EP2528695A1 - Auftragskopf zum abgeben eines fliessfähigen mediums und auftragsvorrichtung zum abgeben eines fliessfähigen mediums - Google Patents

Auftragskopf zum abgeben eines fliessfähigen mediums und auftragsvorrichtung zum abgeben eines fliessfähigen mediums

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EP2528695A1
EP2528695A1 EP11700695A EP11700695A EP2528695A1 EP 2528695 A1 EP2528695 A1 EP 2528695A1 EP 11700695 A EP11700695 A EP 11700695A EP 11700695 A EP11700695 A EP 11700695A EP 2528695 A1 EP2528695 A1 EP 2528695A1
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EP
European Patent Office
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drive
membrane
movement
control module
movable element
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EP11700695A
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English (en)
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EP2528695B1 (de
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Hanspeter Felix
Roman Kappeler
Heinz Müller
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Robatech AG
Original Assignee
Robatech AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Robatech AG filed Critical Robatech AG
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Application granted granted Critical
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0225—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work characterised by flow controlling means, e.g. valves, located proximate the outlet
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/10—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material
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    • B05C5/0237—Fluid actuated valves

Definitions

  • the invention relates to an applicator head for dispensing a flowable medium and an applicator device with at least one such applicator head.
  • it concerns the dispensing of adhesives and the use of hot glue.
  • the invention can also be used for the controlled dispensing of cold glue or glue comprising aggressive (e.g., corrosive) components.
  • the corresponding guns must be robust and allow a precise, highly accurate delivery of the medium.
  • the application heads should be quickly switchable to portion or amount of adhesive to be able to apply with point or line precision.
  • the guns should not be too big, as in the corresponding
  • applicator heads should be used flexibly and as needed convertible or preferably switchable side or controllable control side.
  • glue that contain additives that can be aggressive.
  • the pH of a glue may e.g. lie in the acidic area.
  • Glue may also contain corrosive or abrasive ingredients. In order to protect a gun from it, appropriate measures must be taken.
  • the object is achieved by an applicator head according to claim 1 and by an applicator device with a corresponding control module according to claim 6.
  • a first applicator head is specially designed for dispensing a flowable medium. It comprises a (nozzle) chamber inside the applicator head and a nozzle needle, a needle valve or a slider (collectively referred to herein as a "movable member") movably mounted inside the nozzle chamber and give each one for a short time
  • the applicator head can also act in reverse, in that the movable element closes an outlet opening for a short time.
  • There is a supply channel which is connected to the (nozzle) chamber and fluidly connectable to a supply line. Through the supply line and the supply channel, the flowable medium can be introduced into the (nozzle) chamber.
  • a drive generates the opening movement or
  • the order header comprises a
  • Membrane suspension spanned surface through.
  • the membrane serves to connect the lever arm movably to the gun.
  • the membrane suspension serves as a seal to prevent leakage of the flowable medium from the (nozzle) chamber.
  • the membrane serves to connect the lever arm movably to the gun.
  • the membrane suspension serves as a seal to prevent leakage of the flowable medium from the (nozzle) chamber.
  • the membrane is at all
  • Embodiments temperature resistant and / or corrosion resistant and / or abrasion resistant and / or resistant to chemical additives in the medium.
  • the membrane may comprise at least one sealing ring which serves as a seal and for elastic clamping of the
  • Diaphragm in the application head is used. This embodiment can be used in all embodiments of the invention and provides a
  • Such a metallic membrane is particularly suitable for alternating load with high frequency, ie for embodiments in which a very fast opening or closing is required.
  • a metallic membrane is particularly advantageous and can be used in all embodiments of the invention.
  • the invention is particularly suitable for thermoplastic (hot melt) adhesives. It is also suitable for aggressive types of glue and z. B. for cold glue.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a first
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of another
  • Fig. 3A is a plan view of a membrane of another
  • 3B is a sectional perspective view of a diaphragm suspension of another embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is an enlarged schematic sectional view of another
  • Fig. 5 is a schematic side view of another
  • 6A is a sectional view of another embodiment of the
  • Fig. 7B is a schematic representation of the corresponding
  • Fig. 8 is a schematic representation of another drive side
  • Movement profile (movement PI) with only two parameters
  • Fig. 9 is a schematic representation of another drive side
  • Fig. 10 is a schematic sectional view of another
  • Fig. 1 is an applicator 100 having a plurality of applicator heads 15 arranged in a row,
  • the shape, arrangement and design of the outlet openings 12 may depend on whether a nozzle needle, a needle valve or a slider is used as a movable element 11 in the interior of the application head 15.
  • Each of the outlet openings 12 is on or in a respective one
  • Application head 15 is formed.
  • Each applicator head 15 is specially designed for dispensing a flowable medium M, preferably of adhesive, and comprises a (nozzle) chamber 10 inside the applicator head 15.
