Systemy dozowania – rodzaje, budowa i dobór układu

System dozowania podaje medium – smar, olej, klej, pastę lub farbę – w określonej ilości, w określone miejsce detalu i w czasie cyklu maszyny. Na wynik pracują wszystkie elementy układu: źródło medium, przygotowanie (regulacja ciśnienia, filtracja, odpowietrzenie), przewody, zawór z dyszą i sterowanie. Zawór jest ostatnim ogniwem: jeśli ciśnienie przed nim się waha albo w medium są pęcherze powietrza, nawet dobrze dobrany zawór nie poda powtarzalnej dawki.

Z czego składa się system dozowania

1. Źródło medium – kartusz, zbiornik ciśnieniowy, puszka, wiadro, hobbok albo beczka z pompą.
2. Przygotowanie medium – regulacja ciśnienia, filtracja, odpowietrzenie, a w razie potrzeby podgrzewanie lub homogenizacja.
3. Rozprowadzenie – przewody i bloki rozdzielcze. Ich średnica i długość decydują o spadku ciśnienia między pompą a zaworem.
4. Zawór i dysza – odmierzają dawkę i nadają jej kształt: punkt, ścieżka, powierzchnia natrysku albo kropla wystrzelona z odległości.
5. Sterowanie i kontrola – sterownik zaworów, czujniki ciśnienia, przepływu i położenia tłoka, sygnały OK/NOK do sterownika linii.

Taki układ można rozrysować w kreatorze schematów online, który liczy spadek ciśnienia na przewodach i podaje modele CAD elementów.

Rodzaje systemów dozowania

Systemy dozowania dzieli się według zasady odmierzania dawki oraz według sposobu nanoszenia medium. Oba podziały się przenikają – zawór natryskowy może na przykład odmierzać dawkę wolumetrycznie.

Dozowanie czasowo-ciśnieniowe

Dawka zależy od ciśnienia medium, czasu otwarcia zaworu i lepkości. To prosty i sprawdzony układ: przy stabilnej temperaturze i jednorodnym medium daje powtarzalne wyniki. Reaguje jednak na zmianę lepkości (temperatura na hali, różnice między partiami medium) i na wahania ciśnienia zasilania. Tak pracuje większość zaworów igłowych, np. zawór strumieniowy VMS-02 (medium do 100 bar, do 40 Hz), a na stanowiskach ręcznych smarownice ReadyLube, w których dawkę nastawia się czasem otwarcia zaworu.

Dozowanie wolumetryczne (objętościowe)

Dawkę wyznacza objętość odmierzona mechanicznie – komora z tłokiem albo obrót śruby – a nie czas otwarcia zaworu. W zakresie pracy urządzenia zmiana lepkości lub ciśnienia zasilania nie zmienia nastawionej objętości.

• Zawory komorowe WDV odmierzają dawki od 0,001 do 6 cm³ (cztery wielkości) olejów i smarów NLGI 0–3, przy ciśnieniu medium do 200 bar. Czujniki położenia tłoka mogą potwierdzać sterownikowi podanie dawki.
• Zawory RotoStream pracują na zasadzie śruby mimośrodowej (rotor w elastycznym statorze). Strumień jest ciągły i proporcjonalny do obrotów, więc można go zsynchronizować z prędkością robota – dawka na milimetr ścieżki pozostaje stała także na łukach. Seria ma pięć wielkości, strumień od 0,003 do 60 cm³/min, ciśnienie zasilania do 6 bar.

Kiedy przejście z układu czasowo-ciśnieniowego na wolumetryczny jest uzasadnione, opisujemy w artykule dozowanie czasowo-ciśnieniowe a wolumetryczne.

Natrysk

Zawory natryskowe rozpylają medium powietrzem, gdy trzeba pokryć powierzchnię cienką warstwą – prowadnice, wnętrza otworów, formy wtryskowe. Kształt strumienia (okrągły lub płaski) ustala nasadka powietrzna. Przykłady to pneumatyczne zawory SMS (np. SMS-20 – medium do 50 bar) i elektryczny WSV z parametryzacją przez przeglądarkę (medium do 50 bar). Natrysk może być też wolumetryczny: WSDV odmierza w komorze 0,01–6 ml i dopiero potem rozpyla dawkę (medium do 200 bar), a RotoStream Spray podaje do dyszy strumień wolumetryczny.

Dozowanie bezdotykowe – pulsacyjne (jetting)

Zawór pulsacyjny wystrzeliwuje krople medium z odległości, bez kontaktu dyszy z detalem. Odpada ruch w osi Z i ryzyko kolizji. MPP-01 pracuje z częstotliwością do 40 Hz, MPP-03 do 200 Hz z odległości do 150 mm (dawka 0,0004–1,8 ml na cykl), MPP-SPEED do 400 Hz, a elektryczny WPV do 100 Hz bez sprężonego powietrza. Przelot kropli można potwierdzać barierą świetlną WLS (do 300 Hz).

Stanowiska ręczne i półautomatyczne

Gdy detal smaruje operator, powtarzalność zapewniają smarownice ReadyLube oraz ręczne zawory objętościowe WDVHP (dawka od 0,001 cm³, medium 20–200 bar, do NLGI 3).

