DE19540237C1 - Vorrichtung zur Mikrodosierung von sedimentierenden Suspensionen oder Emulsionen in Gravurgräben eines Werkstücks, insbesondere eines Schreibgeräts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist üblich, Schreibgeräte mit einem eingravierten Namenszug zu versehen. Zu diesem Zweck werden die Schreibgeräte von einem Gravierautomaten bearbeitet, der den Schriftzug mit Hilfe einer Fräseinheit eingraviert, und zwar üblicherweise in die Kappe des Schreibgeräts. Die dabei entstehenden Gravurgräben werden anschließend mit Wachskreide aufgefüllt, um die Gravur besser sichtbar zu machen. Das Ausfüllen der Gravurgräben erfolgt durch Einreiben der Kreide und anschließendes Abwischen des Schreibge­ räts. Es ist klar, daß die Farbe der Kreide zu diesem Zweck so gewählt wird, daß sie sich gut von dem Schreibgerät unterscheidet und damit die Gravur deutlich abhebt.

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht jedoch darin, daß die Kreide mit der Zeit aus den Gravurgräben herausgewischt wird, wodurch der eingravierte Schriftzug allmählich verblaßt.

Man hat zwar auch bereits versucht, die Gravurgräben mit Farblack auszufüllen, dies ist jedoch in der Regel daran gescheitert, daß sich der Lack, der üblicherweise eine sedimentierende Suspension von Farbplättchen in Lackflüssigkeit ist, nach kurzer Zeit derart entmischt, daß er nicht mehr gesprüht werden kann.

Solange sich die Suspension aus Lack und Farbplättchen nicht entmischt hat, wenn sie also noch als homogene Flüssigkeit vorliegt, ist ein Versprühen mit Hilfe einer bekannten Mikrodo­ siervorrichtung möglich, wie er beispielsweise von der Firma Microdrop in Mühlenweg 143, D-22844 Norderstedt, Deutschland, erhältlich ist.

Der bekannte Microdrop-Dosierkopf enthält eine von einem Piezoaktor umgebene Glaskapillare, die einen zylindrischen Grundkörper durchsetzt und in einer Düse endet. In der Nähe der Düse ist die Glaskapillare von einer Heizwicklung umgeben; ein im Bereich der Heizwicklung angeordneter Thermowiderstand dient dazu, die Stromzufuhr zur Heizwicklung zu steuern. Die Glaskapil­ lare ist über eine Silikondichtung in den Grundkörper eingebettet und geht an ihrem der Düse abgewandten Ende in eine Flüssigkeits­ zuleitung über. Durch den Piezoaktor wird in einem mit Flüssig­ keit gefüllten Kapillarsystem eine Schockwelle erzeugt, die in der Düse, an der Grenzfläche zu Luft, zu einer Flüssigkeits­ bewegung transformiert wird. Ein derartiger Dosierkopf könnte mit einer Lackkartusche verbunden werden und dazu dienen, Gravurlack in die Gravurgräben zu Spritzen.

Der Nachteil einer derartigen Vorrichtung besteht darin, daß die Suspension aus Gravurlack und Farbplättchen verhältnismäßig schnell sedimentiert, so daß bereits nach kurzer Betriebs zeit kein Gravurlack mehr versprüht werden kann, da sich die Farb­ plättchen abgesetzt haben und eine kaum aufzulösende, feste Schichtung bilden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch über längere Zeit Gravurlack aus dem Dosierkopf einer Mikrodosiervorrichtung gesprüht werden kann. Andererseits soll die verbesserte Vor­ richtung eine sofortige Betriebsbereitschaft auch nach längeren Betriebspausen aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gravieranlage mit erfindungsgemäßer Mikrodosiervorrichtung; und

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Mikrodosiervor­ richtung aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine programmgesteuerte Gravieranlage mit einem Werkstückhalter 2, der einen Getriebekasten 3 mit zugehörigem Spannfutter 4 trägt. Die Ansteuerung des Werkstückhalters 2 erfolgt von einer Gravierelektronik 21, die ihrerseits von einem Gravierprogramm 23 angesteuert wird. Ein Schreibgerät wird von dem Spannfutter 4 auf an sich bekannte Weise gehalten und ist durch das Spannfutter 4 um eine Werkstück-Drehachse 5 in Richtung der Pfeile B drehbar. Da der Werkstückhalter 2 in einem nicht dargestellten Führungsbett auf an sich bekannte Weise in Richtung der Pfeile A bewegbar ist, ist mit Hilfe des Werkstückhalters 2 eine Kappenpositionierung in Y-Richtung möglich. Durch die Drehung um die Werkstückdrehachse 5 erfolgt eine Positionierung der Kappe in X-Richtung.

