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Title:
DEVICE FOR APPLYING A VISCOUS MATERIAL TO WORKPIECES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166139
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (10) for applying a viscous material to workpieces, comprising a housing (12), an application channel (14) extending in the housing (12) up to an outlet opening (16), and a needle valve (18) for opening and closing the application channel (14) at a valve seat (24). According to the invention, an actuating element (28) is mounted in the housing (12) for rotation about an axis of rotation (30), the axis of rotation (30) extending parallel to a longitudinal direction (20) in which the valve needle (22) of the needle valve (18) can be moved relative to the housing (12), the actuating element (28) has, in the radial lateral surface (32) thereof, a guide groove (34), which extends circumferentially all around and is curved in the axial direction (20) and in which at least one pin (36) extending in the radial direction engages, and the valve needle (22) is connected to the actuating element (28) or the at least one pin (36) in such a way that rotation of the actuating element (28) about the axis of rotation (30) causes movement of the valve needle (22) relative to the housing (12) in the longitudinal direction (20).

Inventors:
HAUSNER, Thomas (Franz-Müller-Straße 42, Bretten, 75015, DE)
JÄGER, David (Adolf-Bieringer-Straße 5, Bruchsal, 76646, DE)
ENDERLE, Gerrit (Panorama Straße 6, Knittlingen, 75438, DE)
Application Number:
EP2019/050287
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
January 08, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ATLAS COPCO IAS GMBH (Gewerbestraße 52, Bretten, 75015, DE)
International Classes:
B05C11/10; B05C5/02; F16K1/00; F16K31/00
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE BREGENZER UND REULE PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT MBB (Rheinstraße 19, Baden-Baden, 76532, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Vorrichtung zum Aufträgen eines viskosen Materials auf Werkstücke mit ei- nem Gehäuse (12), mit einem im Gehäuse (12) bis zu einer Austrittsöffnung (16) verlaufenden Auftragskanal (14) und mit einem Nadelventil (18) zum Freigeben und Schließen des Auftragskanals (14) an einem Ventilsitz (24), dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (12) ein Betätigungselement

(28) um eine Drehachse (30) drehbar gelagert ist, wobei sich die Drehachse (30) parallel zu einer Längsrichtung (20) erstreckt, in der die Ventilnadel (22) des Nadelventils (18) bezüglich des Gehäuses (12) verschieblich ist, dass das Betätigungselement (28) in seiner radialen Mantelfläche (32) eine rings umlaufende, in axialer Richtung (20) gekrümmte Führungsnut (34) aufweist, in die mindestens ein sich in radialer Richtung erstreckender Zapfen (36) eingreift, und dass die Ventilnadel (22) so mit dem Betätigungselement (28) oder dem mindestens einen Zapfen (36) verbunden ist, dass eine Drehung des Betätigungselements (28) um die Drehachse (30) eine Verschiebung der Ventilnadel (22) bezüglich des Gehäuses (12) in der Längsrichtung (20) be- wirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Betäti- gungselement (28) in der Längsrichtung (20) unverschieblich im Gehäuse (12) gelagert ist und dass der mindestens eine Zapfen (36) fest mit der Ven- tilnadel (22) verbunden und in der Längsrichtung (20) verschieblich im Ge- häuse (12) gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zapfen (36) gehäusefest ist und dass die Ventilnadel (22) fest mit dem Betätigungselement (28) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass mindestens zwei vorzugsweise in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnete Zapfen (36) in die Führungsnut (34) eingreifen.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnut (34) mehrere aneinander anschließende identische Abschnitte (38) aufweist. 6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Motor zum Drehen des Betätigungselements (28).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Elektromotor, insbesondere ein Servomotor, ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor lösbar am Gehäuse (12) befestigt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Antriebselement (40) antreibt, das mittels Reib- oder Formschluss mit dem Betätigungselement (28) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Betäti- gungselement (28) an einer dem Ventilsitz (24) abgewandten Stirnfläche

(42) eine Eingriffskontur (44) aufweist, in die das Antriebselement (40) ein- g reift.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- griffskontur (44) die Form eines Kreuzschlitzes hat.

12. Verfahren zum Aufträgen eines viskosen Materials auf Werkstücke unter Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprü- che, wobei das viskose Material druckbeaufschlagt in den Auftragskanal (14) eingeleitet wird und wobei mittels Drehen des Betätigungselements (28) im Gehäuse (12) das Nadelventil (18) durch Abheben der Ventilnadel (22) vom

Ventilsitz (24) und Aufsetzen der Ventilnadel (22) auf den Ventilsitz (24) pe- riodisch geöffnet und geschlossen wird.

