WO2010097283A2 - Vorrichtung und verfahren zum abgeben von fliessfähigen materialien, insbesondere zum injizieren hochviskoser materialien zwischen werkstücke - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum abgeben von fliessfähigen materialien, insbesondere zum injizieren hochviskoser materialien zwischen werkstücke Download PDF

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WO2010097283A2
WO2010097283A2 PCT/EP2010/051483 EP2010051483W WO2010097283A2 WO 2010097283 A2 WO2010097283 A2 WO 2010097283A2 EP 2010051483 W EP2010051483 W EP 2010051483W WO 2010097283 A2 WO2010097283 A2 WO 2010097283A2
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piston
cylinder
outlet
dispensing
workpieces
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PCT/EP2010/051483
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Ronald Bürger
Markus Hall
Thomas Quint
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Nordson Corporation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/46—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
    • B29C45/53—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using injection ram or piston
    • B29C45/531—Drive means therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/07—Flat, e.g. panels
    • B29C48/08—Flat, e.g. panels flexible, e.g. films

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for dispensing flowable materials, in particular for injecting highly viscous materials between workpieces, comprising a cylinder having an inlet for introducing the material and an outlet for dispensing the material, a piston movably disposed within the cylinder for conveying in-cylinder material, drive means cooperating therewith for driving the piston, and a nozzle assembly adapted to receive material discharged from the outlet of the cylinder and having at least one exit port for discharging the material.
  • the invention further relates to a method for dispensing flowable materials, in particular for injecting materials between two workpieces, in which the flowable material is introduced into a cylinder, the flowable material is discharged through an outlet of the cylinder by means of a piston movable within the cylinder. and directed into a nozzle assembly and dispensed from an exit port of the cannula.
  • dispensers for dispensing and applying flowable materials such as adhesives, coating materials, sealants or the like to different substrates are known in the art. These devices can be used in various industrial processes for the production of a wide variety of products, for example in the automotive, furniture or packaging industry or in the manufacture of electronic components.
  • a syringe-type dispenser is known, for example, from international patent application WO 2007/146921.
  • a movable piston is disposed within a cylinder. After filling the cylinder, the material to be dispensed is supplied by a movement of the piston connected to an outlet of the cylinder nozzle assembly, discharged through an outlet opening and applied to a substrate.
  • the drive means for moving or driving the piston can be operated manually in some cases. In many industrial applications, however, the flowable material must be applied very precisely with specific quantity or mass flows.
  • pneumatic drive means are used in which by means of compressed air, a force moving the piston can be applied, so that the material can be discharged through the outlet of the nozzle assembly and possibly new material can be sucked into the interior of the cylinder.
  • the object of the present invention is to provide an improved device and an improved method for dispensing flowable materials.
  • a dispensing device and a method are to be provided with which precisely metered quantities of materials can be dispensed, in particular also higher or highly viscous materials under relatively high pressures.
  • precisely metered quantities of materials can be dispensed, in particular also higher or highly viscous materials under relatively high pressures.
  • the invention achieves the object in a device of the type mentioned above in that the drive device has a motor with an output shaft and that the output shaft is coupled by means of a gear with the piston so that the piston is axially driven (claim 1).
  • the drive device which has a motor with output shaft and a transmission for translating the output shaft power and conversion into an axial piston movement, it is achieved that materials can be precisely metered, materials can be delivered even at high pressures and that also materials with high viscosity can be dispensed finely and possibly delivered with high pressures.
  • the drive device according to the invention and transmission the required performance, forces and pressures can be achieved.
  • high-viscosity materials can be dispensed at pressures up to 1000 bar, and the piston can be dispensed in very small increments, ie steps up to 1/1000 mm can be driven. As a result, extremely finely dosed quantities can be released and, if necessary, injected.
  • the piston is connected to a piston rod for moving the piston, the piston rod has a thread which is in engagement with a thread of a rotatable drive element, and the rotatable drive element is drivable in rotation by means of the drive device.
  • the piston rod has an external thread
  • the drive element is designed as a drive nut with an internal thread and / or the piston rod is prevented by means of a torque arm from rotating and / or that the transmission is a planetary roller screw having. In this way, the high forces and pressures can be controlled well in a small space.
  • a further constructive development is characterized in that the piston rod has a section which is not rotationally symmetrical in cross section and the torque support has at least one roller bearing, in particular ball bearings, engaging the non-rotationally symmetrical section of the piston rod and / or the transmission has a belt drive, in particular a toothed belt drive.
  • the design effort is relatively small and it can be the desired piston strokes and thus to be delivered volume flows and forces safely mastered.
  • the invention further achieves the object according to a further aspect in a device of the type mentioned at the outset in that the piston has at least one closed piston ring for sealing the piston relative to the cylinder (claim 7).
  • the piston has at least one completely closed piston ring, it is now possible in industrial dispensing devices, in particular for adhesives or sealants, to apply even very high pressures in the device by means of the piston and thereby liquids under very high pressures and also highly viscous materials For example, to inject into workpieces or their interstices. For example, it is possible according to the invention to use highly viscous matter. - A -
  • the piston ring is integrally formed, and / or that the piston ring in cross-section substantially L-shaped, and / or that at least two preferably three closed piston rings axially spaced or are arranged directly adjacent to each other on the piston.
  • very high pressures are taken into account.
  • the piston has a substantially closed front plate, on which outside a piston ring is arranged.
  • the invention solves the task further according to a further aspect in a device of the type mentioned in that the piston is connected with play in at least radial direction with the piston rod (claim 12).
  • piston Due to the clearance between piston and piston rod, which is achieved by a suitable bearing or fit invention, it is achieved that on the one hand the piston can be driven axially with very high forces and pressures and at the same time a good sealing effect to control the high pressures is achieved.
  • the piston remains due to the game in its central or optimal position within the cylinder and can be driven by a motor. Thus, the fluids can be reliably sealed.
  • a sphere or partially spherical coupling element is used to connect the piston and piston rod to produce the connection with play.
  • the ball or the partially spherical coupling element is connected to the piston rod and the piston rod has a ball seat.
  • the object is achieved by a device of the type mentioned above in that the nozzle assembly has a projecting cannula with a substantially cylindrical outer surface and a substantially planar end face (claim 15).
  • the protruding cannula is partially immersed between the workpieces in a gap, in particular between the glass panes, and the material is then injected at comparatively high pressures. This results in a clean completion of the edge region of such sandwich-structured glass pane arrangements.
  • the cannula is pressed into a holding body or welded or glued thereto.
  • the cannula is made of a metal, an outer diameter of up to 1 mm, preferably 0.5 to 0.8 mm and an inner diameter of up to 0.5 mm, preferably up to 0, 3 mm. So very narrow spaces can be filled selectively.
  • the inlet of the cylinder is coupled to an inlet channel and a check valve is disposed within the inlet channel, which has a movable valve body, preferably a ball, which is movable into the closed position upon advancement of the piston.
  • a check valve is disposed within the inlet channel, which has a movable valve body, preferably a ball, which is movable into the closed position upon advancement of the piston.
  • the invention solves the further object in a method of the type mentioned above in that the cannula is immersed with its end portion in a gap formed between the workpieces and the material is injected into the space between the workpieces.
  • the material can be delivered and injected through the cannula with extremely high pressures.
  • a method is proposed in which the Cannula the dispenser is moved along an edge of the plate-shaped workpieces or the substrate relative to the cannula, wherein the cannula is preferably immersed in the gap between the workpieces and then the material is injected.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention in a perspective view
  • Figure 2 shows the device of Figure 1 in a view from behind
  • FIG. 3 shows the device according to the invention from Figure 1 in a partial sectional view from the front
  • FIG. 4 shows a detail (piston) of the device of FIGS. 1 to 3
  • FIG. 5 shows a detail (nozzle arrangement) of the device of FIGS. 1 to 3
  • Figure 6 shows a detail (check valve) of the device of Figures 1 to 3;
  • Figure 7 shows two plate-shaped workpieces and cannula in a cross-sectional view
  • Figure 8 shows two plate-shaped workpieces and the cannula in a plan view.