Über dem Werkstückhalter 2 ist eine Fräseinheit 17 angeordnet, und zwar auf an sich bekannte Weise an einem Ständer angebracht. Die Fräseinheit 17 besitzt eine Frässpindel 19, die einen Gravurstichel 13 zum Bearbeiten des Werkstücks, insbesondere der Schreibgerätekappe aufweist. Die Ansteuerung der Fräseinheit 17 erfolgt ebenfalls von der Gravierelektronik 21. Da die Fräs­ einheit 17 auf an sich bekannte Weise höhenverstellbar montiert sein soll, kann sie in Richtung der Pfeile C auf- und abbewegt werden, wodurch eine Bewegung in Z-Richtung gegenüber der zu bearbeitenden, jedoch nicht dargestellten Kappe möglich ist. In eine von dem Spannfutter 4 gehaltene Schreibgerätekappe wird der einzugravierende Schriftzug demnach in vertikaler Richtung von oben eingraviert, wobei die Fräseinheit 17 von der Gravierelek­ tronik 21 lediglich auf- und abbewegt wird. Diese Bewegung des Fräsers 13 in Z-Richtung ist entscheidend über die Tiefe der Gravurgräben, während die Bewegung des Werkstückhalters 2 in Richtung der Pfeile A zusammen mit der Drehbewegung in Richtung B um die Werkstück-Drehachse 5 den Schriftzug bestimmt.

Neben dem Werkstückhalter 2 und um 90° versetzt zur Fräseinheit 17 ist eine horizontal "spritzende" Mikrodosiereinrichtung 1 angeordnet, die von einer Dosierelektronik 20 angesteuert wird. Die Mikrodosiereinrichtung 1 weist im wesentlichen einen Dosierkopf 6 mit aufgesteckter Lackkartusche 18 auf, die zusammen in Wangen 54, 55 drehbar gelagert sind und von einem Verfahrtisch 52 getragen werden. Die Ansteuerung des Verfahrtisches 52 erfolgt von der Gravierelektronik 21.

Das dem Werkstückhalter 2 zugewandte vordere Ende des Dosierkopfs 6 ist mit einer Düse 8 ausgestattet, aus der in der Lackkartusche 18 enthaltener Gravierlack in Form von Mikrotröpfchen in gesteuerter Weise ausgestoßen wird, wobei die Steuerung des Tröpfchenausstoßes durch die Dosierelektronik 20 erfolgt. An dem der Düse 8 abgewandten Ende der Lackkartusche 18 ist ein Zahnrad 24 angeordnet, das einen Kartuschenhalter 15 umgibt und mit diesem fest verbunden ist. Mit dem Zahnrad 24 kämmt ein auf der Welle eines Antriebsmotor 28 befestigtes Ritzel 26, um den Kartuschenhalter 15 und damit die reibschlüssig in den Kartu­ schenhalter 15 eingesetzte Lackkartusche 18 um deren Längsachse zu drehen.

Fig. 2 zeigt die Mikrodosiervorrichtung 1 in perspektivischem Teilschnitt. Dabei ist schematisch dargestellt, daß der Ver­ fahrtisch 52 auf einem Führungsbett 56 in Richtung der Pfeile E durch einen Schrittmotor 58 verschiebbar ist. Der Schrittmotor 58 ist von an sich bekannter Bauart und bewirkt durch Ansteuerung von der Gravierelektronik 21 eine Horizontalverschiebung, die die Düse 8 der Mikrodosiereinrichtung 1 in Richtung auf den Werk­ stückhalter 2 bewegt und damit zu dem Werkstück zustellt bzw. von diesem wegfährt.

Auf dem Verfahrtisch 52 sind zwei Wangen 54 und 55 rechtwinklig montiert, die Bohrungen zum Einsetzen von je einem Wälzlager 50 bzw. 51 aufweisen. Der innere Laufring des in der linken Wange 55 von Fig. 2 montierten Wälzlagers 51 sitzt auf dem Mantel des Dosierkopfs 6, der auf diese Weise durch die Wange 55 gesteckt ist und in Fig. 2 nach links vorsteht. Im Inneren des Dosier­ kopfs 6 befindet sich eine Glaskapillare 10, die in der Düse 8 mündet. In der Nähe der Düse 8 ist die Glaskapillare von einer Heizwicklung umgeben, deren Anschlußdrähte über die Anschlüsse 16 nach außen zu der Dosierelektronik 20 führen. Nahe der Heizwicklung 40 ist ferner ein Thermowiderstand 42 im Gehäuse des Dosierkopfs 6 untergebracht, um die von der Heizwicklung 40 erzeugte Wärme zu messen und ein entsprechendes Signal ebenfalls über die Anschlüsse 16 an die Dosierelektronik 20 zu liefern.