  • a nozzle needle 11 is in the interior of the (nozzle) chamber 10 and stored movable, wherein it releases the outlet opening 12 by an opening movement P of the nozzle needle 11.
  • an arrow P is shown, which is directed upward. An opening movement in the direction of arrow P lifts the Nozzle needle 11 and this releases the outlet opening 12, so that the medium M can escape from the nozzle chamber 10 through the outlet opening 12 therethrough.
  • four application heads 15 at the same time permanently emit a medium M in strip-like tracks (caterpillars). The strip shape is due to the passing z.
  • B a paper web K or a workpiece or a substrate.
  • the corresponding direction of movement is V
  • a (multi-channel) control module 50 is shown, the control technology via a control connection 52 (also called control technology active connection) is connected to the drive 20.
  • a control connection 52 also called control technology active connection
  • Control module 50 may be used in all embodiments.
  • a supply channel 13 is provided (see, e.g., Fig. 2) connected to the (nozzle) chamber 10.
  • the feed channel 13 is fluidly connectable to a supply line 16 (see, e.g., Fig. 1) for introducing the flowable medium M into the (nozzle) chamber 10.
  • a supply line 16 see, e.g., Fig. 1
  • four separate supply lines 16 are indicated.
  • a drive 20 for generating the opening movement P of the nozzle needle 11 is provided.
  • the drive 20 is attached to the application heads 15 or flanged.
  • the drive 20 includes its own drive 20 per applicator head 15 so that each exit opening 12 can be individually opened (i.e., independently of the others) and closed.
  • a multi-channel control module 50 is used
  • Embodiments in which the drive 20 is arranged at a distance from the application head 15, as can be seen, for example, in FIG. 2, are particularly preferred. However, it is important in the arrangement of the drive 20 with respect to the application head 15 (this statement applies to arrangements according to FIGS. 1 and 2) that the mutual distance is precisely defined and stable. This aspect is important, since any distance change can have an influence on the function or mode of action of the lever arm 30. Details of the lever arm 30 will be described below.
  • FIG. 2 a section through a single applicator head 15 is shown in which the actuator 20 is spaced (i.e., spatially separated).
  • the applicator head 15 according to the invention comprises per drive 20 a lever arm 30, the first extreme end 31 is movably attached to a rear end 14 of the nozzle needle 11 or other movable member and the second extremal end 32 is connected to the drive 20.
  • a membrane suspension 33 with a membrane 34 is used, with the lever arm 30 extending through the membrane 34 of the membrane suspension 33.
  • the membrane suspension 33 serves to connect the lever arm 30 movably with the applicator head 15.
  • the membrane suspension 33 serves as a seal to prevent leakage of the flowable medium M from the (nozzle) chamber 10. That is, the membrane 34, or the membrane suspension 33 has a dual function. In addition, it has, depending on the design of the membrane 34 a protective function against temperature, corrosion, abrasion and chemical additives of the
  • the (nozzle) chamber 10 is designed so that in its lower region near the outlet opening 12 a stop point 17, respectively a stop surface (also called needle seat) for the tip 18 of the nozzle needle 11 is provided.
  • a stop surface also called needle seat
  • the nozzle needle 11 is shown in the closed position, i. the tip 18 of the nozzle needle 11 is seated close to the attachment point 17 and no medium M can escape through the outlet opening 12.
  • Outlet opening 12 is released and it can escape medium M.
  • the nozzle needle 11 is movable in the region of the rear end 14 (knee joint-like) connected to the lever arm 30.
  • the nozzle needle 11 is centered during a downward movement in the -Z direction.
  • the medium M which flows from the supply channel 13 forth through the (nozzle) chamber 11 in the direction
  • Outlet opening 12 flows to a stabilization, respectively self-centering of the nozzle needle 11 at.
  • This type of "dangling" mounting or suspension can be used in all embodiments.
  • the lever arm 30 is here designed so that it comprises a flat, rectangular or strip-shaped rod, which is optionally provided with holes 39 here. These holes 39 serve to make the rod lighter in order to reduce the mass to be accelerated. In addition, the holes 39 allow a displacement of the starting point A of the drive 20. Thus, if the effective lever arm is to be extended, then the drive 20 (respectively
  • Lever arm takes place a reduction, ie. a big movement PI causes a small oppositely directed movement P.
  • Reduction factor is shown in FIG. 2 is about 5: 1 (i.e., the absolute amount of the movement PI is about 5 times as large as the absolute amount of the movement P).
  • the absolute amount of the movement PI is about 5 times as large as the absolute amount of the movement P.
  • a reduction with a reduction factor between 2: 1 and 10: 1 is used.
  • the lever arm 30 may also have any other rod or lever shape.
  • the lever arm 30 is made of torsion-resistant material.
