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SACHGEBIET
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorgehensweise, über eine
Düse fluide
Materialien auf kontrollierte Art und Weise aufzubringen; siehe
z.B. Dokument
US 3 836 076 .
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Düse für das Aufbringen eines Dichtungsmittels
oder eines Klebers, beispielsweise auf die Stoßstellen von Fahrzeugkarosserien.
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HINTERGRUND
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Bei
der Montage von Metallblechteilen treten typischerweise Stoßstellen
auf. Diese Stoßstellen treten
beispielsweise dort auf, wo ein oder mehrere Metallblechstücke mit
einer bestimmten Überlappung miteinander
verbunden werden. Es gibt verschiedene Vorgehensweisen zur Verbindung
von Metallblechbauteilen, wie beispielsweise Schweißen, Nieten
oder Kleben. Aus verschiedenen Gründen, nicht zuletzt aus Kostengründen, wird
häufig
das Punktschweißen
eingesetzt. Dies bedeutet, dass die Bleche durch diskrete Punktschweißungen verbunden werden,
die voneinander beabstandet entlang der Stoßstelle angeordnet sind. Die
so erreichte Stoßstelle
in Form von Punktschweißungen
weist eine gewisse Ähnlichkeit
zu einer genieteten Naht oder Verbindung auf. Überlappende Stoßstellen
zwischen miteinander verbundenen Platten können eine Quelle für Korrosionsschäden bilden,
da durch Kapillarkräfte
Feuchtigkeit in die Stoßstelle
hineingezogen werden kann. Daher ist es häufig wünschenswert, die Stoßstelle
mit einem wasserbeständigen
Material abzudichten, insbesondere bei Metalblechkonstruktionen,
die im Außenbereich
eingesetzt werden sollen.
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Ein
typisches Beispiel, bei dem die voranstehend geschilderte Vorgehensweise
eingesetzt wird, stellt die Konstruktion von Fahrzeugkarosserien
dar. Eine Fahrzeugkarosserie besteht typischerweise aus zahlreichen
Metallblechteilen, die durch Punktschweißen verbunden werden. Die meisten
dieser Stoßstellen
zwischen derartigen Metallblechteilen sind bei dem fertiggestellten
Fahrzeug verdeckt, da sie hinter Blenden, Sitzen usw. verborgen
sind. Um diese Stoßstellen
gegen beispielsweise durch Kondensation hervorge rufene Korrosion
zu schützen, wird
normalerweise auf die überlappende
Stoßstelle ein
Dichtungsmittel aufgebracht. Ähnlich
wie das Schweißen
selbst wird das Aufbringen des Dichtungsmittels normalerweise von
Robotern durchgeführt,
die das Dichtungsmittel über
Düsen aufspritzen.
Der Roboter folgt der geschweißten
Naht und bringt Dichtungsmittel auf die Stoßstelle auf, wobei es erwünscht ist,
dass das Dichtungsmittel die Stoßstelle mit einer Überlappung
abdeckt, die für
die jeweilige Anwendung geeignet ist. Es ist allerdings nicht erforderlich,
weiter entfernt von der Stoßstelle Dichtungsmittel
aufzubringen.
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Ein
wichtiger Faktor beim Aufbringen des Dichtungsmittels besteht darin,
wie gut der Roboter Ränder
und Biegungen an der Stoßstelle
folgen kann; ein Fahrzeug besteht nicht aus vielen geradlinig geschweißten Stoßstellen.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Roboter einem vorbestimmten,
in einem Computer gespeicherten Bewegungsmuster folgt, entsprechend
dem Layout der Schweißnähte der
Karosserie. Ein Problem bei einer derartigen Vorgehensweise besteht
allerdings darin, dass die Genauigkeit der Abmessungen bei einer
Fahrzeugkarosserie typischerweise einige Millimeter beträgt. Daher
wird ein gewisses Ausmaß an
Flexibilität von
dem Roboter gefordert, und besonders von seiner Düse, damit
ein zufriedenstellendes Aufbringen des Dichtungsmittels auf die
Stoßstelle
erfolgt, trotz der Tatsache, dass die Düse etwas näher an der Stoßstelle
oder etwas weiter entfernt von dieser angeordnet ist, als dies der
Roboter annimmt. Eine andere Vorgehensweise zur Lösung des
Problems, dass der Roboter der Schweißnaht folgt, besteht darin,
ihn mit einem der Düse
zugeordneten Entfernungssensor auszurüsten, oder alternativ mit irgendeiner
Art einer Messvorrichtung, die das Metallblech verfolgt, und daher
die tatsächliche
Entfernung von der Roboterdüse
zu der Stoßstelle
misst. Derartige Systeme können
jedoch andere Nachteile aufweisen, beispielsweise höhere Kosten,
aber auch in der Hinsicht, dass sie Raum im Roboterkopf einnehmen.
