[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen pastöser Medien mit einem
Zuführanschluß für das aufzubringende, unter Druck zugeführte Medium und mit einem
Vorratsraum, aus dem das Medium aus einer Austrittsdüse aus der Vorrichtung austritt.
[0002] Bei den aufzubringenden pastösen Medien kann es sich beispielsweise um Klebstoffe
handeln, die beispielsweise bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen in Form streifenförmiger
Beschichtungen aufgebracht werden und zur Befestigung bzw. Anbringung von Bauteilen,
wie etwa Windschutzscheiben, dienen. Die Zuführung des aufzubringenden pastösen Mediums
erfolgt dabei von einem Vorratsbehältnis aus, wobei der den Transport bewerkstelligende
Druck von einer Pumpe erzeugt wird.
[0003] Um zu verhindern, daß sich infolge der Pulsation der Pumpe auftretende Druckdifferenzen
an dem aus der Austrittsdüse austretenden pastösen Medium bemerkbar machen, was z.B.
zur Folge haben kann, daß die zu erstellende Beschichtung ungleichmäßig ist, ist es
aus der Veröffentlichung DE-GM 86 33 673.8 bekannt, daß das von der Pumpe herangeführte
pastöse Medium zunächst einem Vorratsraum zugeführt wird, von dem aus das Medium mit
einem weitgehend konstanten Druck zur Austrittsdüse geleitet wird. Der Vorratsraum
der bekannten Vorrichtung weist eine einzige Öffnung auf, die zeitlich nacheinander
zunächst als Zuführanschluß zur Befüllung des Vorratsraums und dann anschließend zum
Austritt des Mediums durch eine Austrittsdüse dient. Das pastöse Medium wird dem Vorratsraum
in einer solchen Menge zugeführt, die dem Bedarf eines bestimmten Auftrags-Arbeitszyklus
entspricht. Erst nachdem der Füllvorgang des Vorratsraumes abgeschlossen ist, kann
das Auftragen des pastösen Mediums durch Öffnen der Austrittsdüse erfolgen. Die bekannte
Vorrichtung arbeitet somit diskontinuierlich und ist steuerungstechnisch kompliziert
und daher aufwendig und teuer.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, daß sie kontinuierlich arbeitet und von einfachem Aufbau
ist.
[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Vorratsraum - in
Materialfließrichtung gesehen - zwischen dem Zuführanschluß und der Austrittsdüse
angeordnet ist, und dem Vorratsraum eine derartig ausgebildete Volumenveränderungseinrichtung
zugeordnet ist, daß bei einem Druckanstieg in dem herangeführten Medium eine Volumenvergrößerung
und bei einem Druckabfall in dem herangeführten Medium eine Volumenverringerung des
Vorratsraums in einer Druckschwankungen in dem herangeführten Medium kompensierenden
Weise erfolgt.
[0006] Bei der Erfindung wird somit der Vorratsraum vom Medium durchströmt, wobei der Vorratsraum
somit stets eine definierte Menge des pastösen Mediums enthält. Die Vorrichtung arbeitet
kontinuierlich. Bei einer Druckerhöhung des kontinuierlich über den Zuführanschluß
zugeführten pastösen Mediums wird das Volumen des Vorratsraums in einer derartigen
Weise vergrößert, daß hierdurch der Druckanstieg kompensiert wird, so daß das Medium
unabhängig von dem Druckanstieg an der Zuführseite des Vorratsraums mit konstantem
Druck aus der Austrittsdüse austritt. Verringert sich andererseits der Druck des zugeführten
Mediums, so verkleinert sich durch Wirkung der Volumenveränderungseinrichtung das
Volumen des Vorratsraums, so daß dadurch die aufgetretene Druckabsenkung in dem pastösen
Medium im Bereich der Austrittsdüse ebenfalls kompensiert ist.
