DE102008056899A1

DE102008056899A1 - Druckkopf mit mindestens einer Düse

Info

Publication number: DE102008056899A1
Application number: DE102008056899A
Authority: DE
Inventors: Michael Lödding; Stefan Dipl.-Ing. Schlayer; Bernhard Dr. Wiedemann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf (1) mit mindestens einer Düse (2), mittels der ein Material (3) pixelförmig auf eine Werkstückoberfläche eines Bauteils (4) aufbringbar ist. Erfindungsgemäß ist die Düse (2) in mindestens einem Freiheitsgrad einer Kontur der Werkstückoberfläche folgend frei bewegbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf mit mindestens einer Düse, mittels der ein Material pixelförmig auf eine Werkstückoberfläche eines Bauteils aufbringbar ist.
Aus der US 2006/0175431 A1 ist eine Düse bekannt, mit welcher verschiedene flüssige Materialien auf eine Werkstückoberfläche aufgebracht werden.
Bisher werden die Werkstückoberflächen mit konventionellen mittels Druckluft betriebenen Sprühköpfen beschichtet, wobei ungleichmäßige Schichtdicken und Overspray, d. h. ein Vorbeisprühen an einem Bauteil, entstehen.
Mit herkömmlichen Druckköpfen (z. B. Piezodruckköpfe, Continuous Ink Jet, Bubble Jet, etc) können bislang nur ebene Flächen mit hinreichender Qualität beschichtet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Druckkopf mit mindestens einer Düse anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Druckkopf mit mindestens einer Düse, mittels der ein Material pixelförmig auf eine Werkstückoberfläche eines Bauteils aufbringbar ist, ist die Düse in mindestens einem Freiheitsgrad einer Kontur der Werkstückoberfläche folgend frei bewegbar. Dies ermöglicht vorteilhafterweise einen einfachen und kostengünstigen Materialauftrag auf unterschiedlichst geformte Werkstückoberflächen.
Zweckmäßigerweise ist die Düse in einem ersten Freiheitsgrad individuell drehbar, in einem zweiten Freiheitsgrad individuell kippbar, in einem dritten Freiheitsgrad individuell höhenverstellbar und/oder in einem vierten Freiheitsgrad individuell längsbeweglich. Durch diese hohe Beweglichkeit in alle Richtungen ist ein gleichmäßiger Materialauftrag auf beliebig geformte Oberflächen, z. B. auch solche mit Vertiefungen und/oder Aussparungen, möglich.
In einer vorteilhaften Ausführungsform können durch eine konturspezifische Düsenanordnung im Druckkopf in Abhängigkeit von der Form der zu beschichtenden Werkstückoberfläche beispielsweise Endlosprofile schnell und kostengünstig in einem Arbeitsgang beschichtet werden. Es können beispielsweise mehrere Düsen im Druckkopf parallel nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sein oder es sind mehrere Düsen im Druckkopf um den Umfang verteilt, radial ausgerichtet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfasst ein Sensor die Kontur der Werkstückoberfläche und/oder eine Bewegung der Düse. Dieser Sensor ist mit einem Steuergerät verbunden, welches die Signale des Sensors empfängt und verarbeitet und anhand dieser Signale die Düse entlang der Kontur der Werkstückoberfläche steuert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Düsen Piezodüsen, da diese Düsenart sehr robust und genau arbeitet und steuerungstechnisch gut beherrschbar ist. Alternativ sind aber auch Ventildruckdüsen einsetzbar, ebenso Drop-on-Demand-, Continuous-Ink-Jet-, Bubble-Jet-Düsen.
Darüber hinaus sind Pixel unterschiedlicher Höhe, unterschiedlicher Durchmesser, unterschiedlicher physikalischer und/oder unterschiedlicher chemischer Eigenschaften aufbringbar. Unterschiedliche Formen der Pixel können insbesondere in wenigstens zwei Raumachsen vorliegen. Beispielsweise ist ein Pixel flacher ausgebildet und/oder ein Durchmesser des Pixels ist größer oder kleiner als der eines neben diesen angeordneten Pixels.
Verschiedene physikalische Eigenschaften können insbesondere durch Abmessungen und/oder Abmessungsverhältnisse beispielsweise nebeneinander angeordneter Pixel erzeugbar sein.
Beispielsweise kann auch in Abhängigkeit verwendeter Materialien der einzelnen Pixel eine Druckfestigkeit dieser verschieden stark ausgebildet sein. So können die Pixel je nach Anspruch an das Bauteil, z. B. hart, härter, weich und/oder weicher, ausgebildet sein.
Anhand einer Auswahl des Materials aus dem die Pixel gebildet sind, können auch chemische Eigenschaften der Pixel untereinander variieren. Beispielsweise kann ein Material der Pixel dahingehend variieren, dass je nach Anordnung ein Bereich von Pixeln eine Wasser abweisende Schicht bildet und ein weiterer Bereich von Pixeln eine Dichtwirkung des Bauteils in diesem Bereich optimiert.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Pixel relativ zueinander unterschiedlich voneinander beabstandet und angeordnet sind. Wie oben beschrieben, können die Pixel in Bereiche unterteilt sein, die jeweils verschiedene Eigenschaften aufweisen. Dabei sind die eine unterschiedliche Eigenschaft aufweisenden Bereiche der Pixel in vorteilhafter Weise entsprechend der Eigenschaft und ihrer Erforderlichkeit an einer vorgebbaren Position auf dem Bauteil angeordnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Druckkopfs mit höhenverstellbaren Düsen,
2 eine schematische Darstellung eines Druckkopfs mit kippbaren Düsen,
3 eine schematische Darstellung eines Druckkopfs mit einer konturspezifisch der Form der Werkstückoberfläche angepassten Düsenanordnung, und
4 eine schematische Darstellung eines Druckkopfs mit einer Düsenlanze.
