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1. (WO2018228761) AUFTRAGSDÜSE
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Auftragsdüse

Die Erfindung betrifft eine Auftragsdüse zum Auftragen von viskosem Material auf ein Werkstück gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Eine solche Auftragsdüse ist beispielsweise aus der US 6,695,923 B1 und der US 7,332,035 B1 bekannt. Sie weist einen Düsenkörper mit einer Materialeinlassöffnung auf, an die ein Dosierventil angeschlossen ist, über das viskoses Material dosiert in eine einen Hohlraum im Düsenkörper bildende Verteilerkammer eingeleitet werden kann. Nach unten hin ist die Verteilerkammer durch eine Auftragsplatte begrenzt, in der sich in einer oder mehreren Reihen angeordnete Materialauslassöffnungen befinden. Solche Auftragsdüsen ermöglichen einen flächigen Materialauftrag. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die aus den Materialauslassöffnungen austretenden fadenartigen Materialstränge sich nicht parallel zueinander von den Materialauslassöffnungen zum Werkstück erstrecken, sondern dass insbesondere die an den äußeren Enden austretenden Materialstränge in Richtung zur Mitte hin geneigt sind. Dadurch wird die gewünschte Gleichmäßigkeit des Materialauftrags nicht immer gewährleistet.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Auftragsdüse der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein gleichmäßigerer Materialauftrag erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Auftragsdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der anhängigen Ansprüche.

Im Unterschied zum Stand der Technik ist bei der vorliegenden Erfindung keine Verteilerkammer vorgesehen, von der aus sich die Materialauslassoffnungen durch eine Auftragsplatte erstrecken, sondern es sind mindestens zwei Verteilerkanäle im Düsenkörper vorgesehen, die über ihre gesamte Länge im Abstand zur Materialauslassfläche angeordnet sind. Von den Verteilerkanälen aus erstreckt sich zu jeder Materialauslassöffnung ein Auslasskanal, durch den das aufzutragende Material geleitet wird. In Versuchen wurde gefunden, dass eine solche Geometrie dazu beiträgt, die Abweichung der aus den Materialauslassoffnungen austretenden Materialstränge von einer exakt parallelen Ausrichtung der Materialstränge zueinander zu verringern. Dabei ist es möglich, dass sich der Einlasskanal zu genau einer Verzweigungsstelle erstreckt. Es ist aber auch möglich, dass der Einlasskanal eine Vorverzweigung in mindestens zwei Teileinlasskanäle aufweist, die sich jeweils zu einer Verzweigungsstelle erstrecken.

Mehrere vorteilhafte Weiterbildungen dienen dazu, die Parallelität der austretenden Materialstränge zueinander weiter zu erhöhen. Insbesondere wird bevorzugt, dass die Auslasskanäle im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Von Vorteil ist des Weiteren, wenn der Einlasskanal, gegebenenfalls samt Teileinlasskanälen, die Verteilerkanäle und die Auslasskanäle einen bezüglich einer Mittelebene symmetrischen Hohlraum im Düsenkörper bilden. Der Materialauftrag wird weiter verbessert, wenn die Verteilerkanäle an jeder Stelle in einem Abstand zur Materialauslassfläche angeordnet sind, der mindestens 1 ,5-mal und vorzugsweise mindestens 2-mal so groß ist wie der Durchmesser der Materialauslassoffnungen. Dabei ist es möglich, dass alle Materialauslassoffnungen gleich groß sind. Es ist jedoch auch möglich, dass die Materialauslassoffnungen unterschiedliche Größen aufweisen, wobei sich das bevorzugte Verhältnis von Abstand der Verteilerkanäle zur Materialauslassfläche zum Durchmesser der Materialauslassoffnungen auf die jeweils größte Materialauslassöffnung bezieht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Auslasskanäle jeweils einen von einem der Verteilerkanäle abzweigenden Anfangsbereich und einen sich zur zugehörigen Materialauslassöffnung erstreckenden Endbereich

aufweisen, wobei der Durchmesser des Endbereichs kleiner ist als der Durchmesser des Anfangsbereichs. Dabei wird bevorzugt, dass sich der Durchmesser jedes der Auslasskanäle am Übergang vom Anfangsbereich zum Endbereich stufenförmig verkleinert. Durch diese Maßnahmen wird die Herstellung der Auftragsdüse vereinfacht. Diese ist besonders einfach dadurch herstellbar, dass ein Rohling des Düsenkörpers mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird. Um im Bereich der Materialauslassöffnungen möglichst glatte Oberflächen des Düsenkörpers zu erzielen, welche für das Strömungsverhalten des viskosen Materials vorteilhaft sind, werden die Endbereiche der Auslasskanäle zweckmäßig durch Bohren in den Rohling eingebracht. Des Weiteren wird die Materialauslassfläche vorzugsweise durch Abschleifen einer Oberfläche des Rohlings gebildet, wobei das Abschleifen vorzugsweise nach dem Bohren der Endbereiche der Auslasskanäle erfolgt. Da das Bohren der Endbereiche nur mit hohem Aufwand mit einer solchen Präzision erfolgen kann, dass die die Anfangsbereiche begrenzenden Innenwände exakt mit den die Endbereiche begrenzenden Innenwänden fluchten, werden die Endbereiche mit einem kleinerem Durchmesser ausgebildet als die Anfangsbereiche, so dass auch dann kein Versatz der Endbereiche gegenüber den Anfangsbereichen gebildet wird, wenn deren Mittelachsen nicht exakt zusammen fallen.

