WO1997012692A1 - Verfahren und vorrichtung zum dosieren von dickstoffen - Google Patents

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WO1997012692A1 PCT/EP1996/004238 EP9604238W WO9712692A1 WO 1997012692 A1 WO1997012692 A1 WO 1997012692A1 EP 9604238 W EP9604238 W EP 9604238W WO 9712692 A1 WO9712692 A1 WO 9712692A1
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proportional metering
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Erwin Esterl
Frank SCHÜRHOLZ
Manfred Lehmann
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Intec Bielenberg Gmbh & Co.
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    • B05C5/0225Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work characterised by flow controlling means, e.g. valves, located proximate the outlet

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to a device according to the preamble of claim 6.
  • This application can take place both by hand and by program-controlled handling machines, as described, for example, in DE-C 32 36 647.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device by which the flow behavior of thick substances is influenced in a simple manner so that the same amount can always be dispensed per unit of time with nozzle openings of the same size.
  • Strengthening or shearing of the thick matter is strengthened by providing a mixing section, for example by installing a static mixing tube in the inlet of the proportioner.
  • the further development according to claim 4 avoids differences in viscosity caused by temperature changes.
  • the development according to claim 7 has the advantage that the otherwise previously known switching valve at the outlet of the proportional metering device can be omitted and the outlet valve can be connected directly to the pressure chamber of the proportional metering device. This further minimizes the control effort.
  • the development according to claim 8 has the advantage that the thick matter is conveyed discontinuously into the proportional metering device, so that thick matter does not have to be stored there over longer waiting times, which in turn lead to viscosity differences. This ensures that the thick materials are drummed or sheared sufficiently immediately before application.
  • Claim 12 describes a simple way to provide a volumetric control.
  • the thixotropy can be kept constant by relieving the pressure on the conveying capacity during production downtimes.
  • Figure 1 is a schematic arrangement of a system for dosing
  • Figure 2 is a schematic cross section through the proportional meter with flanged outlet valve.
  • the invention is explained on the basis of the application of an adhesive to a component 1, which can be part of a motor vehicle but need not be.
  • the adhesive is provided in two drums 2 and 3.
  • Each barrel is provided with a feed pump 4, 5.
  • Their two pressure lines unite in the node 6, from which a return line 7, 8 branches off for each barrel 2, 3.
  • a pressure relief valve 9, 10 is installed in each return line. Both feed pumps are operated one after the other, so that only one barrel is used for delivery.
  • a delivery line 11 runs from the node 6 to a proportional metering device 12.
  • the delivery line 11 can be relieved of pressure by the pressure relief valves 9, 10 during the downtime / standby time of the system, so that a constant thixotropy is achieved.
  • the proportional metering device 12 is connected directly to an outlet valve 13. Both, proportional metering device 12 and outlet valve 13, are carried by an automatic handling device 14 and guided along the application surfaces of the workpiece 1 according to a preprogrammed path. The proportional dosing device and the outlet valve are controlled via the control of the handling machine, so that no separate control is necessary.
  • This Heat transfer circuit 15 includes a heating device 16 and a recooling device 17 and a feed pump, not shown. This makes it possible to keep the adhesive at a constant temperature at all times.
  • the entire delivery line 11 is not tempered, but only a part of it. It has been found that it is sufficient to temper about 30 times the volume of the application, which in practice corresponds to about 6 m of delivery line.
  • the proportional metering device with flanged outlet valve is shown in more detail in FIG.
  • the proportional metering device 12 is driven pneumatically.
  • it has a piston 18 which is arranged movably in a pressure chamber 19 and is supplied with compressed air in a controlled manner via a proportional valve 36.
  • the piston is connected to a piston rod 20 and is extended beyond the pressure chamber 19 into a metering chamber 22.
  • the feed line 11 is connected to the metering chamber 22 with the interposition of a shut-off valve 23 and a static mixing tube 35.
  • An outlet 24 from the metering chamber 22 opens directly into the outlet valve 13 above a valve needle 25.
  • the adhesive is discharged through a nozzle 26 when the outlet valve 13 is open.
  • the outlet valve 13 is also controlled pneumatically.
  • the nozzle needle 25 is connected to a control piston 27 which opens against the force of a spring 28.
