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Dokumentenidentifikation DE69912762T2 14.10.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001073527
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR AUSGABE VON KLEINEN MENGEN EINES FLÜSSIGEN MATERIALS
Anmelder Nordson Corp., Westlake, Ohio, US
Erfinder MESSERLY, W., James, Stow, US;
SAIDMAN, B., Laurence, Duluth, US;
SMITH, C., James, Amherst, US
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 28195 Bremen
DE-Aktenzeichen 69912762
Vertragsstaaten CH, DE, GB, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.04.1999
EP-Aktenzeichen 999215494
WO-Anmeldetag 30.04.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/09388
WO-Veröffentlichungsnummer 0099056889
WO-Veröffentlichungsdatum 11.11.1999
EP-Offenlegungsdatum 07.02.2001
EP date of grant 12.11.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.10.2004
IPC-Hauptklasse B05C 11/10
IPC-Nebenklasse B23K 1/20   B05C 5/02   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf den Arbeitsbereich des Dispensierens flüssiger Werkstoffe und insbesondere auf ein Verfahren und ein Gerät zum rapiden Dispensieren exakter Mengen eines viskosen Materials, wie Klebern, Lötflussmittel, Lötpasten oder anderer derartiger Materialien. Diese Materialien werden in der Regel in kleinen Mengen während der Anordnung von beispielsweise elektronischen Komponenten und Leiterplatten dispensiert. Es ist erkennbar, dass die Erfindung eine breitere Anwendung erlaubt und auch in anderen Branchen vorteilhaft Einsatz finden kann.

Allgemeiner Stand der Technik

Es gibt drei Grundtypen von Leiterplatten. Eine Auflötplatte nutzt Komponenten, die mit der Oberfläche der Leiterplatte durch einem Klebstoff oder einer Lötpaste verbunden werden können. Leiterplatten mit klebstoffgesicherten Komponenten werden in der Regel durch eine Schwall-Lötmaschine zur Fertigstellung der elektrischen Verbindungen geführt. Wenn eine Lötpaste zur Sicherung der Komponenten auf der Platte Einsatz findet, wird die Lötpaste erhitzt, wieder zum Fließen gebracht und ausgehärtet, um zum einen die Komponenten auf der Platte zu fixieren und zum anderen die elektrischen Verbindungen herzustellen. Ein zweiter Typ von Leiterplatten verwendet Komponenten mit Durchgangsbohrungen. Wie der Name schon sagt, weisen die elektrischen Komponenten Leitungen auf, die sich durch Löcher oder Öffnungen in der Leiterplatte erstrecken. Die Leitungen werden gelötet, um die elektrischen Verbindungen herzustellen. In einer Mischtechnologie-Leiterplatte wird eine Kombination aus den oberflächenmontierten Komponenten und den Durchgangsbohrungskomponenten verwendet und in der Regel durch Kombination der obig beschriebenen Verfahren hergestellt.

In jedem der Herstellungsverfahren ist auf der Oberfläche der Platte ein Lötarbeitsschritt notwendig. Der gesamte Lötprozess setzt sich aus drei allgemeinen Schritten zusammen, die in der Regel mit einer einzigen Maschine ausgeführt werden können. Diese Schritte umfassen (i) den Flussmittelauftrag, (ii) das Vorwärmen der Platte und (iii) das Löten. Unter Flussmittel wird im allgemeinen eine chemisch und physikalisch aktive Zusammensetzung verstanden, die das Benetzen der Metalloberfläche mit dem geschmolzenen Lötmittel unterstützt, und zwar durch Entzug der Oxide oder anderer Oberflächenfilme des Grundmetalls und des Lötmittels. Das Flussmittel schützt weiterhin die Oberfläche vor dem Wiederoxidieren während des Lötens und verändert die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lötmittels und des Grundmetalls. Eine Leiterplatte muss mit dem Flussmittel gereinigt werden, um in wirksamer Weise die Platte für das Löten mit einer bleihaltigen oder auf einem anderen Metall basierenden Lötpaste vorzubereiten.

Bei der Herstellung von Leiterplatten oder anderen Produkten ist es häufig notwendig exakte Mengen oder Tröpfchen von flüssigen Materialien, die Lötflussmittel und Lötpasten umfassen auf ein Substrat oder Werkstück aufzutragen. Diese Tröpfchen können im Durchmesser bei einer Größenordnung von 0,10 Inch (0,254 cm) und weniger liegen. Derartige Werkstoffe können in der Regel eine Viskosität von größer als 25.000 Centipoise und in dem Fall von Lötpasten zum Beispiel eine Viskosität von 300.000 Centipoise oder mehr aufweisen. Diese flüssigen und viskosen Werkstoffe umfassen neben den Lötflussmitteln und Lötpasten, Klebstoffe, Abdecklote, Fette, Öle, Hüllstoffe, Gießkomponente, Tinten und Silikone.

Verfahren zur Auftragung exakter Tropfen an flüssigen oder viskosem Werkstoffen basieren beispielsweise auf Spritzen oder anderen Formverdrängungsgeräten.

Üblicherweise, wie in dem US-Patent 5,320,250 dargestellt, setzen Spritzendispensierer die Spritzenspitze des Dispensierers sehr nahe am Substrat an. Dies kann beispielsweise ein Abstand von 0,005 Inch (0,0127 cm) für sehr kleine Tropfen und ein Abstand von 0,060 Inch (0,1524 cm) für größere Tropfen sein. Das viskose Material wird aus der Spritzenspitze herausgedrückt und berührt das Substrat, während er weiterhin mit der Spritzenspitze verbunden ist. Wenn das viskose Material nicht mit dem Substrat in Kontakt tritt, würde er nicht auf dem Substrat anhaften und damit würde kein Tropfen entstehen. Das Kontaktieren des viskosen Materials mit dem Substrat wird Benetzen genannt. Nachdem das viskose Material die Oberfläche des Substrats berührt, wird die Spitze zurückgezogen und der resultierende Faden reißt unter Ausformung eines Tropfens.

Ein Problem bei dem Systemen des Standes der Technik ist das Aufreihen oder Anhaften einer Perle des viskosen Materials an der Austrittsdüse. Dies kann nachteilig die Fähigkeit des Fördersystems zum genauen Dispensieren quantitativer Mengen des flüssigen Materials beeinflussen. Das Aufreihen tritt meistens bei niedrigerem Druck auf, z. B. wenn der Druck in der Spritze ansteigt oder abfällt. Aus diesem Grunde tritt das Aufreihen häufiger auf, wenn die Dispensierzeit verkürzt wird. Das Aufreihen des flüssigen Materials an der Austrittsdüse in der Schlussphase des Dispensierens kann in einem gewissen Umfang durch Umkehr des inneren Drucks in der Spritze vermieden werden. Allerdings tritt bei erneutem Einleiten des Dispensierens ausnahmslos ein Anstieg der Flüssigkeit an der Düsenspitze auf, was nachteilig die Beständigkeit der nachfolgenden Extrusion beeinflusst. Zudem muss zur Erleichterung des Kontakts zwischen dem viskosen Material und dem Werkstück ein Roboter permanent die Spritze zum und weg vom Werkstück bewegen, in der Regel in Aufwärts- und Abwärtsrichtung. Dies kann zu einer signifikanten Verlangsamung des Herstellungsverfahrens führen.