Um das Strömungsverhalten des viskosen Materials im Bereich der Materialauslassöffnungen zu verbessern, wird bevorzugt, dass die Endbereiche im Wesentlichen senkrecht zur Materialauslassfläche verlaufen. Dies kann mit hoher Präzision durch das bevorzugte Fertigungsverfahren mit 3D-Druck des Rohlings und anschließendem Bohren der Endbereiche und Abschleifen mit gegebenenfalls anschließendem Härten einer Oberfläche des Rohlings unter Ausbildung der Materialauslassfläche erzielt werden, so dass die Innenflächen der Endbereiche mit der Materialauslassfläche einen möglichst genauen 90°-Winkel einschließen.

Versuche haben gezeigt, dass das Strömungsverhalten des viskosen Materials verbessert werden kann, wenn sich von jedem Verteilerkanal mehrere Auslasskanäle zur Materialauslassfläche erstrecken und alle von einem der Verteilerkanäle abzweigenden Auslasskanäle unterschiedlich lang sind. Dabei wird bevorzugt, dass die Länge der Auslasskanäle umso geringer ist, je weiter entfernt von der Verzweigungsstelle der betreffende Auslasskanal vom zugehörigen Verteilerkanal abzweigt.

Eine weitere Verbesserung des Strömungsverhaltens des viskosen Materials kann erzielt werden, wenn jeder der Verteilerkanäle mindestens zwei aufeinander folgende, in unterschiedliche Richtungen gekrümmte Abschnitte aufweist. Vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist zudem, wenn sich jeder der Verteilerkanäle ausgehend von der Verzweigungsstelle zunächst verengt und dann wieder aufweitet. Dabei wird weiter bevorzugt, dass sich jeder der Verteilerkanäle zu seinem Ende hin wieder verengt.

Der Düsenkörper ist zweckmäßig einstückig und vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Edelstahl oder Aluminium hergestellt.

Es ist möglich, dass der Düsenkörper nur einen durch den Einlasskanal, die Verteilerkanäle und die Auslasskanäle gebildeten Hohlraum aufweist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Düsenkörper zwei oder noch mehr jeweils durch einen Einlasskanal, zwei Verteilerkanäle und mehrere Auslasskanäle gebildete Hohlräume identischer Geometrie aufweist. Dadurch kann die Breite des auf das Werkstück aufzubringenden Materialstreifens weiter vergrößert werden, wenn die Reihe der weiteren Materialauslassöffnungen sich an die Reihe der Auslassöffnungen anschließt.

Zur Erzielung eines gleichmäßigen Materialauftrags wird bevorzugt, dass die Ma-terialauslassöffnungen und gegebenenfalls die weiteren Materialauslassöffnun-gen jeder Reihe in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Des weiteren wird bevorzugt, dass die jeweils letzten der Materialauslassöffnungen bzw. der weiteren Materialauslassöffnungen jeder Reihe in einem Abstand zu einem Rand des Düsenkörpers angeordnet sind, der der Hälfte des Abstands zwischen der Materialauslassöffnungen bzw. zwischen den weiteren Materialauslassöffnungen entspricht. Es ist dann möglich, mehrere solche Auftragsdüsen aneinanderzufü- gen, um die Reihe der Materialauslassöffnungen unter Beibehaltung des gegenseitigen Abstands zu verlängern.

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

Fig. 1 eine Auftragsdüse in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2 die Auftragsdüse gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht auf ihre Stirnseite und

Fig. 3 eine Darstellung der Auftragsdüse gemäß Fig. 1 , 2 im Schnitt entlang der Linie A-A.

Die in der Zeichnung darstellte Auftragsdüse 10 dient dem Auftrag eines viskosen Materials auf ein Werkstück. Sie weist einen Düsenkörper 12 auf, der einstückig aus Edelstahl oder Aluminium gefertigt ist, und in dem ein Hohlraum 14 angeordnet ist. Über eine Materialeinlassöffnung 16, an die ein Dosierventil angeschlossen werden kann, kann das viskose Material in den Hohlraum 14 eingeleitet werden. Nach unten ist der Düsenkörper 12 durch eine Materialauslassfläche 18 begrenzt, in der mehrere Materialauslassöffnungen 20 in einer Reihe angeordnet sind. Von der Materialeinlassöffnung 16 aus erstreckt sich ein Einlasskanal 22 bis zu einer Verzweigungsstelle 24, von der aus sich zwei Verteilerkanäle 26 in einander entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Von jedem der Verteilerkanäle 26 erstrecken sich eine Vielzahl von Auslasskanälen 28 zur Materialauslassfläche 18, wobei jeder der Auslasskanäle 28 an einer der Materialauslassöffnungen 20 endet.

