DE19610072A1 - Dispensierpumpe für viskose Materialien - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Dispensierpumpen für viskose Materialien.

Vorrichtungen zur Ablagerung von Tropfen von Haftmittel, leitfähigem Epoxidharz, Lötpaste oder anderen viskosen Fluiden an bestimmten Stellen auf verschiedenen Oberflächen werden bei modernen Herstellungstechniken häufig verwendet und es wurden komplexe Computersysteme entwickelt, um Fluidspender an genaue Positionen auf einer Oberfläche auszurichten.

Ein Fluidspender umfaßt im allgemeinen eine große Spritze zur Speicherung des viskosen Fluids, welches pneumatisch in eine kleine Pumpenkammer gedrückt wird und eine sich hin und her bewegende Pumpe mit einer Kolbenstange oder Nadel, die sich in der Kammer bewegt und das Fluid aus einer kleinen, röhrenförmigen Ausgabespitze treibt. Diese Fluidspender sind ausreichend, solange das Fluid eine gleichmäßige Viskosität aufweist und keine Gasblasen enthält, da sich kleine Gasblasen in einem Fluid zusammendrücken lassen, was zum Spritzen und einer unebenen Ablagerung führt.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dispensierpumpe zur Verfügung zu stellen, die unabhängig von der Viskosität des verarbeiteten Materials eine gleichmäßige Ablagerung von viskosen Substanzen auf einer Oberfläche ermöglicht. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Dispensierpumpen gemäß der unabhängigen Patentansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dispensierpumpen sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.

Die vorliegende Erfindung betrifft Fluidpumpen und insbesondere eine Präzensionsdispensierpumpe für viskose Fluide, wie sie beispielsweise in computergesteuerten Systemen verwendet wird, um kleine Mengen an Lötpaste, Haftmittel, leitfähigem Epoxidharz oder anderen Materialien auf Schaltplatten, gedruckten Schaltungen oder anderen Oberflächen abzulagern.

Angegeben ist eine Dispensierpumpe für viskose Fluide, wie sie beispielsweise auf den mechanischen Armen eines computergesteuerten Ausgabesystems verwendet wird. Die Pumpe führt das Fluid in die Mitte einer vertikalen Bohrung ein, welche am unteren Ende eine Ausgabeleitung aufweist. Die Pumpe enthält weiter eine Förderschnecke mit einem Schneckengewinde mit sich verändernder Steigung, wobei die Förderschnecke in der Bohrung durch einen Präzisionsstellmotor angetrieben wird. Eine weitere Ausführungsform beschreibt eine konisch geformte Förderschnecke mit linearer Steigung, welche sich in einer konisch geformten Buchse in der Bohrung bewegt. In beiden Ausführungsformen wird das viskose Material mit Gas und Partikeln geringer Viskosität homogenisiert und der Stellmotor steuert genauestens die abgegebene Menge.

Die vorliegende Erfindung ist für eine Dispensierpumpe für viskose Fluide geeignet, wobei die Dispensierpumpe eine Förderschnecke aufweist, um das viskose Fluid aus einer kleinen Ausgabespitze auszutreiben. Die durch einen Stellmotor (Servomotor) angetriebene drehbare Schnecke weist eine kontinuierlich abnehmende sich verändernde Schraubensteigung (Ganghöhe) auf, welche bewirkt, daß Bestandteile mit geringer Viskosität, wie eingeschlossenes Gas, mit einem Material mit relativ hoher Viskosität mit einer Viskosität in einer Größenordnung von 5000 mPa·s (5000 Centipoise) oder mehr homogenisiert werden. Wenn das viskose Material in den Pumpenzylinder eintritt, ist das Volumen zwischen den Schneckengängen (Gewinde) und der Zylinderwand relativ groß. Wenn das Material vorantransportiert wird, bewirkt die sich verändernde Schraubensteigung der Schnecke, daß das Material zusammengedrückt und gemischt wird, wenn sich das Volumen verkleinert. Der Stellmotor ermöglicht eine genaue Steuerung der Drehstrecke der Schnecke und damit des Ausstoßes der Pumpe und ermöglicht es damit ebenfalls, die Zuführgeschwindigkeit zu verändern, wodurch das System leicht insgesamt an eine Computersteuerung angepaßt werden kann.

