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Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Auftrag einer funktionalen Schicht, insbesondere einer Farbe, auf einen keramischen Körper, wie insbesondere eine Glasplatte.
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Derartige Auftragsverfahren sind bekannt. Es wird beispielsweise auf die
DE 19718 303 C1 verwiesen.
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Insbesondere zur Herstellung individueller Aufträge von funktionalen Schichten, vorzugsweise individueller Farbaufträge auf dem keramischen Körper bzw. zur Herstellung kleiner Serien so mit funktionalen Schichten versehener keramischer Körper wird nach einem vorteilhaften Verfahren gesucht. Weiter besteht Bedarf an einer diesbezüglichen Vorrichtung, sowie Farben, die für das Verfahren geeignet sind.
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Ausgehend von dem genannten Stand der Technik stellt sich der Erfindung die Aufgabe, ein vorteilhaftes Verfahren zum Auftrag einer eine funktionale Schicht bildenden Formulierung auf einem keramischen Körper sowie eine insbesondere hierfür geeignete Vorrichtung anzugeben, sowie Farben, die für das Verfahren geeignet sind.
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Eine mögliche Lösung der Aufgabe ist nach einem ersten Erfindungsgedanken durch ein Verfahren gegeben, bei dem darauf abgestellt ist, dass der Auftrag der Formulierung, insbesondere also der Farbauftrag, mittels einer oder einer Mehrzahl von Auftragsdüsen vorgenommen wird, die von der unter Druck stehenden Formulierung bzw. einer unter Druck stehenden Farbformulierung beaufschlagt sind, wobei der Auftrag von Düsennadeln bzw. von einem Stößel gesteuert wird, mit welchen eine Düsenöffnung zum Austritt der Formulierung freigebbar ist, wobei weiter eine Düsennadel bzw. der Stößel fest mit einer von ihr durchsetzten Membran verbunden ist, welche Membran einen der Düsenöffnung abgewandten, von der Düsennadel bzw. dem Stößel durchsetzten Raum fluiddicht abdichtet, wobei sie zugleich die zur Öffnung und Schließung der Auftragsdüse erforderliche Bewegung zulässt und der Raum zur Nutzung als Druckraum von einem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagt wird.
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Neben dem Auftrag von Farben kann es sich auch um einen Auftrag von metall- oder metallhaltigen Verbindungen oder nichtmetallischen Verbindungen handeln, z. B. zur Herstellung von Leiterbahnen oder anderen funktionalen Schichten. Darüber hinaus können auch sonstige verflüssigbare oder flüssige Formulierungen mittels dieses Verfahrens und der weiter hier auch beschriebenen Vorrichtung auf derartige Körper aufgetragen werden, wobei je nach funktionaler Schicht der Körper auch nicht notwendig ein keramischer Körper sein muss.
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Es hat sich gezeigt, dass ein derartiges Verfahren unter Nutzung günstiger Anlagemittel einen effizienten Auftrag solcher funktionalen Schichten auf einen keramischen Körper ermöglicht. Dadurch, dass es sich um von Düsennadeln bzw. von einem Stößel verschlossene Auftragsdüsen handelt, können auch Formulierungen relativ hoher Viskosität, z. B. bedingt durch hohen Feststoffanteil verwendet werden. Die Verbindung der Düsennadel mit der Membran und die Nutzung des fluidabgedichteten Raumes als Druckraum von einem unter Druck stehenden Fluid ermöglicht ein rasches Öffnen und Schließen der Auftragsdüse, so dass auch bei vergleichsweise rascher Bewegung des keramischen Körpers relativ zu den auf der Auftragsseite darüber befindlichen Auftragsdüsen hoch differenzierte Auftragsmuster herstellbar sind. Das Verfahren ist also auch im Hinblick auf eine hohe Produktivität vorteilhaft. Der Auftrag der Formulierung, also beispielsweise der Farbe, erfolgt grundsätzlich in Form von einzelnen Punkten, infolge intermittierenden Öffnen der Düsenöffnung, wobei je nach Steuerung des Verfahrens dann aber eine Punkt- wie auch eine Linienstruktur erreicht werden kann.
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Gegenständlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Auftrag von Farben bzw. Formulierungen anderer Funktionalität auf einen keramischen Körper wie insbesondere eine Glasplatte. Hierbei ist insbesondere darauf abgestellt, dass eine einzelne oder eine Mehrzahl von neben- und/oder hintereinander angeordneten Auftragsvorrichtungen, die eine Ausgabedüse und eine zur Steuerung des Auftrags dienende Verschlussnadel bzw. eines Verschlussstößels aufweisen, vorgesehen sind. Weiter ist eine Transportvorrichtung vorgesehen, um den keramischen Körper unter der Auftragsvorrichtung entlang zu bewegen, zur Erzeugung punkt-, streifen- und linienartiger Schichten auf dem keramischen Körper. Die Auftragsvorrichtung bewegt sich hierbei, jedenfalls relativ gesehen, quer bzw. quer zu einer Bewegungsrichtung des keramischen Körpers. Es ist auch möglich, dass der keramische Körper still steht und nur die Auftragsvorrichtung relativ zu diesem bewegt wird. Zuletzt ist es auch möglich, dass beide, der keramische Körper und die Auftragsvorrichtung, relativ zu einem absoluten Bezugspunkt bewegt werden.