Der durch den Einlasskanal 22, die Verteilerkanäle 26 und die Auslasskanäle 28 gebildete Hohlraum 14 ist bezüglich einer senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 3 stehenden Mittelebene 30 symmetrisch. Jeder der Verteilerkanäle 26 weist eine im Wesentlichen S-förmige Krümmung auf mit einem ersten Abschnitt 32, der in eine erste Richtung gekrümmt ist, und einem zweiten Abschnitt 34, der in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung gekrümmt ist. Der Quer- schnitt der Verteilerkanäle 26 verengt sich zunächst ausgehend von der Verzweigungsstelle 24, bevor er sich wieder aufweitet und sich zu einem Ende 36 des Verteilerkanals 26 wieder verengt. Alle von einem der Verteilerkanäle 26 abzweigenden Auslasskanäle 28 haben eine unterschiedliche Länge, wobei diese zwischen dem jeweiligen Verteilerkanal 26 und der Materialauslassfläche 18 gemessen wird. Die Länge der Auslasskanäle 28 ist dabei umso geringer, je weiter der jeweilige Auslasskanal 28 von der Verzweigungsstelle 24 entfernt ist. Der direkt an der Verzweigungsstelle 24 beginnende Auslasskanal 28 zweigt dabei sowohl vom einen als auch vom anderen Kanal 26 ab. Die Länge der Auslasskanäle 28 entspricht mindestens dem 1 ,5-fachen, im gezeigten Ausführungsbeispiel sogar mehr als dem 3-fachen des Durchmessers der Materialauslassöffnungen 20, die alle identische Größe aufweisen. Jeder der Auslasskanäle 28 weist zudem einen direkt vom jeweiligen Verteilerkanal 26 abzweigenden Anfangsbereich 38 und einen sich zur zugehörigen Materialauslassöffnung 20 erstreckenden Endbereich 40 auf, wobei die Endbereiche 40 einen geringeren Durchmesser aufweisen als die Anfangsbereiche 38. Der Übergang zwischen dem Anfangsbereich 38 und dem Endbereich 40 jedes der Auslasskanäle 28 erfolgt an einer Stufe 42.

Die Auftragsdüse 10 weist in ihrem Düsenkörper 12 einen weiteren Hohlraum 14' auf, der identisch mit dem Hohlraum 14 ausgebildet ist. Der weitere Hohlraum 14' wird durch einen weiteren Einlasskanal 22', zwei weitere Verteilerkanäle 26' und weitere Auslasskanäle 28' gebildet und kann über eine weitere Materialeinlassöffnung 16' mit viskosem Material befüllt werden. Die weiteren Auslasskanäle 28' enden an weiteren Materialauslassöffnungen 20', die in der Materialauslassfläche 18 in einer Reihe angeordnet sind, welche eine Fortsetzung der durch die Materialauslassöffnungen 20 gebildeten Reihe darstellt. Auch an die weitere Materialeinlassöffnung 16' kann ein Dosierventil angeschlossen werden. Die Materialauslassöffnungen 20 und die weiteren Materialauslassöffnungen 20' sind in gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet. Die jeweils äußeren der Materialauslassöffnungen 20 bzw. der weiteren Materialauslassöffnungen 20' sind in einem Abstand zu einem Rand 44 des Düsenkörpers 12 angeordnet, der der Hälfte des gegenseitigen Abstands entspricht.

Bei der Herstellung der Auftragsdüse 10 wird zunächst ein Rohling des Düsenkörpers 12 mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt. Bei diesem Rohling sind noch keine Materialauslassöffnungen 20, 20' vorhanden, da die Endbereiche 40, 40' der Auslasskanäle 28, 28' noch nicht ausgebildet sind. Diese werden in einem zweiten Verfahrensschritt durch Bohren in den Rohling eingebracht. Zu guter Letzt wird die Materialauslassfläche 18 durch Abschleifen der nach unten gerichteten Oberfläche des Rohlings gebildet.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Auftragsdüse 10 zum Auftragen von viskosem Material auf ein Werkstück, mit einem Düsenkörper 12, der eine Materialeinlassöffnung 16 und mehrere Materialauslassöffnungen 20 aufweist, welche in einer Materialauslassfläche 18 in mindestens einer Reihe angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich im Düsenkörper 12 ein Einlasskanal 22 von der Materialeinlassöffnung 16 bis zu mindestens einer Verzweigungsstelle 24 erstreckt, dass sich an jeder Verzweigungsstelle 24 zwei Verteilerkanäle 26 in einander entgegengesetzte Richtungen vom Einlasskanal 22 aus im Düsenkörper 12 erstrecken, wobei die Verteilerkanäle 26 jeweils über ihre gesamte Länge im Abstand zur Materialauslassfläche 18 angeordnet sind, und dass sich von jedem Verteilerkanal 26 mindestens ein Auslasskanal 28 im Düsenkörper 12 jeweils bis zu einer der Materialauslassöffnun-gen 20 ersteckt.