Ein anderer Ansatz zum Dispensieren von Flüssigkeiten aus einer Spritze ist in dem US-Patent 5,320,250 beschrieben. Das Dispensiergerät umfasst einen Vorratsbehälter oder eine Spritze mit einem viskosen Material, die mit einer Kammer in Verbindung steht, welche kontinuierlich das viskose Material empfängt. Ein flexibles elastisches Diaphragma bildet eine äußere Wand der Kammer. Über einen Druckmechanismus wird ein vorherbestimmter Impuls auf das Diaphragma ausgeübt, um eine exakte Menge des viskosen Materials von der Kammer mit einer hohen Geschwindigkeit aus einer Düse zu fördern. Diese exakte Menge liegt in Gestalt eines sehr schmalen Strahls des viskosen Materials vor. Sobald die Stoßenergie durch Abbruchmittel zurückgenommen wird, beendet oder schnürt der plötzliche Abfall des Kammerdruckes und des Vorwärtsimpulses den Strahl ab. Für viele viskose Materialien wird die Kammer zur Regelung der Viskosität des Materials aufgeheizt. Der Vorratsbehälter steht vorzugsweise unter Gasdruck, um das viskose Material in die Kammer zu drücken. Ein Problem bei dieser Art der Ausführung liegt darin, dass die hohe Geschwindigkeit, die die Ausbildung des Strahls aus viskosem Material ermöglicht, dazu führt, dass das Strahlende in kleinere Tröpfchen unter Ausbildung von Satelliten zerfällt.

Besondere Probleme treten auf, wenn Lötpasten dispensiert werden. Lötpasten umfassen üblicherweise Blei, Zinn oder andere metallische Partikel, die in dem viskosen Material enthalten sind. Ein Problem, das im Zusammenhang mit diesen Pasten auftritt, besteht darin, dass diese dazu neigen an metallischen Teilen des Dispensierers anzuhaften. Zum Beispiel kann das Anhaften an metallischen Teilen am Auslass, wie der Auslassdüse, dazu führen, dass Verstopfungsprobleme auftreten. Zudem führt, wenn die Lötpasten gemäß der vorangehenden Beschreibung bei den obig eingeschlossenen Anwendungen dispensiert wird, der permanente Stoß des Ventilteils oder Ventilschaftes gegen den metallischen Ventilsitz zu einer Verdichtung der Lötpaste und hat zur Folge, dass sich diese verdichtet und ansammelt und damit Verstopfungsprobleme entstehen.

Um einige der Probleme bei den Geräten des Standes der Technik zu überwinden, wurde ein zweiphasiges Fördersystem eingesetzt, bei dem das viskose Material in einer Spritze unter konstanten Luftdruck von etwa 4 Psi bis etwa 12 Psi (27,8–82,74 KN/m2) in Abhängigkeit von der Viskosität steht. Auf diese Weise kann ein stetiger Fluss an Material in eine Kammer einer rotierenden Pumpe nach Verdrängerbauart sicher gestellt werden. Die Pumpe dispensiert bis zu 25.000 Punkte der viskosen Flüssigkeit pro Stunde auf eine hochdichte Leiterplatte. Da das viskose Material aus der Spritzenspitze herausgedrückt wird und das Substrat berührt, während es noch immer mit der Spitze verbunden ist, treten allerdings dieselben Probleme auf, wie die zuvor obig beschriebenen, die bei der Förderung über eine Spritze entstehen.

Schon aus diesen Gründen wäre es vorteilhaft einen Dispensierer bereitzustellen, der schneller und in wirksamer Weise exakte Mengen des viskosen Materials auf ein Substrat oder ein Werkstück aufbringen kann.

Der nächstliegende Stand der Technik, die WO 97/18054 beschreibt ein Gerät zum Dispensieren von Tropfen oder viskosen Materials. Ein Ventil wird zum Dispensieren eines Strahls des aufgeheizten Materials über eine längliche Ausflussöffnung einer Düse geöffnet. Der Strahl zerfällt durch schnelles Schließen des Ventils in Tröpfchen.

Das US-Patent 4,826,135 offenbart ein Gerät zur Zuführung einer Flüssigkeit in einen Flüssigstrahldrucker. Das Gerät besitzt einen flexiblen Ventilsitz, der mit einem sich bewegendem Ventilkörper in Eingriff steht und sich ausdehnt, was zu einem Anstieg des Druckes auf die Flüssigkeit führt und diese dazu veranlasst, als ausgeprägte Tropfen ohne damit verbundenes Spray zu dispensieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein Gerät für das Dispensieren kleiner Mengen eines viskosen Materials zur Verfügung, wobei dasselbe Gerät eine Quelle desselben viskosen Materials umfasst, welches über eine Viskosität von mindestens 25.000 Centipoise verfügt, und wobei die Quelle das viskose Material unter einem Druck von 4–30 Psi (27,58–206,48 KN/m2) liefert, und ein Dispensiergehäuse, welches einen Einlass umfasst, wobei derselbe in Flüssigkeitsverbindung mit einer Quelle steht um auf diese Weise das Material zu empfangen, und einen Auslass für das Entleeren des Materials, und ein Ventil, welches für das Bewegen desselben innerhalb des Dispensierergehäuses zwischen geöffneten und geschlossenen Positionen befestigt ist, und ein feststehendes Ventilsitzteil und ein Ventilsitz, welcher auf dem feststehendem Ventilsitzteil in der Nähe des Auslasses positioniert ist, wobei derselbe Ventilsitz eine Auslassöffnung umfasst, in welcher ein Ende des Ventils in der geschlossenen Position Kontakt mit dem Ventilsitz aufnimmt, um auf diese Weise Material aus der Auslassöffnung zu dispensieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz einen elastischen Abschnitt umfasst, welche zusammen mit der Auslassöffnung geformt ist und dass das Ende des Ventils den elastischen Abschnitt in der geschlossenen Position zusammendrückt, wobei das Zusammendrücken dieses elastischen Abschnitts ein Tropfen des viskosen Materials dispensiert.

Die vorliegende Erfindung stellt folglich allgemein gesagt ein Gerät zum serientauglichen und schnellen Dispensieren exakter Mengen an viskosem Material, wie Lötflussmittel, Lötpaste oder anderer obig angesprochener Materialien in einem berührungslosem Verfahren zur Verfügung. Das heißt, das Gerät braucht während des Dispensierarbeitsvorganges nicht zum Werkstück vor und zurück bewegt werden. Zahlreiche andere Nachteile vorbekannter Geräte aus dem Umfeld werden durch die Bereitstellung eines Dispensiererkörpers mit einem im allgemeinen beweglich im Bezug auf den Ventilsitz gelagerten Ventilkörper überwunden. Das Ventilteil ermöglicht einen gezielten Austritt des viskosen Materials aus einer Auslassöffnung unterhalb des Ventilsitzes. Vorzugsweise ist an der Steuerung operativ mit dem Ventilteil verbunden, um das Ventilteil von der geschlossenen Position in eine offene Position und dann schnell wieder zurück zur geschlossenen Position zu bewegen. Die schnelle Abfolge von Bewegungen beschleunigt das viskose Material an der Auslassöffnung zu einem dünnen Strahl und beendet exakt den Fluss des Materials, so dass der Strahl sehr schnell an dem Auslass unter Ausbildung exakter Tröpfchen aus viskosem Material abreißt.

Der Dispensierer ist vorzugsweise ein luftbetriebener Dispensierer, bei dem das Ventilteil mit einem Kolben verbunden ist. Der Kolben und das verbundene Ventilteil werden durch die Kraft des bereitgestellten Luftdruckes, vorzugsweise über ein Kontrollventil, das unmittelbar am Dispensierer angebracht ist, schnell bewegt. Dieses direktes Befestigen minimiert den Abstand zwischen dem Luftauslass des Kontrollventils und dem Kolben. Auf diese Weise kann die Druckluft den Kolben und das verbundene Ventilteil sehr schnell vom Ventilsitz wegbewegen und optional auch sehr schnell das Ventilteil gegen den Ventilsitz bewegen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Federrückführmechanismus auch dazu verwendet, um das Ventilteil gegen den Ventilsitz zu drücken. Vorzugsweise um gemäß der Erfindung viskoses Material in exakten Tröpfchen zu dispensieren, wird Druckluft derart für den Dispensierer bereitgestellt, dass das Ventilteil für ein Zeitfenster für weniger 25 ms geöffnet wird. Zum Dispensieren von Lötpasten gemäß der Erfindung beträgt z. B. das Zeitfenster etwa 20 ms. Dieses Zeitfenster wird in Abhängigkeit von der Viskosität und den Druckeigenschaften des viskosen Materials und den Auslassöffnungsdimensionen des Dispensierers variiert. Weiterhin ist vorzugsweise ein Heizelement benachbart zum Auslass mit dem Dispensierer verbunden. Da lediglich ein örtliches Aufheizen des Dispensierers durch dieses Heizelement erfolgt, kann das Kontrollventil direkt mit einem anderen Bereich des Dispensierers verbunden werden, ohne dass dieses nachteilig durch die Hitze beeinflusst wird.