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1 zeigt
eine Düse
nach dem Stand der Technik, die zum Aufbringen eines Dichtungsmittels auf
Metallblechstoßstellen
verwendet wird. Die Düse zeichnet
sich dadurch aus, dass ihre Öffnung
ein Schlitz in einem gekrümmten
Abschnitt ist. Wie ebenfalls aus der Figur hervorgeht, verlässt das über den Düsenkanal
zugeführte
Material den Schlitz im wesentlichen in Radialrichtung aus dem gekrümmten Abschnitt.
Das Material wird daher in Form eines flachen Kegels ausgesprüht, und
dies stellt auch eine übliche
Bezeichnung für
diese Art von Düse
(Flachkegel) dar. Dieses Sprühverfahren
stellt eine relativ gleichmäßige Dicke
des Dichtungsmaterials über dem
Stoßstellenabschnitt
zur Verfügung.
Die Dicke, und ebenso die Breite des aufgebrachten Dichtungsmaterials,
hängen
jedoch direkt von der Entfernung zwischen der Düse und dem Substrat ab; eine
größere Entfernung
führt zu
einer dünneren
Beschichtung über
eine größere Fläche. Wenn
die Aufbringungsentfernung einen bestimmten Wert überschreitet, kann
der Düsenstrahl
auf unkontrollierte Art und Weise auf kleinere Düsenstrahlen aufgeteilt werden.
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Ein
weiterer Typ einer Düse
nach dem Stand der Technik ist in 2 gezeigt.
Diese Düse
ist ähnlich
demjenen von Ölbrennern,
und weist eine innere Kammer auf, in welcher ein Wirbel ausgebildet
wird, wenn das Material extrudiert wird. Die Düsenöffnung kann auch ein Gewinde
aufweisen, um die Wirbelbewegung zu verstärken. Wenn das Material ausgestoßen wird,
weist der Düsenstrahl
die Form eines Hohlkegels oder einer Spitztüte auf, wie dies in der Figur dargestellt.
Da der Düsenstrahl
kegelförmig
ist, weist diese Düse
dieselbe Entfernungsabhängigkeit
auf wie jene Düse,
die im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde. Weiterhin entsteht,
wenn die Düse
entlang einer Stoßstelle
geführt
wird, eine dickere Beschichtung entlang den Seiten als in der Mitte,
wo das Material am ehesten benötigt
wird.
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AUFGABE DER
ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Düse zu schaffen,
die die geschilderten Nachteile des Stands der Technik beseitigt.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Düse zum
Aufbringen einer Beschichtung, beispielsweise eines Dichtungsmittels,
zu schaffen, die so ausgebildet ist, dass sie weniger empfindlich auf
den Abstand zwischen der Düse
und der Oberfläche
reagiert, auf welche die Beschichtung aufgebracht werden soll, als
Düsen nach
dem Stand der Technik. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Düse
zu schaffen, die so arbeitet, um das Material, über die Aufbringungsoberfläche, die
abgedeckt ist, in einer solchen Art und Weise zu verteilen, dass
eine verbesserte Abdichtung mit einer vorgegebenen Materialmenge
im Vergleich zum Stand der Technik erzielt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Düse, die zum Aufbringen fluider
Materialien gedacht ist, und an ihrem Vorderende eine Öffnung aufweist,
die sich zu einem Schlitz öffnet.
