Hochviskose Materialien prozesssicher dosieren: Messwerte und Anwendungsbeispiele
Hochviskose Medien präzise zu dosieren, ist in der Praxis deutlich anspruchsvoller, als es ein Datenblatt vermuten lässt. Je zähflüssiger ein Medium ist, desto mehr Energie wird benötigt, damit sich überhaupt ein sauberer Tropfen bildet. Genau darin liegt die Herausforderung in der Mikrodosierung (Micro Dispensing): Der Tropfen muss nicht nur entstehen, sondern sich auch zuverlässig von der Düse lösen. Gelingt das nicht, bleiben Rückstände an der Düse zurück. Die Folge ist ein instabiler Prozess, der mit der Zeit an Dosierqualität verliert.
Besonders kritisch wird das bei Anwendungen mit einzelnen Tropfen oder niedrigen Frequenzen. Dann hat das Medium mehr Zeit, sich um die Düse zu verteilen. Bei Hotmelt-Materialien kommt hinzu, dass das Material an der Düsenspitze bereits wieder abkühlen kann. Auch das erschwert den Tropfenabriss zusätzlich. Entscheidend sind deshalb vor allem vier Faktoren: Viskosität, Energieeintrag, Tropfenabriss und Prozessstabilität.
Wie marco das löst
Damit hochviskose Medien sauber dosiert werden können, reicht es nicht, nur an einem einzelnen Parameter zu drehen. Entscheidend ist das Zusammenspiel aus Ventilmechanik, Energieeintrag und Prozessauslegung. Genau hier setzt die Weiterentwicklung bei marco an. Ziel war es, mehr Energie in den Tropfen einzubringen, den Tropfenabriss zu verbessern und damit auch bei anspruchsvollen Medien einen stabileren Prozess zu erreichen.
Ein wesentlicher Schritt war die konstruktive Versteifung des SJet Power Ventils gegenüber dem SJet Dosierventil. Durch die feste Rückwand wurde das Gehäuse deutlich steifer ausgeführt. Bereits das verbessert das Dosierergebnis, weil weniger Energie im System verloren geht. Beim SJet Power-Ventil kommt zusätzlich hinzu, dass die Torque-Blöcke als eigentliche Krafterzeuger verstärkt wurden. Dadurch kann mehr Energie in die Flüssigkeit eingetragen werden – und genau das ist für hochviskose Medien entscheidend.
Zusätzlich versorgt eine neu entwickelte Ansteuerelektronik den breiteren Torque-Block mit genug Leistung, um auch hochviskose Materialien mit einer Frequenz von bis zu 500 Hz dosieren zu können. Die höhere Antriebsenergie für die Dosierung unterstützt insbesondere bei hochviskosen Medien einen stabilen und reproduzierbaren Dosiervorgang. Dazu kommen weitere Stellhebel, die im Zusammenspiel den Unterschied machen: eine passende Parameterwahl, eine schnelle Schließkurve für mehr Tropfengeschwindigkeit und die richtige Wahl des Ventileinsatzes. Auch die Geometrie zwischen Stößel und Düse beeinflusst, wie stark das Medium in der Düse beschleunigt wird. Für hochviskose Anwendungen ist genau diese Beschleunigung entscheidend, um einen sauberen Tropfenabriss zu erzielen.
Das SJet Ventil mtv/sdm/c lässt sich dabei als Lösung für mittel bis hochviskose Anwendungen einordnen. Das SJet Power-Ventil mtv/bem/c ist für besonders anspruchsvolle hochviskose Aufgabenstellungen ausgelegt, bei denen mehr Kraft, mehr Steifigkeit und mehr Energietransfer im Prozess gefragt sind.
Wie die Dosierbarkeit nachgewiesen wurde
Wer hochviskose Medien dosieren will, braucht belastbare Vergleichswerte. Genau daran scheitern viele Aussagen im Markt: Unterschiedliche Materialien, unterschiedliche Testbedingungen und stark scherverdünnende Medien machen direkte Vergleiche schwierig. Deshalb wurde die Dosierbarkeit nicht nur über Materialangaben beurteilt, sondern über ein Benchmark-Material, das sich für reproduzierbare Tests eignet: Loctite AA 352, ein UV-Kleber, der bewusst nicht scherverdünnend ist. So lässt sich die Leistungsfähigkeit verschiedener Systeme unter vergleichbaren Bedingungen sauber gegenüberstellen.