[0007] Infolge der kontinuierlichen Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung treten
keine negativen Taktzeiteinflüsse auf, so daß ein pastöses Medium gleichmäßig und
kontrolliert aufgebracht werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einfacher
Weise realisiert werden, was zu niedrigen Herstellungskosten führt. Bei der Erfindung
ist weiterhin vorteilhaft, daß der Vorratsraum stets von dem aufzubringenden pastösen
Medium durchströmt wird, d.h., daß sich kein Material absetzen kann, was insbesondere
bei reaktiven Materialien wichtig ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann entsprechend
den Eigenschaften des pastösen Mediums oder aus applikations-/operationsbedingten
Gründen geheizt werden. Dazu können an bestimmten Stellen der Vorrichtung Bohrungen
zur Aufnahme einer oder mehrerer Heizpatronen und zur Aufnahme eines Temperatursensors
vorgesehen sein.
[0008] In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Volumenveränderungseinrichtung
einen einen Innenwandbereich des Vorratsraums bildenden und unter Wirkung einer Vorspanneinrichtung
bei Normaldruck des Mediums in einer Mittellage gehaltenen Verdrängungskörper aufweist.
Der Verdrängungskörper selbst kann in vorzugsweiser Ausgestaltung der Erfindung als
mit einem in einem Zylinder bewegbar angeordneten Kolben verbundene, in den Vorratsraum
ragende Nadel ausgebildet sein. Die Nadel selbst kann wiederum zur Anlage gegen einen
im Eingangsbereich des Vorratsraumes angeordneten Nadelsitz ausgebildet sein, so daß
die Möglichkeit besteht, den Vorratsraum eingangsseitig durch den Verdrängungskörper
abschließen zu können.
[0009] Die Vorspannung auf den Verdrängungskörper kann vorzugsweise durch eine Vorspannfeder
aufgebracht werden. Die Kennlinie der Feder und eine mögliche Einstellbarkeit der
Vorspannung der Feder wird dabei auf mögliche unterschiedliche Materialcharakteristika
des pastösen Mediums (Viskosität, Fließverhalten, Thixotrophie, Kompressibilität od.
dgl.) individuell abgestimmt.
[0010] In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht die Möglichkeit, die Federvorspannung
durch einen über ein Hydraulikmedium oder ein Pneumatikmedium aufgebrachten Druck
zu unterstützen. Dabei ist dann in der Zuleitung des Hydraulik- und Pneumatikmediums
an der dem Vorratsraum abgewandten Seite des Verdrängungskörpers ein Proportionalventil
vorgesehen. Der zusätzliche Einsatz eines Proportionalventils ist aber nicht grundsätzlich
notwendig, sondern hängt von Materialdaten des aufzubringenden pastösen Mediums ab.
Der Einsatz eines Proportionalventils kann somit auch als Bereichserweiterung der
Federkennlinie der Vorspannfeder angesehen werden.
[0011] Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Ansicht einer Vorrichtung zum Aufbringen pastöser Massen von der Austrittsdüse
her gesehen;
- Fig. 2
- eine Längsschnittdarstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei der obere und der
untere Bereich von Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, und der hiervon
durch die strichpunktierten Linien A und B getrennte Mittelbereich von Fig. 2 einen
Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 1 zeigt.