  • the device 1 shown in the figures is generally used for dispensing flowable materials and in particular for dispensing or injecting highly viscous liquids, such as adhesives or sealants, and is specially adapted to high-viscosity liquids in or between workpieces, in particular in the space between plate-shaped. to inject workpieces such as glass panes.
  • the device 1 has a mounting frame 2 for fastening and mounting the individual components.
  • the frame 2 has two parallel arranged from steel plates milled mounting plates 4, 6 and the mounting plates 4, 6 and possibly individual components connecting or cooperating with these assembly rods 8, which can be clamped or fixed by means of screws.
  • the device 1 comprises a drive device 10 in the form of an electric motor for driving a piston, a transmission 12 for transmitting the power of the drive device 10, a cylinder 14 in which a piston 16 is movable and by means of the drive means 10 is drivably disposed, and a nozzle assembly 18 for dispensing flowable material.
  • the drive device 10 embodied as an electric motor, in the exemplary embodiment as step or stepper motor 11, can be supplied and controlled by means of a connection 20 by means of electrical energy.
  • the device 1 is connected to a control device, not shown, which may be part of the device 1.
  • the motor 10 is releasably secured by means of fastening elements on the frame 2.
  • the motor 11 has a rotatable output shaft 22, which is connected by means of a clamping set 24 with a toothed pulley 26, so that the pulley 26 is driven by the motor 11.
  • a circumferential toothed belt 28 is on the one hand around the pulley 26 around and engaged with this and on the other hand around another pulley 30 around and engaged with this, so that a belt drive is formed, which is part of the transmission 12.
  • the pulley 30 is coupled by means of a clamping set 32 with a drive or drive bushing 34, which is designed as a sleeve and in the axial direction, relative to a longitudinal axis 35, along which the piston 16 is axially movable.
  • the Mit supportivebuchse 34 is mounted by means of several bearings, in the embodiment by means of a radial ball bearing 36, by means of another radial ball bearing 38 and by means of an axial ball bearing 40 rotatably mounted about the axis 35 to a housing 42, which in turn is connected to the frame 2 ,
  • the drivable drive bush 34 is coupled with its extended end portion 44, in Figure 3 left, by means of a plurality of bolts 46 with a planetary roller screw 48, which can also be regarded as part of the transmission 12.
  • the planetary roller screw 48 may be, for example, a planetary roller screw from SKF GmbH, Schweinfurt, type SR / BR / TR / PR.
  • the task of the planetary roller screw drive is to transmit the power or rotational movement of the driving bush 46 provided by the drive device 10 into an axial movement of the piston 16.
  • the piston 16 is coupled to a piston rod 50, which in a middle section 52 is connected to a piston rod 50 External thread is provided and can also be referred to as a spindle.
  • the external thread of the piston rod 50 is in engagement with a thread of one or more rotatable drive elements of the planetary roller screw 48 so that the piston rod 50 is moved axially together with the piston 16 by means of the planetary roller screw drive 48 driven by the driver bushing 34.
  • a movement of the piston 16 in the direction of the Nozzle assembly 18 or away from the nozzle assembly 18 are applied.
  • the planetary roller screw 48 provides by its design for a reduction, ie slowing down the movement, so that the piston 16 by means of piston rod 50 can be moved axially relatively slowly, but with relatively large forces.
  • planetary roller screw 48 In the planetary roller screw 48 are disposed within a threaded bushing a plurality of planetary distributed around the circumference threaded rods, which in turn are in engagement with the thread of the piston rod 50. These individual threaded rods can be considered as driving elements that apply the axial movement to the piston rod 50.
  • planetary roller screw 48 instead of the planetary roller screw 48 also a different design would be possible, which includes a sleeve having an internal thread, by means of which the driving sleeve 34 is driven in rotation, and in which the internal thread of the sleeve is in engagement with the external thread of the piston rod 50, so that alike a rotational movement into an axial movement of piston rod 50 and piston 16 can be converted.
  • the right in Figure 3 section 54 of the piston rod 52 has a non-rotationally symmetrical cross section and smaller radial dimensions than the central portion 52. It is supported by a sliding bearing 56 and is held by a torque arm 58 so that the piston rod 50 is not rotatable about the axis 35, but only an axial movement in the direction of the axis 35 can perform.
  • the torque arm 58 has a roller bearing, in particular ball bearing 60, which is in contact with the non-rotationally symmetrical, both sides flattened surfaces of the portion 54 of the piston rod.
  • the piston rod 50 with its end portion 62 adjacent to the piston 16, is partially disposed inside the cylinder 14 and connected to the piston 16, as explained in more detail with reference to FIG.
  • the cylinder 14 has a piston 16 receiving the interior 64.
  • flowable material can be introduced through a port 68 into the cylinder 14 and discharged through an outlet 70 from the cylinder 14 in the direction of the nozzle assembly 18.
  • the inlet 66 communicates with a formed in the housing 71 of the cylinder 14 channel 72nd in connection.
  • a check valve 74 which is shown in more detail in Figure 6, is formed with a ball 130 and ensures that fluid can flow only through the inlet bore 76 of the port 68 in the direction of the interior 64 of the cylinder 14 when the piston 16 so axially in Figure 3 is moved to the right, that is the volume of the interior 64 enlarged.
  • the check valve 74 closes, so that liquid flows from the interior 64 through the outlet 70 into the nozzle assembly 18 and is discharged therefrom.
  • a pressure sensor 78 which is connected to the control device by means of a line 80, the pressure within the cylinder 14 can be determined.
  • a plurality of bores 82 are formed, in which electrical heating elements are arranged, with which the cylinder 14 is heatable. Alternatively, other heating elements could be provided to heat the cylinder 14.
  • a temperature sensor 84 which is arranged at the inlet 68, the temperature in the region of the inlet 68 can be measured and transmitted to the control device.
  • the entire device 1 and the heating elements are designed so that a liquid with temperatures of up to 25O 0 C can be discharged.
  • a preferred temperature is, for example, in the range between 18O 0 C and 19O 0 C.
  • the special design of the device can realize such relatively high temperatures with simultaneous tightness.
  • Figure 4 illustrates the piston 16 and the coupling with the piston rod 50 in an enlarged view.
  • the connection between piston 16 and piston rod 50 is "flying” or “floating”, insofar as at least in the radial direction, based on the axis 35 game between the two components.
  • a ball 86 or an almost complete ball forming coupling element is by means of a integrally connected to the ball 86 threaded bolt portion 88 which has an external thread, screwed with a formed in the end portion 62 of the piston rod 50 internal thread of a threaded hole 90 and a lock nut 92 secured, which can be additionally secured with grub screws.
  • the ball 86 and the spherical portion is in a corresponding partially spherical recess which forms a ball seat 93, taken and additionally secured by a retaining plate 94 which has a ball 86 in contact with the spherical portion and by means of bolts 96 with the core element 98 of the piston 16 is screwed.
  • the piston 16 has a screwed by means of thread 100 to the core member 98 front plate 102 having a disc-shaped portion and extending in the axial direction having the female threaded sleeve portion.
  • the ball 86 is with a clearance, for example 0.2 to 0.3 mm in the ball positioned so that piston 16 and piston rod 50 are connected in at least the radial direction with a certain play, so that a floating bearing of the piston is made possible, so that the piston 16 is optimally disposed within the cylindrical cavity 64 of the cylinder 14.
  • a clearance for example 0.2 to 0.3 mm in the ball positioned so that piston 16 and piston rod 50 are connected in at least the radial direction with a certain play, so that a floating bearing of the piston is made possible, so that the piston 16 is optimally disposed within the cylindrical cavity 64 of the cylinder 14.
  • a cylindrical body extending substantially in the direction of the axis 35 could also be provided for establishing a "floating" connection.
  • a front piston ring 104 which is substantially L-shaped in cross-section, extends partially around the disc-shaped portion of the faceplate 102 and partially with its more radially inwardly projecting portion along the sleeve portion of the faceplate 102.
  • the piston ring 104 is axially closed by a support ring 106 on.
  • Another piston ring 108 which is L-shaped in cross section, adjoins and is arranged on the outside around the core element 98.
  • Another guide disc or a guide disc portion 1 10 is disposed adjacent to the piston ring 108. It may be formed separately or be part of the core element 98.
