WO2016165910A1 - Applikationsdüse zum applizieren eines mediums auf eine oberfläche, applikationsanlage und verfahren zum applizieren eines mediums auf eine oberfläche - Google Patents

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    • G01N27/10—Investigation or analysis specially adapted for controlling or monitoring operations or for signalling

Definitions

  • Application nozzle for applying a medium to a surface application device and method for applying a medium to a
  • the present application relates to an application nozzle for applying a medium to a surface, an application system and a method for applying a medium to a surface.
  • Process-related factors influencing the quality of an adhesive bond include surface preparation of the adherends, adhesive processing and curing conditions. Especially in the
  • the application nozzle proposed here for applying a medium, in particular a two- or multi-component medium, for example a two-component or multi-component adhesive, a two- or multi-component lacquer or a two- or multi-component potting compound to a surface has a channel-shaped cavity for conducting the medium on, wherein the channel-shaped cavity opens in at least one outlet opening of the application nozzle, that is fluidly connected to this.
  • the application nozzle comprises a hollow body which forms this cavity.
  • the application nozzle comprises at least one nozzle head which comprises a portion of the channel-shaped cavity as well as the at least one forms at least one outlet opening.
  • This subsection which ends in the at least one outlet opening and typically tapers in the direction of the outlet opening, is also referred to below as a nozzle channel.
  • the nozzle channel as well as the outlet opening of the application nozzle can in principle be of any configuration, in particular any desired one
  • the hollow body of the application nozzle may comprise one or more hollow elements, wherein the nozzle head may be part of the hollow body or one of these hollow elements.
  • the medium which is typically liquid or pasty, thus flows for example during an application of the cavity of the hollow body in the nozzle channel of the application nozzle, exiting through the outlet opening of the application nozzle from the nozzle channel and is applied from there by means of the application nozzle on the surface.
  • the application nozzle according to the invention also comprises an electrode arrangement which comprises a plurality of electrodes, for example eight, twelve or more electrodes. Each of the electrodes ends at a measuring position assigned to the respective electrode.
  • the electrodes are arranged such that resistance tomographic measurements or electrical impedance tomographies can be carried out on the medium contained in the cavity by means of the electrode arrangement, as will be described in more detail below.
  • a resistance tomographic measurement can be carried out in which the electrical resistance or the dielectric conductivity (permittivity) of the medium are measured. Further possible measured variables and details of the measurements are described below.
  • the electrode arrangement thus represents, for example, a resistance tomographic measuring arrangement or a measuring arrangement for performing an electrical impedance tomography, the electrodes serving as resistance tomographic signal transmitters and sensors.
  • the measuring positions of the electrodes are ring-shaped, ie next to one another in an annular sequence, about a longitudinal axis of the cavity, ie about a longitudinal axis of the cavity. telline the cavity, arranged around or distributed.
  • the measuring positions of the electrodes have the same radial distance from the longitudinal axis or centerline of the channel-shaped cavity. It is also possible that the measuring positions of the electrodes in the annular arrangement have different radial distances from the longitudinal axis.
  • the annular arrangement of the measuring positions about the longitudinal axis can thus be configured (in the direction of the longitudinal axis), for example, annular, oval, rectangular or otherwise.
  • the measuring positions of the electrodes are typically in a common plane through which the channel-shaped cavity passes. In general, this plane is perpendicular to
  • the measuring positions can be arranged helically around the longitudinal axis. Viewed in the direction of the longitudinal axis, the measuring positions are furthermore arranged in a ring around the longitudinal axis.
  • the measuring positions of the electrodes can be arranged within the cavity, for example on an inner surface of the hollow element. Alternatively, the measuring positions can be arranged outside the cavity.
  • the electrodes come into direct contact with the medium, comes into question, for example, when the medium or its components is not or only slightly electrically conductive, so that the resistance tomographic measurements despite can supply meaningful measurement results to the medium's own conductivity.
  • the electrodes must not impair the flow pattern of the medium.
  • flow-poor regions drag flows
  • the electrons are typically arranged so that the electrodes terminate flush with the inner surface of the hollow member, that is, on the surface of the channel. This also facilitates cleaning.
  • the second alternative in which direct contact between the electrodes and the medium is excluded, in principle in any case in question, even if the medium (or its components) is electrically conductive and therefore a direct contact between the Electrodes of the electrode assembly and the medium in the measurements would lead to an (unwanted) short circuit between the electrodes.
  • the measuring positions of the electrodes ie the ends of the electrodes are, for example, within the material of the hollow body or the application nozzle or on an outer surface of the hollow body or the application nozzle.
  • the medium in its electrical conductivity for example, to increase it
  • the electrical conductivity of the medium or its components can be increased.
  • electrical conductive substances are already present in the usual formulations.
  • the application of the medium can be monitored by means of electrical and / or capacitive resistance tomography.
  • electrical resistance changes, capacitance changes or other measured variables can be measured in local (partial) regions of the medium within the cavity or the nozzle channel.
  • a process monitoring of the adhesive production is made possible, are processed in the multicomponent adhesives and thereby in their mixing quality, ie, for example, with respect to their homogeneity and / or the mixing ratio, continuously monitored.
  • the following advantages can be achieved in this way:
  • the application nozzle comprises at least one mixing element which is arranged in the channel-shaped cavity of the application nozzle.
  • the at least one mixing element is designed in such a way that the medium, if appropriate its two or more components, is mixed by the mixing elements when it flows through or passes through the cavity.
  • the mixing element can be designed, for example, helically, for example in the form of one or more helix.
  • the at least one mixing element may be static, ie immobile, or dynamic, i. movable and possibly driven by a drive, be. Combinations of static and dynamic mixing elements are also possible.
  • the (static or dynamic or driven) mixing element is not arranged in said cavity of the application nozzle, but is arranged in another media-carrying part of the application system proposed here, for example in a media line, which the application nozzle with the Medium supplies and connects the application nozzle, for example, with a metering.
  • the at least one mixing element thus has the function of achieving the most uniform possible mixing of all components, so that the medium can be applied in the highest possible homogeneity by means of the application nozzle. Therefore, the measuring positions of the electrodes of the electrode arrangement are typically, as seen in the conveying direction of the medium, arranged after the at least one mixing element and typically before the at least one output. arranged outlet nozzle, usually between the at least one mixing element and the nozzle head. However, it is also possible in principle to arrange the measuring positions before the mixing element or directly in front of the outlet opening, ie around the nozzle channel.
  • the electrodes can be arranged in two or more planes, wherein the planes, viewed in the conveying direction of the medium, are arranged one behind the other.
  • a plane can be arranged, for example, in front of the mixing element and a plane behind the mixing element so as to be able to measure, for example, the mixing of the components caused by the respective mixing element.
  • the hollow body may be constructed in several parts and comprise, for example, a first hollow element and a second hollow element, wherein the first hollow element then forms, for example, a first section of the channel-shaped cavity and the second hollow element, for example, a second section of the channel-shaped cavity ,
  • the second hollow element is configured as a tube or as a sleeve.
  • the first hollow member may be configured as a tube or as a sleeve.
  • the second hollow element is arranged between the first hollow element and the nozzle head, which can generally also be designed as a tube or sleeve.
  • the second hollow element may be the nozzle head, which forms the nozzle channel.
  • the nozzle head can therefore be provided, for example, by the second hollow element (or the sensor tube) or connected to the latter (for example, mounted).
  • the nozzle head in which the nozzle head is thus a separate component, the nozzle cross section, that is, the diameter of the outlet opening, can be far smaller than the cross section of the sensor tube, whereby the manufacture of the sensor tube can be facilitated.
  • the nozzle head is a separate component, this can be replaced independently of the other components, for example, to achieve another order form of the medium.
  • the at least one mixing element is typically arranged in the first section of the cavity, whereas the electrodes of the electrode arrangement may be integrated, for example, in the second hollow element or the nozzle head.
  • the second hollow element can then also be referred to as sensor tube or sensor sleeve.
  • At his application on the surface then passes through the medium or each of its components, for example, first the first section of the cavity, then the second section of the cavity, in which case the resistance tomographic measurement takes place.
  • the electrodes may be integrated in an annular element (also referred to as sensor ring), which may be connected to the above-mentioned second hollow element or the nozzle head and / or form part of the second hollow element or the nozzle head.
  • This ring-shaped element also referred to as a sensor ring, revolves and / or delimits a section of the channel-shaped cavity or of the nozzle channel.
  • the annular element also includes electrical connections for the electrodes and an electrical connection line connected or connectable to the terminals.
  • the shape of the annular element may be adapted to the shape of the annular arrangement of the measuring positions of the electrodes and be designed accordingly in cross-section, for example, annular, oval, rectangular or otherwise.
  • the Appiikationsdüse may further comprise an adapter module, which is adapted to releasably connect the first hollow member with the second hollow member.
  • an adapter module By means of the adapter module, it is possible, for example, to arrange the second hollow element permanently between the first hollow element and the nozzle head so as to enable monitoring over an extended period of time.
  • Nozzle head directly, so without the second Hohielement be connected to the first hollow element. Furthermore, it is very simply possible by means of the adapter module to arrange the second hollow element only relatively briefly or transitionally in the manner described between the first hollow element and the nozzle head, for example, after a batch change (eg. The medium to be applied or a new batch of its components), after another material or component change, for example after an exchange of the outlet nozzle, or after a rinsing of the application nozzle. Then, for example during a test or calibration phase, it can be checked by means of the electrode arrangement whether the application of the medium takes place as desired and the application lation nozzle is working properly.
  • a batch change eg. The medium to be applied or a new batch of its components
  • another material or component change for example after an exchange of the outlet nozzle, or after a rinsing of the application nozzle.
  • a particular advantage of the proposed application nozzle is its overall very compact design. Among other things, this enables direct integration into existing systems. Changes in the previous process flow are not required. In a corresponding embodiment of the above-described adapter module also no adjustments to the (mechanical) interfaces of the previous components (in particular of the mixing element, the hollow body or the nozzle head) are required. In particular, for example, the above-mentioned first Hohletement, the mixing element as well as the nozzle head and the
  • Dosage system advantageously be given by conventional or belonging to the prior art components, which may also be relatively simple purchased parts or consumables.
  • an application system comprising one or more of the described application nozzles.
  • the application system comprises at least one control unit.
  • each application nozzle can be assigned exactly one control unit.
  • the application system it is also possible, for example, for the application system to comprise only one (central) control unit for all application nozzles.
  • only an application nozzle and a control unit will be discussed below, wherein what has been said can also be applied correspondingly to the cases of a plurality of application nozzles and a plurality of control units. The same should also apply to the dosing system described below.
  • the control unit is electrically conductively connected to the electrodes of the electrode arrangement and (for example programmatically) configured to generate electrical test signals and to transmit them to the electrodes of the (respective) electrode arrangement.
  • the electrical test signals may be, for example, electrical voltage pulses or electrical current pulses.
  • the electrodes are applied successively according to their order in the ring-shaped arrangement of the electrodes with these test signals. For example, in this way, in the cavity or in the nozzle channel, a rotating electromagnetic Alternating field can be generated.
  • each of the test signals which is applied to each one of the electrodes, electrical response signals are caused in the respective other electrodes, which are returned to the control unit and received there and optionally evaluated and / or stored.
  • the strength and shape of the response signals depend, of course, on the strength and shape of the test signals, but also on the medium possibly contained in the cavity or nozzle channel.
  • control unit can be set up, the generation of the electrical test signals and the receipt of the associated electrical response signals. for each of the application nozzles) continuously.
  • the alternating field described above can then be generated and maintained continuously. It is also possible to carry out the generation of the electrical test signals and the reception of the associated electrical response signals (if necessary for each of the application nozzles) in periodically recurring measuring cycles, for example, each time after a fixed or variable time interval.
  • the generation of the electrical test signals and the receipt of the electrical response signals may additionally or alternatively (or for each of the application jets at the beginning (ie, for example, immediately before or immediately after) and / or during a single application of the medium on the surface or exclusively
  • the control unit is typically also set up to detect or derive measured values of at least one electrical measured variable on the basis of the received electrical response signals, for example by means of a corresponding evaluation software whose measured values (for example, for a given
  • Time) at various locations within the cavity or nozzle can be different.
