Was ist Jetdosierung?

Kleiner, schneller, robuster - der Trend zu Miniaturisierung und Outdoor-geeigneten Mobilgeräten stellt auch an die Fertigungstechnik neue Anforderungen. Das betrifft besonders Nassprozesse wie das Mikrokleben und Mikrodichten sowie Microfilling-Verfahren. Stetig wachsende Ansprüche an die Schnelligkeit und Präzision der Fertigung lassen sich in diesen Bereichen zunehmend weniger mit herkömmlichen, strömenden Dosierverfahren erfüllen. Hier erschließt die Jetdosierung, als quasi volumetrischer Prozess, neue Möglichkeiten und Wege.

Die Jet-Dosierung im Vergleich zu konventionellen Dosiermethoden

Jet-Systeme dienen dem berührungslosen Auftrag kleinster Materialmengen, im Bereich von Nano- und Mikrolitern. Im Gegensatz zu klassischen Dosierverfahren wie Zeit/Druck, Zahnradpumpen und archimedischen Schrauben oder auch Peristaltiken, die mit weitgehend kontinuierlichen Volumenströmen arbeiten, nutzt die Jetdosierung einen diskontinuierlichen Prozess, der über ein Jetventil eine Folge diskreter Materialmengen mit jeweils konstantem Volumen appliziert. Über die Steuerung der Prozessparameter lassen sich damit sowohl punktuelle als auch linienförmige beziehungsweise flächige Aufträge erzeugen. In welcher Form der Auftrag entsteht, hängt vor allem vom Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit zu Dosiervolumen und -frequenz ab. Piezoventile fördern exakt dosierte Einzeltropfen, deren Volumen bis in den Subnanoliterbereich einstellbar ist, mit Frequenzen über 3 kHz, das sind 3,000 Applikationen pro Sekunde. Aufgrund der präzisen Portionierung durch das Jetventil lässt sich die verarbeitete Materialmenge mit höchster Genauigkeit über die Anzahl der applizierten Nanotropfen steuern.

Wie positionieren sich Jet-Systeme in der Fertigungstechnik?

Ein bedeutendes Charakteristikum der Jet-Dosierung ist die berührungslose Arbeitsweise. Ein Verschleiß an der Jetdüse kann daher nur aus einer abrasiven Wirkung des verarbeiteten Mediums resultieren. Dieser Effekt ist an Düsen und Stößeln von Jetventilen zu beobachten und wird bei programmierbaren Einheiten durch eine automatisierte Anpassung der Steuerkennlinie kompensiert. Die programmierbare Funktionsweise ist bei piezoelektrisch angetriebenen Ventilen möglich. Die hierfür nötige gezielte Beeinflussung der Hubbewegung, insbesondere auch der Flankensteilheit, lassen pneumatische und magnetische Antriebe nicht zu.

Vorteile der unterschiedlichen Antriebe von Jetventilen nutzen

Piezoventile nutzen den weitgehend linearen Zusammenhang zwischen einer Formänderung bestimmter Kristalle und einer anliegenden elektrischen Spannung. Dieser Zusammenhang wird technisch in beiden Richtungen ausgenutzt. Ein auf den Kristall wirkender Druck lässt sich in der Messtechnik, über die Höhe der erzeugten Spannung, zur Bestimmung der ausgeübten Kraft nutzen, aber auch zur Erzeugung eines Funkenüberschlags zwischen den Elektroden einer piezoelektrischen Zündeinrichtung.

Umgekehrt bewirkt eine angelegte Spannung eine definierte Deformation des Piezokristalls. Der Kristall lässt sich somit als eine Art Servoantrieb mit Hublängen im Mikrometerbereich nutzen. Dies wird neben der Anwendung in der Jetdosierung zum Beispiel auch bei manchen Einspritzsystemen hochwertiger Dieselmotoren sowie in der Drucktechnik eingesetzt.

Fazit

Die Mikrodosierung ist ein noch relativ junger Bereich der Fertigung, der seit der Jahrtausendwende zunehmend Bedeutung entwickelt. Die Jet-Technologie erfüllt die hohen Ansprüche an die Präzision der Dosierung niedrig- bis hochviskoser Flüssigkeiten bei diesen Fertigungsverfahren. Über den Einsatz pneumatisch-, magnetisch oder piezoelektrisch gesteuerter Jetventile ist eine flexible Anpassung der Jet-Systeme an unterschiedlich hohe Prozessanforderungen und Automatisierungsgrade möglich.

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