DE102008018881B4

DE102008018881B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück sowie Verwendung eines Nadelventils für eine Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück

Info

Publication number: DE102008018881B4
Application number: DE102008018881.6A
Authority: DE
Inventors: Josef Schucker
Original assignee: Atlas Copco IAS GmbH
Current assignee: Atlas Copco IAS GmbH
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: DE102008018881A1

Abstract

Verfahren zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück (12) in Form von mindestens einer auf einer Auftragsbahn (22) auf einer Werkstückoberfläche angeordneten Materialraupe (24) mit vorbestimmter Länge, wobei die Geometrie der Auftragsbahn (22) in eine Robotersteuereinheit (21) eingegeben wird, wobei ein durch die Robotersteuereinheit (21) angesteuerter Roboter (14) eine ein Auftragsventil (20) aufweisende Auftragsvorrichtung (18) entlang der Auftragsbahn (22) relativ zum Werkstück (12) bewegt, und wobei das viskose Material druckbeaufschlagt durch Öffnen und Schließen des Auftragsventils (20) auf das Werkstück (12) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Datenspeicher einer Ventilsteuereinheit (27) Solldaten (28) für die Länge der mindestens einen Materialraupe (24) eingegeben werden, dass die Robotersteuereinheit (21) während des Materialauftrags die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung (18) relativ zum Werkstück (12) charakterisierende Geschwindigkeitsdaten (30) an die Ventilsteuereinheit (27) übermittelt, dass die Ventilsteuereinheit (27) aus den Solldaten (28) und den Geschwindigkeitsdaten (30) die Öffnungs- und Schließzeitpunkte berechnet, zu denen das Auftragsventil (20) für den Auftrag der mindestens einen Materialraupe (24) zum Öffnen und zum Schließen anzusteuern ist, und dass das Auftragsventil (20) zu den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkten zum Öffnen bzw. Schließen von der Ventilsteuereinheit (27) angesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück gemäß Oberbegriff des Anspruchs 13.
Solche Verfahren und Vorrichtungen (vgl. DE 10 2005 026 374 A1 ) finden ihre Anwendung insbesondere bei der Herstellung von Fahrzeugkarosserien. Ein Roboter bewegt das Auftragsventil einer Auftragsvorrichtung entlang einer Auftragsbahn relativ zu einem Werkstück, das in diesem Fall ein Karosserieteil ist. Aus dem Auftragsventil wird auf die Auftragsbahn beispielsweise Klebstoff appliziert, der aus einer Klebstoffraupe oder aus mehreren Klebstoffraupen bestehen kann, welche im Abstand zueinander durch Lücken getrennt auf dem Werkstück angeordnet sind. Insbesondere dienen Klebstoffraupen der Erhöhung der Festigkeit der Verbindung zweier Werkstücke, die durch Schweißpunkte oder Schweißnähte miteinander verbunden sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Schweißpunkte auf der Auftragsbahn anzubringen, wozu der Klebstoff jedoch vor dem Verschweißen aufgetragen werden muss. Bei den herkömmlichen Verfahren wird das Auftragsventil durch die Robotersteuereinheit angesteuert, welche auch die Bewegung des Roboters, und damit der Auftragsvorrichtung, relativ zum Werkstück steuert. Deren Rechenkapazität reicht nicht aus, das Auftragsventil für den Auftrag einer kurzen Klebstoffraupe oder von mehreren kurzen Klebstoffraupen mit kurzen Lücken ausreichend schnell anzusteuern, wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Werkstück entsprechend hoch ist. Ein Materialauftrag, bei dem kurze Raupen zwischen Schweißpunkten angeordnet werden, ist mit den herkömmlichen Verfahren somit nur dann möglich, wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Werkstück deutlich unter die üblichen 300 bis 500 mm pro Sekunde abgesenkt wird. Eine solche Absenkung der Geschwindigkeit verlangsamt jedoch die Fertigung erheblich und ist daher inakzeptabel. Auch der Auftrag einzelner kurzer Klebstoffraupen ist - unabhängig davon, ob zwischen ihnen definierte Lücken angeordnet werden - nur bei einer Absenkung der Relativgeschwindigkeit möglich.