  • the annular arrangement of the electrodes of the electrode arrangement may measure location-dependent measured variables spatially resolved, ie to determine measured values of these measured variables at different locations within the cavity or the nozzle channel, the fineness of the spatial resolution increasing in particular with the number of electrodes.
  • the electrode arrangement may comprise at least 8, at least 12, at least 16 or more of the electrodes. If the electrodes are arranged in a common plane, as described above, then the locations to which these measurements belong are also within this plane. If different measured values are measured at a given point in time for a given electrical measured variable, this can be evaluated as an indication of an inhomogeneity of the medium. For example, the size of the deviations between the measured values of different locations can be evaluated as a measure of the inhomogeneity of the medium or as an inverse measure of its homogeneity.
  • Possible measured variables include, for example:
  • the measured quantity may be the strength or the amplitude of the electrical response signals, measured as the amplitude of an electrical voltage or an electrical current strength.
  • the change of the resistance and / or the dielectric conductivity of the medium in the cutting plane defined by the measuring positions of the electrodes are measured through the channel-shaped cavity (and / or the nozzle channel) of the application nozzle.
  • conclusions can be drawn on the mixing ratio and the To obtain homogeneity of the medium in the entire sectional plane of the channel-shaped cavity (and / or the nozzle channel) and, for example, to check limits (partially in the cutting plane or over the entire cutting plane), as described in more detail below.
  • the control unit can furthermore be set up to compare at least one of the at least one electrical measured variable with a nominal value assigned to this measured variable and to generate a respectively assigned first control signal as a function of this comparison.
  • the first control signal can be triggered when the electrical measured variable deviates from its desired value by more than an assigned first threshold value.
  • the set point may be predetermined to be representative of a desired mixing ratio of the components of the medium.
  • the threshold value can be dimensioned such that deviations from the desired value, which are lower than the threshold value, are still tolerated, and that deviations from the desired value which exceed this threshold value are no longer tolerated, so that then, for example, a corresponding one Adjustment of the delivered volume flows of the components (ie a regulation of the mixing ratio) or even a stop of the delivery of the medium is performed.
  • a warning signal can be generated in this case, with which the occurred mixture deviation is communicated.
  • Variations in the quality of mixing can also be caused, for example, by conveyed air bubbles.
  • the control unit can also be set up to examine at least one of the at least one electrical measured variable, which has been measured spatially resolved, for example, as described above, and to generate a second control signal if a spatial inhomogeneity has been detected or exceeds a permissible threshold value ,
  • This threshold value can also be such that
  • the control unit can be set up, for example, to interrupt the application of the medium in such a case and / or to generate a warning signal, with which the inhomogeneity which has occurred is communicated.
  • the application system comprises a controllable metering system for the medium.
  • the controllable metering system can be configured to convey the medium or its two or more components into and through the channel-shaped cavity of the application nozzle.
  • the dosing system may optionally be connected to the control unit for receiving control signals of the control unit.
  • the metering system can then be set up to start, change or stop the delivery of the medium or its components as a function of the received control signals.
  • the dosing system can be set up to increase or reduce or stop a conveyed volume flow of at least one of the at least two components of the medium upon receipt of the first control signal described above, in particular in the case of continuous monitoring or monitoring in measuring cycles, as described above. can be formed in this way a control loop, is automatically intervened in the case of setpoint deviations if necessary, until the respective measured variable has the setpoint again sufficiently (ie up to a still tolerable deviation) has approximated.
  • control unit may be configured to immediately and completely stop the delivery of the medium, ie all of its components, if, for example, the above-described first or second control signal has been received, ie if an inadmissibly high mixture deviation or inhomogeneity in the medium has been measured is.
  • the control unit may further comprise:
  • a data memory for storing the electrical response signals and / or the measured variables and / or the associated measuring times and / or
  • a wireless or wired data interface for transmitting the electrical response signals and / or the measured values and / or the associated measuring instants and / or warning signals to an external receiver.
  • the application of the medium can thus be documented for subsequent checks or (fault) analyzes and thus given. If necessary, trace back faults or faulty productions and subsequently identify causes of faults.
  • the transmitted data or warning signals can for example be evaluated and / or stored by said external receiver, in particular in the case that a plurality of such application nozzles is operated in parallel, can be done in this way a centralized monitoring with a central monitoring system. For example, in the case of received warning signals, appropriate measures can be initiated from here.
  • the application nozzle proposed here as well as the application system proposed here can be used.
  • each of the described examples and embodiments of the application nozzle and the application system can be used.
  • the medium is conveyed through the cavity of an application nozzle, for example by means of the described metering device, and applied to the surface through at least one outlet opening of the application nozzle.
  • resistance-tomographic measurements are carried out by means of an electrode arrangement of the application nozzle in the manner described.
  • the application nozzle can be moved relative to the surface, for example by means of a robot arm.
  • the surface can be fixed. But it is also possible that the surface is moved relative to the possibly fixed application nozzle, for example, again by means of a robot arm or by means of a conveyor belt.
  • the medium used may be composed of two or more components.
  • the medium may be a two- or multi-component adhesive, a two- or multi-component lacquer or a two- or multi-component casting compound.
  • the potting compound can be used, for example, for the production of an electronic potting, ie for connecting a plurality of electronic components by casting with the potting compound.
  • the Components of the adhesive are chosen so that they, when mixed together, chemically govern with each other, whereby the curing of the adhesive is triggered or effected.
  • epoxides and polyurethanes come into question, which crosslink by polyaddition.
  • As adhesives for example, 2K epoxy resins, 2K polyurethanes and 1K polyurethanes with accelerators come into question.
  • the surface may, for example, be the surface of a component, for example a part of a vehicle, in particular a part of a body of the vehicle.
  • 1A is a side perspective view of an application nozzle proposed here type with an electrode assembly
  • FIG. 1B shows the view shown in FIG. 1A with a partial sectional view of the application nozzle, FIG.
  • FIGS. 2A-2C are side perspective views and sectional views of components of the application nozzle shown in Figure 1,
  • Fig. 3 is a schematic representation of an application system proposed here type
  • FIG. 4 shows a side perspective view of selected components of the application system shown in FIG. 3, in which the application nozzle is guided by means of a robot arm.
  • FIGS. 1A and 1B respectively show lateral perspective views and partial sectional views of an application nozzle 1 for applying a Medium, for example, a two- or multi-component adhesive, on a surface of a component (not shown in Figures 1A and 1B, but see Figures 3 and 4), for example, on the surface of a body part of a vehicle.
  • the application nozzle 1 comprises a hollow body 2, which forms a channel-shaped cavity 3 for conducting the medium.
  • the hollow body of the application nozzle 2 further comprises a nozzle head 4 for applying the medium to the surface.
  • the nozzle head 4 forms a nozzle channel 5, which forms a section of the channel-shaped cavity 3 of the hollow body 4 and which, tapering in this case, ends in an outlet opening 6 of the application nozzle 4.
  • the outlet opening 6 of the application nozzle 1 is designed, for example, circular, but could also have any other cross-sectional shape as needed, for example, therefore, oval, triangular or polygonal.
  • the medium which in the present case is, for example, pasty, flows during an application process into and through the cavity 3 of the hollow body 2 and in particular through the nozzle channel 5 of the application nozzle 2, emerges at the end through the outlet opening 6 of the application nozzle 4 from the nozzle channel 5 from and is applied from there to the surface.
  • a correspondingly configured dosing system may be provided, such as the dosing system 18 of the application system 28 shown in FIG. 3.
  • the application nozzle 1 comprises an electrode arrangement 7, which in turn has a plurality of electrodes 8. Each of the electrodes 8 terminates at a measuring position 9 associated with the respective electrode 8.
  • the measuring positions 9 of the electrodes 8 are distributed in an annular arrangement about a longitudinal axis L (ie, a longitudinal centerline) of the channel-shaped cavity 3, see also FIGS have the same radial distance from this longitudinal axis.
  • the measuring position zones 9 of the electrodes 8 lie in a common plane, which in the present case is oriented perpendicular to the longitudinal axis L of the cavity 3.
  • the measuring positions 9 of the electrodes 8 are arranged inside the cavity 3, but could in principle also be arranged outside the cavity 3. Overall, the electrode arrangement 7 thus forms a resistance tomographic measurement arrangement.
  • the application nozzle 1 For mixing the components of the medium, the application nozzle 1 comprises a mixing element 10, which in the present example is designed to be static and helical and is arranged in the cavity 3 of the hollow body 2.
  • the measuring positions 9 of the electrodes 8 of the electrode arrangement 7, viewed in the conveying direction of the medium, are arranged between the mixing element 10 and the nozzle head 4.
  • the hollow body 1 is constructed in several parts and comprises, in addition to the nozzle head 4, a first hollow member 11 and a second hollow member 12, wherein the first hollow member 11 forms a first portion of the channel-shaped cavity 3 and the second hollow member 12 forms a second portion of the channel-shaped cavity 3.
  • the mixing element 10 is arranged in the first section of the cavity 3, ie within the first hollow element 11.
  • the electrodes 8 of the electrode arrangement 7 are integrated in the second hollow element 12.
  • the second hollow element 12 is arranged between the first hollow element 11 and the nozzle head 4, so that when the medium is applied to the surface, the medium first passes through the first section of the cavity 3, is mixed, and then passes through the second section of the cavity 3, where
  • a resistance tomographic measurement is carried out, as will be explained in more detail below.
  • the medium passes through the nozzle head 4 and is then applied to the surface.
  • the nozzle head 4 could also be formed by the second hollow element 12 or be configured in one piece with the latter.
  • the first hollow element 11, the second hollow element 12 and the nozzle head 4 are each designed like a tube.
  • the electrodes 8 are integrated in an annular element 13 (sensor ring) which is connected to the second hollow element 12 (also referred to as sensor tube). This annular element 13 runs around a part of the second section of the channel-shaped cavity 3.
  • the application nozzle 1 further comprises an adapter module 14, which is formed is to releasably connect the first hollow member 11 with the second hollow member 12 (ie, the sensor tube).
  • the annular element 13 electrical connections (not shown) and connecting lines 15 for the electrodes 8 of the electrode assembly 7 on.
  • the voltage supply of the electrodes 8 as well as the signal transmission or the data transfer takes place via the connecting lines 15, as will be explained in more detail below.
  • FIG. 2A the adapter module 14, the second hollow element 12 with the electrode arrangement 7 and the nozzle head 4 of the example shown in FIGS. 1A and 1B are shown once again in an enlarged perspective view or in a sectional view.
  • the electrode assembly 7 shown is cut in Figure 2B and not cut in Figures 1A, 1B, 2A, 2C).
  • FIG. 2B once again the second hollow element 12 with the electrode arrangement 7 and the nozzle head 4 are shown, and in FIG. 2C only the second hollow element 12 with the electrode arrangement 7.
  • the second hollow element 12 in FIGS. 1A to 2C is partially transparent and / or shown in a sectional view.
  • the first hollow element 11 in FIGS. 1A and 1B is shown in a sectional view in order to make the mixing element 10 visible.
  • FIG. 3 shows an application system 28 of the type proposed here, which comprises the application nozzle 1 shown in FIGS. 1A to 2C and, in each case, a reservoir 16 for each of the two components of the medium, in each case via a suitable media line 17 to the hollow body 2 of the application nozzle 1 connected is.
  • the application system 28 further comprises a correspondingly configured metering system 18, which is set up to convey the two components through the media lines 17 into and through the channel-shaped cavity 3 of the application nozzle 1, as already described above.
  • the media lines 17 are for this purpose via a corresponding connected connecting module 19 connected to an inlet opening 20 of the hollow body 2.
  • the application system 28 also comprises a control unit 21, which is electrically conductively connected to the electrodes 8 of the electrode arrangement 7 and which is set up (for example programmatically) to generate electrical test signals for carrying out resistance tomographic measurements and to transmit them to the electrodes 8.
  • the electrical test signals are, for example, electrical voltage pulses, wherein the electrodes 8 are successively acted upon in their order in their annular arrangement with these test signals, so that in this way in the cavity 3, a rotating alternating electromagnetic field is generated.
  • electrical response signals are caused in the electrodes 8, which are returned to the control unit 21 by means of the electrodes 8 and received there.
