Verfahren und Vorrichtung zum streifenförmigen Auftragen von viskosem Material

Abstract

 Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum streifenförmigen Auftragen von viskosem Material auf die Oberfläche eines Werkstücks ist bei Relativbewegung zwischen AuftragSvorrichtung und Werkstück dafür gesorgt, daß das Material als fadenförmiger Strang aus einer Materialdüse (4) austritt und am Strangumfang von Druckluft beaufschlagt wird. Diese wird der Beaufschlagungsstelle (20) derart gerichtet zugeführt, daß eine tangentiale Strömungskomponente unterdrückt ist. Dies geschieht insbesondere dadurch, daß zwischen einem Verteiler-Ringraum (10) und einem Austrittskanal (17) mit sich zum Zentrum hin verjüngenden Wänden (18, 19) Führungskanäle (7) angeordnet sind, die den hindurchtretenden Teilströmen der Luft eine von Tangentialkomponenten freie Richtung geben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum streifenförmigen Auftragen von viskosem Material auf die Oberfläche eines Werkstücks, wobei Auftragsvorrichtung und Werktstück relativ zueinander bewegt werden, das Material unter Druck als fadenförmiger Strang aus einer Materialdüse austritt und der Strangumfang von Druckgas beaufschlagt wird, das der Beaufschlagungsstelle mit axialer und radialer Strömungskomponente zugeführt wird, sowie auf eine Vorrichtung zum streifenförmigen Auftragen von viskosem Material auf die Oberfläche eines Werkstücks, mit einer mit einem Materialanschluß verbundenen, zentralen Materialdüse und mit einem Gaszufuhrsystem, das einen mit einem Gasanschluß verbundenen Verteiler-Ringraum und einen die Materialdüse umgebenden Austrittskanal mit sich in axialer Strömungsrichtung zum Zentrum hin verjüngenden Wänden aufweist.

[0002] Als viskoses Material wird solches verstanden, das unter Betriebsbedingungen vom Druckgas nicht fein zerstäubt wird, sondern beim Auftragen zumindest abschnittsweise die Strangform beibehält. Im allgemeinen handelt es sich um Materialien, die eine Viskosität von mehr als 100 cSt besitzen. Typische Beispiele hierfür sind das Auftragen von Streifen aus Klebstoff oder Dichtungsmaterial. Zur Einstellung einer gewünschten Viskosität kann das Material erwärmt oder mit einem Lösungsmittelzusatz versehen sein.

[0003] Aus US-PS 4 995 333 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem einleitenden Absatz bekannt. Hier wird durch eine entsprechende Konfiguration von Materialdüse und Gaszufuhrsystem dafür gesorgt, daß der fadenförmige Materialstrang eine Drallbewegung erteilt bekommt, so daß er in einer Vielzahl aneinander anschließenden Kreisbögen auf der Oberfläche abgelegt wird. Die als Gas verwendete Luft wird über eine etwa achsparallele Bohrung einem Verteilerringraum zugeführt, von dem der Gas-Austrittskanal unmittelbar abgeht. Die Drallbewegung kann auf verschiedene Weise erzielt werden, beispielsweise dadurch, daß die der Gaszufuhr oder der Materialzufuhr dienende Bohrung gegenüber der Längsachse geneigt sind oder daß die Materialdüse und der Austrittskanal für das Gas asymmetrisch zueinander angeordnet sind.

[0004] Infolge der Drallbewegung wird der Strang in Kreisbögen jeweils gleichen Durchmessers abgelegt. Das bedeutet bei einem durchgehenden Streifen, bei dem die Kreise mit enger Überlappung gelegt werden müssen, daß die Ränder des Streifens eine größere Höhe haben als der Mittelbereich. Wird der Streifen mit einer zweiten Fläche in Berührung gebracht, beschränkt sich die Berührungsfläche auf die Randbereiche des Streifens, was sowohl beim Kleben als auch beim Dichten unerwünscht ist. Außerdem ist die pro Zeiteinheit auftragbare Materialmenge sehr begrenzt. Dies macht sich insbesondere bei größeren Streifendicken bemerkbar, wie sie für eine Dichtung benötigt werden. Steigert man die Auftragsmenge über den genannten Grenzwert hinweg, wird die Streifenumgebung von Materialteilchen verschmutzt.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Streifenauftrag zu verbessern, insbesondere hinsichtlich des Streifenquerschnitts und/oder der Auftragsgeschwindigkeit.

