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Dosiertechnik

Verguss von Miniatur-Stechverbindern

03. September 2021, 10:04 Uhr   |  Julian Greiner (Viscotec)

Verguss von Miniatur-Stechverbindern
© Viscotec

Der Verguss von Miniatur-Steckverbindern erfolgt in kleinsten Dosiermengen.

Hochpräzise Dosierung ermöglicht sichere Prozesse

Die zunehmende Miniaturisierung von Leistungselektronik erhöhen die Anforderungen an das Dosierequipment. Gefordert werden kurze Zykluszeiten bei gleichzeitig höchster Präzision. Unter der Marke Prewflow führt Viscotec Dispenser, die für Dosierdrücke von bis zu 40 bar ausgelegt sind – höhere Volumenströme sind damit prozesssicher umsetzbar.

Eingesetzte Vergussmassen 

Miniatur-Steckverbinder müssen absolut zuverlässig und kontaktsicher sein. Für den Verguss von den elektromechanischen Komponenten sind zweikomponentige Werkstoffe wie Polyurethane, Epoxidharze oder Silikone besonders geeignet. Sie bieten Schutz vor Feuchtigkeit, Vibrationen, thermischen oder physikalischen Schocks und allgemein vor Verschmutzung. Durch den mechanischen Schutz können die Bauteile ihre hohe Leistung auch unter extremen Bedingungen beibehalten. Oft enthalten Vergussmassen Füllstoffe. Dabei handelt es sich in der Regel um Minerale wie Quarzmehl, Sand, Kreide, Glasfasern oder auch andere kurze Fasern. Sie erhöhen die mechanische Festigkeit und reduzieren die Schrumpfung beim Aushärten der Vergussmasse. Ein angenehmer Nebeneffekt für die Hersteller ist, dass die Kosten der Füllstoffe unter denen des eigentlichen Fluides liegen. 

Andererseits ergibt sich daraus aber eine neue Herausforderung für die Dosiertechnik: Erheblich schnellerer Verschleiß der Anlagen und des Dosierequipments durch die abrasive Wirkung der Füllstoffe. Durch die Wahl des am besten geeigneten Setup sowie passender Parameter lässt sich die Standzeit mit Standardequipment zwar optimieren, dennoch verschleißen Rotor und Stator schneller als üblich und müssen ausgetauscht werden. Dies ist technologiebedingt und für alle nach der Exzenterschnecken-Technologie arbeitenden Dispenser der Fall. Diesem Problem hat sich Preeflow, eine Marke von Viscotec,  angenommen und eine Lösung entwickelt, um speziell im Klein- und Kleinstmengenbereich die Standzeit des Systems bei der Verarbeitung hochabrasiver Materialien signifikant zu verbessern. So genannte mit »Diamond Coating« (DC) veredelte Rotoren können die Lebenszeit des Systems verdoppeln oder soagr verdreifachen, bis ein Austausch des Rotors notwendig wird. Für bereits bestehende als auch neue Anwender ergeben sich daraus zahlreiche Vorteile, unter anderem:

  • Verbesserung der Prozesssicherheit durch volumetrisches Dosiersystem
  • Kostenreduzierung durch geringeren Ersatzteilbedarf 
  •  Verringerte Rüst- und Standzeiten
  • Sichereres und einfacheres Handling gegenüber spröden oder schlagempfindlicheren Materialien
  • Ersatzteilcharakter, keine weiteren technischen Anpassungen zur Verwendung nötig

Eine weitere Alternative für die Verarbeitung der verschleißfördernden Materialien ist das Edelstahlkit für die eco-PEN Dispenser 300, 330 und 450. Sie ersetzen die standardmäßig verbauten Gehäusebauteile aus Polyoxymethylen. Alle produktberührenden Teile der Kits sind aus hochwertigem Edelstahl 1.4404 (AISI 316L) gefertigt.

Kleinste Dosiermengen

Sie 2K-Dispenser der eco-DUO-Serie lassen sich auch in bereits bestehende Produktionsprozesse einbinden.
© Viscotec

Die hochpräzisen Preeflow-Dispenser dosieren niedrig- bis hochviskose 2-komponentige Materialien im µl Bereich.

Gerade die Medizintechnik stellt die Vergussmassen selbst und deren Verarbeitung in einem vollautomatisierten Prozess die Hersteller vor zusätzliche Herausforderungen. Bauteile, die später in den menschlichen Körper eingebracht werden, müssen gut geschützt sein. Gleichzeitig dürfen sie auf keinen Fall negative Auswirkungen auf den menschlichen Körper entwickeln. Chemisch und physisch unterlaufen deshalb sowohl die Materialien als auch deren Verarbeitungsprozess vor ihrem Einsatz spezielle Untersuchungen und Tests, um die Eignung sicherzustellen. 

Für den Verguss von Miniatur-Steckverbindern bietet Preeflow by Viscotec die eco-DUO Dispenser an. Sie eignen sich je nach Größe für kleinste Mengen ab 5 µl bis hin zu höheren Volumenströmen von bis zu 32 ml/min. Aufeinander abgestimmte Komponenten sorgen für höchste chemische Beständigkeit. Die ersten eco-DUO Dispenser wurden bereits im Jahr 2010 für den Auftrag 2-komponentiger Materialen entwickelt. Damit war nun auch eine präzise, automatisierte Kleinstmengendosierung der vielen auf dem Markt erhältlichen viskosen Medien möglich. Eine optimale Lösung für die aus zwei, teils sehr unterschiedlichen Komponenten bestehenden Fluide und Pasten.