  • the response signals are evaluated by the control unit 21 by means of evaluation software and stored by means of a data memory 23 of the control unit 21 together with the associated measurement times.
  • the waderstandstomographischen measurements in general so the generation of the electrical test signals and the reception, storage and evaluation of the associated electrical response signals, continuously or in periodically recurring measurement cycles, the latter for example, after each expiration of a fixed or a variable time interval performed become.
  • the resistance tomographic measurements may be taken immediately before or immediately after a single application of the medium to the surface.
  • the control unit 21 is set up (by means of the evaluation software) to detect or determine measured values of a plurality of electrical measured variables on the basis of the received electrical response signals. At least one of the measured variables is, for example, a location-dependent measured variable whose measured values may differ from one another at different points in the cavity 3 at any given time.
  • the electrode arrangement 7 can be any number of Electrodes 8 include, for example, 8, 12, 16 or more of the electrodes 8, depending on the desired accuracy of the spatial resolution. In the present example 12 electrodes 8 are provided.
  • At least one further measured variable is, for example, a location-independent measured variable which is calculated by means of the control unit 21, for example by averaging or integration of one of the first-mentioned location-dependent measured variables.
  • the (local) substance-specific resistance as well as the (local) electrical capacity of the medium are measured as location-dependent measured variable.
  • location-independent measured variables the total electrical resistance and the total electrical capacitance of the medium within the spatial measuring range defined by the measuring positions 9 of the electrodes 8 are calculated therefrom, for example by spatial integration or averaging.
  • the control unit 21 is set up to compare the determined measured variables in each case with assigned desired values, to generate a respectively assigned control signal as a function of these comparisons and to transmit these control signals to the metering system 18. For example, a first control signal can be triggered when the total electrical resistance (alternatively the total electrical capacity) of the medium deviates from its desired value by more than an associated first threshold value.
  • the set point is predetermined to be characteristic of a desired mixing ratio of the components of the medium.
  • the threshold value is corresponding dimensioned so that deviations from the desired value, which are lower than the threshold value, can still be tolerated and that deviations from the desired value, which exceed this threshold, are no longer tolerated, so that then by the metering system 18, depending on the embodiment, a corresponding adjustment of the delivered volume flows of the components or a complete stop of the delivery of the medium is performed. In addition, an associated first warning signal is generated.
  • the control unit 21 is also set up to examine the locally measured (local) resistivity (alternatively or additionally the (local) electrical capacitance) for spatial inhomogeneities and to generate a second control signal if a spatial inhomogeneity has been detected exceeds a permissible Schwetlwert. Also, this threshold is such that inhomogeneities that are lower than this threshold value are still tolerated, and inhomogeneities that exceed this allowable threshold, are no longer tolerated.
  • the control unit 21 is set up to generate a second control signal in the latter case, whereupon the dosing system 18 interrupts the delivery and thus the application of the medium, and also to generate an associated second warning signal.
  • the control unit 21 also has a wireless (alternatively a wired) data interface 23 for transmitting the first and second warning signals, the electrical response signals, the measured values and the associated measurement instants to an external receiver (not shown).
  • a wireless (alternatively a wired) data interface 23 for transmitting the first and second warning signals, the electrical response signals, the measured values and the associated measurement instants to an external receiver (not shown).
  • the dosing system 18 is thus connected to the control unit 21 for receiving these control signals via a signal line 22 and is set up to start, change or stop the conveying of the medium or its components as a function of the received control signals.
  • a delivered volumetric flow of at least one of the at least two components of the medium is increased or reduced in order to reduce the solvation deviation or, alternatively, for example in the case of a very strong setpoint deviation, the flow completely stop both components.
  • a control loop is formed in this way, is automatically intervened in the case of setpoint deviations.
  • the application of the medium for later checks or (error) analyzes can be documented, so that, if appropriate, traceability or faulty productions can be traced and causes of faults subsequently identified.
  • the transmitted data can also be evaluated and / or stored by said external receiver.
  • FIG. 3 also shows the surface 25 of the component to which the medium is applied, here the surface 25 is, for example, that of a body of a vehicle or that of another component.
  • FIG. 3 shows the applied medium 26 itself, here in the form of an adhesive bead with a circular cross section.
  • FIG. 4 partially shows the application system 28 shown in FIG.
  • a robot arm 27 of the application system 28 is shown in this illustration, with which the application nozzle 1 is moved relative to the surface 25 when the medium 26 is applied.
  • the control unit 21, the dosing system 18 and other components of the application system 28 have not been shown in Figure 4.
  • the nozzle cross-section ie the diameter of the outlet opening 6, is typically in a range between 3 mm and 15 mm and in this example is 8 mm.
  • the exit velocity of the medium 26 from the outlet nozzle 1 is in the example shown at about 400 mm / s, but could also be higher or lower depending on the application.
  • 2K adhesive system two-component adhesive
  • epoxides and polyurethanes in question.
  • an accelerator may be supplied as the second component.
  • the medium can be analyzed directly and immediately before its application to the surface and the results of this analysis can be documented. If required, the application can be stopped or interrupted or parameters of the application (flow rates or volume flows) can be changed and optimized by an automated control.
  • tolerance ranges of the adhesive application can be defined in advance.
  • the range of the still tolerable mixed inhomogeneity of the adhesive system used can be found in the
  • the definition of the tolerable range of the mixing ratio can be carried out for example by experimental preliminary investigations with the adhesive systems or based on corresponding manufacturer's instructions.
  • As a rule when leaving the tolerance limit or tolerance range individually adapted to the application with regard to the quality of the mixture, there is an immediate stop of the adhesive application and an error message on the system side. This is sent, for example, to the appropriate places (eg by a red-lit lamp or a different warning signal, an e-mail, etc.) to initiate direct quality assurance measures.
  • the continuous recording and data storage of the mixture quality is also carried out, even when positioned within the tolerance range.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Applikationsdüse (1) zum Applizieren eines Mediums (26), insbesondere eines zwei- oder mehrkomponentigen Klebstoffs, eines Lackes oder einer Vergussmasse, auf eine Oberfläche (25), wobei die Applikationsdüse (1) einen kanalförmigen Hohlraum (3) zum Leiten des Mediums (26) aufweist, wobei der kanalförmige Hohlraum (3) in mindestens einer Austrittsöffnung (6) der Applikationsdüse (1) mündet. Die Applikationsdüse (1) umfasst eine Elektrodenanordnung (7) mit mehreren Elektroden (8), wobei jede der Elektroden (8) an einer ihr zugeordneten Messposition (9) endet, wobei die Messpositionen (9) der Elektroden (8) ringförmig um eine Längsachse des kanalförmigen Hohlraums (3) angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Applikationsanlage (28) mit mindestens einer solchen Applikationsdüse (1) sowie ein Verfahren zum Applizieren eines Mediums (26) auf eine Oberfläche (25) mittels einer Applikationsdüse (1).

Description

Applikationsdüse zum Applizieren eines Mediums auf eine Oberfläche, Applikationsaniage und Verfahren zum Applizieren eines Mediums auf eine
Oberfläche Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Applikationsdüse zum Applizieren eines Mediums auf eine Oberfläche, eine Applikationsanlage und ein Verfahren zum Applizieren eines Mediums auf eine Oberfläche.
In vielen Bereichen Technik, wie im Automobilbau und im Flugzeugbau, hat der Einsatz von Klebstoffen grundlegende Weiterentwicklungen ermöglicht oder vorangetrieben, wie beispielsweise den Leichtbau. Kaum ein anderes Fügeverfahren erlaubt es auf vergleichbare Weise, selbst dünnste Bauteile aus verschiedensten Materialien miteinander zu verbinden und neue Baugruppen zu schaffen, ohne dabei jedoch die Grundeigenschaften der Einzelkomponen- ten zu verändern.
Bislang ist es aber kaum möglich, ohne eine zerstörende Prüfung exakte Aus- sagen zum Zustand einer Klebverbindung zu machen. Eine Beurteilung eines Klebprozesses anhand des geklebten Verbundes geht in der Regel mit einer zumindest teilweisen Zerstörung der Klebverbindung und/oder der verbundenen Komponenten einher. Daher ist es in der Regel schon im Vorfeld einer Klebstoffapplikation erforderlich, dass möglichst sämtliche Einflussgrößen, die für das Klebergebnis von relevanter Natur sind, Beachtung finden.
Prozessbedingte Einflussgrößen, die auf die Qualität einer Klebverbindung einwirken, betreffen unter anderem die Oberflächenvorbereitung der Fügetei- le, die Klebstoffverarbeitung sowie die Aushärtebedingungen. Gerade in der
Anwendung von 2K Klebstoffsystemen, also von Klebstoffen mit zwei Komponenten, ist das Mischungsverhältnis sowie die Homogenität der Durchmischung der Komponenten ein entschiedener Faktor für die erreichbare Qualität der Klebverbindung. Schwankungen insbesondere in diesen Einflussgrößen können zu einem unzureichenden Haftungsauf bau zu den Substraten, zu einer geringen Eigenfestigkeit des Klebstoffes sowie zu einer nicht ausreichenden Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse führen. Gerade bei den im Automobilbau zumeist favorisierten Klebstoffsystemen, wie etwa Epoxide und Polyurethane, die durch Polyaddition vernetzen, sind bereits kleinste Mischungs- Schwankungen zwischen den jeweiligen Komponenten nachteilig und in vielen
Fällen nicht tolerierbar. Mögliche Ursachen für Schwankungen im Mischungsverhältnis oder in der Homogenität sind vielfältig und können beispielsweise fehlerhaft arbeitenden Applikationsanlagen, beschädigten Mischelemente, ungeeigneten Dosieranlagen oder Bedienerfehler sein.
Liegen Mischungsfehler der Klebstoffkomponenten in der Applikation vor, so fallen diese in alier Regel nicht unmittelbar auf. Gerade in der Serienfertigung, wie in der Automobilindustrie, wo ein vollautomatisierter Klebstoffauftrag stattfindet, können ischungsfehler meistens erst mit Verzug festgestellt werden. Hohe Nacharbeit, große Ausschussraten oder im schlimmsten Falle nachträgliche Reklamationen können die Folge sein. Aufgrund dieser Problematiken hat sich die Anwendung von 2K Klebstoffen in der Großserienfertigung wie dem Automobilbau bislang noch nicht so entwickelt wie es das Potential dieser Klebstoffe eigentlich erlauben würde.
Trotz des überaus großen Bedarfs sind bislang keine zufriedenstellende Lö- sungen oder Verfahren zur Prozessüberwachung von Klebstoffapplikationen bekannt. Daher werden in der Automobilfertigung bislang hauptsächlich einkomponentige Klebstoffsysteme verwendet. Diese müssen vor dem Auftragen nicht gemischt werden, da sämtliche Bestandteile zur Aushärtung des Klebstoffes bereits in diesem vorhanden sind. Diese Klebstoffe härten beispielsweise durch die Zuführung von Wärme oder durch Luftfeuchtigkeit aus. Nachteilig bei den heißhärtenden Systemen ist beispielsweise die notwendige kosten intensive Wärmebehandlung mit damit meistens verbundenen relativen Bewegungen der Bauteile, welche zum Einfrieren von Spannungen in oder zwischen den Bauteilen führen können. Bei feuchtigkeitsvernetzenden 1K- Systemen ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Aushärtung oft nur gering und zudem stark von Umgebungsbedingungen abhängig.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Überwachung der Applikation von Medien auf Oberflächen zu verbessern, insbesondere von zwei- oder mehrkomponentigen Medien wie beispielsweise zwei- oder mehrkomponentigen Klebstoffsystemen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Applikationsdüse gemäß Anspruch 1 und durch eine Applikationsanlage sowie durch ein Verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen. Weiterentwicklungen und spezielle Ausführungsformen sind Gegenstände er abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die hier vorgeschlagene Applikationsdüse zum Applizieren eines Mediums, insbesondere eines zwei- oder mehrkomponentigen Mediums, beispielsweise eines zwei- oder mehrkomponentigen Klebstoffs, eines zwei- oder mehrkomponentigen Lackes oder einer zwei- oder mehrkomponentigen Vergussmasse, auf eine Oberfläche weist einen kanalförmigen Hohlraum zum Leiten des Mediums auf, wobei der kanalförmige Hohlraum in mindestens einer Austrittsöffnung der Applikationsdüse mündet, mit dieser also fluidisch verbunden ist. In der Regel umfasst die Applikationsdüse einen Hohlkörper, der diesen Hohlraum bildet.
