EP1285699A1 - Vorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmittels - Google Patents

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Publication number
EP1285699A1
EP1285699A1 EP02015040A EP02015040A EP1285699A1 EP 1285699 A1 EP1285699 A1 EP 1285699A1 EP 02015040 A EP02015040 A EP 02015040A EP 02015040 A EP02015040 A EP 02015040A EP 1285699 A1 EP1285699 A1 EP 1285699A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
feed
coating agent
control device
spray
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02015040A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Dipl.-Ing. Vögel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amtec Kistler GmbH
Original Assignee
Amtec Kistler GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Amtec Kistler GmbH filed Critical Amtec Kistler GmbH
Publication of EP1285699A1 publication Critical patent/EP1285699A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20Deep-drawing
    • B21D22/201Work-pieces; preparation of the work-pieces, e.g. lubricating, coating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/30Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages
    • B05B1/3033Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the control being effected by relative coaxial longitudinal movement of the controlling element and the spray head
    • B05B1/304Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the control being effected by relative coaxial longitudinal movement of the controlling element and the spray head the controlling element being a lift valve
    • B05B1/3046Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the control being effected by relative coaxial longitudinal movement of the controlling element and the spray head the controlling element being a lift valve the valve element, e.g. a needle, co-operating with a valve seat located downstream of the valve element and its actuating means, generally in the proximity of the outlet orifice
    • B05B1/306Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the control being effected by relative coaxial longitudinal movement of the controlling element and the spray head the controlling element being a lift valve the valve element, e.g. a needle, co-operating with a valve seat located downstream of the valve element and its actuating means, generally in the proximity of the outlet orifice the actuating means being a fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/08Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means
    • B05B12/12Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to conditions of ambient medium or target, e.g. humidity, temperature position or movement of the target relative to the spray apparatus
    • B05B12/126Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to conditions of ambient medium or target, e.g. humidity, temperature position or movement of the target relative to the spray apparatus responsive to target velocity, e.g. to relative velocity between spray apparatus and target
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/08Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point
    • B05B7/0807Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point to form intersecting jets
    • B05B7/0861Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point to form intersecting jets with one single jet constituted by a liquid or a mixture containing a liquid and several gas jets

Definitions

  • the invention relates to a device for applying a Coating agent on a cyclically moving substrate, in particular for applying a lubricant to a press, in one Movable sheet adapted to the work cycle of the press.
  • the in sheet metal processing for performing forming operations like deep-drawing processes, provided presses work in one certain work cycle.
  • the feeding of the sheet to such a press must therefore take place in a time-adjusted cycle.
  • the sheet feed movement begins with an acceleration phase and ends with a delay phase. In between there can be an area with constant speed. The feed rate is therefore not constant within one feed step.
  • the area of the nozzle opening is one of the parameters that the Influence the outflow rate of the coating agent from the spray valve, by changing the area of the nozzle opening the outflow rate is most influenceable.
  • the measures according to the invention accordingly result in a dynamic advantageous Adaptation of the outflow rate to the feed rate of the Substrate.
  • By changing the size of the invention effective outlet area of the nozzle opening can be per unit time amount of coating agent striking the substrate is steplessly so change that a constant thickness of the coating agent application is achieved.
  • the outflow rate depends, as already indicated, also of other parameters, such as the viscosity of the coating material and the pressure of the coating agent at the spray valve.
  • the cams assigned to them can be advantageous a camshaft through all spray valves be by means of a drive device that can be controlled by a controller is drivable. This ensures that for everyone Spray valves in a row only require a cam drive device becomes.
  • Spray valves or Spray valve series are needed, which drive devices are assigned, they can be assigned by means of the same control device be controllable. This also allows the construction effort reduce and increase accuracy.
  • the control device assigned to the cam drive device is Expediently designed so that at least one layer thickness in it the relationship between the feed speed of the Information associated with the substrate and the cam can be stored.
  • the dependency between feed speed and angular position the cam can simply be in the form of a table in the Control device be filed. The same applies to the course of the Feed movement. This facilitates data acquisition and Deployment.
  • the main field of application of the present invention is deep drawing of sheets. These are in the form of successive, tabular blanks or an endless Tape fed to a deep drawing press, not shown.
  • the in Figure 1 example shows the processing of metal sheets based.
  • the metal sheets 1 are evenly spaced successively on a conveyor belt here, which is not Feed device 2 assigned to the deep-drawing press shown in more detail recorded by means of an associated drive device 3 is drivable. With every working cycle of the deep drawing press there is one Formed sheet 1. The metal sheets 1 must therefore Thermoforming press with a cycle that is matched to its working cycle are fed. The same applies of course to the feed of one endless bands when processing such.
  • the drive device 3 assigned to the feed device 2 becomes therefore activated or passivated in the desired cycle, the Feed device 2 initially from a standstill to a maximum Feed speed accelerates and then again up to Standstill is delayed.
  • the speed of the feed movement accordingly during a feed step is not constant, but runs over time according to that on which FIG. 2 is based Profile that includes an acceleration phase a, a constant phase b and a Has delay phase c. Between two feed steps with Such a feed rate can be a standstill phase d be provided.
