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Berührungslose Dosierung

Dosierung, bei der eine abdosierte, zusammenhängende Flüssigkeitsmenge frei auf den Zielort zufliegt
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Die berührungslose Dosierung (auch: Jetten; kontaktlose Dosierung) ist eine Dosierung, bei der eine abdosierte, zusammenhängende Flüssigkeitsmenge frei – also vollständig von der Dosieröffnung losgelöst – auf den Zielort zufliegt.

CharakterisierungBearbeiten

Für hochproduktive, industrielle Anwendungen und der „Industrie 4.0“ wurde „Jetten“ zum Begriff für berührungsloses Dosieren, da es Schnelligkeit, Fliegen und impulsives Herauswerfen impliziert.

Wesentlich für die produktive Anwendbarkeit des Jetten ist die wiederholbare, rückstandsfreie Ablösung einer definierten Flüssigkeitsmenge von der Dosieröffnung, sowie der definierte Bewegungsimpuls der dann frei fliegenden Abgabemenge.

Beim Jetten „überfliegt“ das Dosiergerät (Dosierventil) die Ziele und gibt im geeigneten Zeitpunkt eine Flüssigkeitsmenge ab, die dann aufgrund ihres Gesamtimpulses und z. B. der Schwerkraft frei fliegend den Zielort erreicht.

Typische Flughöhen der Dosieröffnung über dem Zielort liegen eher im Millimeter- als im Zentimeterbereich, da Kugelbildungskräfte, inneres Impulsgeschehen, Wärmetransfer oder andere Reaktionen mit der Umwelt Form und Eigenschaften der Dosiermenge in der Flugphase ändern.

Abgabemengen liegen typisch zwischen 3 nl und 0,5 ml mit Schwerpunkt bei etwa 10 µl.

Vorteile des Jetten gegenüber der KontaktdosierungBearbeiten

  • weniger Positioniervorgänge (keine Höhenzustellung, keine Fadenabreissbewegung)
  • schnellere Dosierabfolgen
  • kein Verschleppen von Dosiergut
  • geringere Dosiermengen möglich
  • weniger Wartungsaufwand (Reinigung)
  • bessere Prozessdefinition

Technische Anforderungen des JettenBearbeiten

Aufgrund des notwendigen kinematischen Impulses der Abdosiermenge und der Umwelteinwirkungen in der Flugphase ergeben sich spezifische Themen beim Jetten:

  • vermeidbare, häufigere Phänomene:
    • Restanhaftungen an der Dosieröffnung, Kumulation und Veränderung des Ablöseverhaltens (durch Impulsänderung) bis zur Verstopfung
    • „Satellitenbildung“ durch verspätete Teilablösungen im Dosieröffnungsbereich
    • „Satellitenbildung“ und/oder Zerstäuben durch innere Impulsgradienten der „Tropfen“ und deren „Kugelbildungskräfte
    • dynamische Formänderungen bis hin zur Aufteilung während der Fluges (z. B. Knochen- oder Torusformbildung)
    • Zerspritzen durch Aufprall am Zielort
    • Temperatur- und Viskositätsänderungen verändern u. a. die Fluiddynamik
  • Anforderungen an den Abdosiermechanismus:
    • Anwendungsspezifisch definierbare Öffnungs-, Durchlass- und insbesondere Schließkinetik
    • Je kleiner die einzelne Abgabemenge („Dot“) sein soll, desto wesentlicher ist der beim Schließen erzeugte kinematische Impulsanteil für die einwandfreie Ablösung von der Dosieröffnung
    • Hochviskose oder stark adhäsive Flüssigkeiten bzw. Pasten benötigen kräftige Schließimpulse zur Ablösung
  • notwendig zu beherrschende Prozessparameter:

DosiermechanismenBearbeiten

Zumeist druckbeaufschlagte Kugelsitzventile, deren Kugelverschluss durch pneumatische, elektromagnetische, elektropneumatische oder piezoelektrische Aktoren betätigt wird, wobei letztere die höchste Leistungsdichte und Dosierfrequenzen im Kilohertzbereich und extrem steile Schaltflanken erreichen.

Jettende Dosierventile können als Spezialfälle einer Dosierpumpe angesehen werden, da mindestens in der Tropfenablösungsphase aktive Verdrängung angewendet wird.

AnwendungsverfahrenBearbeiten

Die Menge je Abdosierung kann bei den führenden Dosiersystemen online multifaktoriell am Kugelverschluss variiert werden. Sie ist weit größer möglich als bei altbekannten Druckerköpfen, die nur jeweils identische Einzelmengen abgeben konnten. Da die Variation der Abdosiermenge komplexe Auswirkungen auf das Dosierergebnis zeigt und von einfachen Dosiergeräten nicht beherrscht wird, haben sich verschiedene Anwendungsweisen etabliert:

  • Standardisierte Einzeldosierung je Zielort ohne Mengenmodulation
  • Kumulation standardisierter Einzeldosierungen je Zielort
  • Individualisierte Einzeldosierung mit Mengenmodulation je Zielort

AnwendungsgebieteBearbeiten

  • Aufgrund der sauberen, stabilen und servicefreundlichen Prozesseigenschaften werden typisch hochproduktive Serienfertigungsaufgaben durch Jetten bedient, insbesondere bei der Herstellung von Konsumer-Produkten wie Smartphones oder Einwegverpackungen. Gejettet werden dabei meist flüssige und pastöse Funktionsmaterialien der Elektronikbranche, auch Klebstoffe.
  • Jetten ist eine Schlüsselfunktion für zuverlässigen Materialauftrag im Rahmen der „Industrie 4.0“, z. B. beim Binder Jetting (auch 3D-Druck) bzw. der generativen Fertigung.