Desweiteren wird eine zweite Ausführungsform beschrieben, die nach dem selben Prinzip arbeitet, jedoch leichter herzustellen ist, und welche eine drehbare Schnecke mit linearer Schraubensteigung, aber einem sich verjüngenden oder konischen Durchmesser verwendet.

Die erste Ausführungsform der Erfindung ist eine Dispensierpumpe für viskose Materialien mit:
einem Gehäuse mit einer hinreichenden Bohrung, wobei die Bohrung ein erstes und ein zweites Ende aufweist;
einer Ausgabeleitung, welche sich vom zweiten Ende der Bohrung erstreckt;
einer röhrenförmigen Buchse in der Bohrung;
Zuführmitteln zum Zuführen einer kontinuierlichen Nachfüllmenge des viskosen Materials in die röhrenförmige Buchse;
einer in der röhrenförmigen Buchse angeordneten und mit dieser koaxial ausgerichteten drehbaren Förderschnecke, wobei die Förderschnecke einen Schneckengang aufweist, welcher das viskose Material in einem relativ großen Volumen einschließt, welches begrenzt ist durch den Schneckengang und die Wände der Buchse, und welche bei Drehung der Schnecke das Material in Richtung auf die Ausgabeleitung zwingt, während das Volumen des Materials zwischen dem Schneckengang und der Wand der Buchse zusammengedrückt und verkleinert wird; und
Drehmitteln am ersten Ende der Bohrung zum Drehen der drehbaren Förderschnecke um eine vorbestimmte Strecke. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist eine Dispensierpumpe für viskose Materialien mit:
einem Körper mit einer hindurchreichenden Bohrung, wobei die Bohrung des Körpers ein erstes und ein zweites Ende aufweist sowie eine Schulter zwischen dem ersten und dem zweiten Ende; einer Buchse in der Bohrung des Körpers, wobei die Buchse in Kontakt mit der Schulter steht;
einer Ausgabeleitung am zweiten Ende der Öffnung des Körpers, welche gegen die Buchse gedrückt wird, wobei die Ausgabeleitung gegenüber der Buchse offen ist;
Mittel, welche einen Fluß von viskosem Material durch eine Wand der Buchse in eine Buchsenbohrung, welche koaxial mit der Bohrung des Körpers ausgebildet ist, ermöglichen;
einem Stellmotor am ersten Ende der Öffnung des Körpers, wobei der Stellmotor eine drehbare Welle aufweist, welche koaxial mit der Öffnung des Körpers ausgerichtet ist; und
einer an der drehbaren Welle angeordneten drehbaren Förderschnecke wobei der Schneckengang der Förderschnecke mit der Wand der Bohrung der Buchse zusammenwirkt, um das viskose Material zusammenzudrücken und dessen Volumen zu reduzieren, wenn die Förderschnecke das Material durch die Buchse zwingt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, des erfindungsgemäßen Fluidspenders für viskose Flüssigkeiten;

Fig. 2 eine Detailansicht der Dispensierpumpe und der drehbaren Schnecke mit sich verändernder Schraubensteigung; und

Fig. 3 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Pumpe mit einer drehbaren Schnecke, welche eine feste Schraubensteigung aufweist und sich verjüngt.

Fig. 1 zeigt einen Fluidspender für viskose Flüssigkeiten von der Art, welcher durch einen computergesteuerten elektromechanischen Positioniermechanismus getragen wird und durch diesen in X-, Y- und Z-Richtung positionierbar ist, so daß dieser eine vorbestimmte Menge eines viskosen Fluids auf der Oberfläche eines Werkstücks, welches hergestellt wird, abgelegen kann. Das viskose Fluid ist üblicherweise ein Haftmittel, leitfähiges Epoxidharz, Lötpaste oder ein anderes Material, welches eine Viskosität in der Größenordnung von 5000 mPa·s (5000 Centipoise) haben kann.