Signifikante Verbesserungen werden durch die Bereitstellung eines Ventilsitzes mit einem Bereich aus einem elastischem Material erzielt, insbesondere wenn Lötpasten dispensiert werden. Lötpasten enthalten Blei, Zinn oder andere Metallpartikel, die dazu führen können, dass die Paste kompaktiert wird, Flocken bildet und möglicherweise den Dispensierer in der Umgebung des Ventilsitzes verstopft. Dies ist durch den permanenten Anstoß des Materials vom Ventilteil gegen den festen Ventilsitz bedingt. Der elastische Ventilsitz dieser Erfindung hilft diese Probleme zu vermeiden und mag auch zu einem Saugeffekt am Ende jedes Dispensionszyklus beitragen. Dieser Beitrag oder Rücksaugeffekt kann das Zusammenballen von überschüssigem viskosen Material am Dispensiererauslass verhindern.

Ein elastischer Ventilsitz dieser Erfindung umfasst einen im wesentlichen flachen, aus natürlichem oder synthetischem Gummi bestehenden Ventilsitzteil mit einer Auslassbohrung, die sich koaxial zum Ventilteil erstreckt. Als Material für den Ventilsitz ist am meisten ein Polyisoprengummi bevorzugt, obgleich viele andere Arten von elastischem Materialien tauglich sein dürften. Für das Dispensieren von Lötpasten mit einer Viskosität im Bereich von 300.000–450.000 Centipoise soll zum Beispiel die Auslassbohrung einen Durchmesser von etwa 10–30 Mils (0,25–0,75 mm) aufweisen.

Eine weitere Ausführungsform des elastischen Ventilsitzes dieser Erfindung umfasst eine Auslassbohrung mit einem sich verjüngendem Querschnitt ausgehend von einer größeren Abmessung nahe zum Ventilteil hin zu einer geringeren Abmessung nahe zum Dispensiererauslass. Eine weitere Ausführungsform des elastischen Ventilsitzes umfasst eine Vielzahl von Auslassbohrungen, die sich entlang eines Winkels durch den elastischen Ventilsitz hin zum Auslass erstrecken. In dieser Ausführungsform wird der Ventilsitz verformt, wenn sich das Ventilteil in der geschlossenen Position befindet, und drückt oder schneidet jeden Fluss des viskosen Materials durch die Vielzahl von Austrittsbohrungen ab. Schließlich umfasst eine weitere Ausführungsform des elastischen Ventilsitzes eine Auslassbohrung, die versetzt zur Achse des Ventilteils angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform drückt oder schneidet das Ventilteil den Fluss des viskosen Materials durch die Apparatur ab. In jeder der elastischen Ventilsitzausführungsformen drückt folglich das Ventilteil vorzugsweise das Ventilsitzmaterial zusammen und blockiert die Auslassbohrung, wenn ein exakter Tropfen dispensiert wurde.

Wenn z. B. exakte Tropfen einer Lötpaste über einen elastischen Ventilsitz der Erfindung dispensiert werden, tritt das viskose Material in die Auslassbohrung ein, sobald das Ventilteil geöffnet ist. Anschließend wird das Ventilteil, vorzugsweise in z. B. weniger als etwa 25 ms, geschlossen, wobei der plötzliche Stoß und die Kompression des Ventilsitzes zu einem Ausstoß eines Tropfens an viskosem Material führt. Durch Anheben des Ventilteils vom elastischen Ventilsitz und Entspannen des Ventilsitz kann ein vorteilhafter Ansaugeffekt am Dispensiererauslass eintreten.

Für den Fall des Dispensierens bestimmter viskoser Materialien, insbesondere von Lötpasten, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen Polymermaterial mit einer niedrigen Reibung für die Dispensiererkomponenten, die sich in der Regel am Dispensiererauslass befinden, einzusetzen. Lötpasten können an den metallischen Ventilschaften, Sitzstrukturen und den Düsenkomponenten anhaften und sich ansammeln. Dies beruht vermutlich auf Eigenschaften des Bleis, Zinn oder der anderen Metallpartikel, die in der Paste enthalten sind. Der Einsatz eines reibungsarmen Plastiks oder Polymers für derartige Komponenten, wie das Ende des Ventilteils oder Schaftes und die Dispensiererauslassdüse hat insbesondere dazu beigetragen ein signifikantes Anhaften der Lötpaste und die daraus resultierenden Verstopfungsprobleme zu unterbinden.

Weitere Gegenstände und Vorteile der zahlreichen Erfindungsaspekte ergeben sich für den Fachmann durch das Studium der vorliegenden Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Struktur, Funktionsweise und Vorteile einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in Zusammenschau mit der folgenden Beschreibung und den dazugehörigen Zeichnungen näher verdeutlicht, wobei:

1 eine seitliche Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines flüssiges oder viskoses Material dispensierenden Geräts ist, das oberhalb eines Werkstückes angeordnet ist;

2 ein vergrößerter Ausschnitt eines Ventilssitzbereichs aus 1 ist, der das Ventilteil in einer geöffneten Position zeigt;

2a ein vergrößerter Ausschnitt einer alternativen Düse ist;

35 sind Ansichten ähnlich der in 2, die aber die schrittweise Bewegung des Ventilteils hin zu einer vollständig geschlossenen Position zur Dispensierung eines exakten Tropfens an viskosem Material darstellen;

6 ist eine Ansicht ähnlich der in 2, die aber das Ventilteil in einer geöffneten Position zeigt und zur Darstellung eines Rücksaugeffektes einer Düse dient;

7 ist eine Draufsicht auf einen weiteren alternativen elastischen Ventilsitz mit einer Vielzahl von angewinkelten Auslassbohrungen;

8 ist ein seitlicher Aufriss der in der 7 dargestellten Ausführungsform;

9 zeigt die Unterseite der in der 7 dargestellten Ausführungsform;

10 verdeutlicht eine alternative Ventilsitzausführungsform ähnlich der in 2, bei der auf die Düse verzichtet wurde und die eine kegelförmige Auslassbohrung im Ventilsitzteil zeigt;

1114 veranschaulichen einen weiteren elastischen Ventilsitz mit einer alternativen Ventilteilanordnung und die Bewegung während des Dispensierens eines exakten Tropfens an viskosem Material; und

15 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines elastischen Ventilsitzes und einer Ventilbedienstruktur.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen Strukturen, die dargestellt sind und die durch die zuvor einbezogenen Anmeldungen beschrieben sind. Gleiche Bezugszeichen mit einem einfachen Strich (') oder einem doppelten Strich ('') beziehen sich auf analoge Strukturen der einbezogenen Anmeldungen, die etwa modifiziert wurden, was aus den Vergleichen deutlich wird. Zudem ist erkennbar, dass das Erfindungsprinzip auch mit jedem alternativen Dispensierer umsetzbar ist, der in den einbezogenen Anmeldungen beschrieben ist oder mit jedwedem anderen Dispensierer.