  • Both piston rings are designed as closed rings and serve to seal the piston 16 relative to the cylinder 14. They are in the embodiment in one piece and formed of metal.
  • piston rings 104 Due to the L-shaped design of the piston rings 104, these achieve a high sealing effect. They can partially expand radially by the high liquid pressures and forces or be pressed against the inner wall of the cylinder 14, so that the sealing effect increases even further.
  • the piston rings 104, 108 preferably have comparatively smooth surfaces. As a material, for example, offers metal or high-performance plastic such as Torion. There could also be other piston rings, for example, a third or fourth.
  • the nozzle arrangement 18 has an electrically heatable plate 112, a Luer connection 114 and a needle-like cannula 118 arranged on a holding body 116, which has an inner channel and an outlet opening 120 for dispensing of the material.
  • the cannula 118 has a substantially cylindrical outer surface and a flat end surface 122 that is perpendicular to the axis 35.
  • the cannula 118 is pressed, for example, in the holding body 1 16, welded or glued thereto.
  • the nozzle assembly 18 further includes a closure plate 124 having a flow channel 126 having the outlet 70 of the cylinder 14.
  • the end plate 124 is not shown in set manner screwed to the housing 71 of the cylinder 14.
  • a sealing ring 128 serves for sealing.
  • Figure 6 shows in cross-section a detail of Figure 3, in particular the check valve 74, which has a movable spherical valve body or a ball 130 which is engageable with and comes into contact with an annular circumferential valve seat 132, when liquid by movement of the piston 16 is pressed in the direction of the nozzle assembly 18.
  • the ball 130 is in an open position, so that the flow cross-section of the check valve 74 is opened and fluid can flow into the inner space 64.
  • the drive device 10 is controlled such that the piston is axially advanced in the direction of the outlet 70 of the cylinder 14 or nozzle arrangement 18.
  • the output shaft 22 is rotated.
  • the rotational movement is transmitted by means of a pulley 26, toothed belt 28 and pulley 30 to the driving bushing 34.
  • the planetary roller screw 48 is operated, so that the rotational movement is converted into an axial movement of the piston rod 50 and thus of the piston 16.
  • the check valve 74 is in the closed position and material is displaced from the cavity 64 of the cylinder 14 into the channels and the cannula 118 of the nozzle arrangement 18. Material is discharged through the outlet opening 120. This can also be done under very high pressures of up to 1000 bar.
  • the metallic one-piece piston rings 104, 106 provide a reliable seal.
  • the piston is always optimally positioned inside the cylinder 14 due to the "floating" bearing.
  • the pressure in the cylinder 14 can be detected by means of the pressure sensor 78.
  • the piston 16 can be moved axially by means of the motor 11 in very small increments or increments. It can be increments of, for example, 1/1000 mm realize using the stepper motor 11. This is due to the translation by means of the transmission 12 can be realized, which in the embodiment of the belt drive and the Planetary roller 48 includes. Other types of transmissions can also be used according to the invention. Due to the small possible quantities, very finely dosed and small amounts of liquid can be discharged through the outlet opening 120 of the nozzle arrangement 18. The discharge of the liquid can be interrupted at any time by stopping the motor 11. Then, the operation can be resumed.
  • the piston 16 can subsequently be withdrawn to the right, so that material is sucked back into the cylinder 14 when the check valve 74 is open.
  • the entire device 1 is thus positioned relative to the parallel plate-shaped workpieces 136, 138, which may be glass panes, such that the cannula 118 of the device 1 is inserted into the gap or intermediate space between the two workpieces 136, 138 is retracted.
  • the device 1 can be fastened to a robot arm, or the workpieces 136, 138 can be moved relative to the cannula 118 by means of suitable transport means such as robot arms or the like.
  • the cannula 118 thus immersed in the gap, for example, in a depth of up to 10 mm.
  • the cannula 118 could also be inserted laterally in the direction of the arrow into the gap between the workpieces 136, 138 and then be guided or moved along the entire edge 142 of the workpieces 136, 138 in the case of slightly submerged cannula 118, while liquid is being dispensed through the cannula 118 into the gap with the piston 16 advancing.
  • an adhesive can be dispensed or injected into the area near the edge 142 of the workpieces 136, 138 in the gap or gap between the workpieces 136, 138, so that the edge areas are glued and thus sealed or sealed.
  • the volume or mass flow of the discharged material can be finely dosed and adjusted, so that a clean bond without overshooting material is made.
  • the device 1 or the workpieces 136, 138 may be adhered by moving the device 1 or the workpieces 136, 138. It can handle pressures of up to 1,000 bar and viscosities up to 1,000,000 cps.
  • two devices 1 can be positioned side by side.
  • the motor 1 1 of the drive means 10 by means of one or two toothed belt 28 with two pulleys 30 of the adjacent devices connected so that during the retraction of the piston 16 of the first device and thus during the suction of material, the piston of the other device forward so is moved, that material is discharged from the nozzle assembly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abgeben von fließfähigen Materialien, insbesondere zum Injizieren hochviskoser Materialien zwischen Werkstücke, mit einem Zylinder (14), der einen Einlass (66) zum Einleiten des Materials und einen Auslass (70) zum Abgeben des Materials aufweist, einem innerhalb des Zylinders bewegbar angeordneten Kolben (16) zum Fördern von im Zylinder (14) befindlichen Material, einer Antriebseinrichtung (10), diezum Antreiben des Kolbens (16) mit diesem kooperiert, und einer Düsenanordnung (18), die aus dem Auslass des Zylinders (14) abgegebenes Material empfangen kann und mindestens eine Austrittsöffnung (120) zum Abgeben des Materials aufweist. Erfindungsgemäß weist die Antriebseinrichtung (10) einen Motor (11) mit einer Ausgangswelle (22) auf und die Ausgangswelle (22) ist mittels eines Getriebes (12) mit dem Kolben (16) so gekoppelt, dass der Kolben (16) axial antreibbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Abgeben von fließfähigen Materialien, insbesondere zum Injizieren hochviskoser Materialien zwischen Werkstücke
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abgeben von fließfähigen Materialien, insbesondere zum Injizieren hochviskoser Materialien zwischen Werkstücke, mit einem Zylinder, der einen Einlass zum Einleiten des Materials und einen Auslass zum Abgeben des Materials aufweist, einem innerhalb des Zylinders bewegbar angeordneten Kolben zum Fördern von im Zylinder befindlichen Material, einer Antriebseinrichtung, die zum Antreiben des Kolbens mit diesem kooperiert, und einer Düsenanordnung, die aus dem Auslass des Zylinders abgegebenes Material empfangen kann und mindestens eine Austrittsöffnung zum Abgeben des Materials aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abgeben von fließfähigen Materialien, insbesondere zum Injizieren von Materialien zwischen zwei Werkstücke, bei dem das fließfähige Material in einen Zylinder eingeleitet wird, das fließfähige Material mittels eines innerhalb des Zylinders bewegbaren Kolbens durch einen Auslass des Zylinders abgegeben wird, und in eine Düsenanordnung geleitet und aus einer Austrittsöffnung der Kanüle abgegeben wird.
Im Stand der Technik sind verschiedene Typen von Abgabevorrichtungen zum Abgeben und Auftragen von fließfähigen Materialien wie Klebstoffen, Beschichtungsmaterialien, Dichtstoffen oder dergleichen auf unterschiedliche Substrate bekannt. Diese Vorrichtungen können bei unterschiedlichen industriellen Prozessen zur Herstellung unterschiedlichster Produkte eingesetzt werden, beispielsweise in der Automobil-, Möbel- oder Ver- packungsindustrie oder bei der Herstellung von Elektronikkomponenten.
