CN110603103A - 用于以涂覆剂涂覆构件的涂敷设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于以涂覆剂涂覆构件的涂敷设备(1)，其包括带有多个喷嘴(3)的压力头(2)，从喷嘴可排出涂覆剂，其中，在每个单个喷嘴(3)处安装有喷嘴阀(4)，其可打开阀打开时间长度以便将涂覆剂从相应的喷嘴(3)排出，且其中，每个喷嘴阀(4)相应关联有喷嘴阀供给管路(5)，其在其排出口(6)处将涂覆剂输送给相应的喷嘴阀(4)，该涂敷设备鉴于以下目的，将开头所提及的类型的涂敷设备改进成使得在涂覆过程期间在涂敷设备的多个平行布置的喷嘴处相应产生涂覆剂的尽可能可复制的且可预见的排出量，其特征在于，每个喷嘴阀供给管路(5)具有进入口(7)，其可关闭或可闭锁成使得在喷嘴阀供给管路(5)内部封闭地可容纳有涂覆剂的限定配给的量或限定配给的体积。

Description

用于以涂覆剂涂覆构件的涂敷设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于以涂覆剂(Beschichtungsmittel)涂覆构件的涂敷设备(Applikationsgerät)。这样的涂敷设备包括带有多个喷嘴的压力头(Druckkopf)，从喷嘴可排出涂覆剂，其中，在每个单个喷嘴处安装有喷嘴阀，其可打开阀打开时间那么长以便将涂覆剂从相应的喷嘴排出，且其中，每个喷嘴阀相应关联有喷嘴阀供给管路(Duesenventilzuleitung)，其在其排出口处将涂覆剂输送给相应的喷嘴阀。
背景技术
在该背景下文件DE 10 2017 101 937.5公开了一种涂敷设备，其具有多个平行地布置的喷嘴用于排出(ausbringen)涂覆剂。每个喷嘴关联有喷嘴阀。当涂覆剂的滴或体积应离开相应的喷嘴时，打开相应的喷嘴阀。喷嘴阀在限定的阀打开时间期间被打开。在阀打开时间之后喷嘴阀又被关闭。
涂覆剂能够利用泵(尤其齿轮泵)经由中央的涂覆剂供给管路被输送到涂敷设备中并且在那里均匀地分配到喷嘴上。在此，在涂敷设备内建立压力，当喷嘴阀关闭时该压力作用于喷嘴阀。当喷嘴阀被打开时，该压力可在喷嘴处在排出涂覆剂的体积的情况下降低。
尽管一致的排出力作用于所有喷嘴，在同样一致的阀打开时间期间在不同的喷嘴处会产生涂覆剂的不同的排出体积并且因此在不同的喷嘴处产生不同的滴尺寸。
在带有多个平行布置的喷嘴的组件中有问题的即是，喷嘴直径、喷嘴长度的较小的区别或者喷嘴几何结构或喷嘴特性的另外的区别已可导致在不同的喷嘴处不一致的排出体积。
这可与此相关联，即有些涂覆剂表现出与压力相关的粘性，也就是说是触变的。与此相联系的是该问题，即不能容易地调节在喷嘴处涂覆剂的被排出的体积的配给(Dosierung)。如果例如由于喷嘴几何结构的区别产生未预见的流体动力效应，在阀打开时间期间会有比预期的更多或更少的涂覆剂排出。
然而即使涂覆剂表现出基本上与压力不相关的粘性，在喷嘴几何结构和喷嘴特性中的区别也会导致在不同的喷嘴处涂覆剂的不一致的或不可预见的排出体积。
发明内容
因此本发明目的在于将开头所提及的类型的涂敷设备改善成使得在涂覆过程期间在涂敷设备的多个平行布置的喷嘴处相应产生涂覆剂的尽可能可复制的且可预见的排出量(Austrittsmenge)。
该目的利用权利要求1的特征来实现。
