Fein regelbar – Kleinantrieb treibt Förderrotor in Präzisionsdispenser

Präzisionsvolumendosierer sind hier das Mittel der Wahl, wenn es um hohe Flexibilität bei gleichzeitig exakter Aufbringung geht. Bestimmungsgemäß sollten solche Geräte ebenfalls recht klein bauen. Kleinantriebe sind deshalb hier die geeignete Kraftquelle. Sie ermöglichen hohe Leistung aus kleinem Bauvolumen, sind sehr dynamisch und exakt regelbar – beides Eigenschaften, die für eine Dosierung unverzichtbar sind.

Kleine Mengen automatisch gezielt zu dosieren ist nicht trivial. Die Aufgabenstellung erfordert vielmehr grundlegendes Know-how und Innovationsbereitschaft. Der Spezialist für Präzisionsvolumendosierer der Marke Preeflow, die Visco Tec Pumpen- und Dosiertechnik aus Töging am Inn, kann beides bieten. Um das (Antriebs-)Rad nicht neu erfinden zu müssen, setzten die Dosierfachleute auf die Antriebsexperten von Faulhaber aus Schönaich bei Stuttgart. Zusammen konnte schnell eine robuste und präzise Antriebslösung für die Dosiergeräte gefunden werden.

Volumetrisch dosieren
Es gibt einige Möglichkeiten, kleinste Mengen zu dosieren. Die Dosierung nach Volumen hat sich dabei als die einfachste und flexibelste Methode in der Praxis bewährt. Die zu fördernde Substanz muss dabei „nur“ durch gleichmäßig fördernde Pumpen zur Dosierspitze hin bewegt werden. Aus der bekannten Fördermenge und der Förderzeit ergeben sich dann die gewünschten Mengen. Natürlich steckt auch hier der Teufel im Detail. Unterschiedliche Viskositäten, abrasive oder eher schmierende Stoffe, elastisches Verhalten und die Tendenz zum Nachtropfen müssen bei der Auslegung der Dispensereinheit berücksichtigt werden. Im Eco-Pen sind diese und weitere Vorgaben aus der Praxis berücksichtigt. Herz der Dispensereinheit ist ein rotierendes, absolut druckdichtes Verdrängersystem. Es besteht aus einem selbstdichtenden, inneren Rotor und dem äußeren Stator. Über eine gesteuerte Drehbewegung des Rotors wird das Fördermedium durch Verdrängen gefördert. Das Wechseln der Drehrichtung ermöglicht es dem System, auch rückwärts zu fördern. Daraus resultiert ein sauberer, kontrollierter Materialabriss ohne Nachtropfen. Das Medium selbst wird dabei schonend ohne Veränderung in der Struktur transportiert.

Das System ist so ausgelegt, dass es mit Wasser bis zu zwei bar Förderdruck selbstdichtend ist. Mit zunehmender Viskosität nimmt auch Eigendichtung zu. Dosierdrücke von 16 bis 20 bar sind auf diese Weise möglich. Dieser hohe Förderdruck wiederum lässt den Einsatz kleinerer Nadel- und Düsenquerschnitte für feinere Auftragsflächen zu. Zudem ist es möglich, bei hochviskosen Medien einen Grundvordruck anzulegen. So kann bei selbstnivellierenden Flüssigkeiten ein Drucktank entfallen. Auf diese Weise können mit nur drei Modellen 0,15 bis 16,9 Milliliter Medium je Minute kontinuierlich gefördert werden. Das kleinste Modul fördert 0,15 bis 1,8, das nächstgrößere von 0,5 bis sechs und das größte Modul 0,15 bis 16,9 Milliliter pro Minute. Benötigt man punktuelle Dosierung, so lassen sich als Minimalmenge je nach Typ 0,001, 0,004 beziehungsweise 0,015 Milliliter gezielt platzieren. Die modular aufgebauten Volumendosierer unterteilen sich zur besseren Wartung oder Reinigung bei Medienwechsel in eine Antriebs- und die eigentliche, leicht zerlegbare Dispensereinheit. Hinzu kommt noch ein separates Steuergerät für den Antrieb.

Drehmomentstarker Antrieb
Der hohe Förderdruck im Dispensermodul setzt natürlich zwingend einen drehmomentstarken Antrieb voraus. Bei der beschränkten Baugröße der Einheit kommt dafür nur ein Kleinmotor mit Vorsatzgetriebe in Frage. Zusammen mit den Kleinantriebsspezialisten aus Schönaich fanden die Konstrukteure schnell den richtigen Kraftzwerg. Das beste Preis-/Leistungs-Verhältnis konnte ein Bürstenmotor mit Encoder und Planetenvorsatzgetriebe für sich verbuchen. Die Bürstenkommutierung ermöglicht eine einfache Pulsweitenregelung und Drehrichtungsumkehr. Encoder und Planetengetriebe im Motordurchmesser ermöglichen eine schlanke Bauform. Getriebe wie Motorlagerung sind auf Lebensdauer geschmiert und wartungsfrei. Der integrierte Encoder ermöglicht die präzise Mengenzuteilung und den tropffreien Abriss des Mediums durch exakte Rückmeldung der Rotorposition des Antriebs. Durch die Untersetzung des Getriebes wird diese Auflösung am Förderrotor des Dispensermoduls noch weiter verbessert.

Der kompakte Antriebsblock aus Motor mit Encoder und Getriebe misst je nach Dispenserausführung nur 22 Millimeter im Durchmesser bei 32 Millimeter Baulänge des Motors und 27 bis 48 Millimeter Getriebelänge. Der große Bruder bringt es auf 26 Millimeter Durchmesser und 42 Millimeter Länge. Die Motoren bringen bei sechs bis 24 VDC zehn Milli-Newtonmeter Dauerdrehmoment beziehungsweise die Großen bei zwölf bis 48 VDC 28 Milli-Newtonmeter. 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 Millimeter und liefert je nach Typ 64 bis 512 Impulse je Umdrehung. Zusammen mit dem Getriebe ergibt sich so eine feine Auflösung der Stellung des Förderrotors. Ein kundenspezifischer Kabelanschluss führt Betriebsspannung wie Encodersignal der Steuereinheit zu. PR/pb