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Nachstehende Ausführungen betreffen sowohl den verfahrensmäßigen wie den gegenständlichen Aspekt der Erfindung. Hierbei wird auch im Hinblick auf eine Farbe eine besondere Zusammensetzung und Ausbildung, die grundsätzlich auch eigenständige Bedeutung haben kann, beschrieben.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung und der Zeichnung, oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zu dem bereits erläuterten Anspruchskonzept beschrieben bzw. dargestellt, sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einem oder mehreren einzelnen Merkmalen, die hier beschrieben oder zeichnerisch dargestellt sind, oder unabhängig oder in einem anderen Gesamtkonzept von Bedeutung sein.
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So ist es bevorzugt, dass die Düse einen Öffnungsdurchmesser, bei bevorzugt kreisförmiger Ausbildung, von 0,1 mm oder mehr, beispielsweise bis hin zu 1,0 mm aufweist.
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Hinsichtlich der Farbformulierung ist bevorzugt, dass es anorganische Bestandteile in einem Anteil von 40% oder mehr enthält. Der Anteil ist hier auf Gewichtsprozente bezogen. Bis zu 60% bestehen aus einem flüssigen Medium, dem zusätzlich andere Additive in der Größenordnung von 5–20% zugesetzt sind. Das Medium kann auf Wasser basieren (z. B. 801023 und 801029 der Ferro GmbH, Frankfurt) oder auf höher siedenden organischen Flüssigkeiten, wie höherwertigen Alkoholen, Estern und Ölen (z. B. 801026 der Ferro GmbH, Frankfurt). Besonders bevorzugt sind Glykolether wie z. B. Dowanol, DPM, Dowanol DPM. Im Falle von Wasser oder auch niedriger siedendem Dowanol PM ist es von Vorteil, dass die aufgetragene Schicht relativ schnell trocknet, also ohne weitere Zwischentrocknung der Auftrag einer weiteren Farbe möglich ist.
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Zur Einstellung der Viskosität, des Sprühverhaltens, des Fliessverhaltens können weitere organische Additive vorgesehen sein. Solche organischen Additive oder Bestandteile können insbesondere Verbindungen aus der Gruppe der Glykolether sein. Weiter ist bevorzugt, dass die Farbformulierung Glasfarbenpulver enthält, das eine mittlere Partikelgröße von mehr als 1 μm aufweist. Eine Obergrenze dieser Partikelgröße kann beispielsweise bei 10 μm liegen Die Viskosität einer solchen Farbformulierung ist vorzugsweise vergleichsweise hoch. Beispielsweise im Bereich von 600 bis 3000 mPas für Farben, die auf organischen Mitteln basiert sind und im Bereich von 100 bis 600 mPas für wasserbasierte Systeme.
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Ein Pigmentanteil, insbesondere im Falle einer Farbe, bezogen auf den Gesamtanteil der enthaltenen anorganischen Bestandteile (d. h. bspw. des Glasfarbenanteils) liegt bevorzugt zwischen 0 und 30 Gewichtsprozent, weiter bevorzugt zwischen 15 und 25 Gewichtsprozent der insgesamt enthaltenen anorganischen Bestandteile. 70% bis 100% bzw. 75% bis 85% bestehen aus einem Glaspulver, das beim Einbrennen das oder die Pigmente auf dem Substrat fixiert. Diese an organischen Bestandteile können auch andere funktionale pulverförmige Substanzen beinhalten, wie z. B. Gerüststrukturen wie Zeolithe, Metalloxide, Metallpulver, organische Metallverbindungen und mit Edelmetallen dotierte anorganische Pulver.
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Auch kann im Fall von Farben die gesamte Formulierung fotokatalytische Bestandteile aufweisen, die eine Aushärtung mittels UV-Strahlen ermöglichen. Des Weiteren können die Formulierungen auf so genannten thermoplastischen Medien beruhen, die beispielsweise im Temperaturbereich von 40–80° so flüssig sind, dass sie mit der in diesem Fall heizbaren Druckvorrichtung anwendbar sind. Auf dem Substrat erkaltet die Formulierung zu einer festen Schicht. Auch hier ist von Vorteil, dass die aufgetragene Schicht relativ schnell stabil ist, also ohne weitere Zwischentrocknung der Auftrag einer weiteren Farbe möglich ist Die Farben können ferner Zusätze enthalten wie Biozide, Entschäumer und Dispersionshilfsmittel, die die Haltbarkeit garantieren, eine Schaumbildung unterdrücken, sowie – insbesondere von Bedeutung – einem Absetzen der anorganischen Feststoffpartikel entgegenwirken und somit die Suspension also so gut stabilisieren, dass die Formulierung, bzw. konkret Farben, mit diesem Verfahren anwendbar sind. Besonders bewährt hat sich hier als Dispersionsmittel Disperbyk111. Ferner können je nach Wunsch Mittel vorhanden sein, die die Oberflächenspannung erniedrigen und so ein breites Ausfließen des Mediums, insbesondere der Farbe, ermöglichen.
