NL8202164A

NL8202164A - Werkwijze en inrichting voor het transproteren en afzetten van viskeuze stoffen.

Info

Publication number: NL8202164A
Application number: NL8202164A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1983-12-16
Also published as: EP0096433A1; US4460619A; JPS58210874A; US4495885A; DE3365115D1; CA1210370A; JPH0375874U; EP0096433B1; JPH0353738Y2; ATE21223T1

Description

e 9 ΓΗΝ 10,365 1 N. V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Werkwijze en inrichting voor het transporteren en af zetten van viskeuze stoffen”.

De uitvinding heeft betrekking qp een werkwijze voor het transporteren en afzetten van viskeuze stoffen waarbij een hoeveelheid van een te transporteren en af te zetten viskeuze stof door middel van een gereedschap aan een ondergrond wordt toegevoerd en 5 qp de ondergrond wordt af gezet en waarbij het gereedschap in trilling wordt gebracht.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4,145,390. Bij deze bekende werkwijze liggen de trillingen van het gereedschap in een frequentiegebied tussen 1Hz en 10 10kHz; de amplitude van de trillingen is in de orde van grootte van O, 5 mru

De uitvinding heeft een werkwijze volgens de aanhef tot doel die het mogelijk maakt zeer kleine gedoseerde hoeveelheden viskeuze stoffen te transporteren en nauwkeurig gepositioneerd op een 15 ondergrond af te zetten. Met zeer kleine hoeveelheden worden hierbij begrepen hoeveelheden in de orde van grootte van enkele mg of van enkele irm^.

Dit doel wordt volgens de uitvinding in hoofdzaak bereikt doordat tenminste één viskeuze stof in een gedoseerde hoeveelheid 20 qp de sonotrode van een ultrason gereedschap wordt opgebracht, de sonotrode bekrachtigd en in ultrasone trilling gebracht wordt, een en ander zodanig dat de hoeveelheid viskeuze stof onder invloed van de ultrasone trillingen naar het vrije uiteinde van de sonotrode wordt getransporteerd onder een scherpe hoek met de trillingsrichting van de 25 sonotrode en uiteindelijk vanaf het vrije uiteinde van de sonotrode qp de ondergrond wordt afgezet.

De uitvinding berust qp het inzicht dat over het oppervlak van een ultrasoon trillend gereedschap kleine hoeveelheden viskeuze stoffen verplaatst kunnen worden, indien tussen de transportrichting 30 van de viskeuze stof en de trillingsrichting van het gereedschap een scherpe hoek wordt aangehouden, dat wil zeggen een hoek kleiner dan 90°. De nauwkeurig gedoseerde, afgepaste hoeveelheid viskeuze stof wordt qp de sonotrode gebracht, qp een makkelijk toegankelijke plaats qp 8202164

„ I

. ' ESN 10,365 2 een bepaalde afstand van het vrije uiteinde van de sonotrode.

Deze hoeveelheid wordt in het geheel naar het uiteinde van de sonotrode getransporteerd en vrordt uiteindelijk qp de ondergrond afgezet zonder vorming van draden en zonder noemenswaardige waarneembare of 5 hinderlijke resten qp de sonotrode achter te laten; eventueel kan een dunne film van de stof achterblijven echter een opeenhoping, opbouw of cumulatie van resten vindt niet plaats. Hierbij worden onder ultrasone trillingen begrepen trillingen boven het hoorbaar gebied, en wel in een frequentiegebied van ongeveer 16 kHz tot omstreeks 100 kHz en 10 met een amplitude van 1 ^um tot 5Cym. waarbij de amplitude gedefinieerd is als maximale uitslag van de sonotrode vanaf de ruststand. Bij een frequentie beneden de 16 kHz treedt gevaarlijk hoge geluidsafstraling op; een frequentie boven de 100 kHz is praktisch niet interessant vanwege de noodzakelijke zeer kleine afmetingen van de gereedschappen 15 en vanwege de geringe toelaatbare vermogens. De bovengrens van de amplitude van 50^um wordt in de praktijk bepaald door de toelaatbare materiaalspanning waaraan de sonotrode wordt blootgesteld; de ondergrens van 1 ^um wordt bepaald door een noodzakelijk praktisch minimum; beneden deze minimum amplitude treden de gewenste effekten niet op.

20 De genoemde extreme waarden van frequentie en amplitude zijn mede afhankelijk:-van de vorm van de sonotrode en van de viskositeit van de te verwerken stof. In het algemeen kan bij hogere frequenties met kleinere trillingsamplitudes werden volstaan.

