DE102004052005A1

DE102004052005A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen eines flüssigen bis pastösen Mediums auf eine Werkstückoberfläche

Info

Publication number: DE102004052005A1
Application number: DE200410052005
Authority: DE
Inventors: Georg Gisbert Zibulla
Original assignee: Raziol Zibulla & Sohn GmbH
Current assignee: Raziol Zibulla & Sohn GmbH
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2006-05-11

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist u. a. eine Vorrichtung (10) zum Aufbringen eines flüssigen bis pastösen Mediums, insbesondere eines Befettungsmittels, auf eine Werkstückoberfläche (32), insbesondere auf eine Platine, umfassend ein Düsengehäuse (11), welches eine Austrittsöffnung (1) für das Medium aufweist, und eine Düsennadel (12), welche zwischen einer Schließposition (Fig. 1), in der sie die Austrittsöffnung verschließt, und einer Öffnungsposition (Fig. 2), in der sie die Austrittsöffnung freigibt, verlagerbar ist. DOLLAR A Die Besonderheit besteht darin, dass eine Einrichtung (64) zur Positionskontrolle der Düsennadel (12) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Auftragen eines flüssigen bis pastösen Mediums, insbesondere eines Befettungsmittels, auf eine Werkstückoberfläche, insbesondere auf eine Platine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Düse ist durch offenkundige Vorbenutzung der Anmelderin bekannt geworden. Die bekannte Düse weist ein Düsengehäuse auf, in dem einen Düsennadel verlagerbar angeordnet ist. Die Düsennadel kann dazu zwischen einer Schließposition, in der sie die Austrittsöffnung für das Medium in dem Düsengehäuse verschließt, und einer Öffnungsposition, in der sie die Austrittsposition freigibt, verlagert werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine vorbekannte Vorrichtung, bei der die Verlagerung der Düsennadel durch Anlegen eines Steuerfluides, insbesondere durch Anlegen von Druckluft erfolgt. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass eine Verlagerung der Düsennadel mittels eines hydraulischen Antriebes oder mittels eines elektromotorischen Antriebes erfolgt.

Bei der vorbekannten Düse ist eine zentrale Steuerungseinheit vorgesehen, mit der eine Vielzahl von Düsen angesprochen werden kann. Die Düsen sind beispielsweise auf einer Trägereinheit angeordnet, die insbesondere senkrecht zu einer Vorschubrichtung des Werkstückes ausgerichtet ist. Das Werkstück wird mit seiner Werkstückoberfläche vorzugsweise während der Bearbeitung, also während des Auftrags des Mediums, relativ zu dem feststehenden Düsengehäuse bewegt. Vorstellbar ist allerdings auch, dass ein taktweises Auftragen erfolgt, so dass die Werkstückoberfläche jeweils schubartig zu dem Düsengehäuse hin bewegt wird und während des Auftrages ruht.

Die Ansteuerung der Düsennadel erfolgt bei der Vorrichtung des Standes der Technik typischerweise durch ein Magnetventil, welches Druckluft zuschaltet oder abschaltet. Infolge einer Zuschaltung von Druckluft gelangt diese in einen Bereich der Düsenkammer oder des Düsengehäuses und kann die Düsennadel, die vorzugsweise in eine Schließposition hinein vorgespannt ist, in ihre Öffnungsposition verlagern, so dass das flüssige oder pastöse Medium aus dem Düsengehäuse austreten und zu der Werkstückoberfläche gelangen kann.

Der Erfindung liegt ausgehend von der bekannten Vorrichtung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass beim Auftragen des Mediums eine höhere Sicherheit erreichbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Positionskontrolle der Düsennadel vorgesehen ist.

Das Prinzip der Erfindung besteht somit im Wesentlichen darin, die Position der Düsennadel zu überwachen. Während die bekannte Vorrichtung lediglich ein Steuersignal ausgibt, um die Düsennadel zu verlagern, kann auf Grund der ertindungsgemäßen Anordnung einer Positionskontrolleinrichtung tatsächlich auch überprüft werden, ob die Düsennadel die gewünschte Position erreicht hat. Beispielsweise kann mittels der Einrichtung zur Positionskontrolle festgestellt werden, ob die Düsennadel eine Anschlagstellung, vorzugsweise ihre Öffnungsposition, erreicht hat. So kann mit einer großen Sicherheit laufend überwacht werden, ob die Düsennadel ordnungsgemäß bei jedem Schaltvorgang oder Zyklus ihre Öffnungsposition auch tatsächlich erreicht.

Beim Stand der Technik war bei großen Standzeiten, bei einer Verschmutzung der Düse oder bei mechanischen Defekten nicht mit Sicherheit auszuschließen, dass eine Düsennadel trotz eines vorliegenden Steuerbefehls, der ihre Verlagerung in die Öffnungsposition anordnet, diese Öffnungsposition gar nicht erreichte. Die erfindungsgemäße Positionskontrolleinrichtung kann im Zusammenwirken mit einer Steuereinheit laufend überprüfen, ob die Öffnungsposition erreicht wird und für den Fall, dass die Düsennadel nicht oder nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit die Öffnungsposition erreicht, ein entsprechendes Alarmsignal aussenden. Das Alarmsignal kann beispielsweise in Form einer optischen Anzeige ausgestaltet sein, aber z. B. auch den Betrieb der Vorrichtung unterbrechen. Alternativ kann, insbesondere, wenn die Positionskontrolleinrichtung eine über das normale Maß hinausgehende Verzögerung zwischen dem Aussenden des Ansteuerungssignals für die Düsennadel und dem Erreichen der Öffnungsposition der Düsennadel feststellt, diese eine Meldung oder Mitteilung generieren, die auf eine durchzuführende Wartung hinweist. Letzteres berücksichtigt, dass infolge einer langen Standzeit der Vorrichtung, beispielsweise auch auf Grund von Verschmutzungen, zeitliche Verzögerungen der Verlagerungsbewegung der Düsennadel auftreten können, welche eine erforderliche Wartung anzeigen können.

Vorzugsweise kontrolliert die Einrichtung, ob die Düsennadel eine bestimmte Position einnimmt, wobei weiter vorzugsweise die bestimmte Position die Öffnungsposition sein kann.

Alternativ kann die Positionskontrolleinrichtung aber gleichermaßen auch die Schließposition überprüfen oder auch überwachen, ob die Düsennadel eine bestimmte Zwischenposition erreicht. Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass die Düsennadel mehrere Öffnungspositionen aufweist, wobei die Einrichtung eine oder mehrere dieser Öffnungspositionen dahingehend überwachen oder detektieren kann, ob sie von der Düsennadel in der gewünschten Weise erreicht werden.

Schließlich kann die Einrichtung zur Positionskontrolle auch überwachen, ob die Düsennadel eine bestimmte Position durchfährt, insbesondere zu einem gewünschten Zeitpunkt, so dass beispielsweise die Minimalinformation erhältlich ist, ob die Düsennadel überhaupt infolge eines Ansteuerungsbefehles verlagert worden ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Einrichtung ein Paar elektrischer Kontaktflächen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Düsennadel eine erste Kontaktfläche zugeordnet. Dies ermöglicht eine sichere Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da hiermit die Möglichkeit geschaffen wird, ein Anschlagen der Düsennadel an einer düsengehäuseseitigen mechanischen Kontaktfläche zu detektieren.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem Düsengehäuse eine zweite Kontaktfläche zugeordnet. Dies ermöglicht eine weiter vereinfachte Konstruktion, da die mechanische Kontaktfläche, d.h. die Anschlagfläche für die Düsennadel, zugleich als elektrische Kontaktfläche ausgebildet sein kann. Erreicht die Düsennadel ihre zu kontrollierende Anschlagsposition kann auf denkbar einfache Weise ein elektrischer Kontakt hergestellt werden, beispielsweise ein Stromkreis geschlossen werden, so dass das Erreichen einer gewünschten Position denkbar einfach überprüfbar ist.

