4) in die Sacklochbohrungen (31, 32) münden.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (28) aus Hartmetall oder Keramik besteht und dass die Kolben (2, 3) aus Hartmetall oder Werkzeugstahl bestehen.
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (28) und der Pumpenkörper (1) aus einem Stück Material bestehen.
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