Onder viskeuze stoffen worden begrepen stoffen met een zodanige 25 viskositeit, dat de gewenste effekten op kunnen treden. Stoffen die bij de genoemde frequenties en amplitudes de neiging hebben te vernevelen dan wel hun samenhang te verliezen, vertonen het gewenste effékt niet.

Ook stoffen met een zeer hoge viskositeit zullen het gewenste transporten mengeffekt niet vertonen. Door temperatuurverandering kan de viskosi-30 teit van een bepaalde stof in gunstige zin worden beïnvloed.Als geschikte viskeuze stoffen komen in de praktijk in aanmerking vetten, olieën, lakken en verfsoorten en de komponenten daarvan, diverse lijmsoorten alsmede hun komponenten, eventueel met toevoegingen in de vorm van metaaldeeltjes, e.a.m. De ondergrond, waarop de viskeuze stof wordt 35 af gezet, kan zijn een paneel met gedrukte bedrading waarop lijmdots worden af gezet voor het vastzetten van onderdelen, de onderdelen zelf, één van twee mechanische elementen al of niet van metaal die met elkaar worden verlijmd e.a.m.

82 0 2 1 64 * 4 EHN 10.365 3

De werkwijze volgens de uitvinding heeft bovendien het in de praktijk zeer belangrijke voordeel, dat het transport onafhankelijk is van de richting en de zwaartekracht, dat wil zeggen de viskeuze stof kan in elke willekeurige richting worden getransporteerd, horizontaal.

5 en zelfs vertikaal orihoog.

De viskeuze stof kan bijvoorbeeld in een ononderbroken gedoseerde stroom aan de sonotrode worden toegevoerd en vervolgens als een gelijkmatige rups qp de ondergrond worden af gezet. Echter de uitvinding is in het bij zender geschikt voor het verwerken van 10 kleine, nauwkeurige gedoseerde hoeveelheden viskeuze stof·. Hiertoe heeft een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding als kenmerk, dat de gedoseerde hoeveelheid viskeuze stof in de vorm van een afgepaste portie qp de sonotrode wordt opgebracht en als druppel qp de ondergrond wordt afgezet.

15 Het af zetten van de viskeuze stof qp de ondergrond vindt bij een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding qp eenvoudige en effektieve wijze plaats door dé amplitude van de ultrasone trillingen te verhogen zodanig dat de druppel spontaan van de sonotrode losraakt. De amplitude noodzakelijk voor het 20 transport van de stof, wordt gekozen in overeenstemming met de vis-kositeit en de hoeveelheid viskeuze stof. Gebleken is dat door een verhoging van deze amplitude met ongeveer 50% het beoogde effekt · wordt bereikt te weten spontaan loslaten van de druppel die vervolgens in vrije val qp de ondergrond terecht kamt.

25 Bij een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de viskeuze stof qp de ondergrond afgezet door de druppel in aanraking te brengen met de ondergrond, waarna de ultrasoon trillende sonotrode en de ondergrond van elkaar worden verwijderd waarbij de druppel qp de ondergrond achterblijft. Deze werk-30 wijze is in het bijzonder geschikt voor hoeveelheden viskeuze stof in 3 de orde van 1 mg of van 1 itm en kleiner cmdat druppels van een zo gering volume of gewicht niet onder alle omstandigheden van de sonotrode losraken enkel door verhoging van de amplitude.

Een nog andere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze 35 volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat een gedoseerde hoeveelheid van tenminste één verdere viskeuze stof op de sonotrode wordt opgebracht, waarna de stoffen onder invloed van de ultrasone trillingen intensief met elkaar vermengd worden en pas na hun vermenging qp de 82 02 1 64 EHN 10.365 4 I ί ' ondergrond voeden afgezet.

Deze uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is van groot praktisch belang bij de verwerking en toepassing van tweekcraponentenlijmsoorten. Worden voor de toepassing van een der-5 gelijke lijmsoort komponenten gekozen met zodanige eigenschappen dat de uithardtijd kort is, dan is de houdbaarheid (potlife) na menging van de kanponenten eveneens kort; anderzijds hoort in het algemeen bij een langere houdbaarheid een relatief lange uithardtijd. Dankzij de onderhavige werkwijze worden deze nadelen opgeheven, omdat de lijmr 10 komponenten tot kort voor het afzetten op de ondergrond gescheiden blijven en op het uiteinde van de sonotrode, hooguit reeds tijdens hun transport op de sonotrode, met elkaar worden vermengd. Het probleem van de beperkte houdbaarheid (potlife) staat niet meer ter discussie, > de houdbaarheid is quasi onbeperkt; voor een zo kort mogelijke uit-15 hardtijd kan nu een optimale samenstelling van de komponenten worden gekozen. Uiteraard kunnen met de werkwijze ook meer dan twee kanponen-ten worden gemengd; te denken valt hierbij aan het mengen van drie of meer lakkemponenten.