Das Paar elektrischer Kontaktflächen kann alternativ auch einen Kondensator ausbilden, so dass infolge einer Kapazitätsänderung des Kondensatorplattenpaares die Positionsänderung oder die Position der Düsennadel festgestellt werden kann. Alternativ kommen auch berührungslose Schalter oder Näherungsschalter, z. B. Reed-Schalter, oder optische Überwachungseinrichtungen zur Kontrolle der Düsenadelposition in Betracht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem Düsengehäuse ein Anschlagelement zugeordnet, welches die Öffnungsposition der Düsennadel bestimmt. Ein derartiges Anschlagelement kann beispielsweise auch zur Einstellung der Öffnungsposition, oder im Falle von mehreren Öffnungspositionen zur Einstellung der maximalen Öffnungsposition, verstellbar ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Anschlagelement ein herkömmlicher Dreh-Schraubanschlag sein, dessen Kopfseite die mechanische und elektrische Kontaktfläche für die Düsennadel darstellt.

Die Düsennadel ist vorzugsweise durch ein Federelement in ihre Öffnungs- oder Schließposition, vorzugsweise in ihre Schließposition, hin vorgespannt. Das hierzu vorgesehene Federelement kann dabei weiter vorzugsweise die Düsennadel mit einem elektrischen Anschluss verbinden. Hierdurch wird auf besonders einfache Weise eine elektrische Kontaktierung der Düsennadel möglich.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Düsengehäuse zwei Gehäuseteile, zwischen denen eine elektrische Potentialdifferenz anlegbar ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Düsengehäuse kann beispielsweise aus zwei Gehäuseschalen, insbesondere aus zwei Gehäusehalbschalen bestehen, zwischen denen eine elektrische Isolierung angeordnet ist. Alternativ kann auch ein erstes Gehäuseteil vorgesehen sein, welches beispielsweise eine Gehäuseschale oder ein großwandiges Gehäuseteil ist, und ein zweites, von dem ersten Gehäuseteil elektrisch isoliertes Gehäuseteil vorgesehen sein, welches mit einem zweiten Pol einer Spannungsversorgungseinheit verbunden ist.

Schließlich können alternativ auch Gehäuseteile aus Kunststoff verwendet werden, in die elektrische Kontaktelemente eingelassen sind. Dies macht eine gesonderte Isolierung entbehrlich.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 14.

Die Erfindung geht aus von der eingangs erwähnten, durch offenkundige Vorbenutzung bekannt gewordenen Vorrichtung der Anmelderin gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14. Bei dieser Vorrichtung ist vorgesehen, dass zur Verlagerung der Düsennadel ein Steuerfluid von einem Ventil geschaltet wird. Das bei der Vorrichtung des Standes der Technik verwendete Steuerfluid ist Druckluft. Das Ventil kann das Steuerfluid sperren oder zuschalten. Im Falle einer Zuschaltung wird die Düsennadel aus ihrer Schließposition, in die hinein sie vorgespannt ist, in ihre Öffnungsposition verlagert. Wird das Steuerfluid gesperrt, d.h. abgeschaltet, wird die Düsennadel auf Grund ihrer Vorspannung in ihre Schließstellung zurückverlagert.

Ausgehend von der bekannten Vorrichtung des Standes der Technik gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Medien mit einer höheren Genauigkeit auftragen zu können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 14, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil dem Düsengehäuse zugeordnet ist.

Das Prinzip der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, das Ventil nunmehr nahe am Düsengehäuse anzuordnen, um auf diese Weise den zwischen dem Ventil und dem Düsengehäuse befindlichen Leitungsweg für das Steuerfluid deutlich zu verkürzen, also das zu schaltende Volumen zu verkleinern. Dadurch, dass das Ventil dem Düsengehäuse zugeordnet ist und beispielsweise eine unmittelbare, insbesondere integrierte, Anbringung des Ventils an dem Düsengehäuse erfolgt, wird der zur Erzielung der Verlagerungsbewegung der Düsennadel unter Druck zu setzende beziehungsweise zu entlüftende Leitungsabschnitt für das Steuerfluid drastisch verkürzt.

Während bei einer Vorrichtung des Standes der Technik typischerweise zwischen dem Düsengehäuse und dem Magnetventil mehrere Meter lange Druckluftleitungen angeordnet sind, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der bei jedem Schaltzugang unter Druckluft zu setzende Leitungsabschnitt auf wenige Millimeter gekürzt und damit auf ein entsprechend deutlich geringeres Volumen reduziert werden.

Bei der Vorrichtung des Standes der Technik war ein schnelles Schalten oberhalb einer bestimmten Frequenz nicht möglich, da es eine gewisse Zeit erforderte, bis sich ein Druckaufbau durch eine lange, z. B. mehrere Meter lange, Druckluftleitung fortsetzen konnte. Erfindungsgemäß kann die Schaltzeit der Düse drastisch erhöht werden. Es sind mithin pro Zeiteinheit sehr viel mehr Schaltvorgänge und damit Verlagerungen der Düsennadel durchführbar. Damit wird die Anwendung eines Verfahrens möglich, mit der die Änderung der Auftragsmenge während der Bearbeitung eines Bereiches einer Werkstoffoberfläche nicht mehr dadurch erfolgt, dass lediglich ein einmaliger Schaltvorgang erfolgt, wobei dessen Einschaltzeit und Ausschaltzeit relativ zueinander verändert wird. Es wird hingegen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Verfahrensweise möglich, bei der während der Bearbeitung eines Bereiches der Werkstückoberfläche die Düsennadel mehrmals, d.h. vorzugsweise sehr oft, hin und her verlagert wird, wobei die Aufsummierung sämtlicher Einschaltzeiten und Ausschaltzeiten insgesamt vorgenommen wird, und das Verhältnis dieser Gesamt-Zeitanteile die Gesamtauftragsmenge auf diesen Bereich bestimmen. Insbesondere wenn sich die Werkstoffoberfläche relativ zu dem Düsengehäuse während der Bearbeitung bewegt, kann durch eine entsprechend schnelle Ansteuerung der Düsennadel ein sehr viel gleichmäßigerer Auftrag erreicht werden und die Auftragsmenge genauer eingestellt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das innerhalb des Ventiles zu schaltende Druckluftleitungsvolumen deutlich kleiner als oder, weiter vorzugsweise, vernachlässigbar gegenüber dem in einer Druckluftkammer innerhalb des Düsengehäuses maximal anordenbaren Druckluftvolumen.

