Wie berührungsloses Mikrodosieren die Präzision bei anspruchsvollen Materialien verbessert

Einige Materialien verhalten sich in der Produktionslinie problemlos, andere erschweren jeden einzelnen Prozessschritt. Die anspruchsvollsten Materialien haben häufig eine Gemeinsamkeit: Sie reagieren, verstopfen oder entmischen sich bereits in dem Moment, in dem eine Düse mit ihnen in Kontakt kommt. Berührungsloses Mikrodosieren bietet hierfür eine Lösung, indem kleinste Flüssigkeitsmengen als einzelne Tropfen aufgebracht werden, ohne dass die Düse das Bauteil berührt.

Dieser berührungslose Mikrodosierprozess kombiniert hohe Prozessgeschwindigkeit mit hoher Präzision und platziert Tropfen mit einem Durchmesser ab 250 Mikrometern bei bis zu 300 Schuss pro Sekunde und einer Wiederholgenauigkeit von über 99 %. Deshalb setzen Hersteller aus der Elektronik-, Automobil- und Medizintechnik auf berührungslose Mikrodosiersysteme, wenn sich ein Material mit herkömmlichen Verfahren nicht zuverlässig verarbeiten lässt. Präzise volumetrische Dosierpumpen übernehmen weiterhin den Großteil aller Dosieraufgaben. Das berührungslose Mikrodosieren kommt hingegen dort zum Einsatz, wo der Kontakt zwischen Düse und Bauteil selbst zum Problem wird.

Warum bestimmte Materialien berührungsloses Mikrodosieren erfordern

Jedes Dosierverfahren besitzt seinen optimalen Einsatzbereich – das gilt auch für kontaktbasierte Dosierverfahren. Sie ermöglichen bei zahlreichen Anwendungen zuverlässige Ergebnisse, doch einige Materialien liegen deutlich außerhalb dieses Bereichs. Dabei zeigen sie immer wieder dieselbe Schwachstelle: Schnell reagierende Chemikalien, abrasive Pasten mit Füllstoffen und Materialien mit sehr kurzen Reaktionszeiten verursachen genau in dem Moment Schwierigkeiten, in dem die Düse das Material oder Bauteil berührt.

Cyanoacrylat-Klebstoffe härten sofort bei Kontakt mit Feuchtigkeit aus

Die schnelle Aushärtung bei Raumtemperatur ist genau der Grund, weshalb Ingenieure auf Cyanoacrylat-Klebstoffe zurückgreifen. Bauteile können dadurch unmittelbar nach dem Fügen in den nächsten Produktionsschritt überführt werden. Dieselbe Eigenschaft erschwert jedoch den Dosierprozess erheblich.

Der Klebstoff reagiert innerhalb des Fluidweges ebenso schnell mit der Umgebungsfeuchtigkeit wie auf dem Bauteil selbst. Bereits vor dem nächsten Dosierimpuls bildet sich eine Haut oder das Material härtet in der Düse aus. Die Folge ist häufig eine Verstopfung, die eine Produktionslinie stilllegt, bis das System gereinigt oder die Verstopfung beseitigt wurde.

Peristaltische Pumpen, die häufig für einkomponentige Klebstoffe eingesetzt werden, bringen neben dem Aushärtungsrisiko ein weiteres Problem mit sich. Das abgegebene Dosiervolumen verändert sich in Abhängigkeit von Temperatur, Viskosität, Leitungsdruck sowie der Topfzeit des Materials. Dadurch verändern sich Form und Gewicht der Dosierung während der Produktion kontinuierlich.

• Qualitätsschwankungen – Schwankende Dosiermengen sowie Unterschiede bei Gewicht und Geometrie führen zu inkonsistenten Ergebnissen von Bauteil zu Bauteil. Besonders Klebeverbindungen mit engen Toleranzen, beispielsweise in der Medizintechnik oder Sensorfertigung, sind davon betroffen.
• Steigende Kosten – Ausschuss, erhöhter Materialverbrauch und zusätzlicher Reinigungsaufwand verringern die Wirtschaftlichkeit – insbesondere bei kostenintensiven reaktiven Klebstoffsystemen.
• Produktionsausfälle – Verstopfte Fluidwege erzwingen Produktionsunterbrechungen für Reinigung oder Demontage. Solche Stillstände treten selten zu einem günstigen Zeitpunkt innerhalb der Fertigung auf.