Typischerweise umfasst die Applikationsdüse mindestens einen Düsenkopf, der einen Teilabschnitt des kanalförmigen Hohlraums wie auch die mindes- tens eine Austrittsöffnung bildet. Dieser Teilabschnitt, der in der mindestens einen Austrittsöffnung endet und sich typischerweise in Richtung der Austrittsöffnung verjüngt, wird im Folgenden auch als Düsenkanal bezeichnet. Der Düsenkanal wie auch die Austrittsöffnung der Applikationsdüse können prinzipiell beliebige Ausgestaltungen, insbesondere jede beliebige
Querschnittsform haben, beispielsweise kreisrund oder dreieckig, um beispielsweise Rundraupen, Dreiecksraupen oder auch einen Swirlauftrag zu erzielen.
Wie weiter unten beschrieben wird, kann der Hohlkörper der Applikationsdüse ein oder mehrere Hohlelemente umfassen, wobei der Düsenkopf Teil des Hohlkörpers bzw. eines dieser Hohlelemente sein kann.
Das Medium, das typischerweise flüssig oder pastös ist, strömt somit beispielsweise während einer Applikation von dem Hohlraum des Hohlkörpers in den Düsenkanal der Applikationsdüse, tritt durch die Austrittsöffnung der Applikationsdüse aus dem Düsenkanal aus und wird von dort aus mittels der Applikationsdüse auf die Oberfläche aufgetragen.
Die erfindungsgemäße Applikationsdüse umfasst außerdem eine Elektrodenanordnung, welche mehrere Elektroden umfasst, beispielsweise acht, zwölf oder mehr Elektroden. Jede der Elektroden endet an einer der jeweiligen Elektrode zugeordneten Messposition. Die Elektroden sind derart angeordnet, dass mittels der Elektrodenanordnung widerstandstomografische Messungen bzw. elektrische impedanz-Tomografien an dem im Hohlraum enthaltenen Medium durchgeführt werden können, wie weiter unten näher beschrieben wird. Je nach Art des Mediums kann beispielweise eine widerstandstomografische Messung durgeführt werden, bei der der elektrische Widerstand oder die dielektrische Leitfähigkeit (Permittivität) des Mediums gemessen werden. Weitere mögliche Messgrößen und Details zu den Messungen werden weiter unten beschrieben. Die Elektrodenanordnung stellt also beispielsweise eine widerstandstomografische Messanordnung bzw. eine Messanordnung zur Durchführung einer elektrischen Impedanz-Tomografie dar, wobei die Elektroden als widerstandstomographische Signalgeber und Sensoren dienen. Die Messpositionen der Elektroden sind ringförmig, also nebeneinander in einer ringförmigen Abfolge, um eine Längsachse des Hohlraums, d.h. um eine Mit- tellinie des Hohlraums, herum angeordnet bzw. verteilt. Typrscherweise haben die esspositionen der Elektroden somit den gleichen radialen Abstand von der Längsachse oder Mittellinie des kanalförmigen Hohlraums. Es ist auch möglich, dass die Messpositionen der Elektroden in der ringförmigen Anord- nung verschiedene radiale Abstände von der Längsachse aufweisen. Die ringförmige Anordnung der Messpositionen um die Längsachse kann also (in Richtung der Längsachse gesehen) beispielsweise kreisringförmig, oval, rechteckig oder andersartig ausgestaltet sein. Außerdem liegen die Messpositionen der Elektroden typischerweise in einer gemeinsamen Ebene, durch die der kanal- förmige Hohlraum hindurchtritt. In der Regel ist diese Ebene senkrecht zur
Längsachse bzw. Mittellinie des kanalförmigen Hohlraums ausgerichtet. Alternativ zu der Anordnung in einer gemeinsamen Ebene ist es prinzipiell auch möglich, die Messpositionen in Richtung der Längsachse des kanalförmigen Hohlraums versetzt zueinander anzuordnen, beispielsweise um möglichst vie- le Elektroden auf kleinem Bauraum unterzubringen. Beispielsweise können die Messpositionen helixförmig um die Längsachse herum angeordnet sein. In Richtung der Längsachse betrachtet sind die Messpositionen weiterhin ringförmig um die Längsachse angeordnet. Je nach elektrischer Leitfähigkeit können die Messpositionen der Elektroden innerhalb des Hohlraums angeordnet sein, beispielsweise auf einer inneren Oberfläche des Hohlelements. Alternativ können die Messpositionen außerhalb des Hohlraums angeordnet sein. Die erste dieser beiden Alternativen, bei der die Elektroden in einen direkten Kontakt mit dem Medium kommen, kommt beispielsweise dann in Frage, wenn das Medium bzw. seine Komponenten nicht oder nur relativ geringfügig elektrisch leitfähig ist bzw. sind, so dass die widerstandstomographischen Messungen trotz der eigenen Leitfähigkeit des Mediums aussagekräftige Messergebnisse liefern können. In der Regel dürfen die Elektroden das Strömungsbild des Mediums nicht beein- trächtigen. Insbesondere sind durch die Sensoranordnung bedingte strömungsarme Bereiche (Schleppströmungen) innerhalb des Hohlkörpers bzw. des Düsenkanals zu vermeiden. Daher werden die Elektronen typischerweise so angeordnet, dass die Elektroden bündig an der inneren Oberfläche des Hohlelements, also auf der Oberfläche des Kanals, abschließen. Hierdurch wird auch eine Reinigung erleichtert. Dahingegen kommt die zweite Alternative, bei der ein direkter Kontakt zwischen den Elektroden und dem Medium ausgeschlossen ist, prinzipiell in jedem Fall in Frage, also auch dann, wenn das Medium (bzw. seine Komponenten) elektrisch leitfähig ist und daher ein direkter Kontakt zwischen den Elektroden der Elektrodenanordnung und dem Medium bei den Messungen zu einem (ungewollten) Kurzschluss zwischen den Elektroden führen würde. In der zweiten Alternative befinden sich die Messpositionen der Elektroden (d.h. die Enden der Elektroden) beispielsweise innerhalb des Materials des Hohlkörpers bzw. der Applikationsdüse oder an einer Außenfläche des Hohlkörpers bzw. der Applikationsdüse.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass Medium in seiner elektrischen Leitfähigkeit zu verändern (bspw. vergrößern), um aussagekräftige (Widerstands- )Messungen zu ermöglichen. Beispielsweise kann durch das Beimengen von Rußen oder anderer leitfähiger Substanzen die elektrische Leitfähigkeit des Mediums bzw. seiner Komponenten erhöht werden. Typischerweise sind elektrische leitfähige Substanzen bereits in den üblichen Formulierungen vorhanden.
Mit der Elektrodenanordnung der vorgeschlagenen Applikationsdüse kann die Applikation des Mediums mittels elektrischer und/oder kapazitiver Widerstandstomographie überwacht werden. Beispielsweise können mittels der Elektroden elektrische Widerstandsänderungen, Kapazitätsänderungen oder andere Messgrößen in lokalen (Teil-)Bereichen des Mediums innerhalb des Hohlraums bzw. des Düsenkanals gemessen werden. Vorteilhafterweise ist es so insbesondere möglich, das zu applizierende Medium unmittelbar vor seiner Applikation auf die Oberfläche zu analysieren, die Ergebnisse der Analyse zu dokumentieren und/oder bei Bedarf in den Applikationsprozess einzugreifen. Insbesondere wird erstmalig eine Prozessüberwachung der klebtechnischen Fertigung ermöglicht, bei der mehrkomponentige Klebstoffe verarbeitet werden und dabei in ihrer Mischungsgüte, also beispielsweise bezüglich ihrer Homogenität und/oder des Mischungsverhältnisses, kontinuierlich überwacht werden können. Unter anderem können auf diese Weise folgende Vorteile erzielt werden:
1. Inlinefähige, kontinuierliche Prozessüberwachung bezüglich a) Anlagenverschleiß,
b) Chargenwechsel,
c) Materialwechsel/Spülvorgang und/oder
d) Dokumentation der Prozessparameter zwecks RückVerfolgbarkeit,
2. Kalibrierung und Prüfung von Anlagen/Anlagenkomponenten,
3. Charakterisierung und Auswahl von Mischelementen.
In einem Ausführungsbeispiel, das insbesondere zum Applizieren zwei- oder mehrkomponentiger Medien, insbesondere zwei- oder mehrkomponentiger Klebstoffe, geeignet ist, umfasst die Applikationsdüse mindestens ein Mischelement, das in dem kanalförmigen Hohlraum der Applikationsdüse angeordnet ist. Das mindestens eine Mischelement ist derart ausgestaltet, dass das Medium, ggf. also seine zwei oder mehr Komponenten, beim Durchströmen bzw. Durchlaufen durch den Hohlraum mittels der Mischelemente durchmischt wird. Das Mischelement kann beispielsweise wendelartig ausgestaltet sein, beispielsweise in der Form einer oder mehrere Wendel. Das mindestens eine Mischelement kann statisch, also unbeweglich, oder dynamisch, d.h. beweglich und ggf. mittels eines Antriebs angetrieben, sein. Es sind auch Kombinationen aus statischen und dynamischen Mischeiementen möglich.
Es ist alternativ auch möglich, dass das (statische oder dynamische bzw. angetriebene) Mischelement nicht in dem genannten Hohlraum der Applikationsdüse angeordnet ist, sondern in einem anderen medienführenden Teil der hier vorgeschlagenen Applikationsanlage angeordnet ist, beispielsweise in einer Medienleitung, welche die Applikationsdüse mit dem Medium versorgt und die Applikationsdüse beispielsweise mit einer Dosieranlage verbindet.
Im Fall eines mehrkomponentigen Mediums hat das mindestens eine Mischelement also die Funktion, eine möglichst gleichmäßige Durchmischung aller Komponenten zu erzielen, so dass das Medium in einer möglichst hohen Homogenität mittels der Applikationsdüse appliziert werden kann. Daher sind die Messpositionen der Elektroden der Elektrodenanordnung typischerweise, in Förderrichtung des Mediums gesehen, nach dem mindestens einen Mischelement angeordnet und typischerweise noch vor der mindestens einen Aus- trittsdüse angeordnet, in der Regel zwischen dem mindestens einen Mischelement und dem Düsenkopf. Es ist aber prinzipiell auch möglich, die Messpositionen noch vor dem Mischelement oder unmittelbar vor der Austrittsöffnung, d.h. um den Düsenkanal herum anzuordnen. Ferner können die Elekt- roden in zwei oder mehr Ebenen angeordnet sein, wobei die Ebenen, in Förderrichtung des Mediums gesehen, hintereinander angeordnet sind. Eine Ebene kann beispielsweise vor dem Mischelement und eine Eben hinter dem Mischelement angeordnet sein, um so beispielsweise die durch das jeweilige Mischelement bewirkte Durchmischung der Komponenten messen zu können.
Wie oben bereits erwähnt worden ist, kann der Hohlkörper mehrteilig aufgebaut sein und beispielsweise ein erstes Hohlelement und ein zweites Hohlelement umfassen, wobei das erste Hohlelement dann beispielsweise einen ersten Teilabschnitt des kanalförmigen Hohlraums und das zweite Hohlele- ment beispielsweise einen zweiten Teilabschnitt des kanalförmigen Hohlraums ausbildet. Typischerweise ist das zweite Hohlelement als ein Rohr oder als eine Hülse ausgestaltet. Auch kann das erste Hohlelement als ein Rohr oder als eine Hülse ausgestaltet sein. Es ist ferner möglich, dass das zweite Hohlelement zwischen dem ersten Hohlelement und dem Düsenkopf ange- ordnet ist, welcher allgemein ebenfalls als Rohr oder Hülse ausgestaltet sein kann. Bei dem zweiten Hohlelement kann es sich um den Düsenkopf handeln, welcher den Düsenkanal bildet. Der Düsenkopf kann also beispielsweise durch das zweite Hohlelement (bzw. das Sensorrohr) gegeben sein oder mit letzterem verbunden (z.B. aufgesetzt) sein. Im letzteren Fall, in dem der Düsenkopf also ein separates Bauteil ist, kann der Düsenquerschnitt, also der Durchmesser des Auslassöffnung, weit kleiner ausfallen als der Querschnitt des Sensorrohrs, wodurch die Fertigung des Sensorrohrs erleichtert sein kann. Außerdem kann, wenn der Düsenkopf ein separates Bauteil ist, dieses unabhängig von den übrigen Komponenten ausgetauscht werden, beispielsweise um eine an- dere Auftragsform des Mediums zu erzielen.