Ein zentraler Abschnitt des Schlitzes soll dazu dienen, den Hauptanteil
des Materials geradlinig nach vorne freizugeben. Weiterhin weist
der Schlitz Seitenabschnitte auf, die so arbeiten, dass sie Material
in Richtung zu den Seiten hin abgeben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist
das Vorderende als Kegelstumpf mit einer ebenen Oberseite ausgebildet,
in welcher der Schlitz vorgesehen ist. Daher ist der Schlitz in
drei Abschnitte aufgeteilt, mit dem zentralen Abschnitt in der ebenen Oberseite,
wobei der Winkel der Seitenabschnitte durch den oberen Winkel des
Kegels festgelegt wird. Die Düse
ist mit einem Durchgangskanal von ihrem hinteren Ende bis zur geschlitzten Öffnung versehen, durch
welchen ein Material unter Druck durch die Düse von ihrem hinteren Ende
und heraus durch ihre geschlitzte Öffnung gezwungen werden kann.
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Das
dreiteilige Profil der Öffnung
führt dazu, dass
sich der Materialdüsenstrahl,
der aus der Düse herausgedrückt wird,
auf drei kleinere Düsenstrahlen aufteilen
möchte.
Liegt der Druck des Materials unterhalb eines bestimmten Niveaus,
so werden die Düsenstrahlen
jedoch durch die Oberflächenspannung zusammengehalten,
trotz der Ecken zwischen den Seitenabschnitten und dem zentralen
Abschnitt. Abhängig
von dem zu verwendenden Material und dessen rheologischen Eigenschaften
sind unterschiedliche Drücke
und Winkel für
das Sprühen
geeignet. Der Hauptanteil des Materials wird durch den zentralen
Abschnitt ausgespritzt, welcher in derselben Richtung offen ist
wie der Durchgangskanal, wodurch die Oberflächenspannung hauptsächlich dazu
führt, dass
die beiden kleineren, seitlichen Düsenstrahlen zum zentralen Düsenstrahl
hin abgelenkt werden. Dies führt
dazu, dass der Düsenstrahl
eine vergleichsweise gleichmäßige Breite über eine
erweiterte Entfernung aufweist, und so einen weiten, nutzbaren Aufbringungsentfernungsbereich
zur Verfügung stellt.
Da der Hauptanteil des Materials durch den zentralen Abschnitt extrudiert
wird, weist darüber
hinaus das Beschichtungsprofil die größte Dicke im Zentrum auf, also
an der Stoßstelle,
an welcher das Material benötigt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Düse
nach dem Stand der Technik, die einen Düsenstrahl in Form eines flachen Kegels
erzeugt;
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2 zeigt
eine Düse
nach dem Stand der Technik, die einen Düsenstrahl in Form eines Hohlkegels
erzeugt;
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3a, 3b,
und 3c zeigen verschiedene Ansichten einer Ausführungsform
der Erfindung;
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3d zeigt
eine Düse
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die einen Düsenstrahl
mit einem vergrößerten Arbeitsbereich
erzeugt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
Erfindung betrifft eine Düse
für das
Aufbringen eines Dichtungsmittels oder eines Klebers beispielsweise
auf Stoßstellen
von Fahrzeugkarosserien. Zwei generelle Probleme beim Stand der Technik
wurden diskutiert; nämlich
Empfindlichkeit auf Änderungen
der Aufbringungsentfernung und Verteilung des Materials auf die
beschichtete Oberfläche.
Die vorliegende Erfindung löst
diese beiden Probleme mit Hilfe einer Düse, deren Öffnung sich in einem Schlitz öffnet, der
einen zentralen Abschnitt aufweist, und so arbeitet, dass er den
Hauptanteil des Materials geradlinig nach vorn freigibt. Die Düse gemäß der vorliegenden
Erfindung weist weiterhin Seitenabschnitte des Schlitzes auf, die
so arbeiten, dass sie Material zu den Seiten hin abgeben. Der zentrale
Abschnitt und die Seitenabschnitte können geradlinig oder gekrümmt sein.