  • the outlet valve 13 is controlled via a 2/2-way valve 29.
  • the proportional metering device 12 has three proximity switches 30, 31 and 32, which detect the piston travel.
  • the proximity switch 30 detects the rest position of the piston 18. In this position, the shut-off valve 23 can be opened and the metering chamber 22 can be filled.
  • the proximity switch 31 detects the minimum order quantity, ie the piston 18 reaches this position, the piston rod 20 has rolled through the adhesive introduced into the metering chamber 22 but only pushed out a small amount of adhesive via the opened outlet valve 13.
  • the proximity switch 32 indicates the maximum discharge amount, i.e. If the piston 18 reaches this proximity switch, the piston rod 20 is located near the lower end of the metering chamber 22. Thus, the greatest possible amount of adhesives has been pushed out through the opened outlet valve 13.
  • the amount of adhesive applied can also be monitored and regulated using these three proximity switches.
  • the proximity switches 30 to 32 are arranged in relation to one another in accordance with the desired order quantity.
  • the pistons are applied, a position is reached between the proximity switches 31 and 32, i.e. if it passes over the proximity switch 31 but does not reach the proximity switch 32, the order quantity is in order.
  • FIG. 2 also shows a possibility of temperature control in the delivery line 11, namely the delivery line 11 is double-walled.
  • a heat transfer medium can then circulate between its inner wall 33 and its outer wall 34 and thus this conveyor line section keep at constant temperature.
  • the switching valve 23 can also be integrated in the heat transfer circuit, as can the metering chamber 22 of the proportional metering device and the area around the nozzle needle 25 of the outlet valve 13.

Abstract

Um einen optimalen Dickstoffauftrag, beispielsweise Klebstoff oder Dichtmittel, zu erhalten, wird vorgeschlagen, den Proportionaldosierer und das Auslaßventil zu einer Baueinheit zusammemzufassen, in die Befüllöffnung ein statisches Mischrohr zu integrieren und die Förderleitung teilweise zu temperieren, also das in der Förderleitung befindliche Dickmittel auf einer konstanten Temperatur zu halten.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren von Dickstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des 1. An¬ spruchs und auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des 6. Anspruchs.
Auf vielen Gebieten der Technik, insbesondere bei der automatisierten Fertigung von Kraftfahrzeugkarosserien, ist es erforderlich, Dickstoffe, insbesondere Dicht- und Klebmittel, auf irgendwelche Flächen aufzubringen. Beispielsweise werden bei Kraftfahrzeugen entlang Kanten, Falzen oder Nähten von Karosserieteilen Dicht- und Klebstoff-Fäden bzw. dünne Streifen aufgebracht.
Dieses Aufbringen kann sowohl von Hand als auch von programmgesteuerten Handhabungsautomaten, wie es beispielsweise in der DE-C 32 36 647 beschrie¬ ben ist, erfolgen.
In der Praxis sind derartige Auftragsvorgänge mit erheblichen Schwierigkeiten ver¬ bunden, weil einmal eine schnelle Fertigung gewünscht und zum anderen eine genügend und möglichst gleichmäßige Auftragung des Dickstoffes verlangt wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß gleiche Dickstoffe immer wieder unterschied¬ liche Fließeigenschaften infolge unterschiedlicher Viskosität haben und zwar auch dann, wenn es sich um Dickstoffe derselben Herstellungscharge handelt, die in kürzester Zeit verarbeitet werden. Dadurch wird die gleichmäßige oder dosiert ver¬ änderbare Ausgabe der Dickstoffe erheblich beeinträchtigt.