Bei den herkömmlichen Verfahren werden somit meist lange kontinuierliche Klebstoffstränge auf die Auftragsbahn aufgebracht. Dies hat zur Folge, dass bei der Herstellung der Schweißverbindungen der elektrisch isolierende Klebstoff an den Schweißpunkten erst durch Zusammenpressen der Werkstücke durch die Schweißzangen verdrängt werden muß. Kann der Klebstoff am Schweißpunkt nicht vollständig verdrängt werden, ist es dem Zufall überlassen, ob eine entsprechend stabile Schweißverbindung an diesem Punkt hergestellt werden kann. Desweiteren verdampft der Klebstoff beim Schweißen und verbrennt bei den erreichten Temperaturen von deutlich über 1 000° C. Dabei werden unkontrolliert Dämpfe und Gase freigesetzt, die gesundheitsschädlich sein können und die deshalb in einer Fertigungshalle aufwendige Absauganlagen erfordern. Schließlich stellt der Klebstoffauftrag an den Schweißpunkten eine unnötige Materialverschwendung dar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass auch kurze Materialraupen einzeln oder in kurzer Abfolge unabhängig von der Relativgeschwindigkeit zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Werkstück zuverlässig auf ein Werkstück aufgebracht werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Mit dem Verfahren gemäß Anspruch 2 können kurze Materialraupen hintereinander in kurzen definierten Abständen aufgebracht werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Steuerung des Roboters und die Steuerung des Öffnungs- und Schließvorgangs des Auftragsventils zu entkoppeln. Die Robotersteuereinheit ist dann lediglich für die Bewegung der Auftragsvorrichtung relativ zum Werkstück verantwortlich. Diese Bewegung, die entlang einer komplizierten dreidimensionalen Auftragsbahn stattfinden kann, lastet auch moderne Robotersteuereinheiten in der Regel fast vollständig aus. Zudem kann die Signalübertragung von der Robotersteuereinheit an das Auftragsventil nicht deterministisch, also nicht mit der gewünschten zeitlichen Genauigkeit stattfinden. Für das Auftragsventil ist eine gesonderte Ventilsteuereinheit vorgesehen, die für die Ansteuerung des Auftragsventils zum Öffnen und Schließen verantwortlich ist. Sie muß lediglich vor Beginn des Materialauftrags mit den Solldaten für die Längen und Abstände der Materialraupen versehen werden. Die Abstände zwischen den Materialraupen werden dabei vom Durchmesser der zwischen den Materialraupen anzubringenden Schweißpunkte bestimmt. Hinzu kommt ein Sicherheitsabstand zwischen der Materialraupe und dem Schweißpunkt, so dass ein Verdampfen oder gar Verbrennen des aufgebrachten Materials beim Herstellen der Schweißverbindung zumindest reduziert wird. Von der Robotersteuereinheit erhält die Ventilsteuereinheit während des Materialauftrags Daten, die die Relativgeschwindigkeit zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Werkstück charakterisieren, und kann somit die Zeitpunkte berechnen, zu denen das Auftragsventil zum Öffnen und zum Schließen anzusteuern ist, um die gewünschten Materialraupen zu erhalten.
Das Auftragsventil ist vorteilhaft als Nadelventil ausgebildet, und seine Nadel wird durch Beaufschlagung eines mit ihr verbundenen Kolbens mit Druckluft zum Öffnen von einem Ventilsitz abgehoben und zum Schließen auf den Ventilsitz gedrückt. Diese Maßnahme verkürzt die Schaltzeit des Auftragsventils gegenüber den beim Klebstoffauftrag bisher verwendeten Nadelventilen, die mittels Druckluftbeaufschlagung des Kolbens geöffnet und durch die Rückstellkraft einer Feder geschlossen werden. Dabei wird die Druckluft vorteilhaft zum Öffnen bzw. zum Schließen in eine Kolbenkammer eingeleitet, und die Kolbenkammer wird unmittelbar nach dem Öffnen bzw. Schließen wieder entlüftet. Das Entlüften der Kolbenkammer kurz nach dem Schalten des Auftragsventils bewirkt, dass die Druckluft nicht erst beim nächsten Schalten zeitaufwendig aus der Kolbenkammer entweichen muß, so dass die Schaltzeit weiter verkürzt wird. Bei den somit verwirklichten kurzen Schaltzeiten verbleibt die Nadel durch ihre Trägheit auch nach dem Entlüften der Kolbenkammer ausreichend zuverlässig in ihrer Position.
