ViscoTec: 1K-Dosieranlagen für dynamischen Medienauftrag in der Klebetechnik
In der Dosiertechnologie lassen sich die neben einem geradlinigen Raupenauftrag kundenseitig oft erforderlichen zwei- und dreidimensionalen Kurvengeometrien mit Geräten für statischen Mengenaustrag nur eingeschränkt realisieren. Benötigt werden hierzu Systeme die einen sogenannten dynamischen Medienauftrag, also die Synchronisation der Austragsmenge mit den Bewegungsachsen während eines Dosierzyklus ermöglichen.
Raupenauftrag (Foto: ViscoTec)
Das Ergebnis sind dann querschnittsstabile Dosierraupen mit konstanten Funktionseigenschaften über die gesamte Raupenlänge.
Achssysteme unterliegen bei einem Richtungswechsel Beschleunigungs- und Bremseffekten aufgrund des Verhaltens der bewegten Massen. Dies führt bei mehrdimensionaler Anordnung mit zwei oder drei Achsen zu einer reduzierten Kurvengeschwindigkeit und in der Dosierung damit zu einer reduzierten Bahngeschwindigkeit der Dosiernadel im Kurvenbereich gegenüber der Bahngeschwindigkeit auf geraden Abschnitten. Bei Verwendung statisch arbeitender Dosierlösungen, wie z.B. Ventilsystemen mit deren Beschränkung auf gleichbleibende Fördermenge pro Zeiteinheit kommt es in Folge zu Produktanhäufungen in den Kurven bzw. Ecken. Die aufgetragene Dosierraupe weist an diesen Stellen einen stark erhöhten Raupenquerschnitt gegenüber den geraden Raupenabschnitten auf.
Abhilfe beim Einsatz rein statisch arbeitender Dosiersysteme bietet z.B. eine pauschale Absenkung der Bahngeschwindigkeit auf einen Wert, der im Kurvenbereich gegenüber der Geraden keinen maßgeblichen Geschwindigkeitsabfall verursacht. Dieses Vorgehen erhöht die Zykluszeit für den gesamten Prozessschritt aber erheblich, da die Grundgeschwindigkeit spürbar reduziert werden muss. Ein weiterer Lösungsansatz besteht im Einsatz höher dimensionierter Antriebsachsen und deren Steuersystemen, so dass die Bahngeschwindigkeit für das Gesamtsystem auch bei Kurvenfahrten konstanter gehalten werden kann. Bei dieser Lösung ist allerdings zu beachten, dass in Summe zwei oder drei Bewegungsachsen (für zwei oder dreidimensionale Raupenstrukturen) mit Komponenten und Ansteuersoftware in erweiterter Ausführung ausgestattet werden müssen. Die Anlagengesamtkosten erhöhen sich damit erheblich.
Des Weiteren ist für eine qualitativ hochwertige Dosierraupe die Querschnittsstabilität auch für den Raupenschluss bei geschlossenen Raupen zu gewährleisten. Statisch fördernde Systeme arbeiten hinsichtlich Raupenanfang und Raupenende ausschließlich nach dem Start/Stop-Prinzip und können sich somit nicht ausreichend mit dem Anlauf- und Bremsverhalten der Bewegungsachsen des Dosiersystems koordinieren. Verstärkt werden diese Einschränkungen bei Druck-Zeit gesteuerten Konzepten und durch den Effekt des Nachtropfens bei nicht rückzugsfähigen Dosiersystemen, da sich ungeachtet der Ein- und Ausschaltzustände am System nur beschränkt kontrollierbare Fließverhalten ergeben.
Querschnittstabile Raupenaufträge lassen sich für die dargestellten Anwendungen wirtschaftlich nur dann sinnvoll erreichen, wenn sich das Austragsvolumen an einem Dosiersystem über den gesamten Dosiervorgang präzise mit hohen Dynamikraten steuern lässt. Welche Lösungskonzepte stehen in der Dosiertechnologie aktuell zur Verfügung um die eingangs aufgezeigten, bisherigen technischen und wirtschaftlichen Nachteile in der Raupendosierung zu eliminieren?
Für Anwender kann das Prinzip des "dynamischen Medienauftrags" dazu hervorragend eingesetzt werden. Hinter diesem Begriff verbirgt sich die technische Möglichkeit, die Dosiermenge pro Zeiteinheit zu jedem Zeitpunkt des Dosierprozesses beliebig zu verändern und Mengenprofile einzusetzen. Der dynamische Medienauftrag basiert zunächst auf drei grundsätzlichen technischen Anforderungen, die von einem Dosiersystem erfüllt werden müssen. Erste Voraussetzung ist die Anwendung einer volumetrisch arbeitenden Dosiertechnologie, da Raupenquerschnitte bei gegebener Raupenlänge in direkter Relation zum Raupenvolumen stehen. Als weitere Systemvoraussetzung ist am Dispenser die Linearität von Steuersignal zu Fördermenge zu gewährleisten, um den Einsatz einfacher Ansteuerungen ohne aufwendige Korrekturalgorithmen zu ermöglichen. Darüber hinaus können nur Technologien Verwendung finden, die eine pulsationsfreie Dosierung gewährleisten, schwankende Austragsmengen wirken einer Querschnittsstabilität grundsätzlich entgegen.
Erfüllt werden können diese Anforderungen durch die Verwendung der Exzenterschneckenpumpen-Technologie, ergänzt um passende Antriebsysteme und Konfigurationswerkzeuge zur Definition der dynamischen Prozessparameter. Konzeptionelle Einschränkungen anderer Dosiertechnologien, wie z.B. Einschaltimpulse, Abschaltverzögerungen oder Nachlaufverhalten finden sich bei diesen Systemen nicht. Mit jeder vollen Pumpenumdrehung wird immer ein fest definiertes Medienvolumen dosiert. Es besteht eine lineare Übereinstimmung zwischen Dispenser-Drehzahl und Austraggeschwindigkeit. Doppelte Drehzahl bewirkt verzögerungsfrei doppeltes Fördervolumen. Diese Volumengenauigkeit wird bei den ViscoTec Systemen höchst zuverlässig auch bei schwankenden Viskositätswerten erreicht.
Die Austragsmenge kann zu jedem Zeitpunkt volumengenau und linear sehr einfach mit einem analogen Steuersignal eingestellt werden. Der dynamische Medienaustrag für mehrdimensionale Raupen wird in 1K Dosieranlagen sehr einfach über programmierbare Rampenprofile erreicht. Die Austragsgeschwindigkeit wird mit den Bahngeschwindigkeiten der Achssysteme synchronisiert. Auf den geradlinigen Raupensegmenten wird mit hoher Dosiergeschwindigkeit gearbeitet. Mit reduzierter Kurvengeschwindigkeit der Achsen wird synchron die Austragsgeschwindigkeit am Dispenser reduziert und der Raupenquerschnitt mit hoher Genauigkeit konstant gehalten. Mit der dynamischen, maximal erreichbaren Dosiergeschwindigkeit an jedem einzelnen Raupensegmente kann die Gesamtzykluszeit für den Anwender auf das Minimum reduziert werden.