Eine spritzenartige Abgabevorrichtung ist beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 2007/146921 bekannt. Bei dieser spritzenartigen Abgabevorrichtung ist ein bewegbarer Kolben innerhalb eines Zylinders angeordnet. Nach dem Befüllen des Zylinders wird das abzugebende Material durch eine Bewegung des Kolbens einer mit einem Auslass des Zylinders verbundenen Düsenanordnung zugeführt, durch eine Austrittsöffnung abgegeben und auf ein Substrat aufgetragen. Die Antriebseinrichtung zum Bewegen oder Antreiben des Kolbens kann in manchen Fällen manuell betätigt werden. Bei vielen industriellen Anwendungen muss das fließfähige Material jedoch sehr genau mit bestimmten Mengen- oder Mengenströmen ortsgenau aufgetragen werden. Für solche Fälle werden beispielsweise pneumatische Antriebseinrichtungen verwendet, bei denen mittels Druckluft eine den Kolben bewegende Kraft aufgebracht werden kann, so dass das Material durch den Auslass der Düsenanordnung abgeben werden kann und ggf. auch neues Material in das Innere des Zylinders eingesaugt werden kann.
Es gibt Anwendungsfälle bei denen besondere Anforderungen gestellt werden. So kommt es vor, dass beispielsweise hochviskose Flüssigkeiten mit sehr genau dosierten Mengen abgegeben werden müssen. Auch besteht ein Bedarf daran, Flüssigkeiten oder andere fließfähige Materialien mit hohen Drücken zu verarbeiten und abzugeben, beispielsweise dann, wenn es erforderlich ist, ein Material einzuspritzen oder zu injizieren in andere Körper oder in Zwischenräume zwischen Werkstücken. Beispielsweise beim Herstellen von sandwichartigen Werkstückkonfigurationen kann es gewünscht sein, in Zwischenräume Klebstoffe oder Dichtungsmaterialien einzubringen. So werden bekanntermaßen Schlitzdüsen verwendet, um die Randbereiche derartiger Sandwichkonfigurationen zu beschichten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbes- sertes Verfahren zum Abgeben von fließfähigen Materialien bereitzustellen. Insbesondere soll eine Abgabevorrichtung und ein Verfahren bereitgestellt werden, mit denen genau dosierte Mengen von Materialien abgeben werden können, insbesondere auch höher oder hochviskose Materialien unter relativ hohen Drücken. Insbesondere sollen auch eine
Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, mit denen viskose Materialien injiziert werden können in oder zwischen Werkstücke.
Die Erfindung löst die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass die Antriebseinrichtung einen Motor mit einer Ausgangswelle aufweist und dass die Ausgangswelle mittels eines Getriebes mit dem Kolben so gekoppelt ist, dass der Kolben axial antreibbar ist (Anspruch 1 ).
Durch die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung, die einen Motor mit Ausgangswelle und ein Getriebe zum Übersetzen der Ausgangswellenleistung und Wandeln in eine axiale Kolbenbewegung aufweist, wird erreicht, dass Materialien genau dosiert werden können, Materialien auch mit hohen Drücken abgegeben werden können und dass auch Materialien mit hoher Viskosität fein dosiert und ggf. mit hohen Drücken abgegeben werden können. Durch die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung und Getriebe lassen sich die erforderlichen Leistungen, Kräfte und Drücke erzielen. So kann beispielsweise erreicht werden, dass hochviskose Materialien mit Drücken bis zu 1000 bar abgegeben werden und dass der Kolben in sehr kleinen Inkrementen, d. h. Schritten von bis zu 1/1000 mm vorgetrieben werden kann. Dadurch lassen sich extrem fein dosierte Mengen abgeben und ggf. injizieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kolben mit einer Kolbenstange zum Bewegen des Kolbens verbunden ist, die Kolbenstange ein Gewinde aufweist, welches mit einem Gewinde eines rotierbaren Antriebselementes in Eingriff steht, und das rotierbare Antriebselement mittels der Antriebseinrichtung rotierend antreibbar ist. Hierdurch lässt sich die Drehbewegung des Motors auf zuverlässige und konstruktiv einfache Weise in eine präzise axiale Bewegung des Kolbens umwandeln, so dass sich genau dosierte Mengen auch hochviskoser Flüssigkeiten ggf. unter sehr hohen Drücken abgeben lassen.
Weitere bevorzugte konstruktive Weiterbildungen zeichnen sich dadurch aus, dass die Kolbenstange ein Außengewinde aufweist, das Antriebselement als Antriebsmutter mit einem Innengewinde ausgebildet ist und/oder die Kolbenstange mittels einer Drehmomentstütze daran gehindert wird, zu rotieren und/oder, dass das Getriebe ein Planeten- rollengewindetrieb aufweist. So lassen sich die hohen Kräfte und Drücke bei geringem Bauraum gut beherrschen.
Eine weitere konstruktive Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange einen im Querschnitt nicht rotationssymmetrischen Abschnitt und die Drehmomentstütze mindestens ein mit dem nicht rotationssymmetrischen Abschnitt der Kolben- stange in Eingriff stehendes Rollenlager, insbesondere Kugellager und/oder das Getriebe einen Riementrieb, insbesondere Zahnriementrieb aufweist. Der konstruktive Aufwand ist vergleichsweise klein und es lassen sich die gewünschten Kolbenhübe und damit abzugebenden Mengenströme und -kräfte sicher beherrschen.
Die Erfindung löst die Aufgabe gemäß eines weiteren Aspektes ferner bei einer Vorrich- tung der eingangs genannten Art dadurch, dass der Kolben mindestens einen geschlossenen Kolbenring zum Abdichten des Kolbens gegenüber dem Zylinder aufweist (Anspruch 7).
Dadurch, dass der Kolben mindestens einen vollständig geschlossenen Kolbenring aufweist, ist es bei industriellen Abgabevorrichtungen insbesondere für Kleb- oder Dicht- Stoffe nunmehr möglich, auch sehr hohe Drücke in der Vorrichtung mittels des Kolbens aufzubringen und dadurch Flüssigkeiten unter sehr hohen Drücken und auch hochviskose Materialien abzugeben, beispielsweise auch zu injizieren in Werkstücke oder deren Zwischenräume. Erfindungsgemäß ist es beispielsweise möglich, hochviskose Materia- - A -
lien mit Viskositäten von 200.000-1.000.000 CPS (Centipoise) zu verarbeiten, beispielsweise durch extrem dünne Austrittsöffnungen der Düsenanordnung oder Nadeln mit derartig dünnen Austrittsöffnungen oder -kanälen abzugeben.
Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass der Kolbenring einstückig ausgebildet, und/oder dass der Kolbenring im Querschnitt im Wesentlichen L-förmig, und/oder dass mindestens zwei vorzugsweise drei geschlossene Kolbenringe axial beabstandet oder direkt nebeneinander an dem Kolben angeordnet sind. Durch diese bevorzugten Maßnahmen wird auch sehr hohen Drücken Rechnung getragen. Durch eine L-förmige Gestaltung kann es zu einer lokalen Aufweitung eines Kolbenringes und dadurch verbesser- te Dichtwirkung kommen. Vorzugsweise weist der Kolben eine im Wesentlichen geschlossene Frontplatte auf, an welcher außen ein Kolbenring angeordnet ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe ferner gemäß eines weiteren Aspektes bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass der Kolben mit Spiel in mindestens radialer Richtung mit der Kolbenstange verbunden ist (Anspruch 12).
Durch das Spiel zwischen Kolben und Kolbenstange, welches durch eine geeignete erfindungsgemäße Lagerung oder Passung erreicht wird, wird erreicht, dass einerseits der Kolben auch mit sehr hohen Kräften und Drücken axial vorgetrieben werden kann und gleichzeitig eine gute Dichtwirkung zur Beherrschung der hohen Drücke erreicht wird. Der Kolben verbleibt aufgrund des Spiels in seiner mittigen oder optimalen Position innerhalb des Zylinders und kann motorisch angetrieben werden. So können die Fluide zuverlässig abgedichtet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass zur Herstellung der Verbindung mit Spiel eine Kugel oder teilweise kugelförmiges Kopplungselement zur Verbindung von Kolben und Kolbenstange eingesetzt wird. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Kugel oder das teilweise kugelförmige Kopplungselement mit der Kolbenstange verbunden ist und die Kolbenstange eine Kugelaufnahme aufweist.
Gemäß eines weiteren Aspektes wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Düsenanordnung eine abstehende Kanüle mit einer im Wesentlichen zylindrischen Außenfläche und einer im Wesent- liehen ebenen Endfläche aufweist (Anspruch 15).