Zasilanie i przygotowanie medium

Źródło medium

Jednostkę zasilającą dobiera się do opakowania i konsystencji medium:

• zbiorniki ciśnieniowe WDBS – od 2 do 40 l, ciśnienie do 6 bar (zależnie od wielkości), media samopoziomujące o lepkości 1–50 000 mPa·s, np. oleje, farby i fluksy;
• stacja kartuszowa WKSK – kartusze Euro 310 ml, ciśnienie medium do 6 bar (reduktor wbudowany) lub do 10 bar (reduktor zewnętrzny); kilka stacji łączy się w kaskadę, więc pusty kartusz wymienia się bez przerywania podawania;
• stacja tłocząca WKF – puszki 1–5 kg, przełożenie 25:1, do 250 bar, media do NLGI 3 i 5 000 mPa·s;
• pompy beczkowe WPS – smary do NLGI 3 z opakowań 1–180 kg, przełożenie 25:1, 150 bar na wylocie przy zasilaniu 6 bar; wersja Basic ze sterowaniem pneumatycznym, Advanced i Professional z sygnałami do PLC;
• pompy WPSH – kleje i masy o lepkości od 50 000 do 2 500 000 mPa·s, opakowania do 200 kg.

Gdy ciśnienie źródła nie wystarcza do pokonania oporów przewodów, za źródłem montuje się pompę wzmacniającą WBP (przełożenie 25:1, do 250 bar). Płytę nadążną pompy beczkowej dobiera się do średnicy wewnętrznej opakowania, a nie do jego pojemności – opisujemy to w poradniku doboru płyty nadążnej.

Przygotowanie medium

• Reduktor WMDR-50 obniża ciśnienie z pompy (wejście do 150 bar) do nastawionej wartości 2–50 bar i tłumi pulsacje pompy tłokowej, więc zawór dostaje stałe ciśnienie.
• Filtry WFS i WFSD (do 200 bar, wkłady 150, 300 i 500 µm) zatrzymują zanieczyszczenia z opakowania, zanim dotrą do dyszy.
• Pęcherze powietrza w medium zmieniają dawkę i powodują wyrzut medium z dyszy. Usuwa się je modułem ABPS (do 10 bar) albo stacją odgazowującą WADS-01, która wykrywa pęcherze od Ø 1,3 mm przy ciśnieniu wlotowym 20–150 bar.
• Smary, z których wydziela się olej, wymagają homogenizacji – zob. artykuł o rozwarstwianiu smaru.

Jak ścinanie, ciśnienie i tiksotropia wpływają na medium w układzie, opisujemy w artykule jak technologia dozowania wpływa na właściwości smaru.

Przewody i rozdział medium

Długie przewody o małej średnicy zwiększają spadek ciśnienia, szczególnie przy gęstych smarach – zob. pompowanie smaru na duże odległości. Elementy układu można łączyć bez orurowania w blokach Walther MODULAR, a medium do kilku zaworów rozdzielają moduły WMV.

Sterowanie i kontrola dawki

W prostych układach zawór otwiera sterownik maszyny. Gdy dawka ma być kontrolowana, stosuje się:

• sterownik zaworów WVC – parametry dozowania, sygnały OK/NOK do sterownika linii lub robota, interfejsy Ethernet, Modbus TCP i RS485;
• czujniki ciśnienia, np. PS1 (do 400 bar, sygnał 4–20 mA) – spadek ciśnienia albo zatkana dysza zmienia dawkę bez widocznego sygnału;
• przepływomierz zębatkowy WGFM – pomiar objętości przetłoczonego medium;
• czujniki położenia tłoka w zaworach WDV oraz sygnały „Ready” i „Dosed” w zaworze WSDV – potwierdzenie napełnienia komory i podania dawki;
• barierę świetlną WLS – potwierdzenie przelotu kropli przy zaworach pulsacyjnych MPP.

Integrację układu z PLC opisujemy na stronie integracji systemów dozujących z PLC, a wpływ opóźnień sygnałów na ścieżkę – w artykule o opóźnieniach PLC.

Jak dobrać system dozowania – dane wejściowe

Na tej podstawie wstępny dobór można zrobić w kreatorze technologii dozowania. Ostateczny wybór potwierdza próba: na stanowisku testowym we Wrocławiu nanosimy Twoje medium na Twoje detale i mierzymy masę dawek.

Najczęstsze błędy przy doborze

• Dobór zaworu bez analizy zasilania. Pompa i przewody nie utrzymują ciśnienia przy zaworze, więc dawka spada przy większym poborze.
• Brak odpowietrzenia. Pęcherze w medium dają rozrzut dawek i wyrzut medium z dyszy.
• Układ czasowo-ciśnieniowy przy wąskiej tolerancji i zmiennej temperaturze. Dawka zmienia się razem z lepkością medium.
• Stały wydatek przy zmiennej prędkości robota. Na narożnikach ścieżka się pogrubia – zob. problem narożnika.
• Brak potwierdzenia dawki. Zatkana dysza albo brak medium wychodzą dopiero w kontroli jakości.

Więcej przyczyn opisujemy w artykułach 5 najczęstszych błędów w automatycznym dozowaniu i nieprawidłowa dawka smaru lub kleju, a zasady doboru dla smarów – w poradniku dozowanie smaru w produkcji.

Pytania i odpowiedzi