Die bereits bekanntgewordenen Vorrrichtungen mit sehr feinfühligen Regelkreisen führen trotz großem Aufwand aufgrund ihrer großen Anfälligkeit nicht zu dauerhaft gewünschtem Ergebnis.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, durch welche in einfacher Weise das Fließverhalten von Dick- Stoffen so beeinflußt wird, daß bei gleich großen Düsenöffnungen immer gleiche Menge pro Zeiteinheit ausgegeben werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des 1. bzw. 6. An¬ spruchs gelöst. Dadurch, daß das Auslaßventil und die Proportionierung unmittel- bar miteinander verbunden sind, ist es möglich, unmittelbar vor dem Auftrag zu proportionieren und anschließend direkt auszutragen. Dadurch entfallen die bisher bekannten langen Strömungswege zwischen der Proportionierung und dem Aus¬ laßventil, die zu Ungenauigkeiten der Ausflußrate pro Zeiteinheit geführt haben. Weiterhin entfallen dadurch die zusätzlichen Förderleitungen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß unmittelbar beim Füllen des Proportionierers die auszutra¬ genden Dickstoffe ausreichend gewalkt bzw. geschert werden können.
Eine Verstärkung des Durchwalkers bzw. Scherens der Dickstoffe wird durch das Vorsehen einer Mischstrecke, beispielsweise durch Einbau eines statischen Misch- rohres im Einlauf des Proportionierers, erreicht.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Weiterbildung nach Anspruch 3 herausge¬ stellt. Dadurch wird der Regelaufwand minimiert und trotzdem ausgezeichnete Er¬ gebnisse erzielt.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 4 werden Viskositätsunterschiede, hervor¬ gerufen durch Temperaturänderungen, vermieden. Die Weiterbildung nach Anspruch 7 hat den Vorteil, daß das sonst bisher bekannte Schaltventil am Auslaß des Proportionaldosierers entfallen kann und das Ausla߬ ventil direkt an der Druckkammer des Proportionaldosierers angeschlossen werden kann. Dadurch wird der Steuerungsaufwand weiter minimiert.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 8 wird der Vorteil erzielt, daß die Dick¬ stoffe diskontinuierlich in den Proportionaldosierer gefördert werden, so daß dort nicht Dickstoffe bevorratet werden müssen über längere Wartezeiten, die wie¬ derum zu Viskositätsunterschieden führen. Damit ist sichergestellt, daß unmittelbar vor dem Auftrag die Dickstoffe ausreichend gewalkt bzw, geschert werden.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 9 werden Viskositätsunterschiede auf¬ grund von Temperaturunterschieden vermieden. Hierbei ist es nicht erforderlich, die gesamte Förderleitung zwischen dem Vorratsbehalter und dem Proportional- dosierer zu temperieren. Ausreichend ist das 30fache Auftragsvolumen zu tempe¬ rieren. Unter Temperieren wird hier ein Erzielen einer konstanten Temperatur ver¬ standen, d.h. je nach Umgebungseinflüssen ein Heizen oder Kühlen.
Die Weiterbildung nach Anspruch 10 beschreibt eine bevorzugte Ausgestaltung zum Temperieren. Hierbei hat es sich als sinnvoll erwiesen, auch den Proportional¬ dosierer und das Auslaßventil mit einzubeziehen, wie Anspruch 11 vorschlägt.
Anspruch 12 beschreibt eine einfache Möglichkeit, eine volumetrische Regelung vorzusehen.
Durch die Druckentlastung der Förderleistungen bei Produktionsstillständen kann die Thixotropie konstant gehalten werden.
Durch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 wird die Durch- mischung bzw. Durchwalkung des zu dosierenden Dickstoffes weiter gefördert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es stellt dar:
Figur 1 eine schematisierte Anordnung einer Anlage zum Dosieren von
Dickstoffen;
Figur 2 einen schematisierten Querschnitt durch den Proportionaldosierer mit angeflanschtem Auslaßventil.
Erläutert wird die Erfindung anhand der Auftragung eines Klebstoffes auf ein Bau- teil 1 , das ein Teil eines Kraftfahrzeuges sein kann, aber nicht sein muß.
Der Klebstoff wird in zwei Fässern 2 und 3 bereitgestellt. Jedes Faß ist mit einer Förderpumpe 4, 5 versehen. Ihre beiden Druckleitungen vereinigen sich in dem Knotenpunkt 6, von dem auch zu jedem Faß 2, 3 eine Rücklaufleitung 7, 8 ab- zweigt. In jeder Rücklaufleitung ist ein Druckentlastungsventil 9, 10 eingebaut. Beide Förderpumpen werden hintereinander betrieben, so daß immer nur aus einem Faß geliefert wird.