Durch eine derartige abstehende Kanüle mit einer im Wesentlichen ebenen Endfläche kann fließfähiges Material bei industriellen Applikationen auch unter hohen Drücken und bei sehr hohen Viskositäten des Materials abgegeben und insbesondere in Werkstücke oder in Zwischenräume zwischen Werkstücke injiziert werden. Durch die im Wesentlichen ebene Endfläche ergibt sich eine gleichmäßige Injektion und Verteilung des abgegebenen Materials und gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit, die beim Handling beispielsweise mithilfe von Roboterarmen oder anderen Handhabungssystemen vorteilhaft ist, insbesondere auch, da die Kanüle vergleichsweise klein ausgebildet sein kann. Die Erfindung ist auch besonders vorteilhaft bei einer Anwendung, bei der ein Klebstoff oder Dichtstoff zwischen vorzugsweise ebene plattenförmige Werkstücke insbesondere Glasscheiben injiziert wird, um eine seitliche Abdichtung vorzunehmen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß die abstehende Kanüle teilweise zwischen die Werkstücke in einen Spalt, insbesondere zwischen die Glas-Scheiben eingetaucht, und das Material wird dann mit vergleichsweise hohen Drücken injiziert. Dadurch kommt es zu einem sauberen Abschluss des Randbereiches solcher sandwichartig aufgebauter Glasscheibenanordnungen.
Vorzugsweise ist die Kanüle in einen Haltekörper eingepresst oder mit diesem verschweißt oder verklebt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Kanüle aus einem Metall besteht, einen äußeren Durchmesser von bis zu 1 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 mm und einen inneren Durchmesser von bis zu 0,5 mm, vorzugsweise bis zu 0,3 mm, aufweist. So können sehr schmale Zwischenräume gezielt befüllt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Einlass des Zylinders mit einem Einlasskanal gekoppelt ist und ein Rückschlagventil innerhalb des Einlasskanals angeordnet ist, welches einen bewegbaren Ventilkörper, vorzugsweise eine Kugel, aufweist, der bei Vorschub des Kolbens in die Schließstellung bewegbar ist. Hierdurch kann der Zylinder bei einem Rückhub des Kolbens befüllt werden und bei einer erneuten Vorschubbewegung des Kolbens schließt sich das Rückschlagventil automatisch und das Material wird durch die Düsenanordnung gegeben.
Gemäß eines weiteren Aspektes löst die Erfindung die weitere Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, dass die Kanüle mit ihrem Endabschnitt in einen zwischen den Werkstücken ausgebildeten Spalt eingetaucht wird und das Material in den Zwischenraum zwischen die Werkstücken eingespritzt wird. Hinsichtlich der erzielbaren Vorteile und Wirkungen wird auf die obigen Beschreibungen Bezug genommen.
Erfindungsgemäß lässt sich das Material mit extrem hohen Drücken durch die Kanüle abgeben und injizieren. Vorzugsweise wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei der die Kanüle die Abgabevorrichtung entlang eines Randes der plattenförmigen Werkstücke bewegt wird oder das Substrat relativ zur Kanüle, wobei die Kanüle vorzugsweise in dem Spalt zwischen die Werkstücke eingetaucht wird und dann das Material injiziert wird.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
Figur 2 die Vorrichtung aus Figur 1 in einer Ansicht von hinten;
Figur 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Figur 1 in einer Teilschnittdarstellung von vorne
Figur 4 ein Detail (Kolben) der Vorrichtung der Figuren 1 bis 3
Figur 5 ein Detail (Düsenanordnung) der Vorrichtung der Figuren 1 bis 3
Figur 6 ein Detail (Rückschlag-Ventil) der Vorrichtung der Figuren 1 bis 3;
Figur 7 zwei plattenförmige Werkstücke und Kanüle in einer Querschnittsdarstellung; und
Figur 8 zwei plattenförmige Werkstücke und die Kanüle in einer Draufsicht.
Die in den Figuren gezeigte Vorrichtung 1 dient generell zum Abgeben von fließfähigen Materialien und insbesondere zum Abgeben bzw. Injizieren hochviskoser Flüssigkeiten, wie Kleb- oder Dichtstoffe, und sie ist speziell angepasst, hochviskose Flüssigkeiten in oder zwischen Werkstücke, insbesondere in den Zwischenraum zwischen plattenförmi- gen Werkstücken wie Glasscheiben zu injizieren.
Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, weist die Vorrichtung 1 ein Montage-Gestell 2 zum Befestigen und Montieren der einzelnen Komponenten auf. Das Gestell 2 weist zwei parallel zueinander angeordnete aus Stahlplatten gefräste Montageplatten 4, 6 sowie die Montageplatten 4, 6 und ggf. einzelne Komponenten verbindende bzw. mit diesen zusammen- wirkende Montage-Stangen 8 auf, die mittels Schrauben verspannbar oder fixierbar sind. Die Vorrichtung 1 weist eine Antriebseinrichtung 10 in Form eines Elektromotors zum Antreiben eines Kolbens, ein Getriebe 12 zum Übertragen der Leistung der Antriebseinrichtung 10, einen Zylinder 14, in dem ein Kolben 16 bewegbar und mittels der Antriebs- einrichtung 10 antreibbar angeordnet ist, sowie eine Düsenanordnung 18 zum Abgeben fließfähigen Materials auf.
Die als Elektromotor, im Ausführungsbeispiel als Schritt oder Stepper-Motor 11 ausgebildete Antriebseinrichtung 10 ist mittels eines Anschlusses 20 mittels elektrischer Energie versorgbar und steuerbar. Hierzu ist die Vorrichtung 1 mit einer nicht gezeigten Steuerungseinrichtung verbunden, die Teil der Vorrichtung 1 sein kann. Der Motor 10 ist mittels Befestigungselementen an dem Gestell 2 lösbar befestigt. Der Motor 11 weist eine rotierbare Ausgangswelle 22 auf, welche mittels eines Spannsatzes 24 mit einer Zahn- Riemenscheibe 26 verbunden ist, so dass die Riemenscheibe 26 mittels des Motors 11 antreibbar ist.
Ein umlaufender Zahn-Riemen 28 ist einerseits um die Riemenscheibe 26 herum gelegt und steht mit dieser in Eingriff und andererseits um eine weitere Riemenscheibe 30 herum gelegt und mit dieser in Eingriff, so dass ein Riementrieb gebildet ist, der Teil des Getriebes 12 ist. Die Riemenscheibe 30 ist mittels eines Spannsatzes 32 mit einer An- triebs- oder Mitnehmerbuchse 34 gekoppelt, die als Hülse ausgebildet ist und sich in axialer Richtung, bezogen auf eine Längsachse 35, entlang welcher der Kolben 16 axial bewegbar ist. Die Mitnehmerbuchse 34 ist mittels mehrerer Lager, im Ausführungsbeispiel mittels eines Radial-Kugellagers 36, mittels eines weiteren Radial-Kugellagers 38 und mittels eines Axial-Kugellagers 40 drehbar um die Achse 35 an einem Gehäuse 42 gelagert, welches seinerseits mit dem Gestell 2 verbunden ist.