Dispenser für 2-komponentige Materialien

Sie 2K-Dispenser der eco-DUO-Serie lassen sich auch in bereits bestehende Produktionsprozesse einbinden.
© Viscotec

Sie 2K-Dispenser der eco-DUO-Serie lassen sich auch in bereits bestehende Produktionsprozesse einbinden.

Ein möglichst geringer Bauraum für die Integration in vollautomatisierte Fertigungslinien und die hochpräzise Auftragung kleinster Mengen sind dabei große Herausforderungen. Um die Wiederholgenauigkeit selbst bei Dosiermengen von nur wenigen µl zu gewährleisten, muss das Kanalvolumen bis zur Dosiernadel so gering wie möglich gehalten werden.

Die Wege von Materialeingang zum Mischkanal sind bei den Preeflow-Dispensern strömungstechnisch optimal ausgelegt. Da unterschiedliche Viskositäten der zu mischenden Materialien zu veränderten Druckverhältnissen im Dispenser führen, verändert sich dadurch auch der Füllgrad der einzelnen Kammern.Und je kleiner das Kanalvolumen und damit auch der Totraum im Dispenser sind, desto weniger Möglichkeit hat das Dosiermaterial, nachzudrücken. Denn weniger Totraum bedeutet auch gleicher beziehungsweise ähnlicher Druck in den einzelnen Dispensern.

Sowohl Strömungsverlauf als auch Toträume (Totraum = Kanalvolumen bis zur Nadel) beeinflussen die Genauigkeit der Mischung zweier Komponenten. Eine exakte Durchmischung ist bei besonders kleinen Dosiermengen absolute Voraussetzung. Bei einer fehlerhaften oder nicht wiederholbaren Durchmischung kommt es unter Umständen zu Veränderungen in der Reaktionsgeschwindigkeit der Materialien, was sich wiederum negativ auf das Dosierergebnis auswirkt. Daher wurde schon bei der ersten Konstruktion der 2K-Dispenser der Platzbedarf zur Integration eines dritten Motors berücksichtigt. Diese Integration erfolgt im neuen eco-DUOMIX, der im Frühjahr 2021 verkaufsreif ist. Es handelt sich um ein rein dynamisches 2K-System für die Dosierung von viskosen Kleinstmengen. 

Wiederholgenaue und prozesssichere Dosierung

Anwendungsbeispiel: Verguss von Miniatur-Steckverbindern der Firma ODU
© Viscotec

Anwendungsbeispiel: Verguss von Miniatur-Steckverbindern der Firma ODU

Die präzise Ansteuerung durch die Steuerungseinheit EC200-DUO macht den Vergussprozess komplett. In der Ansteuerung der zwei Exzenterschneckenpumpen liegt eines der Geheimnisse der präzisen Mischung und Dosierung zweikomponentiger Vergussmassen. Denn die Pumpen übernehmen eben nicht nur die Aufgabe, die beiden Komponenten in immer exakt demselben Verhältnis zu vermischen. Parallel dazu wird auch der Dosierprozess selbst gesteuert. Bei Dosiermengen, die bis hinunter in den Mikroliterbereich gehen können, ist dies alleine schon eine große Herausforderung.

Dank der zugrunde liegenden Exzenterschnecken-Technologie ist eine wiederholgenaue, präzise und prozesssichere Dosierung garantiert. Exzenterschneckenpumpen eignen sich prinzipiell für die Dosierung von niedrig- bis hochviskosen und pastösen Medien. Im Vergleich der verschiedenen Verdrängerpumpen bietet die Exzenterschneckenpumpe aber auch ideale Vorrausetzungen für die Dosierung von abrasiven Medien. Ein gleichmäßiger Volumenstrom – erzeugt durch das Endloskolben-Prinzip – verhindert eine Sedimentation der Füllstoffe bei unterschiedlicher Dichte. Die vergleichsweise niedrigen Drücke von 40 bar (gegenüber Kolben- und Zahnradpumpen) und die speziell entwickelte Rotor-Stator-Geometrie reduzieren den Verschleiß durch eine extrem scherarme Förderung – geringe  bis keine Pulsation und keine Rückströmungen in den einzelnen Kammern. Dadurch wird der abrasive und adhäsive Verschleiß auf ein Minimum gesenkt. 

Das Endloskolben-Prinzip wirkt auch tribochemischen Reaktionen im Stator – mittels  eigens entwickelter Elastomermischungen für chemisch aggressive Medien – entgegen. Die präzise gefertigte Rotor-Stator-Kombination gewährleistet in Verbindung mit einer speziellen Rotoranbindung ein ideales Abrollverhalten und somit ein exaktes und genaues Dosierergebnis. Vor allem bei 2K-Anwendungen ergibt sich dadruch eine jederzeit volumetrische Vermischung der beiden Komponenten. Das ist wichtig, denn die vom Klebstoffhersteller vorgegebenen Mischungsverhältnisse müssen kontinuierlich eingehalten werden, um eine fehlerfreie Aushärtung zu gewährleisten. 

Anmerkung: Dieser Artikel erschien zuerst in der Printausgabe medical design 1/2021 (S. 32 – 34). Hier geht’s zum kostenfreien ePaper
 

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