EP2162235B1

EP2162235B1 - Ventileinrichtung einer auftragungseinrichtung zum auftragen von fluid auf ein substrat und auftragungsvorrichtung

Info

Publication number: EP2162235B1
Application number: EP08758719A
Authority: EP
Inventors: Johann Achrainer
Original assignee: J Zimmer Maschinenbau GmbH
Current assignee: J Zimmer Maschinenbau GmbH
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2028-05-20
Also published as: JP2010531213A; EP2162234A2; US20100170918A1; US20100132612A1; WO2008151713A8; IL202427A0; WO2008151713A3; CA2690108A1; CA2690062A1; KR20100051786A; CA2690062C; WO2008151713A2; JP5228039B2; CN101711186A; EP2002898A8; ATE520473T1; EP2162235A1; CN101784348A; CN101711186B; KR101398760B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung einer Auftragungseinrichtung zum Auftragen von Fluid auf ein Substrat, umfassend einen Ventilkörper, ein einen mit Fluid beaufschlagbaren Innenraum und einen dort eingerichteten Ventilsitz aufweisendes Ventilgehäuse mit zugeordneter Ventildüse zum Abstrahlen des Fluids unter Druck, eine mit Fluiddruck beaufschlagbare Zuführ-Fluidkammer, eine Fluidverbindung zwischen Zuführ-Fluidkammer und Ventilgehäuse-Innenraum, eine Ventilbetätigungseinrichtung, die durch eine Elektromagneteinrichtung mit gegen Rückstellkraft hin und her bewegbarem, in den Ventilsitz zum Schließen und Öffnen der Ventildüse eingreifendem Ventilkolben gebildet ist, und einen einen Justierkolben bildenden Kolbenanschlag, gegen den der Ventilkolben arbeitet, und der zum Einstellen und Justieren des Kolbenhubs in Hubrichtung verstellbar gelagert ist, wobei die Ventilbetätigungseinrichtung zwischen der Zuführ-Fluidkammer und dem Ventilgehäuse angeordnet ist und wobei die Ventildüse an der sie aufweisenden Düsenseite der Ventileinrichtung lösbar befestigt ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Auftragungseinrichtung zum Auftragen von Fluid auf ein Substrat, umfassend eine Reihenanordnung von Ventileinrichtungen, die jeweils mit einer Auftragungs-Ventildüse zum Abstrahlen des Fluids unter Druck und mit zugehöriger Ventilbetätigungseinrichtung zum Steuern der Fluidabstrahlung durch Schließen und Öffnen der Auftragungs-Ventildüsen ausgestattet sind, und umfassend eine mit dem Fluid druckbeaufschlagbare gemeinsame Verteilungs-Fluidkammer, die die Auftragungs-Ventileinrichtungen zum Beaufschlagen mit dem Fluid miteinander verbindet, wobei die Verteilungs-Fluidkammer mit einem Fluideinlasskanal versehen ist, der so angeordnet ist, dass das in der Verteilungs-Fluidkammer unter Druck stehende Fluid längs der Reihe der Auftragungs-Ventileinrichtungen auf diese verteilt wird.
Es handelt sich um eine Auftragungseinrichtung, die mit elektromagnetisch betriebenen Ventilen ausgestattet ist. Die Ventile werden durch individuelle Ansteuerung geöffnet und geschlossen, um einen punkt- oder strichförmigen Auftrag, durch den ein flächiger Auftrag resultieren kann, auf einem Substrat, z.B. auf einer ebenen Materialbahn oder einen Flächenteil herzustellen. Als Auftragungsfluid ist jede flüssige Substanz, insbesondere Farbe oder Tinte für einen Farbauftrag geeignet. Auch können Beschichtungen oder Imprägnierungen mit Klebstoffen, Beschichtungsmitteln od. dgl. durchgeführt werden. Die Ansteuerung bestimmt aufgetragene Mengen, applizierte Flächen, Muster und/oder aufgetragene Zeichen.
Der Reinigung und der Wartung der Auftragungseinrichtung kommen besondere Bedeutung zu. Die Ventildüsen weisen einen Durchmesser von z.B. nur 60 bis 150 Mikrometern auf. Die Ventildüsen sowie Fluidwege in den Ventileinrichtungen können durch feinste Partikel oder geringste Ablagerung leicht verstopfen. Übliche Ventil- bzw. Auftragungseinrichtungen müssen weitgehend demontiert werden, um die Ventileinrichtung oder mehrere Ventileinrichtungen zu reinigen.
Zum Beispiel ist aus DE 43 02 686 A1 eine gattungsgemäße Ventileinrichtung bekannt. Dort ist an der Unterseite der Ventileinrichtung eine Wechseldüse vorgesehen, die an ein mit Ventilsitz ausgestattetes Ventilgehäuse angeschraubt ist. Dieses ist zudem in einen Mantelkörper einer Elektromagneteinrichtung eingeschraubt. Für Wartungs-/Reinigungsarbeiten müssen Justierkolben und Ventilkolben nach oben ausgebaut werden. Durch Herausschreiben einer Justierschraube wird der gesamte Kolben herausgenommen. Die Justiereinstellung geht verloren. Das Ventilgehäuse mit Ventilsitz kann nur ausgeschraubt werden, nachdem der Mantelkörper von einem Ventilkörper befreit worden ist. Die gemäß DE 43 02 686 A1 bekannte Ventileinrichtung weist einen Kolben auf, der als geschlitzte Hülse mit Strömungskanälen ausgebildet ist. Ecken der Schlitzkanäle neigen zum Verunreinigen. - US2005/056713 A1 offenbart mit Fig. 27 eine Ventileinrichtung mit ringförmigem Fluidweg zwischen Kolben und Wand eines Kolbenraums. Besondere Maßnahmen zum Reinigen und Warten werden nicht vorgesehen.