1 beschreibt ein Ausgabegerät 10' zum Dispensieren geringer Mengen eines flüssigen oder viskosen Materials, das zunächst in einer Spritze enthalten ist. Die Spritze 12 kann eine standardisierte, kommerziell erwerbliche Spritze sein, die z. B. mit einem Lötflussmittel oder einer Lötpaste 13 befüllt ist. Das viskose Material kann in exakten Tröpfchen auf ein Substrat oder Werkstück 14, wie z. B. einer Leiterbahn, aufgegeben werden. Ein Dispensierergehäuse 20' des Gerätes 10' weist einen Einlass 18 auf, in welchem ein Auslass 16 der Spritze 12 festgelegt wird. Es ist nicht beabsichtigt, den Begriff „Gehäuse" irgendeiner bestimmten integralen oder montierten Struktur zuzuordnen, sondern es soll vielmehr hierdurch eine viel breitere unterstützende und aufnehmende Struktur des Gerätes 10' definiert werden. Der Einlass 18 ist unter Ausbildung eines Fließkanals 25 über eine Bohrung 22 mit einer Einlassöffnung 23 einer Durchflussbohrung 24 verbunden. Ein Einlass 26 der Durchflussbohrung 24 ist mit einem ersten Ende 28, einer Bohrung 35 verbunden, die sich über ein Auslassrohr 30 erstreckt und einen Fließkanal 31 ausbildet, von dem aus das unter Druck stehende flüssige oder viskose Material dispensiert wird. Eine Ventilsitzanordnung 32' ist an einem zweiten freien Ende 34 des Auslassrohres 30 angebracht. Die Ventilsitzanordnung 32' weist einen Fließkanal 36 auf, der sich durch diese erstreckt und einen dort angeordneten Ventilsitz 38' beinhaltet. Das Einlassende des Fließkanals 36 steht in fluider Verbindung mit dem Fließkanal 31 des Auslassrohres 30 und am gegenüberliegenden Ende des Kanals 36 ist eine Düse 40' angebracht. Die Düse 40' wird vorzugsweise aus einem polymeren Material mit niedriger Reibungscharakteristik hergestellt, wie Polyetheretherketon (PEEK) Schlauchmaterial, das bei Small Parts, Inc. erhältlich ist.

2a veranschaulicht eine alternative Düse 40'', die ebenfalls aus PEEK Schlauchmaterial geformt ist. Allerdings umfasst die Düse 40'' eine sich vom Einlassende bis zum Auslassende derselben verjüngende Bohrung 10''. Diese Bohrung kann sich zum Beispiel bei einer Länge von 0,206 Inch (0,523 cm) von einem Durchmesser von 0,0625 Inch (0,159 cm) am Einlassende auf zwischen 0,06–0,30 Inch (0,015–0,076 cm) am Auslassende verjüngen. Der Einsatz von PEEK-Werkstoffen oder einem anderen vergleichbaren Kunststoff stellt eine nichthaftende Oberfläche bereit, die insbesondere nützlich ist, wenn Lötpasten 13 dispensiert werden, wohingegen die Verjüngung der Bohrung 100'' ein Zusammenballen der Partikel am Düseneinlass verhindert und allgemein einen weicheren Flussstrom ermöglicht.

Ein Ventilschaft oder Ventil 42' erstreckt sich durch eine Durchflussbohrung 24 der Gehäuseanordnung 20', über eine Bohrung 35 des Auslassrohres 30 und bis in einen Fließkanal 36 der Ventilsitzanordnung 32'. Das Ventil 42' hat ein unteres Ende 44', das angepasst ist zum Dichtsitz mit dem Ventilsitz 38', um den Kanal 36 zu verschließen. Wie obig allgemein angesprochen, kann dies vorteilhaft ein rundes Ventilendteil 44a umfassen, das aus einem polymeren Material mit einer niedrigen Reibungscharakteristik, wie VESPELTM oder PEEK geformt ist. VESPELTM wird derzeit bevorzugt und ist erhältlich über E.I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware und ist ein polyimider Werkstoff. Dieser Werkstoff verhindert das Anhaften und Ansammeln von Materialien wie Lötpasten und kann aus diesem Grunde ein Verstopfen oder andere Dispensierprobleme verhindern. Ein gegenüberliegendes Ende 46 des Ventils 42' steht in Eingriff mit einem Betätigungsgetriebe 48 des Dispensiergerätes 10'. Das Betätigungsgetriebe 48 bewegt das Ventil 42' zum Dichtsitz mit dem Ventilsitz 38' hin und her.

Der Ventilsitz 38' kann aus einem festen Werkstoff wie Wolframcarbid geformt sein, wie es in den mit einbezogenen Anmeldungen offenbart wird, oder kann aus einem elastischen Material, wie natürlichem oder syntetischem Gummi, geformt sein. Polyisoprengummi hat ohne feststellbare Abnutzung oder Abbau des Gummis eine signifikant größere Anzahl von Dispensierzyklen ermöglicht. In der Regel ist es am besten, Gummi einzusetzen, das nur eine geringe Hitzeentwicklung während des wiederholten Zusammenpressens durch das Ventil 42' zeigt, eine geringe Umwandlung zeigt und hohe Festigkeits- und Moduleigenschaften besitzt. Das bevorzugte Polyisopren hat die folgende Zusammensetzung, wobei alle Komponenten in Anteilen pro 100 Gummianteilen ausgedrückt werden (PHR):

  • A) Eine nicht-produktive Hauptcharge wird zuerst hergestellt aus den folgenden Komponenten: Polyisopren Gummi 100.00 Pentachlordiphenol 0.20 hydratgefällte Kieselsäure 0.50 Stearinsäure 2.00 Zinkoxid 6.00 Antioxidationsmittel 1.00 Phthalsäureanhydrid 0.50 hochabrasiver Ofenruß (HAF) 35.90 Hauptcharge 146.10

Ein bevorzugtes Antioxidationsmittel umfasst Goodrite Stalite (0,75 PHR) und N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin (DPPD) (0,25 PHR).

  • B) Anschließend wird die Hauptcharge erneut durchmischt, bevor die Härtemittel zur Ausbildung einer Gesamtzusammensetzung der nachfolgenden Rezeptur zugegeben werden: Hautpcharge 146.10 SantagardTM Nachvulkanisationsinhibitor 0.20 Cobaltstearat 2.00 2,2'-Dithiobis[benzothiazol] (MBTS) 0.20 Schwefel 3.75 Hexamethylentetraamin 50%/Styrol-Butadien-Gummi 50% 1.20 Gesamtmischung 153.45

Weiterhin wird gemäß der Erfindung benachbart zur Ventilanordnung 32' ein Heizelement 50 angeordnet, um ein sehr kleines Volumen des flüssigen oder viskosen Materials in der Ventilsitzanordnung zu beheizen, wie es weiter unten näher erläutert wird. Ein Dichtring 52 wird in dichtender Verbindung mit dem Ventil 42' angeordnet und befindet sich oberhalb des Einlasses 23 des Fließkanals 24, um sicherzustellen, dass das viskose Fluid, das durch die Bohrung 22 in den Fließkanal 24 fließt, nicht durch das Ventil 42' ausströmt und in das Betätigungsgetriebe 48 gelangt. Der Dichtring 52 wird mit einem Ring 54 an seinem Platz gesichert, der wiederum durch die Bodenfläche der Gehäuseauflage 56 des Betätigungsgetriebes 48 an seinem Platz gehalten wird.

Wie weiterhin in 1 dargestellt, besitzt das Auslassrohr 30 ein erstes Ende, das am Dispensierergehäuse 20' durch herkömmliche Mittel festgelegt ist, wie beispielsweise einer Halteplatte 58, so dass der Auslass 26 des Fließkanals 24 mit einer Einlassöffnung 60 einer Bohrung 35 fluchtet, die sich durch das Auslassrohr 30 erstreckt. Das Auslassrohr 30 besitzt ein zweites Ende 34, an dem die Ventilsitzanordnung 32' mit herkömmlichen Mitteln, wie einer Verschraubung (nicht dargestellt) festgelegt ist. Ein Ventilsitzbestandteil 78' wird innerhalb der Ventilsitzanordnung 32' angeordnet und trägt den Ventilsitz 38'. Weiterhin ist ein Temperaturregler 102 über Leitungen 104, 106 mit dem Heizelement 50 verbunden, um selektiv und örtlich begrenzt die Ventilsitzanordnung 32' zu beheizen.