Die Bewertung der Dosierqualität erfolgte über die Tropfenaustrittsgeschwindigkeit, gemessen mit einer Highspeed-Kamera. Diese Größe ist deshalb aussagekräftig, weil sie sichtbar macht, wie viel Energie das Ventil tatsächlich in den Tropfen einbringt. Je höher die Austrittsgeschwindigkeit, desto besser gelingt in der Regel der Tropfenabriss – und desto eher lässt sich auch ein anspruchsvolles Medium stabil dosieren.
Auf dieser Grundlage wurde SJet Power im optimierten Systemsetup mit einem marktüblichen Benchmark-Ventil verglichen. Besonders aussagekräftig ist der Vergleich bei Raumtemperatur: SJet Power erreicht eine Tropfenaustrittsgeschwindigkeit von 83 m/s, das Benchmark-Ventil liegt bei 84 m/s. Damit zeigt der Vergleich, dass SJet Power bei der Dosierung hochviskoser Medien ein Leistungsniveau erreicht, das mit dem Benchmark-Ventil vergleichbar ist.
Praxisbeispiele aus der Automobil- und Pharmaindustrie
Hochviskose Materialien stellen hohe Anforderungen an Ventiltechnologie, Ansteuerung und Prozessauslegung. Mit dem passenden Setup lassen sich aber auch anspruchsvolle Materialien sauber und zuverlässig dosieren. Das zeigen zwei Praxisbeispiele aus der Automobil- und Pharmaindustrie.
In einer Anwendung aus der Automobilindustrie sollte ein hochviskoses Hotmelt-Material prozesssicher dosiert werden. Zunächst kam das mtv/sdm/c zum Einsatz, um die gewünschte Frequenz mit der vorhandenen Elektronik zu erreichen. Die Dosierung war grundsätzlich möglich, im Prozess traten jedoch wiederholt Materialansammlungen auf.
Mit dem Wechsel auf SJet Power mtv/bem/c wurde das Dosierbild deutlich sauberer. Das System arbeitete stabiler und passte besser zu den Anforderungen des hochviskosen Materials. Die angestrebten 500 Hz waren in diesem Setup zunächst noch durch die verfügbare Leistung der Ansteuerelektronik begrenzt, nicht durch das grundsätzliche Dosierprinzip. Mittlerweile ist auch die für das SJet High-Power Valve optimierte Ansteuerelektronik verfügbar, die genug Leistung hat, bei solchen Dosierungen 500 Hz konstant zu dosieren.
Ein vergleichbares Ergebnis zeigte sich bei einer weiteren Anwendung aus der Pharmaindustrie mit sehr viskosem 2K-Material. Auch hier war die Dosierung mit dem mtv/sdm/c nur eingeschränkt sauber darstellbar. Nach dem Wechsel auf SJet Power mtv/bem/c in Kombination mit der neuen, leistungsstarken Ansteuerelektronik mtv/ehm/h ließ sich das Material in der Anwendung deutlich stabiler und präziser dosieren.
Die Beispiele zeigen: Hochviskos-Dosierung ist keine Frage einzelner Komponenten, sondern des passenden Gesamtsystems. Wenn Ventil, Ansteuerung, Materialzuführung und Prozessauslegung zusammenpassen, werden auch anspruchsvolle Materialien beherrschbar. Genau hier setzt marco an – mit der passenden Technologie, Anwendungserfahrung und der Möglichkeit, Materialien im realen Prozess zu bewerten.
Nutzen für Anwender
Für Anwender ist am Ende nicht ein einzelner Kennwert entscheidend, sondern das Ergebnis im laufenden Prozess: hochviskose Medien lassen sich sauberer dosieren. Wenn Tropfen sauberer abreißen, verschmutzt die Düse weniger schnell. Der Prozess bleibt stabiler, auch dann, wenn einzelne Tropfen oder niedrigere Frequenzen gefragt sind. Gerade bei anspruchsvollen Medien ist das ein entscheidender Vorteil im Alltag.
