0,001 ml Flüssigkeit punktgenau dosiert

Klein ist "in". In der Automatisierung stellt sich daher durch zunehmende Miniaturisierung immer häufiger die Frage nach optimaler Dosierung kleinster Mengen. Ob in der Elektronik oder Mikromechanik: Lötpasten, Klebstoffe, Schmier-, Verguss- und Dichtmittel müssen gezielt, wohldosiert, klecker- und tropffrei an ihren Bestimmungsort gebracht werden. Präzisionsvolumendosierer sind hier erste Wahl, wenn es um hohe Flexibilität bei gleichzeitig exakter Aufbringung geht. Bestimmungsgemäß sollten solche Geräte ebenfalls recht klein bauen. Kleinantriebe sind deshalb hier die geeignete Kraftquelle. Sie erlauben hohe Leistung aus kleinem Bauvolumen, sind sehr dynamisch und auch exakt regelbar – Eigenschaften, die für eine Dosierung unverzichtbar sind.

Kleine Mengen automatisch gezielt zu dosieren ist nicht trivial. Die Aufgabenstellung erfordert vielmehr grundlegendes Know-how und Innovationsbereitschaft. Der Spezialist für Präzisionsvolumendosierer der Marke preeflow®, die ViscoTec Pumpen- und Dosiertechnik GmbH aus Töging am Inn, kann beides bieten. Um das (Antriebs-)Rad nicht neu erfinden zu müssen, setzten die Dosierfachleute auf die Antriebsexperten von FAULHABER. Zusammen konnte so schnell eine robuste und präzise Antriebslösung für die Dosiergeräte gefunden werden.

Volumetrisch dosieren

Es gibt einige Möglichkeiten, kleinste Mengen zu dosieren. Die Dosierung nach Volumen hat sich dabei als die einfachste und flexibelste Methode in der Praxis bewährt. Die zu fördernde Substanz muss dabei "nur" durch gleichmäßig fördernde Pumpen zur Dosierspitze hin bewegt werden. Aus der bekannten Fördermenge und der Förderzeit ergeben sich dann die gewünschten Mengen. Natürlich steckt auch hier der Teufel im Detail. Unterschiedliche Viskositäten, abrasive oder eher schmierende Stoffe, elastisches Verhalten, Tendenz zum Nachtropfen etc. müssen bei der Auslegung der Dispensereinheit berücksichtigt werden. Im eco-PEN sind diese und weitere Vorgaben aus der Praxis berücksichtigt. Herz der Dispensereinheit ist ein rotierendes, absolut druckdichtes Verdrängersystem. Es besteht aus einem selbstdichtenden, inneren Rotor und dem äußeren Stator. Über eine gesteuerte Drehbewegung des Rotors wird das Fördermedium durch Verdrängen gefördert. Das Wechseln der Drehrichtung erlaubt dem System auch rückwärts zu fördern. Dies ermöglicht einen sauberen, kontrollierten Materialabriss ohne Nachtropfen. Das Medium selbst wird dabei schonend, ohne Veränderung in der Struktur transportiert. Das System ist so ausgelegt, dass es mit Wasser bis zu 2 bar Förderdruck selbstdichtend ist. Mit zunehmender Viskosität nimmt auch die Eigendichtung zu. Dosier­drücke von 16 bis 20 bar sind so ohne Weiteres möglich. Dieser hohe Förderdruck wiederum erlaubt den Einsatz kleinerer Nadel- und Düsenquerschnitte für feinere Auftragsflächen. Zudem ist es möglich, bei hochviskosen Medien einen Grundvordruck anzulegen. So kann bei selbstnivellierenden Flüssigkeiten ein Drucktank entfallen. Auf diese Weise können mit nur drei Modellen 0,15 bis 16,9 ml Medium je Minute kontinuierlich gefördert werden. Benötigt man punktuelle Dosierung, so lassen sich je nach Modell als Minimal­menge 0,001 ml, 0,004 ml oder 0,015 ml gezielt platzieren. Zur besseren Wartung/Reinigung bei Medienwechsel sind die Volumendosierer modular aufgebaut – in eine Antriebs- und die eigentliche Dispensereinheit. Hinzu kommt ein separates Steuergerät für den Antrieb.

Drehmomentstarker Antrieb

Der mögliche hohe Förderdruck im Dispensermodul setzt natürlich zwingend einen drehmomentstarken Antrieb voraus. Bei der beschränkten Baugröße der Einheit kommt dafür nur ein Kleinmotor mit Vorsatzgetriebe in Frage. Zusammen mit FAULHABER fanden die Konstrukteure schnell den richtigen Kraftzwerg. Das beste Preis-/Leistungs-Verhältnis konnte ein Bürstenmotor mit Encoder und Planetenvorsatzgetriebe für sich verbuchen. Die Bürstenkommutierung ermöglicht eine einfache Pulsweitenregelung und Drehrichtungsumkehr. Encoder und Planetengetriebe im Motordurchmesser erlauben eine schlanke Bauform. Getriebe wie Motorlagerung sind für die gesamte Lebensdauer geschmiert und wartungsfrei. Der integ­rierte Encoder ermöglicht die präzise Mengenzuteilung und den tropffreien Abriss des Mediums durch exakte Rückmeldung der Rotorposition des Antriebs. Durch die Untersetzung des Getriebes wird diese Auflösung am Förderrotor des Dispensermoduls noch weiter verbessert. Der kompakte Antriebsblock aus Motor mit Encoder und Getriebe misst je nach Dispenserausführung nur 22 mm im Durchmesser bei 32 mm Baulänge des Motors und 27 bis 48 mm Getriebelänge. Der große Bruder bringt es auf 26 mm Durchmesser und 42 mm Länge, sein Getriebe auf 28 bis 60 mm (3,7 bis 1526 :1). Die Motoren bringen bei 6 bis 24 VDC 10 mNm Dauerdrehmoment bzw. die großen bei 12 bis 48 VDC 28 mNm. Dieses Drehmoment wird durch das jeweilige Getriebe auf das für die Dispensereinheit bei 20 bar Förderdruck nötige Maß erhöht. Der aufsteckbare Encoder liefert je nach Typ 64 bis 512 Impulse je Umdrehung. Zusammen mit dem Getriebe ergibt sich so eine feine Auflösung der Stellung des Förderrotors. Ein kundenspezifischer Kabelanschluss führt Betriebsspannung wie Encodersignal der Steuereinheit zu. Kleinantriebe bieten sich heute für viele Einsatzbereiche als platzsparende Antriebs­alternative an. In Leistung und Größe angepasste Getriebe und Encoder stehen ebenfalls zur Verfügung. So kann der Antrieb problemlos in viele Anlagen eingebunden werden. Dabei ersetzt der Antrieb vor Ort oft teure, wartungsintensive mechanische Transmissionen oder macht aufgrund seiner kleinen Abmessungen ein angedachtes Konzept überhaupt erst möglich.

Gezielter Mediumauftrag mit der eco-PEN Dispensereinheit von ViscoTec