Weiter vorzugsweise ist das innerhalb der Druckluftkammer maximal anordenbare Druckluftvolumen, entsprechend einer maximalen Öffnungsstellung der Düsennadel, kleiner als 2 cm³, weiter vorzugsweise kleiner als 1 cm³, weiter vorzugsweise kleiner als 0,5 cm³ und weiter vorzugsweise kleiner als 0,3 cm³. Dementsprechend ist weiter vorzugsweise das innerhalb der zu schaltenden Druckluftleitung befindliche beziehungsweise durch die Druckluftleitung definierte Volumen vernachlässigbar klein gegenüber dem Kammervolumen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil unmittelbar an dem Düsengehäuse angeordnet. Vorstellbar ist eine Integration des Ventils in das Düsengehäuse oder eine unmittelbare Befestigung des Ventils an dem Düsengehäuse. Dies ermöglicht eine kompakte Bauform und eine preiswerte Konstruktion der Vorrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Ventil einen Schalterteil zum Zuschalten oder Sperren des Steuerfluides und einen Befestigungsteil zur Befestigung des Ventils an dem Düsengehäuse auf. Dies ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Befestigungsteil eine erste, dem Schalterteil zugewandte Montagefläche und eine zweite, dem Düsengehäuse zugewandte Montagefläche auf. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine sehr einfache Konstruktion, insbesondere nach Art eines modularen Aufbaus sowie die Ausbildung einer Adapterplatte, die die Anbringung eines herkömmlichen Schalterteils unmittelbar an dem Düsengehäuse ermöglicht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ventil eine Zuführung für das Steuerfluid und einen Auslass, durch den das Steuerfluid in das Düsengehäuse einleitbar ist. Weiter vorteilhaft befindet sich die Zuführung und der Auslass am Befestigungsteil. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise und die Verwendung herkömmlicher Steuerfluidleitungen, beispielsweise Druckluftleitungen einschließlich der bekannten Anschlüsse. Solch ein Druckluftanschluss kann ohne weiteres unmittelbar an dem Ventil, insbesondere an dessen Befestigungsteil, angeordnet sein. Außerdem ist die Verwendung eines herkömmlichen Schalterteils möglich.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung fluchtet der Auslass mit einem Einlass in einer Wandung des Düsengehäuses. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform und eine besonders einfache Konstruktion. Zugleich werden damit die Leitungs- oder Kanal-Wege für das Steuerfluid weiter minimiert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Ankerelement vorgesehen, welches zwischen einer Schließstellung, in der es die Verbindung zwischen Zuführung und Auslass sperrt und einer Öffnungsstellung, in der es die Verbindung zwischen Zuführung und Auslass freigibt, verlagerbar ist. Das Ankerelement kann durch einen herkömmlichen Schalterteil des Ventiles geschaltet werden. Das Schalterteil kann dazu beispielweise eine Spule aufweisen, d.h. einen Elektromagneten, der das Ankerteil verlagert. Die eigentliche Sperrung bzw. Freigabe der Verbindung zwischen Zuführung und Auslass kann durch einen Abschnitt des Ankerelementes, beispielsweise durch einen Kopfabschnitt vorgenommen werden.

Das Ankerelement kann unter Belassung eines Kanals für das Steuerfluid in einer Ankerhülse gelagert sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht dabei eine besonders günstige Entlüftung des Düsengehäuses, falls als Steuerfluid Druckluft verwendet wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entweicht bei gesperrtem Steuerfluid ein in dem Düsengehäuse befindlicher Steuerfluidanteil durch einen Ausgang im Ventil. Dies ermöglicht eine besonders einfache Entlüftung und eine schnelle Rückstellung der in Öffnungsstellung befindlichen Düsennadel hin in ihre Schließposition, falls das Steuerfluid gesperrt wird. Die Zykluszeiten können dadurch weiter verringert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil ein Magnetventil. Dies ermöglicht einen Rückgriff auf bekannte Bauteile und Komponenten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt das Ventil ein 3/2-Wege-Ventil dar. Dies bedeutet, dass ein Ventil vorgesehen ist, welches drei Öffnungen aufweist, die durch eine Schaltung des Ventiles derart miteinander verbunden werden können, dass zwei unterschiedliche Durchleitungswege für das Steuerfluid möglich sind.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 25.

Die Erfindung geht wiederum aus von der vorbekannten Vorrichtung der Anmelderin gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14. Bei dieser Vorrichtung, die zuvor bereits beschrieben worden ist, bestimmt die Schaltung des Steuerfluids die von der Vorrichtung aufzubringende Menge des Mediums. Mit anderen Worten wird, je nachdem, ob Steuerfluid dem Düsengehäuse zugeführt wird oder nicht, die Düsennadel verlagert, und infolge der Verlagerung der Düsennadel die aufzubringende Menge an Medium festgelegt. Diese Vorrichtung unterscheidet sich somit von anderen Vorrichtungen, bei denen die Änderung der Menge an Medium dadurch erfolgt, dass die Düsennadel mittels eines elektrischen Antriebes verlagert wird.

Bei der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 25, von der die Erfindung ausgeht, beeinflusst die Schaltung des Steuerfluids unmittelbar die Auftragsmenge, wobei infolge einer Änderung der Art der Schaltung des Steuerfluids die Auftragsmenge änderbar ist.

Bei der bekannten Vorrichtung des Standes der Technik, von der die Erfindung ausgeht, wird zur Bearbeitung eines Bereiches und zur Einstellung der Auftragsmenge die Düsennadel durch Zuschaltung der Druckluft aus ihrer Schließposition in ihre Öffnungsposition verlagert. Die Düsennadel kann während der Bearbeitung des Bereiches unterschiedlich lange in ihrer Öffnungsposition verbleiben. Für den Fall, dass sie beispielsweise 100 % der maximal möglichen Zeit während der Bearbeitung des Bereiches in ihrer Öffnungsposition verbleibt, wird die maximale Auftragsmenge an Medium abgegeben. Verbleibt die Düsennadel beispielsweise lediglich 50 % dieser maximal möglichen Zeit in ihrer Öffnungsstellung und wird sie anschließend in ihre Schließstellung verlagert, wird auf den zu bearbeitenden Bereich ca. 50 % der maximal möglichen Auftragsmenge aufgebracht. Die Auftragsmenge ist damit durch Änderung des Zeitanteiles, in dem sich die Nadel in ihrer Öffnungsposition befindet, einstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung derart weiter zu entwickeln, dass sie eine homogenere Aufbringung eines Auftrags an Medium auf die Werkstoffoberfläche ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 25, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Düsennadel zur Bearbeitung eines Bereiches der Werkstoffoberfläche mehrfach zwischen ihrer Schließposition und ihrer Öffnungsposition hin und her verlagert.

Das Prinzip der Erfindung besteht somit im Wesentlichen darin, während der Bearbeitung eines Bereiches der Werkstoffoberfläche eine Vielzahl von Steuerungsvorgängen vorzunehmen und die Düsennadel häufig zwischen Ihrer Schließ- und Öffnungsposition hin- und her zu bewegen. Bezeichnet man eine Hin- und Herbewegung der Düsennadel als Zyklus, so durchläuft die Düsennadel im Unterschied zu der Vorrichtung des Standes der Technik während der Bearbeitung eines Bereiches der Werkstoffoberfläche eine Vielzahl von Zyklen.

Anzumerken ist in diesem Zusammenhang, dass als zu bearbeitender Bereich der Werkstoffoberfläche nicht zwingend ein in irgendeiner Form markierter, oder hervor gehobener Bereich gemeint sein muss. Der von der Vorrichtung zu bearbeitende Bereich ist im Sinne der Erfindung derjenige Bereich der Werkstückoberfläche, der von der Vorrichtung gerade bearbeitet wird, sich also sozusagen im Herrschaftsbereich der Vorrichtung befindet beziehungsweise gerade von einem Auslass der Vorrichtung erreichbar ist.

Durch häufiges An- und Ausschalten kann insbesondere bei sich relativ zu dem feststehenden Düsengehäuse bewegten Werkstückoberflächen eine besonders homogene, d.h. gleichmäßige Beauftragung erfolgen.