Hinzu kommt ein praktischer Vorteil, der bei hochviskosen und aushärtenden Medien besonders relevant ist: die Reinigung. Bei marco sind die Systeme so aufgebaut, dass der Ventileinsatz entnommen werden kann und im Wesentlichen nur die medienberührenden Teile gereinigt werden müssen. Das vereinfacht die Handhabung gerade dort, wo Materialien wie Heißkleber beim Abkühlen schnell fest werden und Reinigung im laufenden Betrieb aufwendig ist.
Ergänzend wurde die Bauweise so optimiert, dass der Hubverlust über die Zeit geringer ausfällt. Auch das unterstützt eine stabile Dosierung im Dauerbetrieb. Für Anwender heißt das vor allem: sauberere Dosierung, leichtere Reinigung und ein stabilerer Prozess.
Warum die Dosierung hochviskoser Materialien weiter an Bedeutung gewinnt
Die präzise Dosierung anspruchsvoller Medien wird in vielen Anwendungen immer wichtiger. Ein Grund dafür ist die fortschreitende Miniaturisierung. Je kleiner Tropfen werden, desto schwieriger wird ihr sauberer Abriss. Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen steigt, der Einfluss der Oberflächenspannung nimmt zu und hochviskose Medien reagieren in diesem Umfeld besonders träge. Kleine Tropfen präzise und reproduzierbar zu erzeugen, ist deshalb deutlich anspruchsvoller als große Tropfen zu dosieren.
Hinzu kommt, dass Klebeanwendungen in vielen Branchen an Bedeutung gewinnen. Gleichzeitig werden Bauteile und Strukturen immer kleiner. Dadurch steigen auch die Anforderungen an die präzise Dosierung. Anwendungen in Elektronik und Automobilindustrie zeigen, wie eng Miniaturisierung, Materialanforderungen und Prozesssicherheit heute zusammenhängen.
Mit dem SJet Power-Ventil mtv/bem/c, der angepassten Auslegung des Gesamtsystems und zusätzlicher Leistungsreserve auf Elektronikseite wächst der Spielraum für hochviskose Anwendungen weiter.
Fazit
Hochviskose Medien präzise zu dosieren, ist keine Frage eines einzelnen Kennwerts, sondern das Ergebnis aus Materialverständnis, Systemsteifigkeit, Energieeintrag und passender Prozessauslegung. Wenn diese Faktoren zusammenkommen, lassen sich auch anspruchsvolle Anwendungen sauber und reproduzierbar umsetzen. Genau das zeigen die Weiterentwicklung vom SJet-Ventil mtv/sdm/c zum SJet Power-Ventil mtv/bem/c, die systematischen Vergleichstests und die erfolgreichen Praxisanwendungen.
Für Anwender heißt das vor allem eines: Die Dosierung hochviskoser Medien lässt sich heute deutlich stabiler und anwendungsnäher umsetzen.
Sie möchten hochviskose Medien in Ihrer Anwendung präzise dosieren?
Sprechen Sie mit uns über Ihre Anforderungen. Gemeinsam prüfen wir, welches Dosiersystem und welche Auslegung zu Ihrem Medium, Ihrer Applikation und Ihrem Prozess passen.
FAQ
Warum sind hochviskose Medien schwer zu dosieren?
Hochviskose Medien reagieren viel träger und benötigen mehr Energie, damit sich Tropfen sauber bilden und zuverlässig von der Düse lösen. Genau dieser Tropfenabriss entscheidet maßgeblich über die Prozessstabilität.
Warum reicht die Viskositätsangabe im Datenblatt oft nicht aus?
Viele Materialien sind scherverdünnend und verhalten sich unter realen Dosierbedingungen anders als bei standardisierten Messungen. Um die Scherverdünnung besser einschätzen zu können, hilft oft eine Rheometermessung. Diese kann unter anderem die Viskosität in Abhängigkeit der Scherung bzw. der Temperatur messen. Dieses Verfahren nutzen wir auch bei marco, um besser und gezielter auf Kundenmaterialien eingehen zu können.
Worin unterscheiden sich mtv/sdm/c und mtv/bem/c?
Das mtv/sdm/c ist für mittel bis hochviskose Anwendungen geeignet. Das mtv/bem/c ist für besonders anspruchsvolle hochviskose Anwendungen ausgelegt und bringt durch höhere Steifigkeit und verstärkte Piezoblöcke mehr Energie in den Tropfen ein.