13. Verfahren zum Aufträgen eines viskosen Materials auf Werkstücke unter Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wo- bei das viskose Material druckbeaufschlagt in den Auftragskanal (14) einge- leitet wird und wobei ein Materialfluss durch die Austrittsöffnung (16) mittels Verdrehen des Betätigungselements (28) bezüglich des Gehäuses (12) ge- regelt wird.

Description:
Vorrichtung zum Aufträgen eines viskosen Materials auf Werkstücke

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufträgen eines viskosen Materials auf Werkstücke gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Vorrichtungen dienen dem Aufträgen von viskosem Material wie bei- spielsweise Klebstoff, Dichtstoff, Dämmstoff oder Wärmeleitpaste, auf ein Werk- stück wie beispielsweise ein Karosserieteil in der Kraftfahrzeugfertigung. Je nach Anwendungsgebiet und Art des Materials kann es notwendig sein, durchgehende Materialraupen aufzutragen oder aber einzelne Materialpunkte, die im Abstand zueinander angeordnet sind. Beim Auftrag einzelner Materialpunkte besteht das Problem, dass ein Ventil der Auftragsvorrichtung beim Auftrag jedes Material- punkts geöffnet und geschlossen werden muss. Bei einer schnellen zeitlichen Ab- folge von Öffnungs- und Schließvorgängen ist der Einsatz von schnellschaltenden Ventilen erforderlich. Bei vorbekannten Auftragsvorrichtungen ist zu diesem Zweck jeweils eine Scheibe mit einer Öffnung vorgesehen, die hin und her ge- dreht wird, um den Auftragskanal im Wechsel freizugeben und wieder zu ver- schließen. Je schneller die Abfolge der aufgetragenen Materialpunkte sein soll, desto schneller muss die Scheibe zum Freigeben und wieder Verschließen des Auftragskanals beschleunigt und wieder abgebremst werden. Zu ihrem Antrieb sind dann leistungsfähige Motoren erforderlich, die einen hohen Energiever- brauch haben und groß bauen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der Auftrag von Materialpunkten verbessert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen- stand der abhängigen Ansprüche.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass das Betätigungselement mit ho- her Geschwindigkeit gedreht werden kann und sich die Ventilnadel durch diese Drehung um die gehäusefeste Drehachse aufgrund des Eingriffs des mindestens einen Zapfens in die Führungsnut und aufgrund der Verbindung mit dem mindes- tens einen Zapfen oder dem Betätigungselement in axialer Richtung hin und her bewegt. Die Führungsnut läuft rings um die Mantelfläche des Betätigungsele- ments um und ist in sich geschlossen, so dass die Ventilnadel nach einer Dre- hung des Betätigungselements um 360 Grad stets wieder in ihre Ausgangslage bezüglich des Gehäuses zurückkehrt und dabei den Zuführkanal stetig im Wech- sel freigibt und wieder verschließt. Dabei ist es möglich, dass das Betätigungs- element in der Längsrichtung unverschieblich im Gehäuse gelagert ist und dass der mindestens eine Zapfen fest mit der Ventilnadel verbunden und in der Längs- richtung verschieblich im Gehäuse gelagert ist, oder aber dass der mindestens eine Zapfen gehäusefest ist und dass die Ventilnadel fest mit dem Betätigungs- element verbunden ist. Ein ständiges Beschleunigen und Abbremsen des Betäti- gungselements ist dabei in der Regel nicht erforderlich. Das energieintensive Be- schleunigen und Abbremsen eines Schließkörpers wie bei vorbekannten Vorrich- tungen, das eine hohe Motorleistung erfordert, entfällt dabei weitgehend. Die Zahl der pro Zeiteinheit abgegebenen Materialpunkte lässt sich zudem auf einfache Weise durch Änderung der Drehzahl steuern. Die Verwendung eines weniger leistungsfähigen Motors, der kleiner baut, verringert zudem den Platzbedarf. Zu- dem ist es möglich, durch definiertes Verdrehen des Betätigungselements die Austrittsöffnung in definierter Weise zu öffnen, um den Materialfluss zu regeln. Insbesondere können auch Materialraupen aufgetragen werden, wobei durch die Stellung des Betätigungselements im Gehäuse die Dicke der Materialraupe defi niert wird. Zweckmäßig sind mindestens zwei Zapfen vorgesehen, die in die Führungsnut eingreifen, und die vorzugsweise in gleichen Winkelabständen zueinander ange- ordnet sind. Diese Maßnahme sorgt für eine stabilere Führung des Betätigungs- elements im Gehäuse. Dabei ist es möglich, dass die Führungsnut eine erste, in einer ersten Richtung gekrümmte Partie sowie eine sich an die erste Partie an- schließende zweite, in einer in entgegengesetzter Richtung gekrümmte Partie aufweist, so dass bei einer Drehung des Betätigungselements im Gehäuse um 360° dieses genau einmal hin und wieder her bewegt wird. Um die Öffnungs- und Schließfrequenz des Nadelventils zu erhöhen ohne hierfür die Drehzahl des Betä- tigungselements im Gehäuse erhöhen zu müssen, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Führungsnut mehrere aneinander anschließende identische Ab- schnitte aufweist. Jeder dieser Abschnitte weist dann eine erste Partie mit einer Krümmung in die erste Richtung und eine sich daran anschließende zweite Partie mit einer Krümmung in die entgegengesetzte zweite Richtung auf, so dass das Betätigungselement bei einer Drehung um 360° im Gehäuse mehrere Hin- und Fierbewegungen im Gehäuse ausführt und das Nadelventil mehrfach öffnet und schließt. Die ersten und zweiten Partien sind zweckmäßig jeweils gleich lang.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zweckmäßig einen Motor zum Drehen des Betätigungselements auf, welcher vorteilhaft als Elektromotor und insbeson- dere als Servomotor ausgebildet ist. Desweiteren wird bevorzugt, dass der Motor lösbar am Gehäuse befestigt ist, so dass er auf einfache Weise ausgetauscht werden kann. Vorteilhaft treibt der Motor ein Antriebselement an, das mittels Reib- oder Formschluss mit dem Betätigungselement verbunden ist. Zusätzlich kann es mittels einer vorzugsweise lösbaren Verbindung am Betätigungselement fixiert sein. Bei einer losen Verbindung zwischen dem Antriebselement und dem Betäti- gungselement muss das Antriebselement nicht aufwendig vom Betätigungsele- ment gelöst werden, wenn es zusammen mit dem Motor ausgetauscht werden soll. Zweckmäßig weist das Betätigungselement dann an einer dem Ventilsitz ab- gewandten Stirnfläche eine Eingriffskontur auf, in die das Antriebselement ein- greift. Die Eingriffskontur hat vorzugsweise die Form eines Kreuzschlitzes, wäh- rend das Antriebselement eine hierzu komplementäre Form aufweist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Verfahren zum Aufträgen eines viskosen Materials auf Werkstücke ausgeführt werden. Dabei wird das viskose Material druckbeaufschlagt in den Auftragskanal eingeleitet und das Nadelventil wird mittels Drehen des Betätigungselements im Gehäuse durch Abheben der Ventilnadel vom Ventilsitz und Aufsetzen der Ventilnadel auf den Ventilsitz perio- disch geöffnet und geschlossen. Die Frequenz, mit der Materialpunkte abgegeben werden, kann auf diese Weise einfach durch Änderung der Drehzahl des Betäti- gungselements variiert werden. Bei einem alternativen Auftragsverfahren wird durch ein gezieltes Verdrehen des Betätigungselements bezüglich des Gehäuses und eine daraus resultierende Linearbewegung der Ventilnadel ein definierter Materialfluss durch die Austrittsöffung eingestellt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 a eine Vorrichtung zum Aufträgen eines viskosen Materials in Seiten- ansicht;