Das mindestens eine Mischelement ist typischerweise in dem ersten Teilabschnitt des Hohlraums angeordnet, wohingegen die Elektroden der Elektrodenanordnung beispielsweise in dem zweiten Hohlelement oder dem Düsen- köpf integriert sein können. Das zweite Hohlelement kann dann auch als Sensorrohr oder also Sensorhülse bezeichnet werden. Bei seiner Applikation auf die Oberfläche passiert das Medium bzw. jede seiner Komponenten dann beispielsweise zunächst den ersten Teilabschnitt des Hohlraums, dann den zweiten Teilabschnitt des Hohlraums, wobei hier die widerstandstomographische Messung erfolgt.
Beispielsweise können die Elektroden in einem ringförmigen Element (auch als Sensorring bezeichnet) integriert sein, welches mit dem oben genannten zweiten Hohlelement oder dem Düsenkopf verbunden sein kann und/oder ein Teil des zweiten Hohlelements bzw. des Düsenkopfes bilden kann. Dieses ring- förmige Element, auch als Sensorring bezeichnet umläuft und/oder umgrenzt einen Teilabschnitt des kanalförmigen Hohlraums bzw. des Düsenkanals. Typischerweise umfasst das ringförmige Element außerdem elektrische Anschlüsse für die Elektroden sowie eine mit den Anschlüssen verbundene oder verbindbare elektrische Verbindungsleitung. Beispielsweise kann die Form des ringförmige Elements an die Form der ringförmigen Anordnung der Messpositionen der Elektroden angepasst sein und entsprechend im Querschnitt beispielsweise kreisringförmig, oval, rechteckig oder andersartig ausgestaltet sein. Die Appiikationsdüse kann ferner ein Adaptermodul umfassen, das ausgebildet ist, das erste Hohlelement mit dem zweiten Hohlelement lösbar zu verbinden. Mittels des Adaptermoduls ist es beispielsweise möglich, das zweite Hohlelement dauerhaft zwischen dem ersten Hohlelement und dem Düsenkopf anzuordnen, um so eine Überwachung über einen ausgedehnten Zeit- räum zu ermöglichen. Typischerweise kann mit dem Adaptermodul auch der
Düsenkopf direkt, also ohne das zweite Hohielement, an das erste Hohlelement angeschlossen werden. Ferner ist es mittels des Adaptermoduis sehr einfach möglich, das zweite Hohlelement nur relativ kurzzeitig bzw. übergangsweise auf die beschriebene Weise zwischen dem ersten Hohlelement und dem Düsenkopf anzuordnen, beispielsweise um nach einem Chargenwechsel (bspw. des zu applizierenden Mediums bzw. einer neuen Charge einer seiner Komponenten), nach einem sonstigen Material- oder Komponentenwechsel, beispielsweise nach einem Austausch der Auslassdüse, oder nach einem Spülvorgang der Applikationsdüse. Dann kann, beispielsweise während einer Test- oder Kalibrierphase, mittels der Elektrodenanordnung überprüft werden, ob die Applikation des Mediums wie gewünscht erfolgt und die App- likationsdüse ordnungsgemäß arbeitet.
Ein besonderer Vorteil der vorgeschlagenen Applikationsdüse besteht in ihrer insgesamt sehr kompakten Bauform. Dies ermöglicht unter anderem eine direkte Integration in bereits bestehende Anlagen. Änderungen im bisherigen Prozessablauf sind nicht erforderlich. Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des oben beschriebenen Adaptermoduls sind außerdem auch keinerlei Anpassungen der (mechanischen) Schnittstellen der bisherigen Komponenten (insbesondere des Mischelementes, des Hohlkörpers oder des Düsenkopfes) erforderlich. Insbesondere können beispielsweise das oben genannte erste Hohletement, das Mischelement wie auch der Düsenkopf und die
Dosieranlage vorteilhafterweise durch herkömmliche bzw. zum bisherigen Stand der Technik gehörige Komponenten gegeben sein, bei denen es sich auch um relative einfache Zukaufteile bzw. um Verbrauchsmaterial handeln kann.
Vorgeschlagen wird außerdem eine Applikationsanlage, die eine oder mehrere der beschriebenen Applikationsdüsen umfasst. Die Applikationsanlage um- fasst mindestens eine Kontrolleinheit. Beispielsweise kann jeder Applikationsdüse genau eine Kontrolleinheit zugeordnet sein. Es ist aber beispielsweise auch möglich, dass die Applikationsanlage nur eine (zentrale) Kontrolleinheit für alle Applikationsdüsen umfasst. Der Einfachheit halber wird im Folgenden nur von einer Applikationsdüse und einer Kontrolleinheit gesprochen, wobei das Gesagte entsprechend auch auf die Fälle mehrere Applikationsdüsen und mehrerer Kontrolieinheiten angewendet werden kann. Entsprechendes soll auch für die weiter unten beschriebene Dosieranlage gelten.
Die Kontrolleinheit ist mit den Elektroden der Elektrodenanordnung elektrisch leitend verbunden und (beispielsweise programmtechnisch) dazu eingerichtet, elektrische Testsignale zu erzeugen und auf die Elektroden der (jeweiligen) Elektrodenanordnung zu übertragen. Bei den elektrischen Testsignalen kann es sich beispielsweise um elektrische Spannungsimpulse oder elektrische Stromimpulse handeln. Typischerweise werden die Elektroden nacheinander gemäß ihrer Reihenfolge in der ringförmigen Anordnung der Elektroden mit diesen Testsignalen beaufschlagt. Beispielsweise kann auf diese Weise in dem Hohlraum bzw. in dem Düsenkanal ein rotierendes elektromagnetisches Wechseifeld erzeugt werden.
Durch jedes der Testsignale, mit dem jeweils eine der Elektroden beaufschlagt wird, werden in den jeweils anderen Elektroden elektrische Antwortsignale hervorgerufen, welche an die Kontrolleinheit zurückgeleitet und dort empfangen werden und ggf. ausgewertet und/oder gespeichert werden. Die Stärke und Form der Antwortsignale hängen zum einen natürlich von der Stärke und der Form der Testsignale ab, aber auch von dem ggf. im Hohlraum bzw. Düsenkanal enthaltenen Medium. Durch eine entsprechende Auswertung der elektrischen Antwortsignale können somit Informationen über das Medium gewonnen werden, insbesondere über seine Homogenität und/oder ggf. über das Mischungsverhältnis seiner Komponenten, wie weiter unten näher beschrieben wird.
Je nach Bedarf kann die Kontrolleinheit eingerichtet sein, die Erzeugung der elektrischen Testsignale und den Empfang der zugehörigen elektrischen Antwortsignale {ggf. für jede der Applikationsdüsen) kontinuierlich durchzuführen. Beispielsweise kann das oben beschriebene Wechselfeld dann kontinuierlich erzeugt und aufrecht erhalten werden. Es ist außerdem möglich, die Erzeugung der elektrischen Testsignale und den Empfang der zugehörigen elektrischen Antwortsignale (ggf. für jede der Applikationsdüsen) in periodisch wiederkehrenden Messzyklen durchzuführen, beispielsweise jeweils nach Ablauf eines fest vorgegebenen oder veränderlichen Zeitintervalls. Die Erzeugung der elektrischen Testsignale und der Empfang der elektrischen Antwortsignale kann zusätzlich oder alternativ hierzu (ggf. für jede der Applikations- düsenjzu Beginn (also beispielsweise unmittelbar vor oder unmittelbar nach) und/oder während einer einzelnen Applikation des Mediums auf die Oberfläche erfolgen oder ausschließlich zu diesen Zeiten. Die Kontrolleinheit ist typischerweise außerdem dazu eingerichtet, beispielsweise mittels einer entsprechenden Auswertesoftware, auf Grundlage der empfangenen elektrischen Antwortsignale Messwerte mindestens einer elektrischen Messgröße zu erfassen oder abzuleiten. Bei der Messgröße kann es sich beispielsweise um eine räumlich gemittelte oder um eine ortsabhängige Messgröße handeln, deren Messwerte (beispielsweise zu einem gegebenen
Zeitpunkt) an verschiedenen Orten innerhalb des Hohlraums bzw. des Düsen- kanals unterschiedlich sein können. Durch die ringförmige Anordnung der Elektroden der Elektrodenanordnung ist es nämlich insbesondere möglich, ortsabhängige Messgrößen ortsaufgelöst zu messen, also Messwerte dieser Messgrößen an verschiedenen Orten innerhalb des Hohlraums bzw. des Düsenkanals zu bestimmen, wobei die Feinheit der Ortsauflösung insbesondere mit der Anzahl der Elektroden zunimmt. Beispielsweise kann die Elektrodenanordnung mindestens 8, mindestens 12, mindestens 16 oder mehr der Elektroden umfassen. Wenn die Elektroden in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wie oben beschrieben, dann liegen die Orte, zu denen diese Messwerte gehören, ebenfalls innerhalb dieser Ebene. Werden zu einem gegebenen Zeitpunkt für eine gegebene elektrische Messgröße verschiedene Messwerte gemessen, so kann dies als ein Hinweis auf eine Inhomogenität des Mediums ausgewertet werden. Beispielsweise kann die Größe der Abweichungen zwischen den Messwerten unterschiedlicher Orte als Maß für die Inhomogenität des Mediums ausgewertet werden bzw. als inverses Maß für dessen Homogenität.
Als Messgrößen kommen unter anderem beispielsweise in Frage:
- elektrische Spannung, elektrische Stromstärke, elektrischer Widerstand, elektrischer Leitwert, stoffspezifischer elektrischer Widerstand, stoffspezifische elektrische Leitfähigkeit,
- elektrische Kapazität, dielektrische Leitfähigkeit, relative Permittivität,
- Phasenverschiebung zwischen den elektrischen Testsignalen und den jeweils zugehörigen elektrischen Antwortsignalen, Verhältnis zwischen den Amplituden der elektrischen Testsignale und den Amplituden der jeweils zugehörigen elektrischen Antwortsignale.
In einem besonders einfachen Fall kann es sich bei der Messgröße um die Stärke bzw. die Amplitude der elektrischen Antwortsignale handeln, gemessen als Amplitude einer elektrischen Spannung oder einer elektrischen Stromstärke. Gemessen werden also beispielsweise die Änderung des Widerstandes und/oder die dielektrische Leitfähigkeit des Mediums in der durch die Messpositionen der Elektroden definierten Schnittebene durch den kanalförmigen Hohlraum (und/oder des Düsenkanals) der Applikationsdüse. Auf Basis der ermittelten Messwerte (z.B. elektrischer Widerstandswert oder dielektrische Leitfähigkeit) können dann Rückschlüsse auf das Mischungsverhältnis und die Homogenität des Mediums in der gesamten Schnittebene des kanalförmigen Hohlraums (und/oder des Düsenkanals) zu erhalten und beispielsweise auf Grenzwerte (partiell in der Schnittebene oder über die gesamten Schnittebene) hin zu prüfen, wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird.