  • the material to be subjected to a deep-drawing process is usually turned on the opposite surfaces with a lubricant coated, the one in Figure 1 by a broken line indicated order 4 forms.
  • Simplification of the representation only the top of the metal sheets 1 provided with a lubricant application 4. In practice, this is in the Usually the case above and below.
  • the coating forming the lubricant application 4 is applied by means of a Application device 5 sprayed.
  • the application device 5 contains at least one spray valve 6. Usually not with a spray valve 6 the entire sheet width can be acted on, are usually several, in Form of a row arranged across the sheet width Spray valves 6 are provided, of which only the front one in FIG. 1 is visible.
  • the spray valves 6 arranged side by side are open a traverse across the width of the feed device 2 7 of a machine frame not otherwise shown in detail added.
  • the spray valves 6 contain, as can best be seen from FIG. 3, one via a supply line 8 with pressure Lubricant chamber 9, which acts as a conical valve seat Has 10 trained output.
  • the valve seat 10 is a valve needle 11 assigned to the closure of the output to the assigned Seat can be pressed on and lifted off to open the exit is.
  • the lubricant supplied to the chamber 9 is under the chamber 9 constant pressure.
  • Lubricant jet generated. This is atomized by air jets 12, so that a spray jet 13 formed by fine lubricant particles results.
  • Annulus 14 is provided, which with a supply line 15 Compressed air can be applied and several, here diagonally downwards contains directed outflow nozzles 16 for generating the air jets 12.
  • the valve needle 11 is connected to the by an associated closing spring 17 assigned valve seat 10 pressed.
  • the valve needle 11 is in one with one Cylinder 18 arranged piston 19 provided the interior of the Cylinder 18 divided into two chambers 20, 21.
  • the closing spring 17 is located in the chamber 20 facing away from the valve seat 10 and is on the one hand on the piston 19 and on the other hand on this opposite cylinder end wall supported.
  • the valve seat close Chamber 21 forms one with a via a supply line 22 Control pressure medium, preferably compressed air, acted upon Working space.
  • valve needle 11 is thereby generated on the piston 19 force acting against the force of the closing spring 17 from the valve seat 10 lifted off, creating a nozzle opening, the exit surface the area of the annular space between valve seat 10 and valve needle 11 equivalent.
  • the supply lines 8 and 15 mentioned above or 22 can advantageously of assigned in the traverse 7 assigned Branch off main lines that are equipped with suitable connections.
  • a stroke limiting device 23 To limit the stroke of the valve needle 11 is a stroke limiting device 23 provided.
  • the cam 25 enables stepless stroke adjustment during operation.
  • the cams 25 arranged side by side in the form of a row side-by-side spray valves 6 are on one across the width the feed device 2 continuous camshaft 26 added. As can be seen from FIG. 1, this can extend from the traverse 7 protruding brackets 27 can be stored, whereby a compact Construction results.
  • the camshaft 26 is, as FIG. 1 further recognizes can be driven by means of an associated drive device 28 which can be controlled by means of an associated control device 29.
  • the Drive device 28 can be used as a servo motor with a downstream, backlash-free or low-backlash gear, preferably planetary gear, be trained.
  • the control device 29 can be a freely programmable, a control device containing a computer and associated memories be trained.
  • the upper and lower Own drive devices 28 can be assigned to the camshaft. These are expedient by means of a common control device 29 controlled.
  • the control device 29 also expediently the drive device 3 assigned to the feed device 2 is controlled.
  • the control device 29 can be one of the drive device 3 assigned control loop, the speed setpoints can be available as a table.
  • the clocking is done by a the trigger signal coming, not shown, such as through an assigned signal input 30 of the control device 29 is indicated.
  • the drive device 3 it would also be conceivable for the drive device 3 to assign its own control device.
  • the thickness of the job 4 generated by the application device 5 depends of the feed speed of the feed device 2 and the Outflow rate of the lubricant from the spray valve 6, that is Lubricant throughput per unit of time through the open nozzle opening.
  • the outflow rate in turn depends on the viscosity of the Lubricant, the pressure of the lubricant in the chamber 9 and the size of the exit area of the nozzle opening, which is determined by means of the Stroke limiting device 23 is infinitely variable.
  • the pressure and the viscosity should be constant in the example shown. Only that The size of the exit area is changed. Depending on the position of the cam 25 there is a larger or smaller exit area of the nozzle opening.
  • the job 4 should have the same thickness everywhere. To do this in during the acceleration phase a and deceleration phase c under the application device 5 continuous areas of the metal sheets 1 to ensure, the contour of the cam 25 is designed so that during the acceleration phase a on with the increase there Velocity corresponding increase in the effective exit area the nozzle opening and during the delay phase c one with reduction corresponding to the drop in speed there the effective exit surface of the nozzle opening. With the Enlargement or reduction of the effective exit area the outflow rate also increased or decreased accordingly.
  • the basic position of the cam 25 in the standstill phases d assigned cam radius is such that the valve needle 11 to the assigned valve seat 10 pressed and thus the output of Chamber 9 are kept closed.