5 eine schematische Darstellung von Bewegungsbahnen eines Druckkopfes relativ zu unterschiedlichen Bauteilen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckkopfs 1 mit höhenverstellbaren Düsen 2. Dabei umfasst der Druckkopf 1 mindestens die höhenverstellbaren Düsen 2, eine nicht näher dargestellte Zuführung für ein flüssiges, auf eine Werkstückoberfläche aufzutragendes Material 3, einen nicht näher dargestellten Sensor und ein nicht näher dargestelltes Steuergerät.
Das Bauteil 4 kann beispielsweise als eine Profildichtung, insbesondere als eine Elastomerdichtung, als ein Faltenbalg, Scheibenwischer, und/oder als schwingungs- oder reibungsverschleißgefährdetes Bauteil ausgebildet sein.
Auf das Bauteil 4 wird ein flüssiges Material 3, insbesondere ein Lack, vorzugsweise ein Gleitlack, aufgebracht. Das Material 3 wird insbesondere als einzelne Pixel, die z. B. eine kreisförmige Struktur aufweisen können, auf die Werkstückoberfläche aufgebracht.
Die Düsen 2 sind im Druckkopf 1 derart gehalten, dass einzelne oder mehrere Düsen 2 oder Gruppen von Düsen 2 in mindestens einem Freiheitsgrad beweglich sind.
Die Düsen 2 sind synchron oder asynchron alle oder mehrere miteinander beweglich.
Die Düsen 2 sind in einer Ausführungsform parallel nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet.
Der Sensor erfasst eine Kontur der Werkstückoberfläche und/oder eine Bewegung der Düse 2. Über eine Verbindung mit dem Steuergerät übermittelt der Sensor die Signale an das Steuergerät. Das Steuergerät steuert mittels der Sensorsignale die höhenverstellbaren Düsen 2 entlang der Kontur der Werkstückoberfläche. Dadurch wird eine sehr gleichmäßige Dicke der Beschichtung der Werkstückoberfläche erzielt und ein Overspray reduziert.
Die Düsen 2 werden vorzugsweise aus Piezodüsen gebildet, da mit dieser Düsenart der Auftrag des vorzugsweise flüssigen Materials 3 auf eine Werkstückoberfläche sehr gut dosiert werden kann. Beim Piezodruck werden die Eigenschaften von Piezokristallen genutzt, die sich bei Zuführung von elektrischer Spannung zu verformen. Durch die Verformung der Piezokristalle wird das flüssige Material 3 aus der Düse 2 gepresst.
Durch Verwendung verschiedener Materialien 3 können insbesondere verschiedene physikalische und/oder chemische Eigenschaften der einzelnen Pixel gezielt eingesetzt werden.
So können beispielsweise Materialien 3 derart eingesetzt werden, dass z. B. ein erstes, ein drittes und ein fünftes Pixel eine höhere Druckfestigkeit aufweisen als ein zweites und ein viertes Pixel. Dabei können beispielsweise das erste, das dritte und das fünfte Pixel eine Dichtfunktion des Bauteils 4 sicherstellen.
Hierzu kann das Material 3, beispielsweise der Gleitlack, zweckmäßigerweise mit verschiedenen Bestandteilen versehen werden, um spezielle Eigenschaften, wie beispielsweise 'Schmutz abweisend', der Pixel zu erzeugen.
Dabei können je nach Anforderung an das Bauteil 4 die Pixel in Pixelbereiche aufgeteilt werden, denen jeweils verschiedene Funktionen anhand verwendeter Materialien 3 zugeordnet sind.
In 2 ist eine schematische Darstellung eines Druckkopfs 1 mit kippbaren Düsen 2 abgebildet. Dabei umfasst der Druckkopf 1 mindestens die kippbaren Düsen 2, eine nicht näher dargestellte Zuführung für ein flüssiges, auf eine Werkstückoberfläche aufzutragendes Material 3, einen nicht näher dargestellten Sensor und ein nicht näher dargestelltes Steuergerät.
Die Düsen 2 sind derart beweglich angeordnet, dass auch bei einer unebenen Werkstückoberfläche die Düsen 2 im rechten Winkel oder zumindest nahezu im rechten Winkel zu der Werkstückoberfläche bewegt werden.
Der Sensor erfasst eine Kontur der Werkstückoberfläche und/oder eine Bewegung der Düse. Über eine Verbindung mit dem Steuergerät übermittelt der Sensor die Signale an das Steuergerät. Das Steuergerät steuert mittels der Sensorsignale die kippbaren Düsen entlang der Kontur der Werkstückoberfläche. Dadurch wird eine sehr gleichmäßige Dicke der Beschichtung der Werkstückoberfläche erzielt und ein Overspray reduziert.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckkopfs 1 mit einer konturspezifisch der Form der Werkstückoberfläche angepassten Düsenanordnung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Druckkopf 1 das Bauteil 4, beispielsweise ein Endlosprofil, insbesondere ein rundes Endlosprofil, komplett. Die Düsen 2 sind radial verlaufend um den Umfang des Druckkopfs 1 verteilt angeordnet. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Kontur des Bauteils 4 nur teilweise vom Druckkopf 1 umschlossen wird. Diese Ausführungsform ist besonders einfach in eine Fertigungslinie integrierbar und automatisierbar.
4 bildet eine schematische Darstellung eines Druckkopfs 1 mit einer Düsenlanze ab. Die Düsenlanze besteht aus einem dünnen stabförmigen Halter, auch Lanze 5 genannt, der an einem Ende am Druckkopf 1 befestigt ist und dessen anderes Ende mit einer oder mehreren Düsen 2 derart bestückt ist, dass die Düsenlanze in schmale Vertiefungen des Bauteils 4 hineinbewegt werden kann. Die Öffnungen der Düse weisen sowohl seitlich als auch nach unten auf die Werkstückoberfläche und dadurch wird auch an schwer zugänglichen Stellen eine sehr gleichmäßige Dicke der Beschichtung der Werkstückoberfläche erzielt und ein Overspray verhindert.
Zusätzlich zu den beweglichen Düsen 2 ist es möglich, den gesamten Druckkopf 1 mittels eines Roboters um das Bauteil 4 herum zu bewegen.
Ein solcher Druckkopf 1 kann beispielsweise für eine Beschichtung von Endlosprofilen direkt in eine Fertigungslinie integriert werden.
5 verdeutlicht schematisch wie der Druckkopf 1 bestückt mit mehreren beweglichen Düsen 2 und ein Bauteil 4 konturorientiert relativ zueinander in einer Beschichtungsrichtung 6 bewegt werden. Dabei können durch entsprechende Anpassung der Beschichtungsrichtung 6 beliebige Bauteile 4 beschichtet werden.

