Tisch-Dosiergeräte bringen ein hohes Maß an Genauigkeit und Kontrolle in manuelle Materialanwendungen bei Montageprozessen und Nacharbeiten. Je nach Prozess und erforderlichem Steuerungslevel können dies einfache Dosiereinheiten mit Zeit- und Drucksteuerung bis zu weiterentwickelten Dosierkonfigurationen mit digitaler Anzeige sämtlicher Dosierparameter in verschiedenen Einheiten (psi, bar, etc.) und Sprachen sein.
Egal für welches Gerät man sich entscheidet, die Materialmenge wird durch eine Kombination verschiedener Parameter wie Materialdruck, Zeit, in der Druck angelegt wird, und Größe des Dosiernadeldurchmessers bestimmt.
Während des Betriebs ist das Dosiergerät an die Werksluft und an eine Steckdose angeschlossen. Das Material befindet sich in einer industriellen Einwegkartusche mit Präzisionsdosiernadel und einem speziell eingepassten Stopfen, der verhindert, dass das Material zwischen den Dosierungen tropft. Der Stopfen sorgt während des Dosiervorgangs für sauberes Abstreifen des Materials von der Kartuscheninnenwand, reduziert so die Materialrestmengen und minimiert potenziell gefährliche Abfallprobleme.
Abhängig vom verwendeten Material und den Prozesserfordernissen kann das Material entweder beim Materialverarbeiter in eine Kartusche gefüllt oder vom Hersteller bereits verpackt geliefert werden.
Dosierzeit und Druck müssen für die spezifische Dosiergröße oder Schussvolumen eingestellt werden. Grundsätzlich führen hoher Druck, lange Dosierzeit und großer Dosiernadeldurchmesser zu großen Dosiermengen, während niedriger Druck, kurze Dosierzeit und kleine Dosiernadeldurchmesser zu kleinen Dosiermengen führen. Zeit- und Druckeinstellungen werden im Allgemeinen durch technisches oder Laborpersonal bestimmt und an den Bediener in Form von Steuerungsinformationen übertragen.
Um den Prozess zu erleichtern, verfügen viele Dosiergeräte über eine Teach-Funktion, die es dem Bediener ermöglicht, eine Feinabstimmung des Schussvolumens mit dem Timer in Mikro-Sekunden-Schritten zu erreichen.
Sind die Einstellungen gemacht, hält der Bediener die Kartusche wie einen Stift, positioniert die Dosiernadel und drückt und löst das Fußpedal des Dosiergerätes, um den Dosiervorgang zu starten. Um den Dosiervorgang identisch zu wiederholen, muss das Fußpedal erneut gedrückt werden.
Präzisions-Dosierventile
Mechanische Spindelventile werden oftmals zur Dosierung von Lotpaste in kleinen bis mittelgroßen Elektronikanwendungen eingesetzt, bei denen das Drucken keine effiziente Alternative darstellt. Pneumatisch-betriebene Dosierventile (Bild 2) bieten jedoch eine gute Lösung für viele andere elektronische Montageanwendungen wie Unterfüllen, Verkapseln, Fluxen und Beschichten.
Verschiedene Bauweisen, darunter Membranventile, Nadelventile und Niedervolumen- bzw. Niederdruck-Sprühventile sind erhältlich, um eine Vielzahl von Anwendungserfordernissen zu erfüllen. Je nach Prozess und zu dosierende Materialmenge kann das Material aus einer Kartusche oder aus einem Druckbehälter mit 1 Liter Fassungsvermögen oder größer zugeführt werden.
Obwohl Ventile normalerweise an einer Halterung oder am Ende eines beweglichen Armes montiert werden, ist die Bedienung ähnlich wie beim Tisch-Dosiergerät, bei dem die Materialmenge durch eine Kombination von Druck, Dosierzeit und Dosiernadeldurchmesser bestimmt wird.
Ventilsysteme bestehen aus einem Dosierventil, einem Ventilsteuergerät, Magnetventilen und einem Flüssigkeitsbehälter. Das Material wird unter ständigem Druck dem Ventil zugeführt, während das Steuergerät ein gepulstes Signal an das externe Magnetventil sendet, um den pneumatisch-betriebenen Mechanismus des Ventils zu öffnen und zu schließen und so die vorgegebene Materialmenge durch die Dosiernadel auf das Substrat aufzutragen.
Hochgeschwindigkeit und kleine Schussgrößen
Die piezoelektrischen Pico-Jet-Ventile eignen sich für Arbeitsverfahren, die eine hohe Schussgrößenbeständigkeit, hohe Produktionsgeschwindigkeit und sehr kleine Dosiermengen erfordern oder für Anwendungen in schwer zugänglichen Bereichen oder auf unebenen Substraten, wo eine Dosiernadel nicht verwendet werden kann.
