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Häcker und Delo kombinieren ihre Expertise in einem Dosier-Modul.
Die Mikromontageanlage Vico-Xtec von Häcker Automation im Applikationslabor
Genauigkeit, Reproduzierbarkeit, Geschwindigkeit – bei einer Tropfengröße von wenigen 100 µm.
Eine Besonderheit des Jet-Ventil Delo-Dot PN2 ist der robuste Aktor, der mit einer langen Lebensdauer (>1.000 Mio. Zyklen) und einem sehr hohen Jet-Impuls ausgestattet ist.

Im Zuge der unaufhaltsamen Miniaturisierung werden die zu verbindenden Bauteile immer kleiner und empfindlicher. Gleichzeitig nimmt mit der Funktionalität der Materialmix zu und auch die Qualitätsansprüche steigen. Diese Entwicklung erfordert Fügeverfahren, die Kleinstbauteile zuverlässig fixieren. Kleben ist vielfach die Lösung, um den Anforderungen an Materialvielfalt und engen Bauraum gerecht zu werden. Kleine Bauteile zu verkleben bedeutet aber, dass winzige Klebstoffmengen präzise zu applizieren sind, was nur durch spezielle Dosierverfahren wie das Mikrodosieren möglich ist. Gleichzeitig lassen sich Nullfehler-Strategien für Klebprozesse nur dann umsetzen, wenn die Dosiermengen und -positionen dauerhaft auf absolut konstantem Niveau gehalten werden.

Und nicht zuletzt steht auch die Mikrosystemtechnik vor der Aufgabe, weiter Kosten zu senken. Dazu ist es notwendig, vor allem die Produktionsprozesse zu beschleunigen, womit beim Verkleben schnellere Dosierverfahren in den Mittelpunkt des Interesses rücken. Die Herausforderung für die Mikrodosiertechnik ist damit klar umrissen: Immer kleinere Mengen sind mit immer höherer Präzision in immer kürzerer Zeit zu dosieren.

Herausforderungen beim Mikrodosieren meistern

Physikalische Gegebenheiten von Bauteilen, Substraten und zu dosierenden Materialien erschweren den Dosierprozess. Neben den hohen Anforderungen an die Genauigkeit ist das Dispensen auch eine dreidimensionale Herausforderung. Eine Kameravermessung vor und während dieses Prozesses ist daher zwingend erforderlich. Ist diese Herausforderung gelöst, besteht weiterhin die Möglichkeit eines unerwünschten Nachtropfens, was den Klebstoff verschleppt.

Mit dem linear-volumengeregelten Dosieren verfügt die Häcker Automation bereits über ein patentiertes Verfahren, welches das hochpräzise Applizieren kleinster Mengen ermöglicht. In der Dosiervorrichtung drückt ein Stößel, der durch einen motorischen Antrieb in vertikale Richtung linear beweglich ist, auf den Verschlussstopfen der Kartusche. Durch eine definiert zu steuernde Vorschubbewegung des Stößels lässt sich in Abhängigkeit von Kartuschen- und Dosiernadelquerschnitt ein genau bestimmtes Volumen des fluiden Stoffes dispensen. Veränderungen beim Füllstand der Kartusche respektive dem Kartuscheninnendruck oder bei der Materialviskosität beziehungsweise dem Fließwiderstand werden mittels eines kontinuierlichen Vergleichs von tatsächlicher und gewünschter Dosiermenge ausgeglichen. Dank dieses Regelkreises ist ein konstanter Prozess mit einem stabilen Volumen über einen langen Zeitraum möglich.

Geschwindigkeit und Präzision kombinieren

Vor dem Hintergrund immer kürzerer Produktlebenszyklen und Amortisationszeiten sind allerdings nicht nur Präzision und Stabilität maßgeblich für ein wettbewerbsfähiges Verfahren. Vielmehr geht es auch darum, Taktzeiten durch die Beschleunigung von Dosierprozessen zu verkürzen. Um die Marktnachfrage nach höheren Durchsätzen zu bedienen, hat Häcker Automation eine Kooperation mit Delo Industrie Klebstoffe gestartet, welche die Vorteile des linear-volumengeregelten Verfahrens mit denen des Jettens kombiniert und so das Mikrodosieren voranbringen soll. Dafür integriert Häcker Automation das Jet-Ventil Delo-Dot PN2 in sein Dispenser-Modul D-J30, das sich damit auf zwei Wegen betreiben lässt.

Bei der ersten Variante wird das Nadeldosieren beibehalten. Das integrierte Jet-Ventil kommt dabei als Öffnungs- und Schließventil zum Einsatz und verhindert so ein unkontrolliertes Nachlaufen des Mediums. Dadurch ist es möglich, bis zu drei Mal schneller zu dosieren als bisher. Dank des beschriebenen Regelkreises ermöglicht das hochpräzise und vor allem reproduzierbare Applizierergebnisse. Unterschiedliche Materialmengen lassen sich somit über einen langen Zeitraum mit konstanter Genauigkeit dosieren.

Jetten im Freiflug

Um den Dosiervorgang noch weiter zu beschleunigen, setzen die beiden Unternehmen bei der zweiten Variante auf das Freiflugjetten, wobei der Klebstoff berührungslos – ohne Nadel – appliziert wird. Da die Zustellbewegung der Nadel entfällt, erhöht sich die Dosiergeschwindigkeit zusätzlich und optimiert somit die Taktzeiten weiter.

Das linear-volumengeregelte Verfahren stellt auch in diesem Betriebsmodus sicher, dass sich unterschiedliche Volumina präzise und konstant applizieren lassen, wobei der Fokus gegenüber der ersten Einsatzmöglichkeit auf der Geschwindigkeit liegt. Darüber hinaus spielen in diesem Betriebsmodus Toleranzen der Bauteilposition in Z-Richtung keine Rolle, da der frei fliegende Klebstofftropfen beim Jetten prinzipbedingt die Substratoberfläche immer an der tatsächlichen Ist-Höhenlage erreicht. Das bei der Nadeldosierung immer vorhandene Risiko einer Kollision von Nadel und Bauteil ist damit im Jet-Modus schon von vorneherein ausgeschlossen.

Erfolgreiche Zusammenarbeit beim Jet-Dosieren

Mit der Bündelung ihrer Kompetenzen ist es den beiden Unternehmen gelungen, die Anforderungen an die moderne Mikrosystemtechnik zu erfüllen. Damit die Vorteile des Jet-Dosierens auch für ein breites Spektrum weiterer Anwendungsbereiche zugänglich werden, hat man sich für die Zukunft vorgenommen, die Einsatzbedingungen für eine Fülle neuer, unterschiedlicher Materialien zu untersuchen. Die bisher gemachten Erfahrungen lassen jedenfalls noch viel erwarten.