DE4120881C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum strei
fenförmigen Auftragen von viskosem Material auf die
Oberfläche eines Werkstücks, wobei Auftragsvorrichtung
und Werkstück 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 Werk
stücks, mit einer mit einem Materialanschluß verbundenen,
zentralen Materialdüse und mit einem Gaszufuhrsystem,
das einen mit einem Gasanschluß verbundenen Vertei
ler-Ringraum und einen die Materialdüse umgebenden Aus
trittskanal mit sich in axialer Strömungsrichtung zum
Zentrum hin verjüngenden Wänden aufweist.
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 mm2/s besitzen. Typische Beispiele hierfür sind
das Auftragen von Streifen aus Klebstoff oder Dichtungs
material. Zur Einstellung einer gewünschten Viskosität
kann das Material erwärmt oder mit einem Lösungsmittel
zusatz versehen sein.
Aus US-PS 49 95 333 ist ein Verfahren und eine Vorrich
tung 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 Kreis
bögen auf der Oberfläche abgelegt wird. Die als Gas
verwendete Luft wird über eine etwa achsparallele Bohrung
einem Verteilerringraum zugeführt, von dem der Gas-Aus
trittskanal 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.
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 Berührungs
fläche auf die Randbereiche des Streifens, was sowohl
beim Kleben als auch beim Dichten unerwünscht ist. Außer
dem 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Streifen
auftrag zu verbessern, insbesondere hinsichtlich des
Streifenquerschnitts und/oder der Auftragsgeschwindig
keit.
Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, daß
das Druckgas der Beaufschlagungsstelle derart gerichtet
zugeführt wird, daß eine tangentiale Strömungskomponente
unterdrückt ist.
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 auf
treten. Da der Kreisdurchmesser aber nicht immer gleich
der Streifenbreite ist, ergibt sich eine Materialüber
lagerung, die im Endeffekt zu einem Streifen mit ver
gleichmäßigter Dicke führt. Bei der jeweiligen Anwendung
steht daher die gesamte Streifenoberfläche als Kontakt
fläche zur Verfügung.
Im bekannten Fall wurde eine Einschnürung des fadenför
migen Stranges sowohl durch die ihn beaufschlagende
Druckluft als auch durch das Verdrillen des Stranges
um seine eigene Achse bewirkt. Wenn man die Materialzu
fuhr 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 wesent
lich 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 müs
sen. Das Verfahren eignet sich daher insbesondere für
den Auftrag von dicken Streifen, aber auch für den
schnelleren Auftrag von dünnen Streifen.
Wegen der hohen Zuverlässigkeit ist das Verfahren auch
für den automatischen Streifenauftrag durch Roboter
geeignet.
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 wer
den. Die jeweils für sich gerichteten Teilströme behalten
ihre Richtung bis zur Beaufschlagung bei.
Im einfachsten Fall genügen drei mit gleichmäßigem Um
fangsabstand zugeführte Teilströme, um den Strang bei
der Beaufschlagung in einer sicheren Mittellage zu hal
ten. Günstiger ist es aber, 6 bis 10 Teilströme vorzu
sehen, um den Strangumfang an der Beaufschlagungsstelle
möglichst lückenlos mit Gas zu umgeben.
Zweckmäßigerweise wird der gasumhüllte Strang kurz nach
der Beaufschlagung eingeschnürt. Hinter der Einschnür
stelle breitet sich die Druckluft als Kegel aus. Sie
bildet eine Hülle, die ein Wegschleudern von Einzel
abschnitten 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 Mate
rialdüse läßt sich die Streifenbreite einstellen. Ins
besondere läßt sich ein verhältnismäßig spitzer Kegel
einstellen. Dies erlaubt es, bei einer gegebenen Strei
fenbreite einen verhältnismäßig großen Abstand zwischen
Austrittsdüse und Oberfläche vorzusehen. Die Gefahr
einer Verschmutzung durch rückprallendes Material ist
daher gering.
Insbesondere kann das Druckgas mit pulsierendem Druck
zugeführt werden. Hiermit läßt sich die Verteilung des
Materials im Streifen beeinflussen.
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.
Insbesondere können die Führungskanäle parallel zur
Materialdüsenachse verlaufen. Dies ergibt eine sehr
handliche Konstruktion, weil der Abstand zwischen Mate
rialdüsenachse und Führungskanälen klein gehalten werden
kann.
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 aus
gebildet sind. Es brauchen lediglich die Axialnuten
in dem einen Rohr gefräst und durch das andere Rohr
abgedeckt zu werden.
Ebenfalls der Herstellungsvereinfachung dient es, wenn
der Verteiler-Ringraum durch eine Umfangsaussparung
an der zylindrischen Trennfläche der beiden Rohre ausge
bildet ist.
Am günstigsten ist es hierbei, wenn die Axialnuten am
Materialrohr und die Umfangsaussparung am Außenrohr
vorgesehen sind.
Es empfiehlt sich, daß die am Materialrohr vorgesehenen
Axialnuten bis in den Bereich des Gasanschlusses reichen.
Dies ergibt eine turbulente und daher gleichmäßige Gas
verteilung mit anschließender Beruhigung.