Eine Einstellung der aufzubringenden Menge an Medium erfolgt nun dadurch, dass während eines Zyklus das Verhältnis des Zeitanteils, in dem sich die Düsennadel in ihrer Schließposition befindet, zu dem Zeitanteil, in dem sich die Düsennadel in ihrer Öffnungsposition befindet, geändert wird. Für den Fall, dass während der Bearbeitung eines Bereiches der Werkstoffoberfläche eine konstante Zykluszeit gewählt wird, die beispielsweise 40 Millisekunden beträgt, kann beispielsweise innerhalb eines Zyklus die Düse während 30 Millisekunden in Öffnungsstellung und während 10 Millisekunden in Schließstellung gehalten werden. Damit befindet sich die Düse in 75 % Ihrer maximalen Öffnungszeit in Öffnungsstellung, so dass die von der Düse abgegebene Menge an Medium etwa 75 % der maximal abgebbaren Menge an Medium entspricht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt eine Hin- und Herbewegung der Düsennadel einen Zyklus dar. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ansteuerung der Vorrichtung. Insbesondere ermöglicht diese Ausgestaltung der Erfindung eine Ansteuerung der Vorrichtung mit sogenannten Puls-Breiten-Signalen (pulse with modulation = PWM), wie es beispielsweise von der Ansteuerung von LEDs (light emitting diodes) her bekannt ist. Ein Ansteuerungssignal ist demnach ein im Wesentlichen digitales Signal, welches lediglich einen Ein- und einen Aus-Zustand kennt, wobei der Aus-Zustand des Signals einer in Schließposition befindlichen Düsennadel und die Ein-Position einer im Öffnungszustand befindlichen Düsennadel entspricht. Die Breite des „Ein"-Signals bestimmt demnach die Öffnungsdauer der Düse, wenn das Ventil mittels Puls-Breiten-Signalen angesteuert wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steuert die Steuereinheit die von der Vorrichtung auf den Bereich aufzubringende Menge des Mediums dadurch, dass sie das Verhältnis eines ersten Zeitanteils eines Zyklus, in dem sich die Düsennadel in ihrer Schließposition befindet, zu einem zweiten Zeitanteil des Zyklus, in dem sich die Düsennadel in ihrer Öffnungsposition befindet, ändert.

Während der Bearbeitung des Bereiches kann die Zykluszeit konstant sein, was vorzuziehen ist, oder sich ändern.

Die Länge des Zyklus beträgt vorzugsweise weniger als 200 Millisekunden, weiter vorzugsweise weniger als 150 Millisekunden, weiter vorzugsweise weniger als 80 Millisekunden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können vorteilhafterweise noch geringere Zykluszeiten von weniger als 60 Millisekunden erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Zykluszeit in der Größenordnung von 40 Millisekunden oder 20 Millisekunden liegt. Dies ermöglicht einen gleichmäßigen Auftrag des Mediums auch bei besonders großen Vorschubgeschwindigkeiten der Werkstoffoberfläche relativ zu dem feststehenden Düsengehäuse.

Denkbar sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aber auch noch geringere Zykluszeiten. Die oben angegebenen Zyklus-Längen setzen dabei vorzugsweise weiter voraus, dass während der Bearbeitung eines Bereiches die Zyklus-Länge konstant ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Länge eines Zyklus bei unterschiedlichen aufzutragenden Mengen konstant. Dies bedeutet, dass zur Erzielung unterschiedlicher Auftragsmengen an Medium unter Beibehaltung einer konstanten Zykluszeit lediglich die Verhältnisse der Einschaltzeit zu der Ausschaltzeit innerhalb des Zyklus geändert werden müssen. Diese Verhältnisse bleiben dann während der Bearbeitung des Bereiches konstant, werden allerdings zur Bearbeitung eines anderen Bereiches, zur Erzielung einer anderen Auftragsmenge, geändert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt das Steuerfluid ständig an dem Ventil an. Das Ventil kann daher das Steuerfluid mittels eines entsprechenden Steuersignals zuschalten oder sperren.

Die Erfindung betrifft schließlich noch ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 25.

Die bekannte Vorrichtung wird dadurch gesteuert, dass während der Bearbeitung eines Bereiches der Werkstückoberfläche die Düsennadel aus ihrer Schließposition in ihre Öffnungsposition verlagert wird und in Abhängigkeit davon, welche Auftragsmenge an Medium auf die Werkstoffoberfläche aufgebracht werden soll, unterschiedlich lange in der Öffnungsposition verbleibt, bevor sie in die Schließposition zurückkehrt.

Ausgehend von dem bekannten Verfahren des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren derart weiterzubilden, dass eine verbesserte, d.h. homogenere und gleichmäßigere Beauftragung der Werkstückoberfläche möglich wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 34, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel während der Bearbeitung eines Bereiches der Werkstoffoberfläche mehrfach zwischen ihrer Schließ- und ihrer Öffnungsposition hin und her verlagert wird.

Das Prinzip der Erfindung besteht somit im wesentlichen darin, eine Vielzahl von Schließ- und Öffnungsvorgängen durchzuführen und die aufzubringende Auftragsmenge dadurch einzustellen, dass während eines Zyklus das Verhältnis des ersten Zeitanteils zu dem zweiten Zeitanteil verändert wird. Der erste Zeitanteil ist dabei in Übereinstimmung zu der obigen Beschreibung derjenige Zeitanteil, in dem sich die Düsennadel während eines Zyklus in ihrer Öffnungsposition befindet und der zweite Zeitanteil ist derjenige Zeitanteil, in dem sich die Düsennadel in ihrer Schließposition befindet. Eine Hin- und Herbewegung der Düsennadel stellt dabei einen Zyklus dar. Die Zykluszeit kann sich während der Bearbeitung eines Bereiches ändern. Sie ist aber vorzugsweise konstant.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ansteuerung der Düsennadel durch Schaltung des Steuerfluides mit einer derart großen Häufigkeit bzw. Frequenz, dass die einzelnen Verlagerungsvorgänge der Düsennadel sozusagen aus der Perspektive des Bereiches heraus, zeitlich nicht mehr auflösbar sind. Die Düsennadel wird derartig schnell hin und her verlagert, dass ein außenstehender Betrachter die Verlagerungsbewegung der Düsennadel sozusagen lediglich nur noch als Flackern wahrnimmt.

Ein vergleichbares Ansteuerungsverfahren ist von LEDs bekannt und wird als Puls-Breiten-Modulation bezeichnet. Die anzusteuernde Leuchtdiode kann lediglich einen Ein- und einen Aus-Zustand einnehmen, wobei eine derart schnelle Ansteuerung erfolgt, dass durch Veränderung des Verhältnisses der Ein- zu der Ausschaltzeit eine Art Dimmung der Leuchtdiode eintritt, d.h. der Lichtstrom verändert werden kann.

In Analogie zu dem bekannten Verfahren zur Ansteuerung von LEDs wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Ansteuerung einer Vorrichtung möglich, die im Prinzip auch nur zwei Schaltstellungen kennt, nämlich die Öffnungsstellung der Düsennadel und die Schließstellung der Düsennadel. Durch Veränderung der Einschaltdauer, d.h. der Länge des ersten Zeitanteils, in dem sich die Düsennadel in ihrer Öffnungsposition befindet, zu der Ausschaltdauer, also des zweiten Zeitanteils, in dem sich die Düsennadel in ihrer Schließstellung befindet, in Verbindung mit einer sehr kurzen Zykluszeit von beispielsweise 40 Millisekunden kann die Auftragsmenge in Analogie zu einem Dimmen eines Lichtstromes bei einer LED beeinflusst und sehr genau bestimmt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen sowie an Hand der nun folgenden Beschreibung mehrerer in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele. Darin zeigen:

1 in schematischer, teilgeschnittener Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit in Schließstellung befindlicher Düsennadel,

2 das Ausführungsbeispiel der 1 mit in Öffnungsstellung befindlicher Düsennadel,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei elektrisch voneinander isolierten Gehäusehälften,

4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer, teilgeschnittener Ansicht mit einem abgebrochen dargestellten Düsengehäuse und einem dem Düsengehäuse zugeordneten Ventil,