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Nach dem Auftragen der Farbformulierung wird der beschichtete keramische Körper, vorzugsweise die Glasplatte, bei Temperaturen von größer 80°C getrocknet und anschließend in einem Ofen bei 500–700°C gebrannt. Es können aber auch höhere Temperaturen zur Anwendung kommen, beispielsweise bis hin zu 1400°C oder 1500°C. Dies insbesondere in Bezug auf keramische Körper, die beispielsweise aus Porzellan bestehen. Nach dem Brand haftet die Schicht abriebfest auf der Oberfläche des Gegenstands.
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Bezüglich einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Gegenstandes, bei der mit einer Mehrzahl von Auftragsdüsen gearbeitet wird, ist es bevorzugt, dass diese rasterartig neben und/oder hintereinander angeordnet werden. Ein mittlerer Abstand der Düsen, bezogen jeweils auf den Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt eines Düsenquerschnitts, liegt bevorzugt zwischen 5 und 50 mm in einer Richtung quer zu Transportrichtung des keramischen Körpers und zwischen 0,2 und 5 mm in einer Richtung in Transportrichtung des keramischen Körpers (diese Richtung stellt bevorzugt die Hauptbeschichtungsrichtung dar). Liegt die Hauptbeschichtungsrichtung jedoch quer zur Haupttransportrichtung des keramischen Körpers, sind die Abstände bezogen jeweils auf den Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt eines Düsenquerschnitts bevorzugt zwischen 0,2 mm und 5 mm in einer Richtung quer zur Transportrichtung des keramischen Körpers und 5 mm und 50 mm in einer Richtung in Transport richtung des keramischen Körpers. Mittels einer geeigneten Steuerung, ggf. auch einer Bewegung der keramischen Körper in Querrichtung zur allgemeinen Transportrichtung oder durch Bewegung der Auftragsvorrichtung in diese Richtung, kann auch ein überlappender oder rasterartiger Auftrag auf dem keramischen Körper erhalten werden. Bevorzugt ist eine solche Steuerung, dass sich eine Linienstruktur ergibt Insbesondere ist es bevorzugt, dass hierzu an sich, als Sprühpistolen bekannte Geräte verwendet werden. Insbesondere Geräte, wie sie in der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 102009026257.1 offenbart sind. Der Offenbarungsgehalt dieser genannten Anmeldung wird hiermit vollständig, auch zum Zwecke, Merkmale der genannten Anmeldung in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen, in den Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldung mit einbezogen.
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Bevorzugt erfolgt jedoch während des Farbauftrags auf den keramischen Körper keine Luftzufuhr. Es wird kein Versprühen der Formulierung vorgenommen, sondern lediglich ein Extrudieren.
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Ein solches Auftragsgerät weist einen Fluidraum auf, der spritzdüsenseitig der Membran gegeben ist. Hierin wird die Formulierung aus einem Vorratsbehältnis unter Druck eingegeben. Die Düsennadel bzw. der Stößel ist federvorgespannt in der Verschlussstellung vorgesehen. Dadurch, dass der rückwärtige Raum als Druckraum von einem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagbar vorgesehen ist, muss eine Federvorspannung der Verschlussnadel bzw. des Stößels in die Verschlussstellung nicht so stark vorgesehen sein. Beziehungsweise es kann mit Drücken gearbeitet werden, die wesentlich höher sind, als es normale Verschlussvorspannungen solcher Verschlusselemente erlauben.
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Die Maßnahme, den genannten Raum zur Nutzung als Druckraum von einem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagbar vorzusehen, schließt auch ein, dass dieser Raum bevorzugt hermetisch abgeschlossen ausgebildet ist. Ein darin befindliches Fluid kann durch die Bewegung der Membran selbst, wenn auf der anderen Seite der Druck aus dem Fluidraum herrscht, den Gegendruck erzeugen. Es kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit eines typischen Betätigungsablaufs oder in Abhängigkeit eines auf der Fluidseite gemessenen Druckes, beispielsweise durch eine Kolbenzylindereinheit, der Druck in dem Druckraum aktiv reguliert wird.
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Jedenfalls kann erreicht sein, durch Nutzung des genannten Raumes als Druckraum, durch ein unter Druck stehendes Fluid beispielsweise beaufschlagt, dass eine zusätzliche Kraft in Richtung Verschlussrichtung der Düsennadel aufgebracht werden kann.