Verunreinigungen treten insbesondere nach einer ersten Montage auf. Aber auch im laufenden Betrieb entstehen Störungen durch Ablagerungen. Zudem bestehen besondere Reinigungserfordernisse, wenn die Auftragungssubstanz zu wechseln, also zum Beispiel ein Farbwechsel vorzunehmen ist. Bei herkömmlichen Auftragungseinrichtungen mit Justiereinrichtung (vgl. DE 43 02 686 A1 ) wird ein Justierkolben ausgebaut, bzw. man nimmt eine relativ aufwendige Demontage vor. Nach anschließendem Zusammenbau wird eine Justierung mit erheblichem Aufwand unter Verwendung von separaten Mikrometermesseinrichtungen erforderlich. Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen. US 3811601 offenbart eine Ventileinrichtung gemäß des Obergegriffs des Anspruchs 1.
Aus US 5085402 , und DE 19910 261 sind auch Ventileinrichtungen bekannt.
Der Erfindung liegen danach die Ziele zugrunde, das Reinigen bzw. Warten der Auftragungseinrichtung bzw. ihrer Ventileinrichtungen zu verbessern und einfach zu gestalten. Insbesondere sollen Wartung und Reinigung unter Beibehaltung von Justiereinstellungen der Ventildüsen wirksam und einfach vorgenommen werden können.
Die Ziele der Erfindung werden in Verbindung mit den Merkmalen der Ventileinrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Ventileinrichtung eine den Ventilkörper an der Düsenseite nach unten abschließende Düsenplatte mit Montageöffnung für den Ventilkolben aufweist, dass das Ventilgehäuse in Form einer Düsenblende gestaltet ist, die ein an die Montageöffnung der Düsenplatte von unten ansetzbares und abnehmbares Verschlussteil ist, wobei die Ventildüse Bestandteil des Ventilgehäuses ist und der Ventilkolben bei angesetztem Verschlussteil in den Ventilsitz zum Schließen und Öffnen der Ventildüse eingreift, während der Ventilkolben bei abgenommenem Verschlussteil durch die Montageöffnung der Düsenplatte zur Entnahme und Montage freigegeben wird, dass die Ventileinrichtung mit wenigstens einem gerade verlaufenden, von Strömungsecken frei bleibenden Fluidkanal versehen ist, der, die Ventilbetätigungseinrichtung passierend, die Zuführ-Fluidkammer mit dem Ventilsitz des Ventilgehäuse-Innenraums verbindet, wobei der Ventilkolben und ein Teil des Justierkolbens gemeinsam eine Wandung des geraden Fluidkanals bilden, der bei abgenommenem Düsenblenden-Verschlussteil zum Reinigen durch die Montageöffnung freigegeben wird.
Eine in der Praxis insbesondere zur Farbauftragung besonders bevorzugte erfindungsgemäße Auftragungseinrichtung weist acht Auftragungs-Ventileinrichtungen auf. Aber auch Einrichtungen mit weniger Auftragungsdüsen, zum Beispiel mit fünf Düsen, oder mit mehr Auftragungsdüsen, z.B. mit fünfzehn Düsen, erweisen sich als besonders praktisch. Auftragungseinheiten mit bevorzugt fünf bis fünfzehn Auftragungs-Ventileinrichtungen, insbesondere in Kombination mit einer Reinigungs-Ventileinrichtung, werden zweckmäßig auch als Modulelement eingerichtet, das mit gleichen Modulelementen zu einer Auftragungseinrichtung mit in Reihen und Spalten angeordneten Abstrahldüsen zusammengefügt ist. Solche Auftragungs-Modulelemente können mit Steckverbindungen und/oder Schraubverbindungen zusammengefügt werden.
Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung mit Elektromagneteinrichtung bzw. die mit elektromagnetischen Ventilen ausgestattete erfindungsgemäße Auftragungseinrichtung bieten, insbesondere auch in Verbindung mit einer Reinigungs-Ventileinrichtung der Auftragungseinrichtung Vorteile zum Reinigen der Ventil-Fluidkanäle zwischen der Verleilungs-Fluidkammer und den Auftragungs-Ventildüsen. Bei abgenommenem Ventilgehäuse gibt die Montageöffnung nicht nur den Ventilkolben zur Entnahme aus der Ventileinrichtung frei, sondern auch der die Kolbenwandung aufweisende Fluidkanal wird freigegeben. Der gerade verlaufende, von Strömungsecken frei bleibende Ventil-Fluidkanal gewährleistet eine ausgezeichnete Spülung. Strömungsschatten, die in bekannten Auftragungseinrichtungen durch Hinterschneidungen, tote Ecken, Gebiete mit langsamen Strömungsgeschwindigkeiten oder dergleichen entstehen, sind vermieden. Schädliche Luftblasen werden vermieden, da durch die gerade, an der Wandung des Justierkolbens und des Ventilkolbens verlaufende Strömungsstrecke eine besonders wirksame Entlüftung erreicht wird. Das Reinigungsfluid reinigt bei jeweils individuell geöffneter Auftragungs-Ventileinrichtung die Strecke zwischen der Verteilungs-Fluidkammer und dem Ventilsitz bzw. der daran angeordneten Ventildüse, ohne dass die Auftragungseinrichtung zerlegt werden muss. Dabei besteht ein wesentlicher Vorteil auch darin, dass die mit dem Justierkolben eingestellte Justierposition des Ventilkolbens erhalten bleibt.
Jede Ventileinrichtung weist an der Düsenseite der Auftragungseinrichtung die Montageöffnung auf, in die das Ventilgehäuse als Verschlusselement in lösbarer Verbindung eingesetzt ist und die bei abgenommenem Ventilgehäuse den Ventilkolben zur Entnahme aus der Ventileinrichtung und den die Kolbenwandung aufweisenden geraden Fluidkanal freigibt.