  • the lever arm 30 should be as light as possible to a small to have moving or accelerated mass.
  • the membrane 34 is used in all embodiments as a kinematic bearing, which carries a portion of the mass of the lever arm 30 / stores.
  • the membrane 34 defines in all embodiments the exact pivot point or tipping point (virtual
  • the lever arm 30 may be referred to as "free-floating" lever due to the special membrane bearing 34.
  • a cylindrical rod 40 is provided on the lever arm 30 in the embodiment shown.
  • This cylindrical rod 40 clamps or clamps the diaphragm 34 and thus provides a suspension of the lever arm 30 on the diaphragm 34. Details of an exemplary preferred arrangement are shown in FIG. This type of suspension can be at all
  • Embodiments are used.
  • the membrane 34 can comprise one or two sealing rings 35, which make it possible to clamp the membrane 34 elastically in the application head 15.
  • Sealing rings 35 are optional.
  • the purpose of clamping the
  • Application head 15 a removable part or a lid (not shown in detail) include. When this part or lid is removed, the membrane 34 together with the optional sealing rings 35 can be inserted. Then, the said part or the lid is fixed again and the membrane 34 is clamped.
  • Fig. 4 it can be seen that the rear of the membrane 34, d .h. on the side facing away from the (nozzle) chamber 10, an optional pressure support 38 is provided, which serves as a mechanical stop for the diaphragm 34.
  • an optional pressure support 38 is provided, which serves as a mechanical stop for the diaphragm 34.
  • the membrane 34 is preferably designed and arranged in all embodiments so that it is only subjected to bending, which increases the service life.
  • a metallic membrane 34 is used, which is particularly suitable for alternating load with high frequency.
  • the metallic membrane 34 is a membrane 34 in which either the entire membrane surface consists of a metal, or in which a planar membrane substrate (for example made of plastic) is provided with a metal layer / Metallevampfung.
  • FIGS. 2 and 4 Furthermore, it can be seen in FIGS. 2 and 4 that a
  • the lever arm thus provides for a definition of the under or translation and for a reversal of motion.
  • FIG. 3A Details of a preferred embodiment of a membrane 34 are shown in FIG. 3A.
  • the membrane 34 includes slots 36 to increase the elasticity.
  • a central opening 37 is provided through which the lever arm 30 extends in the assembled state.
  • the position of the sealing ring (s) 35 is shown in FIG. 3A indicated.
  • This design of the membrane 34 is particularly suitable for metallic membranes 34 to give the metallic membrane 34 the necessary elasticity.
  • Diaphragms 34 virtually define a virtual pivot axis VA.
  • This virtual pivot axis VA is shown in FIG. 3 represented by a dot-dash line.
  • FIG. 3B Details of a preferred embodiment of a membrane suspension 33 are shown in FIG. 3B.
  • the attachment of the lever arm 30 can be seen on the diaphragm 34. This attachment is made by the rod 40, as described.
  • the rod 40 is hollow inside to reduce the weight. So that no medium M can escape through the interior of the rod 40, the rod 40 can have caps 43 or sealing elements at both ends, for example.
  • the position of the virtual pivot axis VA is also shown in FIG. 3B indicated. The details shown in Fig. 3B can be applied to all
  • Fig. 5 shows details of another embodiment of the invention.
  • the arrangement of the elements is different here, but the function is the same.
  • a linear movement of the drive 20 is translated into an opening movement of the nozzle needle 11 in the interior of the application head 15.
  • the drive 20 is here, as well as in Fig. 2, separately (i.e., spaced) from the applicator head 15.
  • drive 20 is suitable in the various embodiments described a
  • the corresponding frequency generates a corresponding linear movement PI (up and down movement), which passes through the effectively effective lever arm 30 a translation or translation to the nozzle needle 11 and there the
  • Linear motion P produces.
  • a piezoelectric drive 20 one works here preferably with a translation in order to translate the very small movements of the piezoelectric drive 20 into sufficiently large opening and closing movements P.
  • an electro-magnetic drive 20 which is constructed according to the principle of a voice coil motor or a Lorentz coil.
  • a 1: 1 lever translation or a reduction is particularly suitable.
  • a voice coil motor or a Lorentz coil can be used in all embodiments.
  • a voice coil drive 20 has the advantage that it is at rest is de-energized, ie. that the power consumption is lower than in previous ones
  • the stroke in the region of the nozzle tip 18 or the outlet opening 12 in the direction of the Z-axis is preferably between 0.1 mm and 1 mm.
  • 1 lever translation of the drive 20 must therefore make a correspondingly opposite movement PI with a stroke of 0.1 mm to 1 mm.
  • Drive 20 may be arranged, as indicated by way of example in Fig. 5, the movement behavior of the nozzle needle 11 or other movable element can be adjusted or even regulated. If desired, a suitable movement profile can be deposited, so that the nozzle needle 11 is decelerated just before it hits the attachment point 17. This measure increases the life of the nozzle needle 11 and the applicator head 15.