[0006] Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, daß das Druckgas der Beaufschlagungsstelle derart gerichtet zugeführt wird, daß eine tangentiale Strömungskomponente unterdrückt ist.

[0007] Bei diesem Vorgehen wird das Druckgas, bevor es den Strang beaufschlagt, so ausgerichtet, daß die für den Drall verantwortliche tangentiale Strömungskomponente im wesentlichen fortfällt. Der fadenförmige Strang wird daher nicht mehr durch Zentrifugalkräfte belastet und ständig in gleich großen Kreisbögen abgelegt, sondern die Auslenkung aus der Mittellage erfolgt aufgrund von immer vorhandenen Instabilitäten in dem zugeführten Druckgas. Hierbei können zwar auch Kreisbewegungen auftreten. Da der Kreisdurchmesser aber nicht immer gleich der Streifenbreite ist, ergibt sich eine Materialüberlagerung, die im Endeffekt zu einem Streifen mit vergleichmäßigter Dicke führt. Bei der jeweiligen Anwendung steht daher die gesamte Streifenoberfläche als Kontaktfläche zur Verfügung.

[0008] Im bekannten Fall wurde eine Einschnürung des fadenförmigen Stranges sowohl durch die ihn beaufschlagende Druckluft als auch durch das Verdrillen des Stranges um seine eigene Achse bewirkt. Wenn man die Materialzufuhr und notwendigerweise auch die Gaszufuhr erhöhte, führte dies zu einer so starken Drill-Verdünnung, daß der Strang abriß. Die abgerissenen Strangteile wurden durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert, wo sie als Verunreinigungen störten. Erfindungsgemäß dagegen können Materialdruck und Gasdruck ganz wesentlich erhöht werden. Zum einen ist der Grenzwert, bei dem Strangabschnitte abreißen, wegen des fehlenden Dralls wesentlich höher. Zum andern ist es unschädlich, wenn Strangabschnitte abreißen, da sie wegen der fehlenden Zentrifugalkraft nicht nach außen geschleudert werden, sondern im Streifenbereich verbleiben. Man kann daher die Auftragsgeschwindigkeit ganz wesentlich erhöhen, ohne eine Verschmutzung der Umgebung befürchten zu müssen. Das Verfahren eignet sich daher insbesondere für den Auftrag von dicken Streifen, aber auch für den schnelleren Auftrag von dünnen Streifen.

[0009] Wegen der hohen Zuverlässigkeit ist das Verfahren auch für den automatischen Streifenauftrag durch Roboter geeignet.

[0010] Eine bevorzugte Lösung sieht vor, daß das Druckgas nach einer ringförmigen Verteilung in mehrere Teilströme unterteilt wird, die je für sich gerichtet und erst kurz vor der Beaufschlagung wieder zusammengeführt werden. Die jeweils für sich gerichteten Teilströme behalten ihre Richtung bis zur Beaufschlagung bei.

[0011] Im einfachsten Fall genügen drei mit gleichmäßigem Umfangsabstand zugeführte Teilströme, um den Strang bei der Beaufschlagung in einer sicheren Mittellage zu halten. Günstiger ist es aber, 6 bis 10 Teilströme vorzusehen, um den Strangumfang an der Beaufschlagungsstelle möglichst lückenlos mit Gas zu umgeben.

[0012] Zweckmäßigerweise wird der gasumhüllte Strang kurz nach der Beaufschlagung eingeschnürt. Hinter der Einschnürstelle breitet sich die Druckluft als Kegel aus. Sie bildet eine Hülle, die ein Wegschleudern von Einzelabschnitten des Stranges verhindert. Die Einschnürstelle selbst ist der Gelenkpunkt, um den der Strang seine anfänglichen Taumel- oder Drehbewegungen ausführt. Durch Verlagerung der Einschnürstelle mit Bezug auf die Materialdüse läßt sich die Streifenbreite einstellen. Insbesondere läßt sich ein verhältnismäßig spitzer Kegel einstellen. Dies erlaubt es, bei einer gegebenen Streifenbreite einen verhältnismäßig großen Abstand zwischen Austrittsdüse und Oberfläche vorzusehen. Die Gefahr einer Verschmutzung durch rückprallendes Material ist daher gering.