Die Ventildüse ist Bestandteil des Ventilgehäuses. Es ist eine Düsenblende gebildet, die als solche die Montageöffnung und deren Rand von unten abdeckt, wobei das Ventilgehäuse mit der Düse derart eingerichtet ist, dass diese zusammen ein einheitliches Handhabungsteil bilden. Vorteilhaft bildet die Düse kolbenseitig den Ventilsitz. Durch einfaches Austauschen des Ventilgehäuses mit einer anders dimensionierten Ventildüse können zum Auftragen andere Feinheiten und Fluidmengen (Farbmengen) verwirklicht werden. Eine Justiereinrichtung wird vorzugsweise durch eine Schraubverbindung mit Feingewinde gebildet. Durch Hinein- bzw. Herausdrehen des Justierkolbens kann die Feindistanz zu dem Ventilkolben und damit der gewünschte feine Kolbenhub exakt eingestellt werden. Der Kolbenhub beeinflusst direkt den Durchfluss der Ventileinrichtung, so dass eine exakte Einstellung für das Erreichen einer gleichmäßigen Auftragung, insbesondere eines gleichmäßigen Druckbildes besonderes wichtig ist. Bei der erfindungsgemäßen Düsenkonstruktion kann die Einstellung des Hubes während des Ventilbetriebs erfolgen. Die Dreheinstellung des Justierkolben resultiert in einer unmittelbaren Änderung des Durchflusses durch die Ventildüse.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass, insbesondere nachdem die Verteilungs-Fluidkammer gereinigt worden ist, der Fluidkanal zwischen der Verteilungs-Fluidkammer und der zugehörigen Auftragungsdüse dadurch gereinigt werden kann, dass das lösbar angebrachte, als Düsenblende eingerichtete Ventilgehäuse im Fall grober Verschmutzung abgenommen wird. Das Ventilgehäuse und der Ventilkolben werden an der Düsenseite der Auftragungseinrichtung, also an der die Auftragungsseite bildenden Unterseite der Einrichtung auf einfache Weise entnommen und wieder montiert. Eine solche teilweise Demontage kann erforderlich werden, wenn ein Fluidwechsel, z.B. ein Farbwechsel vorzunehmen ist. Im Unterschied zu herkömmlichen Auftragungseinrichtungen werden Ventilkörper oder Wandteile nicht demontiert. Dies ist von erheblichem Vorteile, da die Justiereinrichtungen gegen Beschädigung sehr empfindlich sind. Geringste Beschädigungen oder das Wiederanbringen von Ventilkörpern oder Wandteilen können schon Justierungen im Bereich von wenigen Mikrometern verfälschen. Durch Spülung der Verteilungs-Fluidkammer werden auch die Justierkolben zum Reinigen erfasst, ohne dass an der Ober-/Rückseite der Auftragungseinrichtung eine Demontage erfolgt.
Mit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung wird auch in Einzel-Bauform erreicht, dass entlang der geraden Ventil-Kanalstrecke zwischen der Zufuhr-Fluidkammer und der Ventildüse eine gerade Längsströmung stattfindet. Die Längskonstruktion vermeidet anderenfalls durch Hinterschneidungen, tote Ecken, Gebiete mit langsamen Strömungsgeschwindigkeiten oder dergleichen entstehende Strömungsschatten. Damit lässt sich die Einzel-Ventileinrichtung nicht nur, wie bereits erläutert, besonders gut mittels Durchspülung reinigen. Durch die Längsströmung wird auch der innere Bereich der Elektromagneteinrichtung, nämlich eine Magnetspule, die den Justierkolben und den Ventilkolben teilweise umgibt, wirksam gekühlt. Dies wirkt sich günstig auf die Lebensdauer der Ventileinrichtung aus. Bauform und Montage der Ventileinrichtung sind besonders einfach.
Bereits die Einzel-Ventileinrichtung weist die Vorteile auf, die im Zusammenhang mit den Ventileinrichtungen der Auftragungseinrichtung genannt worden sind. Im Fall einer besonders groben Verstopfung kann das Ventilgehäuse leicht abgenommen werden. Die Montageöffnung ist so groß, dass der Ventilkolben gleichfalls leicht herausgenommen werden kann. Damit ist der Ventil-Fluidkanal bzw. der den Ventilkolben und den Justierkolben aufnehmende gemeinsame Kolbenraum zur Düsenseite hin, also nach unten offen. Durch Spülen mit Reinigungsfluid unter Druck werden der Ventil-Fluidkanal bzw. der Kolbenraum durchgespült, und eventuell vorhandene Schmutzpartikel werden nach unten herausgespült. Der Justierkolben bzw. die Justiereinrichtung werden nicht demontiert. Justiereinstellungen können beibehalten werden, und sie können präzise auch während des Betriebs der Einrichtung, also während des Auftragens vorgenommen werden.
Unteransprüche sind auf die genannten und noch andere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gerichtet. Besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausbildungsformen oder-möglichkeiten der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der in der schematischen Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 A bis I D: in Seitenansichten bzw. axonometrischer Ansicht eine erfindungs- gemäße Auftragungseinrichtung mit acht erfindungsgemäßen Auftragungs-Ventildüsen und einer Reinigungs-Ventildüse,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine Auftragungseinrichtung gemäß Fig. 1A bis D,
Fig.3: das Detail D der Fig. 2 und
Fig.4: eine erfindungsgemäß Einzel-Ventileinrichtung.