5 die Vorrichtung gemäß 4 in vergrößerter Darstellung etwa gemäß Ausschnittskreis V in 4,

6 einen Befestigungsteil der Vorrichtung gemäß 4 etwa gemäß Ansichtslinie VI-VI in 4, wobei das Düsengehäuse der Einfachheit halber weggelassen ist,

7 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Aussteuerungsverfahrens, welches zur Erzielung unterschiedlicher Ölmengen unterschiedliche Schaltverhalten darstellt, wobei die Zykluszeiten variieren, und

8 in einer Darstellung gemäß 7 ein Diagramm, welches ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahrens darstellt, bei dem die Zykluszeit konstant ist.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 1 in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Die als Befettungsdüse ausgebildete Vorrichtung umfasst ein Düsengehäuse 11, in dem eine Düsennadel 12 in Richtung des Doppelpfeiles y verlagerbar ist. 1 zeigt die Düsennadel 12 in ihrer Schließposition, in der sie eine Öffnung 16 verschließt. 2 zeigt die Nadel 12 in ihrer Öffnungsposition, in der sie die Öffnung 16 freigibt.
Innerhalb des Düsengehäuses ist eine Ölkammer 13 angeordnet, die von einem Öleinlass 14 oder von einem beispielhaft ebenfalls dargestellten zweiten Öleinlass 14a mit Befettungsmittel, beispielsweise mit Öl versorgt wird. Der zweite Öleinlass 14a kann die Ölkammer 13 auch mit weiteren Ölkammern weiterer nicht dargestellter Düsengehäuse verbinden.
Das Düsengehäuse 11 weist darüber hinaus eine Druckluftkammer 17 auf, die über einen Drucklufteinlass 18 mit Druckluft versorgt wird. Eine erste Dichtung 19 trennt die Ölkammer 13 von der Druckluftkammer 17. Eine zweite Dichtung 20 trennt die Druckluftkammer 17 von einem nicht unmittelbar druckluftbeaufschlagten zweiten Kammerteil 31, einer Art Ausweichkammer.
Für den Fall, dass sich die Düsennadel 12 in ihrer Schließposition gemäß 1 befindet, ist die Öffnung 16, also der Ölauslass, verschlossen, so dass kein Befettungsmittel austreten kann. Ist die Düsennadel 12 in ihrer Öffnungsstellung gemäß 2, wird die Öffnung 16 freigegeben, so dass aus der Ölkammer 13 heraus Befettungsmittel austreten kann. Ein Sprühlufteinlass 15 ist vorgesehen, um dann, wenn das Befettungsmittel austritt, dieses zu zerstäuben oder entlang einer Vorzugsrichtung P auf eine lediglich beispielhaft angedeutete und nicht maßstäblich in 1 beabstandet dargestellte Werkstückoberfläche 32 aufzutragen.
Im Folgenden soll nun die Einrichtung 64 zur Positionskontrolle der Düsennadel 12 erläutert werden:
Im Bereich der Deckenwand 21 des Düsengehäuses 11 ist ein Anschlagelement 24 angebracht, welches beispielsweise in der Höhe, also entlang der Richtung des Doppelpfeiles y verstellbar ausgebildet sein kann. Es umfasst eine erste Anschlagfläche 29, die mit einer an der Düsennadel 12 angeordneten zweiten Anschlagfläche 30 in kontaktierenden Eingriff geraten kann. Ein Anschlagen der beiden Flächen 29, 30 aneinander, wie es in 2 dargestellt ist, definiert den maximalen Öffnungshub der Düsennadel 12 und definiert auf diese Weise die genaue Öffnungsposition der Düsennadel.
Ein Wendelfederelement 22 (Schraubenfeder) stützt sich mit seinem oberen Ende an einer fest an der Gehäusedecke 21 angeordneten Anschlussringanordnung 27 ab. Das andere Ende des Federelementes 22 beaufschlagt einen Flanschabschnitt 23 an der Düsennadel 12. Das Federelement 22 spannt auf diese Weise die Düsennadel in ihre Schließstellung hinein vor.
Die Anschlussringanordnung 27 ist über ein Isolierelement 25 von dem Düsengehäuse 11 elektrisch isoliert. Die Anschlussringanordnung ist dabei metallisch, besteht also aus elektrisch leitendem Material.
Über eine zweite elektrische Isolierung 26 ist die Anschlussringanordnung 27 auch von dem ebenfalls elektrisch leitend ausgebildeten Anschlagelement 24 isoliert.
Das metallische Federelement 22 steht elektrisch leitend mit der Anschlussringanordnung 27 und mit der ebenfalls aus Metall bestehenden Düsennadel 12 in Verbindung. Die Schraubenfeder 22 umgreift allerdings das Anschlagelement 24, so dass zwischen Schraubenfeder 22 und Anschlagelement 24 kein elektrischer Kontakt besteht.
Der Anschlussring 27 ist über einen ersten Anschuss 28a mit einer nicht dargestellten Spannungsversorgung verbunden. Das Anschlagelement 24 ist über einen zweiten Anschluss 28b ebenfalls mit der Spannungsversorgung verbunden.
Für den Fall, dass sich die Düsennadel 12 in ihrer Schließposition gemäß 1 befindet, sind die elektrischen Kontaktflächen 29, 30 voneinander beabstandet, so dass kein Stromkreis geschlossen werden kann. Wird die Düsennadel allerdings durch Zufuhr von Druckluft angesteuert, so wird der Druck in der Druckluftkammer 17 erhöht, so dass sich die Düsennadel 12 entgegen der Kraft der Feder 22 in ihre Öffnungsposition gemäß 2 verlagern kann. Sobald die beiden Flächen 29, 30 einander mechanisch kontaktieren, findet auch eine elektrische Kontaktierung statt. Der Stromkreis kann auf diese Weise geschlossen werden. Die ordnungsgemäße Öffnungsposition der Düsennadel kann auf diese Weise festgestellt beziehungsweise überprüft werden.
Geht man davon aus, dass ein elektrisches Schaltsignal typischerweise ein später noch zu erläuterndes Ventil schaltet, welches eine Zuführung der Duckluft schaltet, steht ein an den elektrischen Anschlüssen 28a, 28b abrufbares Kontroll- oder Prüf-Signal oder zumindest eine entsprechende elektrische oder elektronische Kontrollmöglichkeit zur Verfügung. So kann eine nicht dargestellte zentrale Steuereinheit ein derartiges Kontroll-Signal oder eine derartige Statusinformation aufnehmen und auswerten. Beispielsweise kann eine zeitliche Verzögerung zwischen dem Erreichen des Öffnungszustandes der Nadel gemäß 2 und dem zuvor ausgesandten Schaltsignal zur Zuführung der Druckluft festgestellt werden.
Ergänzend wird angemerkt, dass sich das Werkstück mit seiner Oberfläche 32 beispielsweise quer zur Papierebene unter der Vorrichtung 10 hindurch bewegen kann. Außerdem sei angemerkt, dass eine Vielzahl derartiger Vorrichtungen 10 beispielsweise nebeneinander, quer zur Bewegungsrichtung des Werkstückes angeordnet sein können.
Nunmehr soll anhand der 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden. Angemerkt sei, dass gleiche oder vergleichbare Teile oder Elemente in der nachfolgenden Figurenbeschreibung der Einfachheit und der Übersichtlichkeit halber mit gleichen Bezugszeichen, teilweise unter Anfügung kleiner Buchstaben bezeichnet sind.
Die Besonderheit besteht hier darin, dass ein von der Grundstruktur ähnlich aufgebautes Düsengehäuse 11 nunmehr in zwei Gehäuseteile 33a, 33b unterteilt ist, die durch eine Isolierung 34 elektrisch voneinander getrennt sind. Der Vorteil besteht hier darin, dass das erste Gehäuseteil 33a mit einer ersten Spannungsversorgungsleitung 28b und das zweite Gehäuseteil 33b mit einer zweiten Spannungsversorgungsleitung 28a verbunden werden kann. Das Federelement 22 stützt sich mit seinem bezüglich 3 oberen Ende an einer in die Gehäusedecke 21 eingelassene Isolatorscheibe 35 ab. Das Anschlagelement 24, welches bei dem Ausführungsbeispiel der 3 wiederum aus Metall besteht, ist aufgrund seiner Anbringung unmittelbar elektrisch mit dem Gehäuseteil 33a verbunden.
Die Düsennadel 12 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 3 z. B. über die Dichtung 19 elektrisch mit dem zweiten Gehäuseteil 33b verbunden.