Opgemerkt wordt dat uit het Britse octrooischrift 20 1.556.158 een werkwijze en een inrichting bekend is voor het activeren .

van polyurethaanschuim of van een ander kunststof schuin; hierbij worden de bestanddelen- met behulp van een metalen blad dat met ultrasone frequentie in trilling wordt gebracht gemengd; echter de te mengen bestanddelen worden in relatief grote stromen en onder hoge druk 25 aangeveerd waarbij de metalen tong onder invloed van de druk van de bestanddelen in trilling wordt gebracht; voor het mengen van de bestanddelen voor een kunststof schuin in kleine hoeveelheden, in de 3 orde van grootte van enkele irm of enkele mg is deze bekende methode niet geschikt, dit in tegenstelling tot de werkwijze volgens de uit-30 vinding.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze, welke inrichting tenminste één als transportorgaan dienend gereedschap bevat; volgens de uitvinding heeft deze inrichting als kenmerk, dat het gereedschap als sonotrode is uit-35 gevoerd die deel uitmaakt van een ultrasoon apparaat en die van tenminste één transportpen is voorzien net een naar het vrije uiteinde toe af nemende dwarsdoorsnede, en met tenminste één hellend transport-vlak, welke inrichting verder is gekenmerkt door tenminste één doseer- 82 0 2 1 64 ma 10.365 5 a i t apparaat. De transpartpen kan in vele uiteenlopende vormen worden ... uitgevoerd, bijvoorbeeld in een wigvorm asymmetrisch ten opzichte van de hartlijn van de sonotrode, in welk geval één vlak als transport-vlak dient voor het transport van één of meerdere viskeuze stoffel.

5 De transportpen kan ook de vorm hebben van een symmetrische wig, in welk geval twee vlakken als transportvlakken kunnen fungeren voor het transport van twee afzonderlijke viskeuze stoffen.

Een voorkeursuitvoeringsvom van de inrichting volgens de uitvinding, die zowel geschikt is voor het verwerken van een of twee to viskeuze stoffen of van drie of zelfs vier heeft als kenmerk, dat de transpartpen conisch respectievelijk piramidevarmig is uitgevoerd.

Een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de tophoek van de transpartpen een waarde heeft tussen 0° en 180°. Bij een tophoek van 180° 15 vindt wel vermenging echter geen transport plaats; bij een tophoek van 0° vindt geen transport in de gewenste richting en geen vermenging plaats.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de sonotrode is voorzien 20 van meerdere transportpennen. Met deze uitvoeringsvorm kan eenzelfde stof of kamponent op meerdere plaatsen tegelijk in kleine hoeveelheden worden afgezet. Zo kunnen bijvoorbeeld een aantal elektrische onderdelen, die in één rij gerangschikt worden aangeboden, op hun onderkant tegelijk van een eerste lijmkcmponent worden voorzien, terwijl op het 25 substraat waarop de onderdelen worden geplaatst, de twsede lijmkon-ponent met behulp van een andere inrichting kan worden opgebracht.

Een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat het ultrasone apparaat op zichzelf bekende wijze verder een generator, een transducent en een 3Q airplitudetransformator bevat.

Gezien de eisen die aan de sonotrode worden gesteld, komen hiervoor slechts een beperkt aantal materialen in aanmerking, in het bijzonder materialen met lage dempingsverliezen voor trillingen en met een hoge vermoeiingsgrens, zoals aluminiumlegeringen. Echter aluminium 35 is bij langdurig gebruik aan cavitatie en aan erosie onderhevig. Dit nadeel wordt bij een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding ondervangen doordat de sonotrode in een titaan-legering is uitgevoerd. Een titaanlegering is een legering bestaande 82 0 2 1 64 PHN 10*365 6 t in hoofdzaak uit titaan en bevattende aluminium, chroom en vanadium, in hoeveelheden van gewichtsprocenten.

De uitvinding zal aan de hand van de tekening· nader worden toegelicht. ,In de tekening toont: 5 Figuur 1: schematisch een inrichting volgens de uitvinding; de figuren 2 tot en met 6: de in figuur 1 getoonde inrichting in verschillende opeenvolgende stadia bij het uitvoeren van de werkwijze.