Eine in Fig. 1A bis D dargestellte erfindungsgemäße Auftragungseinrichtung umfasst einen kastenartigen Ventilkörper 15 als Bestandteil von Ventileinrichtungen 2. Der Ventilkörper ist aus einem Sockel-Unterteil 15 1 und einem Deckel-Oberteil 152 zusammengesetzt ist. Das Unterteil 151 ist durch eine schmale längliche Düsenplatte 121 abgeschlossen, die Ventildüsen 3 in besonderer erfindungsgemäßer Gestaltung aufnimmt. Die Ventildosen 3 sind an der Düsen-/Auftragungsseite 12 in gerader Reihe angeordnet. An der gegenüberliegenden Seite weist die Auftragungseinrichtung 1 einen elektrischen Steckanschluss 17 und eine Anschlussöffnung 16 für Auftragungsfluid auf. Im Ausführungsbeispiel ist die Reihe der Ventildüsen 3 durch acht Auftragungs-Ventildüsen 31 und eine die Düsenreihe abschließende Reinigungs-Ventildüse 30 bestimmt. Die Reinigungs-Ventildüse 30 ist an dem der Anschlussöffnung 16 gegenüberliegenden Ende der Düsenreihe angeordnet.
Wie aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 ersichtlich, wird der Ventilkörper 15 mit einer elektronischen Leistungs-Schalteinrichtung 9 verbunden. Diese Schalteinrichtung 9 ist mittels eines Rahmens 19 in Steckverbindung 18 mit einer Kappe 153 des Oberteils 152 verbunden. In dieser Verbindung ist die Schaltungseinrichtung 9 direkt über den Steckanschluss 17 ohne Verwendung einer Flachbandkabelverbindung elektrisch an den Ventilkörper 15 angeschlossen. Der elektrische Steckanschluss 17 stellt nicht dargestellte elektrische Verbindungen zu elektromagnetischen Ventil-Betätigungseinrichtungen 5 der Auftragungseinrichtung 1 her.
Aus Fig. 2 und dem Detailausschnitt gemäß Fig. 3 gehen Aufbau und Struktur der erfindungsgemäßen Auftragungseinrichtung 1 bzw. der Ventileinrichtungen 2 im Ausführungsbeispiel hervor.
In das Unterteil 151 sind Ausnehmungen von neun Ventileinrichtungen 2 eingearbeitet, die diese bzw. Bestandteile derselben in gerader Reihe nebeneinander aufnehmen. Die Ventileinrichtung 20 an dem einen Ende der Reihe ist eine Reinigungs-Ventileinrichtung, die mit der Reinigungs-Ventildüse 30 ausgestattet ist. Die acht weiteren Ventileinrichtungen 21 sind Auftragungs-Ventileinrichtungen, deren Ventildüsen 31 im regulären Betrieb unter Druck stehendes Auftragungs-Fluid abstrahlen.
In dem Oberteil 152 des Ventilkörpers 15 ist eine Verteilungs-Fluidkammer 11 ausgebildet, die durch die Anschlussöffnung 16 über einen Fluideinlasskanal 110 mit unter Druck stehendem Fluid von einer Seite her gespeist werden kann. Die Kammer weist die Form eines langgestreckten, im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Kanals auf, der sich längs der Reihe der Ventileinrichtungen 2 erstreckt. Die Verteilungs-Fluidkammer 11 ist an ihrer den Ventil-Betätigungseinrichtungen 5 zugewandten Seite in gleichen Abständen mit Öffnungen 73 versehen. Es handelt sich jeweils um die Öffnung 73 einer Durchgangsbohrung 70 oder eines Durchgangsloches in dem Unterteil 151. Die Durchgangsbohrung 70 mündet in einen Vorsprung 154, der in eine Montageöffnung 13 der Düsenplatte 121 einfasst.
Das Unterteil 151, die dieses nach unten abschließende Düsenplatte 121, das Oberteil 152 und die dieses nach oben schließende Kappe 153 sind zweckmäßig mit nicht näher dargestellten Schraubverbindungen aneinandergefügt. Mit der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dass diese Teile beim Reinigen der Auftragungseinrichtung 1 im montierten Zustand bleiben.
Die Ventileinrichtungen 2, nämlich die Reinigungs-Ventileinrichtung 20 und die Auftragungs-Ventileinrichtungen 21 sind grundsätzlich gleich und übereinstimmend ausgebildet. Ein wesentlicher Unterschied besteht allerdings darin, dass die Reinigungs-Ventileinrichtung 20 am Ende der Reihenanordnung mit der Reinigungs-Ventildüse 30 ausgestattet ist, die einen wesentlich größeren Strömungsquerschnitt aufweist, als der Strömungsquerschnitt der Auftragungs-Ventildüse 31 jeder Auftragungs-Ventileinrichtung 21. Im Ausführungsbeispiel weisen die Auftragungs-Ventildüsen 31 den gleichen Strömungsquerschnitt auf. Im Ausführungsbeispiel soll der Strömungsquerschnitt der Reinigungs-Ventildüse 30 zehnmal größer als der Strömungsquerschnitt der Auftragungs-Ventildüse 31 sein.
Die Ventileinrichtung 2, die also neunfach vorgesehen ist, wird nachfolgend beschrieben.
Die Ventileinrichtung 2 umfasst die in dem Ventilkörper 15 angeordnete Ventil-Betätigungseinrichtung 5, ein Ventilgehäuse 4 mit der Ventildüse 3 und einem Ventilsitz 41, einen Ventilkolben 51 und eine Justiereinrichtung 6 mit einem Justierkolben 61, gegen den der Ventilkolben 51 arbeitet. Das Ventilgehäuse 4 mit der Ventildüse 3 bildet eine einschraubbare Düsenblende. Das Ventilgehäuse ist zusammen mit der Ventildüse an der die Ventildüse aufweisenden Düsenseite der Ventileinrichtung lösbar befestigt.