  • the required increase or decrease of the cams is expedient to one Circumference of 90 ° - 210 ° distributed. This ensures that, on the one hand the cam rise is not too steep and on the other hand does not become too weak, which on the one hand causes undesired accelerations of the valve needle 11 and on the other hand an undesirably high drive speed of the Cam 25 can be avoided as well as a smooth stepless Needle stroke adjustment and thus high accuracy can be achieved.
  • the cam standstill in the constant phase ensures that this is not the case Cam circumference is required and so the acceleration or Contour assigned to the deceleration phase on a comparatively large one Circumferential area can be arranged.
  • the dependence between that resulting from FIG Feed speed and the associated angular position of the Cam 25, that is, the dependence between the feed rate and outflow rate, can be in the form of a table in the control device 29 be stored, as in FIG. 1, by a suitable input 31 is indicated.
  • the speed profile of the Feed movement can be stored in the control device 29 and for Calculation of the desired angular position of the cam 25 used become. This can be provided if the feed movement is always goes through the same profile.
  • the actual value of the feed rate to be detected as by a corresponding actual value input 32 Control device 29 is indicated, and from this actual value the speed based on the stored angle table Determine cam position.
  • the compressed air supply of the Air jets 12 feeding annular space 14 are controlled.
  • the compressed air supply of the Annulus 14 are switched off during the standstill phases d.
  • the control pressure medium acting on the piston 19 assigned work space 21 during the idle phases d be switched off.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Nozzles (AREA)

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmittels auf ein taktförmig bewegtes Substrat lässt sich trotz nicht konstanter Vorschubgeschwindigkeit dadurch eine gleichbleibende Beschichtungsdicke erreichen, wenigstens ein Sprühventil (6) vorgesehen ist, an dem das Beschichtungsmittel permanent ansteht und zumindest dessen Düsenöffnung hinsichtlich der Größe ihrer wirksamen Austrittsfläche bei einer Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats entsprechend der für eine konstante Schichtdicke des Beschichtungsmittels bestehenden Abhängigkeit der Ausflussrate des Beschichtungsmittels aus dem Sprühventil (6) von der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats veränderbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmittels auf ein taktförmig bewegtes Substrat, insbesondere zum Auftragen eines Gleitmittels auf einer Presse zuführbares, in einem an den Arbeitstakt der Presse angepassten Takt bewegbares Blech.
Die in der Blechverarbeitung zur Durchführung von Umformvorgängen, wie Tiefziehvorgängen, vorgesehenen Pressen arbeiten in einem bestimmten Arbeitstakt. Die Zufuhr des Blechs zu einer derartigen Presse muss daher in einem zeitlich hieran angepassten Takt erfolgen. Die Vorschubbewegung des Blechs beginnt mit einer Beschleunigungsphase und endet mit einer Verzögerungsphase. Dazwischen kann ein Bereich mit gleichbleibender Geschwindigkeit liegen. Die Vorschubgeschwindigkeit ist daher innerhalb eines Vorschubschritts nicht konstant.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Tiefziehformlingen das Blech vor dem Tiefziehvorgang mit einem Gleitmittel zu beschichten, um eine hohe Oberflächenqualität zu erreichen. Hierzu finden bisher Sprühventile beispielsweise der aus der DE 94 08 445 U1 der Anmelderin entnehmbaren Art Verwendung. Bei den bekannten Sprühventilen ist die Ausflussrate des Gleitmittels über der Zeit des Sprühvorgangs konstant. Nur bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit kann daher ein Gleitmittelauftrag mit konstanter Schichtdicke erreicht werden. In den Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen ergeben sich jedoch ab- bzw. zunehmende Schichtdicken, was unerwünscht ist. Eine zu große Schichtdicke ergibt nicht nur einen unnötigen Verbrauch an Gleitmittel, sondern kann auch zu einer unerwünschten Ansammlung von Gleitmittel im Bereich der Tiefziehvorrichtungen führen.
Bei dem aus der oben genannten DE 94 08 445 U1 entnehmbaren Sprühventil ist zwar der Hub der Düsennadel und damit der hierdurch bewirkte Austrittsquerschnitt einstellbar. Die jeweilige Einstellung bleibt jedoch während der Durchführung eines Auftragvorgangs gleich. Die Einstellbarkeit des Austrittquerschnitts dient hier nur zur Anpassung an unterschiedliche Viskositäten von für unterschiedliche Aufträge zur Anwendung kommenden, unterschiedlichen Gleitmitteln. Auch hierbei sind daher Nachteile oben genannter Art zu befüchten.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmittels auf ein taktförmig bewegtes Substrat zu schaffen, mit der auch bei nicht konstanter Vorschubbewegung des Substrats eine gleichmäßige Schichtdicke des Beschichtungsmittelauftrags erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die dem Anspruch 1 zugrundeliegende Kombination gelöst. Hierdurch kommt eine Vorrichtung oben genannter Art in Vorschlag, die mit wenigstens einem Sprühventil versehen ist, an dem das Beschichtungsmittel permanent ansteht und zumindest dessen Düsenöffnung hinsichtlich der Größe ihrer wirksamen Austrittsfläche bei einer Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats entsprechend der für eine konstante Schichtdicke bestehenden Abhängigkeit der Ausflussrate des Beschichtungsmittels aus dem Sprühventil von der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats veränderbar ist.