根据本发明每个喷嘴阀供给管路具有进入口，其可关闭或可闭锁成使得在喷嘴阀供给管路内封闭地可容纳有涂覆剂的限定配给的量或限定配给的体积。
根据本发明首先认识到，每个喷嘴鉴于待排出的涂覆剂和喷嘴的特征须单独地来考虑。接着认识到，如果在相应的喷嘴阀供给管路内隔离地容纳有涂覆剂的限定配给的量并且喷嘴阀供给管路作为存储器起作用，这能够以特别简单的方式实现。只要排出口与喷嘴导引流体地相连接，这样的存储器可根据在其中存在的压力比发出涂覆剂的清楚限定的体积。根据本发明可利用在每个单独的系统(其包括喷嘴阀和所属的喷嘴阀供给管路)内的压力比以产生可复制的且可预见的从相应的喷嘴的涂覆剂排出。根据本发明，涂覆剂的可复制的且可预见的体积可从喷嘴排出，亦即基本上独立于其技术特性。如此实现稳定的生产方法。
优选地，涂覆剂在喷嘴阀供给管路内处于压力下，该压力使喷嘴阀供给管路的不处于压力下或处于环境压力或者说大气压力下的内部的体积增大一膨胀体积，其中，涂覆剂通过打开喷嘴阀在压力降低的情况下可通过喷嘴排出，并且其中，涂覆剂的被排出的体积相应于膨胀体积。由此保证涂覆剂的滴或小滴始终具有相同的体积、即膨胀体积。
根据本发明的有利的设计方案，喷嘴阀在阀打开时间(其大于涂覆剂的排出时间)期间被打开，需要该排出时间以便将在喷嘴阀供给管路的内部中的压力降低到环境压力或者说大气压力并且排出膨胀体积的涂覆剂。通过阀打开时间的合适的选择来保证完全排出整个膨胀体积。
根据本发明的有利的设计方案，进入口关联有填充阀(Befüllungsventil)，其在打开的状态中使涂覆剂能够侵入喷嘴阀供给管路中而在关闭的状态中阻止涂覆剂侵入喷嘴阀供给管路中。由此可借助于阀控制单元(其可单独操控每个填充阀)在每个喷嘴阀供给管路中建立一致的或对于其和属于其的喷嘴阀适合的压力。在打开相应的喷嘴阀用于涂覆剂排出之前，如此在喷嘴阀供给管路中可存在一致的压力或不同的压力。这些喷嘴阀或每个单个喷嘴阀的打开能够以相同的或另外的阀控制单元实现。
根据本发明的另外的有利的设计方案，喷嘴阀供给管路设计成能够弹性地和/或可逆地变形并且/或者体积能够可逆地改变。由此喷嘴阀供给管路可鉴于其内部的和/或外部的直径来扩展并且可具有作为附加体积的膨胀体积。也可考虑的是，延长喷嘴阀供给管路。相应的喷嘴阀供给管路的材料特性确定在其内部的压力比。在打开相应的喷嘴阀时在喷嘴阀供给管路的内部中的压力或过压由于其形状特性(Formverhalten)的可逆性可复制地被降低。如此保证即使该喷嘴鉴于其直径或其他特性不同于其他喷嘴也始终基本上从所属的喷嘴排出相同体积的涂覆剂、即膨胀体积或附加体积，。
根据本发明的另外的有利的设计方案，喷嘴阀供给管路构造为软管(Schlauch)或管道(Rohr)。软管或管道可容易地加工。另外，柱状的软管或管道的由压力引起的形状改变和因此膨胀体积可相对容易地在计算上来测定。
根据本发明的另外的有利的设计方案，喷嘴阀供给管路构造为由塑料构成的软管或管道。塑料表现出较少的滞后特性并且在压力降低之后相当精确地呈现其原始形状(Ausgangsform)。优选地，喷嘴阀供给管路由弹性体的塑料制成。
在该背景下但是也可考虑如果金属表现出在压力降低之后到原始形状中的合适的复位特性由该金属来制造喷嘴阀供给管路。
根据本发明的另外的有利的设计方案，压力头与中央的涂覆剂供给管路(其与所有填充阀共同地导引流体地相连接或可连接)相连接。因此可将涂覆剂从储存部(Reservoir)在中央输送直至填充阀，其中，但是阀控制单元控制打开哪个填充阀用于在喷嘴阀供给管路内建立合适的压力并且因此用于配给。