[0013] Insbesondere kann das Druckgas mit pulsierendem Druck zugeführt werden. Hiermit läßt sich die Verteilung des Materials im Streifen beeinflussen.

[0014] Vorrichtungsmäßig besteht die Lösung erfindungsgemäß darin, daß zwischen Verteiler-Ringraum und Austrittskanal in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Führungskanäle angeordnet sind, die den hindurchtretenden Teilströmen eine von Tangentialkomponenten freie Richtung geben. Die aus den Führungskanälen austretenden Teilströme behalten ihre von Tangentialkomponenten freie Richtung bis zur Beaufschlagungsstelle bei.

[0015] Insbesondere können die Führungskanäle parallel zur Materialdüsenachse verlaufen. Dies ergibt eine sehr handliche Konstruktion, weil der Abstand zwischen Materialdüsenachse und Führungskanälen klein gehalten werden kann.

[0016] Herstellungstechnisch empfiehlt es sich, daß ein die Materialdüse tragendes Materialrohr von einem Außenrohr umschlossen ist und daß die Führungskanäle als Axialnuten an der zylindrischen Trennfläche der beiden Rohre ausgebildet sind. Es brauchen lediglich die Axialnuten in dem einen Rohr gefräst und durch das andere Rohr abgedeckt zu werden.

[0017] Ebenfalls der Herstellungsvereinfachung dient es, wenn der Verteiler-Ringraum durch eine Umfangsaussparung an der zylindrischen Trennfläche der beiden Rohre ausgebildet ist.

[0018] Am günstigsten ist es hierbei, wenn die Axialnuten am Materialrohr und die Umfangsaussparung am Außenrohr vorgesehen sind.

[0019] Es empfiehlt sich, daß die am Materialrohr vorgesehenen Axialnuten bis in den Bereich des Gasanschlusses reichen. Dies ergibt eine turbulente und daher gleichmäßige Gasverteilung mit anschließender Beruhigung.

[0020] Insbesondere sollte die Länge der Führungskanäle mindestens das 3fache des Durchmessers betragen, auf dem sie angeordnet sind. Dies führt zu einer ausreichenden Ausrichtung der Gasteilströme.

[0021] Mit besonderem Vorteil schließt mindestens ein Gasanschluß seitlich und insbesondere radial an den Verteiler-Ringraum an. Der Verteiler-Ringraum dient der Beruhigung des radial zugeführten Druckgases. Jegliche tangentiale Komponente wird durch die anschließenden Führungskanäle unterdrückt.

[0022] Es sollten 6 bis 10 Führungskanäle vorgesehen sein.

[0023] Günstig ist es, daß der ringförmige Querschnitt des Austrittskanals über seine Länge annähernd konstant ist. Das Gas behält dann seine Strömungsgeschwindigkeit bei.

[0024] Mit besonderem Vorteil mündet der Austrittskanal zwischen der Materialdüse und einer Austrittsdüse, die einen größeren Querschnitt hat als die Materialdüse. Diese Austrittsdüse dient der Einschnürung des gasumhüllten Stranges und ergibt die weiter oben genannten Vorteile.

[0025] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Auftragvorrichtung,

Fig. 2

einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3

einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 1 und

Fig. 4-6

schematisch den Vergleich zwischen verschiedenen Arten des Streifenauftrags.