  • a corresponding driver module 21 and / or control module 50 can at all
  • Embodiments are used.
  • FIG. 7A A schematic representation of an exemplary movement profile (movement P) of the movable element 11 is shown in FIG. 7A.
  • the motion profile P (t, Z) is composed of several line segments. In practice, preferably a movement profile P (t, Z) is included
  • the movement profile P (t, Z) is a function of the time t and of the path Z.
  • an opening and closing cycle has a time duration T.
  • the time duration T is exemplary in ten equal lengths Disassembled clock units.
  • Closing movement is preferably very steep, since it is important for the tearing behavior that with a large force, the outlet opening 18 quickly
  • FIG. 7B shows a schematic illustration of the corresponding drive-side movement profile Pl (t, Z).
  • the curve Pl (t, Z) here corresponds to the curve P (t, Z), wherein a Z-direction stretch around the
  • Fig. 7B indicates that the reduction causes stretching (in the Z direction), which improves the parameterizability and / or controllability.
  • a complete parameterization of the curve P (t, Z) can be given by the following pair-matrix values (if the curve P (t, Z) is a polygon train of straight segments):
  • a complete parameterization of the curve Pl (t, -Z) can be given by the following pair-matrix values (if the curve Pl (t, -Z) is a polygon train of straight segments):
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a corresponding drive-side movement profile Pl * (t, -Z), which is defined here only by two parameters PA and PB.
  • Motion profile only makes sense if you specify more than two parameters for parameterization.
  • the parameters PA and PB of all embodiments are parameters correlated away.
  • Fig. 9 is a schematic representation of the corresponding drive-side motion profile Pl (t, -Z) is shown, which is defined by four parameters PA, PB, PC and PD.
  • the movement profile Pl (t, -Z) in FIG. 9 corresponds to the movement profile Pl (t, -Z) in FIG. 7B.
  • the maximum points and Show / specify slope changes also specify other parameters.
  • these further parameters can describe, for example, the course of the curve between two value pairs.
  • the other parameters can also specify, for example, the cycle duration T and / or the timing (eg T / 10).
  • an intelligent driver e.g., in the form of the driver module 21 and / or
  • Control module 50 of the drive 20 is designed so that the current that is fed into the drive 20, is observed. If the current increases, then this is an indication that the nozzle needle 11 or the movable element is present at the stop point 17.
  • a creeping adjustment of the stored in the driver module 21 is designed so that the current that is fed into the drive 20, is observed. If the current increases, then this is an indication that the nozzle needle 11 or the movable element is present at the stop point 17.
  • Parametristician can be defined, which compensates for a wear of the needle tip 18 in that the movement PI on the
  • Drive side is successively increased when the current signal indicates that the increase in current compared to earlier occurs later.
  • the later occurrence of a current increase means namely that the needle tip 18 is present later than at the stop point 17. This is a sign of wear.
  • the use of such intelligent control e.g., in the form of the driver module 21 and / or control module 50) increases the life of the applicator head 15 since the nozzle needle 11 or movable member only needs to be replaced later.
  • an intelligent driver e.g., in the form of the driver module 21 and / or
  • Control module 50 of the drive 20 is designed such that the movement of the nozzle needle 11 or of the movable element is regulated in accordance with a predetermined movement profile (eg Pl (t, -Z).) The switching times and the stroke of the nozzle needle 11 can be monitored and the order picture of the
  • Application head 15 can be automatically corrected by the control module 50.
  • the driver module 21 and / or the Control module 50 directly to each drive 20 so that the drive 20 directly with a 24 VDC signal (also directly from a PLC) can be controlled (PLC stands for programmable logic controller).
  • PLC programmable logic controller
  • Embodiments are used.
  • an intelligent control of the drive 20 is designed on the drive side so that error, warnings, service or maintenance displays are issued.
  • the control module 50 is equipped and / or programmed accordingly. This approach can be used in all embodiments.
  • Application head 15 is possible, which is flowed through by the medium M. Especially with warm or hot medium M thereby reduce the problems that can be caused on the drive side otherwise by the high temperature.
  • the thermal separation between the drive 20 and gun 15 is achieved without screw, as shown in FIG. 6A and the
  • Section enlargement 6B can be seen.
  • Isolation plate 44 is formed on the gun side with two positioning bolts 45 and on the drive side with four spacer / positioning bolts 46. The fixing of the application head 15 and drive 20 via two ropes 47th
  • the lever arm 30 in all preferred embodiments, reverses the direction of travel (PI points in the opposite direction as P, see Fig. 2) and, depending on the setting of the lever arm lengths, one
  • the invention enables a precise application of adhesive to measure. It can be used in electro-magnetic, electro-pneumatic, piezo-electric or electro-mechanical application heads 15, whether hot or cold glue process, whether based on travel or time, whether constant or variable
  • Substrate speed are used.