Wie aus 1 ersichtlich, umfasst das Betätigungsgetriebe 48 eine Gehäuseauflage 56. Eine mittig angeordnete Längsbohrung 110 erstreckt sich durch die Gehäuseauflage 56 und ist koaxial zur Ventilachse 87 ausgerichtet. Das Ventil 42' erstreckt sich durch die Bohrung 110 und ragt von dem oberen Ende der Bohrung 110 in eine abgestufte Bohrkammer 112 eines Luftkammerblocks 113 mit einer Tiefenbohrung 114, die eine obere Bohrung 116 mit einem größerem Durchmesser als die untere Bohrung 114 unterteilt. Zwei Dichtscheiben 118, 118a aus glasgefüllten Polytetrafluorethylen (PTFE) werden auf einer Tragstruktur 120 angebracht, die wiederum eine Mittelbohrung 122 aufweist, durch die sich das Ventil 42' erstreckt, und die starr an diesem festgelegt ist. Einzelne Lufteinlässe 124, 124a sind mit einer Quelle vorverdichteter Luft (nicht dargestellt) über ein Rohr 126 verbunden. Ein magnetisches Luftwegeventil 128', das über einen herkömmlichen Regler 129 betätigt wird und zwischen dem Rohr 126 und den Einlässen 124, 124a angeordnet ist, regelt die unter Druck stehende Luft, die zum Betrieb des Dispensierers 10' genutzt wird. Wie in 1 dargestellt, ist das Ventil 128' direkt mit der Gehäuseanordnung 20' verbunden, die benachbart zu den Kammern 112, 115 liegt. Dies ermöglicht eine schnellere Bewegung des Ventils 42' beim Einspeisen der unter Druck stehenden Luft in die Kammern 112 oder 115, als es möglich wäre mit einem Magnetventil 128', welches weiter weg vom Gehäuse 20' angebracht ist. Derartige Abstandsaufbauten werden beispielsweise bei Schmelzdispensierern aufgrund des Umstands eingesetzt, dass die gesamte Schmelzdispensierspritze auf eine Temperatur aufgeheizt ist, die nachteilig ein unmittelbar daneben angebrachtes Magnetventil beeinflussen würde. Insbesondere das Ventil 128' regelt die Luftzufuhr in die Kammer 112, die unterhalb der Scheibe 118 in der Tiefbohrung 114 ausgebildet ist, und einer Kammer 115, die durch die obere Bohrung 116 oberhalb der Dichtung 118a ausgebildet wird. Ein Luftdichtring 119 des Elements 42 ist in einer Senkung 121 zwischen der Bohrung und der Bohrkammer 112 angeordnet, um ein Einströmen von Luft in die Bohrung 110 zu verhindern. Das Magnetventil 128' ist vorteilhafterweise unmittelbar am Dispensierergehäuse 20' angebracht. Typische Schmelzkleberspritzen nutzen z. B. wegen der etwas extremeren Hitzebedingungen, die nachteilig den Magnet beeinflussen würden, weiter weg vom Spritzenkörper montierte Magnetventile. Dadurch dass das Magnetventil 128' unmittelbar am Spritzenkörper 20' angebracht ist, sind die Taktzeiten der Dispensiererspritze oder des Dispensierergerätes 10' schneller als bei den Magnetventilen, die in einem bestimmten Abstand angeordnet sind. Ein spezielles, für diese Erfindung nutzbares Magnetventil 128', ist das Modell 35A-B00-DDFA-1BA, Variante M599 der MAC Valve Co. in Wixsom, Michigan.

An der Oberseite des Luftkammerblocks 113 ist ein Federgehäuse 130 angebracht und mit einer Zentralbohrung 132 versehen. Ein Federteller 134 ist am oberen Ende des Ventils 42' gesichert angebracht und liegt an der Stützstruktur 120 an. Eine topfförmige Federeinstellkomponente 136 ist über ein Gewinde mit dem Federgehäuse 130 gesichert und besitzt eine langgestreckte Bohrung 138, die am einen Ende offen und am anderen Ende durch einen Sockel 139 mit einer Bohrung 141 verschlossen ist, die sich quer durch diesen und eine innere Bodenfläche 140 entlang der Bohrung 141 erstreckt. Eine Druckfeder 142 erstreckt sich zwischen dem Federteller 134 und der Bodenfläche 140 der Federeinstellkomponente 136. Eine Stellmutter 144 ist über ein Gewinde mit der Federeinstellkomponente 136 gesichert verbunden, so dass die Komponente 136 in eine Position, die etwas näher oder weiter von dem Federteller 134 liegt, festgelegt werden kann. Das Zusammendrücken der Feder 142 wird verstärkt, wenn die Federkomponente 136 in Richtung des Federtellers 134 bewegt wird und vermindert, wenn die Federkomponente 136 von dem Federteller 134 wegbewegt wird.

Einer der Erfindungsaspekte bezieht sich auf die Schließkraft, die durch die Druckfeder 142 auf den Federteller 134 und letztendlich über das Ventilende 44a auf den Ventilsitz 38' ausgeübt wird. Vorzugsweise weist die Druckfeder 142 eine freie Länge von 1,15 inches (2,921 cm) auf und stellt eine Schließkraft zwischen etwa 17 Pfund und etwa 28½ Pfund (7,71 und 12,93 kg) bereit. Das Zusammendrücken der Feder 142 kann, wie zuvor beschrieben, durch die Positionierung der Federeinstellkomponente 136 abgestimmt werden. Um die Schnelligkeit der Federrückstellung beim Schließen zu erhöhen, kann, wie nachfolgend noch näher erläutert, unter Druck stehende Luft direkt in die Kammer 115 eingebracht werden.

Ein weiteres Merkmal des Betätigungsgetriebes 48 ist ein Knauf 146, der mit einem Stab 148 verbunden ist, der über ein Gewinde gesichert in der Bohrung 141 liegt und der durch die Druckfeder 142 durchgeführt wird, um am oberen Ende des Ventils 42' anzuliegen, das sich oberhalb des Federtellers 134 erstreckt. Durch Auf- und Abbewegen des Stabes 148 kann der Hub des Ventils 42' in Bezug auf den Ventilsitz 38' eingestellt werden.

Zur weiteren Darstellung der Vorteile der vorliegenden Erfindung erfolgt nunmehr eine Beschreibung des Arbeitsablaufes. Zunächst wird eine Spritze 12 mit flüssigen oder viskosen Material, üblicherweise mit einer Viskosität zwischen etwa 25.000 und etwa 500.000 Centipoise an der Einlassöffnung 18 des Dispensierergehäuses 20' angebracht. Ein Luftrohr 150, das mit einem Druckregulator 152 und einer Quelle niedriger Druckluft (nicht dargestellt) verbunden ist, wird mit dem Einlass der Spritze 12 gekoppelt, um das flüssige oder viskose Material in die Bohrung 22 und den Fließkanal 24 des Ventils 42' mit einem konstanten Druck von 4 Psi bis etwa 30 Psi (27,58 bis 206,84 kN/m2) zu drücken. In der standardmäßigen Schließposition, wie sie in 1 dargestellt ist, ist die Ventilsitzkomponente 78' oberhalb des Ventilsitzes 38' mit einer kleinen Menge des flüssigen oder viskosen Materials befüllt, wobei das Ventilende 44a an dem Ventilsitz 38' sitzt. Der Trägerkörper 70 wird aus einem hitzeleitenden Werkstoff geformt, wie beispielsweise Messing, um die Hitze von dem Heizelement 50 örtlich zu übertragen. Das Heizelement 50 wird um den Trägerkörper 70 angeordnet und an diesem gesichert und überträgt demzufolge die Hitze über den Körper 70 in das Ventilsitzteil 78', das aus Wolframcarbid hergestellt werden kann, um das flüssige oder viskose Material im Ventilsitzteil 78', der das Ventil 42' umgibt, zu beheizen.