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Diese zusätzliche Kraft ist bevorzugt soweit an den Druck, unter welchem die Formulierung steht, angepasst bzw. entspricht diesem Druck nahezu, dass nur noch eine geringe Federkraft zur Erreichung der Verschlussstellung erforderlich ist. Grundsätzlich kann der Druck in dem Druckraum auch so gesteuert sein, dass hierdurch die genannte Feder nicht mehr erforderlich ist Jedenfalls kann es ausreichen, dass die Feder so eingestellt ist, dass sich die Düsennadel sicher in der Verschlussstellung befindet, wenn die Formulierung drucklos ist oder unter einem vorbestimmten Druck steht.
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Hierzu ist es bevorzugt, dass der Druckraum mit einer von der Farbeintragung gesonderten Leitung verbunden ist. Diese Leitung kann weiter bevorzugt eine Druckluftleitung sein. Sie kann insbesondere mit einem Druckluftraum verbunden sein, der zugleich die Farbe beaufschlagt.
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Die genannte Membran, die bevorzugt aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise einem Gummiwerkstoff, bevorzugt einem mehrlagigen Werkstoff, wobei eine Lage eine Gummilage sein kann, besteht, muss nicht notwendig als im Wesentlichen gespannte Membran vorliegen. Es kann sich auch um eine Faltenbalg-ähnliche Abdichtung zwischen den Räumen handeln. Letzteres empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die Formulierung beispielsweise ein flüssiges Metall ist, da die Membran dann ersichtlich auch in erheblicher Weise temperaturbeständig ausgebildet sein muss. Eine Ausführung der Membrane aus einem flexiblen geeignet ausgebildeten Metall ist ebenfalls für diese Anwendung denkbar.
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Das Fluid, welches auf die Membran oder eben den genannten Faltenbalg wirkt, kann auch ein Öl sein. Es kann sich auch um die Formulierung, also insbesondere die Farbe beispielsweise handeln.
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Insgesamt ermöglicht diese Ausgestaltung, mit einem relativ hohen, auf die Formulierung wirkenden Austragungsdruck, zu arbeiten.
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Unterhalb der Auftragsdüsen befindet sich eine Transportvorrichtung. Beispielsweise ein Transportband. Auf die Transportvorrichtung können mit der Formulierung zu beaufschlagende Körper, insbesondere keramische Körper, aufgelegt werden und unterhalb der bevorzugt feststehenden Auftragsdüsen entlang transportiert werden. Der Transport erfolgt bevorzugt in einer horizontalen Ebene. Weiter bevorzugt ist die Transportgeschwindigkeit einstellbar. Beispielsweise wird mit Transportgeschwindigkeiten von 0,05 bis 2,0 m/s gearbeitet. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Körper stillsteht und die Auftragsdüsen mittels einer geeigneten Vorrichtung relativ zu diesem bewegt werden.
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Ein Auftragszyklus setzt sich aus einer Düsenöffnumgszeit und einer DüsenSchließzeit zusammen. Ein Auftragszyklus kann sich insgesamt über eine Zeitdauer von beispielsweise 0,5 bis 15 msek erstrecken. Eine Düsenöffnungszeit ist in dem Auftragszyklus bevorzugt im Bereich von 30 bis 90% der Zyklus Gesamtzeit vorgesehen.
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Bevorzugt wird eine Schichtdicke, insbesondere eine Farbschichtdicke, die sich ebenfalls durch Parameter wie Transportgeschwindigkeit und/oder Öffnungszeit der Düse und/oder Viskosität der Formulierung oder weitere Parameter einstellen lässt, im Bereich von 10 bis 100 μm. Diese Schichtdicke entspricht der Schichtdicke nach dem Einbrennen.
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Die vor- und nachstehend angegebenen Bereiche bzw. Wertebereiche schließen hinsichtlich der Offenbarung auch sämtliche Zwischenwerte ein, insbesondere in. Ein-Zehntelschritten der jeweiligen Dimension, also beispielsweise 1/10 mm oder 1/10 μm oder 1/10%, einerseits zur Eingrenzung der genannten Bereichsgrenzen von unten oder oben, alternativ oder ergänzend aber auch im Hinblick auf die Offenbarung eines oder mehrerer singulärer Werte aus dem jeweiligen Bereich. Dies betrifft auch Bereichsgrenzen, die dimensionslos angegeben sind, wobei insoweit die Zahlenwerte als solche – sei es als Einschränkung und/oder als singuläre Zahlenwerte – in die Offenbarung eingeschlossen sind.
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Nachstehend ist die Erfindung weiterhin anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, die aber lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellt. Hierbei zeigt
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1 eine perspektivische Gesamtansicht einer Auftragsvorrichtung;
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2 die Vorrichtung gemäß 1 in der Seitenansicht;
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3 die Vorrichtung gemäß 1 in der Draufsicht;
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4 einen Querschnitt durch den Gegenstand gemäß 3, geschnitten entlang der Linie IV-IV;
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5 eine Vergrößerung der Darstellung gemäß 4.