Die Ventil-Betätigungseinrichtung 5 ist als Elektromagneteinrichtung mit einer Magnetspule 50 ausgebildet, die die Durchgangsbohrung 70 umgibt. Aus der Durchgangsbohrung 70 ragt an dem Vorsprung 154 der Ventilkolben 51 nach unten in einen durch einen Innenraum 8 des Ventilgehäuses 4 gebildeten Kolbenraum hervor. Der Ventilkolben 51 bildet den Elektromagnet-Anker der Magnetspule 50 und taucht in der Durchgangsbohrung 70 in die Magnetspule 50 hinein. Der Ventilkolben 51 ist in der Durchgangsbohrung 70 zentrisch gelagert. Zweckmäßig ist erfindungsgemäß eine nicht dargestellte Mehrpunktlagerung vorgesehen. Diese ist zweckmäßig durch drei am Längsumfangs des Ventilkolbens 51 um jeweils 120° versetzte Noppen gebildet. So ist zwischen der Längs-Umfangsfläche des Ventilkolbens 51 und der Bohrungswand der Durchgangsbohrung 70 ein ringförmiger Spalt ausgebildet. Die Durchgangsbohrung 70 und der Ventilkolben 51 weisen zweckmäßig Kreisquerschnitt auf.
Die in der Magnetspule 50 liegende Rückseite des Ventilkolbens 51 schlägt gegen einen kongruent ausgebildeten Kolbenanschlag 60 des Justierkolbens 61 an. Der Justierkolben 61 taucht von der Seite der Verteilungs-Fluidkammer 11 her in der Durchgangsbohrung 70 in die Magnetspule 50 ein. Dabei erstreckt sich der Justierkolben 61 etwa zu zwei Drittel in der Magnetspule 50, während der Ventilkolben 51 in das restliche Drittel eintaucht. Die Durchgangsbohrung 70 bzw. das Durchgangsloch bilden einen gemeinsamen Kolbenraum, in dem die beiden Kolben gehalten werden. Die Justiereinrichtung 6 umfasst eine Schraubenverbindung 63, die an der Wandung der Verteilungs-Fluidkammer 11 ausgebildet ist, die der die Fluideinlassöffnungen 73 aufweisenden Wandung gegenüber liegt.
Der Justierkolben 61 weist den gleichen Querschnitt wie der Ventilkolben 51 auf, wobei die beiden Kolben fluchtend angeordnet sind. Der Justierkolben 61 wird durch die Schraublagerung der Schraubenverbindung 63 in der Durchgangsbohrung 70 zentriert. So ist zwischen dem Längsumfang des Justierkolbens 61 und der Wandung der Durchgangsbohrung 70 gleichermaßen ein Ringspalt ausgebildet. Die beiden Ringspalte in der Durchgangsbohrung 70 längs des Justierkolbens 61 und längs des Ventilkolbens 51 bilden einen Ventil-Fluidkanal 7 in Form eines Ringkammerkanals 72. Dieser erstreckt sich von der Fluideinlassöffnung 73 zur Auslassöffnung 74 an dem Vorsprung 154. Der Ringkammerkanal 72 bildet längs der beiden Kolben 51, 61 und der Durchgangsbohrung 70 einen gerade verlaufenden Strömungsweg aus, der frei von Strömungsschatten bildenden Ecken und Kanten bleibt. Insoweit ist es erfindungsgemäß auch von Bedeutung, dass der Justierkolben 61 und der Ventilkolben 51 mit geschlossenen Flächen zur Anlage kommen. Zwischen den Anlageflächen besteht im Ausführungsbeispiel lediglich eine Hubdistanz von ca. 0,5 µm. In jedem Fall wird die Hubdistanz mit den geschlossenen Stirnflächen der beiden Kolben 51, 61 so klein gehalten, dass der Strömungsverlauf durch den Ringkammerkanal 72 in gerader Strecke glatt und ungestört bleibt.
Der Justierkolben 61 ragt an der Fluideinlassöffnung 73 des Ringkammerkanals 72 weit in die Verteilungs-Fluidkammer 11 hinein. Der Querschnitt des Justierkolbens 61 wird im Strömungsquerschnitt der Verteilungs-Fluidkammer 11 relativ klein gehalten, um in der Verteilungs-Fluidkammer 11 einen großen wirksamen Strömungsquerschnitt zu den Fluideinlassöffnungen 73 hin zu erhalten.
Erfindungsgemäß kommt u.a. der Gestaltung des Ventilgehäuses 4 besondere Bedeutung zu. Es ist in Form einer Düsenblende gestaltet, die ein leicht ansetzbares und abnehmbares Verschlussteil 14 ist. Das Ventilgehäuse 4 ist als Drehteil mit einem Außengewinde geformt und in lösbarer Schraubverbindung in die dazugehörige, ein Innengewinde aufweisende Montageöffnung 13 an der Düsenplatte 121 eingeschraubt. Das Ventilgehäuse 4 schließt nach außen mit einer an der Düsen-/Auftragungsseite 12 anliegenden Randblende ab. In das Ventilgehäuse 4 ist mittig die Ventildüse 3 eingelassen. Sie besteht vorteilhaft aus Keramik und kann durch Einpressen fest in das Ventilgehäuse 4 eingefügt sein.
Der Innenraum 8 des Ventilgehäuses 4, der mit dem Vorsprung 154 korrespondiert, ist kegelstumpfartig, um den Vorsprung 154 genau und zentrisch aufzunehmen. Im übrigen ist der Innenraum 8 des Ventilgehäuses 4 ausgebildet, um eine vorgespannte Kegelfeder 52 aufzunehmen, die Bestandteil der Ventil-Betätigungseinrichtung 5 ist, wobei sie ein Kopf-Schließelement 54 des Ventilkolbens 51 zum Schließen der Ventildüse 3 gegen diese presst. Die Ventildüse 3 ist zur Seite des Ventilkolbens 51 mit dem Ventilsitz 41 ausgeformt, an den der Ventilkolben 51 mit dem Kopf-Schließelement 54 angreift. Dabei wird die Kegelfeder 52, die auf dem Ventilkolben 51 sitzt, in ihrem vorgespannten Zustand zwischen einem Ringrand des Vorsprungs 154 und einem Ringrand am Kopfende des Ventilkolbens 51 gehalten bzw. eingespannt.