[0026] Die Auftragvorrichtung der Fig. 1 bis 3 weist ein Materialrohr 1 mit einem Materialkanal 2 auf, der einen Materialanschluß 3 mit einer Materialdüse 4 verbindet. Der Außenumfang des Materialrohrs 1 weist sechs in gleichem Umfangsabstand angeordnete Axialnuten 5 auf, die vom Innenumfang eines aufgeschobenen Außenrohres 6 abgedeckt werden und daher zur Materialdüsenachse parallel verlaufende Führungskanäle 7 bilden. An der Innenseite des Außenrohres 6 ist eine Umfangsaussparung 8 vorgesehen, die mit einem radialen Druckgas-Anschluß 9, über den Druckluft zugeführt wird, versehen sowie von der Außenseite des Materialrohres 1 abgedeckt ist und daher einen Verteiler-Ringraum 10 bildet. Die beiden Rohre 1 und 6 sind über Gewinde 11 bzw. 12 an einem Anschlußkörper 13 befestigt. An der gegenüberliegenden Seite ist auf das Außenrohr 6 eine Kappe 14 mittels eines Gewindes 15 aufgeschraubt. Sie besitzt eine Austrittsdüse 16, die einen etwas größeren Durchmesser besitzt als die Materialdüse 4. Zwischen Kappe 14 und Materialrohr 1 verläuft ein Austrittskanal 17 für die Druckluft. Dieser Austrittskanal wird durch zwei konische Wände 18 und 19 begrenzt, von denen die eine an der Stirnseite des Materialrohres 1 und die andere an der Rückseite der Kappe 14 ausgebildet ist.

[0027] Im Betrieb wird viskoses Material über den Materialanschluß 3 und den Materialkanal 2 zugeführt. Es tritt als fadenförmiger Strang aus der Materialdüse 4 aus. Druckluft wird über den Druckluftanschluß 9, den Verteiler-Ringraum 10 und die zur Materialdüsenachse 4 parallelen Führungskanäle 7 zugeführt. In diesen Führungskanälen werden Teilströme der Druckluft letztendlich achsparallel ausgerichtet. Sie werden im Austrittskanal 17 radial nach innen umgelenkt und treffen an einer Beaufschlagungsstelle 20 auf den Umfang des fadenförmigen Stranges auf, wobei die Beaufschlagungsrichtung praktisch frei von einer - bezogen auf die Achse der Materialdüse 4 - tangentialen Strömungskomponente ist. Soweit die Unterteilung in Teilströme in Umfangsrichtung gewisse Unregelmäßigkeiten bei der Beaufschlagung bewirkt, sind diese unschädlich, weil sie den Strang symmetrisch belasten. Der Strang und das ihn umhüllende Druckgas treten durch die Austrittsdüse 16 auf. Durch die Beaufschlagung und die Einengung wird der Strang eingeschnürt und verdünnt. Außerhalb der Austrittsdüse 16 weitet sich das Druckgas als Führungskegel aus. Infolge der immer vorhandenen Instabilitäten bewegt sich der Strang innerhalb des Führungskegels taumelnd und kreisend, bis er auf der nicht veranschaulichten Oberfläche auftrifft.

[0028] Weil der Strang durch das Druckgas keinen Drall erfährt und daher auch nicht durch einen solchen Drall zusätzlich eingeschnürt wird, kann man mit relativ hohen Gasdrücken und dementsprechend hohen Materialmengen arbeiten, ehe der Strang in einzelne Abschnitte zerreißt. Weil wegen des fehlenden Dralls auch keine nennenswerten Zentrifugalkräfte auftreten, darf der Luftdruck sogar so hoch gewählt werden, daß der Strang in Abschnitte zerreißt, weil diese innerhalb des Führungskegels der Druckluft verbleiben. Daher ist ein großer Bereich der Materialdrücke, beispielsweise von 2 bis 60 bar, und ein großer Bereich der Gasdrücke, beispielsweise von 0,2 bis 5 bar, anwendbar. Empfehlenswert ist es, den Gasdruck kleiner als den Materialdruck zu halten.

[0029] Bei entsprechender Einstellung der Material- und Gasdrücke läßt sich auch eine gleichmäßige Verteilung des Materials über die Streifenbreite erzielen, wie dies anhand der Fig. 4 bis 6 näher erläutert wird. Fig. 4 zeigt die Verhältnisse bei Gaszufuhr mit tangentialer Komponente. Das Material wird in Form eines schmalen Ringes 21 abgelegt, was der Verteilung 22 entspricht. Infolge der Relativbewegung zwischen Auftragsvorrichtung und zu beschichtender Oberfläche gemäß dem Pfeil P ergeben sich Überlagerungen der ringförmigen Ablagerung, was einem Streifenquerschnitt 23 entspricht. Würde man dafür sorgen, daß kreisförmige Muster 24 entsprechend der Gleichverteilung 25 abgelegt werden, ergäbe sich der Streifenquerschnitt 26. Der angestrebte Auftrag liegt zwischen den beiden Extremen. Das Auftragsmuster 27 hat etwa die Verteilung 28, gemäß der in der Mitte ein geringfügiger und weiter außen ein stärkerer Auftrag erfolgt. Dies führt im optimalen Fall wegen der Integrationswirkung der Bewegungskomponente P zu dem gleichmäßigen Streifenquerschnitt 29 der Fig. 5. Auf jeden Fall liegt die Form des Querschnitts zwischen den Formen der extremen Querschnitte 23 und 26.