Die antreibbare Mitnehmerbuchse 34 ist mit ihrem erweiterten Endabschnitt 44, in Figur 3 links, mittels mehrerer Bolzen 46 mit einem Planetenrollengewindetrieb 48 gekoppelt, welcher auch als Teil des Getriebes 12 angesehen werden kann. Bei dem Planetenrollengewindetrieb 48 kann es sich beispielsweise um einen Planetenrollengewindetrieb der Firma SKF GmbH, Schweinfurt, Typ SR/BR/TR/PR handeln. Aufgabe des Planetenrol- lengewindetriebs ist es, die von der Antriebseinrichtung 10 bereitgestellte Leistung bzw. Drehbewegung der Mitnehmerbuchse 46 zu übertragen in eine axiale Bewegung des Kolbens 16. Hierzu ist der Kolben 16 mit einer Kolbenstange 50 gekoppelt, welche in einem mittleren Abschnitt 52 mit einem Außengewinde versehen ist und auch als Spindel bezeichnet werden kann. Das Außengewinde der Kolbenstange 50 ist mit einem Gewinde eines oder mehrerer rotierbarer Antriebselemente des Planetenrollengewindetriebs 48 in Eingriff, so dass mittels des von der Mitnehmerbuchse 34 angetriebenen Planetenrollengewindetriebs 48 die Kolbenstange 50 axial zusammen mit dem Kolben 16 bewegt wird. Je nach Drehrichtung kann eine Bewegung des Kolbens 16 in Richtung auf die Düsenanordnung 18 oder weg von der Düsenanordnung 18 aufgebracht werden. Der Planetenrollengewindetrieb 48 sorgt aufgrund seiner Gestaltung für eine Untersetzung, d. h. Verlangsamung der Bewegung, so dass der Kolben 16 mittels Kolbenstange 50 relativ langsam, aber mit vergleichsweise großen Kräften axial bewegt werden kann. Bei dem Planetenrollengewindetrieb 48 sind innerhalb einer mit einem Gewinde versehenen Buchse eine Vielzahl von planetenartig um den Umfang verteilte Gewindestangen angeordnet, die wiederrum mit dem Gewinde der Kolbenstange 50 in Eingriff stehen. Diese einzelnen Gewindestangen können als Antriebselemente angesehen werden, die die axiale Bewegung auf die Kolbenstange 50 aufbringen.
Anstatt des Planetenrollengewindetriebs 48 wäre auch eine abweichende Gestaltung möglich, die eine Hülse beinhaltet, die ein Innengewinde aufweist, mittels dessen die Mitnehmerbuchse 34 rotierend angetrieben wird, und bei der das Innengewinde der Hülse in Eingriff steht mit dem Außengewinde der Kolbenstange 50, so dass gleichermaßen eine Drehbewegung in eine axiale Bewegung von Kolbenstange 50 und Kolben 16 umgewandelt werden kann.
Der in Figur 3 rechte Abschnitt 54 der Kolbenstange 52 weist einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt auf und geringere radiale Ausmessungen als der mittlere Abschnitt 52. Er ist mittels eines Gleitlagers 56 gelagert und wird mittels einer Drehmomentenstütze 58 so gehalten, dass die Kolbenstange 50 nicht drehbar ist um die Achse 35, sondern lediglich eine axiale Bewegung in Richtung der Achse 35 ausführen kann. Die Drehmomentenstütze 58 weist ein Rollenlager, insbesondere Kugellager 60 auf, welches mit dem nicht rotationssymmetrischen, beidseitig abgeflachten Oberflächen des Abschnitts 54 der Kolbenstange in Kontakt steht.
Die Kolbenstange 50 ist mit ihrem dem Kolben 16 benachbarten Endabschnitt 62 teilwei- se innerhalb des Zylinders 14 angeordnet und mit dem Kolben 16 verbunden, wie näher anhand von Figur 4 erläutert ist. Der Zylinder 14 weist einen dem Kolben 16 aufnehmenden Innenraum 64 auf. Durch einen Einlass 66 kann fließfähiges Material durch einen Anschluss 68 in den Zylinder 14 eingeleitet und durch einen Auslass 70 aus dem Zylinder 14 abgegeben werden in Richtung auf die Düsenanordnung 18. Der Einlass 66 steht mit einem in dem Gehäuse 71 des Zylinders 14 ausgebildeten Kanal 72 in Verbindung. Ein Rückschlagventil 74, welches näher in Figur 6 gezeigt ist, ist mit einer Kugel 130 ausgebildet und sorgt dafür, dass Flüssigkeit nur durch die Einlassbohrung 76 des Anschlusses 68 in Richtung auf den Innenraum 64 des Zylinders 14 strömen kann, wenn der Kolben 16 so axial in Figur 3 nach rechts bewegt wird, dass sich das Volumen des Innenraums 64 vergrößert. Bei Bewegung des Kolbens 16 in Richtung auf die Düsenanordnung 18 schließt das Rückschlagventil 74, so dass Flüssigkeit aus dem Innenraum 64 durch den Auslass 70 in die Düsenanordnung 18 einströmt und von dieser abgegeben wird. Die Düsenanordnung ist unten näher anhand von Figur 5 beschrieben.
Mittels eines Druck-Sensors 78, der mit der Steuerungseinrichtung mittels einer Leitung 80 verbunden ist, lässt sich der Druck innerhalb des Zylinders 14 ermitteln. Wie Figur 3 zeigt, sind in dem Gehäuse 71 des Zylinders 14 mehrere Bohrungen 82 ausgebildet, in denen elektrische Heizelemente angeordnet sind, mit denen der Zylinder 14 beheizbar ist. Alternativ könnten auch andere Heizelemente vorgesehen sein, um den Zylinder 14 zu beheizen.
Mittels eines Temperaturfühlers 84, der an dem Einlass 68 angeordnet ist, kann die Temperatur im Bereich des Einlasses 68 gemessen werden und an die Steuerungseinrichtung übertragen werden. Die gesamte Vorrichtung 1 und auch die Heizelemente sind so ausgelegt, dass eine Flüssigkeit mit Temperaturen von bis zu 25O0C abgegeben werden kann. Eine bevorzugte Temperatur ist beispielsweise im Bereich zwischen 18O0C und 19O0C. Durch die spezielle Gestaltung der Vorrichtung lassen sich solch relativ hohe Temperaturen verwirklichen bei gleichzeitiger Dichtheit.
Figur 4 veranschaulicht den Kolben 16 und die Kopplung mit der Kolbenstange 50 in einer vergrößerten Darstellung. Die Verbindung zwischen Kolben 16 und Kolbenstange 50 ist „fliegend" oder „schwimmend", insofern als wenigstens in radialer Richtung, bezogen auf die Achse 35 Spiel zwischen den beiden Bauteilen besteht. Eine Kugel 86 bzw. ein eine fast vollständige Kugel bildendes Kopplungselement ist mittels einem mit der Kugel 86 einstückig verbundenen Gewindebolzenabschnitt 88, welcher ein Außengewinde aufweist, mit einem in dem End-Abschnitt 62 der Kolbenstange 50 ausgebildeten Innengewinde einer Gewindebohrung 90 verschraubt und durch eine Kontermutter 92 gesichert, die mit Madenschrauben zusätzlich gesichert werden kann. Die Kugel 86 bzw. der kugelförmige Abschnitt ist in einer entsprechenden teilweise kugelförmigen Ausnehmung, die eine Kugelaufnahme 93 bildet, aufgenommen und zusätzlich von einer Haltescheibe 94 gesichert, welche einen mit der Kugel 86 in Kontakt stehenden kugelförmigen Abschnitt aufweist und mittels Bolzen 96 mit dem Kernelement 98 des Kolbens 16 verschraubt ist. Der Kolben 16 weist eine mittels Gewinde 100 mit dem Kernelement 98 verschraubte Frontplatte 102 auf, die einen scheibenförmigen Abschnitt und einen sich in axialer Richtung erstreckenden das Innengewinde aufweisenden Hülsenabschnitt aufweist. Die Kugel 86 ist mit einem Spiel, beispielsweise 0,2 bis 0,3 mm in der Kugelauf- nahme 93 positioniert, so dass Kolben 16 und Kolbenstange 50 in wenigstens radialer Richtung mit einem gewissen Spiel miteinander verbunden sind, so dass eine schwimmende Lagerung des Kolbens ermöglicht ist, so dass der Kolben 16 optimal innerhalb des zylindrischen Hohlraumes 64 des Zylinders 14 angeordnet ist. Dadurch lassen sich besonders gute Dichtwirkungen erzielen und es können Flüssigkeiten mit sehr hohen Drücken mittels des Kolbens verdrängt und durch die Düsenanordnung 18 abgegeben werden. Auch lassen sich hochviskose Flüssigkeiten fördern. Anstatt einer Kugel 86 könnte auch ein zylindrischer Körper, der sich im Wesentlichen in Richtung der Achse 35 erstreckt, zur Herstellung einer „schwimmenden" Verbindung vorgesehen sein.