Vom Knotenpunkt 6 aus verläuft eine Förderleitung 11 zu einem Proportional- dosierer 12.
Die Förderleitung 11 kann durch die Druckentlastungsventiie 9, 10 während der Stillstandszeit/Bereitschaftszeit der Anlage druckentlastet werden, so daß eine konstante Thixotropie erreicht wird.
Der Proportionaldosierer 12 ist mit einem Auslaßventil 13 unmittelbar verbunden. Beide, Proportionaldosierer 12 und Auslaßventil 13, werden von einem Handha¬ bungsautomaten 14 getragen und entsprechend eines vorprogrammierten Weges entlang den Auftragsflächen des Werkstückes 1 geführt. Die Steuerung des Pro- portionaldosierers und des Auslaßventils geschieht über die Steuerung des Hand¬ habungsautomaten, so daß keine separate Steuerung notwendig ist.
Ein Teil der Länge der Förderleitung 11 sowie des Proportionaldosierers 12 und des Auslaßventils 13 sind Bestandteil eines Wärmeträgerkreislaufes 15. Dieser Wärmeträgerkreislauf 15 beinhaltet eine Heizeinrichtung 16 sowie eine Rück¬ kühleinrichtung 17 und eine nicht näher dargestellte Förderpumpe. Damit ist es möglich, den Klebstoff immer auf konstante Temperatur zu halten.
Wie in Figur 1 deutlich sichtbar ist, ist nicht die gesamte Förderleitung 11 tempe¬ riert, sondern nur ein Teil von ihr. Es hat sich herausgestellt, daß es ausreichend ist, etwa das 30fache des Auftragsvolumens zu temperieren, was in der Praxis in etwa 6 m Förderleitung entspricht.
In Figur 2 ist der Proportionaldosierer mit angeflanschtem Auslaßventil näher dar¬ gestellt.
Der Proportionaldosierer 12 wird pneumatisch angetrieben. Er weist hierzu einen Kolben 18 auf, der in einem Druckraum 19 beweglich angeordnet ist und über ein Proportionalventil 36 gesteuert mit Druckluft versorgt wird.
Der Kolben ist mit einer Kolbenstange 20 verbunden und über den Druckraum 19 hinaus verlängert ist bis in eine Dosierkammer 22.
Die Förderleitung 11 ist unter Zwischenschaltung eines Absperrventiles 23 und eines statischen Mischrohres 35 an die Dosierkammer 22 angeschlossen.
Ein Auslaß 24 aus der Dosierkammer 22 mündet direkt in das Auslaßventil 13 oberhalb einer Ventilnadel 25. Durch eine Düse 26 wird bei geöffnetem Auslaß- ventil 13 der Klebstoff ausgetragen.
Das Auslaßventil 13 wird ebenfalls pneumatisch angesteuert. Hierzu ist die Düsen¬ nadel 25 mit einem Steuerkolben 27 verbunden, der gegen die Kraft einer Feder 28 öffnet. Gesteuert wird das Auslaßventil 13 über ein 2/2-Wegeventil 29.
Zur Volumensteuerung weist der Proportionaldosierer 12 drei Näherungsschalter 30, 31 und 32 auf, die den Kolbenweg erfassen. Hierbei erfaßt der Näherungs¬ schalter 30 die Ruhelage des Kolbens 18. In dieser Stellung kann das Absperr¬ ventil 23 geöffnet werden und die Dosierkammer 22 gefüllt werden. Der Näherungsschalter 31 erfaßt die minimale Auftragsmenge, d.h. erreicht der Kolben 18 diese Stellung, hat die Kolbenstange 20 den in der Dosierkammer 22 eingebrachten Klebstoff durchgewalkt aber nur eine geringe Klebstoffmenge über das geöffnete Auslaßventil 13 ausgeschoben.
Der Näherungsschalter 32 kennzeichnet die maximale Austragsmenge, d.h. er¬ reicht der Kolben 18 diesen Näherungsschalter, befindet sich die Kolbenstange 20 nahe dem unteren Ende der Dosierkammer 22. Somit ist die größtmöglichste Menge an Klebstoffen durch das geöffnete Auslaßventil 13 ausgeschoben worden.