Anschließend an die Heizwicklung 40 und den Thermowiderstand 42 umgibt ein Piezoaktor 12 die Glaskapillare 10. Der Piezoaktor 12 ist eine Piezokeramik, die ebenfalls über elektrische Leitungen, die Teil der Anschlüsse 16 sind, mit der Dosierelektronik 20 verbunden ist. Wenn die Dosierelektronik 20 Spannungsimpulse liefert, dann drückt die Piezokeramik des Piezoaktors 12 entsprechend den Steuersignalen die Glaskapillare 10 zusammen und erzeugt dann, wenn das Kapillarsystem mit Flüssigkeit gefüllt ist, eine Schockwelle, die an der Düse 8 in eine Flüssigkeits­ bewegung umgesetzt wird, so daß der Dosierkopf 6 Mikrotröpfchen ausstoßen kann.

Auf das Ende der Glaskapillare 10 ist eine Flüssigkeitszuleitung 14 aufgesteckt, die aus dem Dosierkopf 6 nach außen führt und in Fig. 2 in einen Ansaugschnorchel 22 übergeht, der frei in den Innenraum der Lackkartusche 18 hängt und sich an deren Wand abstützt. Der freihängende Ansaugschnorchel 22 ist an seinem freien Ende mit einem Gewicht 29 versehen, um bei einer Drehung des Dosierkopfs 6 stets an der Innenwand der Lackkartusche 18 zu liegen, und zwar zweckmäßigerweise in der Vertikalebene durch den Dosierkopf 6 und die Lackkartusche 18. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß beim Absinken des Flüssigkeitspegels in der Lackkartusche 18 stets Gravurlack über die Flüssigkeitszuleitung 14 zur Düse 8 gefördert wird.

Auf das der Düse 8 abgewandte Ende des Dosierkopfs 6 ist die Lackkartusche 18 aufgesteckt, und zwar zweckmäßigerweise über einen lichtundurchlässigen Kartuschenhalter 15, der an einem Ende auf einem Rand des Dosierkopfs 6 sitzt und diesen vollständig umgibt, während das andere Ende des Kartuschenhalters 15 über das Wälzlager 50 in der rechten Wange 54 des Verfahrtisches 52 gehaltert ist. Zu diesem Zweck ist auf das in Fig. 2 rechte Ende des Kartuschenhalters 15 ein Zahnrad 24 aufgebracht, dessen Mittelachse mit der Mittellinie des Kartuschenhalters 15, der Lackkartusche 18 und des Dosierkopfs 6 fluchtet. An das Zahnrad 24 schließt ein Flansch 25 an, auf dem der innere Laufring des ersten Wälzlagers 50 sitzt. Auf diese Weise ist der Kartuschen­ halter 15 in der rechten Wange 54 des Verfahrtisches 52 drehbar montiert.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Lackkartusche 18 zweckmäßi­ gerweise im Reibschluß in den Kartuschenhalter 15 eingesteckt ist, so daß die Lackkartusche 18 mit dem Kartuschenhalter 15 in Drehbewegung versetzt wird, wenn das Ritzel 26 des an der rechten Wange 54 montierten Antriebsmotors 28 das Zahnrad 24 dreht.

An den Flansch 25 des Kartuschenhalters 15 setzt ein Stutzen 37 mit Axialbohrung an, durch die ein Druckluftanschluß 36 geführt ist. Der Druckluftanschluß 36 dient dazu, Druckluft in das Innere der Lackkartusche 18 zu leiten, um einerseits bei neu auf den Dösierkopf 6 aufgesteckter Lackkartusche 18 Flüssigkeit durch den Ansaugschnorchel 22, die Flüssigkeitszuleitung 14 und die Glaskapillare 10 zur Düse 8 zu fördern und zum anderen, um beim Austauschen einer Lackkartusche 18 Flüssigkeit aus der Glaskapil­ laren 10 des Dosierkopfs 6 herauszusaugen. Die Druckluft dient außerdem dazu, Reinigungsflüssigkeit durch die Düse 8 zu drücken, wenn eine Kartusche mit Reinigungsflüssigkeit auf den Dosierkopf 6 aufgesteckt ist.