Die Kontrolleinheit kann ferner eingerichtet sein, zumindest eine der mindestens einen elektrischen Messgröße mit einem dieser Messgröße zugeordneten Sollwert zu vergleichen und in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein jeweils zugeordnetes erstes Steuersignal zu erzeugen. Beispielsweise kann das erste Steuersignal dann ausgelöst werden, wenn die elektrische Messgröße von ihrem Sollwert um mehr als einen zugeordneten ersten Schwellwert abweicht. Der Sollwert kann beispielsweise so vorgegeben sein, dass er für ein gewünschtes Mischungsverhältnis der Komponenten des Mediums charakteristisch ist. Entsprechend kann der Schwellwert derart bemessen sein, dass Ab- weichungen von dem Sollwert, die geringer als der Schwellwert sind, noch toleriert werden und dass Abweichungen von dem Sollwert, die über diesen Schwellwert hinausgehen, nicht mehr toleriert werden, so dass dann beispielsweise eine entsprechende Anpassung der geförderten Volumenströme der Komponenten (also eine Regelung des Mischungsverhältnisses) oder gar ein Stopp der Förderung des Mediums durchgeführt wird. Außerdem kann in diesem Fall ein Warnsignal erzeugt werden, mit dem die aufgetretene Mischungsabweichung mitgeteilt wird. Variationen in der Mischungsgüte können beispielsweise auch durch geförderte Luftblasen entstehen. Die Kontrolleinheit kann ferner eingerichtet sein, zumindest eine der mindestens einen elektrischen Messgröße, welche beispielsweise wie oben beschrieben ortsaufgelöst gemessen worden ist, auf räumliche Inhomogenitäten hin zu untersuchen und ein zweites Steuersignal zu erzeugen, wenn eine räumliche Inhomogenität detektiert worden ist oder einen zulässigen Schwellwert überschreitet. Auch dieser Schwellwert kann so bemessen sein, dass
Inhomogenitäten, die geringer als dieser Schwellwert sind, toleriert werden, und Inhomogenitäten, die diesen zulässigen Schwellwert überschreiten, nicht mehr toleriert werden. Die Kontrolleinheit kann beispielsweise eingerichtet sein, die Applikation des Mediums in einem solchen Fall zu unterbrechen und/oder ein Warnsignal zu erzeugen, mit dem die aufgetretene Inhomogenität mitgeteilt wird. In einer Ausführungsform umfasst die Applikationsanlage eine steuerbare Dosieranlage für das Medium, Die steuerbare Dosieranlage kann dazu eingerichtet sein, das Medium bzw. dessen zwei oder mehr Komponenten in und durch den kanalförmigen Hohlraum der Applikationsdüse hindurch zu fördern. Die Dosieranlage kann ggf. mit der Kontrolleinheit zum Empfangen von Steuersignalen der Kontrolleinheit verbunden sein. Die Dosieranlage kann dann eingerichtet sein, in Abhängigkeit von den empfangenen Steuersignalen das Fördern des Mediums bzw. seiner Komponenten zu beginnen, zu verändern bzw. zu stoppen. Beispielsweise kann die Dosieranlage eingerichtet sein, bei Empfang des oben beschriebenen ersten Steuersignals einen geförderten Volumenstrom zumindest einer der mindestens zwei Komponenten des Mediums zu erhöhen oder zu reduzieren oder zu stoppen, insbesondere im Fall einer kontinuierlichen Überwachung oder einer Überwachung in Messzyklen, wie oben beschrieben, kann auf diese Weise eine Regelschieife gebildet werden, bei der bei Sollwertabweichungen bei Bedarf automatisch eingegriffen wird, bis die jeweilige Messgröße sich dem Sollwert wieder ausreichend (d.h. bis zu einer noch tolerierbaren Abweichung) angenähert hat. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Kontrolleinheit eingerichtet sein, das Fördern des Mediums, also aller seiner Komponenten sofort und vollständig zu stoppen, wenn beispielsweise das oben beschriebene erste oder zweite Steuersignal empfangen worden ist, wenn also eine unzulässig hohe Mischungsabweichung oder Inhomogenität im Medium gemessen worden ist.
Die Kontrolleinheit kann ferner umfassen:
- einen Datenspeicher zum Speichern der elektrischen Antwortsignale und/oder der Messgrößen und/oder der zugehörigen Messzeitpunkte und/oder
- eine drahtlose oder drahtgebundene Datenschnittstelle zum Übertragen der elektrischen Antwortsignale und/oder der Messwerte und/oder der zugehörigen Messzeitpunkten und/oder von Warnsignalen auf einen externen Empfänger.
Mittels des Datenspeichers lässt sich die Applikation des Mediums somit für spätere Kontrollen oder (Fehler-)Analysen dokumentieren und somit gegebe- nenfalls Störungen bzw. Fehlproduktionen rückverfolgen und Fehlerursachen nachträglich identifizieren. Mittels der Datenschnittstelle können die übertragenen Daten bzw. Warnsignale beispielsweise von dem genannten externen Empfänger ausgewertet und/oder gespeichert werden, insbesondere im Fall, dass eine Vielzahl derartiger Applikationsdüsen parallel betrieben wird, kann auf diese Weise eine zentralisierte Überwachung mit einem zentralen Überwachungssystem erfolgen. Beispielsweise können im Fall von empfangenen Warnsignalen von hier aus entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Applizieren eines Mediums auf eine Oberfläche können die hier vorgeschlagene Applikationsdüse wie auch die hier vorgeschlagene Applikationsanlage verwendet werden. Dabei kann jede der beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen der Applikationsdüse und der Applikationsanlage zum Einsatz kommen. Wie weiter oben bereits beschrieben worden ist und auch im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird, wird dabei das Medium durch den Hohlraum einer Applikationsdüse hindurch gefördert, beispielsweise mitteis der beschriebenen Dosieraniage, und durch mindestens eine Austrittsöffnung der Applikationsdüse auf die Oberfläche aufgetragen. Außerdem werden mittels einer Elektrodenanordnung der Applikationsdüse auf die beschriebene Weise widerstandstomogra- fische Messungen durchgeführt.
Beispielsweise kann die Applikationsdüse bei der Applikation des Mediums auf die Oberfläche relativ zur Oberfläche bewegt werden, beispielsweise mitteis eines Roboterarms. Dabei kann die Oberfläche fixiert sein. Es ist aber auch möglich, dass die Oberfläche relativ zu der ggf. fixierten Applikationsdüse bewegt wird, beispielsweise wiederum mittels eines Roboterarms oder mittels eines Förderbandes.
Das verwendete Medium kann aus zwei oder mehr Komponenten zusammengesetzt sein. Insbesondere kann es sich bei dem Medium um einen zwei- oder mehrkomponentigen Klebstoff, um einen zwei- oder mehrkomponentigen Lack oder um eine zwei- oder mehrkomponentige Vergussmasse handeln. Die Vergussmasse kann beispielsweise für die Herstellung eines Elektronik- Vergusses verwendet werden, also zum Verbinden mehrere elektronischer Bauteile durch Vergiessen mit der Vergussmasse. Typischerweise sind die Komponenten des Klebstoffs so gewählt, dass sie, sobald sie miteinander vermischt werden, chemisch miteinander regieren, wodurch die Aushärtung des Klebstoffs ausgelöst oder bewirkt wird. Als zwei mögliche Komponenten des Klebstoffs kommen beispielsweise Epoxide und Polyurethane in Frage, die durch Polyaddition vernetzen. Als Klebstoffe kommen also beispielsweise 2K Epoxidharze, 2K Polyurethane und 1K Polyurethane mit Beschleuniger in Frage.
Bei der Oberfläche kann es sich beispielsweise um die Oberfläche eines Bauteils handeln, beispielsweise um einen Teil eines Fahrzeugs, insbesondere um einen Teil einer Karosserie des Fahrzeugs.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellten speziellen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A eine seitliche perspektivische Ansicht einer Applikationsdüse hier vorgeschlagener Art mit einer Elektrodenanordnung,
Fig. 1B die in Fig. 1A gezeigte Ansicht mit einer teilweisen Schnittdar- steilung der Applikationsdüse,
Fig. 2A-2C seitliche perspektivische Ansichten und Schnittdarstellungen von Bestandteilen der in Figur 1 gezeigten Applikationsdüse,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Applikationsanlage hier vorgeschlagener Art und
Fig. 4 eine seitliche perspektivische Ansicht von ausgewählten Bestandteilen der in Figur 3 gezeigten Applikationsanlage, bei der die Applikationsdüse mittels eines Roboterarms geführt wird.
In den Figuren sind wiederkehrende oder einander entsprechende Merkmale jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figuren 1A und 1B zeigen jeweils seitliche perspektivische Darstellungen bzw. teilweise Schnittdarstellungen einer Applikationsdüse 1 zum Applizieren eines Mediums, beispielsweise eines zwei- oder mehrkomponentigen Klebstoffs, auf eine Oberfläche eines Bauteils (in Figuren 1A und 1B nicht dargestellt, siehe aber Figuren 3 und 4), beispielsweise auf die Oberfläche eines Karosserieteils eines Fahrzeugs. Die Applikationsdüse 1 umfasst einen Hohlkörper 2, der ei- nen kanalförmigen Hohlraum 3 zum Leiten des Mediums bildet.
Der Hohlkörper der Applikationsdüse 2 umfasst ferner einen Düsenkopf 4 zum Applizieren des Mediums auf die Oberfläche. Wie in Figur IB gezeigt ist, bildet der Düsenkopf 4 einen Düsenkanal 5, der einen Teilabschnitt des kanalförmi- gen Hohlraums 3 des Hohlkörpers 4 darstellt und der, sich hierbei verjüngend, in einer Austrittsöffnung 6 der Applikationsdüse 4 endet. Die Austrittsöffnung 6 der Applikationsdüse 1 ist beispielsweise kreisrund ausgestaltet, könnte je nach Bedarf aber auch jede andere Querschnittsform haben, beispielsweise also oval, dreieckig oder mehreckig.
Das Medium, das im vorliegenden Fall beispielsweise pastös ist, strömt während eines Applikationsvorgangs in und durch den Hohlraum 3 des Hohlkörpers 2 und dabei insbesondere durch den Düsenkanal 5 der Applikationsdüse 2, tritt an dessen Ende durch die Austrittsöffnung 6 der Applikationsdüse 4 aus dem Düsenkanal 5 aus und wird von dort aus auf die Oberfläche aufgetragen. Um das Medium auf diese Weise durch die Applikationsdüse zu fördern, kann eine entsprechend eingerichtete Dosieranlage vorgesehen sein, wie etwa die Dosieranlage 18 der in Figur 3 gezeigten Applikationsanlage 28. Die Applikationsdüse 1 umfasst eine Elektrodenanordnung 7, welche ihrerseits mehrere Elektroden 8 aufweist. Jede der Elektroden 8 endet an einer der jeweiligen Elektrode 8 zugeordneten Messposition 9. Die Messpositionen 9 der Elektroden 8 sind in einer ringförmigen Anordnung um eine Längsachse L (d.h. eine Mittellinie in Längsrichtung) des kanalförmigen Hohlraums 3 herum verteilt, siehe auch Figur 2C, und haben dabei den gleichen radialen Abstand von dieser Längsachse. Außerdem liegen die Messposittonen 9 der Elektroden 8 in einer gemeinsamen Ebene, die vorliegend senkrecht zur Längsachse L des Hohlraums 3 ausgerichtet ist. In dem gezeigten Beispiel sind die Messpositionen 9 der Elektroden 8 innerhalb des Hohlraums 3 angeordnet, könnten prin- zipiell aber auch außerhalb des Hohlraums 3 angeordnet sein. Insgesamt bildet die Elektrodenanordnung 7 somit eine widerstandstomografische Mess- anordnung.
Zum Durchmischen der Komponenten des Mediums umfasst die Applikationsdüse 1 ein Mischelement 10, das vorliegend beispielsweise statisch und wendeiförmig ausgestaltet ist und in dem Hohlraum 3 des Hohlkörpers 2 angeordnet ist. Um die durch das Mischelement 10 erzielte Homogenität des Mediums zu messen, sind die Messpositionen 9 der Elektroden 8 der Elektrodenanordnung 7 in Förderrichtung des Mediums gesehen zwischen dem Misch- eiement 10 und dem Düsenkopf 4 angeordnet.