Die Fläche der Düsenöffnung gehört zu den Parametern, die die Ausflussrate des Beschichtungsmittels aus dem Sprühventil beeinflussen, wobei durch eine Änderung der Fläche der Düsenöffnung die Ausflussrate am meisten beeinflussbar ist. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergeben dementsprechend in vorteilhafter Weise eine dynamische Anpassung der Ausflussrate an die Vorschubgeschwindigkeit des Substrats. Durch die erfindungsgemäße Veränderung der Größe der wirksamen Austrittsfläche der Düsenöffnung lässt sich die pro Zeiteinheit auf das Substrat auftreffende Beschichtungsmittelmenge stufenlos so verändern, dass eine konstante Dicke des Beschichtungsmittelauftrags erreicht wird. Die Ausflussrate hängt zwar, wie bereits angedeutet, auch von anderen Parametern, wie der Viskosität des Beschichtungsmittels und dem Druck des am Sprühventil anstehenden Beschichtungsmittels ab. Die Größe der Düsenöffnung übt jedoch den größten Einfluss aus, so dass in vorteilhafter Weise bereits kleine Änderungen genügen, um eine Anpassung der Ausflussrate an eine sich ändernde Vorschubgeschwindigkeit zu bewerkstelligen, was sich vorteilhaft auf die Vermeidung unerwünschter Totzeiten etc. auswirkt und eine einfache Bauweise ermöglicht. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden erstmals bei sich ändernder Vorschubgeschwindigkeit des Substrats eine konstante Dicke des Beschichtungsmittelauftrags erreicht und damit die eingangs geschilderten Nachteile vermieden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann bei Verwendung von Sprühventilen, die eine mit einem zugeordneten Sitz zusammenwirkende Ventilnadel aufweisen, die unter der Wirkung eines Steuermediums entgegen der Kraft einer Schließfeder vom Sitz abhebbar und an einen Anschlag anstellbar ist, dieser zweckmäßig als drehbare Nocke ausgebildet sein, die zumindest bei sich ändernder Vorschubgeschwindigkeit des Substrats antreibbar ist und eine aus der für eine konstante Schichtdicke des Beschichtungsmittels bestehenden Abhängigkeit der Ausflussrate des Beschichtungsmittels aus der Sprühventil von der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats abgeleitete Kontur aufweist. Die Ausbildung des der Ventilnadel zugeordneten Anschlags als drehbare Nocke ermöglicht in vorteilhafter Weise eine höchst einfache und kostengünstige Bauweise einer dynamisch an die sich ändernde Vorschubgeschwindigkeit angepassten Nadelhubverstellung und damit einer entsprechend angepassten Ausflussrate. Die Drehbewegung der Nocke kann auf einfache Weise bewerkstelligt und gesteuert werden.
Sofern mehrere, in einer Reihe nebeneinander angeordnete Sprühventile benötigt werden, können die diesen zugeordneten Nocken vorteilhaft auf einer über alle Sprühventile durchgehenden Nockenwelle aufgenommen sein, die mittels einer von einer Steuerung ansteuerbaren Antriebseinrichtung antreibbar ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass für alle Sprühventile einer Reihe nur eine Nocken-Antriebseinrichtung benötigt wird.
Sofern mehrere, einander gegenüberliegende Sprühventile bzw. Sprühventil-Reihen benötigt werden, denen Antriebseinrichtungen zugeordnet sind, können diese mittels derselben Steuereinrichtung ansteuerbar sein. Auch hierdurch lassen sich der bauliche Aufwand reduzieren und die Genauigkeit erhöhen.
Die der Nocken-Antriebseinrichtung zugeordnete Steuereinrichtung ist zweckmäßig so ausgebildet, dass in ihr für wenigstens eine Schichtdicke eine dem Zusammenhang zwischen Vorschubgeschwindigkeit des Substrats und der Nocke zugeordnete Information abgelegt werden kann. Die Abhängigkeit zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Winkelstellung der Nocke kann dabei einfach in Form einer Tabelle in der Steuereinrichtung abgelegt sein. Dasselbe gilt für den Verlauf der Vorschubbewegung. Dies erleichtert die Datenermittlung und Bereitstellung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
Figur 1
eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Auftragvorrichtung in schematischer Darstellung,
Figur 2
das Geschwindigkeitsprofil der Vorschubeinrichtung der Anordnung gemäß Figur 1 und
Figur 3
einen Schnitt durch ein Sprühventil der Anordnung gemäß Figur 1.
Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Tiefziehumformung von Blechen. Diese werden dabei in Form von aufeinanderfolgenden, tafelförmigen Zuschnitten oder eines endlosen Bandes einer nicht näher dargestellten Tiefziehpresse zugeführt. Dem in Figur 1 dargestellten Beispiel liegt die Verarbeitung von Blechtafeln zugrunde.