Der Spender für viskose Fluide gemäß der Erfindung umfaßt als Vorratsbehälter eine relativ große Flüssigkeits­ speicherspritze 10, welche auf dem Gestell 12 befestigt ist und getragen wird durch den Positioniermechanismus und gegebenenfalls gesichert ist durch eine Spritzenhalterung 14. Die Spritze 10 enthält einen Kolben, welcher mit einem geringen Luftdruck von 34,5 bis 69 kPa (5 bis 10 psi) beaufschlagt wird, um das viskose Fluid aus der Spritze nach unten durch einen Kanal 16 in die Bohrung einer Buchse 18 der Fluidpumpe 20 zu drücken. Wenn eine Vorrichtung für schwache Druckluft nicht verfügbar ist, kann der Kolben innerhalb der Spritze auch durch andere Mittel bewegt werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Bohrung der Buchse 18 glatt mit parallelen Wänden und der Kanal 16 aus der Spritze 10 tritt in die Nähe der Mitte der Länge der Buchse in die Bohrung ein. Eine drehbare Förderschnecke 22 tritt in die Bohrung der Buchse an einem ersten Ende ein und erstreckt sich durch deren gesamte Länge, wobei die Förderschnecke 22 eine Schraubensteigung mit parallelen Stegen aufweist, welche einen Durchmesser haben, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist, so daß die Schneckenstege in gleitendem Kontakt mit der Wand der Bohrung stehen. Die drehbare Schnecke 22 hat eine große Steigung am ersten Ende und am Eingang des Kanals 16, wobei die Schraubensteigung kleiner wird und näher zueinander rückt, wenn sich die Schnecke dem Ausgangsende nähert. Diese sich verändernde Schraubensteigung homogenisiert sehr wirkungsvoll Komponenten mit niedriger Viskosität, wie beispielsweise eingeschlossenes Gas, mit dem Material höherer Viskosität, wie es durch die Ausgabeleitung 24 in der Nähe des Ausgangsendes abgegeben werden soll.

Die drehbare Förderschnecke 22 wird durch einen Hochpräzisionsstellmotor 26 angetrieben, welcher mit einer Kodiereinrichtung und/oder einem Tachometer 28 ausgerüstet ist, um die Bewegung der Schnecke genauestens zu steuern, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Somit wird, wenn sich der Stellmotor um einen bestimmten Grad gedreht hat, durch die sich verändernde Steigung der Schnecke 22 Material, welches zwischen den Schneckengängen und den Wänden der Bohrung der Buchse 18 eingeschlossen ist, zusammengedrückt und im Volumen reduziert, so daß, wenn das Material durch die Ausgaberöhre 24 ausgegeben wird, die Menge des ausgetretenen viskosen Materials genau gesteuert werden kann und mit dem Stellmotor 26, auch das nachfolgende Volumen. Die Verwendung eines Stellmotors ermöglicht es auch, die Zuführgeschwindigkeit auf der Basis der Zuführeinrichtung zu steuern, was bisher nicht möglich war.