Ein vorderer Kolbenring 104, der im Querschnitt im Wesentlichen L-förmig ist, erstreckt sich teilweise um den scheibenförmigen Abschnitt der Frontplatte 102 und teilweise mit seinem weiter radial nach innen ragenden Abschnitt entlang dem Hülsenabschnitt der Frontplatte 102. Dem Kolbenring 104 schließt sich axial ein Stützring 106 an. Ein weiterer im Querschnitt L-förmiger Kolbenring 108 schließt sich an und ist außen um das Kern- element 98 angeordnet. Eine weitere Führungsscheibe oder ein Führungsscheibenabschnitt 1 10 ist benachbart zu dem Kolbenring 108 angeordnet. Er kann separat ausgebildet sein oder Teil des Kernelementes 98 sein. Beide Kolbenringe sind als geschlossene Ringe ausgebildet und dienen zum Abdichten des Kolbens 16 gegenüber dem Zylinder 14. Sie sind im Ausführungsbeispiel einstückig und aus Metall ausgebildet. Durch die L- förmige Gestaltung der Kolbenringe 104 erreichen diese eine hohe Dichtwirkung. Sie können sich teilweise durch die hohen Flüssigkeitsdrücke und -kräfte radial aufweiten bzw. an die innere Wandung des Zylinders 14 angepresst werden, so dass sich die Dichtwirkung noch weiter erhöht. Die Kolbenringe 104, 108 weisen vorzugsweise vergleichsweise glatte Oberflächen auf. Als Material bietet sich beispielsweise Metall oder Hochleistungskunststoff wie Torion an. Es könnten auch noch weitere Kolbenringe vorhanden sein, beispielsweise ein dritter oder vierter.
Wie Figur 5 in Verbindung mit Figur 3 als vergrößerte Detaildarstellung zeigt, weist die Düsenanordnung 18 eine elektrisch beheizbare Platte 112, einen Lueranschluss 114 und eine an einem Haltekörper 116 angeordnete nadelartige Kanüle 118 auf, die einen inne- ren Kanal und eine Austrittsöffnung 120 zum Abgeben des Materials aufweist. Die Kanüle 118 weist eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche und eine ebene Endfläche 122 auf, die senkrecht zur Achse 35 verläuft. Die Kanüle 118 ist beispielsweise in den Haltekörper 1 16 gepresst, mit diesem verschweißt oder verklebt. Die Düsenanordnung 18 weist ferner eine Abschlussplatte 124 auf, die einen den Auslass 70 des Zylinders 14 aufweisenden Strömungskanal 126 aufweist. Die Abschlussplatte 124 ist in nicht darge- stellter Weise mit dem Gehäuse 71 des Zylinders 14 verschraubt. Ein Dichtring 128 dient zum Abdichten.
Figur 6 zeigt im Querschnitt ein Detail aus Figur 3, insbesondere das Rückschlagventil 74, welches einen bewegbaren kugelförmigen Ventilkörper bzw. eine Kugel 130 aufweist, der mit einem ringförmig umlaufenden Ventilsitz 132 in Kontakt bringbar ist und mit diesem in Kontakt kommt, wenn Flüssigkeit durch Bewegung des Kolbens 16 in Richtung auf die Düsenanordnung 18 gepresst wird. Wenn der Kolben Flüssigkeit einsaugt, ist die Kugel 130 in einer Öffnungsstellung, so dass der Strömungsquerschnitt des Rückschlagventils 74 geöffnet ist und Fluid in den Innenraum 64 einströmen kann.
Nachfolgend ist die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:
Zu Beginn wird die Antriebseinrichtung 10 so angesteuert, dass der Kolben 16 in Figur 3 nach rechts bewegt wird, so dass bei geöffnetem Rückschlagventil 74 Kleb- oder Dichtstoff in Hohlraum 64 des Zylinders 14 eingesaugt wird. Der Kolben 16 kann bis zu seiner maximalen Endstellung so bewegt werden, dass der Hohlraum 64 maximal groß ist.
Zum Abgeben des Materials wird die Antriebseinrichtung 10 so gesteuert, dass der Kolben in Richtung auf den Auslass 70 des Zylinders 14 bzw. Düsenanordnung 18 axial vorgeschoben wird. Hierzu wird die Ausgangwelle 22 gedreht. Die Drehbewegung wird mittels Riemenscheibe 26, Zahnriemen 28 und Riemenscheibe 30 auf die Mitnehmerbuchse 34 übertragen. Dadurch wird auch der Planetenrollengewindetrieb 48 betrieben, so dass die Drehbewegung in eine axiale Bewegung der Kolbenstange 50 und damit des Kolbens 16 umgesetzt wird. Das Rückschlagventil 74 ist in der Schließstellung und Material wird aus dem Hohlraum 64 des Zylinders 14 verdrängt in die Kanäle und die Kanüle 118 der Düsenanordnung 18. Durch die Austrittsöffnung 120 wird Material abge- geben. Dies kann auch unter sehr hohen Drücken erfolgen von bis zu 1000 bar. Die metallischen einstückigen Kolbenringe 104, 106 sorgen für eine zuverlässige Abdichtung. Der Kolben ist aufgrund der „schwimmenden" Lagerung stets optimal innerhalb des Zylinders 14 positioniert. Der Druck im Zylinder 14 kann mittels Drucksensor 78 erfasst werden.
Der Kolben 16 kann mittels des Motors 11 in sehr kleinen Schritten oder Inkrementen axial bewegt werden. Es lassen sich Inkremente von beispielsweise 1/1000 mm verwirklichen mithilfe des Stepper-Motors 11. Dies ist aufgrund der Übersetzung mittels des Getriebes 12 realisierbar, welches im Ausführungsbeispiel den Riementrieb und den Planetenrollentrieb 48 umfasst. Andere Arten von Getrieben sind auch erfindungsgemäß einsetzbar. Durch die kleinen möglichen Mengen lassen sich sehr fein dosierte und kleine Mengen an Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung 120 der Düsenanordnung 18 abgeben. Die Abgabe der Flüssigkeit kann jederzeit unterbrochen werden durch Anhalten des Motors 11. Anschließend kann der Betrieb wieder fortgesetzt werden.
Ist der Kolben 16 in seiner in Figur 3 linken Endposition angekommen, so dass der innere Hohlraum 64 minimal ist, kann der Kolben 16 anschließend nach rechts zurückgezogen werden, so dass Material bei geöffnetem Rückschlagventil 74 wieder in den Zylinder 14 eingesaugt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere zum Injizieren von Materialien zwischen Werkstücke, ist nachfolgend anhand der Figuren 7 und 8 beschrieben.
Die gesamte Vorrichtung 1 wird so relativ zu den parallel zueinander angeordneten plattenförmigen Werkstücken 136, 138, bei denen es sich um Glasscheiben handeln kann, positioniert, dass die Kanüle 118 der Vorrichtung 1 in den Spalt oder Zwischen- räum zwischen den beiden Werkstücken 136, 138 eingefahren wird. Hierzu kann entweder die Vorrichtung 1 an einem Roboterarm befestigt werden, oder die Werkstücke 136, 138 sind mittels geeigneter Transportmittel wie Roboterarmen oder dergleichen relativ zur Kanüle 118 bewegbar. Die Kanüle 118 taucht somit in den Zwischenraum ein, beispielsweise in einer Tiefe von bis zu 10 mm.
Wie aus Figur 8 ersichtlich, könnte die Kanüle 118 auch seitlich in Richtung des Pfeils in den Spalt zwischen den Werkstücken 136, 138 eingeführt werden und dann bei etwas eingetauchter Kanüle 118 entlang des gesamten Randes 142 der Werkstücke 136, 138 entlang geführt oder bewegt werden, während Flüssigkeit bei sich vorwärts bewegendem Kolben 16 durch die Kanüle 118 in den Zwischenraum abgegeben wird. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise ein Klebstoff in die dem Rand 142 der Werkstücke 136, 138 nahen Bereiche in den Spalt oder Zwischenraum zwischen den Werkstücken 136, 138 abgeben oder injizieren, so dass die Randbereiche verklebt und somit abgedichtet oder versiegelt werden. Der Volumen- oder Mengenstrom des abgegebenen Materials kann fein dosiert und eingestellt werden, so dass eine saubere Verklebung ohne überschie- ßendes Material vorgenommen wird.