Die Blechtafeln 1 sind dabei mit gleichmäßigem Abstand aufeinanderfolgend auf einer hier als Förderband ausgebildeten, der nicht näher dargestellten Tiefziehpresse zugeordneten Vorschubeinrichtung 2 aufgenommen, die mittels einer zugeordneten Antriebseinrichtung 3 antreibbar ist. Bei jedem Arbeitstakt der Tiefziehpresse wird eine Blechtafel 1 umgeformt. Die Blechtafeln 1 müssen daher der Tiefziehpresse mit einem auf deren Arbeitstakt abgestimmten Takt zugeführt werden. Dasselbe gilt natürlich auch für den Vorschub eines endlosen Bands bei Verarbeitung eines solchen.
Die der Vorschubeinrichtung 2 zugeordnete Antriebseinrichtung 3 wird daher im gewünschten Takt aktiviert bzw. passiviert, wobei die Vorschubeinrichtung 2 zunächst aus dem Stillstand auf eine maximale Vorschubgeschwindigkeit beschleunigt und dann wieder bis zum Stillstand verzögert wird. Die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung während eines Vorschubschritts ist dementsprechend nicht konstant, sondern verläuft über der Zeit gemäß dem der Figur 2 zugrundeliegenden Profil, das eine Beschleunigungsphase a, eine Konstantphase b und eine Verzögerungsphase c aufweist. Zwischen zwei Vorschubschritten mit derart verlaufender Vorschubgeschwindigkeit kann eine Stillstandsphase d vorgesehen sein.
Das einem Tiefziehvorgang zu unterwerfende Material wird in der Regel an den einander gegenüberliegenden Oberflächen mit einem Gleitmittel beschichtet, das einen in Figur 1 durch eine unterbrochene Linie angedeuteten Auftrag 4 bildet. Im dargestellten Beispiel wird zur Vereinfachtung der Darstellung lediglich die Oberseite der Blechtafeln 1 mit einem Gleitmittel-Auftrag 4 versehen. In der Praxis ist dies in der Regel oben und unten der Fall.
Die den Gleitmittel-Auftrag 4 bildende Beschichtung wird mittels einer Auftragvorrichtung 5 aufgesprüht. Die Auftragvorrichtung 5 enthält wenigstens ein Sprühventil 6. Da mit einem Sprühventil 6 meistens nicht die ganze Blechbreite beaufschlagbar ist, sind in der Regel mehrere, in Form einer über die Blechbreite durchgehenden Reihe angeordnete Sprühventile 6 vorgesehen, von denen in Figur 1 lediglich das vordere sichtbar ist. Die nebeneinander angeordneten Sprühventile 6 sind auf einer über die Breite der Vorschubeinrichtung 2 durchgehenden Traverse 7 eines ansonsten nicht näher dargestellten Maschinengestells aufgenommen.
Die Sprühventile 6 enthalten, wie am besten aus Figur 3 erkennbar ist, eine über eine Versorgungsleitung 8 mit unter Druck stehendem Gleitmittel beaufschlagbare Kammer 9, die einen als konischer Ventilsitz 10 ausgebildeten Ausgang aufweist. Dem Ventilsitz 10 ist eine Ventilnadel 11 zugeordnet, die zum Verschließen des Ausgangs an die zugeordnete Sitzfläche anpressbar und zum Öffnen des Ausgangs hiervon abhebbar ist. Das der Kammer 9 zugeführte Gleitmittel steht in der Kammer 9 unter konstantem Druck an. Sobald die Ventilnadel 11 vom zugeordneten Sitz abgehoben und dementsprechend eine Düsenöffnung mit bestimmter Austrittsfläche freigegeben wird, wird ein aus der Kammer 9 austretender Gleitmittelstrahl erzeugt. Dieser wird durch Luftstrahlen 12 zerstäubt, so dass sich ein durch feine Gleitmittelpartikel gebildeter Sprühstrahl 13 ergibt. Zur Bewerkstelligung der genannten Zerstäubung ist ein den Ausgang der mit Gleitmittel beaufschlagbaren Kammer 9 umfassender Ringraum 14 vorgesehen, der über eine Versorgungsleitung 15 mit Druckluft beaufschlagbar ist und mehrere, hier schräg nach unten gerichtete Ausströmdüsen 16 zur Erzeugung der Luftstrahlen 12 enthält.
Die Ventilnadel 11 wird durch eine zugeordnete Schließfeder 17 an den zugeordneten Ventilsitz 10 angepresst. Zum Abheben der Ventilnadel 11 vom zugeordneten Ventilsitz 10 ist die Ventilnadel 11 mit einem in einem Zylinder 18 angeordneten Kolben 19 versehen, der den Innenraum des Zylinders 18 in zwei Kammern 20, 21 unterteilt. Die Schließfeder 17 befindet sich in der vom Ventilsitz 10 abgewandten Kammer 20 und ist einerseits am Kolben 19 und andererseits an der diesem gegenüberliegenden Zylinderstirnwand abgestützt. Die ventilsitznahe Kammer 21 bildet einen über eine Versorgungsleitung 22 mit einem Steuer-Druckmittel, vorzugsweise Druckluft, beaufschlagbaren Arbeitsraum. Sobald das Steuer-Druckmittel in der Kammer 21 ansteht, wird die Ventilnadel 11 durch die hierdurch erzeugte, auf den Kolben 19 wirkende Kraft entgegen der Kraft der Schließfeder 17 vom Ventilsitz 10 abgehoben, wodurch eine Düsenöffnung entsteht, deren Austrittsfläche der Fläche des Ringraums zwischen Ventilsitz 10 und Ventilnadel 11 entspricht. Die vorstehend erwähnten Versorgungsleitungen 8 bzw. 15 bzw. 22 können vorteilhaft von in der Traverse 7 verlegten, zugeordneten Hauptleitungen abzweigen, die mit geeigneten Anschlüssen versehen sind.