Dementsprechend kann auch mit diesen drei Näherungsschaltern die Klebstoffauf¬ tragsmenge überwacht und geregelt werden. Dazu werden die Näherungsschalter 30 bis 32 entsprechend der gewünschten Auftragsmenge zueinander angeordnet. Erreicht bei einem Auftrag der Kolben eine Stellung zwischen dem Näherungs¬ schalter 31 und 32, d.h. er überfährt den Näherungsschalter 31 gelangt aber nicht bis zum Näherungsschalter 32, so ist die Auftragsmenge in Ordnung.
Erreicht der Kolben 18 nur den Näherungsschalter 31 , so ist nur die Minimalmenge ausgetragen worden, der Dosierdruck kann für den nachfolgenden Auftrag über das Proportionalventil 36 erhöht werden.
Erreicht der Kolben nach dem Klebstoffauftrag den Max.-Schalter, so ist die etwas mehr als die notwendige Menge ausgeschoben worden. Für den nächsten Auf- tragsvorgang wird dann der Dosierdruck im Druckraum 19 erniedrigt. Werden bei einem Auftragsvorgang der Näherungsschalter 31 nicht erreicht bzw. fährt der Kol¬ ben über den Näherungsschalter 32 hinaus weiter nach unten, so ist die Aus¬ tragsmenge in beiden Fällen nicht in Ordnung und die Anlage meldet einen Stör¬ fall.
In Figur 2 ist weiterhin noch bei der Förderleitung 11 eine Möglichkeit der Tempe¬ rierung dargestellt, indem nämlich die Förderleitung 11 doppelwandig ausgebildet ist. Hierbei kann dann zwischen ihrer inneren Wandung 33 und ihrer äußeren Wandung 34 ein Wärmeträger zirkulieren und so diesen Förderleitungsabschnitt auf konstante Temperatur halten. Selbstverständlich kann auch das Schaltventil 23 in den Wärmeträgerkreislauf eingebunden sein, ebenso wie die Dosierkammer 22 des Proportionaldosierers und der Bereich um die Düsennadel 25 des Auslaß- ventiles 13.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Dosieren von Dickstoffen, die aus einem Vorrat unter Druck gefördert, anschließend proportioniert und über ein gesteuertes Ausla߬ ventil auf eine Applikationsstelle aufgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionierung unmittelbar vor dem Auslaßventil für jede Auftragsmenge separat stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß vor der Proportionierung der Dickstoffe diese durchgemischt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionierung mit Hilfe rein volumetri- scher Regelung geschieht, indem bei Abweichungen in der Auftragsmenge bei einem Auslaßvorgang der nachfolgende Auslaßvorgang auf Soll-Wert ausgeregelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung zwischen dem Vorrat und dem Proportionierer auf einer Länge, die ca. dem 30fachen Auftragsvolumen des Proportionierers entspricht, temperiert ist.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bereitschaftszeit der Vorrich¬ tung der Förderdruck abgebaut wird.
6. Vorrichtung zum Dosieren von Dickstoffen, bestehend aus mindestens einem Vorratsbehalter und einer Förderpumpe, die über eine Förderleitung mit einem Proportionaldosierer verbunden ist sowie einem gesteuerten Auslaßventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (13) unmittelbar an dem
Proportionaldosierer (12) angebaut ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (13) über ein Schaltventil separat ansteuerbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Förderleitung (11) vor dem Propor¬ tionaldosierer (12) ein Absperrventil (23) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (11) - ausgehend vom Pro¬ portionaldosierer (12) - auf einer Länge von ca. dem 30fachen Auftrags¬ volumen des Proportionaldosierers (12) temperierbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierung einen Wärmeträgerkreis¬ lauf umfaßt, in dem Heiz- und Kühleinrichtungen für den Wärmeträger ein¬ gebaut sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionaldosierer mit dem Auslaßventil (13) in den Wärmeträgerkreislauf eingebunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionaldosierer (12) mit einer Hub¬ steuerung ausgerüstet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Förderleitung (11) ein Druckentlas¬ sungsventil eingebaut ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Absperrventil (23) und der
Dosierkammer (22) des Proportionaldosierers ein statisches Mischrohr (35) vorgesehen ist.
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