Silbergefüllte Wärmeleitmaterialien reagieren empfindlich auf Toträume

Silbergefüllte Wärmeleitmaterialien (TIM – Thermal Interface Materials) enthalten einen hohen Anteil an Edelmetallpartikeln. Dadurch sind sie abrasiv, kostenintensiv und besonders anspruchsvoll in der Verarbeitung. Ihre Aufgabe besteht darin, Wärme zuverlässig von empfindlichen Bauteilen abzuleiten. Dies gelingt jedoch nur dann, wenn die Füllstoffe gleichmäßig verteilt bleiben und die Materialschicht blasenfrei aufgetragen wird. Beide Anforderungen lassen sich bei kontaktbasierten Dosierverfahren nur schwer erfüllen, da das Material längere Zeit in großen Pumpenkammern unter permanenter mechanischer Scherbelastung verbleibt.

Die Folgen zeigen sich in Form unterbrochener Dosierlinien, eingeschlossener Luftblasen sowie Materialnachlauf nach dem eigentlichen Dosierimpuls. Toträume innerhalb des Dosiersystems verstärken diese Probleme zusätzlich. Bereits angemischtes Material verbleibt in diesen Hohlräumen und vermischt sich mit neu zugeführtem Material. Diese Kontamination verändert das Dosierverhalten schrittweise, sodass ein Prozess, der zunächst alle Qualitätsanforderungen erfüllt, später außerhalb der Spezifikation liegen kann.

Obwohl sich beide Anwendungsfälle hinsichtlich ihrer Chemie und ihrer Auswirkungen unterscheiden, haben sie dieselbe Ursache: Der Kontakt mit einem Material, das keine Verzögerung zulässt, lässt sich selbst durch eine hochpräzise Dosierung nicht vollständig beherrschen. Genau hier bieten berührungslose Mikrodosiersysteme und berührungslose Mikrodosierprozesse eine zuverlässige Lösung.

Die richtige Wahl zwischen volumetrischen Dosierpumpen und berührungslosem Mikrodosieren

Ein pauschales Urteil gegen mechanische Dosierpumpen würde der Praxis nicht gerecht werden. Für die meisten Dosieraufgaben bleiben volumetrische Dosierpumpendie beste Wahl. Die Entscheidung zwischen einer volumetrischen Dosierpumpe und berührungslosem Mikrodosieren hängt nicht davon ab, welches Verfahren präziser ist, sondern vielmehr vom eingesetzten Material und der Bauteilgeometrie. Beide Technologien arbeiten hochpräzise – jede eignet sich jedoch für unterschiedliche Anwendungen.

Volumetrische Dosierpumpen überzeugen durch ihre konstruktionsbedingte Präzision

Mechanische Dosierpumpen bilden die Grundlage für den Großteil aller Dosieranwendungen. Ihre Genauigkeit basiert auf einem mechanisch definierten Dosiervolumen und nicht darauf, den Kontakt mit dem Bauteil zu vermeiden. Je nach Materialeigenschaften kommt jeweils ein anderer Pumpentyp zum Einsatz, wodurch ein breites Anwendungsspektrum abgedeckt wird.

• NVD-Kolbenpumpe (Hubkolbenpumpe) – Ein hochpräzises Dosiersystem ohne Dichtungen im keramischen Kolben-Zylinder-System. Es ermöglicht ein einstellbares Dosiervolumen von 0,1 bis 1.250 mm³ bei einer Wiederholgenauigkeit von über 99 %.
• CFD-Exzenterschneckenpumpe – Bietet eine äußerst präzise und reproduzierbare Dosierung für niedrigviskose, hochviskose sowie gefüllte Medien. Die Fördermenge ist dabei direkt proportional zur Antriebsgeschwindigkeit.

