Pulsventil Berührungslose Dosierung von Medien

Ein zielgenauer und reproduzierbarer Auftrag von Medien unterschiedlichster Viskosität ist für viele Produktions- und Montageprozesse unerlässlich. Die fortschreitende Automatisierung und Miniaturisierung machen einen berührungslosen Auftrag von Kleinstmengen nötig. Die wenigen am Markt bestehenden Systeme zeichnen sich vor allem durch eine sehr komplexe und damit teure Gesamtlösung aus. Abhilfe soll das neue Micro Point Pulsventil(MPP) schaffen.

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

microsonic GmbH

Walther Systemtechnik GmbH

Es ist für viele Prozesse wichtig, kleinste Mengen, teilweise sehr hochviskoser Medien, positionsgenau aufzutragen. Dafür gibt es am Markt einige Technologien nach dem Stand der Technik, wobei die kontaktlose Dosierung zunehmend in den Focus für Neukonzeptionen und zur Integration in bestehende Systeme rückt.

Die stetige Verkleinerung der Bauteile und die sich rasant verkürzenden Zykluszeiten stellen immer höhere Anforderungen an das technische Equipment für das Aufbringen von Medien. Walther Systemtechnik hat mit dem Micro Point Pulsventil ein System zur kontaktlosen Dosierung von Medien geschaffen, das eine exakte Funktion mit einem soliden Preis verbindet. Es wird bevorzugt zum kontaktlosen Aufpulsen von Medien unterschiedlichster Viskosität, wie zum Beispiel von Fetten, Ölen, Klebstoffen, Lacken, Fluss- und Lösungsmitteln verwendet.

Pulsventil wurde aus der Vollstrahlvariante entwickelt

Die Ventile wurden aus einer Vollstrahlvariante zum Auftragen von Raupen und größeren Medienmengen entwickelt. Als Ausgangsbasis dienten die Ergebnisse aus einem umfassenden Dauerversuch, der die Schwächen des Ausgangssystem schonungslos offen legte. Die Genauigkeit und Platzierung des Mediums konnte vor den Optimierungsarbeiten nicht als prozesssicher bezeichnet werden.

Das Hauptziel der Entwicklungsarbeiten lag darin, ein System zur Erzeugung von kleinen Medienmengen zu schaffen. Dazu wurden einzelne Systemkomponenten hinsichtlich der Werkstoffe und der Geometrien derart verändert, dass wesentlich längere Standzeiten erreicht werden können. Es sollte ein marktreifes Produkt entwickelt werden, mit welchem nicht nur eine bestimmte Zykluszahl erreicht wird, sondern auch reproduzierbare Dosierergebnisse über die gesamte Versuchsreihe erreicht werden. Dazu wurden Dauerversuche mit teilweise hochviskosen, pastösen Medien durchgeführt. Die Ergebnisse wurden durch Gewichtsmessung und visuelle Kontrolle aufgenommen und protokolliert. Dabei konnten die Gewichtsmengen im Vergleich zur Ausgangskomponente entscheidend verringert werden. Die Abweichungen im Auftragsbild und der Menge betrugen weniger als 10 Prozent vom Ausgangswert. Es wurde in den Dauerversuchen mit einer Menge von 700 µg gearbeitet.

Die Merkmale und Vorteile des neuen Dosiersystems

Mit dem Dosiersystem besteht auch die Möglichkeit, große Mengen aufzutragen und weiterhin einen raupenförmigen Medienauftrag zu realisieren. In einer Einzeldosierung können Mengen bis zu 0,5 g aufgetragen werden. Auch während des Betriebes kann durch Verstellung der Rasternadel die Menge schnell eingestellt werden. Weiterhin sind die Düsen mit Durchmessern von 0,3 mm bis 2,0 mm in kürzester Zeit leicht austauschbar. Das Ventil ist für Materialdrücke bis zu 100 bar konzipiert.