Wiederum sind die Stoßflächen 29, 30 von Anschlagelement 24 und Düsennadel 12 zugleich auch elektrische Kontaktflächen. Bei in Schließposition befindlicher Düsennadel 12 gemäß 3 kann der Stromkreis nicht geschlossen werden. Befindet sich die Düsennadel 12 in ihrer nicht dargestellten Öffnungsposition, in der sie an dem Anschlagelement 24 anschlägt, kommt zugleich auch ein elektrischer Kontakt zustande, so dass diese Anschlagsposition der Düsennadel 12 feststellbar, und damit detektierbar oder überprüfbar ist.
Eine nicht dargestellte Steuereinrichtung, die mit der Einrichtung 64 zur Positionskontrolle verbunden oder Bestandteil der Einrichtung 64 sein kann, kann die Informationen über die kontrollierte Position der Nadel 12 auswerten.
Die 4 bis 6, die nachfolgend beschrieben werden sollen, stellen einen weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 heraus.
4 ist zu entnehmen, dass dem Düsengehäuse 11 unmittelbar benachbart ein Ventil 36 angeordnet ist. Das Ventil 36 umfasst ein herkömmliches Schaltteil 37 und ein Befestigungsteil 38, welches nach Art einer Adapterplatte ausgebildet ist. Die Adapterplatte 38 weist eine erste Montagefläche 40a auf, die einer entsprechenden Gegenfläche 40b der Gehäusewand 11a des Düsengehäuses 11, diese unmittelbar kontaktierend, gegenüberliegt. Befestigungselemente 39a, 39b, die lediglich schematisch angedeutet und beispielsweise von Gewindeschrauben gebildet sind, befestigen die Adapterplatte 38 unmittelbar an der Wand des Düsengehäuses 11.
Die Adapterplatte 38 weist eine zweite Montagefläche 41a auf, die einer entsprechenden Gegenfläche 41b des Schalterteils 37 zugeordnet ist. Mittels Befestigungselementen 42a, 42b ist der Schalterteil 37 unmittelbar an der Adapterplatte 38 befestigt.
Angemerkt sei, dass die dargestellte, im Wesentlichen zweiteilige Ausbildung des Ventils 36 selbstverständlich alternativ auch durch eine einteilige Ausbildung ersetzt sein kann.
Der Schalterteil 37 ist über nicht dargestellte Spannungsversorgungsleitungen mit einer Spannungsversorgungsquelle verbunden, die einen ebenfalls nicht dargestellten, in dem Schalterteil 37 angeordneten Elektromagneten, beispielsweise eine Spule, ansteuern kann. Der Schalterteil 37 weist dabei eine Ausnehmung 44 auf, in der ein Hülsenelement 43 angeordnet ist. Der detaillierte Aufbau des Hülsenelementes wird erst später beschrieben.
Das Hülsenelement 43 weist einen Kopfbereich 45 auf, der in eine in der Adapterplatte 38 angeordnete Kammer 49 eintaucht. Ein Dichtungselement 61 dichtet die Ausnehmung 44 gegenüber der Kammer 49 ab.
Dem Befestigungsteil 38 (Adapterplatte) ist eine Zuführung 46 für Druckluft zugeordnet, an die auf herkömmliche Weise eine Druckluftleitung, z. B. ein Schlauch, anschließbar ist. Die Druckluftzuführung 46 mündet etwa im Bereich der Positionsziffer 59 (5) in die Kammer 49. Von der Kammer 49 erstreckt sich von einem Mündungsbereich 60 eine weitere Durchgangsbohrung, die geradlinig ausgebildet ist, zu einem Druckluftauslass 47 (4). Der Druckluftauslass 47 liegt dem Drucklufteinlass 18 am Düsengehäuse 11 unmittelbar fluchtend gegenüber.
Angemerkt sei, dass die Montage- und Gegenflächen-Paare 40a, 40b, 41a, 41b im Wesentlichen druckluftdicht abgedichtet sind. Hierzu können auch nicht dargestellte Dichtungselemente verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 sei nun das Innenleben des Hülsenelementes 43 erläutert: innerhalb des Hülsenelementes 43 ist unter Belassung eines Ringraumes 55 ein bezüglich 5 horizontal verlagerbares Ankerelement 50 angeordnet. Das Ankerelement weist an seinem linken Ende einen Kopfbereich 52 auf, an dem eine Dichtung 57 und gegenüberliegend eine Dichtung 53 angeordnet ist. Ein Federelement 51 beaufschlagt das Ankerelement bezüglich 5 nach links hin in seine Schließstellung, in der die Mündung 59 der Druckluftzuführung 46 mittels der Dichtungselemente 56 und 57 vollständig abgedichtet ist. Die Druckluft liegt also damit unmittelbar und ständig an dem Ventil 36 an, gelangt allerdings nicht in die am Düsengehäuse 11 befindliche Druckluftkammer 17. Das Steuerfluid ist in diesem Zustand des Ankerelementes 50 gesperrt, so dass sich die Düsennadel 12 in ihrer Schließstellung befindet.
Wenn der Schalterteil 37 des Ventiles 36 ein Schalt- oder Ansteuerungssignal erhält, generiert die nicht dargestellte Spule ein Magnetfeld und verlagert das Ankerelement 50 bezüglich 5 nach rechts in seine nicht dargestellte Schließstellung, in der das Dichtungselement 53 an einer entsprechenden Gegenfläche 54 des Hülsenelementes 43 anliegt und dort für eine Abdichtung sorgt. Die Dichtung 57 gibt in dieser Position des Ankerelementes 50 ihre Funktion auf. Die Druckluft kann nunmehr entlang den gestrichelt dargestellten Pfeilen durch Radialöffnungen 62 im Kopfteil 45 des Hülsenelementes 43 hindurch in die Druckluftkammer 17 des Düsengehäuses 11 gelangen. Die Düsennadel 12 wird auf diese Weise in ihre Öffnungsstellung verlagert.
Hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang, dass lediglich der in 4 mit I bezeichnete Abschnitt der Druckluftleitung, der sich zwischen der Kammer 49 und dem Drucklufteinlass 18 im Düsengehäuse 11 befindet, zur Ansteuerung und zur Verlagerung der Düsennadel 12 tatsächlich unter Druck gesetzt werden muss. Das hierbei unter Druck zu setzende Raumvolumen ist daher sehr klein. Entsprechend schnell kann sich der Druck in diesem kleinen Volumen aufbauen und zu der Düsenkammer 17 im Düsengehäuse 11 hin fortsetzen, so dass eine entsprechend schnelle Ansteuerung der Düsennadel 12 erfolgen kann.
Anhand einer Beispielrechnung soll nunmehr verdeutlicht werden, dass das innerhalb der Druckluftleitung I des Ventils befindliche, maximale zu schaltende Druckluftvolumen vernachlässigbar ist gegenüber dem innerhalb der Kammer 17 befindlichen Volumen: ausgehend von einer Ausführungsform gemäß 2, bei der die Düsennadel 12 ihre maximale Öffnungsstellung einnimmt, beträgt das innerhalb der Druckluftkammer 17 befindliche Volumen, unter Annahme eines maximalen Hubes von 2 mm und einem Innen-Durchmesser von 12 mm, circa 226 mm³. Die Druckluftleitung I zwischen der Mündung 60 und dem Auslass 47 (4) weist beispielsweise eine Bohrung von 1 mm Durchmesser auf. Das innerhalb der Druckluftleitung I zu schaltende Druckluftvolumen ist daher völlig vernachlässigbar gegenüber dem in der Druckluftkammer 17 befindlichen, zu schaltenden Druckluftvolumen.
Angemerkt sei, dass die beiden Montageflächen 40a, 41a der Adapterplatte 38 lediglich wenige mm voneinander beabstandet sind. Demnach ist das in der Druckluftleitung I befindliche, zu schaltende und dem Ventil 36 zugeordnete Druckluftvolumen viel kleiner als das innerhalb der Düsenkammer 17 befindliche Volumen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können allerdings auch bei Düsen mit größeren Druckluftkammervolumen angewandt werden. Vorzugsweise ist das innerhalb der Düsenkammer 17 befindliche Volumen aber kleiner als 2 cm³, weiter vorzugsweise keiner als 1 cm³, und weiter vorzugsweise kleiner als 0,5 cm³. Dem gegenüber soll das dem Ventil zugeordnete, zu schaltende Druckluftvolumen klein sein.
Bei herkömmlichen Druckluftleitungen von Vorrichtungen des Standes der Technik ergibt sich beispielsweise bei einem Innendurchmesser von 4 mm und einer Länge von 1 m bereits ein zu schaltendes Druckluftvolumen von mehreren cm³.