Fig. 1 b die Vorrichtung gemäß Fig. 1 a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie A-A und

Fig. 2a, 2b eine Betätigungselement in perspektivischer Ansicht und in Seiten- ansicht. Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 10 dient dem Aufträgen von visko- sem Material wie Klebstoff, Dichtstoff, Dämmstoff oder Wärmeleitpaste, auf Werk- stücke. Sie weist ein Gehäuse 12 auf, durch das ein Auftragskanal 14 bis zu ei- ner Austrittsöffnung 16 verläuft, über den das viskose Material zum Auftrag auf das Werkstück geleitet wird. Im Gehäuse 12 ist ein Nadelventil 18 angeordnet, das eine in einer Längsrichtung 20 verschiebliche und sich in der Längsrichtung 20 erstreckende Ventilnadel 22 aufweist, die zum Verschließen des Auftragska- nals 14 auf einen Ventilsitz 24 aufgesetzt und zum Freigeben des Auftragskanals 14 vom Ventilsitz 24 abgehoben wird. Die Ventilnadel 22 ist fest mit einer nach oben offenen, in der Längsrichtung be- grenzt im Gehäuse verschieblichen Hülse 26 verbunden, in der ein Betätigungs- element 28 aufgenommen ist. Das Betätigungselement 28 ist im Gehäuse 12 um eine sich parallel zur Längsrichtung 20 erstreckende Drehachse 30 drehbar und in der Längsrichtung 20 bezüglich des Gehäuses 12 unverschieblich angeordnet. Es weist eine radiale Mantelfläche 32 auf, in der eine rings umlaufende Füh- rungsnut 34 angeordnet ist, in die zwei einander diametral gegenüberliegende, fest mit der Hülse 26 verbundene und sich in radialer Richtung nach innen erstre- ckende Zapfen 36 eingreifen. Die Führungsnut 34 ist in sich geschlossen und in axialer Richtung 20 gekrümmt, so dass eine Drehung des Betätigungselements 28 bezüglich des Gehäuses 12 in einer linearen Bewegung der Zapfen 36, der Hülse 26 und der Ventilnadel 22 zwischen zwei Endpositionen resultiert. Dabei weist die Führungsnut 34 zwei identische Abschnitte 38 auf, die sich jeweils über die Hälfte des Umfangs der Mantelfläche 32 erstrecken und ineinander überge- hen. Jeder der Abschnitte 38 weist eine in Drehrichtung betrachtet nach unten zum Ventilsitz 24 geneigte erste Partie 38a und eine an die erste Partie 38a an- schließende, in Drehrichtung betrachtet nach oben vom Ventilsitz 24 weg geneig- te zweite Partie 38b auf. Wird das Betätigungselement 28 um 180° um die Dreh- achse 30 gedreht, so gelangt die Ventilnadel 22 wieder in ihre Ausgangsposition. Um das Nadelventil 18 einmal zu öffnen und wieder zu schließen, genügt es da- her, das Betätigungselement 28 um 180° zu drehen, welches dann seine Dreh- bewegung in eine Linearbewegung der Hülse und der Ventilnadel 22 im Gehäuse 1 2 umsetzt.