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Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung 1, die als Ausführungsbeispiel zum Auftrag von Farbe auf einen keramischen Körper, der hier als Glasplatte 2 vorgesehen ist. Diese Ausführungen haben aber auch Bedeutung im Falle, dass die Formulierung keine Farbe ist. Die Glasplatte bzw. der keramische Körper hat bevorzugt eine Dicke zwischen 1 und 10 mm. Es sind eine Mehrzahl von neben- und hintereinander angeordneten Farbauftragsvorrichtungen 3 vorgesehen. Diese Farbauftragsvorrichtungen, siehe beispielsweise 4, weisen jeweils eine Ausgabedüse 5 auf, wobei zur Steuerung des Farbauftrags eine Verschlussnadel 6 vorgesehen ist. Weiter ist eine Transportvorrichtung 4 vorgesehen, um den Körper, hier die Glasplatte 2, unter den Ausgabedüsen 5 entlang zu bewegen, zur Erzeugung von streifen-, punkt- oder linienartiger Farbschichten auf der Glasplatte 2. Die Art der Farbschicht ergibt sich durch eine Steuerung der Verschlusszeiten der Auftragsdüsen und/oder der Geschwindigkeit, mit welcher ein keramischer Körper unter den Auftragsdüsen vorbeibewegt wird und/oder die Steuerung der zeitlichen Abfolge beispielsweise auch Gleichzeitigkeit, der neben- und/oder hintereinander angeordneten Auftragsdüsen ist der Abstand zwischen den einzelnen Düsen konstruktiv bedingt zu groß, so können diese auch schräg und somit versetzt angeordnet werden.
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In weiterer Einzelheit, mit Bezug zu den 4 und 5, ist bezüglich einer solchen Auftragsdüse folgender Aufbau gegeben.
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Die Düsennadel bzw. der Stößel ist zunächst rückwärtig durch ein nicht in weiterer Einzelheit dargestelltes Anschlagteil in ihrer Bewegung begrenzt Die Düsennadel bzw. der Stößel wird bevorzugt durch einen Elektromagneten bzw. durch einen Piezo Kristal betätigt Hierzu ist ein hier nur angedeuteter Magnet 7 vorgesehen und die Düsennadel bzw. der Stößel selbst, oder ein mit dieser verbundenes Teil, magnetisierbar. Es ist auch vorstellbar, das der Magnet 7 durch einen Piezo Kristal als Betätigungselement ersetzt wird.
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Die Düsennadel 6 ist weiter mit einem Druckteller 8 verbunden, der zwei Halteteile 8' und 8'' aufweist. Die Teile 8' und 8'' schließen zwischen sich eine Membran 9 ein. Die Membran 9 ist randseitig in einem Gehäuseteil 10 der Auftragsvorrichtung dichtend aufgenommen. Vermittels des Drucktellers 8 ist die Membran 9 auch druckdicht mit der Düsennadel 6 verbunden. In der Darstellung befinden sich die Düsennadeln 6 in der jeweiligen Verschlussstellung. Die neben- und bevorzugt auch hintereinander angeordneten Auftragsdüsen sind bevorzugt so vorgesehen, dass die in Transportrichtung hinter einer ersten, quer zur Transportrichtung sich erstreckenden Auftragsdüsenreihe befindlichen Auftragsdüsen versetzt zu den davor befindlichen Auftragsdüsen angeordnet sind, ggf. auch in einer weiteren Reihe nochmals versetzt, so, dass auch ein geschlossenes Farbbild erzeugbar ist. Sie sind „auf Lücke” angeordnet.
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Ebenfalls ist es möglich, dass die Lücke zwischen den Düsen durch Schrägstellung des Auftragskopfes verringert wird.
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Es ist ersichtlich, dass die Membran 9 die zur Öffnung und Schließung der Auftragsdüse erforderliche Bewegung der Düsennadel 6 zulässt. Die Membran 9 besteht beim Ausführungsbeispiel aus einem elastischen Material. Es kann sich beispielsweise um ein Gummimaterial oder thermoplastisches Elastomer handeln.
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Die Düsennadel 6 ist durch eine Druckfeder 11 in die Verschlussstellung vorgespannt. Hierzu ist die Düsennadel 6 in einem einen Anschlagteller 12 aufweisenden Aufnahmeteil 13 aufgenommen. Das Aufnahmeteil 13 liegt lose an dem nicht dargestellten Anschlagteil an.
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Die Druckfeder 11 stützt sich einerseits an dem Anschlagteller 12 ab, andererseits gehäuseseitig auf einem Ansatz 14.
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Die Membran 9 dichtet den Raum 15 ab, der als Druckraum genutzt ist.
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Hierzu ist der Raum 15 mit einem nicht dargestellten Druckluftraum mittels einer Druckluftleitung 16 verbunden. Der Druckluftraum befindet sich beispielsweise in einem ebenfalls nicht dargestellten Farbvorratsbehältnis. Mittels der Druckluft kann zugleich auch die in dem Farbvorratsbehältnis befindliche Farbe druckbeaufschlagt sein. Über eine außenstehende Druckluftquelle kann die Druckbeaufschlagung der Farbe in dem Farbvorratsbehältnis erreicht sein.
