配量系统、配量方法和制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于液态乃至粘稠的配量材料或待配量介质的配量系统，该系统 包括具有密闭通道的喷嘴，在密闭通道内部，密闭元件在运行中被自动控制单元控制地沿 喷出和/或退回方向运动，在此，密闭通道在至少一个垂直于喷出和/或退回方向的横截面 中相比于密闭元件在同一切割平面上的横截面被构造为，在密闭元件的外表面与密闭通道 的内表面之间构成通过间隙（Durchlassspalt)，该通过间隙被成型为和/或尺寸确定为， 使其至少局部地构成用于配量材料的通过通道（Durchlasskanal)。本发明还涉及一种用于 这种配量材料的配量方法，其中，配量材料通过喷嘴给出，喷嘴包括密闭通道，在密闭通道 内部，密闭元件在运行中沿喷出和/或退回方向运动，在此，密闭通道在至少一个垂直于喷 出和/或退回方向的截面中相比于密闭元件在同一切割平面上的横截面被构造为，在密闭 元件的外表面与密闭通道的内表面之间构成通过间隙，该通过间隙被成型为和/或尺寸确 定为，其至少局部地构成用于配量材料的通过通道。本发明还涉及一种用于液态乃至粘稠 的配量材料的配量系统的制造方法。
【背景技术】
[0002] 液态乃至粘稠的配量材料（例如粘合剂、颜料、印刷清漆、绑定在胶粘剂系统中的 导电物质（例如焊膏）、用于LED的转换材料等）的给出是用来有针对性地将这样的配量材 料涂覆到目标表面上。例如，有针对性地、精确地为电子电路板配设导电物质，这可以替代 相对不灵活的过程，例如掩模过程或刮板过程。在此，特别富有挑战性的是高精度地、即在 正确的时间、正确的地点并以准确的配量数量将配量材料输送到目标表面。这例如可以通 过配量系统的喷嘴以液滴的形式给出来实现，在此，液滴的大小和/或数量可以通过喷嘴 的作用尽可能准确地预先设定。替代地，也可以使配量物质成束状地喷涂或成雾状地喷出。
[0003] 专利文献US 7767266 B2提出了一种前述类型的配量装置，即，一种实现为开放系 统的装置：在配量材料到达可由推杆（St6Bel，滑塞）密封的集流空腔中之前，利用配量螺 栓沿喷嘴的排出口方向输送配量材料，并在此沿通过间隙经过推杆。这种开放系统的特征 在于，配量材料理论上可以畅通无阻地沿排出口的方向流动并且只受到其黏性的阻碍。为 此，通过间隙必须具有足够大的尺寸。这种配量装置的开放结构还意味着：配量材料的流动 需要通过操作配量螺栓并在施加极高的压力的条件下来产生，否则这种流动将受到配量材 料的高黏性的阻碍。与封闭的系统相比，这种配量螺栓是附加的元件；但首先该配量装置必 须被设计为可用于高压条件下，这意味着巨大的材料费用。即使使用高品质的强化材料，但 是由于高压的存在而无法避免材料磨损的增加，并由此导致更高的维护需求。
[0004] 如果配量材料恰好不是例如具有近似于水的浓度的易流动物质，而是相对粘稠的 介质，则实现高精度配量的挑战性是很大的。例如高浓缩粘合剂、具有高色素含量的强色素 浓缩颜料等。因此对于具有聚合物成分、尤其是长链聚合物成分的物质的配量是特别复杂 的。所有这些配量材料在大多数情况下都具有高黏性，而这在原则上会如上所述地导致需 要极高的压力，以便有针对性地、精确地从配量系统的喷嘴输出配量材料。这种高压通常难 以产生和维持，特别是因为配量系统中的密封件和其他敏感部件需要因此相应地设计为抗 压的。此外，还需要为配量材料的压力设置一定的界限，以便基于该压力沿各个目标表面的 方向对配量材料加速。但是由于喷嘴的过高加速会导致在目标表面上的碰撞速度过高，这 意味着配量结果的恶化，即，会增加在目标表面上的配量材料涂覆的不准确性。
[0005] 在专利文献DE 10345840 Al中提出了一种利用涂覆喷嘴来涂覆流体的装置，在该 装置中设有用于向喷嘴输送流体的输送通道，其与回流通道一起构成循环回路。由此使得 流体即使在封闭的喷嘴中也能够保持运动，从而使流体能够保持其流动性直至喷嘴被重新 打开。在专利文献DE 1400725 Al中描述了一种用于喷洒具有摇溶（thixotropen，触变） 特性的液体的喷嘴。在此是通过超声波发射器或通过在喷嘴本体的区域中旋转或脉动的芯 轴（Dorn)来长期地搅拌待喷洒的液体或使其形成涡流。但是这两种结构都不适用于实现 对配量材料的高精度配量。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明的目的在于提出一种如何利用具有喷嘴的配量系统对配量材料的配 量进行优化的方案。在此例如需要特别指出的是：即使对于上述类型的具有高黏性的配量 材料，在配量材料上所施加的压力相对于其黏性来说也是相对较低的。