  • control module 50 (also called job control) can be integrated directly in the device (eg in a melter), or it can be provided as an independent unit. It is also possible according to the invention several application heads 15 of a common (multi-channel)
  • Control module 50 to control and control, as shown in FIG. 1 indicated.
  • Control module 50 is designed so that it from a PLC
  • control module 50 has a connection to control systems via a common interface (e.g., a CAN
  • control module 50 is common to all
  • Embodiments a possibility for parameterization, as described.
  • the parameterization can be done either directly on the controller 50, or the parameterization can indirectly via an interface of the Control module 50 done.
  • a software module is used for parameterization.
  • the term "parameterization” is used here to describe that the actuation of the applicator head (s) 15 takes place on the basis of parameters (preferably in the form of value pairs) .
  • the parameters are converted by the control 50 into commands, manipulated variables or values which cause a result on or in the application head 15 (eg by conversion in the driver module 21)
  • the parameters can be used, for example, to drive the drive 20 so that on the output side, ie on the movable element 11, a controlled opening movement P (t, Z) This can be done, for example, in all embodiments via a programmable
  • Output voltage profile or output current profile on the drive 20 or the driver module 21 can be achieved.
  • the parameters that are specified by the parameterization define z. B. the output voltage profile or
  • Output current profile is then correlated with the movement profile Pl (t, -Z) and via the lever arm 30 with the movement profile P (t, Z).
  • Fig. 10 shows a schematic sectional view of another
  • Control circuit are indicated schematically. It is on the description of FIG. 2 referenced. Below are just the essential aspects of
  • a control loop with a (displacement or position) sensor 53 here, for example, an inductive sensor
  • a (displacement or position) sensor 53 here, for example, an inductive sensor
  • Control module 50 on.
  • the sensor 53 is configured to detect the current position (actual position) of the movable element 11.
  • the (displacement or position) sensor 53 is shown schematically. It can also be arranged in a different location.
  • the (displacement or position) sensor 53 is connected via a connection 55 to an input of the control module 50 to the Actual position to the control module 50 to pass.
  • Positions Sensor 53 shows a different actual position, then in a control loop, the movable element 11 z. B. a little further in - Z-direction to achieve the final closed position (called end point monitoring).
  • control module 50 If the control module 50 is designed to be self-learning, the corrected parameter corresponding to the closed position, in a
  • Parameter memory 54 are stored. The next time you open and close the new parameter will be used.
  • driver module 21 may be provided between the control module 50 and the drive 20 to establish the control connection between the control module 50 and drive 20.
  • the driver module 21 may have parameters from
  • Receive control module 50 implement in current or voltage variables (as control variables) that are impressed on the drive 20.
  • control module 50 can also be connected directly to drive 20 by control technology (eg, by a control connection 52, as shown in FIG.
  • the parameters PA, PB, etc. are taken from a parameter memory 54 and of the
  • Driver module 21 then converts these parameters PA, PB, etc. into control variables. However, it is also possible for the control module 50 to further process parameters PA, PB, etc., in order then to transfer further processed parameters PA *, PB * etc. to the driver module 21.
  • the further processing of the parameters PA, PB, etc. depends on the specific constellation and can, for example, take into account the oversampling or reduction factor.
  • the control module 50 may be provided, for example, with a module for Self-detection of a clogged nozzle be designed. This self-detection can be detected on the basis of direct and / or indirect measurement information (eg from a sensor 53) an approaching nozzle blockage. It may also include a module that allows detection of an impending problem (early detection). Preferably, in this case, a preventive warning is given by the control module 50, for example via an optional LED maintenance detector 60 (see FIG. 10). Self-detection and early detection can be implemented particularly advantageously in embodiments having a control loop as described above.
  • control module 50 makes a
  • initial correction values can be derived, which are then used in productive use.
  • the invention additionally or alternatively guarantees a fixed reaction time (response time) of e.g. 1ms, what for the control z. B. via a PLC control is important.
  • All applicator heads 15 behave the same with regard to the fixed reaction time (response time) and / or the retention time.
  • the invention provides the only electrically driven gun 15, which is controllable with PLC without booster and with a proprietary control.
  • the application head 15 is designed so that it is closed even in the non-activated mode or when the device is switched off.
  • the application head 15 is preferably equipped with a sensor which monitors the sealing function or tightness of the membrane 34.
  • This sensor is designed and arranged in such a way that the medium M emerging in the event of a fault is detected. The error case is sent to the
  • Control 50 transmitted.
  • the controller 50 stops with a corresponding control signal the glue delivery (for example, by switching off a pump). This feature has the advantage that when the membrane 34 breaks, it can be prevented that the escaping medium M is conveyed into the machine.