Figuur 7: de constructie van het ultrasone apparaat;

Figuur 8: schematisch een inrichting voor continu mengen en 10 af zetten van twee viskeuze stoffen;

Figuur 9: een mogelijke uitvoeringsvorm van een sanotrode voor het meervoudig af zetten van een viskeuze stof.

In figuur 1 is schematisch een inrichting 1 getoond met een sonotrode 3, die deel uitmaakt van een verder niet getoond ultrasoon 15 apparaat, welke inrichting verder twee doseerpcmpen 5 bevat elk voorzien van een kanule 6. Met 7 is het conisch uitgevoerd uiteinde van de sonotrode aangeduid dat als transportpen dient en waarvan de tophoek met oC is aangeduid. De doseerponpen 5 zijn elk voorzien van een zuiger 9 en bevatten elk een viskeuze stof, bijvoorbeeld de kcmponenten A 20 respektievelijk B van een tweekanponentenlijm. Met 11 is een ondergrond aangeduid waarop een gedoseerde hoeveelheid tweekanponentenlijm moet worden af gezet. De sonotrode 3 kan in de richting van dnbbelpijl U in ultrasone trillingen worden gebracht, dat wil zeggen met een amplitude van 1 yum tot 50 ^um en in een frequentiegebied van 16 kHz tot 25 100 kHz.

De werking van de inrichting tijdens het uitvoeren van de werkwijze zal in opeenvolgende stadia aan de hand van de figuren 2 tot en met 6 worden toegelicht.

Zoals in figuur 2 schematisch is weergegeven, wordt door 30 middel van de zuigers 9 via de kanules 6 een gedoseerde portie van kanponent A en een gedoseerde portie van komponent B vanuit de doseer-pompen 5 op de transportpen 7 van de sonotrode 3 opgebracht. In deze fase of cnmiddellijk daarna wordt de sonotrode 3 in trilling gebracht in de richting van pijl U evenwijdig met de hartlijn L-L van de sono-35 trode. Onder invloed van de ultrasone trillingen warden de porties A en B naar het vrije puntige uiteinde van de conische transportpen 7 getransporteerd waarbij de transportrichting een scherpe hoek maakt met de trillingsrichting gelijk aan de halve tophoek. Deze fase is in 8202164 PHN 10.365 7 figuur 3 weergegeven.

Zoals in figuur 4 is weergegeven trékken de porties A en B ten gevolge van de hoge snelheden van de trillende sonotrode samen tot een gemeenschappelijke druppel C met een geometrisch sferische 5 vorm, waarbij een intensieve menging van de beide kcmponenten plaatsvindt. De gemeenschappelijke druppel C blijft via een minimaal kon-taktoppervlak op het puntig uiteinde van de transpcrtpen 7 hangen, waarbij de vermenging van de beide katponenten doorgaat. Door volgens figuur 5 de druppol C in aanraking te brengen met de ondergrond 11, 10 wordt deze plaatselijk bevochtigd. Door nu. de nog steeds trillende sonotrode 3 terug te trekken, blijft de druppel C uiteindelijk op de ondergrond achter, zoals weergegeven in figuur 6.

Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt de druppel C op de ondergrond 11 afgezet door plotselinge 15 verhoging van de amplitude van de ultrasone trillingen met ongeveer 50%, waardoor de druppel C van het uiteinde van de transportpen 7 los kant en in vrije val qp de ondergrond 11 terecht kcrnt. Bij deze alternatieve werkwijze komt de in figuur 5 weergegeven fase te vervallen.

Figuur 7 geeft een ultrasoon apparaat 13 weer bevattende 20 behalve de reeds beschreven sonotrode 3 met de transportpen 7 een anplitudetransformatar 15, een transducent 19 en een generator 21.

Door middel van een cphangflens 23 is het apparaat opgehangen in een qphangring 25. De sonotrode 3 is bij voorkeur in een titaanlegering uitgevoerd. Met lijn L-L is de hartlijn van de sonotrode 3 weergegeven. 25 In het getoonde uitvoeringsvoorbeeld vormt de transportpen 7 een geheel met de sonotrode 3.