Der Hohlkörper 1 ist mehrteilig aufgebaut und umfasst, neben dem Düsenkopf 4, ein erstes Hohlelement 11 und ein zweites Hohlelement 12, wobei das erste Hohlelement 11 einen ersten Teilabschnitt des kanalförmigen Hohlraums 3 und das zweite Hohlelement 12 einen zweiten Teilabschnitt des kanalförmigen Hohlraums 3 bildet. Das Mischelement 10 ist in dem ersten Teilabschnitt des Hohlraums 3, also innerhalb des ersten Hohlelements 11, angeordnet. Die Elektroden 8 der Elektrodenanordnung 7 sind in dem zweiten Hohlelement 12 integriert. Das zweite Hohlelement 12 ist zwischen dem ersten Hohlelement 11 und dem Düsenkopf 4 angeordnet, so dass also das Medium bei der Applikation auf die Oberfläche zunächst den ersten Teilabschnitt des Hohlraums 3 passiert, hierbei durchmischt wird und dann den zweiten Teilabschnitt des Hohlraums 3 passiert, wobei hier mittels der Elektroden 8 eine widerstandstomografische Messung durchgeführt wird, wie weiter unten näher erläutert wird. Am Ende passiert das Medium den Düsenkopf 4 und wird anschließend auf die Oberfläche aufgetragen. Prinzipiell könnte der Düsenkopf 4 auch durch das zweite Hohlelement 12 gebildet oder einteilig mit letzterem ausgestaltet sein.
Das erste Hohlelement 11, das zweite Hohlelement 12 und der Düsenkopf 4 sind jeweils rohrartig ausgestaltet. Die Elektroden 8 sind in einem ringförmigen Element 13 (Sensorring) integriert, welches mit dem zweiten Hohielement 12 (auch als Sensorrohr bezeichnet) verbunden ist. Dieses ringförmige Element 13 umläuft einen Teil des zweiten Teilabschnitts des kanalförmigen Hohlraums 3.
Die Applikationsdüse 1 umfasst ferner ein Adaptermodul 14, das ausgebildet ist, das erste Hohlelement 11 mit dem zweiten Hohlelement 12 (also dem Sensorrohr) lösbar zu verbinden. Außerdem weist das ringförmige Element 13 elektrische Anschlüsse (nicht dargestellt) und Verbindungsleitungen 15 für die Elektroden 8 der Elektrodenanordnung 7 auf. Über die Verbindungsleitungen 15 erfolgt insbesondere die Spannungsversorgung der Elektroden 8 sowie die Signalübertragung bzw. der Datentransfer, wie weiter unten näher erläutert wird. Mittels des Adaptermoduls 14 kann das zweite Hohlelement 12 zusammen mit der Elektrodenanordnung 7 je nach Bedarf dauerhaft oder nur temporär zwischen dem ersten Hohlelement 11 und dem Düsenkopf 4 befestigt werden.
In Figur 2A sind das Adaptermodul 14, das zweite Hohielement 12 mit der Elektrodenanordnung 7 und der Düsenkopf 4 des in Figuren 1A und 1B gezeigten Beispiels noch einmal in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht bzw. in einer Schnittdarstellung dargestellt. (Die gezeigte Elektrodenanordnung 7 ist in Figur 2B geschnitten und in Figuren 1A, 1B, 2A, 2C nicht geschnitten dargestellt). In Figur 2B sind entsprechend noch einmal das zweite Hohlelement 12 mit der Elektrodenanordnung 7 und der Düsenkopf 4 dargestellt und in Figur 2C ausschließlich das zweite Hohlelement 12 mit der Elektrodenanordnung 7.
Um die Elektroden 8 der Elektrodenanordnung sichtbar zu machen, ist das zweite Hohlelement 12 in Figuren 1A bis 2C teilweise transparent und/oder in einer Schntttdarstellung dargestellt. Das erste Hohlelement 11 in Figuren 1A und 1B ist in einer Schnittdarstellung gezeigt, um das Mischelement 10 sichtbar zu machen.
In Figur 3 ist eine Applikationsanlage 28 hier vorgeschlagener Art gezeigt, die die in Figuren 1A bis 2C dargestellte Applikationsdüse 1 sowie für jede der beiden Komponenten des Mediums jeweils einen Vorratsbehälter 16 umfasst, welcher jeweils über eine geeignete Medienleitung 17 mit dem Hohlkörper 2 der Applikationsdüse 1 verbunden ist. Die Applikationsanlage 28 umfasst ferner eine entsprechend ausgestaltete Dosieranlage 18, die eingerichtet ist, die beiden Komponenten durch die Medienleitungen 17 in und durch den kanal- förmigen Hohlraum 3 der Applikationsdüse 1 zu fördern, wie bereits oben beschrieben worden ist. Die Medienleitungen 17 sind hierzu über ein entspre- chend ausgestaltetes Verbindungsmodul 19 mit einer Einlassöffnung 20 des Hohlkörpers 2 verbunden.
Die Applikationsanlage 28 umfasst außerdem eine Kontrolleinheit 21, die mit den Elektroden 8 der Elektrodenanordnung 7 elektrisch leitend verbunden ist und die (beispielsweise programmtechnisch) eingerichtet ist, zur Durchführung von widerstandtomografischen Messungen elektrische Testsignale zu erzeugen und auf die Elektroden 8 zu übertragen. Bei den elektrischen Testsignalen handelt es sich beispielsweise um elektrische Spannungsimpulse, wobei die Elektroden 8 nacheinander gemäß ihrer Reihenfolge in ihrer ringförmigen Anordnung mit diesen Testsignalen beaufschlagt werden, so dass auf diese Weise in dem Hohlraum 3 ein rotierendes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Durch diese Testsignale werden in den Elektroden 8 elektrische Antwortsignale hervorgerufen, welche mittels der Elektroden 8 an die Kontrolleinheit 21 zurückgeleitet und dort empfangen werden. Die Antwortsignale werden durch die Kontrolleinheit 21 mittels einer Auswertesoftware ausgewertet und mittels eines Datenspeichers 23 der Kontrolleinheit 21 zusammen mit den zugehörigen Messzeitpunkten gespeichert.
Je nach Bedarf können die wäderstandstomographischen Messungen, allgemein also die Erzeugung der elektrischen Testsignale und der Empfang, die Speicherung sowie die Auswertung der zugehörigen elektrischen Antwortsignale, kontinuierlich oder in periodisch wiederkehrenden Messzyklen, letzteres beispielsweise jeweils nach Ablauf eines fest vorgegebenen oder eines veränderlichen Zeitintervalls, durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich können die widerstandstomographischen Messungen unmittelbar vor oder unmittelbar nach einem einzelnen Applikationsvorgangs des Mediums auf die Oberfläche erfolgen.
Die Kontrolleinheit 21 ist eingerichtet {mittels der Auswertesoftware), auf Grundlage der empfangenen elektrischen Antwortsignale Messwerte mehrerer elektrischer Messgrößen zu erfassen bzw. zu ermitteln. Bei mindestens einer der der Messgrößen handelt es sich beispielsweise um eine ortsabhängige Messgröße, deren Messwerte sich zu einem beliebigen Zeitpunkt an verschiedenen Orten innerhalb des Hohlraums 3 voneinander unterscheiden können. Prinzipiell kann die Elektrodenanordnung 7 eine beliebige Anzahl der Elektroden 8 umfassen, beispielsweise 8, 12, 16 oder mehr der Elektroden 8, je nach gewünschter Genauigkeit der Ortsauflösung. Im vorliegenden Beispiel sind 12 Elektroden 8 vorgesehen.
Bei mindestens einer weiteren Messgröße handelt es sich beispielsweise um eine ortsunabhängige Messgröße, die mittels der Kontrolleinheit 21 beispielsweise durch Mittelung oder Integration einer der erstgenannten ortsabhängigen Messgrößen berechnet wird.
Als Messgrößen kommen beispielsweise in Frage:
- elektrische Spannung, elektrische Stromstärke, elektrischer Widerstand, elektrischer Leitwert, stoffspezifischer elektrischer Widerstand, stoffspezifische elektrische Leitfähigkeit,
- elektrische Kapazität, dielektrische Leitfähigkeit, relative Permittivität,
- Phasenverschiebung zwischen den elektrischen Testsignalen und den jeweils zugehörigen elektrischen Antwortsignalen, Verhältnis zwischen den Amplituden der elektrischen Testsignale und den Amplituden der jeweils zugehörigen elektrischen Antwortsignale.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden als ortsabhängige Messgröße beispielsweise der (lokale) stoffspezifische Widerstand sowie die (lokale) elektrische Kapazität des Mediums gemessen. Als ortsunabhängige Messgrößen werden hieraus, beispielsweise durch räumliche Integration oder Mittelung, der elektrische Gesamtwiderstand und die elektrische Gesamtkapazität des Mediums innerhalb des durch die Messpositionen 9 der Elektroden 8 definierten räumlichen Messbereichs berechnet.
Die Kontrolleinheit 21 ist eingerichtet, die ermittelten Messgrößen jeweils mit zugeordneten Sollwerten zu vergleichen, in Abhängigkeit von diesen Vergleichen ein jeweils zugeordnetes Steuersignal zu erzeugen und diese Steuersignale auf die Dosieranlage 18 zu übertragen. Beispielsweise kann ein erstes Steuersignal dann ausgelöst werden, wenn der elektrische Gesamtwiderstand (alternativ die elektrische Gesamtkapazität) des Mediums von seinem Sollwert um mehr als einen zugeordneten ersten Schwellwert abweicht. Der Sollwert ist so vorgegeben, dass er für ein gewünschtes Mischungsverhältnis der Komponenten des Mediums charakteristisch ist. Entsprechend ist der Schwellwert derart bemessen, dass Abweichungen von dem Sollwert, die geringer als der Schwellwert sind, noch toleriert werden können und dass Abweichungen von dem Sollwert, die über diesen Schwellwert hinausgehen, nicht mehr toleriert werden, so dass dann durch die Dosieranlage 18, je nach Ausführungsbeispiel, eine entsprechende Anpassung der geförderten Volumenströme der Komponenten oder ein vollständiger Stopp der Förderung des Mediums durchgeführt wird. Außerdem wird ein zugehöriges erstes Warnsignal erzeugt.
Die Kontrolleinheit 21 ist außerdem eingerichtet, den ortsabhängig gemesse- nen (lokalen) spezifischen Widerstand (alternativ oder zusätzlich die (lokale) elektrische Kapazität) auf räumliche Inhomogenitäten hin zu untersuchen und ein zweites Steuersignal zu erzeugen, wenn eine räumliche Inhomogenität detektiert worden ist, die einen zulässigen Schwetlwert überschreitet. Auch dieser Schwellwert ist so bemessen, dass Inhomogenitäten, die geringer als dieser Schwellwert sind, noch toleriert werden, und Inhomogenitäten, die diesen zulässigen Schwellwert überschreiten, nicht mehr toleriert werden. Die Kontrolleinheit 21 ist eingerichtet, im letzteren Fall ein zweites Steuersignal zu erzeugen, woraufhin die Dosieranlage 18 die Förderung und somit die Applikation des Mediums unterbricht, und außerdem ein zugehöriges zweites Warnsignal zu erzeugen.
Die Kontrolleinheit 21 weist außerdem eine drahtlose (alternativ eine drahtgebundene) Datenschnittstelle 23 zum Übertragen des ersten und zweiten Warnsignais, der elektrischen Antwortsignale, der Messwerte und der zuge- hörigen Messzeitpunkten auf einen externen Empfänger (nicht dargestellt).
Mittels des Datenspeichers 24 werden diese Informationen außerdem gespeichert.
Entsprechend ist die Dosieranlage 18 somit zum Empfangen dieser Steuersig- nale über eine Signalleitung 22 mit der Kontrolleinheit 21 verbunden und eingerichtet, in Abhängigkeit von den empfangenen Steuersignalen das Fördern des Mediums bzw. seiner Komponenten zu beginnen, zu verändern bzw. zu stoppen. Bei Empfang des ersten Steuersignals wird ein geförderter Volumenstrom zumindest einer der mindestens zwei Komponenten des Mediums er- höht oder reduziert, um die Soltwertabweichung zu reduzieren oder, alternativ hierzu, beispielsweise bei einer sehr starken Sollwertabweichung, die För- derung beider Komponenten vollständig zu stoppen. Insbesondere im Fall einer kontinuierlichen Überwachung oder einer Überwachung in Messzyklen, wie oben beschrieben, wird auf diese Weise eine Regelschleife gebildet, bei der bei Sollwertabweichungen automatisch eingegriffen wird.