  • Inductive, capacitive or optical sensors are particularly suitable for monitoring the sealing function or tightness of the diaphragm 34, which are preferably in the rear region (that is, in the medium-free space) of the
  • the applicator head 15 is equipped in all embodiments with a monitoring of the glue pressure.
  • the controller 50 evaluates (pressure) signals from which the glue pressure profile can be derived.
  • the evaluation of the glue pressure history allows the controller 50 to make a diagnosis in terms of glue delivery. In this way one can recognize, for example, the initiation of a nozzle clogging and / or the occurrence of a leak on the membrane 34 and react to it.
  • This form of monitoring of the glue pressure by means of the controller 50 allows a simple and reliable monitoring of the adhesive application.
  • the applicator head 15 is equipped in all embodiments with a so-called stroke control.
  • This stroke control can be used for flow control, ie. be used for metering the medium to be delivered M.
  • stroke control is preferably a way or
  • Position sensor in the application head 15 in the region of the movable element 11 and / or arranged in the region of the lever arm 30 is thus reported to the controller 50 and can be used there for control purposes.
  • a stroke control and / or sensor monitoring and / or monitoring of the glue pressure curve include.
  • Lever arm 30 first extremal end 31 second extremal end 32nd
  • PA, PB, PC, PD further processed parameters PA *, PB *

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)
  • Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)

Abstract

Auftragskopf (15) zum Abgeben eines fließfähigen Mediums. Der Auftragskopf (15) umfasst eine Düsenkammer (10) im Inneren des Auftragskopfes (15) und eine Düsennadel (11), die im Inneren der Düsenkammer (10) bewegbar gelagert ist. Eine Öffnungsbewegung (P) der Düsennadel (11) gibt eine Austrittsöffnung (12) frei. Weiterhin sind ein Zufuhrkanal (13) und eine Zufuhrleitung vorgesehen, um das fließfähige Medium in die Düsenkammer (10) einbringen zu können. Ein Antrieb (20) erzeugt die Öffnungsbewegung (P) der Düsennadel (11). Der Auftragskopf (15) umfasst weiterhin einen Hebelarm (30), dessen erstes Extremalende (31) beweglich an einem rückwärtigen Ende (14) der Düsennadel (11) befestigt ist und dessen zweites Extremalende (32) mit dem Antrieb (20) verbunden ist. Es ist eine Membranaufhängung (33) mit einer Membrane (34) vorgesehen, wobei der Hebelarm (30) sich durch die Membrane (34) der Membranaufhängung (33) hindurch erstreckt. Die Membranaufhängung (33) dient dazu den Hebelarm (30) beweglich mit dem Auftragskopf (15) zu verbinden, und sie dient als Dichtung, um ein Austreten des fließfähigen Mediums zu verhindern.

Description

Auftragskopf zum Abgeben eines fließfähigen Mediums nd Auftragsvorrichtung zum Abgeben eines fließfähigen Med
Beschreibung
[001] Die Erfindung betrifft einen Auftragskopf zum Abgeben eines fließfähigen Mediums und eine Auftragsvorrichtung mit mindestens einem solchen Auftragskopf. Insbesondere geht es um das Abgeben von Klebstoffen und um die Verwendung von Heissleim. Die Erfindung kann auch für das kontrollierte Abgeben von Kaltleim oder von Leim eingesetzt werden, der aggressive (z.B. korrosive) Komponenten umfasst.
[002] Es wird die Priorität der Anmeldung EP 10151806.6, die am
27.1.2010 beim Europäischen Patentamt eingereicht wurde, beansprucht.
Hintergrund der Erfindung, Stand der Technik
[003] In zahlreichen industriellen Bearbeitungsprozessen kommen Klebstoffe, Dichtmassen und ähnliche fließfähige Medien zur Anwendung, die in flüssiger Form auf ein Werkstück oder Substrat aufgetragen bzw. aufgespritzt werden.
[004] Die entsprechenden Auftragsköpfe müssen robust sein und eine präzise, hochgenaue Abgabe des Mediums ermöglichen. Gleichzeitig sollten die Auftragsköpfe schnell schaltbar sein, um Klebstoffmengen portionieren oder punkt-, bzw. strichgenau auftragen zu können. Zusätzlich sollten die Auftragsköpfe nicht allzu groß sein, da in den entsprechenden
Auftragsvorrichtungen häufig nur begrenzt Platz zur Verfügung steht.
[005] Weiterhin sollten Auftragsköpfe flexibel einsetzbar und je nach Bedarf umrüstbar oder vorzugsweise steuerungsseitig umschaltbar oder kontrollierbar sein.