Zur Begrenzung des Hubs der Ventilnadel 11 ist eine Hubbegrenzungseinrichtung 23 vorgesehen. Hierzu ist die Ventilnadel 11 mit einem rückwärtigen, von der Schließfeder 17 umfassten Stift 24 versehen, dessen aus dem Zylinder 18 herausgeführtes Ende von einem Anschlag übergriffen und durch die auf den Kolben 19 wirkende Kraft an diesen anstellbar ist. Zur Bildung des genannten Anschlags ist eine drehbare Nocke 25 vorgesehen, deren Antrieb mit dem Antrieb der Vorschubeinrichtung 2 in bestimmter Weise verknüpft ist und die eine spezielle, weiter unten noch näher zu beschreibende Kontur aufweist. Die Nocke 25 ermöglicht eine stufenlose Hubverstellung während des Betriebs.
Die nebeneinander angeordneten Nocken 25 der in Form einer Reihe nebeneinander angeordneten Sprühventile 6 sind auf einer über die Breite der Vorschubeinrichtung 2 durchgehenden Nockenwelle 26 aufgenommen. Diese kann, wie aus Figur 1 ersichtlich ist, auf von der Traverse 7 abstehenden Konsolen 27 gelagert sein, wodurch sich eine kompakte Bauweise ergibt. Die Nockenwelle 26 ist, wie Figur 1 weiter erkennen lässt, mittels einer zugeordneten Antriebseinrichtung 28 antreibbar, die mittels einer zugeordneten Steuereinrichtung 29 steuerbar ist. Die Antriebseinrichtung 28 kann als Servomotor mit nachgeordnetem, spielfreiem bzw. spielarmem Getriebe, vorzugsweise Planetengetriebe, ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung 29 kann als frei programmierbare, einen Rechner und zugeordnete Speicher enthaltende Steuereinrichtung ausgebildet sein.
Sofern das hier durch die Blechtafeln 1 gebildete Substrat, wie oben erwähnt, von oben und unten beschichtet wird, sind eine obere und eine untere Auftragvorrichtung 5 vorgesehen, wobei der oberen und unteren Nockenwelle eigene Antriebseinrichtungen 28 zugeordnet sein können. Diese werden zweckmäßig mittels einer gemeinsamen Steuereinrichtung 29 angesteuert. Durch die Steuereinrichtung 29 wird zweckmäßig auch die der Vorschubeinrichtung 2 zugeordnete Antriebseinrichtung 3 angesteuert. Die Steuereinrichtung 29 kann hierzu einen der Antriebseinrichtung 3 zugeordneten Regelkreis enthalten, wobei die Geschwindigkeitssollwerte als Tabelle vorliegen können. Die Taktung erfolgt durch ein von der nicht dargestellten Tiefziehpresse kommendes Auslösesignal, wie durch einen zugeordneten Signaleingang 30 der Steuereinrichtung 29 angedeutet ist. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, der Antriebseinrichtung 3 eine eigene Steuereinrichtung zuzuordnen.
Die Dicke des mittels der Auftrageinrichtung 5 erzeugten Auftrags 4 hängt von der Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubeinrichtung 2 und der Ausflussrate des Gleitmittels aus dem Sprühventil 6, das heißt dem Gleitmitteldurchsatz pro Zeiteinheit durch die geöffnete Düsenöffnung ab. Die Ausflussrate hängt ihrerseits wiederum von der Viskosität des Gleitmittels, dem in der Kammer 9 anstehenden Druck des Gleitmittels und der Größe der Austrittsfläche der Düsenöffnung ab, die mittels der Hubbegrenzungseinrichtung 23 stufenlos beeinflussbar ist. Der Druck und die Viskosität sollen im dargestellten Beispiel konstant sein. Nur die Größe der Austrittsfläche wird verändert. Je nach Stellung der Nocke 25 ergibt sich eine größere oder kleinere Austrittsfläche der Düsenöffnung.
Der Auftrag 4 soll überall die gleiche Dicke aufweisen. Um dies auch in den während der Beschleunigungsphase a und Verzögerungsphase c unter der Auftrageinrichtung 5 durchlaufenden Bereichen der Blechtafeln 1 zu gewährleisten, ist die Kontur der Nocke 25 so ausgebildet, dass sich während der Beschleunigungsphase a ein mit dem dortigen Anstieg der Geschwindigkeit korrespondierender Anstieg der wirksamen Austrittsfläche der Düsenöffnung und während der Verzögerungsphase c eine mit dem dortigen Abfall der Geschwindigkeit korrespondierende Verkleinerung der wirksamen Austrittsfläche der Düsenöffnung ergeben. Mit der Vergrößerung bzw. Verkleinerung der wirksamen Austrittsfläche wird auch die Ausflussrate entsprechend vergrößert bzw. verkleinert. Es ergibt sich somit praktisch eine dynamische Anpassung der Ausflussrate an die Vorschubgeschwindigkeit derart, dass die Ausflussrate während der Beschleunigungsphase a entsprechend der Geschwindigkeitssteigerung so zunimmt und in der Verzögerungsphase c entsprechend der Reduzierung der Geschwindigkeit so abnimmt, dass ein Auftrag 4 mit konstanter Dicke erreicht wird. Die Antriebsgeschwindigkeit der Nocke 25 ist dabei so auf die Nockenkontur abgestimmt, dass in jedem Zeitpunkt der gewünschte Umfangsbereich der Nocke 25 mit dem Stift 24 der Ventilnadel 11 zusammenwirkt.