Wie hier nicht näher beschrieben wird und aus der Zeichnung ersichtlich ist, werden die Bauteile der Auftragungseinrichtung 1 an anliegenden Formschlussflächen im Bereich von Fluid führenden Kammern und Kanälen in üblicher Weise mit Dichtungen, z.B. O-Ringdichtungen gegeneinander abgedichtet.
Insbesondere anhand der Fig. 2 und 3 werden Funktionen und Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtungen erläutert. In den Fig. 2 und 3 ist zum Verdeutlichen der Darstellung nur die Reinigungs-Ventildüse 30 mittels des ansetzbaren und abnehmbaren Ventilgehäuse-Verschlussteils 14 in die Düsenplatte 121 eingesetzt. Selbstverständlich sind zum Schließen sämtlicher Ventileinrichtungen 2 die übrigen Ventilgehäuse 4 gleichfalls einzeln an der Düsenplatte 121 ansetzbar und abnehmbar angebracht.
Die Reinigungs-Ventildüse 30 weist einen relativ großen Strömungsquerschnitt auf. Man erreicht dadurch bei geöffneter Reinigungs-Ventildüse 30, dass das Fluid von dem Fluideinlasskanal 110 in großer Strömungsgeschwindigkeit längs der Strecke 100 in der Verteilungs-Fluidkammer 11 durch den Ringkammerkanal 72 der Reinigungs-Ventileinrichtung 20 zu der Reinigungs-Ventildüse 30 gelangt. Längs der Strömungsstrecke 100, die sämtliche Ventileinrichtungen 2 passiert, wird die Verteilungs-Fluidkammer 11 von Verunreinigungen wie Partikeln oder Ablagerungen besonders wirksam gereinigt. Dabei handelt es sich um Kleinstteilchen, für die der gerade verlaufende Ringkammerkanal 72 kein Hindernis darstellt. Aufgrund der großen Düsenöffnung der Reinigungs-Ventildüse 30 wird eine hohe, feinste Verunreinigungen mitreißende Strömung erzeugt. Der Strömungsquerschnitt der Reinigungs-Ventildüse 30 ist so groß ist, dass diese Düse für einen Auftragungsbetrieb nicht geeignet ist und dafür nicht verwendet wird. Der Hub der Justiereinrichtung 6 der Reinigungs-Ventileinrichtung ist so groß eingestellt, dass der Strömungsquerschnitt der Ventildüse 30 vollständig zur Geltung kommt.
Die Reinigungs-Ventileinrichtung 20 wird durch Stromlos-Schalten der Ventil-Betätigungseinrichtung 5 geschlossen. Nacheinander werden die Auftragungs-Ventileinrichtungen 21 durch Ansteuerung der zugehörigen Ventil-Betätigungseinrichtungen 5 geöffnet. Das heißt, dass nacheinender immer nur eine der Auftragungs-Ventildüsen 31 geöffnet ist, während die anderen Auftragungs-Ventildüsen 31 geschlossen gehalten werden. Die Verteilungs-Fluidkammer 11 wird mit unter Druck stehendem Reinigungsfluid gespeist. Auf diese Weise erreicht man in jeder Auftragungs-Ventildüse 31 eine wirksame Reinigung und Durchspülung des Ringkammerkanals 72 sowie des die Kegelfeder 52 aufnehmenden Innenraums 8 des Ventilgehäuses 4 einschließlich der Auftragungs-Ventildüse 30.
Die Abfolge der Druckbeaufschlagungen mit Reinigungsfluid sowie des Schließens bzw. des Öffnens der Ventileinrichtungen 2 wird vorteilhaft durch eine elektronische Steuereinrichtung vorgenommen. Diese wird mit einem Steuerprogramm derart eingerichtet, dass die Abfolge von Verfahrensabschnitten vorgegeben ist und ausgeführt werden kann. Als elektronische Steuereinrichtung kann die übliche Steuerelektronik eines Rechners und/oder einer Logikschaltung zur Auftragungssteuerung genutzt werden. Eine derartige elektronische Steuereinrichtung ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Sie wird zum Beispiel mittels eine Logikplatine an die elektrischen Kontakte 91 der Leistungselektronik 9 angeschaltet.
Von großem Vorteil ist, dass Reinigung und Spülung in einem Zustand der Auftragungseinrichtung erfolgen, in dem die Justiereinrichtungen 6 der Auftragungseinrichtung 1 montiert bleiben. An der der Düsenplatte 121 gegenüberliegenden Seite der Auf tragungseinrichtung 1 erfolgt also keinerlei Manipulation durch Demontage.
Um größere Verunreinigung in den Ventileinrichtungen zu beseitigen ist, werden nacheinander die Ventilgehäuse-Verschlussteile 14 der Auftragungs-Ventileinrichtungen 21 nach unten abgeschraubt bzw. von unten wieder angesetzt, um jeweils eine Auftragungs-Ventileinrichtung 21 zu reinigen. Jede Auftragungs-Ventileinrichtung wird also durch Abnehmen des Ventilgehäuses 4 mit Ventildüse 31 und durch Freilegen der Montageöffnung 13 geöffnet.
Das Entfernen des als Verschlussteil 14 ausgebildeten Ventilgehäuses 4 ist besonders einfach. Nachdem das Ventilgehäuse 4 abgenommen worden ist, gibt die Montageöffnung 13 den Ventilkolben 51 und die Kegelfeder 52 frei, Teile, die als solche einfach nach unten durch die Montageöffnung 13 entnommen werden. Es erfolgt dann eine Spülung unter Hochdruck zum Beispiel mit Wasser oder einem besonderen Reinigungsmittel. Der Ventilkolben 51, die Kegelfeder 52 und das Ventilgehäuse 4 mit seiner Ventildüse 3 werden einzeln gereinigt. Im übrigen kann zum Abschluss der Reinigung noch das Ventilgehäuse 4 der Reinigungs-Ventileinrichtung 20 abgenommen werden und bei dann geschlossenen Auftragungs-Ventileinrichtungen mit Wasser durchspült werden. Wieder ist es von besonderer Bedeutung, dass die Justiereinrichtungen 6 montiert bleiben. Eine Manipulation wird nur an der Unterseite der Auftragungseinrichtung 1 erforderlich.