[006] Falls Heißleim zu verarbeiten ist, stellen sich weitere Probleme. So kann zum Beispiel die große Hitze im Inneren eines Auftragskopfes der
Antriebseinheit schaden. Es gibt auch Leimsorten, die Additive enthalten, die aggressiv sein können. So kann der pH-Wert eines Leims z.B. im saueren Bereich liegen. Leim kann auch korrosiv oder abrasiv wirkende Bestandteile enthalten. Um einen Auftragskopf davor zu schützen, müssen geeignete Massnahmen getroffen werden.
[007] Es stellt sich die Aufgabe, einen präzise arbeitenden und
zuverlässigen Auftragskopf bereitzustellen, der einen Teil der Nachteile
vorbekannter Lösungen vermeidet oder ganz behebt.
[008] Die Aufgabe wird gelöst durch einen Auftragskopf nach Anspruch 1 und durch eine Auftragsvorrichtung mit entsprechendem Steuerungsmodul nach Anspruch 6.
[009] Ein erster erfindungsgemässer Auftragskopf ist speziell zum Abgeben eines fließfähigen Mediums ausgelegt. Er umfasst eine (Düsen)Kammer im Inneren des Auftragskopfes und eine Düsennadel, ein Nadelventil oder einen Schieber (hier zusammenfassend als„bewegliches Element" bezeichnet), die/das/der im Inneren der Düsenkammer bewegbar gelagert ist. Das bewegliche Element führt eine Bewegung aus und gibt jeweils für kurze Zeit eine
Austrittsöffnung frei. Der Auftragskopf kann auch umgekehrt wirken, indem das bewegliche Element jeweils für kurze Zeit eine Austrittsöffnung verschliesst. Es ist ein Zufuhrkanal vorhanden, der mit der (Düsen)Kammer verbunden und mit einer Zufuhrleitung strömungstechnisch verbindbar ist. Durch die Zufuhrleitung und den Zufuhrkanal kann das fließfähige Medium in die (Düsen)Kammer eingebracht werden. Ein Antrieb erzeugt die Öffnungsbewegung oder
Schliessbewegung des beweglichen Elements. Es ist ein Hebelarm vorhanden, dessen erstes Extremalende beweglich an einem rückwärtigen Ende des beweglichen Elements befestigt und dessen zweites Extremalende mit dem Antrieb verbunden/gekoppelt ist. Weiterhin umfasst der Auftragskopf eine
Membranaufhängung mit einer Membrane. Der Hebelarm erstreckt sich im
Wesentlichen senkrecht durch eine durch die Membrane der
Membranaufhängung aufgespannte Fläche hindurch. Die Membrane dient dazu den Hebelarm beweglich mit dem Auftragskopf zu verbinden. Weiterhin dient die Membranaufhängung als Dichtung, um ein Austreten des fließfähigen Mediums aus der (Düsen)Kammer zu verhindern. Ausserdem ist die Membrane
vorzugsweise so ausgeführt, dass sie widerstandsfähig ist gegenüber dem fließfähigen Medium. Vorzugsweise ist die Membrane bei allen
Ausführungsformen temperaturbeständig und/oder korrosionsbeständig und/oder abrassionsbeständig und/oder widerstandsfähig gegenüber chemischen Additiven im Medium.
[0010] Je nach Ausführungsform kann die Membrane mindestens einen Dichtring umfasst, der als Dichtung und zum elastischen Einspannen der
Membrane in dem Auftragskopf dient. Diese Ausführungsform kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen und bietet eine
verbesserte Dichtung z. B. gegen austretenden Klebstoff.
[0011] Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform bei der es sich um eine metallische Membrane handelt, die besonders schnelle Hin- und
Herbewegungen ausführen kann und damit ein schnelles Öffnen oder Schliessen der Austrittsöffnung erlaubt. Eine solche metallische Membrane ist besonders geeignet für Wechsellast mit hoher Frequenz, d.h. für Ausführungsformen bei denen ein sehr schnelles Öffnen oder Schliessen erforderlich ist. Eine metallische Membrane ist besonders vorteilhaft und kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen. [0012] Die Erfindung eignet sich ganz besonders für thermoplastische (Hotmelt) Klebstoffe. Sie eignet sich aber auch für aggressive Leimsorten und z. B. für Kaltleim.
[0013] In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte
Ausgestaltungsformen der Erfindung aufgeführt.