Der Stellmotor 26 ist oberhalb der Pumpe angeordnet, wobei dessen drehbare Welle 30 vertikal so ausgerichtet ist, daß diese durch eine Motorunterplatte 32 hindurchreicht, wo die Welle in eine vertikale koaxiale Bohrung 34 eintritt, welche sich auf der Oberseite des Gestells 12 öffnet. Dort ist das Ende der Motorwelle 30 mit einer zentriert gehalterten Schneckenkupplung 36 verbunden und durch eine elastische Drehdichtung 38, welche mit der drehbaren Förderschnecke 22 in Verbindung steht, abgedichtet.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, befindet sich der Ausgang bzw. das untere Ende der Buchse 18 in etwa der gleichen Höhe mit dem unteren Ende der Schnecke 22 und der Ausgang ist von einer Ausgaberöhrenkupplung 40 durch eine Dichtung getrennt, welche in die koaxiale Bohrung 34 am unteren Ende des Gestells 12 paßt. Die Ausgaberöhrenkupplung 40, die Dichtung und die Buchse 18 werden in der Bohrung mittels einer Schraube 42 gegen die Bohrungsschulter 41 gedrückt und festgehalten.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe, welche ebenso wie die in Fig. 2 gezeigte Pumpe arbeitet, jedoch leichter herstellbar ist. Nach der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform rotiert die Schnecke 22 innerhalb der Buchse, welche eine röhrenförmige Bohrung mit parallelen Seitenwänden aufweist, wobei die Schnecke Gas und Fluide mit niederer Viskosität aus dem Material zusammenpreßt, welches durch sich verändernde Ganghöhen abgegeben wird. Die Ausführungsform nach Fig. 3 verwendet eine konische oder sich verjüngende Förderschnecke 42 mit einer linearen Ganghöhe in einer Buchse 44 mit einer sich verjüngenden röhrenförmigen Bohrung. Wenn Material in die Bohrung mit großem Durchmesser der Buchse 44 eingespeist wird, wird dieses in Richtung auf das Ende mit dem geringeren Durchmesser gedrückt und der Bereich zwischen den Schneckengangstegen und den sich verjüngenden Wänden der Buchse 46 wird verkleinert, wodurch sich eine Volumenreduktion ergibt. Es sollte noch angemerkt werden, daß der Abstand zwischen den Schneckengangstegen der Schnecke 44 und der sich verjüngenden Buchse 46 eingestellt werden kann.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Dispensierpumpe ist darin zu sehen, daß diese leicht an eine Computersteuerung angepaßt werden kann und die Stellmotorsteuerung ist insbesondere dann wertvoll, wenn es notwendig ist, vorbestimmte, sich verändernde Mengen eines Fluids an verschiedenen Stellen abzulegen.

Claims (15)

1. Dispensierpumpe (20) für viskose Materialien mit:
einem Gehäuse mit einer hindurchreichenden Bohrung (34), wobei die Bohrung (34) ein erstes und ein zweites Ende aufweist;
einer Ausgabeleitung (24), welche sich vom zweiten Ende der Bohrung (34) erstreckt;
einer röhrenförmigen Buchse (18) in der Bohrung (34);
Zuführmittel zum Zuführen einer kontinuierlichen Nachfüllmenge des viskosen Materials in die röhrenförmige Buchse (18);
einer in der röhrenförmigen Buchse (18) angeordneten und mit dieser koaxial ausgerichteten drehbaren Förderschnecke (22), wobei die Förderschnecke (22) Schneckengänge aufweist, welche das viskose Material in einem relativ großen Volumen einschließen, welches begrenzt ist durch die Schneckengänge und die Wände der Buchse, und welche bei Drehung der Schnecke (22) das Material in Richtung auf die Ausgabeleitung (24) zwingen, während das Volumen des Materials zwischen den Schneckengängen und der Wand der Buchse zusammengedrückt und reduziert wird; und
Drehmitteln am ersten Ende der Bohrung (34) zum Drehen der drehbaren Förderschnecke (22) um eine vorbestimmte Strecke.

2. Dispensierpumpe (20) nach Anspruch 1, wobei das Zuführmittel das viskose Material durch eine Öffnung in der Wand der röhrenförmigen Buchse (18) einführt.

3. Dispensierpumpe (20) nach Anspruch 2, wobei das Zuführmittel einen Kanal (16) umfaßt, welcher sich durch das Gehäuse von einem Vorrat des viskosen Materials zu der Öffnung in der Wand der röhrenförmigen Buchse (18) erstreckt.

4. Dispensierpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drehmittel ein Stellmotor (26) ist.

5. Dispensierpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Wände der röhrenförmigen Buchse (18) parallel ausgerichtet sind und die Förderschnecke (22) einen Schneckengang aufweist, dessen Stege in Gleitkontakt mit den inneren Wänden stehen, wobei die Schneckengänge eine sich verändernde Ganghöhe aufweisen, wenn sich der Schneckengang dem zweiten Ende der Bohrung (34) nähert.

6. Dispensierpumpe (20) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die inneren Wände der röhrenförmigen Buchse (18) konisch zulaufend sind und der Durchmesser enger wird in Nähe des zweiten Endes der Bohrung (34) und wobei die Förderschnecke (22) einen Schneckengang aufweist, dessen Stege in gleitendem Kontakt mit den inneren Wänden stehen, wobei der Schneckengang eine lineare Ganghöhe aufweist.

7. Dispensierpumpe (20) für viskose Materialien mit:
einem Körper mit einer hindurchreichenden Bohrung (34), wobei die Bohrung (34) des Körpers ein erstes und ein zweites Ende aufweist sowie eine Schulter (41) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende;
einer Buchse (18; 46) in der Bohrung (34) des Körpers, wobei die Buchse (18; 46) in Kontakt mit der Schulter steht;
einer Ausgabeleitung (24) am zweiten Ende der Öffnung des Körpers, welche gegen die Buchse (18; 46) gedrückt wird, wobei die Ausgabeleitung (24) gegenüber der Buchse (18; 46) offen ist;
Mittel, welche einen Fluß von viskosem Material durch eine Wand der Buchse (18; 46) in eine Buchsenbohrung, welche koaxial mit der Bohrung des Körpers ausgebildet ist, ermöglichen;
einem Stellmotor am ersten Ende der Öffnung des Körpers, wobei der Stellmotor (26) eine drehbare Welle (30) aufweist, welche koaxial mit der Öffnung des Körpers ausgerichtet ist; und
einer an der drehbaren Welle (30) angeordneten drehbaren Förderschnecke (22), wobei der Schneckengang der Förderschnecke (22) mit der Wand der Bohrung der Buchse zusammenwirkt, um das viskose Material zusammenzudrücken und dessen Volumen zu reduzieren, wenn die Förderschnecke (22) das Material durch die Buchse (18; 46) zwingt.

8. Dispensierpumpe (20) nach Anspruch 7, wobei die Ausgabeleitung (24) gegen ein Ende der Buchse (18; 46) gezwungen wird, um die Buchse (18; 46) gegen die Schulter (41) zu drücken, und wobei die Ausgabeleitung (24) durch eine Schraube (42) gehaltert ist.

9. Dispensierpumpe (20) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das Mittel, welches den Fluß eines viskosen Materials ermöglicht, einen Kanal (16) durch den Körper von einem Vorrat des Materials zu der Buchse (18; 46) umfaßt.

10. Dispensierpumpe (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Stellmotor (26) durch eine Kodiereinrichtung überwacht ist.

11. Dispensierpumpe (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Stellmotor (26) durch einen Tachometer (28) überwacht ist.

12. Dispensierpumpe (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Stellmotor (26) durch eine Kodiereinrichtung und einen Tachometer (28) überwacht ist.

13. Dispensierpumpe (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die inneren Wände der Buchse (18; 46) parallel sind, die Förderschnecke (22) einen Schneckengang mit einer sich verändernden Ganghöhe aufweist und der Schneckengang eine große Steigung hat an dem Punkt, wo das viskose Material in die Buchse (18; 46) eingeführt wird und die Steigung kleiner wird an dem Punkt, wo das viskose Material in die Ausgabeleitung (24) eintritt.

14. Dispensierpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Förderschnecke (22) konisch zulaufend ist mit einer gleichbleibenden Ganghöhe und wobei die inneren Wände der Buchse eine identische konische Ausrichtung aufweisen.

15. Dispensierpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgaberate computergesteuert ist.