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Von dem Farbvorratsbehältnis geht weiter eine Farbleitung 17 aus, welche in die Spritzkammer 18 der Auftragsvorrichtung mündet.
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Dadurch, dass der Raum 15 durch die Druckluft beaufschlagt ist, die zugleich auch die Farbe in dem Farbvorratsbehältnis beaufschlagt, ist in dem Raum 15 immer ein gleicher Druck gegeben, der auch auf die Farbe wirkt. Insofern ist eine sehr vorteilhafte Austarierung der Kräfte gegeben, so dass sich eine leichte und schnelle Betätigung der Auftragsvorrichtung durchführen lässt.
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Folgende Farben können beispielsweise hergestellt und verwendet werden, mit den aufgezeigten Ergebnissen. Die Mischung erfolgte jeweils mit einem Dreiwalzwerk. Die Viskositätswerte wurden unter Nutzung eines Gerätes Bohlin CVO 120 HRNF in Abhängigkeit der Scherrate (in 1/s) gemessen.
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Beispiel 1:
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Als Farbe wurde 75 g schwarzes Farbpulver 144001 mit 35 g eines Mediums 801026 und 5 g Disperbyk111 gemischt. Die Viskosität wurde unter Nutzung des Gerätes Bohlin CV 120 HRNF gemessen. Die Viskosität wurde durch Verdünnung mit Dowanol DPM auf 1000 +/– 50 mPas (bei einer Scherrate von 200 1/s) eingestellt. Es wurde gefunden, dass die Dicke und Breite des Farbauftrages hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck, der Frequenz der Öffnungszyklen und der Öffnungszeit der Düse abhängt. Es gab keine Spritzer. Die Linienbreite von etwa 2 mm zeigte eine gute Konturschärfe.
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Beispiel 2:
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Es wurde eine Farbe aus 75 g schwarzem Farbpulver 144001 (der Ferro GmbH, Frankfurt) mit 35 g eines Mediums 801026 (der Ferro GmbH, Frankfurt) sowie 5 g Disperbyk111 gemischt. Die Viskosität wurde durch Verdünnen mit Dowanol DPM auf 1200 +/– 50 mPas (bei einer Scherrate von 200 1/s) eingestellt. Das Ergebnis zeigte, dass die Dicke und Breite des Farbauftrages hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck abhängig ist, der Frequenz der Öffnungszyklen und der Öffnungszeit der Düse. Es entstanden keine Spritzer. Die Linienbreite ergab sich auf zu etwa 2 mm und hatte eine gute Konturschärfe.
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Beispiel 3:
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Eine weitere Farbe wurde hergestellt aus 75 g schwarzem Farbpulver 144001 (der Ferro GmbH, Frankfurt), gemischt mit 40 g eines Mediums 801026 (der Ferro GmbH, Frankfurt) mit 5 g Disperbyk111 (der BYK-CHEMIE GmbH). Die Viskosität wurde unter Beigabe von Dowanol DPM auf 350 +/– 50 mPas (bei 200 1/s) eingestellt. Es wurde gefunden, dass die Dicke und Breite des Farbauftrags hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck, der Frequenz und der Öffnungszyklen und der Öffnungszeit der Düse abhängt. Es ergaben sich gewellte Linien, die Konturschärfe war nicht zufriedenstellend. Zudem traten Spritzer auf was offensichtlich auf die zu geringe Viskosität zurückzuführen ist Umgekehrt kommt es bei zu hohen Viskositäten (> 2000 mPas) zu unregelmäßiger Tropfenbindung und Störung im Materialfluss innerhalb des Düsenkörpers.
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Beispiel 4:
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Es wurde eine Farbe aus 75 g schwarzem Farbpulver 144001 (der Ferro GmbH, Frankfurt) mit 35 g eines Mediums 801026 (der Ferro GmbH, Frankfurt) sowie 5 g Disperbyk111 gemischt. Die Viskosität wurde durch Verdünnen mit Dowanol DPM auf 1500 +/– 50 mPas (bei einer Scherrate von 200 1/s) eingestellt. Das Ergebnis zeigte, dass die Dicke und Breite des Farbauftrages hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck abhängig ist, der Frequenz der Öffnungszyklen und der Öffnungszeit der Düse. Es entstanden keine Spritzer. Die Linienbreite ergab sich auf zu etwa 1,5–2 mm und hatte eine sehr gute Konturschärfe.
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Beispiel 5:
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Eine weitere hergestellte Farbe bestand aus 75 g weißem Farbpulver 194001 (der Ferro GmbH, Frankfurt) gemischt mit 35 g eines Mediums 801026 und sowie 5 g Disperbyk111. Die Viskosität wurde unter Verdünnung mit Dowanol DPM auf 1000 +/– 50 mPas (gemessen bei einer Scherrate von 200 1/s) eingestellt. Im Ergebnis wurde gefunden, dass Dicke und Breite des Farbauftrages hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck abhängt, weiter von der Frequenz der Öffnungszyklen und der Öffnungszeit der Düse. Es ergaben sich keine Spritzer, die Linienbreite betrug etwa 2 mm und zeigte eine gute Konturschärfe.