[0007] 本发明的目的通过一种如权利要求1所述的配量系统、一种如权利要求14所述的 配量方法和一种如权利要求15所述的制造方法来实现。
[0008] 在上述类型的配量系统中，控制单元被相应地设计为，其在运行中产生用于密闭 元件在至少两种运动模式下的不同运动的控制信号，在此，控制单元至少在其中一种运动 模式下使密闭元件在运行中有针对性地运动，从而使配量材料的黏性至少在通过间隙的一 个区域中降低。这些运动模式，也就是密闭元件的运动的质量等级，密闭元件在这些质量等 级中将历经不同的运动形态（Bewegungsmuster)，可以特别用于在配量材料的配量过程期 间满足不同的功能。由此例如还可以给出配量非常准确的各个液滴。
[0009] 根据本发明将前述的配量方法改进为，使密闭元件有针对性地运动，以使密闭元 件能够在不同的时间点上可选地以至少两种不同运动模式中的其中一种运动，在此，至少 在其中一种运动模式下可以使配量材料的黏性至少在通过间隙的一个区域中降低。在此， 优选在其中一种运动模式中以下述方式来实现黏性的降低：在没有进一步动作的情况下没 有配量材料给出，也就是说，将运动形态选择为：使配量材料只保持在这种黏性降低的状态 中，而黏性的大小刚好能够使配量材料在运动期间仍然保持在喷嘴中，但在另一种运动模 式（例如密闭元件剧烈运动）下，配量材料可以容易地给出。
[0010] 在本发明框架下，通常将液态乃至粘稠的配量材料定义为具有流动性的各种液体 或各种包含有液体的材料混合物。在此，粘稠性（ZShfmssigkeit)的定义从大于水的黏 性扩展至几乎与固体特性相符的黏性。此外在本发明的框架下，配量材料具有摇溶或者说 剪切稀化（scherverdUnnende)(即结构黏滞）的特性，也就是说，配量材料在静止状态下的 黏性大于在运动状态下的黏性，并且在回到静止状态时至少近似地（有可能在一定的静止 阶段之后）再次达到初始的高黏性。因此，在静止状态下具有固体的特性并且仅在运动状 态下是流动的材料或介质也被称为粘稠的。
[0011] 被设定为密闭元件的是由一部分或多部分组成的元件，其优选具有例如柱形的长 形形状，例如使用硅制成的推杆。但是密闭元件也可以是圆形的或椭圆形的，其被可运动地 设置或支承在密闭通道中。密闭通道是空心体，优选是柱形空心体，其在内部限定、即围成 空腔，在该空腔中至少在局部将密闭元件设置为能够封闭空腔。然而，在此关于本发明应该 注意的是：这种封闭效应是较复杂的，并且其恰恰不是由通过密闭元件对空腔进行完全密 封来形成：根据本发明的配量系统是开放系统。
[0012] 对于本发明来说，密闭元件与密闭通道之间的协同作用具有重要的意义，由此可 以在密闭元件与密闭通道之间至少局部地设定足够大的通过间隙，配量材料可以穿过该通 过间隙。该通过间隙构成用于配量材料的通过通道，该通过通道优选与喷嘴的排出口相连 接。配量材料可以在充分运动的状态下流过通过通道。相反在非运动状态下或在黏性仅轻 微降低的运动形态下，配量材料将有利地保留在由通过间隙构成的通过通道中而不是继续 流动。这意味着将这样来选择通过间隙或通过通道的尺寸：在各种预设的配量材料在配量 系统中的压力情况下，只要配量材料不再运动或可能仅轻微地运动，则在特定的工作温度 下没有或基本上没有配量材料流过。从这个意义上讲，密闭元件及其所配属的通过通道将 针对配量材料、也就是介质一起关闭，配量材料或介质被这种关闭所阻挡。这种关闭实际上 是通过下述方式来实现：提供一种理论上开放的结构，配量材料可以在充分运动的状态下 相对畅通无阻地流过该结构，但是由于配量材料的摇溶特性或剪切稀化特性，当密闭元件 在密闭通道中结束运动时，该结构将自动关闭。因此在密闭元件相对于密闭通道的完全静 止状态下不会发生材料流动。由于不再必须关闭喷嘴的排出口，因此优选使排出口总是保 持开放。此外，如同后面所说明的那样，通过不同的运动模式可以准确地控制对配量材料的 完全有针对性地输出。
[0013] 对密闭元件的横截面相对于密闭通道的横截面的尺寸的选择一方面取决于待涂 覆的配量材料的黏性（或者说其与运动状态相关的黏性），另一方面也取决于施加在配量 材料上的压力。在此所适用的经验如下：
[0014] -配量材料的压力越高，通过间隙的尺寸越小。
[0015] -在配量材料的静止状态下，配量材料的黏性越低，通过间