Mikrodosiertechnik

Dosierventile (Bild: TH Köln, IPK)

Im Bereich der Mikrodosiertechnik steht die Entwicklung von berührenden (z. B. Nadeldosierventilen) und berührungslosen Dosiersystemen (z. B. Jetventilen) zum Auftrag von Ölen, Fetten, Klebstoffen, medizinischen Flüssigkeiten und schwer dosierbaren Medien im Vordergrund. Derartige hochviskose Flüssigkeiten können u. a. in Tropfenform mit einem Volumen von wenigen Nanolitern exakt und mit hoher Frequenz aufgetragen werden. Einen Schwerpunkt bildet dabei die berührungslose Dosierung von gefüllten Flüssigkeiten wie bspw. Silberleitklebstoff und Lotpaste.

Die voranschreitende Miniaturisierung führt zu einer deutlichen Reduzierung der geometrischen Abmessungen von Kontakt- und Verbindungsstellen. In industriellen Prozessen ist ein reproduzierbarer punktförmiger oder linienförmiger Auftrag von Kleb- und Dichtstoffen unumgänglich. Die Klebetechnik hat als Fügeverfahren in vielen Bereichen eine enorme Bedeutung. Durch die Mikrodosiertechnik können die verwendeten Klebstoffe präzise aufgetragen werden. Neben Klebstoffen und Schmierstoffen können auch medizinische Substanzen wie z. B. Arzneimittel und Flüssigkeiten im Bereich der Lebensmittelindustrie präzise dosiert werden.

Leitfähiger Flüssigkeit (Bild: TH Köln, IPK)

Der Auftrag leitfähiger Flüssigkeiten ist die Basis bei der Herstellung von miniaturisierten und flexiblen Schaltungen. Die häufig eingesetzten kleinen Tropfen einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit sind notwendig, um elektrische Komponenten zu kontaktieren, zu verbinden oder um elektrische Leiterbahnen räumlich aufzutragen. Die Herstellung kleinster elektrischer Komponenten und Schaltungen z. B. auf gewölbten Schaltungsträgern sind im Zeitalter der Industrie 4.0 unausweichlich.

Im Rahmen dieser Thematik werden im Labor u. a. Dosiersysteme mit piezoelektrischen Aktoren entwickelt und untersucht. Dazu setzen wir verschiedenste industriell verfügbare oder eigenentwickelte Dosiersysteme ein, um eine optimale Dosierbarkeit in Abhängigkeit der verwendeten Flüssigkeiten und des Anwendungsfalls sicher zu stellen. Mittels unterschiedlicher Messsysteme, z. B. einem Rheometer oder einem Oberflächenspannungsmessgerät, können die Flüssigkeiten exakt verifiziert werden.

Jetventil zur Untersuchung von Tropfenbildung (Bild: TH Köln, IPK)

Berührungslose Dosierventile, auch als Jetventil bezeichnet, können kleinste Tropfen mit einer Frequenz von bis zu 1.000 Hertz auftragen. Um Effekte der Tropfenbildung und –ablösung untersuchen zu können, wurde im Labor ein stroboskopischer Tropfenbeobachtungsstand entwickelt. Mit diesem können neben der visuellen Betrachtung der Tropfenbildung auch Tropfenvolumen und Tropfengeschwindigkeit automatisch vermessen werden.

Kamerasysteme zur Regelung von Dosierparametern (Bild: TH Köln, IPK)

Kamerasysteme, die auch im industriellen Auftragsprozess die dosierten Mengen vermessen können, werden zur automatischen Regelung der Dosierparameter genutzt. Somit ist eine Dosierung von Flüssigkeiten, bei der es z. B. infolge von Temperaturschwankungen zu einer Änderung der Viskosität und somit zur Änderung der aufgetragenen Flüssigkeitsmenge kommen kann, mit gleichbleibenden Dosiervolumen möglich.