优选地，所有填充阀同时被打开并且在所有喷嘴阀供给管路中建立相同的压力。如果所有喷嘴阀供给管路相同地来构造，使所有喷嘴阀供给管路的容纳能力相应增大相同的膨胀体积或附加体积。如此所有平行布置的喷嘴可排出等大的涂覆剂滴。
根据本发明的另外的有利的设计方案，中央的涂覆剂供给管路与压力调整单元相连接。由此能够容易地调节成，即当阀控制单元同时打开所有填充阀时，以相同的压力来加载每个喷嘴阀供给管路。
根据本发明的另外的有利的设计方案，压力调整单元与空气压力控制单元(Luftdruckkontrolleinheit)相连接。由此保证在喷嘴阀供给管路内存在压力，其以合适的方式超过环境压力或大气压力(即空气压力)，从而实现涂覆剂的可靠排出。
根据本发明的另外的有利的设计方案，组件可以包括机器人，在其处容纳有这里所说明的类型的涂敷设备。机器人(尤其工业机器人)可被应用在尤其汽车工业的涂漆生产线中。
根据本发明的另外的有利的设计方案，机器人具有围绕多个轴线可摆动和/或可移动的机器人臂。备选地或附加地，涂敷设备容纳在机器人的机器人臂的工具中心点(TCP)处。由此，涂敷设备可容易地在所有空间方向上运动并且可围绕多个轴线摆动。
这里所说明的涂敷设备也可被用于执行方法，在其中从喷嘴受压力控制地排出涂覆剂直到压力降低并且与环境压力相同。优选地，涂敷设备被应用于数字涂漆或用于过喷涂(Übersprühen)。
附图说明
在附图中：
图1示出了带有具有32个喷嘴的压力头的涂敷设备的示意图，喷嘴彼此平行布置，其中，每个喷嘴关联有喷嘴阀和填充阀，并且其中，在每个喷嘴阀与每个填充阀之间布置有以软管的形式的喷嘴阀供给管路，
图2从上向下示出了填充阀和喷嘴阀的与时间相关的工作方式的示意图和对比，其中，示出在软管中压力和涂覆剂存储的伴随于此的时间上的变化过程，并且其中，示出通过喷嘴的涂覆剂流或材料流，
图3在左侧示出了软管的横截面视图，软管的内部在无压力的且卸载的状态中具有第一半径(半径，内部)，而在右侧示出了软管的横截面图，软管的内部在压力加载的且张紧的状态中具有第二半径(增大的半径，内部)，
图4示出一表格，在其中列出不同材料的弹性模量和横向延伸系数(Querdehnungszahl)，这里所说明的软管可由这些材料制成，
图5示出表格，在其中列出塑料的弹性模量和横向延伸系数，其中，外部和内部带有不同半径的不同软管的软管形状因数被计算和测量，
图6示出表格，在其中列出塑料的弹性模量和横向延伸系数，其中，外部和内部带有不同半径的不同软管的软管形状因数被计算，其中，根据粗略的估计来说明对于涂覆剂的排出时间和喷嘴阻力，且其中，说明了涂覆剂的唯一滴的体积和压力，
图7示出表格，在其中列出塑料的弹性模量和横向延伸系数，其中，外部和内部带有不同半径的不同软管的软管形状因数被计算，其中，根据粗略的估计来说明对于涂覆剂的排出时间和喷嘴阻力，且其中，说明了涂覆剂的唯一滴的体积和压力。
具体实施方式
图1示出用于以涂覆剂涂覆构件的涂敷设备1。
涂敷设备1包括带有多个平行布置的喷嘴3的压力头2，从喷嘴可排出涂覆剂，其中，在每个单个喷嘴3处安装有喷嘴阀4，其可打开阀打开时间长，以便将涂覆剂从相应的喷嘴3排出。
每个喷嘴阀4相应关联有喷嘴阀供给管路5，其在其排出口6处将涂覆剂输送给相应的喷嘴阀4。