Volumetrische Dosierpumpen spielen ihre Stärken überall dort aus, wo definierte Dosierraupen, Vergussanwendungen (Potting), Schutzlackierungen (Conformal Coating) oder größere Materialaufträge entlang komplexer Konturen erforderlich sind. Die CFD-Exzenterschneckenpumpe erzeugt lange Dosierraupen mit konstantem Durchmesser. Beide Technologien lassen sich mit dynamischen Mischsystemen für Zweikomponentenmaterialien kombinieren, wodurch die verfügbare Topfzeit optimal genutzt wird. Die hohe Präzision dieser Dosiersysteme basiert auf einem exakt definierten Dosiervolumen, wobei der Kontakt zwischen Düse und Bauteil in diesen Anwendungen keinerlei Nachteil darstellt.

Wann Jet-Dosieren die bessere Lösung für berührungsloses Mikrodosieren ist

Berührungslose Mikrodosierprozesse sind dann die optimale Wahl, wenn nicht das Dosiervolumen, sondern der Kontakt zwischen Düse und Bauteil die eigentliche Herausforderung darstellt. Mehrere Merkmale sprechen eindeutig für den Einsatz der Jet-Dosiertechnik. Besonders bei anspruchsvollen Materialien treten diese häufig gleichzeitig auf.

• Reaktive Materialien – Materialien, die bei Kontakt aushärten oder reagieren, wie beispielsweise Cyanoacrylat-Klebstoffe, lassen sich deutlich zuverlässiger verarbeiten, wenn kein Kontakt zwischen Düse und Bauteil entsteht.
• Abrasive, hochgefüllte Pasten – Hochgefüllte Materialien, die empfindlich auf Toträume reagieren, wie silbergefüllte Wärmeleitmaterialien (TIM), profitieren vom geringen Innenvolumen eines Jet-Dosierventils.
• Komplexe Bauteilgeometrien – Anwendungen, die horizontale oder Überkopf-Dosierungen ohne vertikale Zufahrtsbewegung erfordern, nutzen die Vorteile des berührungslosen Mikrodosierens optimal aus.

Beide Technologien lassen sich innerhalb einer gemeinsamen Plattform einsetzen. Das PDos X1 kann auf dem Tischroboter TR300, in der Roboterzelle MRC500sowie in OEM-Konfigurationenintegriert werden. In der Praxis erfolgt die Auswahl nahezu immer nach demselben Prinzip: Zunächst wird das Material bewertet, anschließend die Bauteilgeometrie berücksichtigt und zuletzt die geforderte Taktzeit einbezogen. Daraus ergibt sich in den meisten Fällen automatisch die passende Dosiertechnik.

Die Dosiertechnologie auf das Material abstimmen

Nicht eine engere Toleranz, sondern der Verzicht auf den Kontakt zwischen Düse und Bauteil ist der entscheidende Faktor bei der Verarbeitung anspruchsvoller Materialien. Berührungsloses Mikrodosieren verhindert, dass Cyanoacrylat-Klebstoffe bereits im Fluidweg aushärten, und reduziert gleichzeitig die Entmischung silbergefüllter Wärmeleitmaterialien in Toträumen. Volumetrische Dosierpumpen bleiben weiterhin die bevorzugte Lösung für Dosierraupen, Vergussanwendungen und Beschichtungsprozesse. Berührungslose Mikrodosiersysteme kommen dort zum Einsatz, wo Materialien jede Form des Düsenkontakts negativ beeinflussen.

Materialeigenschaften und Bauteilgeometrie bestimmen die Wahl des geeigneten Dosierverfahrens häufig bereits, lange bevor technische Spezifikationen herangezogen werden. mta robotics bestätigt dies durch die Prüfung Ihres Originalmaterials im hauseigenen Dosierlabor und sichert die Ergebnisse mit einer Prozessgarantie ab. Kontaktieren Sie das Team von mta robotics , um eine Materialbewertung zu vereinbaren und den berührungslosen Mikrodosierprozess beziehungsweise die Dosiertechnologie zu finden, die optimal zu Ihrer Produktionslinie passt.