Während dieses Stadiums des Arbeitsganges wird das flüssige oder viskose Material, wie ein Klebstoff, ein Lötflussmittel oder eine Lötpaste, auf eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 22°C bis etwa 90°C erhitzt (in Abhängigkeit von dem Material). Beispielsweise werden Lötpasten mit einer Viskosität zwischen 300.000 Centipoise und 450.000 Centipoise vorzugsweise auf 160°F (88°C) erhitzt. Lötflussmittel können auf etwa 40°C bis etwa 65°C erhitzt werden. Da sich das viskose Material unmittelbar im Bereich des Ventilsitzteiles 78' befindet, wird das Material erst kurz vor dem Dispensieren erhitzt.

Obgleich die vorliegende Beschreibung des Arbeitsablaufes sich auf alle Ausführungsformen dieser Erfindung lesen lässt, die zahlreiche Arten von Ventilen und Ventilsitzen umfasst, wird die Beschreibung nunmehr vertieft auf die 2 bis 6 eingehen. Die gleiche nachfolgende Beschreibung lässt sich auch auf die 2a lesen. Sobald das Ventilende 44a sich, wie in 2 dargestellt, von der Fläche 38' abhebt, wird das viskose Material 13, wie die Lötpaste, sehr schnell durch den Auslass 38a der Sitzes 38' und den Auslass 100 der Düse 40' als dünner Strahl (3) herausgedrückt. Nachdem das Ventilende 44, wie in den 4 und 5 stufenweise dargestellt, gegen den Ventilsitz 38' stößt und diesen verschließt, überwindet die plötzliche Verzögerung des fließenden Materials 13 die Materialfließspannung und trennt den Strahl in einen exakten Tropfen 200A' ab. Dies führt dazu, dass das viskose Material von der Düse 40' eher abgetrennt wird, als in einem Faden weiterzufließen. Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 und sofern der Ventilsitz 38' aus einem elastischen Material besteht, wie dem obig beschriebenen Polyisopren, wird dieser wie dargestellt zusammengedrückt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die gesamte Stoßlänge des Ventils 42' etwa 0,100 Inch (0,254 cm), wenn eine Lötpaste 13 dispensiert wird. Die Eindringtiefe in den Ventilsitz 38' beträgt etwa 0,025 Inch (0,065 cm). Allerdings können diese Abstände variiert werden, um zum Beispiel die Tropfengröße zu verändern. Wichtig ist es, das Material in dem vorgegebenen Temperaturbereich nur für eine kurze Zeit zu belassen und nicht die Temperatur zu überschreiten, bei der der Katalysator oder feste Partikel schmelzen und/oder aushärten. Aus diesem Grund wird nur das Ventilsitzteil 78' beheizt, und nicht der Rest des Dispensiergerätes 10'. Wie ebenfalls bereits oben angesprochen, hat das lokale Heizen den Vorteil, dass aufgrund der unmittelbareren Anbringung des Magnetventils 128' kürzere Taktzeiten möglich sind. Wie in 6 dargestellt, führt die einleitende Bewegung des Ventilendes 44a vom Ventilsitz 38' weg zu einer Entspannung des elastischen Materials, sofern ein elastischer Ventilsitz 38' eingesetzt wird, und kann dadurch zu einem Materialansaugeffekt zur Verhinderung von Ablagerungen, Aufreihungen oder Anlagerungen des Materials 13 an dem äußeren Ende der Düse 40' beitragen.

Besonders zum Öffnen des Dispensierers 10' wird das Ventil 42' zurückgezogen, um das Ventilende 44a von dem Ventilsitz 38' abzuheben. Dieser Schritt wird, unter besonderer Bezugnahme auf 1, durch Einspeisung von unter Druck stehender Luft vom Magnetluftventil 128' über den Lufteinlass 124 in die Luftkammer 112, die unterhalb der Diaphragmadichtung 118 angeordnet ist, unterstützt. Die Druckluft, die an der Dichtung 118 anliegt, bewegt das Ventil 42' in eine Richtung weg von dem Ventilsitz 38' und hin zur Druckfeder 142. Während dieser Phase des Arbeitsgangs fließt das beheizte viskose Material wie nachfolgend dargestellt.

Um ein nahezu schlagartiges Abbrechen des Flusses an flüssigem oder viskosem Material zu erreichen, wird das Luftmagnetventil 128' durch den Regler 129 aktiviert, um den Luftfluss von dem Kanal 124 auf den Kanal 124a zu wechseln. Die unter Druck stehende Luft, die an der Dichtung 118a anliegt, als auch die Kraft der Feder 142 wird das Ventilende 44a gegen den Ventilsitz 38' bewegen. Das Wegschalten der Druckluft vom Kanal 124 sollte innerhalb sehr kurzer Zeitspannen erfolgen, d. h. mit weniger als etwa 25 Millisekunden zwischen dem jeweiligen von dem Regler 129 zum Magnetventil 128 gesendeten „An-" und „Aus"-Signal. In dem obigen Beispiel mit der Lötpaste hat sich eine Zeitspanne von etwa 20 Millisekunden als gut umsetzbar erwiesen. Es wird angenommen, dass diese Zeitspanne in einem Bereich von etwa 5 Millisekunden bis etwa 50 Millisekunden in Abhängigkeit von Faktoren wie der Materialviskosität, dem Materialdruck und der Ausgangsöffnungsabmessungen liegen wird. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Magnetventil 128 ein sogenanntes elektromagnetisch betriebenes Vier-Wege-Ventil, was es ermöglicht, die Luft aus der Kammer 112 auszustoßen und unter Druck stehende Luft aus der Leitung 126 sofort in die Kammer 115 umzuleiten. Auch wenn dies weniger bevorzugt ist, insbesondere wenn Lötpasten dispensiert werden, kann auch ein Drei-Wege-Ventil in der Art und Weise, wie sie in den miteinbezogenen Anmeldungen beschrieben ist, eingesetzt werden. Wenn entweder ein Drei-Wege-Ventil oder ein Vier-Wege-Ventil Einsatz findet, bewegt die Druckfeder 142 das Ventilende 44a schnell in eine dichtende Position gegenüber dem Ventilsitz 38', sobald die unter Druck stehende Luft aus der Kammer 112 abgelassen wird. Dies entspricht einem aktiven Verdrängungsschritt, der das erhitzte flüssige oder viskose Material aus dem Auslassende der Düse 40' herausdrückt.

Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, das viskose Material mit einer hohen Frequenz zu verformen, so dass das Material sich für eine sehr kurze Zeitspanne wie ein Feststoff verhält und um dann wieder in den überwiegend flüssigen Zustand zurückzukehren, sobald es von dem Auslassende 101' der Auslassöffnung 100' abreißt. Mit Auslassöffnungen 38a und 100', die einen Durchmesser zwischen etwa 0,010 Inch und etwa 0,030 Inch (0,0294 und 0,0762 cm) besitzen, können einzelne Lötpastentropfen mit einem Durchmesser von etwa 0,025 Inch bis etwa 0,09 Inch (0,0635 bis 0,229 cm) erzeugt werden. In solchen Fällen liegt der Spritzendruck im Bereich von etwa 10 bis 25 Psi (68,95 bis 172,37 kN/m2). Natürlich können auch größere Tropfen erzeugt werden, und zwar gemäß den Verfahren, die in den oben mit einbezogenen Anmeldungen beschrieben werden. Die Auslassöffnungsdurchmesser können, wie in den oben miteinbezogenen Anmeldungen beschrieben, ebenso verringert werden oder sie können hauptsächlich aufgrund der erhöhten Viskosität größer sein, wenn Lötpasten dispensiert werden. Das Zuordnen der Bereiche der Materialien und Tropfengrößen ist ein Hauptaspekt dieser Erfindung, die Auslassöffnungsdurchmesser, wie die von den Auslassöffnungen 38a und 100', liegen im Bereich von etwa 0,005 Inch bis etwa 0,050 Inch.