每个喷嘴阀供给管路5具有进入口7，其可可关闭或可闭锁成使得在喷嘴阀供给管路5内封闭地可容纳或容纳有涂覆剂的限定配给的量或限定配给的体积。
所容纳的限定配给的体积处于超过环境压力或大气压力的压力下。
在喷嘴阀供给管路5内的涂覆剂就此而言处于压力下，该压力使喷嘴阀供给管路5的不处于压力下或处于环境压力下的内部的体积增大了膨胀体积。
涂覆剂通过喷嘴阀4的打开在压力降低的情况下可通过喷嘴3排出，其中，涂覆剂的被排出的体积相应于膨胀体积。
喷嘴阀4在阀打开时间期间被打开，阀打开时间大于涂覆剂的排出时间。需要该排出时间以便将在喷嘴阀供给管路5的内部中的压力降低到环境压力或大气压力并且排出膨胀体积的涂覆剂。
进入口7关联有填充阀8，其在打开的状态中使涂覆剂能够侵入喷嘴阀供给管路5中而在关闭的状态中阻止涂覆剂侵入喷嘴阀供给管路5中。
喷嘴阀供给管路5设计成能够弹性地且可逆地变形。喷嘴阀供给管路5构造为软管。喷嘴阀供给管路5具体构造为由塑料构成的软管。
压力头2与中央的涂覆剂供给管路9(其与所有填充阀8共同地导引流体地相连接或可连接)相连接。中央的涂覆剂供给管路9与压力调整单元10相连接。压力调整单元10与空气压力控制单元11相连接。
涂敷设备1可容纳在未示出的机器人处。具体地，机器人可具有围绕多个轴线可摆动的且可移动的机器人臂，其中，涂敷设备容纳在机器人臂的工具中心点处。
图2示出涂敷设备1根据不同的时间上的变化过程的作用方式。最上面的图表示出，填充阀8在大约5毫秒(ms)的时间间隔期间被打开和关闭两次。即如果所属的串联的填充阀8关闭并且在打开喷嘴阀4之前在喷嘴阀供给管路5中封闭地且处于压力下地容纳有限定配给的量或限定配给的体积的涂覆剂，所属的喷嘴阀4在相同时间间隔中被打开一次。
在图2中从上观察第三个图表示出，如果喷嘴阀4关闭而填充阀8被打开，在喷嘴阀供给管路5的内部中实现压力的提高。在喷嘴阀供给管路5内的压力升高到通过压力调整单元10预设的值上。由于该压力使构造为软管的喷嘴阀供给管路5膨胀。使不处于压力下的软管的体积增大一膨胀体积。
在软管内该膨胀体积和因此在压力下附加地可容纳的涂覆剂体积取决于压力调整单元10的预设压力和取决于软管的特性。
填充时间取决于阀的设计、尤其取决于该阀的阻力和涂覆剂的粘性。因此填充时间应足够长以便计算不同粘性。
填充阀8在喷嘴阀供给管路5的所期望的填充(包括边缘区域的填充)之后关闭。两个阀4、8关闭相对短的时间。
然后当喷嘴阀4被打开时，涂覆剂经由喷嘴3泄出，直到在喷嘴阀供给管路5中的压力等于环境压力或大气压力。涂覆剂的所配给的发出近似受压力控制或力控制地进行。
从图2可得悉，排出时间比阀打开时间(在此期间喷嘴阀4打开)更短。排出时间取决于相应的喷嘴阀4的设计和涂覆剂的粘性。通过喷嘴3泄出的涂覆剂或漆的膨胀体积不取决于涂覆剂或漆的粘性。因此，污物或磨损效应以及粘性的区别或波动对滴体积或小滴体积没有或几乎没有影响。
根据图3和接下来的公式可来测定从喷嘴3泄出的涂覆剂的膨胀体积。
接下来的公式说明如何能够来测定软管的内半径的增量：
在该公式中：
v 横向延伸系数(横向收缩系数或泊松比)，
E 弹性模量，
ri 内半径，
ra 外半径，
△ri 内半径由于压力的提高的增大
pi 到喷嘴阀供给管路5的内表面上的压力，
△V 由于压力提高的膨胀体积以及
C* 在较小压力下的软管形状因数。