Mat de tot nu toe beschreven werkwijze en inrichting werden proeven genomen, waarbij de volgende parameters werden toegepast: twee druppels van een tweekomponentenlijm, elk bevattende een boeveel-30 heid van 15 mg. van kanponent A respektievelijk kanponent B, werden met behulp van een sonotrode bij een frequentie van 40 kHz en bij een amplitude van 30 ^um in een verhouding 1:1 met elkaar vermengd. De transport- en mengtijd bedroeg 3 sec.. De viscositeit van het mengsel was 3 Pa.s. De transportpen van de sonotrode had een kegel vormig 35 uiteinde met een tophoek van 40°.

Figuur 8 toont schematisch een uitvoeringsvorm voor het continu mengen van de twee kcmponenten van een tweekomponentenlijm, welke komponenten via kanules 31 in twee ononderbroken stromen A en B

8202164 ΡΗΝ 10.365 8 Ί » ^ worden toegevoerd aan het transportylak 33 van de asyrrmetrische trans-portpen 35 van een sanotrode 37. De twee stromen A en B van de beide kcmponenten worden cp het trillende transportvlak 33 gemengd en in de vorm van een gemeenschappelijke rups C qp een ondergrond 39 afgezet.

5 Bij praktische proefnemingen met een dergelijke uitvoeringsvorm werden voor het continu mengen en af zetten van een tweekcmponentenlijm parameters in dezelfde orde van grootte toegepast als boven reeds beschreven; de lengte van het transport- en mengtrajekt op het transportvlak 33 bedroeg 20 mn. Voor het leggen van een rups C op de 10 ondergrond 39 moeten sanotrode en ondergrond met gelijkmatige snelheid relatief ten opzichte van elkaar worden verplaatst. In het getoonde uitvoeringsvoorbeeld wordt* hiertoe de ondergrond 39 ten opzichte van de sanotrode 37 verplaatst in de richting van pijl V.

Figuur 9 toont schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm 15 van een sonotrode 41 met een aantal identieke transportpennen 43 voor het gelijktijdig afzetten van kleine hoeveelheden van eenzelfde viskeuze stof. Deze stof kan of op de transportpennen warden gebracht door de pennen in een voarraad van de viskeuze stof te danpelen of de stof ten via kanuLes- gedoseerd aan de transportpennen warden toegevoerd.

20 Voor deze laatste uitvoeringsvormen zijn vele variaties mogelijk, de pennen zijn bij voorkeur uitwisselbaar op de sonotrode bevestigd en kunnen in diverse gewenste patronen worden gerangschikt.

25 30 35 82 0 2 1 64

Claims

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 15 gedoseerde hoeveelheid viskeuze stof in de vorm van een afgepaste portie pp de sonotrode wordt opgebracht en als druppel pp de ondergrond wordt afgezet.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de viskeuze stof pp de ondergrond wordt afgezet door de amplitude van 20 de ultrasone trillingen te verhogen zodanig dat de druppel spontaan van de sonotrode losraakt.
4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de viskeuze stof pp de ondergrond wórdt afgezet door de druppel in aanraking te brengen met de ondergrond, waarna de ultrasoon trillende 25 sonotrode en de ondergrond van elkaar worden verwijderd waarbij de druppel op de ondergrond achterblijft.
5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een gedoseerde hoeveelheid van tenminste één verdere viskeuze stof op de sonotrode wordt opgebracht, waarna de stoffen onder 30 invloed van de ultrasone trillingen intensief met elkaar vermengd worden en pas na hun vermenging op de ondergrond worden afgezet.
6. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één der voorgaande conclusies bevattende tenminste één als transportorgaan dienend gereedschap, met het kenmerk, dat het gereedschap als sonotrode 35 is uitgevoerd die deel uitmaakt van een ultrasoon apparaat en die van tenminste één transportpen is voorzien met een naar het vrije uiteinde toe af nemende dwarsdoorsnede en met.tenminste één hellend transport-vlak, welke inrichting verder is gekenmerkt door tenminste één doseer- 8202164 * » PHN TO.365 10 apparaat.
7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de transportpen conisch respektievelijk piramidevormig is uitgevoerd.
8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de 5 tophoek van de transportpen een waarde heeft tussen 0 en 180°.
9. Inrichting volgens conclusie 6, 7 of 8, met het kenmerk, dat de sonotrode is voorzien van meerdere transportpennen.
10. Inrichting volgens één der conclusies 6 tot en met 9, met het kenmerk, dat het ultrasone apparaat op zichzelf bekende wijze 10 verder een generator, een transducent en een anplitudetransformator bevat.
11. Inrichting volgens één der conclusies 6 tot en met 10, met het kenmerk, dat de sonotrode in een titaanlegering is uitgevoerd. 15 20 25 30 35 8202164