Zur Drehung des Betätigungselements 28 ist ein als Servomotor ausgebildeter Elektromotor vorgesehen, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der Servomo- tor treibt ein im Gehäuse 12 angeordnetes Antriebselement 40 an, das wiederum auf einer der Stirnfläche 26 abgewandten Stirnfläche 42 des Betätigungselements 28 aufliegt. In der Stirnfläche 42 befindet sich eine Eingriffskontur 44 in Form ei- nes Kreuzschlitzes, in die eine komplementäre Kontur des Antriebselements 40 formschlüssig eingreift. Das Antriebselement 40 kann fest mit dem Servomotor verbunden sein und zusammen mit diesem vom Betätigungselement 28 abgeho- ben und aus dem Gehäuse 12 entnommen werden. Es ist zudem mittels einer Schraube 46 lösbar mit dem Betätigungselement 28 verbunden.

Die Auftragsvorrichtung 10 kann insbesondere in zwei Betriebsarten betrieben werden, wobei das viskose Material druckbeaufschlagt in den Auftragskanal ein- geleitet wird. Zum einen können Punkte des Materials in schneller Abfolge auf ein Werkstück aufgetragen werden, indem das Betätigungselement 28 im Gehäuse 12 gedreht wird. Die Auftragsfrequenz kann durch Regeln der Drehfrequenz des Betätigungselements 28 geregelt werden. Zum anderen kann durch gezieltes Verdrehen des Betätigungselements 28 bezüglich des Gehäuses 12 ein definier- ter Materialfluss durch die Austrittsöffnung 16 eingestellt werden.

Alternativ zum oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Ventilnadel 22 über die Hülse 26 fest mit den im Gehäuse linear beweglichen Zapfen 36 ver- bunden ist, kann die Ventilnadel 22 auch fest mit dem Betätigungselement 28 verbunden sein. Die Zapfen 36 sind dann gehäusefest, und die Drehung des Be- tätigungselements 28 um die Drehachse 30 bewirkt dann eine lineare Hin- und Herbewegung des Betätigungselements 28 im Gehäuse unter Mitnahme der Ven- tilnadel 22.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrich- tung 10 zum Aufträgen eines viskosen Materials auf Werkstücke mit einem Ge- häuse 12, mit einem im Gehäuse 12 bis zu einer Austrittsöffnung 16 verlaufenden Auftragskanal 14 und mit einem Nadelventil 18 zum Freigeben und Schließen des Auftragskanals 14 an einem Ventilsitz 24. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Gehäuse 12 ein Betätigungselement 28 um eine Drehachse 30 drehbar gela- gert ist, wobei sich die Drehachse 30 parallel zu einer Längsrichtung 20 erstreckt, in der die Ventilnadel 22 des Nadelventils 18 bezüglich des Gehäuses 12 ver- schieblich ist, dass das Betätigungselement 28 in seiner radialen Mantelfläche 32 eine rings umlaufende, in axialer Richtung 20 gekrümmte Führungsnut 34 auf- weist, in die mindestens ein sich in radialer Richtung erstreckender Zapfen 36 eingreift, und dass die Ventilnadel 22 so mit dem Betätigungselement 28 oder dem mindestens einen Zapfen 36 verbunden ist, dass eine Drehung des Betäti- gungselements 28 um die Drehachse 30 eine Verschiebung der Ventilnadel 22 bezüglich des Gehäuses 12 in der Längsrichtung 20 bewirkt.