Benachbarte, geradlinige Abschnitte werden durch Ecken getrennt,
wogegen benachbarte gekrümmte
Abschnitte dadurch getrennt werden, dass unterschiedliche Krümmungsradien
und/oder Krümmungszentren
vorhanden sind. Unabhängig
von der speziellen Konstruktion besteht die grundlegende Idee der
vorliegenden Erfindung darin, dass das Material, das von benachbarten
Abschnitten des Schlitzes abgegeben wird, durch die Oberflächenspannung
in dem Material zusammengehalten wird, obwohl das Material in unterschiedlichen
Austrittswinkeln abgegeben wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform,
welche einen Schlitz mit drei Teilen aufweist, wird nachstehend
unter Bezugnahme auf die 3a bis 3d beschrieben.
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Die 3a bis 3c zeigen
eine bevorzugte Ausführungsform
der Düse 1 gemäß der Erfindung in
drei verschiedenen Ansichten. 3a zeigt
die Düse
von unten, so dass ihre Vorderöffnung 2 von der
Papierebene wegweist. 3a zeigt, dass die Düse 1 einen
im wesentlichen kreisförmigen
Längsschnitt
aufweist, allerdings ist dies nur als Beispiel anzusehen, da dieser
Teil der Düsenform
nicht entscheidend wesentlich für
die Erfindung ist. Daher könnte
dieser Querschnitt ebenso rechteckig sind. In 3b ist
die Düse 1 in
einer Seitenquerschnittsansicht dargestellt. Das hintere Ende der
Düse 1,
der obere Abschnitt in 3b, ist nicht vollständig dargestellt,
da dieser Abschnitt der Düse
nicht grundsätzlich
wesentlich für
die Erfindung ist. Der vordere Abschnitt der Düse 1, also der untere
Abschnitt in 3b, weist die Form eines Kegelstumpfes
auf. Bei einer anderen Ausführungsform
mit rechteckigem Querschnitt wäre
dieser Kegel eher eine Pyramide. Der Kegelspitzenwinkel φ ist in
der Figur angegeben. Ein Kanal 3, durch welchen Material fließen soll,
verläuft
durch die gesamte Düse 1 von
deren hinterem Ende aus bis zur Öffnung 2 an
ihrem Vorderende. Der Kanal 3 ist relativ breit und vorzugsweise
zylinderförmig.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie
sie in der Figur dargestellt ist, weist der Kanal 3 einen
engeren Abschnitt 4 unmittelbar vor der Öffnung 2 auf
und verursacht daher eine Erhöhung
der Geschwindigkeit des aufzubringenden Materials. Es wird auch
aus der Figur deutlich, dass der breite Kanal 3 an der Öffnung 2 in
einer bestimmten Entfernung h von dem ebenen Abschnitt am Vorderende endet.
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Wie
aus den 3a bis 3c hervorgeht, öffnet sich
die Öffnung 2 in
einen Schlitz 5, der im Vorderende der Düse 1 vorgesehen
ist. Der Schlitz 5 ist in dem ebenen Abschnitt des Vorderendes
vorgesehen, mit konstanter Tiefe h, als bis zur Öffnung 2 herunter
reichend. Der Schlitz 5 verläuft quer über die Düse 1, wodurch der
Schlitz 5 auch zwei diametral entgegengesetzte Abschnitte
der konischen Oberfläche
einnimmt. Der Schlitz 5 ist bis herunter zur Öffnung 2 des
Kanals 3 heruntergeschnitten, was einen freien Fluss von
Material durch die Düse 1,
von deren hinterem Ende bis heraus durch den Schlitz 5 an
ihrem Vorderende ermöglicht.