Die piezoelektrische Technologie erzeugt einen Materialstrahl auf das Substrat. Dieses kontaktlose System macht präzise Höhenpositionierungen und zeitaufwendige Z-Achsenbewegungen unnötig und produziert Dosiermengen kleiner als 2 nl bei Dauergeschwindigkeiten von bis zu 150 Tropfen/s ohne das Risiko, dass die Nadel bricht oder das Substrat auf andere Art und Weise beschädigt wird. Jet-Ventile verfügen über eine integrierte Heizung, die es ermöglicht, die Materialviskosität für optimale Jet-Ergebnisse anzupassen und eine stabile, kontrollierte Materialtemperatur für konstante Dosiermengen aufrechtzuhalten.
Materialviskositätsänderungen
Silberepoxide, Die-Attach-Klebstoffe auf Epoxidbasis und Unterfüllungsmaterialien werden in vielen elektronischen Anwendungen verwendet und stellen eine echte Herausforderung dar, da sie ihre Viskosität über die Zeit ändern. Diese Materialien werden im Verlauf ihres Lebens dickflüssiger, wodurch die Schussgröße kleiner wird.
Um Eigenschaften eines Materials zu kompensieren, müssen die Einstellungen am Dosier- oder Ventilsteuergerät justiert werden, um die zu dosierende Materialmenge konstant zu halten.
Die Hochpräzisions-Dosierstation Ultimus V (Bild 3) verhindert viskositätsbedingte Probleme durch automatische Justierung der Dosierparameter über den Verlauf der Materiallebenszeit, um die Schussgröße konstant zu halten. Anders als Standard-Dosiergeräte, die eine analoge Druckluftregelung verwenden, verfügt dieses Gerät über einen von EFD entwickelten elektronischen Druckregler. Alle Dosierparameter – inklusive Zeit, Druck und Vakuum – werden elektronisch gesteuert für außergewöhnliche Präzision, Wiederholgenauigkeit und Prozesssteuerung.
Beim Einsatz dieser Dosierstation ist der erste Schritt die Bestimmung der Materialkurve und das Erfassen des Viskositätsprofils im Verlauf der Zeit. In vielen Fällen erhält man diese Informationen vom Materialhersteller, andernfalls müssen diese Informationen selbst beobachtet und berechnet werden.
Ist die Materialkurve erst einmal bestimmt, verwendet man die übersichtliche Menüführung, um die benötigten Zeit-, Druck- und Vakuumparameter zur Anpassung jedes Viskositätsintervalls in den Speicherplätzen einzustellen. Dies kann direkt über die Bedienanzeige des Gerätes geschehen oder über eine RS232-Schnittstelle.
Dosierkomponenten
Egal, ob eine Anwendung automatisch oder manuell mit einem Dosiergerät abläuft, besonderes Augenmerk sollte immer auf die Qualität der Dosierkomponenten gelegt werden (Bild 4). Anwender von Dosiergeräten sind oftmals überrascht, welche signifikanten Auswirkungen Kartuschen, Stopfen und Dosiernadeln auf die Materialanwendung haben können. EFDs Optimum-Kartuschen und -Stopfen sind präzise gespritzt und sorgen für einen gleichmäßigen Druck auf das Material für eine bessere Kontrolle und präzisere Materialdosierungen.
Anders als bei älteren Stopfenmodellen haben die Optimum-Stopfen einen gleichmäßigen Profilradius und speziell geformte Kanäle, die Lufteinschlüsse verhindern für konstante Dosierungen ohne Tropfenbildung. Präzise Wischkanten passen sich exakt in die Kartusche ein, verhindern Leckgase, minimieren Abfall und sorgen für einen sauberen Abstreifeffekt bei der Dosierung. Bei Druckentlastung verhindern die engen Toleranzen der Stopfen die Tropfenbildung zwischen den Dosierungen.
Dosiernadeln sind auch entscheidend, da sie der letzte Weg sind, durch welches das Material laufen muss, bevor es auf dem Bauteil aufgetragen wird. Egal, wie anspruchsvoll ein Dosiersystem ist, Kunststoffgrate im Inneren der Dosiernadelhubs, Silikone von Formtrennmitteln, Angüsse oder Fehlerstellen bei Edelstahlnadeln können die Präzision gerade bei sehr kleinen Dosiermengen verringern.
Leider sehen viele Dosiernadeln äußerlich gleich aus, sodass der einzige Weg, die Qualität sicherzustellen, darin besteht, zeitaufwendige, hausinterne Prüfungen durchzuführen oder bei einem renommierten Hersteller einzukaufen, der die Sicherheit seiner Dosiernadeln und deren Industrietauglichkeit bescheinigen und eine Rückverfolgbarkeit der einzelnen Chargen bieten kann.
Petra Bleich
(hb)