Vorzugsweise sendet die Robotersteuereinheit zu Beginn und zum Ende der Bewegung der Auftragsvorrichtung, also am Startpunkt und am Endpunkt der Auftragsbahn, jeweils ein Signal an die Ventilsteuereinheit, wodurch diese zu Beginn aktiviert und zum Ende deaktiviert wird. Es ist möglich, dass die Solldaten für die Längen und Abstände der Materialraupen vor Beginn des Materialauftrags von Hand in den Datenspeicher der Ventilsteuereinheit eingegeben werden. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Solldaten mittels eines Datenverarbeitungsprogramms generiert und in den Datenspeicher der Ventilsteuereinheit eingelesen werden. Hierzu kommt insbesondere die Generierung der Solldaten mittels eines CAD-Programms in Frage. Genauso ist es möglich, von Hand in den Datenspeicher eingegebene Solldaten, beispielsweise zur Änderung der vom CAD-Programm vorgegebenen Daten, wiederum mittels einer Rückkopplung in einen Datenspeicher des CAD-Systems zu überführen.
Zweckmäßig fließt die Schaltzeit des Auftragsventils, die von seiner Ansteuerung bis zu seinem Öffnen bzw. bis zu seinem Schließen verstreicht, in die Berechnung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte ein. Dabei kann eine vorab bestimmte Schaltzeit im Datenspeicher der Ventilsteuereinheit gespeichert sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Steltung der Nadel mittels eines Sensors zeitabhängig gemessen und an die Ventilsteuereinheit übermittelt. Die Ventilsteuereinheit berechnet dann stets aufs Neue die Dauer der Schaltzeit und lässt diese in die Berechnung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte einfließen. Im Laufe des Betriebs kann sich die Schaltzeit des Auftragsventils durch Verschleiß oder durch Aushärten von Klebstoff verändern. Diese Veränderung liegt regelmäßig im Bereich weniger Millisekunden und ist beim Auftrag langer Materialraupen wenig relevant. Beim Auftrag von kurzen Materialraupen, die in kurzen Abständen zueinander angeordnet werden, wobei das Auftragsventil für Zeiträume in der Größenordnung von 10 Millisekunden geöffnet bzw. geschlossen wird, sind solche Änderungen der Schaltzeit jedoch hoch relevant. Ist die Schaltzeit des Auftragsventils der Ventilsteuereinheit bekannt, kann diese den Öffnungs- bzw. Schließvorgang um die entsprechende Zeit früher starten, so dass auch nach längerem Betrieb die Materialraupen und deren Abstände zueinander in der gewünschten Genauigkeit erhalten werden können. Für die Bestimmung der Schaltzeit ist es ausreichend, wenn der Sensor ein Signal an die Ventilsteuereinheit übermittelt, wenn die Nadel ihre Endstellungen erreicht und verlässt. Eine präzisere Messung des Öffnungs- und Schließverhaltens des Auftragsventils erhält man, wenn die Stellung der Nadel in vorbestimmten, kurzen Zeitabständen oder kontinuierlich mit einem analogen Sensor gemessen wird. Vorteilhaft wird ein Fehlersignal erzeugt, wenn die ermittelte Schaltzeit einen vorgegebenen Wert überschreitet. Das Fehlersignal kann anzeigen, dass das Auftragsventil ausgetauscht werden muss. Es können auch verschiedene Fehlersignale beim Überschreiten verschiedener vorgegebener Werte vorgesehen sein, die den fortlaufenden Verschleiß des Auftragsventils wiedergeben.