Sobald der Schalterteil 37 von einer nicht dargestellten zentralen Steuereinheit ein Signal erhält, das Steuerfluid zu sperren, unterbleibt die Ansteuerung der nicht dargestellten Spule oder wird ein Gegenimpuls generiert, so dass das Ankerelement 50, auch unter Zuhilfenahme der Feder 51, in seine in 5 dargestellte Sperrposition zurückgelangt. Eine Entlüftung der Druckluftkammer 17 des Düsengehäuses 11 kann nun ohne weiteres dadurch erfolgen, dass die Druckluft entlang den durchgezogenen Pfeilen aus der Druckluftkammer 17 entweicht. Das Steuerfluid kann hierzu durch die Radialöffnungen 62 im Kopf 45 des Hülsenelementes 43 hindurch treten, sowie anschließend durch den Radialraum zwischen der Dichtung 53 und den Gegenflächen 54 hindurch und axial innerhalb der Hülse 43 durch den Ringraum 55 hindurch zu dem bezüglich 5 rechten Fußbereich der Hülse 43 strömen. Eine weitere Radialöffnung 64 ermöglicht dort einen Durchtritt des Steuerfluids nach außen, so dass das Steuerfluid außen an der Hülse 43, also innerhalb des Aufnahmeraumes 44, zurückströmen und durch eine Ausnehmung 58, also einen Ausgang, an der Adapterplatte 38 entweichen kann.
Das Ankerelement 50 kann demzufolge mit seinem Kopfbereich 52 eine Verbindung zwischen der Mündung 59 der Druckluftzuführung 46 und der Mündung 60 der Druckluftleitung 47 sperren beziehungsweise zuschalten.
Dadurch, dass das Ventil 36 unmittelbar am Düsengehäuse 11 befestigt ist, werden die Druckluftleitungswege, die zu schalten beziehungsweise zu entlüften sind, deutlich verkürzt. Damit kann eine sehr schnelle Verlagerung der Düsennadel 12, und zwar in beide Richtungen, erfolgen. Insgesamt werden auf diese Weise sehr kurze Ansprechzeiten möglich, die zu einer verbesserten, gleichmäßigeren und homogeneren Auftragung eines Mediums, insbesondere eines Befettungsmittels, führen können.
Angemerkt sei, dass als Ventil beispielsweise ein im Stand der Technik bekanntes, als Flanschventil bezeichnetes Ventil verwendet werden kann. Die beim Stand der Technik erforderliche Montageplatte, die so genannte Flanschplatte, an der das Ventil befestigt wird, wird erfindungsgemäß von der Gehäusewand 11a beziehungsweise von einer Montagefläche 41a einer Adapterplatte 38 bereitgestellt.
Anhand der 7 und 8 soll nunmehr noch das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden:
7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem auf einer x-Achse die Zeit aufgetragen und auf der rechten y-Achse die Schaltzustände des Schalterteils 37 aufgetragen sind. Insgesamt sind fünf unterschiedliche Graphen dargestellt, die den unterschiedlichen Ölmengen 10%, 25%, 50%, 75% und 90% entsprechen.
Zunächst soll anhand des untersten Graphen (Ölmenge 10%) der Betrieb erläutert werden: Ausgehend von einem Zeitpunkt t = 30 ms befindet sich der Schalter 37 in einem „Aus"-Zustand, so dass sich die Düsennadel 12 in ihrer Schließposition befindet. Erst zu einem Zeitpunkt t = 120 ms (also 90 ms später) wird von einer zentralen Steuereinheit ein Schaltsignal erzeugt, welches die in dem Schalterteil 37 befindliche Magnetspule erregt und das Ankerelement 50 nach rechts verlagert. Dies führt zu einer Verlagerung der Düsennadel 12 in ihre Öffnungsposition, so dass nunmehr Befettungsmittel austreten kann. Der „Ein"-Zustand des Schalterteils 37 dauert 10 ms. Zu einem Zeitpunkt t = 130 ms wird das Schalterteil 37 wiederum ausgeschaltet, so dass die Düsennadel 12 aufgrund der Federvorspannung des Federelements 22 in ihre Schließstellung zurückkehren kann.
Die Verlagerungsbewegung der Düsennadel 12 umfassend einen Einschaltvorgang und einen Ausschaltvorgang, also eine Hin- und eine Herbewegung, wird als Zyklus 1 bezeichnet. Es fällt auf, dass die Zykluslänge 100 ms beträgt, wobei sich die Düsennadel 12 lediglich ein Zehntel der Zeit im Öffnungszustand befindet. Dies ergibt eine Ölmenge von 10 %, entsprechend 10 % der maximal erreichbaren Auftragsmenge.
Angemerkt sei, dass die angestellte Betrachtung lediglich schematisch ist. Das Einschalt- und Ausschaltverhalten kann unterschiedliche Flanken aufweisen, so dass gewisse Ungenauigkeiten berücksichtigt werden müssen.
7 zeigt einen weiteren Graphen entsprechend der Ölmenge 25 %, bei dem beispielsweise zu einem Zeitpunkt t = 150 ms das Ventil ausgeschaltet ist und sich die Düsennadel 12 somit bis zu einem Zeitpunkt t = 180 ms in ihrem Schließzustand befindet. Erst dann wird das Ventil eingeschaltet und verbleibt 10 ms im eingeschalteten Zustand, bis zu einem Zeitpunkt t = 190 ms das Ventil wiederum ausgeschaltet wird. Es fällt auf, dass die Zykluslänge nunmehr lediglich 40 ms beträgt, wobei die gesamte Einschaltdauer während eines Zyklus 25 % der Gesamtzyklusdauer beträgt. Dies führt zu einer ungefähren erreichbaren Ölmenge von 25 % der maximal erreichbaren Auftragsmenge.
7 ist somit zu entnehmen, dass zur Erzielung unterschiedlicher Auftragsmengen an Medium die Zykluslängen geändert werden können. Während der Bearbeitung eines Bereiches, also zur Aufbringung einer bestimmten Menge an Medium, ist die Zykluslänge allerdings konstant und das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit festgelegt.
Gleiche Betrachtungen lassen sich auch hinsichtlich der übrigen drei Graphen anstellen, wobei insgesamt deutlich wird, dass sich einerseits die Zyklus-Dauern ändern und andererseits innerhalb eines jeweiligen Zyklus die Verhältnisse der Einschaltdauer zu der Ausschaltdauer. Hierdurch wird eine Einstellung der aufzutragenden Menge an Medium möglich.
Weiterhin ist anzumerken, dass auch die längste Zyklusdauer, (beispielsweise t = 100 ms) noch ausreichend kurz ist, um während der Bearbeitung eines Bereiches der Werkstücksoberfläche mehrere Zyklen zu durchlaufen, dass heißt die Düsennadel 12 mehrfach hin- und her zu verlagern. Die maximal zulässige, längste Zyklus-Dauer hängt dabei von einer Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück-Oberfläche 32 und Düsengehäuse 11 ab.
Vorzuziehen ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 8, welches für neun unterschiedliche Ölmengen die entsprechenden Graphen darstellt. Hervorzuheben ist hier, dass die Zyklus-Dauer für unterschiedliche aufzubringende Auftragsmengen konstant ist. Es ändert sich jeweils nur das Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer, welches ohne weiteres einstellbar ist.
Aus den 7 und 8 wird deutlich, dass die von dem Schalterteil 37 empfangenen Steuersignale, die in den Graphen 7 und 8 tatsächlich dargestellt sind, Puls-Breiten-modulierte Signale sind.
Des Weiteren sei angemerkt, dass die Steuerkurven der 7 und 8 lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Erreichbar sind bei einem Verfahren gemäß 8 konstante Zyklus-Dauern von 40 ms beziehungsweise 20 ms, die auch bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten des Werkstückes von bis zu 3m/s eine homogene Aufbringung eines Auftrags an Medium auf die Werkstückoberfläche ermöglichen.
Letztendlich sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch selbst reinigend ausgebildet sein kann. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass die in ihrer Schließstellung befindliche Düsennadel 12, beispielsweise gemäß den 1 und 3, geringfügig aus der Öffnung 16 herausragt und somit bei jedem Schließvorgang Befettungsmittelreste im Bereich der Öffnung heraus stößt. Die obige Beschreibung des Ausführungsbeispieles bezieht sich lediglich auf eine Vorrichtung zur Aufbringung des Befettungsmittels. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren beziehen sich aber auch auf Vorrichtungen, die auch andere flüssige bis pastöse Medien wie z. B. Trennmittel, Korrosionsschutzmittel, Farben oder dergleichen auftragen können.