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3c zeigt
die Düse 1 und
deren Schlitz 5 in einer Querschnittsansicht aus einem
anderen Winkel. In dieser Figur verläuft der Schlitz 5 in
der Papierebene. Aus den 3a bis 3c wird
deutlich, dass die Öffnung 2 beträchtlich
enger ist als der Kanal 3, was zu einer starken Geschwindigkeitserhöhung beim
Drücken
des Materials durch die Düse
zu deren Öffnung 2 führt. Infolge
dieser Geschwindigkeitserhöhung
füllt dieses
Material teilweise den Schlitz 5, bevor es die Düse 1 verläßt.
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Von
dort aus, wo der Schlitz 5 mit Material gefüllt wurde,
gibt es im wesentlichen drei Wege, auf denen die Düse verlassen
werden kann; geradeaus durch das ebene Vorderende der Düse, oder
durch eine der beiden, im Winkel angeordneten, geraden Seiten. Bei
der bevorzugten Ausführungsform
geht der Hauptanteil des Materials durch das ebene Vorderende hindurch,
aus zwei Gründen;
teilweise deswegen, da das Ende geradeaus in Vorwärtsrichtung zum
Kanal 3 ausgerichtet ist, so dass keine Richtungsänderung
des Materials erforderlich ist, und teilweise deswegen, da die Breite
des vorderen, ebenen Endes größer ist
als die Breite des jeweiligen Seitenabschnitts. Im Idealfall sollte
die erläuterte
Konstruktion das Material dazu veranlassen, in drei getrennten Düsenstrahlen
ausgespritzt zu werden, einer gerade nach vorn, und zwei schräg zu den
Seiten hin. Durch eine geeignete Form der Düse 1, insbesondere
in Bezug auf die Größe des Kegelwinkels φ und die Form
des Schlitzes 5, und durch eine Anpassung des Drucks, mit
welchem das Material durch die Düse
gedrückt
wird, werden jedoch die drei Düsenstrahlen
infolge der Oberflächenspannung
zur Vereinigung veranlaßt.
Dies ist in 3d gezeigt, in welcher die Düse aus demselben
Winkel betrachtet wird wie in 3c. Da
der Hauptanteil des Materials durch das ebene Vorderende hindurchgeht,
werden die beiden Düsenstrahlen,
die durch die im Winkel angeordneten Seitenabschnitte hindurchgehen,
in Richtung auf den zentralen Düsenstrahl
durch die Kräfte
der Oberflächenspannung
abgelenkt. Dies führt
dazu, dass, wie in 3d gezeigt, der Düsenstrahl
weniger konisch ist als bei Düsen
nach dem Stand der Technik, was einen erweiterten Arbeitsbereich
erlaubt.
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3d zeigt
darüber
hinaus das Profil der Beschichtung, nachdem das Material auf das
Substrat aufgebracht wurde. Das Profil der Oberflächenbeschichtung
ist deutlich auf drei Teile unterteilt, infolge der Tatsache, dass
drei Düsenstrahlen
verwendet werden, selbst wenn sie zusammengehalten werden. Darüber hinaus
wird deutlich, dass der dickste Abschnitt der Beschichtung im Zentrum
vorhanden ist. Dies sichert eine gute Abdichtung der Stoßstelle
sowie eine hohe Festigkeit der Dichtungsmittelbeschichtung.
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Die
Düse ist
besonders gut für
das Aufbringen von Dichtungsmitteln auf Verbindungsstellen von Fahrzeugkarosserien
geeignet. Die Düse
stellt eine gut ausgebildete Stoßstelle zur Verfügung, wobei
der Dichtungsmittelverbrauch verringert ist, verglichen mit Düsen nach
dem Stand der Technik. Daher ist die Düse sowohl unter konstruktiven
als auch ökonomischen
Erwägungen
vorteilhaft.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Kegelwinkel φ =
90 °, wobei
das ebene Vorderende des Kegelstumpfs einen Durchmesser von 4 mm aufweist.
Bei einer derartigen Ausführungsform
hat der Schlitz 2 eine Länge von 8,5 mm und eine Breite von
0,45 mm. Eine derartige Ausführungsform
ist speziell an eine Art von Material angepasst, und es kann sein,
dass bei einer anderen Art von Material die Abmessungen abgeändert werden
müssen.