根据接下来的公式能够来测定膨胀体积(即相对于不处于压力下的软管体积的增大)和因此在软管内可附加地容纳的涂覆剂的量。另外能够来测定软管形状因数。
在图4至7中说明了表格，其列出材料数据和计算或实验测定的数据。
附图标记清单
。

Claims (12)

1.一种用于以涂覆剂涂覆构件的涂敷设备(1)，其包括带有多个喷嘴(3)的压力头(2)，从所述喷嘴能够排出所述涂覆剂，其中，在每个单个喷嘴(3)处安装有喷嘴阀(4)，其能够打开阀打开时间长度以便将所述涂覆剂从相应的所述喷嘴(3)排出，且其中，每个喷嘴阀(4)相应关联有喷嘴阀供给管路(5)，其在其排出口(6)处将所述涂覆剂输送给相应的所述喷嘴阀(4)，其特征在于，每个喷嘴阀供给管路(5)具有进入口(7)，其能够关闭或能够闭锁成使得在所述喷嘴阀供给管路(5)内封闭地能够容纳有涂覆剂的限定配给的量或限定配给的体积。
2.根据权利要求1所述的涂敷设备，其特征在于，所述涂覆剂在所述喷嘴阀供给管路(5)内处于压力下，其使所述喷嘴阀供给管路(5)的不处于压力下或处于环境压力下的内部的体积增大一膨胀体积，其中，所述涂覆剂通过所述喷嘴阀(4)的打开在压力降低的情况下能够通过喷嘴(3)排出，且其中，所述涂覆剂的被排出的体积相应于所述膨胀体积。
3.根据权利要求2所述的涂敷设备，其特征在于，所述喷嘴阀(4)在阀打开时间期间能够打开，所述阀打开时间大于所述涂覆剂的排出时间，需要所述排出时间以便将在所述喷嘴阀供给管路(5)的内部中的压力降低到环境压力并且排出所述膨胀体积的涂覆剂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的涂敷设备，其特征在于，所述进入口(7)关联有填充阀(8)，其在打开的状态中使涂覆剂能够侵入所述喷嘴阀供给管路(5)中而在关闭的状态中阻止涂覆剂侵入所述喷嘴阀供给管路(5)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的涂敷设备，其特征在于，所述喷嘴阀供给管路(5)设计成能够弹性地和/或可逆地变形并且/或者能够可逆地体积改变。
6.根据前述权利要求中任一项所述的涂敷设备，其特征在于，所述喷嘴阀供给管路(5)构造为软管或管道。
7.根据前述权利要求中任一项所述的涂敷设备，其特征在于，所述喷嘴阀供给管路(5)构造为由塑料构成的软管或管道。
8.根据前述权利要求中任一项所述的涂敷设备，其特征在于，所述压力头(2)与中央的涂覆剂供给管路(9)相连接，所述涂覆剂供给管路与所有填充阀(8)共同地导引流体地相连接或能够连接。
9.根据权利要求8所述的涂敷设备，其特征在于，中央的所述涂覆剂供给管路(9)与压力调整单元(10)相连接。
10.根据权利要求9所述的涂敷设备，其特征在于，所述压力调整单元(10)与空气压力控制单元(11)相连接。
11.一种组件，其包括根据前述权利要求中任一项所述的涂敷设备(1)和机器人，所述涂敷设备(1)容纳在所述机器人处。
12.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述机器人具有围绕多个轴线可摆动的和/或可移动的机器人臂并且/或者所述涂敷设备(1)容纳在所述机器人的机器人臂的工具中心点处。
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