Der der Grundstellung der Nocke 25 in den Stillstandsphasen d zugeordnete Nocken-Radius ist so, dass die Ventilnadel 11 an den zugeordneten Ventilsitz 10 angepresst und damit der Ausgang der Kammer 9 geschlossen gehalten werden. Sobald die der Vorschubeinrichtung 2 zugeordnete Antriebseinrichtung 3 gestartet wird, wird auch die der Nocke 25 zugeordnete Antriebseinrichtung 28 gestartet, wobei die Nocke 25 so gedreht wird, dass die Austrittsfläche der Düsenöffnung zunimmt. Beim Erreichen der maximalen Vorschubgeschwindigkeit, das heißt der Konstantphase b, kann die Antriebseinrichtung 28 gestoppt werden. Sobald die Verzögerungsphase c beginnt, wird die Antriebseinrichtung 28 in umgekehrter Richtung aktiviert, so dass die Nocke 25 so gedreht wird, dass die Größe der wirksamen Austrittsfläche der Düsenöffnung mit der Vorschubgeschwindigkeit abnimmt. Am Ende der Verzögerungsphase d, das heißt am Ende der Vorschubbewegung, ist die Ausgangsstellung der Nocke 25 wieder erreicht, bei der das Sprühventil 6 geschlossen ist.
Der erforderliche Nockenanstieg bzw. -abfall ist zweckmäßig auf einen Umfang von 90° - 210° verteilt. Hierdurch ist sichergestellt, dass einerseits der Nockenanstieg nicht zu steil und andererseits nicht zu schwach wird, wodurch einerseits unerwünschte Beschleunigungen der Ventilnadel 11 und andererseits eine unerwünscht hohe Antriebsgeschwindigkeit der Nocke 25 vermieden werden können sowie eine sanfte stufenlose Nadelhubverstellung und damit eine hohe Genauigkeit erreicht werden. Der Nockenstillstand in der Konstantphase stellt sicher, dass hierfür kein Nockenumfang benötigt wird und so die der Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsphase zugeordnete Kontur auf einem vergleichsweise großen Umfangsbereich angeordnet sein kann.
Die Abhängigkeit zwischen der aus Figur 2 sich ergebenden Vorschubgeschwindigkeit und der hierzu gehörenden Winkelstellung der Nocke 25, das heißt die Abhängigkeit zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Ausflussrate, kann in Form einer Tabelle in der Steuereinrichtung 29 abgelegt sein, wie in Figur 1 durch einen hierfür geeigneten Eingang 31 angedeutet ist. Ebenso kann einfach das Geschwindigkeitsprofil der Vorschubbewegung in der Steuereinrichtung 29 abgelegt sein und zur Berechnung der gewünschten Winkelstellung der Nocke 25 verwendet werden. Dies kann vorgesehen sein, wenn die Vorschubbewegung stets dasselbe Profil durchläuft. Zur Erzielung einer besonders hohen Genauigkeit ist es aber vorteilhaft, den Ist-Wert der Vorschubgeschwindigkeit zu erfassen, wie durch einen entsprechenden Istwert-Eingang 32 der Steuereinrichtung 29 angedeutet ist, und aus diesem tatsächlichen Wert der Geschwindigkeit anhand der abgelegten Winkeltabelle die zugeordnete Nockenposition zu bestimmen.