[0012] Die Vorrichtung zum Aufbringen pastöser Medien weist einen insgesamt mit 1 bezeichneten
Applikationskopf auf. Dem Applikationskopf 1 wird aufzubringendes pastöses Medium
aus der Pfeilrichtung C über einen mit 2 bezeichneten Zuführanschluß zugeführt. Das
Medium tritt dann durch einen Kanal 3 in einen Vorratsraum 4 ein und wird dann einem
Materialraum 5 zugeführt, welcher in eine mit 6 bezeichnete Austrittsdüse mündet,
aus der das pastöse Medium bei geöffneter Austrittsdüse in Pfeilrichtung D austreten
kann. Die Steuerung der Austrittsdüse erfolgt über eine Nadel 7, welche in Fig. 2
jeweils hälftig in einer Öffnungsstellung und in einer Schließstellung gezeichnet
ist. In der Öffnungsstellung trägt die Nadel die Bezugsziffer 7 und in der Schließstellung
die Bezugsziffer 7'. Die Nadelachse ist mit 8 bezeichnet. Weiterhin ist in dem Applikationskopf
1 ein Zylinder 9 vorgesehen, in welchem ein Kolben 10 verschiebbar geführt ist. Der
Kolben 10 trägt an seiner entsprechend der Zeichnung unteren Seite die Nadel 7. Die
Stellung des Kolbens bei geöffnetem Auslaßventil 6 ist mit 10 bezeichnet, und die
Stellung des Kolbens bei geschlossenem Auslaßventil mit 10'. Die der Nadel 7 gegenüberliegende
Kolbenseite ist durch eine Vorspannfeder 11 abgestützt, welche in ihrer der Schließstellung
des Auslaßventils entsprechenden Position mit 11' bezeichnet ist. Die Feder 11 kann
über eine schematisch dargestellte und mit 12 bezeichnete Einstellschraube in ihrer
Vorspannung eingestellt werden. Den beidseitig der Stirnseiten des Kolbens 10 liegenden
Kolbenkammern 13 und 14 kann über Zuführ- bzw. Austrittsöffnungen 15 und 16 ein pneumatisches
oder hydraulisches Medium zugeführt werden. Die Zufuhr bzw. Ableitung des hydraulischen
oder pneumatischen Mediums erfolgt über Leitungen 17 und 18, welche zu einem mit 19
bezeichneten Steuerventil führen. Ein Proportionalventil trägt die Bezugsziffer 20.
Wie ersichtlich, kann durch Beaufschlagen entweder der Kolbenkammer 13 oder der Kolbenkammer
14 eine Bewegung des Kolbens 10 erfolgen und damit ein Öffnen bzw. Schließen des Auslaßventils
6 bewirkt werden.
[0013] Dem Vorratsraum 4 ist eine insgesamt mit 21 bezeichnete Volumenveränderungseinrichtung
zugeordnet. Die Volumenveränderungseinrichtung weist einen als Nadel 22 ausgebildeten
Verdrängungskörper auf, der mit seinem in der Zeichnung rechts dargestellten Stirnendbereich
in den Verdrängungsraum 4 hineinragt. Die Nadel 22 ist geteilt dargestellt, wobei
mit 22 eine Mittelstellung der Nadel dargestellt ist und mit 22' eine Position, in
der ein Stirnendbereich 23 gegen einen am linken Ende des Kanals 3 vorgesehenen Nadelsitz
24 anliegt. Die Nadel 22 ist in ihrem dem Vorratsraum 4 abgewandten Endbereich an
einem Kolben 25 angebracht, welcher wiederum geteilt dargestellt ist. In der den Kanal
3 abschließenden Stellung 22' der Nadel trägt der Kolben in seiner entsprechenden
Stellung die Bezugsziffer 25'. Der Kolben 25 ist über eine mit 26 bezeichnete Feder
vorgespannt, welche in ihrer der Position 22' der Nadel entsprechenden Stellung die
Bezugsziffer 26' trägt. Die Feder 26 ist in ihrer Vorspannung über eine Einstellschraube
27 einstellbar. Einem Kolbenraum 28 ist ein pneumatisches oder hydraulisches Medium
über eine Zufuhröffnung 29 zuführbar. Durch die gleiche Öffnung kann das Medium auch
wieder abgeleitet werden. Die Öffnung 29 steht über eine Leitung 30 mit der Leitung
18 und über eine Leitung 31 mit der Leitung 17 in Verbindung. In der Leitung 30 ist
ein mit 32 bezeichnetes Proportionalventil vorgesehen. Die der Kolbenkammer 28 gegenüberliegende
Kolbenkammer 33 steht über eine Bohrung 34 mit der Atmosphäre in Verbindung.