Als Ventil kommt vorzugsweise ein Nadelventil zum Einsatz, das eine Auftragsdüse für das viskose Material und eine zur Auftragsdüse führende, an einen Vorratsbehälter anschließbare, zumindest teilweise durch seinen Ventilkörper verlaufende Zuführleitung aufweist. Dabei ist die Zuführleitung im Ventilkörper in mindestens zwei in die Auftragsdüse mündende Zuführkanäle geteilt, wobei jeder der Zuführkanäle mindestens eine im Ventilkörper gelagerte, zum Schließen des Zuführkanals auf einen Ventilsitz wirkende Nadel aufweist. Ein solches Nadelventil weist eine erheblich kürzere Schaltzeit zum erneuten Öffnen auf. Hintergrund ist, dass jedes Ventil eine sogenannte Totzeit aufweist, während der es nach seinem Schließen nicht wieder geöffnet werden kann. Die Totzeit wird beispielsweise dadurch bedingt, dass nach dem Schließen des Ventils durch Druckluftbeaufschlagung des mit der Nadel verbundenen Kolbens erst die Kolbenkammer entlüftet werden muß, bevor die Nadel wieder vom Ventilsitz abgehoben werden kann. Auch die Schaltzeit eines Magnetventils, das die Druckluftzufuhr steuert, ist zu berücksichtigen. Weist das Nadelventil zwei Zuführkanäle auf, so kann der Materialauftrag wahlweise durch Öffnen eines der beiden Zuführkanäle erfolgen. Dies hat zur Folge, dass bereits eine sehr kurze Zeit nach dem Schließen des ersten Zuführkanals der zweite Zuführkanal geöffnet und der Materialauftrag fortgesetzt werden kann. Hierdurch können sehr kurze Lücken zwischen den Materialraupen erzielt werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann das Nadelventil in seinem zur Auftragsdüse führenden Zuführkanal zwei im Ventilkörper gelagerte, zum Schließen des Zuführkanals auf jeweils einen Ventilsitz wirkende Nadeln aufweisen. Zum Öffnen des Zuführkanals müssen beide Nadeln gleichzeitig vom Ventilsitz abgehoben sein. Durch die Anordnung zweier Nadeln im Zuführkanal wird bewirkt, dass der Zuführkanal bereits eine sehr kurze Zeit nach seinem Öffnen durch die zweite Nadel wieder geschlossen werden kann. Durch diese Maßnahme können sehr kurze Materialraupen bis hin zu Materialpunkten auf das Werkstück aufgetragen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

1 eine Auftragsvorrichtung bei der Bearbeitung eines Werkstücks;
2 eine schematische Darstellung von Materialraupen auf einer Auftragsbahn mit den dazugehörigen Solldaten;
3 bis 6 schematische Darstellungen der Funktionsweise von für die Vorrichtung gemäß 1 verwendbaren Auftragsventilen;
7 eine schematische Darstellung der Schaltzustände eines Auftragsventils gemäß 4 und
8 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des mit der Vorrichtung gemäß 1 durchgeführten Verfahrens.

Ein Auftragssystem 10 für den Auftrag von Klebstoff auf ein Karosseriebauteil 12 für ein Kraftfahrzeug gemäß 1 weist einen Roboter 14 auf, an dessen Roboterarm 16 eine Auftragsvorrichtung 18 für den Klebstoff montiert ist. Die Auftragsvorrichtung 18 weist ein Auftragsventil 20 auf, das vom Roboter 14 entlang einer Auftragsbahn im Abstand zum Werkstück 12 über dessen Oberfläche bewegt wird. Aus dem Auftragsventil 20 wird Klebstoff druckbeaufschlagt auf das Werkstück 12 aufgebracht. Die Bewegung des Roboters 14 und somit der Auftragsvorrichtung 18 relativ zum Werkstück 12 wird mittels einer Robotersteuereinheit 21 gesteuert. Es versteht sich von selbst, dass neben der Bewegung der Auftragsvorrichtung 18 auch eine Bewegung des Werkstücks 12 möglich ist, wobei für die Erfindung lediglich relevant ist, dass die Auftragsvorrichtung 18 und das Werkstück 12 relativ zueinander bewegt werden.
Wie in 2 gezeigt, wird der Klebstoff auf die Auftragsbahn 22 in Form von Klebstoffraupen 24 aufgetragen. Die Klebstoffraupen 24 sind in Längsrichtung der Auftragsbahn 22 in Abständen zueinander angeordnet, so dass sich auf der Auftragsbahn 22 Lücken 26 zwischen den Klebstoffraupen 24 befinden. Die Lücken 26 sind für die Anbringung von Schweißpunkten vorgesehen, mit denen das Werkstück 12 mit einem anderen Werkstück verbunden wird. Die anschließende Aushärtung der Klebstoffraupen 24 verfestigt die Verbindung beider Werkstücke. Die Lücken 26 auf der Auftragsbahn 22 sind deshalb nötig, da die Schweißpunkte nicht mit den Klebstoffraupen 24 in Berührung kommen dürfen. Bei den beim Schweißen erzielten hohen Temperaturen kann der Klebstoff verdampfen oder verbrennen, wodurch Schadstoffe freigesetzt werden können. Die Länge jeder Lücke 26 ist deshalb größer als der Durchmesser des in ihr anzubringenden Schweißpunkts, um einen Sicherheitsabstand zu den benachbarten Klebstoffraupen 24 zu schaffen.