Claims

Vorrichtung (10) zum Aufbringen eines flüssigen bis pastösen Mediums, insbesondere eines Befettungsmittels, auf eine Werkstückoberfläche (32), insbesondere auf eine Platine, umfassend ein Düsengehäuse (11), welches eine Austrittsöffnung (1) für das Medium aufweist, und eine Düsennadel (12), welche zwischen einer Schließposition (1), in der sie die Austrittsöffnung verschließt, und einer Öffnungsposition (2), in der sie die Austrittsöffnung freigibt, verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (64) zur Positionskontrolle der Düsennadel (12) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (64) kontrolliert, ob die Düsennadel (12) eine bestimmte Position einnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Position die Öffnungsposition (3) ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (64) ein Paar elektrischer Kontaktflächen (29, 30) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadel (12) eine erste Kontaktfläche (30) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Düsengehäuse (11) eine zweite Kontaktfläche (29) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Düsengehäuse (11) ein Anschlagelement (24) zugeordnet ist, welches die Öffnungsposition der Düsennadel (12) bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement zur Einstellung der Öffnungsposition verstellbar (Richtung y) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, sofern dieser auf Anspruch 6 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (64) eine Anschlagfläche (29) aufweist, die die zweite Kontaktfläche darstellt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (22) vorgesehen ist, das die Düsennadel (12) in ihre Öffnungsposition oder in ihre Schließposition hin vorspannt.
Vorrichtung nach Anspruch (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) die Düsennadel mit einem elektrischen Anschluss (27, 28a) verbindet.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsengehäuse (11) zwei Gehäuseteile (24, 27; 33a, 33b) umfasst, zwischen denen eine elektrische Potentialdifferenz anlegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (12) mit einem der Gehäuseteile (33b) über ein Verbindungselement (19), insbesondere über eine Dichtung, elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zur Verlagerung der Düsennadel (12) ein von einem Ventil (36) geschaltetes Steuerfluid vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (36) dem Düsengehäuse (11) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (36) unmittelbar an dem Düsengehäuse (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (36) einen Schalterteil (37), zum Zuschalten oder Sperren des Steuerfluides, und einen Befestigungsteil (38), zur Befestigung des Ventils an dem Düsengehäuse (11), aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsteil (38) eine erste, dem Schalterteil (37) zugewandte Montagefläche (41a) und eine zweite, dem Düsengehäuse (11) zugewandte Montagefläche (40a) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (36) eine Zuführung (46) für das Steuerfluid und einen Auslass (47), durch den das Steuerfluid in das Düsengehäuse (11) einleitbar ist, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (47) mit einem Einlass (18) an dem Düsengehäuse (11) fluchtet.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ankerelement (50) vorgesehen ist, welches zwischen einer Schließstellung 5, in der es die Verbindung zwischen Zuführung (46) und Auslass (47) sperrt, und einer Öffnungsstellung, in der es die Verbindung zwischen Zuführung und Auslass freigibt, verlagerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerelement (50) in einer Ankerhülse (43) unter Belassung eines Kanals (55) für das Steuerfluid gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei gesperrtem Steuerfluid ein in dem Düsengehäuse (11) befindlicher Steuerfluidanteil durch einen Ausgang (48, 58) im Ventil entweicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (36) ein Magnetventil darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein 3/2-Wegeventil darstellt.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 14, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Schaltung des Steuerfluides die von der Vorrichtung aufzubringende Menge des Mediums bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Düsennadel (12) zur Bearbeitung eines Bereiches der Werkstückoberfläche (32) mehrfach zwischen ihrer Schließposition (1) und ihrer Öffnungsposition (2) hin- und her verlagert.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hin- und Her-Bewegung der Düsennadel (12) einen Zyklus (7, 8) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge eines Zyklus während der Bearbeitung des Bereiches konstant ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die von der Vorrichtung (10) auf den Bereich aufzubringende Menge des Mediums dadurch steuert, dass sie das Verhältnis eines ersten Zeitanteiles des Zyklus, in dem sich die Düsennadel (12) in ihrer Schließposition befindet, zu einem zweiten Zeitanteil des Zyklus, in dem sich die Düsennadel in ihrer Öffnungsposition befindet, ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des ersten Zeitanteiles zu dem zweiten Zeitanteil während der Bearbeitung eines Bereiches konstant ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge eines Zyklus bei unterschiedlichen aufzutragenden Mengen konstant ist (8).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Länge eines Zyklus für unterschiedliche aufzutragende Mengen ändert (7).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 31 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerfluid von Druckluft gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 32 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerfluid ständig an dem Ventil anliegt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie selbstreinigend ausgebildet ist.
Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (12) während der Bearbeitung eines Bereiches der Werkstückoberfläche (32) mehrfach zwischen ihrer Schließposition und ihrer Öffnungsposition hin und her verlagert wird.