Insbesondere sollte die Länge der Führungskanäle minde
stens das 3fache des Durchmessers betragen, auf dem
sie angeordnet sind. Dies führt zu einer ausreichenden
Ausrichtung der Gasteilströme.
Mit besonderem Vorteil schließt mindestens ein Gas
anschluß seitlich und insbesondere radial an den Ver
teiler-Ringraum an. Der Verteiler-Ringraum dient der
Beruhigung des radial zugeführten Druckgases. Jegliche
tangentiale Komponente wird durch die anschließenden
Führungskanäle unterdrückt.
Es sollten 6 bis 10 Führungskanäle vorgesehen sein.
Günstig ist es, daß der ringförmige Querschnitt des
Austrittskanals über seine Länge annähernd konstant
ist. Das Gas behält dann seine Strömungsgeschwindigkeit
bei.
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.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich
nung 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 verschiede
nen Arten des Streifenauftrags.
Die Auftragvorrichtung der Fig. 1 bis 3 weist ein Mate
rialrohr 1 mit einem Materialkanal 2 auf, der einen
Materialanschluß 3 mit einer Materialdüse 4 verbindet.
Der Außenumfang des Materialrohrs 1 weist sechs in glei
chem Umfangsabstand angeordnete Axialnuten 5 auf, die
vom Innenumfang eines aufgeschobenen Außenrohres 6 abge
deckt werden und daher zur Materialdüsenachse parallel
verlaufende Führungskanäle 7 bilden. An der Innenseite
des Außenrohres 6 ist eine Umfangsaussparung 8 vorge
sehen, 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 Anschluß
körper 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.
Im Betrieb wird viskoses Material über den Materialan
schluß 3 und den Materialkanal 2 zugeführt. Es tritt
als fadenförmiger Strang aus der Materialdüse 4 aus.
Druckluft wird über den Druckluftanschluß 9, den Vertei
ler-Ringraum 10 und die zur Materialdüsenachse 4 paral
lelen Führungskanäle 7 zugeführt. In diesen Führungs
kanälen 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 be
lasten. Der Strang und das ihn umhüllende Druckgas treten
durch die Austrittsdüse 16 auf. Durch die Beaufschlagung
und die Einengung wird der Strang eingeschnürt und ver
dünnt. Außerhalb der Austrittsdüse 16 weitet sich das
Druckgas als Führungskegel aus. Infolge der immer vor
handenen Instabilitäten bewegt sich der Strang innerhalb
des Führungskegels taumelnd und kreisend, bis er auf
der nicht veranschaulichten Oberfläche auftrifft.
Weil der Strang durch das Druckgas keinen Drall erfährt
und daher auch nicht durch einen solchen Drall zusätz
lich eingeschnürt wird, kann man mit relativ hohen Gas
drücken und dementsprechend hohen Materialmengen arbei
ten, 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.
Bei entsprechender Einstellung der Material- und Gas
drücke 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 er
geben 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 Integra
tionswirkung der Bewegungskomponente P zu dem gleich
mäßigen Streifenquerschnitt 29 der Fig. 5. Auf jeden
Fall liegt die Form des Querschnitts zwischen den Formen
der extremen Querschnitte 23 und 26.
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 Be
reich 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.
Von den dargestellten Ausführungsformen kann in viel
facher Hinsicht abgewichen werden. Beispielsweise kann
der Gasanschluß 9 im Anschlußkörper 13 angeordnet sein.
Das Gas kann auch in erwärmtem Zustand zugeführt werden.
Claims (17)
1. Verfahren zum streifenförmigen Auftragen von viskosem
Material auf die Oberfläche eines Werkstücks, wobei
Auftragsvorrichtung und Werkstück relativ zueinander
bewegt werden, das Material unter Druck als faden
förmiger Strang aus einer Materialdüse austritt und
der Strangumfang von Druckgas beaufschlagt wird,
das der Beaufschlagungsstelle mit axialer und radialer
Strömungskomponente zugeführt wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Druckgas der Beaufschlagungsstelle
(20) derart gerichtet zugeführt wird, daß eine tan
gentiale 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 vis
kosem Material auf die Oberfläche eines Werkstücks,
mit einer mit einem Materialanschluß verbundenen,
zentralen Materialdüse und mit einem Gaszufuhrsystem,
das einen mit einem Gasanschluß verbundenen Vertei
ler-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 Tangential
komponenten freie Richtung geben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungskanäle (7) parallel zur Material
düsenachse verlaufen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, 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 Umfangs
aussparung (8) an der zylindrischen Trennfläche der
beiden Rohre (1, 6) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekenn
zeichnet, 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, da
durch 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, da
durch gekennzeichnet, daß die Länge der Führungs
kanäle (7) mindestens das 3fache des Durchmessers
betragen, auf dem sie angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, da
durch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gasanschluß
(9) seitlich an den Verteiler-Ringraum (10) an
schließt.
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, da
durch gekennzeichnet, daß 6 bis 10 Führungskanäle
(7) vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß der ringförmige Querschnitt
des Austrittskanals (17) über seine Länge annähernd
konstant ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß der Austrittskanal (17)
zwischen der Materialdüse (4) und einer Austritts
düse (16) mündet, die einen größeren Querschnitt
hat als die Materialdüse.
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