Die Längen der Lücken 26 betragen im hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen 10 mm und 14 mm. Bei einer Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück 12 und Auftragsdüse 20 von typischerweise bis 500 mm/sec legt das Auftragsventil 20 die Strecke entlang einer Lücke 26 in einer Zeit von weniger als 30 Millisekunden zurück. In dieser Zeit muß das Auftragsventil 20 zu vorbestimmten Zeitpunkten erst geschlossen und dann wieder geöffnet werden. Entsprechendes gilt, wenn ähnlich kurze Klebstoffraupen 24 aufgetragen werden sollen. Erfolgt die Steuerung des Öffnungs- und Schließvorgangs des Auftragsventils 20 durch die Robotersteuereinheit 21, so reicht deren Rechenkapazität bzw. die Laufzeit der Datenübertragung nicht aus, um die Klebstoffraupen 24 ausreichend präzise aufzutragen, da die Robotersteuereinheit 21 durch die Steuerung der schnellen und komplizierten Bewegung des Roboters 14 bereits nahezu ausgelastet ist. Aus diesem Grund weist die Auftragsvorrichtung 18 eine Ventilsteuereinheit 27 auf, in der, wie in der Tabelle von 2 veranschaulicht, Solldaten 28 für die Längen der einzelnen Klebstoffraupen 24 und Lücken 26 gespeichert sind. An die Ventilsteuereinheit 27 werden von der Robotersteuereinheit 21 kontinuierlich Daten 30 übertragen, die die aktuelle Relativgeschwindigkeit des Auftragsventils 20 zum Werkstück 12 charakterisieren. Desweiteren ist im Datenspeicher der Ventilsteuereinheit 27 der für das Auftragsventil 20 spezifische Wert für die zwischen der Ansteuerung des Auftragsventils 20 und dem Beginn bzw. dem Ende des Klebstoffauftrags verstreichende Schaltzeit gespeichert. Aus den Solldaten 28, den Geschwindigkeitsdaten 30 und der Schaltzeit errechnet die Ventilsteuereinheit 27 die Öffnungs- und Schaltzeit errechnet die Ventilsteuereinheit 27 die Öffnungs- und Schließzeitpunkte, zu denen das Auftragsventil 20 für den Auftrag der Klebstoffraupen 24 zu öffnen und zu schließen ist und steuert das Auftragsventil 20 zu den errechneten Zeitpunkten zum Öffnen bzw. zum Schließen an. Der Beginn des Klebstoffauftrags erfolgt durch ein Startsignal der Robotersteuereinheit 21, ebenso das Ende des Klebstoffauftrags. Der Steuerungsvorgang ist in 8 veranschaulicht.
Als Auftragsventil 20 kommen insbesondere solche Ventile in Frage, deren Funktionsweise in 3 bis 6 dargestellt ist. Dabei handelt es sich ausnahmslos um Nadelventile. Das einfachste Ventil gemäß 3 weist eine in einem Ventilkörper 32 beweglich gelagerte Nadel 34 auf, die mit einem in einer Kolbenkammer 36 beweglich gelagerten Kolben 38 beweglich verbunden ist. Der Klebstoff wird über einen Zuführkanal 40 durch den Ventilkörper 32 geleitet, der durch Aufdrücken der Nadel 34 auf einen Ventilsitz 42 geschlossen und durch Abheben der Nadel 34 vom Ventilsitz 42 geöffnet wird. Unmittelbar an den Ventilsitz 42 schließt sich eine hier nicht näher dargestellte Auftragsdüse an, aus der der Klebstoff austritt. Der Kolben 38 ist beidseitig mit Druckluft beaufschlagbar, so dass das Öffnen und Schließen des Nadelventils 20 jeweils durch Druckluftbeaufschlagung des Kolbens 38 erfolgt. Unmittelbar nach jedem Kolbenhub wird die Kolbenkammer 36 entlüftet, so dass die Druckluft entweichen kann und nicht beim darauf folgenden Kolbenhub zeitaufwendig ausgepresst werden muss.
Das Nadelventil 20 gemäß 4 stellt eine Weiterentwicklung des Ventils gemäß 3 dar. Zwei durch den Ventilkörper 32 verlaufende baugleiche Zuführkanäle 40 sind an dieselbe Förderleitung für Klebstoff angeschlossen und münden in eine Auftragsdüse 44. In jedem der Zuführkanäle 40 wirkt eine Nadel 34 zum Verschließen auf einen Ventilsitz 42. Das Nadelventil 20 gemäß 4 stellt somit eine Kombination zweier Ventile gemäß 3 dar. Die Anordnung zweier Zuführkanäle 40 im Ventilkörper 32 hat den Vorteil, dass zum Klebstoffauftrag lediglich einer der Zuführkanäle 40 geöffnet werden muß. Nach einem Schließen des einen Zuführkanals 40 kann der Klebstoffauftrag rasch wieder durch Öffnen des anderen Zuführkanals 40 fortgesetzt werden, da die zu seiner Nadel 34 gehörende Kolbenkammer 36 bereits entlüftet wurde. Mit einem Nadelventil 20 gemäß 4 können somit sehr kleine Lücken 26 zwischen den Klebstoffraupen 24 hergestellt werden.