[0030] Zur Änderung der Streifenbreite kann die Austrittsdüse axial gegenüber der Materialdüse 4 verstellt werden. Hierdurch ändert sich der Winkel des Führungskegels. Außerdem ist die Auftragsform über einem größeren Bereich des Abstandes zwischen der Auftragsvorrichtung 1 und der zu beschichtenden Oberfläche gewährleistet. Man kann daher den Abstand auf jeden Fall so wählen, daß eine Verschmutzung der Kappe 14 durch rückprallendes Material vermieden ist.

[0031] Von den dargestellten Ausführungsformen kann in vielfacher Hinsicht abgewichen werden. Beispielsweise kann der Gasanschluß 9 im Anschlußkörper 13 angeordnet sein. Das Gas kann auch in erwärmtem Zustand zugeführt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum streifenförmigen Auftragen von viskosem Material auf die Oberfläche eines Werkstücks, wobei Auftragsvorrichtung und Werstück relativ zueinander bewegt werden, das Material unter Druck als fadenförmiger Strang aus einer Materialdüse austritt und der Strangumfang von Druckgas beaufschlagt wird, das der Beaufschlagungsstelle mit axialer und radialer Strömungskomponente zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas der Beaufschlagungsstelle (20) derart gerichtet zugeführt wird, daß eine tangentiale Strömungskomponente unterdrückt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas nach einer ringförmigen Verteilung in mehrere Teilströme unterteilt wird, die je für sich gerichtet und erst kurz vor der Beaufschlagung wieder zusammengeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung in 6 bis 10 Teilströme erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gasumhüllte Strang kurz nach der Beaufschlagung eingeschnürt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas mit pulsierendem Druck zugeführt wird.

6. Vorrichtung zum streifenförmigen Auftragen von viskosem Material auf die Oberfläche eines Werkstücks, mit einer mit einem Materialanschluß verbundenen, zentralen Materialdüse und mit einem Gaszufuhrsystem, das einen mit einem Gasanschluß verbundenen Verteiler-Ringraum und einen die Materialdüse umgebenden Austrittskanal mit sich in axialer Strömungsrichtung zum Zentrum hin verjüngenden Wänden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verteiler-Ringraum (10) und Austrittskanal (17) in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Führungskanäle (7) angeordnet sind, die den hindurchtretenden Teilströmen eine von Tangentialkomponenten freie Richtung geben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (7) parallel zur Materialdüsenachse verlaufen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Materialdüse (4) tragendes Materialrohr (1) von einem Außenrohr (6) umschlossen ist und daß die Führungskanäle (7) als Axialnuten (5) an der zylindrischen Trennfläche der beiden Rohre ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler-Ringraum (10) durch eine Umfangsaussparung (8) an der zylindrischen Trennfläche der beiden Rohre (1, 6) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialnuten (5) am Materialrohr (1) und die Umfangsaussparung (8) am Außenrohr (6) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die am Materialrohr (1) vorgesehenen Axialnuten (5) bis in den Bereich des Gasanschlusses (9) reichen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Führungskanäle (7) mindestens das 3fache des Durchmessers betragen, auf dem sie angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gasanschluß (9) seitlich an den Verteiler-Ringraum (10) anschließt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Gasanschluß (9) radial an den Verteiler-Ringraum (10) anschließt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß 6 bis 10 Führungskanäle (7) vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Querschnitt des Austrittskanals (17) über seine Länge annähernd konstant ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichent, daß der Austrittskanal (17) zwischen der Materialdüse (4) und einer Austrittsdüse (16) mündet, die einen größeren Querschnitt hat als die Materialdüse.

Zeichnung