Die 7 bis 9 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform eines elastischen Ventilsitzes 700. Der Ventilsitz 700 kann, wie obig beschrieben für den Ventilsitz 38', ebenfalls aus einem natürlichen oder synthetischen Gummi, wie Polyisopren, hergestellt werden. Ebenso kann, wie allgemein obig hinsichtlich der 1 bis 6 beschrieben, der Ventilsitz 700 in der gleichen Weise auf das Ventilende 44a einwirken. Jedoch umfasst der Ventilsitz 700 anstelle dessen eine Vielzahl von angewinkelten Auslassöffnungen 702, 704, 706. Die Auslassöffnungen 702, 704, 706 sind, wie es am günstigsten der 8 zu entnehmen ist, ausgehend von einer Oberseite 700a des Ventilsitzes 700 hin zu einer Unterseite 700b desselben untereinander ausgerichtet. Die Auslassöffnungen 702, 704, 706 treffen sich vorzugsweise an einem einzigen Auslass 708 an der Unterseite 700b des Ventilsitzes 700. In allen weiteren Punkten wird die Ausführungsform der 7 bis 9 in der Regel wie oben bezüglich der 2 bis 6 beschrieben arbeiten.

10 veranschaulicht einen alternativen Ventilsitz 710, der wie die in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen aus einem elastischen Material, wie einem synthetischen oder natürlichen Gummi, wie obig beschrieben geformt werden kann. Zum Beispiel kann der Ventilsitz 710 auch, wie es obig unter Bezugnahme auf den Ventilsitz 38' beschrieben ist, aus Polyisopren geformt sein. Der Hauptunterschied zwischen der Ausführungsform, die in 10 dargestellt ist, und der Ausführungsform der 1 bis 6 besteht darin, dass auf die Düse 40' verzichtet wurde und die Ventilsitzkomponente 78'' modifiziert zum Halten des Ventilsitzes 710 wurde. Optional kann eine Düse, wie sie oben beschrieben oder mit einbezogen wurde, mit dem Ventilsitz 710 verwendet werden. Der Ventilsitz 710 umfasst eine Auslassöffnung 712, die sich im Durchmesser von einem oberen Ende 712a hin zu einem unteren Ende 712b verjüngt. Ansonsten arbeitet der Ventilsitz 710 in derselben allgemeinen Weise, wie obig unter Bezugnahme auf den Ventilsitz 38' beschrieben, um einen exakten Tropfen 714 eines viskosen Materials 13 zu dispensieren. Vorzugsweise zeigen das untere Ende 712b der Auslassöffnung 712 einen Größendurchmesser, der der Größe der Auslassöffnung oder Auslassbohrungen, die oben erwähnt wurden, angeglichen ist. Die Verjüngung wir derart durchgeführt, dass das obere Ende 712a einen Durchmesser von annähernd dem zwei- bis dreifachen des Durchmessers des unteren Endes 712b entspricht.

Die 11 bis 14 veranschaulichen einen weiteren Ventilsitz und eine Ventilbetätigungsausführungsart. Nach dieser Ausführungsart wird wiederum ein Ventilsitz 720 vorzugsweise aus einem natürlichen oder synthetischen Gummi wie Polyisopren geformt und umfasst eine Auslassöffnung 722, die an einer weiteren Auslassöffnung 723 der Düse 724 fluchtet. Jedoch ist in diesem Falle die Ventilachse 87 parallel zu einer Achse 725 versetzt, was generell die Auslassöffnungen 722, 723 definiert. Das Ventilende 44a wird unter Einsatz einer Regelung, eines Gerätes und eines Verfahrens, wie es allgemein obig unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben ist, zu einer Bewegung gegen den Ventilsitz 720 veranlasst. Da jedoch das Ventilende 44a zur Auslassöffnung 722 versetzt ist, wird das Ventilsitzmaterial in die Auslassöffnung 722 hineinverformt werden, um dabei die Auslassöffnung 722, wie in 12 dargestellt, abzudrücken und zu schließen und gleichzeitig einen dünnen Strahl des viskosen Materials 726 herauszudrücken. In der gleichen schlagartigen Weise, wie obig beschrieben, wird dieser dünne Strahl 726 in einen exakten Tropfen 728, wie in 13 dargestellt, abreißen, sobald das Ventilende 44a vollständig gegen den Ventilsitz 720 stößt. Wie ferner in 14 dargestellt, stellt sich ein Rücksaugeffekt in der Düse 724 ein, wenn das Ventilende 44a zurückgenommen wird und der elastische Ventilsitz 720 sich wieder hin zu seinem Normalzustand entspannt, was dazu führt, dass ein Zusammenballen des viskosen Materials 13 und/oder eine Tropfenbildung oder eine Aufreihung an dem Düsenauslass 724a verhindert wird.

15 veranschaulicht einen alternativen Ventilsitz 730 und einen Ventilbetätigungsaufbau 732, die in gleicher Weise wie die in den 11 bis 14 beschriebenen Ausführungsformen arbeitet. Ein Hauptunterschied besteht darin, dass das Ventil oder der Ventilschaft 734 innerhalb eines beweglichen Betätigungsglieds 736 abgedichtet oder isoliert von dem viskosen Material 13, wie einer Lötpaste, angeordnet ist. Hierdurch wird verhindert, dass jedwede Lötpaste 13 zwischen dem Ventilsitz 730 und dem Ventilschaft oder Ventil 734 zusammengepresst wird. Das Ventilsitz-Betätigungsglied 736 kann insbesondere einfach nur ein Zylinderteil sein, welches unter dem Einfluss des Ventils oder Ventilschafts 734 hin und her bewegt wird. Das Ventilsitz-Betätigungsglied 736 ist zur Hin- und Herbewegung im Inneren einer Dichtung 738 angebracht. Wenn das Ventil oder der Ventilschaft 734 sich am unteren Totpunkt befindet, dann wird der Ventilsitz 730 wie in 14 dargestellt verformt und ein Tropfen 740 der Lötpaste 13 kann in der gleichen Weise, wie obig beschrieben, dispensiert werden. Nach dieser Ausführungsform besteht jedoch kein Kontakt zwischen dem Ventil 734 und der Lötpaste 13, so dass ein Verschleiß des Ventilsitzes 730 durch die Lötpaste vermieden werden kann.