Für die Herstellung sehr kurzer Klebstoffraupen 24 bis hin zu Klebstoffpunkten ist das Nadelventil 20 gemäß 5 geeignet. Dieses weist nur einen Zuführkanal 40 auf, in dem zwei auf Ventilsitze 42 wirkende Nadeln 34 in Reihe angeordnet sind. Es stellt somit eine Kombination zweier in Reihe geschalteter Ventile gemäß 3 dar. Für den Klebstoffauftrag müssen beide Nadeln 34 vom zugehörigen Ventilsitz 42 abgehoben sein. Im Betrieb ist stets eine erste der Nadeln 34 von ihrem Ventilsitz 42 abgehoben. Ein Öffnen des Nadelventils 20 erfolgt dann durch Abheben der anderen Nadel 34 von ihrem Ventilsitz 42. Nahezu ohne Verzögerung kann die erste Nadel 34 durch Druckluftbeaufschlagung ihres Kolbens 38 dann auf ihren Ventilsitz 42 gepreßt werden, so dass ein Schließen des Nadelventils 20 bereits unmittelbar nach seinem Öffnen möglich ist.
Das Nadelventil 20 gemäß 6 ist schließlich eine Kombination zweier Ventile gemäß 5. Ebenso wie beim Ventil gemäß 4 münden zwei an dieselbe Zuführleitung angeschlossene Zuführkanäle 40 in dieselbe Auftragsdüse 44. In jedem Zuführkanal 40 sind jedoch zwei Nadeln 34 angeordnet, die zum Schließen auf jeweils einen Ventilsitz 42 wirken. Bei dem Nadelventil 20 gemäß 6 sind die Vorteile der Ventile gemäß 4 und 5 miteinander kombinert. Mit diesem Ventil ist es somit möglich, sowohl sehr kurze Klebstoffraupen 24 als auch sehr kurze Lücken 26 zwischen den Klebstoffraupen 24 herzustellen.
Die Verzögerung zwischen dem Ansteuern des Auftragsventils 20 und dem tatsächlichen Klebstoffauftrag ist in 7 veranschaulicht. Dabei bezieht sich 7 beispielhaft auf ein Nadelventil 20 gemäß 4. In 7 sind zwei aufeinander folgende Klebstoffraupen 24 dargestellt, zwischen denen eine sehr kürze Lücke 26 angeordnet ist. Über der Zeitachse 46 ist in durchgezogener Linie das jeweilige Steuersignal von der Ventilsteuereinheit eingezeichnet, mit gestrichelter Linie der zeitverzögert nach dem Ansteuersignal erfolgende Nadelhub, der zeitlich deckungsgleich ist mit dem Auftrag der jeweiligen Klebstoffraupe 24. Aufgrund dieser Schaltzeit erfolgt das Steuersignal zum Öffnen des zweiten Zuführkanals bereits dann, wenn der erste noch geöffnet ist. Eine solch kurze Abfolge von Steuersignalen wäre bei einem Ventil gemäß 3 nicht möglich.
Die in 7 beispielhaft dargestellte Schaltzeit zwischen dem Steuersignal und dem Nadelhub kann mit der Zeit variieren, was für alle der dargestellten Nadelventile 20 gilt. Zum einen kann dies aufgrund von Verschleiß der Ventilbauteile erfolgen, zum anderen aufgrund von zunehmender Schwergängigkeit der Nadeln 34 durch Aushärten von Klebstoff im Auftragsventil 20. Zu diesem Zweck weist das Auftragsventil 20 einen Sensor 48 zur zeitabhängigen Messung der Nadelstellung auf. Der Sensor 48 misst die Zeiten, die die Nadel vom Empfang des Steuersignals bis zum Erreichen der gewünschten Position benötigt und übermittelt diesen Wert an die Ventilsteuereinheit 27, wie in 8 dargestellt. Diese berücksichtigt den Wert bei der Errechnung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte, indem sie das Signal zum Öffnen bzw. Schließen um die Schaltzeit vor dem gewünschten Beginn bzw. Ende des Klebstoffauftrags an das Auftragsventil 20 übermittelt. Dadurch erhält man eine Closed-Loop-Funktionalität, bei der die Ansteuerung des Auftragsventils 20 in Abhängigkeit von den Messwerten des Sensors 48 ständig angepasst wird, um eine maximale Prozessstabilität zu erhalten. Überschreitet die Schaltzeit einen vorgegebenen Wert, erzeugt die Ventilsteuereinheit 27 ein Fehlersignal.
Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Auftrag von in kleinen Abständen hintereinander angeordneten kurzen Klebstoffraupen beschrieben. Das beschriebene Verfahren und die Auftragsvorrichtung bzw. die Nadelventile 20 sind jedoch insbesondere auch für den Auftrag einzelner kurzer Klebstoffraupen ohne definierte Lücken geeignet.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines viskosen Materials, insbesondere eines Kleb- oder Dichtstoffs, auf ein Werkstück 12 in Form von mindestens einer auf einer Auftragsbahn 22 auf einer Werkstückoberfläche angeordneten Materialraupe 24 mit vorbestimmter Länge, wobei die Geometrie der Auftragsbahn 22 in eine Robotersteuereinheit 21 eingegeben wird, wobei ein durch die Robotersteuereinheit 21 angesteuerter Roboter 14 eine ein Auftragsventil 20 aufweisende Auftragsvorrichtung 18 entlang der Auftragsbahn 22 relativ zum Werkstück 12 bewegt, und wobei das viskose Material druckbeaufschlagt durch Öffnen und Schließen des Auftragsventils 20 auf das Werkstück 12 aufgebracht wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einen Datenspeicher einer Ventilsteuereinheit 27 Solldaten 28 für die Länge der mindestens einen Materialraupe 24 eingegeben werden, dass die Robotersteuereinheit 21 während des Materialauftrags die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung 18 relativ zum Werkstück 12 charakterisierende Geschwindigkeitsdaten 30 an die Ventilsteuereinheit 27 übermittelt, dass die Ventilsteuereinheit 27 aus den Solldaten 28 und den Geschwindigkeitsdaten 30 die Öffnungs- und Schließzeitpunkte berechnet, zu denen das Auftragsventil 20 für den Auftrag der mindestens einen Materialraupe 24 zum Öffnen und zum Schließen anzusteuern ist, und dass das Auftragsventil 20 zu den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkten zum Öffnen bzw. Schließen von der Ventilsteuereinheit 27 angesteuert wird.

Claims

Verfahren zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück (12) in Form von mindestens einer auf einer Auftragsbahn (22) auf einer Werkstückoberfläche angeordneten Materialraupe (24) mit vorbestimmter Länge, wobei die Geometrie der Auftragsbahn (22) in eine Robotersteuereinheit (21) eingegeben wird, wobei ein durch die Robotersteuereinheit (21) angesteuerter Roboter (14) eine ein Auftragsventil (20) aufweisende Auftragsvorrichtung (18) entlang der Auftragsbahn (22) relativ zum Werkstück (12) bewegt, und wobei das viskose Material druckbeaufschlagt durch Öffnen und Schließen des Auftragsventils (20) auf das Werkstück (12) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Datenspeicher einer Ventilsteuereinheit (27) Solldaten (28) für die Länge der mindestens einen Materialraupe (24) eingegeben werden, dass die Robotersteuereinheit (21) während des Materialauftrags die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung (18) relativ zum Werkstück (12) charakterisierende Geschwindigkeitsdaten (30) an die Ventilsteuereinheit (27) übermittelt, dass die Ventilsteuereinheit (27) aus den Solldaten (28) und den Geschwindigkeitsdaten (30) die Öffnungs- und Schließzeitpunkte berechnet, zu denen das Auftragsventil (20) für den Auftrag der mindestens einen Materialraupe (24) zum Öffnen und zum Schließen anzusteuern ist, und dass das Auftragsventil (20) zu den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkten zum Öffnen bzw. Schließen von der Ventilsteuereinheit (27) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleb- oder Dichtstoff auf der Auftragsbahn (22) in Form von in vorbestimmten Abständen hintereinander angeordneter Materialraupen (24) mit vorbestimmter Länge aufgetragen wird, und dass in den Datenspeicher Solldaten (28) für die Längen und Abstände der Materialraupen (24) eingegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nadel (34) des als Nadelventil ausgebildeten Auftragsventils (20) durch Beaufschlagung eines mit ihr verbundenen Kolbens (38) mit Druckluft zum Öffnen von einem Ventilsitz (42) abgehoben und zum Schließen auf den Ventilsitz (42) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft zum Öffnen bzw. Schließen in eine Kolbenkammer (36) eingeleitet wird und dass die Kolbenkammer (36) unmittelbar