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Beispiel 6:
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Eine weitere Farbe wurde hergestellt aus 80 g schwarzem Farbpulver TDF9071a (der Ferro GmbH, Frankfurt), gemischt mit 25 g eines Mediums 801026, und 1,5 g Disperbyk111. Die Viskosität wurde durch Zugabe von Dowanol DPM auf 1000 +/– 50 mPas (bei einer Scherrate von 200 1/s) eingestellt. Es wurde gefunden, dass die Dicke und Breite des Farbauftrags hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck, der Frequenz der Öffnungszyklen und der Öffnungszeiten der Auftragsdüse abhängt. Die Linienbreite betrug etwa 2 mm und zeigte eine gute Konturschärfe.
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Beispiel 7:
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Eine weitere Farbe wurde hergestellt aus 80 g blauem Farbpulver TDF9073a (der Ferro GmbH, Frankfurt) gemischt mit 25 g eines Mediums 801026, und 1,5 g Disperbyk111. Die Viskosität wurde durch Zugabe von Dowanol DPM auf 1500 +/– 50 mPas (bei einer Scherrate von 200 1/s) eingestellt. Es zeigte sich, dass die Dicke und Breite des Farbauftrags hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck, der Frequenz der Öffnungszyklen und der Öffnungszeiten der Auftragsdüse abhängt. Die Linienbreite betrug etwa 2 mm und zeigte eine gute Konturschärfe.
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Beispiel 8:
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Eine weitere Farbe wurde hergestellt aus 80 g gelben Farbpulver TDF9074a (der Ferro GmbH, Frankfurt) gemischt mit 25 g eines Mediums 801026, und 1,5 g Disperbyk111. Die Viskosität wurde durch Zugabe von Dowanol DPM auf 1500 +/– 50 mPas (bei einer Scherrate von 200 1/s) eingestellt. Es zeigte sich, dass die Dicke und Breite des Farbauftrags hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck, der Frequenz der Öffnungszyklen und der Öffnungszeiten der Auftragsdüse abhängt. Die Linienbreite betrug etwa 2 mm und zeigte eine gute Konturschärfe.
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Beispiel 9:
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Eine weitere Farbe wurde hergestellt aus 80 g weißem Farbpulver TDF9070a (der Ferro GmbH, Frankfurt) gemischt mit 25 g eines Mediums 801026, und 1,5 g Disperbyk111. Die Viskosität wurde durch Zugabe von Dowanol DPM auf 1500 +/– 50 mPas (bei einer Scherrate von 200 1/s) eingestellt. Es zeigte sich, dass die Dicke und Breite des Farbauftrags hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck, der Frequenz der Öffnungszyklen und der Öffnungszeiten der Auftragsdüse abhängt. Die Linienbreite betrug etwa 2 mm und zeigte eine gute Konturschärfe.
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Beispiel 10:
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Eine weitere Farbe wurde hergestellt aus 80 g schwarzem Farbpulver TDF9071a (der Ferro GmbH, Frankfurt) gemischt mit 18 g Wasser (dest.), 3 g eines Mediums 801023, 1,5 g eines Mediums 801029 und 1,5 g Disperbyk111. Die Viskosität wurde durch Zugabe von Wasser (dest.) auf 300 +/– 50 mPas (bei einer Scherrate von 200 1/s) eingestellt. Es zeigte sich, dass die Dicke und Breite des Farbauftrags hauptsächlich von dem auf die Farbe ausgeübten Druck, der Frequenz der Öffnungszyklen und der Öffnungszeiten der Auftragsdüse abhängt. Die Linienbreite betrug etwa 2 mm und zeigte eine gute Konturschärfe.
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Folgende Beispiele verdeutlichen insbesondere mögliche Verfahrensparameter:
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Beispiel 11:
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Eine Farbe mit einer Viskosität von 1500 mPas wurde ausgebracht aus einer Düse auf einen keramischen Körper, speziell eine Glasplatte, die mit einer Geschwindigkeit von 0,5 m/sek unterhalb der Düse vorbeibewegt wurde. Die Düse hat eine kreisförmige Öffnung mit einem Durchmesser von 0,5 mm. Der Materialdruck war auf 2,5 bar eingestellt. Die Zykluszeit auf 2,5 msek, wobei hiervon 1,8 msek Öffnungszeit war. Es ergab sich eine Linienbreite von 3,0 mm. Der Farbauftrag war deckend.
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Beispiel 12:
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In Bezug auf Beispiel 11 wurde der Materialdruck auf 1,5 bar geändert und die Zykluszeit auf 10 msek, wobei die Öffnungszeit 3,6 msek war. Es ergaben sich getrennte Punkte, mit einer Breite von 2,0 mm.