[0014] Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
In Ruhestellung liegt die den Verdrängungskörper bildende Nadel in ihrer Position
22' gegen den Nadelsitz 24 an, wodurch der Vorratsraum 4 gegen einen Materialzustrom
aus Pfeilrichtung C abgesperrt ist. Die Nadel wird in ihrer Stellung 22' durch Wirkung
eines pneumatischen oder hydraulischen Mediums (Gas, Luft, Flüssigkeit) gehalten,
welches dem Kolbenraum 28 durch die Öffnung 29 zugeführt wird.
[0015] In Ruhestellung drückt außerdem der andere Kolben in seiner Position 10' über die
zugeordnete Nadel in ihrer Position 7' auf den mit 35 bezeichneten Nadelsitz der Austrittsdüse
6 und verschließt damit den Austritt. Auch dieser Kolben wird durch eine pneumatische
oder hydraulische Zuhalteenergie (Gas, Luft, Flüssigkeit), die durch die Öffnung 15
in den Kolbenraum 9 eintritt, in der Position 10' gehalten.
[0016] In dem vorstehend beschriebenen geschlossenen Zustand ist der in dem Zuführungsanschluß
2 herrschende Druck des über eine Druckpumpe zugeführten pastösen Mediums (= Staudruck)
erheblich größer als der Druck des in dem Bereich zwischen dem Zufuhranschluß und
der Austrittsdüse 6 befindlichen pastösen Mediums.
[0017] Zu Beginn des Aufbringvorganges des pastösen Mediums wird die Kolbenkammer 28 über
den Anschluß 29 entleert. Da die Kolbenkammer 33 über die Bohrung 34 mit der Atmosphäre
verbunden ist, kann bei einer Bewegung des Kolbens 25 entsprechend der Zeichnung nach
links Umgebungsluft in den Kolbenraum 23 einströmen. Gleichzeitig damit oder - materialabhängig
- zeitversetzt hierzu wird die Nadel 7 durch Entleeren der Kammer 13 über den Anschluß
15 sowie Belüften der Kammer 14 über den Anschluß 16 in die Öffnungsstellung gebracht.
Das Ansteuern der Anschlüsse 15 und 16 kann über das Proportionalventil 20 oder über
ein Vierwegeventil erfolgen, wobei eine Einstellung durch Betätigung der Einstellschraube
12 und/oder durch Verstellung einer Blende 36 im Bereich der Austrittsdüse 6 erfolgen
kann.
[0018] Die Vorrichtung kann auch eingesetzt werden, um bei gleichförmiger Bewegung unterschiedliche
Querschnitte des aufzubringenden Mediums oder aber auch gleiche oder gewollt unterschiedliche
Querschnitte des aufzubringenden Mediums bei unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten
der Austrittsdüse über dem entsprechenden Objekt zu erzeugen. Angaben über die Bewegungsgeschwindigkeit
des Objektes relativ zu der Vorrichtung (oder umgekehrt) können beispielsweise der
Vorrichtung über analoge Eingänge zugeführt werden.
[0019] Durch Wirkung des Staudrucks im Bereich der Zuführöffnung 2 wird die Nadel 22 aus
ihrer Position 22' entsprechend der zeichnerischen Darstellung nach links verschoben,
und zwar entgegen dem Druck der Feder 26. Dadurch wird das Volumen des Vorratsraums
4 vergrößert, was eine Verringerung des Drucks in der Vorratskammer 4 zur Folge hat.
Auf diese Weise wird ein aus der Staudruckentladung resultierender Materialüberschuß
in der Vorratskammer 4 kompensiert.
[0020] Während des Aufbringens pastöser Medien durch die Austrittsdüse 6 wird kontinuierlich
neues pastöses Medium über eine Pumpe (nicht dargestellt) dem Zufuhranschluß 2 zugeführt.
