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Kleinstmotoren für Präzisionsdispenser

DurchflussmessgerätEndress+Hauser erhält Swiss Technology Award für Promass Q

Die beiden Endress+Hauser Entwickler Dr. Wolfgang Drahm (links) und Dr. Martin Anklin

Mit dem Promass Q hat Endress+Hauser den Swiss Technology Award in der Kategorie „Innovation Leaders“ gewonnen. Das Coriolis-Durchflussmessgerät, das speziell für Anwendungen in der Öl- und Gas- sowie in der Lebensmittelindustrie entwickelt wurde, überzeugt durch seine hohe Messgenauigkeit auch unter schwierigen Bedingungen. Der Preis wurde im Rahmen des Swiss Innovation Forum überreicht.

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Kleinstmotoren für PräzisionsdispenserPräzises Sprühen ohne Mühe

Die Dosierung nach Volumen hat sich in der Praxis als die einfachste und flexibelste Methode bewährt, denn die zu fördernde Substanz muss dabei „nur“ durch gleichmäßig fördernde Pumpen zur Dosierspitze hin bewegt werden.

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Mikrovolumendosierer

Aus der bekannten Förderrate und der Förderzeit ergeben sich dann die gewünschten Mengen. Solche Präzisionsdispenser sollten ebenfalls möglichst kompakt sein, damit sie sich an den Produktionsanlagen gut unterbringen lassen. Deshalb sind sie auf kleine, leistungsstarke Antriebe angewiesen, die eine möglichst hohe Dynamik bieten und sich präzise regeln lassen.

Verkaufszahlen im fünfstelligen Bereich schafft nicht jedes Produkt. Viscotec Pumpen- und Dosiertechnik hat es mit seinen Mikrovolumendosierern der Marke Preeflow geschafft. Die kleinen Dosierer sind weltweit in den unterschiedlichsten Branchen im Einsatz, oft rund um die Uhr und sieben Tage in der Woche. Typische Anwendungen reichen von der Halbleiter- und Elektronikfertigung über Optik und Photonik bis hin zu Biochemie oder Medizintechnik. Dosiert werden können viele unterschiedliche Flüssigkeiten. Die Bandbreite reicht von „A“ wie anaerobe Klebstoffe bis „Z“ wie Zinkchlorid-Lösungen „Es lassen sich sowohl ein- als auch zweikomponentige Fluide verarbeiten“, ergänzt Thomas Diringer, Manager Business Unit Components & Devices bei Viscotec. „Bei zwei Komponenten ist garantiert, dass diese im richtigen Mischungsverhältnis präzise und synchron zugeführt werden. Die Wiederholgenauigkeit der Systeme liegt dabei nahezu bei 100 Prozent.“ Die Dosierer sind modular aufgebaut, was beispielsweise die Reinigung bei einem Medienwechsel erleichtert. Sie bestehen aus dem eigentlichen, leicht zerlegbaren Dispenser, einer Antriebseinheit und einem separaten Steuergerät. „Mit vier Modellen im einkomponentigen und zwei Modellen im zweikomponentigen Bereich können wir so kontinuierliche Fördermengen von 0,12 bis 60 ml je Minute abdecken“, ergänzt Diringer. „Benö- tigt man eine punktuelle Dosierung, so lassen sich als Minimalmenge ab 1 µl gezielt platzieren. Und eine weitere Innovation ergänzt nun unser Portfolio: ein volumetisches Sprühsystem für präzises Sprühen von Fluiden.“

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Encoder, Bürstenmotor und Planetengetriebe

Das System der Präzisionsdosierer ist so ausgelegt, dass es mit Wasser bis zu 2 bar Förderdruck selbstdichtend ist. Mit zunehmender Viskosität nimmt dann die Eigendichtung noch weiter zu. Dosierdrücke von 16 bis 20 bar sind so ohne Weiteres möglich. Dieser hohe Förderdruck wiederum erlaubt erst den Einsatz kleinerer Nadel- und Düsenquerschnitte für feinere Auftragsflächen. Zudem ist es möglich, bei hochviskosen Medien einen Grundvordruck anzulegen.

Thomas Diringer

Ein hoher Förderdruck im Dispensermodul setzt natürlich zwingend einen drehmomentstarken Antrieb voraus. „Bei der beschränkten Baugröße der Einheit kam dafür nur ein Kleinmotor mit Vorsatzgetriebe in Frage“, erinnert sich Diringer. „Seit jetzt fast zehn Jahren arbeiten wir deshalb eng mit Faulhaber zusammen. Gemeinsam mit den Antriebsspezialisten aus Schönaich haben wir schnell den passenden Kraftzwerg gefunden.“ Kleine Abmessungen und hohe Leistungsdichte seien wichtig, damit die Preeflow Eco-Pens ohne Probleme im automatisierten Dosierprozess direkt am Roboter angebracht werden können.

Das beste Preis-Leistungs-Verhältnis konnte ein DC-Kleinmotor mit Encoder und Planetenvorsatzgetriebe für sich verbuchen. Die Bürstenkommutierung ermöglicht eine einfache Pulsweitenregelung und Drehrichtungsumkehr. Encoder und Planetengetriebe im Motordurchmesser erlauben eine schlanke Bauform. Der kompakte Antriebsblock aus Motor mit Encoder und Getriebe misst je nach Dispenserausführung nur 22 mm im Durchmesser bei 32 mm Baulänge für den Motor. Hinzu kommt das Getriebe, das Übersetzungen von 9:1 bis 23014:1 bei 27 bis 48 mm Länge bietet. Die größere Variante bringt es auf 26 mm Durchmesser und 42 mm Motorlänge plus 28 bis 60 mm für das Getriebe (3,7:1 bis 1526:1). Die kleineren Motoren liefern bei 6 bis 24 VDC Eingangsspannung ein Dauerdrehmoment von 10 mNm, die größeren erreichen 28 mNm bei 12 bis 48 VDC. Dieses Drehmoment wird durch das jeweilige Getriebe auf das für die Dispensereinheit bei 20 bar Förderdruck nötige Maß erhöht.

Der aufsteckbare Encoder erhöht die Baulänge nur um 1,4 mm und liefert je nach Typ 64 bis 512 Impulse je Umdrehung. Das ermöglicht eine präzise Mengenzuteilung und einen tropffreien Abriss des Mediums durch die exakte Rückmeldung der Rotorposition des Antriebs. Durch die Untersetzung des Getriebes wird diese Auflösung am Förderrotor des Dispensermoduls noch weiter verbessert. Für Betriebsspannung und Encodersignal gibt es einen kundenspezifischen Kabelanschluss. Getriebe und Motorlagerung sind auf Lebensdauer geschmiert und wartungsfrei. „Für unsere Mikrodispenser haben wir damit eine zuverlässige, robuste und dynamische Antriebslösung gefunden“, so Diringer abschließend. „Teilweise werden damit Anwendungen mit einem Output von einem Bauteil pro Sekunde gefahren.“ ee

Faulhaber: HMI, Halle 15 Stand H29

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