Mit der Justiereinrichtung 6 kann auf einfache Weise ein gewünschter Feinhub zwischen Schließstellung und Öffnnungsstellung des Ventilkolbens 51 eingestellt werden. Zu diesem Zweck weist die Justiereinrichtung 6 ein Mikrometer-Feingewinde 622 mit Justierschraube 621 auf.
Eine Auftragungseinrichtung 1, wie sie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 beschrieben worden ist, kann zweckmäßig auch als Moduleinheit vorgesehen werden, die sich mit gleichen Moduleinheiten zu einer Auftragungseinrichtung mit in Reihen und Spalten angeordneten Abstrahldüsen zusammenfügen lässt.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Ventileinrichtungen 2 in den Teilen 151 bis 153 des gemeinsamen Ventilkörpers 15 untergebracht und ausgebildet. Selbstverständlich können die Ventileinrichtungen auch jeweils durch eine einzelne Ventileinrichtung gebildet sein. Eine solche Ventileinrichtung wird im Ausführungsbeispiel in Fig. 4 dargestellt. Die Einzel-Ventileinrichtung weist die gleichen Teile oder entsprechende Teile wie die Ventileinrichtung 2 der beschriebenen Auftragungseinrichtung 1 auf. In Fig. 4 wird dies dadurch kenntlich gemacht, dass die in Fig. 1 bis 3 verwendeten Bezugszeichen mit durch Punkt nachgestellter Ziffer 1 verwendet werden.
Eine Einzel-Ventileinrichtung 2.1 gemäß Fig. 4 kann in Mehrzahl zu einer erfindungsgemäßen Auftragungseinrichtung zusammengefügt werden. Es ist dann erforderlich, wie dies in Fig. 4 nicht dargestellt ist, Zuführ-Fluidkammem 11.1 durch geeignete, nicht dargestellte Dichtmittel in Reihe zu schalten. Eine derartige Aneinanderfügung von Einzel-Ventileinrichtungen ist an sich bekannt.
Die Ventileinrichtung 2.1 gemäß Fig. 4 weist die zu der Ventileinrichtung 2 der oben im Ausführungsbeispiel beschriebenen Auftragungseinrichtung 1 erläuterten Merkmale, Funktionen und Vorteile auf. Der Ventileinrichtung 2.1 kommt eigenständige erfinderische Bedeutung auch ohne Anwendung in einer erfindungsgemäßen Auftragungseinrichtung zu. Es ist hervorzuheben, dass die Anordnung der Justiereinrichtung 6.1, des Ringkammerkanals 72.1, der die gerade verlaufende Längsströmungsstrecke ausbildet, und der nach unten abnehmbaren, durch das Ventilgehäuse 4.1 gebildeten Düsenblende in Kombination Vorzüge aufweisen.
Insbesondere lässt sich die gerade Strömungsstrecke des Ringkammerkanals 72.1 bei einfach abzunehmender und anzubringender Düsenblende bequem und wirksam reinigen. Die Düsenblende kann mit gewünschter Ventildüse 3.1 schnell ausgetauscht und montiert werden. Es erfolgt nur eine Manipulation an der Unterseite der Ventileinrichtung 2.1. An der Ober-/Rückseite der Ventileinrichtung 2.1 bleiben sämtliche Teile montiert. Die Justiereinstellung ist trotz der austauschbaren Düsenblende einfach und exakt durchführbar. Die gerade Strömungsstrecke des Ringkammerkanals 72.1 hat den Vorteil, dass Strömungsschatten vermieden sind, in der anderenfalls Partikel hängen bleiben, in deren Bereich Ablagerungen entstehen und/oder die die Durchströmung zum Beispiel infolge von Lufteinschlüssen beeinträchtigen. Durch die Längsströmung wird der innere Bereich der Magnetspule 50.1 sehr wirksam gekühlt.

Claims

Ventileinrichtung (2, 2.1) einer Auftragungseinrichtung (1) zum Auftragen von Fluid auf ein Substrat, umfassend einen Ventilkörper (15, 15.1), ein einen mit Fluid beaufschlagbaren Innenraum (8, 8.1) und einen Ventilsitz (41, 41.1) aufweisendes Ventilgehäuse (4, 4.1) mit zugeordneter Ventildüse (3, 3.1) zum Abstrahlen des Fluids unter Druck, eine mit Fluiddruck beaufschlagbare Zuführ-Fluidkammer (11, 11.1), eine Fluidverbindung zwischen Zuführ-Fluidkammer (11, 11.1) und Ventilgehäuse-Innenraum(8, 8.1), eine Ventilbetätigungseinrichtung (5, 5.1), die durch eine Elektromagneteinrichtung mit gegen Rückstellkraft hin und her bewegbarem, in den Ventilsitz (41, 41.1) zum Schließen und Öffnen der Ventildüse (3, 3.1) eingreifendem Ventilkolben (51, 51.1) gebildet ist, wobei die Ventilbetätigungseinrichtung (5, 5.1) zwischen der Zuführ-Fluidkammer (11, 11.1) und dem Ventilgehäuse (4, 4.1) angeordnet ist und wobei die Ventildüse (3, 3-1) an der sie aufweisenden Düsenseite (12, 12.1) der Ventileinrichtung (2, 2.1) lösbar befesligt ist, wobei die Ventileinrichtung (2, 2.1) eine den Ventilkörper (15, 15.1) an der Düsenseite nach unten abschließende Düsenplatte (121, 121.1) mit Montageöffnung (13, 13.1) für den Ventilkolben (51, 51.1) aufweist, wobei das Ventilgehäuse (4, 4.1) in Form einer Düsenblende gestaltet ist, die ein an die Montageöffnung (13, 1 3.1) der Düsenplatte (121, 121.1) von unten ansetzbares und abnehmbares Verschlussteil (14,14.1) ist, wobei die Ventildüse (3, 3.1) Bestandteil des Ventilgehäuses (4, 4.1) ist und der Ventilkolben (51, 51.1) bei angesetztem Verschlussteil (14, 14.1) in den Ventilsitz (41, 41.1) zum