Durch die Pulsation der Pumpe entstehende Druckdifferenzen werden bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ausgeglichen, und zwar dadurch, daß die insgesamt mit 21 bezeichnete Volumenveränderungseinrichtung,
welche bei "Normaldruck" des pastösen Mediums eine Mittellage einnimmt, die etwa der
in Fig. 2 gezeichneten Position entspricht, bei einem Druckanstieg des aus Pfeilrichtung
C herangeführten pastösen Mediums entgegen der Vorspannkraft der Feder 26 nach links
bewegt wird, was eine Volumenvergrößerung des Vorratsraums 4 und damit einen entsprechenden
Druckabfall zur Folge hat. In entsprechender Weise bewegt sich die Nadel 22 bei einer
Druckverringerung nach rechts, was zu einer Verkleinerung des Volumens des Vorratsraums
4 und einem entsprechenden Druckanstieg führt. Auf diese Weise wird der Auftragvorgang
des pastösen Mediums in ein "dynamisches Gleichgewicht" versetzt. Der Vorgang der
Volumenvergrößerung bzw. Volumenverkleinerung ist grundsätzlich mit dem Öffnen des
Auslaßventils 6 vergleichbar, wobei jedoch die Druckdifferenz jeweils wesentlich geringer
ausfällt.
[0021] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die bei Normaldruck des zugeführten
Mediums eingestellte "Mittellage" durch die Vorspannkraft der Feder 26 bestimmt. Zusätzlich
dazu kann diese Vorspannkraft durch ein hydraulisches oder pneumatisches Medium erhöht
werden, welches der Kolbenkammer 28 über den Anschluß 26 zugeführt werden kann, und
dessen Vorspannkraft über das Proportionalventil 32 einstellbar ist. Wie bereits erwähnt,
ist aber der zusätzliche Einsatz eines Proportionalventils nicht zwingend erforderlich.
[0022] Der Applikationsvorgang pastösen Mediums wird dadurch beendet, daß über das Steuerventil
19 der Kolben 10 in die mit 10' bezeichnete Stellung und der Kolben 25 in die mit
25' bezeichnete Stellung bewegt werden. Die Bewegung kann gleichzeitig oder zeitversetzt
erfolgen. Dadurch werden die Nadeln 7 und 22 gegen ihre Nadelsitze 36 bzw. 24 gedrückt.
1. Vorrichtung zum Aufbringen pastöser Medien mit einem Zuführanschluß für das aufzubringende,
unter Druck zugeführte Medium, und mit einem Vorratsraum, aus dem das Medium durch
eine Austrittsdüse aus der Vorrichtung austritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsraum
(4) - in Materialflußrichtung gesehen - zwischen dem Zuführanschluß (2) und der Austrittsdüse
(6) angeordnet ist, und dem Vorratsraum (4) eine derartig ausgebildete Volumenveränderungseinrichtung
(21) zugeordnet ist, daß bei einem Druckanstieg in dem herangeführten Medium eine
Volumenvergrößerung und bei einem Druckabfall in dem herangeführten Medium eine Volumenverringerung
des Vorratsraums in einer Druckschwankungen in dem herangeführten Medium kompensierenden
Weise erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenveränderungseinrichtung
(21) einen einen Innenwandbereich des Vorratsraums (4) bildenden und unter Wirkung
einer Vorspanneinrichtung bei Normaldruck des Mediums in einer Mittellage gehaltenen
Verdrängungskörper aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper als
mit einem in einem Zylinder bewegbar angeordneten Kolben (25) verbundene, in den Vorratsraum
(4) ragende Nadel (22) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (22) zur Anlage
gegen einen im Eingangsbereich des Vorratsraums (4) angeordneten Nadelsitz (24) ausgebildet
ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung
durch eine Vorspannfeder (26) aufgebracht wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung
durch ein Hydraulikmedium aufgebracht wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung
durch ein Pneumatikmedium aufgebracht wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (30)
für das Hydraulikmedium bzw. für das Pneumatikmedium zur Zufuhr zu der dem Vorratsraum
(4) abgewandten Seite des Verdrängungskörpers ein Proportionalventil (32) vorgesehen
ist.