Mittels des genannten Datenspeichers 23 kann die Applikation des Mediums für spätere Kontrollen oder (Fehler-)Analysen dokumentiert werden, so dass gegebenenfalls Störungen bzw. Fehlproduktionen rückverfolgt und Fehlerursachen nachträglich identifiziert werden können. Mittels der Datenschnittstelle 23 können die übertragenen Daten auch von dem genannten externen Empfänger ausgewertet und/oder gespeichert werden.
In Figur 3 ist außerdem die Oberfläche 25 des Bauteils gezeigt, auf die das Medium aufgetragen wird, hier ist die Oberfläche 25 beispielsweise die einer Karosserie eines Fahrzeugs oder die eines anderen Bauteils. Gezeigt ist in Figur 3 außerdem das applizierte Medium 26 selbst, hier in Form einer Klebstoffraupe mit kreisförmigen Querschnitt. in Figur 4 ist die in Figur 3 gezeigte Applikationsanlage 28 teilweise dargestellt. Zusätzlich ist in dieser Darstellung ein Roboterarm 27 der Applikationsanlage 28 gezeigt, mit dem die Applikationsdüse 1 beim Applizieren des Mediums 26 relativ zur Oberfläche 25 bewegt wird. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in Figur 4 die Kontrolleinheit 21, die Dosieranlage 18 und weitere Bestandteile der Applikationsanlage 28 nicht dargestellt worden.
Der Düsenquerschnitt, also der Durchmesser der Auslassöffnung 6, liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 3 mm und 15 mm und beträgt in diesem Beispiel 8 mm. Die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums 26 aus der Austrittsdüse 1 liegt in dem gezeigten Beispiel bei etwa 400 mm/s, könnte je nach Anwendung aber auch höher oder niedriger liegen. Als zwei mögliche Komponenten des Mediums kommen im Fall eines zweikomponentigen Klebstoffs (2K Klebstoffsystem) beispielsweise Epoxide und Polyurethane in Frage. Alternativ kann bei Verwendung von Polyurethan als erste Komponente ein Beschleuniger als die zweite Komponente zugeführt.
Zusammengefasst ist es mit den beschriebenen Ausrührungsbeispielen also möglich, widerstandtomografische Messungen am zu applizierenden Medium noch innerhalb der Applikationsdüse 1 durchzuführen und mittels dieser Messungen das zu applizierende Medium hinsichtlich des Mischungsverhältnisses seiner Komponenten als auch hinsichtlich der Homogenität der Durchmi- schung der Komponenten kontinuierlich zu überwachen. Insbesondere kann hierbei das Medium direkt und unmittelbar vor seiner Applikation auf die Oberfläche analysiert und die Ergebnisse dieser Analyse dokumentiert werden. Bei Bedarf kann die Applikation gestoppt oder unterbrochen werden oder Parameter der Applikation (Fördermengen bzw. Volumenströme) durch eine automatisierte Regelung verändert und optimiert werden. Insbesondere ist eine bessere Kontrolle und Dokumentation von Applikationsprozessen möglich, insbesondere im Hinblick auf mögliche Störfaktoren bzw. potentiellen Fehlerquellen wie etwa Anlagenverschleiß, Chargenwechsel, Materialwechsel sowie Spülvorgänge, wie auch bei der Durchführung von Kalibrierun- gen und Prüfungen von Anlagen bzw. Anlagenkomponenten und ferner bei der Charakterisierung und Auswahl möglicher Mischelemente.
Durch die oben genannten Schwellwerte können Toleranzbereiche der Klebstoffapplikation im Voraus definiert werden. Die Bandbreite der noch tole- rierbaren Mischinhomogenität des verwendeten Klebstoffsystems kann in der
Praxis beispielsweise auch durch eine entsprechende Kalibrierung der Elektrodenanordnung 7 eingestellt werden. Die Festlegung der tolerierbaren Bandbreite des Mischungsverhältnisses kann beispielsweise durch experimentelle Voruntersuchungen mit den Klebstoffsystemen erfolgen oder auf ent- sprechenden Herstellerangaben basieren. In der Regel erfolgt bei Verlassen der individuell auf die Anwendung angepassten Toleranzgrenze bzw. Toleranzbreite hinsichtlich der Mischungsgüte ein sofortiger Stopp der Klebstoffapplikation und anlagenseitig eine Fehlermeldung. Diese wird beispielsweise an die entsprechenden Stellen gesendet (z.B. durch eine rot leuchtende Lam- pe oder ein anders gestaltetes Warnsignal, eine E-Mail etc.), um direkte qualitätssichernde Maßnahmen einzuleiten. Neben dieser direkten Überwachung und dem eventuellen Einschreiten bei Toleranzabweichungen erfolgt zusätzlich die kontinuierliche Erfassung und Datenspeicherung der Mischungsgüte auch bei Lage innerhalb des Toleranzbereichs. Dies ermöglicht eine lückenlose bauteiiabhängige Rück erfolgbarkeit der Mischungsgüte. Im Fall einer nachträglichen Reklamation (Klebung entspricht beispielsweise nicht dem gefor- derten Qualitätsstandart) können so mögliche Fehlerpotenziale (fehlerhaft arbeitende Anlagentechnik, Materialfehler im Klebstoff oder Fehler in der Prozessführung) klar abgegrenzt werden.
Bezugszeicheniiste:
1 Applikationsdüse
2 Hohlkörper
3 kanalförmiger Hohlraum
4 Düsenkopf
5 Düsenkanal
6 Austrittsöffnung
7 Elektrodenanordnung 8 Elektroden
9 Messposition
10 Mischelement
11 erstes Hohlelement
12 zweites Hohlelement 13 Element
14 Adaptermodul
15 Verbindungsleitung
16 Vorratsbehälter
17 Medienleitung 18 Dosieranlage
19 Verbindungsmodul
20 Einlassöffnung
21 Kontrolleinheit
22 Signalleitung
23 Datenschnittstelle
24 Datenspeicher
25 Oberfläche
26 Medium
27 Roboterarm
28 Appiikationsanlage

Claims

Patentansprüche
Applikationsdüse (1) zum Applizieren eines Mediums (26), insbesondere eines zwei- oder mehrkomponentigen Klebstoffs, eines Lackes oder einer Vergussmasse, auf eine Oberfläche (25), wobei die Applikationsdüse (1) einen kanalförmigen Hohlraum (3) zum Leiten des Mediums (26) aufweist, wobei der kanalförmige Hohlraum (3) in mindestens einer Austrittsöffnung (6) der Applikationsdüse (1) mündet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Appiikationsdüse (1) eine Elektrodenanordnung (7) mit mehreren Elektroden (8) umfasst, wobei jede der Elektroden (8) an einer ihr zugeordneten Messposition (9) endet, wobei die Messpositionen (9) der Elektroden (8) ringförmig um eine Längsachse des kanalförmigen Hohlraums (3) angeordnet sind.
Applikationsdüse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationsdüse (1) mindestens ein Mischelement (10) aufweist, wobei das mindestens eine Mischelement (10) in dem kanalförmigen Hohlraum (3) angeordnet und ausgestaltet ist, das Medium (26) beim Durchströmen des kanalförmigen Hohlraums (3) zu durchmischen.
Applikationsdüse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpositionen (9) der Elektroden (8) der Elektrodenanordnung (7) zwischen dem mindestens einen Mischelement (10) und der mindestens einen Austrittsöffnung (6) angeordnet ist.
Applikationsdüse (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationsdüse ein erstes Hohlelement (11) und ein zweites Hohlelement (12) umfasst, wobei das mindestens eine Mischelement (10) in dem ersten Hohlelement (11) angeordnet ist und die Elektroden (8) der Elektrodenanordnung (7) in dem zweiten Hohlelement (12) integriert sind. Applikationsdüse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationsdüse (1) ein Adaptermodul (14) umfasst, dass ausgebildet ist, das erste Hohlelement (11) mit dem zweiten Hohlelement (12) lösbar zu verbinden.
Applikationsdüse (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlelement (12) als ein Düsenkopf (4) der Applikationsdüse ausgebildet ist und die mindestens eine Austrittsöffnung (6) aufweist.
Applikationsanlage (28) mit mindestens einer Applikationsdüse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationsanlage (28) mindestens eine Kontrolleinheit (21) umfasst, die mit den Elektroden (8) der Elektrodenanordnung (7) der mindestens einen Applikationsdüse (1) verbunden ist und die eingerichtet ist, elektrische Testsignale zu erzeugen und auf die Elektroden (8) der Applikationsdüse (1) zu übertragen und durch die Testsignale ausgelöste elektrische Antwortsignale mittels der Elektroden (8) zu empfangen und vorzugsweise auszuwerten und/oder zu speichern.
Applikationsanlage (28) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontrolleinheit (21) eingerichtet ist, die Erzeugung der elektrischen Testsignale und den Empfang der elektrischen Antwortsignale für jeweils eine der mindestens einen Applikationsdüse (1)
- kontinuierlich und/oder
- in periodisch wiederkehrenden Messzyklen und/oder
- jeweils zu Beginn oder während einer Applikation des Mediums (26) auf die jeweilige Oberfläche (25)
durchzuführen.
Applikationsanlage (28) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontrolleinheit (21) eingerichtet ist, die jeweils empfangenen elektrischen Antwortsignale auszuwerten und auf Grundlage der empfangenen elektrischen Antwort- Signale mindestens eine elektrische Messgröße für die jeweilige Applikationsdüse (1) zu messen.
Applikationsanlage (28) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontrolletnheit (21) eingerichtet ist, zumindest eine der mindestens einen gemessenen elektrischen Messgröße mit mindestens einem Sollwert dieser elektrischen Messgröße zu vergleichen und in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein zugeordnetes erstes Steuersignal zu erzeugen.
Applikationsanlage (28) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (21) eingerichtet ist, zumindest eine der mindestens einen gemessenen elektrischen Messgröße auf räumliche Inhomogenitäten hin zu untersuchen und ein zugeordnetes zweites Steuersignal zu erzeugen, wenn eine räumliche Inhomogenität festgestellt worden ist und/oder wenn eine festgestellte räumliche Inhomogenität einen zulässigen Schweliwert überschreitet.
Applikationsanlage (28) nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationsanlage (28) mindestens eine steuerbare Dosieranlage (18) umfasst, die eingerichtet ist, mindestens zwei Komponenten des Mediums (26) in den kanalförmigen Hohlraum (2) einer der mindestens einen Applikationsdüse (1) zu fördern, wobei die mindestens eine Dosieranlage (18) mit einer der mindestens einen Kontrolleinheit (21) zum Empfangen von Steuersignalen der Kontrolleinheit (21) verbunden und eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den empfangenen Steuersignalen einen geförderten Volumenstrom zumindest einer der mindestens zwei Komponenten des Mediums (26) zu erhöhen oder zu reduzieren oder das Fördern des Mediums (26) vollständig zu stoppen.
Applikationsanlage (28) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontrolleinheit (21) umfasst: - einen Datenspeicher (24) zum Speichern der elektrischen Antwortsignale und/oder von gemessenen Messgrößen und/oder von Messzeitpunkten und/oder - eine drahtlose oder drahtgebundene Datenschnittstelle (23) zum Übertragen der elektrischen Antwortsignale und/oder von gemessenen Messgrößen und/oder von zugehörigen Messzeitpunkten und/oder von Warnsignalen auf einen externen Empfänger.
Verfahren zum Applizieren eines Mediums (26) auf eine Oberfläche (25), bei dem das Medium mitteis einer Applikationsdüse (1), beispielsweise mittels einer Applikationsdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder mittels einer Applikationsdüse (1) einer Applikationsanlage (28) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, auf die Oberfläche (25) aufgetragen wird und wobei unter Verwendung einer Elektrodenanordnung (7) der Applikationsdüse (1) elektrische Testsignale erzeugt und dadurch hervorgerufene elektrische Antwortsignale empfangen werden, wobei die Elektrodenanordnung (7) mehrere Elektroden (8) umfasst, wobei jede der Elektroden (8) der Elektrodenanordnung (7) an einer ihr zugeordneten Messposition (9) endet, wobei die Messpositionen (9) der Elektroden (8) ringförmig um eine Längsachse eines kanalförmigen Hohlraums (3) der Applikationsdüse (1) angeordnet sind.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (26) ein zwei- oder mehrkomponentiger Klebstoff, ein Lack oder eine Vergussmasse ist.
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