Schließen und Öffnen der Ventildüse (3, 3.1) eingreift, während der Ventilkolben (51, 51.1) bei abgenommenem Verschlussteil (14, 14.1) durch die Montageöffnung (13, 13.1) der Düsenplatte (121, 121.1) zur Entnahme und Montage freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (2, 2.1) einen einen Justierkolben (61, 61.1) bildenden Kolbenanschlag (60, 60.1) umfasst, gegen den der Ventilkolben (51, 51.1) arbeitet und der zum Einstellen und justieren des Kolbenhubs in Hubrichtung verstellbar gelagert ist dass die Ventileinrichtung (2, 2.1) und mit wenigstens einem gerade verlaufenden, von Strömungsecken frei bleibenden Fluidkanal (7, 7.1) versehen ist, der, die Ventilbetätigungseinrichtung (5, 5.1) passierend, die Zuführ-Fluidkammer (11, 11.1) mit dem Ventilsitz (41, 41.1) des Ventilgehäuse-Innenraums (8, 8.1) verbindet, wobei der Ventilkolben (51, 51.1) und ein Teil des Justierkolbens (61, 61.1) gemeinsam eine Wandung (71, 71.1) des geraden Fluidkanals (7, 7.1) bilden, der bei abgenommenem Düsenblenden-Verschlussteil (14, 14.1) zum Reinigen durch die Montageöffnung (13, 13.1) freigegeben wird.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Justierkolben (61, 61.1) und der Ventilkolben (51, 51.1) mit geschlossenen Flächen zur Anlage kommen und zwischen den Anlageflächen eine Hubdistanz von ca. 0,5 bis ca. 50 µm vorgesehen ist.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (51, 5.1) und der Justierkolben (61, 61.1) in einem gemeinsamen Kolbenraum gehalten sind, der einen den Ventilkolben (51, 51.1) und einen Teil des Justierkolbens (61, 61.1) umgebenden Ringkammerkanal (72.1) ausbildet, der die gerade Fluidverbindung zwischen der Zuführ-Fluidkammer (11, 11.1) und dem Ventilsitz (4, 4.1) in dem Ventilgehäuse-Innenraum (8, 8.1) herstellt.
Ventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (51, 51.1) innerhalb des gemeinsamen Kolbenraums zentrisch gelagert ist.
Ventileinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (15, 15.1) einen Vorsprung (154, 154.1) aufweist, in den der gemeinsame Kolbenraum mündet und der in die Montageöffnung (13, 13.1) der Düsenplatte (121, 121.1) einfasst.
Ventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (8, 8.1) des Ventilgehäuses (4, 4.1) kegelstumpfartig geformt ist, wobei er mit dem Vorsprung (154, 154.1) korrespondiert.
Ventileinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Ventilkolben (51, 51.1) eine Feder (52, 52.1) der Ventil-Betätigungseinrichtung (5, 5.1) sitzt und in vorgespanntem Zustand zwischen einem Ringrand des Vorsprungs (154, 154.1) und einem Ringrand am Kopfende des Ventilkolbens gehalten ist.
Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (4, 4.1) in lösbarer Schraubverbindung in die Montageöffnung (13, 13.1) an der Düsenplatte (121, 121.1) eingeschraubt ist.
Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventildüse (3, 3.1) zur Seite des Ventilkolbens (51, 51.1) mit dem Ventilsitz (41, 41.1) ausgeformt ist.
Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (8, 8.1) des Ventilgehäuses (4, 4.1) eine vorgespannte Feder (52, 52.1) aufnimmt, die Bestandteil der Ventilbetatigungseinrichtung (5, 5.1) ist und bei abgenommenem Verschlussteil (14, 14.1) durch die Montageöffnung (13, 13.1) zur Entnahme und Montage freigegeben wird.
Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Justierkolben (61, 61.1) zumindest im Wesentlichen zu zwei Drittel in einer Magnetspule (50, 50.1) der Ventilbetätigungseinrichtung (5, 5.1) erstreckt, während der Ventilkolben (51, 51.1) in das restliche Drittel einfasst.
Auftragungseinrichtung (1) zum Auftragen von Fluid auf ein Substrat, umfassend eine Reihenanordnung von Ventileinrichtungen (21), die jeweils mit einer Auftragungs-Ventildüse (31) zum Abstrahlen des Fluids unter Druck und mit zugehöriger Ventilbetätigungseinrichtung (5) zum Steuern der Fluidabstrahlung durch Schließen und Öffnen der Auftragungs-Ventildüsen (31) ausgestattet sind, umfassend eine mit dem Fluid druckbeaufschlagbare gemeinsame Verteilungs-Fluidkammer (11), die die Auftragungs-Ventileinrichtungen (21) zum Beaufschlagen mit dem Fluid miteinander verbindet, wobei die Verteilungs-Fluidkammer (11) mit einem Fluideinlasskanal (110) versehen ist, der so angeordnet ist, dass das in der Verteilungs-Fluidkammer (11) unter Druck stehende Fluid längs der Reihe der Auftragungs-Ventileinrichtungen (21) auf diese verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtungen (21) jeweils durch eine Ventileinrichtung (21, 21.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 1 gebildet sind.
Auftragungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch ein Modulelement gebildet ist, das sich mit gleichen Modulelementen zu einer Auftragungseinrichtung mit in Reihen und Spalten angeordneten Abstrahldüsen zusammenfügen lässt.