nach dem Öffnen bzw. Schließen wieder entlüftet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Robotersteuereinheit (21) zu Beginn und zum Ende der Bewegung der Auftragsvorrichtung (18) jeweils ein Signal an die Ventilsteuereinheit (27) sendet und diese aktiviert bzw. deaktiviert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldaten (28) für die Längen und Abstände der Materialraupen (24) vor Beginn des Materialauftrags von einem CAD-Programm in den Datenspeicher der Ventilsteuereinheit (27) eingelesen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldaten (28) für die Längen und Abstände der Materialraupen (24) während des Materialauftrags von der Ventilsteuereinheit (27) an einen Datenspeicher eines CAD-Systems übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Ansteuerung des Auftragsventils (20) bis zum Öffnen bzw. bis zum Schließen des Auftragsventils (20) verstreichende Schaltzeit in die Berechnung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte einfließt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Nadel (34) mittels eines Sensors (48) zeitabhängig gemessen und an die Ventilsteuereinheit (27) übermittelt wird und dass aus den Messwerten des Sensors (48) die Schaltzeit zeitabhängig ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (48) ein Signal an die Ventilsteuereinheit (27) übermittelt, wenn die Nadel (34) eine ihrer Endstellungen erreicht und/oder verlässt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Nadel (34) in vorbestimmten Zeitabständen oder kontinuierlich gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn die ermittelte Schaltzeit einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Materials, insbesondere eines Kleb- oder Dichtstoffs, auf ein Werkstück (12), mit einer ein Auftragsventil (20) für das viskose Material aufweisenden Auftragsvorrichtung (18) und mit einem die Auftragsvorrichtung (18) tragenden Roboter (14), der eine Robotersteuereinheit (21) zum Steuern der Bewegung der Auftragsvorrichtung (18) entlang einer Auftragsbahn (22) relativ zum Werkstück (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (18) eine Ventilsteuereinheit (27) zum Öffnen und Schließen des Auftragsventils (20) aufweist und dass die Robotersteuereinheit (21) und die Ventilsteuereinheit (27) mit einer Datenleitung zur Übermittlung von die Geschwindigkeit der Auftragsvorrichtung relativ zum Werkstück (12) charakterisierenden Geschwindigkeitsdaten (30) an die Ventilsteuereinheit (27) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsventil (20) ein Nadelventil ist, dessen Nadel (34) mit einem Kolben (38) verbunden ist, und dass der Kolben (38) zum Abheben der Nadel (34) von einem Ventilsitz (42) und zum Drücken der Nadel (34) auf den Ventilsitz (42) beidseitig mit Druckluft beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsventil (20) einen Sensor (48) zur Messung der Stellung der Nadel (34) und zur Übermittlung der Messwerte an die Ventilsteuereinheit (27) aufweist.
Verwendung eines Nadelventils als Auftragsventil (20) für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15 bzw. bei der Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Nadelventil einen Ventilkörper (32), eine Auftragsdüse (44) für das viskose Material und eine zur Auftragsdüse (44) führende, an einen Vorratsbehälter anschließbare, zumindest teilweise durch den Ventilkörper (32) verlaufende Zuführleitung aufweist, wobei die Zuführleitung im Ventilkörper (32) in mindestens zwei in die Auftragsdüse (44) mündende Zuführkanäle (40) geteilt ist und wobei jeder der Zuführkanäle (40) mindestens eine im Ventilkörper (32) gelagerte, zum Schließen des Zuführkanals (40) auf einen Ventilsitz (42) wirkende Nadel (34) aufweist oder wobei das Nadelventil einen Ventilkörper (32), eine Auftragsdüse (44) für das viskose Material und eine zur Auftragsdüse (44) führende, an einen Vorratsbehälter anschließbare, mindestens einen durch den Ventilkörper (32) verlaufenden Zuführkanal aufweisende Zuführleitung aufweist, wobei der mindestens eine Zuführkanal (40) zwei im Ventilkörper (32) gelagerte, zum Schließen des Zuführkanals (40) auf jeweils einen Ventilsitz (42) wirkende Nadeln (34) aufweist.