Anspruch[de]
  1. Gerät (10') für das Dispensieren kleiner Mengen eines vikosen Materials, wobei dasselbe Gerät eine Quelle (12) desselben viskosen Materials umfasst, welches über eine Viskosität von mindestens 25,000 Centipoise verfügt, und wobei die Quelle (12) das viskose Material unter einem Druck von 4 bis 30 psi (27.58 bis 206.84 kN/m2) liefert, und ein Dispensierergehäuse (20'), welches einen Einlaß (18) umfasst, wobei derselbe in Flüssigkeitsverbindung mit der Quelle (12) steht, um auf diese Weise das Material zu empfangen, und einen Auslaß (100) für das Entleeren des Materials, und ein Ventil (42', 734), welches für das Bewegen desselben innerhalb des Dispensierergehäuses (20') zwischen geöffneten und geschlossenen Positionen befestigt ist, und ein feststehendes Ventilsitzteil (70, 78', 78''), und einen Ventilsitz (38', 700, 710, 720, 730), welcher auf dem feststehenden Ventilsitzteil in der Nähe des Auslasses (100) positioniert ist, wobei derselbe Ventilsitz (38', 700, 710, 720, 730) eine Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) umfasst, in welcher ein Ende (44a) des Ventils (42', 734) in der geschlossenen Position Kontakt mit dem Ventilsitz (38', 700, 710, 720, 730) aufnimmt, um auf diese Weise Material aus der Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) zu dispensieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (38', 700, 710, 720, 730) einen widerstandsfähigen Abschnitt umfasst, welcher zusammen mit der Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) geformt ist, und dass das Ende (44a) des Ventils (42', 734) den widerstandsfähigen Abschnitt in der geschlossenen Position zusammendrückt, wobei das Zusammendrücken dieses widerstandsfähigen Abschnitts einen Tropfen des viskosen Materials dispensiert.
  2. Gerät nach einem der obigen Ansprüche, bei welchem das Ventil (42') auf ein erstes Ende der Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) ausgerichtet ist, sodass dasselbe Ventil (42') das erste Ende derselben in der geschlossenen Position blockiert.
  3. Gerät nach Anspruch 2, bei welchem die Auslaßöffnung (712) so zugespitzt ist, dass der Durchmesser derselben sich von dem ersten Ende in Richtung eines zweiten Endes hin reduziert.
  4. Gerät nach Anspruch 1, bei welchem das Ventil (42, 734) von der Auslaßöffnung (722) versetzt ist und den widerstandsfähigen Abschnitt auf eine solche Weise verformt, dass die Auslaßöffnung (722) in der geschlossenen Position geschlossen wird.
  5. Gerät nach einem der obigen Ansprüche, bei welchem der Ventilsitz (700) eine Reihe von Auslaßöffnungen (702, 704, 706) umfasst, und bei welchem eine jede derselben Auslaßöffnungen blockiert wird, wenn das Ventil (42', 734) sich in seiner geschlossenen Position befindet.
  6. Gerät nach Anspruch 5, bei welchem der Ventilsitz (700) eine Einlaßseite und eine Auslaßseite umfasst, und bei welchem die Reihe von Auslaßöffnungen (702, 704, 706) in Richtung zueinander und in eine Richtung von der Einlaßseite in Richtung der Auslaßseite hin angewinkelt ist.
  7. Gerät nach einem der obigen Ansprüche, bei welchem der widerstandsfähige Abschnitt aus einem Gummimaterial geformt ist.
  8. Gerät nach Anspruch 7, bei welchem der widerstandsfähige Abschnitt aus einem Polyisoprengummi geformt ist.
  9. Gerät nach einem der obigen Ansprüche, welches weiter eine Düse (40', 40'', 724) umfasst, welche neben dem Ventilsitzteil (38', 720) positioniert ist, wobei die Düse (40', 40'', 724) aus einem Polymermaterial mit neidrigen Reibungscharakteristiken besteht.
  10. Gerät nach Anspruch 9, bei welchem das Polymermaterial mit den niedrigen Reibungscharakteristiken aus einem Polyetheretherketon besteht.
  11. Gerät nach einem der obigen Ansprüche, bei welchem mindestens ein Ende des Ventils (42'), welches an dem Ventilsitz (38, 700, 710, 720) befestigt ist, aus einem Polymermaterial mit niedrigen Reibungscharakteristiken geformt ist.
  12. Gerät nach einem der obigen Ansprüche, bei welchem das Dispensierergehäuse (20') eine Kammer (112) umfasst, und bei welchem das Ventil (42', 734) einen Kolben umfasst, welcher für das Bewegen desselben innerhalb der Kammer (112) und für das operative Bewegen des Ventils innerhalb des Dispensierergehäuses (20') in Reaktion auf das Einführen von Luft unter Druck in dieselbe Kammer (112) positioniert ist, und bei welchem das Gerät weiter ein Regelventil (128') umfasst, welches gegen das Gehäuse (20') befestigt ist, um unterbrochen Luft unter Druck in die vorgenannte Kammer (112) einzuführen und auf diese Weise das Ventil (42', 734) zwischen den geöffneten und den geschlossenen Positionen hin und her zu bewegen.
  13. Gerät nach einem der obigen Ansprüche, bei welchem das Regelventil (128') gegen eine Wand der vorgenannten Kammer (112) befestigt ist.
  14. Gerät nach einem der obigen Ansprüche, welches weiter ein Heizelement (50) umfasst, welches in der Nähe des Auslasses (100) positioniert ist, und dort vor Ort vor dem Dispensieren desselben das viskose Material aufheizt.
  15. Gerät nach Anspruch 14, bei welchem das Heizelement (50) an einer Düseneinheit (40', 40, 724) befestigt ist, welche den Ventilsitz (38') umfasst, und welche an einem Ende des Dispensierergehäuses (20') positioniert ist, und bei welchem das Regelventil (128') näher in Richtung des gegenüber liegenden Endes des Gehäuses (20') befestigt ist.
  16. Gerät nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem das Heizelement (50) eine Temperatur von ungefähr 22°C bis ungefähr 90°C aufrecht erhält.
  17. Methode für das rapide Dispensieren einer kleinen Menge eines viskosen Materials mit einer Viskosität von mindestens ungefähr 25,000 Centipoise aus einem Dispensierer, welcher ein Ventil (42', 734), einen Materialdurchgang und einen Ventilsitz (38', 700, 710, 720, 730) umfasst, welcher auf einer feststehenden Ventilsitzstütze (70, 78', 78'') positioniert ist und eine Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) umfasst, wobei die Methode weiter die folgenden Stufen umfasst: das Bewegen des Ventils (42', 734) ausser Kontakt mit dem Ventilsitz (38', 700, 710, 720, 730), das Halten des viskosen Materials in dem viskosen Materialdurchgang unter einem Druck von 4 bis 30 psi (27.58 bis 206.84 kN/m2), das Einführen des Materials aus dem Materialdurchgang heraus in die Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) hinein, und das Befestigen des Ventilsitzes (38', 700, 710, 720, 730) zusammen mit dem Ventil (42', 734) gegen die feststehende Ventilsitzstütze (70, 78', 78''), um die Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) zu schliessen und das Material aus der Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) zu dispensieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (38', 700, 710, 720, 730) zusammen mit der Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) über einen geformten widerstandsfähigen Abschnitt verfügt, und dass die Stufe des Befestigens des Ventilsitzes (38', 700, 710, 720, 730) weiter das Zusammendrücken des widerstandsfähigen Abschnitts mit Hilfe des Ventils (42', 734) umfasst, wobei dasselbe Zusammendrücken des wiederstandsfähigen Abschnitts einen kleinen Tropfen des viskosen Materials aus der Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) herausdrückt.
  18. Methode nach Anspruch 17, bei welcher das Ventil (42') koaxial im Verhältnis zu der Auslaßöffnung (38a, 702, 704, 706, 712, 722) bewegt wird.
  19. Methode nach Anspruch 17, bei welcher das Ventil (734) entlang einer Achse bewegt wird, welche von der Achse der Auslaßöffnung versetzt positioniert ist.
  20. Methode nach einem der obigen Ansprüche 17 bis 19, welche weiter die Stufe des Zusammendrückens des Ventilsitzes (38', 700, 710, 720, 730), und daher das Absaugen eines Überschusses des viskosen Materials in die Auslaßöffnung hinein umfasst.
  21. Methode nach einem der obigen Ansprüche 17 bis 20, bei welcher das viskose Material aus einer Lötpaste oder aus einem Klebstoff oder aus einem Lötflußmittel besteht.
  22. Methode nach einem der obigen Ansprüche 17 bis 21, bei welcher ein Ende (44a) des Ventils (42') während der Stufe des Zusammendrückens direkt mit dem Ventilsitz (38', 700, 710, 720) in Kontakt steht, und bei welcher mindestens das Ventilende aus einem Polymermaterial mit niedrigen Reibungscharakteristiken geformt ist.
  23. Methode nach einem der obigen Ansprüche 17 bis 22, bei welcher ein Ende des Ventils (734) über ein Betätigungsglied (736) indirekt an dem Ventilsitz (730) befestigt ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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