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Beispiel 13:
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In Bezug auf Beispiel 11 wurde die Geschwindigkeit auf 0,2 m/sek gesenkt und der Materialdruck auf 1,0 bar. Die Zykluszeit wurde auf 10 msek eingestellt, wobei hiervon 1,8 msek Öffnungszeit war. Es ergab sich eine Linienbreite von 2,2 mm, wobei eine Punktstruktur der Linie noch erkennbar war.
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Beispiel 14:
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Gegenüber dem vorherigen Beispiel 13 wurde die Öffnungszeit in der Zykluszeit auf 7,2 msek erhöht. Es ergab sich eine Linienbreite von 3 mm, wobei eine Punktstruktur der Linie nicht mehr sichtbar war. Die Konturen waren allerdings vergleichsweise unscharf.
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Beispiel 15:
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Es wurde grundsätzlich mit den Parametern von Beispiel 11 gearbeitet, jedoch mit einer Farbe, die eine Viskosität von 800 mPas aufwies. Es ergab sich eine (gleiche) Linienbreite von 3,0 mm.
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Beispiel 16:
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Bei gleichen sonstigen Werten wie in Beispiel 15, jedoch einer Absenkung des Materialdrucks auf 1,5 bar ergab sich eine Linienbreite von 2,6 mm. Die Linien waren auch durchscheinend, zurückzuführen auf die vergleichsweise geringe Viskosität, die mit einem geringeren Feststoffanteil der Farbe einhergeht.
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Beispiel 17:
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Bei gleichen Parametern wie im vorhergehenden Beispiel 16, jedoch einer Zykluszeit von 10 msek, wobei 1,8 msek Öffnungszeit gegeben war, ergaben sich getrennte Punkte einer Breite von 1,8 mm. Die Punkte waren auch leicht durchscheinend.
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Beispiel 18:
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Bei gleichen Parametern wie im Beispiel 11, jedoch unter Nutzung einer Farbe mit einer vergleichsweise hohen Viskosität von 2250 mPas, ergab sich eine Linienbreite von 1,4 mm, wobei eine Punktstruktur erkennbar war.
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Grundsätzlich konnte festgestellt werden, dass eine Linienbreite mit steigender Viskosität abnimmt, wobei vergleichsweise schmale Linien, also etwa unterhalb einer Linienbreite von 1,5 mm, dazu neigen, die Punktstruktur sichtbar werden zu lassen. Dies geht auch mit abnehmender Konturschärfe einher.
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Beispiel 19:
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Bei einer Geschwindigkeit der Glasplatte relativ zu der Düse von 0,5 msek, einer Düsenöffnung mit einem Durchmesser von 0,5 mm, einem Materialdruck von 2,0 bar und einer Zykluszeit von 10 msek, wobei die Öffnungszeit auf 7,2 msek eingestellt war, ergab sich eine Punktstruktur, mit einer Punktbreite von 2,5 bis 3 mm. Teilweise waren die Punkte jedoch durch „Schläuche” miteinander verbunden, was auf eine hohe Tendenz zum Zusammenhalt solcher Farbe relativ hoher Viskosität zurückgeführt wird.
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Beispiel 20:
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Bei wiederum Nutzung einer Farbe einer Viskosität von 2250 mPas und einer Geschwindigkeit der Glasplatte relativ zu der Düse von 0,5 m/sek, einer Düsenöffnung mit einem Durchmesser von 0,3 mm, einem Materialdruck von 2,0 bar und einer Zykluszeit von 10 msek, wobei die Öffnungszeit 1,8 msek betrug, ergab sich eine Punktstruktur mit einer Punktbreite von 1 bis 1,5 mm. Die Punkte waren stark durchscheinend. Es konnte erkannt werden, dass die ausgebrachte Materialmenge bei einer vergleichsweise hohen Viskosität durch eine vergleichsweise kleine Düse stark vermindert wird.
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Beispiel 21:
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Bei gleichen Werten wie in Beispiel 20, jedoch einer Öffnungszeit der Düse von 7,2 msek, ergab sich eine Punktbreite von 2 mm. Der Farbauftrag war nahezu deckend.
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Beispiel 22:
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Bei Parametern entsprechend Beispiel 20, jedoch einer Zyklus- und Öffnungszeit von 2,5 msek bzw. 1,8 msek ergab sich eine Linienbreite von 1,8 bis 2 mm.
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Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Glasplatte
- 3
- Farbauftragsvorrichtung
- 4
- Transportvorrichtung
- 5
- Ausgabedüse
- 6
- Düsennadel/Verschlussnadel
- 7
- Magnet
- 8
- Druckteller
- 8'
- Teil
- 8''
- Teil
- 9
- Membran
- 10
- Gehäuseteil
- 11
- Druckfeder
- 12
- Anschlagteller
- 13
- Aufnahmeteil
- 14
- Ansatz
- 15
- Raum
- 16
- Druckluftleitung
- 17
- Farbleitung
- 18
- Spritzkammer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19718303 C1 [0002]
- DE 102009026257 [0017]