Anschließend können andere Abschnitte des Randes 142 durch Bewegen der Vorrichtung 1 oder der Werkstücke 136, 138 verklebt werden. Es können Drücke von bis zu 1.000 bar und Viskositäten bis zu 1.000.000 cps verarbeitet werden. In nicht dargestellter Weise können zwei Vorrichtungen 1 nebeneinander positioniert werden. Dabei ist der Motor 1 1 der Antriebseinrichtung 10 mittels eines oder zweier Zahnriemen 28 mit zwei Riemenscheiben 30 der benachbarten Vorrichtungen so verbunden, dass während des Zurückziehens des Kolbens 16 der ersten Vorrichtung und damit während des Einsaugens von Material, der Kolben der anderen Vorrichtung vorwärts so bewegt wird, dass Material von der Düsenanordnung abgegeben wird. Dies führt dazu, dass dann, wenn der Zylinder 14 der einen Vorrichtung entleert ist, der Zylinder der anderen Vorrichtung vollständig befüllt ist und sogleich die Abgabe von Material durch die andere Vorrichtung fortgesetzt werden kann und während der Abgabe der Zylinder der ersten Vorrichtung wieder mit Material gefüllt wird. Es könnten auch zwei Vorrichtungen mit jeweils einem Motor 11 nebeneinander angeordnet sein, während die Motoren dann immer wechselweise so angetrieben werden, dass eine Vorrichtung Material abgibt, während die andere mit neuem Material befüllt wird.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Abgeben von fließfähigen Materialien, insbesondere zum Injizieren hochviskoser Materialien zwischen Werkstücke, mit einem Zylinder (14), der einen Einlass (66) zum Einleiten des Materials und einen Aus- lass (70) zum Abgeben des Materials aufweist, einem innerhalb des Zylinders bewegbar angeordneten Kolben (16) zum Fördern von im Zylinder (14) befindlichen Material, einer Antriebseinrichtung (10), die zum Antreiben des Kolbens (16) mit diesem kooperiert, und einer Düsenanordnung (18), die aus dem Auslass des Zylinders (14) abgegebenes Material empfangen kann und mindestens eine Austrittsöffnung (120) zum Abgeben des Materials aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (10) einen Motor (11 ) mit einer Ausgangswelle (22) aufweist und dass die Ausgangswelle (22) mittels eines Getriebes (12) mit dem Kolben (16) so gekoppelt ist, dass der Kolben (16) axial antreibbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) mit einer Kolbenstange (50) zum Bewegen des Kolbens (16) verbunden ist, die Kolbenstange (50) ein Gewinde aufweist, welches mit einem Gewinde eines rotierbaren Antriebselementes in Eingriff steht, und das rotierbare Antriebselement mittels der Antriebseinrichtung (10) rotierend antreibbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (50) ein Außengewinde aufweist, das Antriebselement als Antriebsmutter mit einem Innengewinde ausgebildet ist und die
Kolbenstange (50) mittels einer Drehmomentstütze (58) daran gehindert wird, zu rotieren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (12) ein Planetenrollengewindetrieb (48) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (50) einen im Querschnitt nicht rotationssymmetrischen Abschnitt (54) und die Drehmomentstütze (58) mindestens ein mit dem nicht rotationssymmetrischen Abschnitt (54) der Kolbenstange (50) in Eingriff stehendes Rollenlager, insbesondere Kugellager (60) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (12) einen Riementrieb, insbesondere Zahnriementrieb aufweist.
7. Vorrichtung zum Abgeben von fließfähigen Materialien, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Zylinder, der einen Einlass (66) zum Einleiten des Materials und einen Auslass zum Abgeben des Materials aufweist, einem innerhalb des Zylinders bewegbar angeordneten Kolben zum Fördern von im Zylinder befindlichen Material, einer Antriebseinrichtung, die zum Antreiben des Kolbens mit diesem kooperiert, und einer Düsenanordnung (18), die aus dem Auslass des Zylinders abgegebenes Material empfangen kann und mindestens eine Austrittsöffnung zum Abgeben des Materials aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) mindestens einen geschlossenen Kolbenring (106, 108) zum Abdichten des Kolbens gegenüber dem Zylinder (14) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (104, 108) einstückig ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (104, 108) im Querschnitt im Wesentlichen L-förmig ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei vorzugsweise drei geschlossene Kolben- ringe (104, 108) axial beabstandet oder direkt nebeneinander an dem Kolben (16) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) eine Frontplatte (102) aufweist, an der außen ein Kolbenring (104) angeordnet ist.
12. Vorrichtung zum Abgeben von fließfähigen Materialien, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Zylinder (14), der einen Einlass (66) zum Einleiten des Materials und einen Aus- lass (70) zum Abgeben des Materials aufweist, einem innerhalb des Zylinders (14) bewegbar angeordneten Kolben (16) zum Fördern von im Zylinder (14) befindlichen Material, einer Antriebseinrichtung (10), die zum Antreiben des Kolbens (16) mit diesem kooperiert, und einer Düsenanordnung (18), die aus dem Auslass (70) des Zylinders (14) abgegebenes Material empfangen kann und mindestens eine Austrittsöffnung (120) zum Abgeben des Materials aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) mit Spiel in mindestens radialer Richtung mit der Kolbenstange (50) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kugel (86) oder teilweise kugelförmiges Kopplungselement zur Verbindung von Kolben (16) und Kolbenstange (50) eingesetzt wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (86) oder das teilweise kugelförmige Kopplungselement mit der Kolbenstange (50) verbunden ist und der Kolben (16) eine Kugelaufnahme (93) aufweist.
15. Vorrichtung zum Abgeben von fließfähigen Materialien, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Zylinder (14), der einen Einlass (66) zum Einleiten des Materials und einen Aus- lass (70) zum Abgeben des Materials aufweist, einem innerhalb des Zylinders (14) bewegbar angeordneten Kolben (16) zum Fördern von im Zylinder (14) befindlichen Material, einer Antriebseinrichtung (10), die zum Antreiben des Kolbens (16) mit diesem kooperiert, und einer Düsenanordnung (18), die aus dem Auslass (70) des Zylinders (14) abgegebe- nes Material empfangen kann und mindestens eine Austrittsöffnung (120) zum Abgeben des Materials aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (18) eine abstehende Kanüle (118) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Außenfläche und einer im Wesentlichen ebenen
Endfläche (122) aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanüle (118) in einen Haltekörper (1 16) eingepresst oder mit diesem verschweißt oder verklebt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanüle (118) aus einem Metall besteht, einen äußeren Durchmesser von bis zu 1 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 mm und einen inneren Durchmesser von bis zu 0,5 mm, vorzugsweise bis zu 0,3 mm, aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (66) des Zylinders (14) mit einem Einlasskanal (76) gekoppelt ist und ein Rückschlagventil (74) innerhalb des Einlasskanals (76) angeordnet ist, welches einen bewegbaren Ventilkörper, vorzugsweise eine Kugel (130), aufweist, der bei Vorschub des Kolbens (16) in die Schließstellung bewegbar ist.
19. Verfahren zum Abgeben von fließfähigen Materialien, insbesondere zum Injizieren von Materialien zwischen zwei Werkstücke (136, 138), insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das fließfähige Material in einen Zylinder (14) eingeleitet wird, das fließfähige Material mittels eines innerhalb des Zylinders (14) bewegbaren Kolbens (16) durch einen Auslass (70) des Zylinders abgegeben wird, und in eine Düsenanordnung (18) geleitet und aus einer Austrittsöffnung (120) der Kanüle (118) abgegeben wird. dadurch gekennzeichnet, dass die Kanüle (1 18) mit ihrem Endabschnitt in einen zwischen den Werkstücken ausgebildeten Spalt eingetaucht wird und das Material in den Zwischenraum zwischen die Werkstücken (136, 138) eingespritzt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mit Drücken von bis zu 1000 bar in die Kanüle (118) eingeleitet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanüle (118) entlang eines Randes (142) der vorzugsweise plattenförmigen Werkstücke (136, 138) bewegt wird.
22. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige Material mit einer Temperatur von bis zu 25O0C, vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen 18O0C und 19O0C abgegeben wird.
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