Mittels der Steuereinrichtung 29 können neben den Antriebseinrichtungen 28 und 3 auch noch weitere am Beschichtungsvorgang beteiligte Aggregate, vorzugsweise die Druckluftversorgung des die Luftstrahlen 12 speisenden Ringraums 14 gesteuert werden. Zur Senkung des Druckluftverbrauchs kann die Druckluftbeaufschlagung des Ringraums 14 während der Stillstandsphasen d abgeschaltet werden. Ebenso kann die Steuer-Druckmittelbeaufschlagung des dem Kolben 19 zugeordneten Arbeitsraums 21 während der Stillstandsphasen d abgeschaltet werden. Diese Maßnahmen kommen vorteilhaft dann zur Anwendung, wenn die Stillstandsphase d länger als ein bestimmter Mindestwert ist. Zur Erzielung einer hohen Genauigkeit muss die Beaufschlagung des Arbeitsraums 21 bzw. Ringsraums 14 dabei mit Vorlauf, vorzugsweise 100 Millisekunden Vorlauf, vor Beginn der nächsten Vorschubbewegung wieder aktiviert werden. Die Steuereinrichtung 29 enthält dementsprechend geeignete Speicher zur Aufnahme der hierfür nötigen Informationen und Zusammenhänge.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird lediglich die Größe der wirksamen Austrittsfläche der Düsenöffnung in dynamischer Anpassung an die Vorschubgeschwindigkeit stufenlos verändert. Es wäre aber auch denkbar, auch einen oder mehrere der weiteren, die Ausflussrate beeinflussenden Parameter in dynamischer Anpassung an die Vorschubgeschwindigkeit zu verändern. Den größten Einfluss hat jedoch eine Änderung der Größe der wirksamen Austrittsfläche der Düsenöffnung, so dass mit einer Vorrichtung oben beschriebener Art auf einfache Weise gute Ergebnisse erzielbar sind.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Auftragen eines Beschichtungsmittels auf ein taktfömig bewegtes Substrat, insbesondere vom Auftragen eines Gleitmittels auf einer Presse zuführbares, in einem an den Takt der Presse angepassten Takt bewegbares Blech, mit wenigstens einem Sprühventil (6) an dem das Beschichtungsmittel permanent ansteht und zumindest dessen Düsenöffnung hinsichtlich der Größe ihrer wirksamen Austrittsfläche bei einer Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats entsprechend der für eine konstante Schichtdicke des Beschichtungsmittels bestehenden Abhängigkeit der Ausflussrate des Beschichtungsmittels aus dem Sprühventil (6) von der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats veränderbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Sprühventil (6) eine mit einem zugeordneten Ventilsitz (10) zusammenwirkende Ventilnadel (11) aufweist, die unter der Wirkung eines Steuermediums entgegen der Kraft einer Schließfeder (17) vom Ventilsitz (10) abhebbar und an einen Anschlag anstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag als drehbare Nocke (25) ausgebildet ist, die zumindest bei sich ändernder Vorschubgeschwindigkeit des Substrats antreibbar und eine aus der für eine konstante Schichtdicke des Beschichtungsmittels bestehenden Abhängigkeit der Ausflussrate des Beschichtungsmittels aus dem Sprühventil (6) von der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats abgeleitete Kontur aufweist, wobei die Nocke (25) mittels einer Antriebseinrichtung (28) antreibbar ist, der eine Steuereinrichtung (29) zugeordnet ist, die aus dem Momentanwert der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats und dem der Kontur der Nocke (25) zugrundeliegenden Zusammenhang die Winkelstellung der Nocke (25) ermittelt und die Antriebseinrichtung (28) entsprechend ansteuert.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (29) für wenigstens eine gewünschte Schichtdicke eine dem Zusammenhang zwischen Vorschubgeschwindigkeit des Substrats und Winkelstellung der Nocke (25) zugeordnete Information, vorzugsweise in Form einer Tabelle abgelegt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (29) eine dem Verlauf der Vorschubgeschwindigkeit des Substrats entsprechende Information, vorzugsweise in Form einer Tabelle, abgelegt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (29) einen Ist-Wert-Eingang (32) für die Vorschubgeschwindigkeit des Substrats aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (29) einen Eingang (30) für ein von einer der das Substrat aufnehmenden Vorschubeinrichtung (2) nachgeordneten, taktförmig arbeitenden Bearbeitungseinrichtung abnehmbares Auslösesignal aufweist und dass mittels der Steuereinrichtung (29) eine der Vorschubeinrichtung (2) zugeordnete Antriebseinrichtung (3) aktivierbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, in einer Reihe nebeneinander angeordnete Sprühventile (6) vorgesehen sind und dass die diesen jeweils zugeordneten Nocken (25) auf einer über alle Sprühventile (6) durchgehenden Nockenwelle (26) aufgenommen sind, die mittels der von der Steuereinrichtung (29) ansteuerbaren, vorzugsweise einen Servomotor mit nachgeordnetem, spielarmem Getriebe, aufweisenden Antriebseinrichtung (28) antreibbar ist, wobei die Nockenwelle (26) auf einer vorzugsweise mit zugeordneten Konsolen (27) versehenen Traverse (7) gelagert ist, an der auch die Sprühventile (6) festlegbar sind und in der den Sprühventilen (6) zugeordnete Versorgungsleitungen verlegt sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise einander gegenüberliegenden Sprühventilen (6) zugeordnete Nockenwellen (26) vorgesehen sind, deren Antriebseinrichtungen (28) mittels derselben Steuereinrichtung (29) ansteuerbar sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühventile (6) mit Sprühluft und/oder einem Steuer-Druckmittel beaufschlagbar sind, wobei die Beaufschlagung mittels der Steuereinrichtung (29) steuerbar ist, die die Beaufschlagung bei einem eine vorgebbare Mindestzeit übersteigenden Stillstand der Vorschubeinrichtung (2) abschaltet und mit Vorlauf gegenüber der nächsten Aktivierung der Vorschubeinrichtung (2) einschaltet.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren, außer der Austrittsfläche der Düsenöffnung die Ausflussrate des Beschichtungsmittels aus dem Sprühventil (6) beeinflussenden Parameter konstant gehalten sind.
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