An dem linken Ende des Kartuschenhalters 15, das ist das dem Dosierkopf 6 zugewandten Ende, sind zwei Anschläge 30 montiert, die mit einem Drehrichtungsumschalter 32 zusammenwirken. Zu diesem Zweck sind die Anschläge 30 entlang dem Umfang des Kartuschenhalters 15 verstellbar, wodurch sie den Schaltzeitpunkt für den Drehrichtungsumschalter 32 bestimmen. Der Drehrichtungs­ umschalter 32 ist auf an sich bekannte, jedoch hier nicht näher dargestellte Weise mit dem Antriebsmotor 28 für die Rotation des Dosierkopfs 6 gekoppelt, wodurch festgelegt werden kann, über wieviel Winkelgrade der Kartuschenhalter 15 mit der Lackkartusche 18 und dem Dosierkopf 6 in einer ersten Drehrichtung, beispiels­ weise im Uhrzeigersinn gedreht wird, ehe die Drehrichtung in eine zweite Richtung, beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn, umgekehrt wird.

Auf diese Weise ist es möglich, die Lackkartusche 18 zusammen mit dem Dosierkopf 6 andauernd hin und her zu drehen, und zwar in der Art, wie es von Betonmischern für Transportbeton bekannt ist. Eine derartige Drehbewegung verhindert es, daß sich die Farb­ plättchen in der Suspension absetzen, so daß es nicht zu einer Entmischung kommt, die eine Mikrodosierung durch den Dosierkopf 6 unmöglich macht.

In Fig. 2 ist nicht dargestellt, wie die rechte Wange 54 oder die linke Wange 55 demontierbar sind, um eine leere Lackkartusche 18 aus dem Kartuschenhalter 15 zu nehmen und eine neue Kartusche einzusetzen. Es ist dem Fachmann jedoch klar, wie dies ohne Schwierigkeiten realisiert werden kann, beispielsweise in dem die rechte Wange 54 in Führungsnuten des Verfahrtisches 52 gegen Federdruck verschiebbar montiert wird. Dabei wird der Druckluft­ anschluß 36 entweder auf einen nicht dargestellten Stutzen der Lackkartusche 18 aufgesteckt oder es ist im Inneren der rechten Wange 54 eine Schlauchkupplung vorgesehen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Mikrodosierung von sedimentierenden Suspen­ sionen oder Emulsionen in Gravurgräben eines Werkstücks, insbesondere eines Schreibgeräts, mit einem Dosierkopf (6), der eine Düse (8) aufweist, an die eine von einem Piezoaktor (12) umgebene Glaskapillare (10) mit angeschlossener Flüssigkeitszuleitung (14) anschließt, und der mit elek­ trischen Anschlüssen (16) versehen ist, die den Piezoaktor (12) von einer Dosierelektronik (20) gesteuert mit Spannung versorgen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lackkartusche (18) auf das der Düse (8) abgewandte Ende des Dosierkopfs (6) aufgesteckt ist, in die die Flüssigkeitszuleitung (14) in Form eines Ansaugschnorchels (22) hineinragt; daß der Dosierkopf (6) und die Lackkartusche (18) drehbar montiert sind; und daß Antriebsmittel (24; 26; 28) vorgesehen sind, um zumindest die Lackkartusche (18) in Drehbewegungen zu versetzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Antriebsmitteln (24; 26; 28) für die Erzeugung einer Drehbewegung mit der Lackkartusche (18) gekoppeltes Zahnrad (24), ein mit dem Zahnrad (24) kämmendes Ritzel (26) und ein das Ritzel (26) treibender Antriebsmotor (28) gehören.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (24) auf einem Kartuschenhalter (15) sitzt, in den die Lackkartusche (18) in Reibschluß einsetzbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (24; 26; 28) periodisch in ihrer Drehrichtung umkehrbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kartuschenhalter (15) oder an dem Dosierkopf (6) zwei Anschläge (30) vorgesehen sind, die mit einem den Antriebsmotor (28) umsteuernden Drehrichtungs­ umschalter (32) zusammenwirken.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkopf (6) und der Kartuschen­ halter (15) rotationssymmetrisch gebaut sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (30) in ihrer Winkelstellung verstellbar an dem Kartuschenhalter (15) oder dem Dosierkopf (6) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkopf (6) mit einer Heizwick­ lung (40) versehen ist, die die Flüssigkeitszuleitung (14) umgibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkopf (6) mit einem Thermowiderstand (42) zur Steuerung der Stromzufuhr zur Heizwicklung (40) versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkopf (6) mit dem Kartuschen­ halter (15) in zwei im Abstand zueinander angeordneten Wälzlagern (50, 51) gelagert ist, die in zwei im Abstand zueinander auf einem Verfahrtisch (52) angeordneten Wangen (54, 55) montiert sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrtisch (52) auf einem Führungsbett (56) sitzt und durch einen Schrittmotor (58) in Richtung der durch den Dosierkopf (6) verlaufenden Längsachse verschiebbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrtisch (52) mit dem Führungsbett (56) und dem Dosierkopf (6) horizontal verschiebbar montiert sind.