Der Antrieb des Ventils ist wartungsfrei und die Wartung und Reinigung des Gesamtsystems unproblematisch. Es ist mit dem System, je nach Medium, möglich, über eine Distanz größer 100 mm frei fliegende Medienelemente lagegenau aufzupulsen. Dadurch ergeben sich nicht nur entscheidende Einsparpotentiale beim zu dosierenden Medium sondern auch eine Zeitersparnis für den Dosierprozess. Durch die Möglichkeit des kontaktlosen Auftrages können Durchlaufzeiten in Montageprozessen und Verarbeitungszyklen weiter verkürzt werden. Die im Vergleich zur Kontaktdosierung nötigen Verfahrwege werden eingespart. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass keine Fettverschleppung auftreten kann. Damit wird die Verschmutzung verhindert und Benetzung mit Medium nur an den hierfür selektierten Stellen auf dem Bauteil garantiert.

Dosierergebnis in Menge und Dosierung exakt

Es konnte bei Versuchen mit dem MPP ein deutlich exakteres Dosierergebnis, hinsichtlich Menge und Platzierung des Mediums erreicht werden, als bei funktionell vergleichbaren aber wesentlich teureren Produkten des Wettbewerbs. Dazu musste im Vergleich zum Wettbewerb auch keine Beheizung vorgenommen werden. Eine Beheizung ist aufgrund der Fluideigenschaften nicht immer zulässig, da sich bei verschiedenen Medien Komponenten abspalten oder das Medium in seinen Eigenschaften verändert werden kann. Auch im Bereich der Medizintechnik ist eine Beheizung nicht immer möglich da eine Veränderung der Wirkstoffe eintreten könnte. Die Temperierung kann aber im Gegensatz zur teuren Lösung optional vorgesehen werden.

Integration in bestehende Durchlaufprozesse

Mit den schnellen Zykluszeiten von bis zu 40 Hz ist eine Integration in bestehende Durchlaufprozesse genauso möglich wie die Ergänzung einzelner Handarbeitsplätze. Durch die exakte und sicherheitstechnisch unbedenkliche Arbeitsweise wird eine saubere Arbeitsumgebung garantiert. Seit einigen Monaten sind zahlreiche Systeme in der Industrie im Einsatz:

Bei einem großen deutschen Dübelhersteller werden auf diese Weise mit einem Dosiervorgang 30 mg Schmierstoff in die Bauteile eingebracht und diese so für die weitere Verarbeitung vorbereitet. Es werden dabei im Schichtbetrieb über 115000 Bauteile pro Tag auf diese Weise mit der geforderten Menge Schmierstoff benetzt. Ein anderer Hersteller für Elektronikbauteile nutzt die Technologie für das Aufbringen eines Kontaktfettes in einer Menge von 300 µg vor der anschließenden Fertigmontage.

Durch Minimierung der ausdosierten Menge sind Anwendungen in der Mikrotechologie oder Mikroelektronik ebenso denkbar wie die Bereiche der Lebensmittelindustrie.

Weiterhin bietet sich aufgrund der Erzeugung kleinster frei fliegender Medienelemente und der damit verbundenen Sterilität der Einsatz für die Medizintechnik an.

Auch große Mengen können ausdosiert werden

Neben der kontaktlosen Dosierung von Kleinstmengen ist es auch möglich, große Mengen auszudosieren, wodurch beispielsweise die Befüllung von Großlagern mit großer Zeitersparnis geschehen kann. Durch die sehr schnelle Ausbringung des Mediums ist es denkbar, auch Maschinen bzw. Maschinenteile während des Laufes zu schmieren. Dadurch könnten sich Wartungsintervalle verlängern und damit verbundene Stillstandszeiten erheblich verkürzen. Auch sonst zwingend notwendige, wartungsbedingte Demontagevorgänge, zur Schmierung von beweglichen Teilen können gezielt minimiert werden.

Die enorme Zeitersparnis bei der Dosierung, aufgrund der entfallenden Verfahrvorgänge verbunden mit der Materialeinsparung durch die exakte Arbeitsweise bewirken kürzeste Amortisationszeiten. Weiterführende Entwicklungsarbeiten zielen darauf, auch Kleinstmengen niederviskoser Medien punktförmig zu dosieren.

* Dipl.- Ing. (FH) Danny Boehlau, Entwicklung und Projektabwicklung, Walther Systemtechnik

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