1: Druckkopf
2: Düse
3: Material
4: Bauteil
5: Lanze
6: Beschichtungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 2006/0175431 A1 [0002]

Claims

Druckkopf (1) mit mindestens einer Düse (2), mittels der ein Material (3) pixelförmig auf eine Werkstückoberfläche eines Bauteils (4) aufbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) in mindestens einem Freiheitsgrad einer Kontur der Werkstückoberfläche folgend frei bewegbar ist.
Druckkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) in einem ersten Freiheitsgrad individuell drehbar ist.
Druckkopf (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) in einem zweiten Freiheitsgrad individuell kippbar ist.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) in einem dritten Freiheitsgrad individuell höhenverstellbar ist.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) in einem vierten Freiheitsgrad individuell längsbeweglich ist.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine konturspezifische Düsenanordnung im Druckkopf (1) in Abhängigkeit der Form der zu beschichtenden Werkstückoberfläche erfolgt.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsen (2) im Druckkopf parallel nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sind.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsen (2) im Druckkopf um den Umfang verteilt, radial ausgerichtet sind.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor die Kontur der Werkstückoberfläche und/oder eine Bewegung der Düse (2) erfasst.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät mit dem Sensor verbunden ist.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät die Signale des Sensors empfängt.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät mittels der Sensorsignale die Düse (2) entlang der Kontur der Werkstückoberfläche steuert.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (2) Piezodüsen sind.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (3) in flüssiger Form auf das Bauteil (4) aufbringbar ist.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel derart auf das Bauteil (4) aufdruckbar sind, dass zumindest ein Bereich erhöht ist.
Druckkopf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pixel unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere Pixel unterschiedlicher Form, unterschiedlicher Größe, unterschiedlicher physikalischer und/oder unterschiedlicher chemischer Eigenschaften, aufbringbar sind.