Abbildungen
[0014] Im Folgenden werden weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und teilweise mit Bezug auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Alle Figuren sind schematisiert und nicht maßstäblich, und entsprechende konstruktive Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, auch wenn sie im Einzelnen unterschiedlich gestaltet sind . Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer ersten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3A eine Draufsicht einer Membrane einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3B eine perspektivische Schnittansicht einer Membranaufhängung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine vergrößerte schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6A eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung, in der eine bevorzugte thermisch-entkoppelte Verbindung zwischen einem Antrieb und einem Auftragskopf zu erkennen ist;
Fig. 6B eine vergrösserte Schnittdarstellung der Fig . 6A; Fig. 7A eine schematische Darstellung eines beispielhaften
Bewegungsprofils (Bewegung P) des beweglichen Elements;
Fig. 7B eine schematische Darstellung des entsprechenden
antriebseitigen Bewegungsprofils (Bewegung PI);
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines weiteren antriebseitigen
Bewegungsprofils (Bewegung PI) mit nur zwei Parametern;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines weiteren antriebseitigen
Bewegungsprofils (Bewegung PI) mit vier Parametern;
Fig. 10 eine schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung basierend auf der in Fig . 2 gezeigten Ausführungsform, wobei Details des Steuerungsmoduls und eines Regelkreises schematisch angedeutet sind .
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0015] Im Folgenden wird das Prinzip der Erfindung anhand einer ersten Ausführungsform beschrieben. In Fig . 1 ist eine Auftragsvorrichtung 100 mit mehreren in einer Reihe angeordneten Auftragsköpfen 15,
Düsenaustrittsöffnungen 12 und mit individuell schaltbaren
Klebstoffzufuhrleitungen 16 gezeigt. Statt der gezeigten Düsenaustrittsöffnungen 12 können auch andere Austrittsöffnungen 12 zum Einsatz kommen. Die Form, Anordnung und Gestaltung der Austrittsöffnungen 12 kann davon abhängen, ob eine Düsennadel, ein Nadelventil oder ein Schieber als bewegliches Element 11 im Inneren des Auftragskopfs 15 zum Einsatz kommt.
[0016] Jede der Austrittsöffnungen 12 ist an oder in einem jeweiligen
Auftragskopf 15 ausgebildet. Jeder Auftragskopf 15 ist speziell zum Abgeben eines fließfähigen Mediums M, vorzugsweise von Klebstoff, ausgelegt und umfasst eine (Düsen)Kammer 10 im Inneren des Auftragskopfes 15. Im gezeigten Beispiel ist eine Düsennadel 11 ist im Inneren der (Düsen)Kammer 10 auf- und abbewegbar gelagert, wobei sie durch eine Öffnungsbewegung P der Düsennadel 11 die Austrittsöffnung 12 freigibt. In Fig. 2 ist ein Pfeil P gezeigt, der nach oben gerichtet ist. Eine Öffnungsbewegung in Pfeilrichtung P hebt die Düsennadel 11 an und diese gibt die Austrittsöffnung 12 frei, so dass das Medium M aus der Düsenkammer 10 durch die Austrittsöffnung 12 hindurch austreten kann. In Fig . 1 geben vier Auftragsköpfe 15 gleichzeitig permanent ein Medium M in streifenförmigen Bahnen (Raupen) ab. Die Streifenform entsteht aufgrund des Vorbeibewegens z. B. einer Papierbahn K oder eines Werkstücks oder eines Substrats. Die entsprechende Bewegungsrichtung ist mit V
gekennzeichnet.
[0017] In Fig. 1 ist ein (mehrkanaliges) Steuerungsmodul 50 gezeigt, das steuerungstechnisch über eine Steuerverbindung 52 (auch steuerungstechnische Wirkverbindung genannt) mit dem Antrieb 20 verbunden ist. Ein solches
Steuerungsmodul 50 kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0018] Im Inneren ist ein Zufuhrkanal 13 vorgesehen (siehe z.B. Fig. 2), der mit der (Düsen)Kammer 10 verbunden ist. Der Zufuhrkanal 13 ist mit einer Zufuhrleitung 16 (siehe z.B. Fig . 1) strömungstechnisch verbindbar, um das fließfähige Medium M in die (Düsen)Kammer 10 einbringen zu können. In Fig . 1 sind vier separate Zufuhrleitungen 16 angedeutet. Es kann aber auch eine gemeinsame Zufuhrleitung 16 für mehrere Auftragsköpfe 15 zum Einsatz kommen.
[0019] Weiterhin ist ein Antrieb 20 zum Erzeugen der Öffnungsbewegung P der Düsennadel 11 vorgesehen. In Fig . 1 ist der Antrieb 20 an die Auftragsköpfe 15 angesetzt oder angeflanscht. Vorzugsweise umfasst der Antrieb 20 einen eigenen Antrieb 20 pro Auftragskopf 15, damit jede Austrittsöffnung 12 individuell (d .h . unabhängig von den anderen) geöffnet und geschlossen werden kann. In diesem Fall kommt ein mehrkanaliges Steuerungsmodul 50 zum
Einsatz, das pro Antrieb 20 einen Kanal aufweist.
[0020] Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Antrieb 20 vom Auftragskopf 15 beabstandet angeordnet ist, wie z.B. in Fig. 2 zu erkennen. Wichtig ist jedoch bei der Anordnung des Antriebs 20 in Bezug zum Auftragskopf 15 (diese Aussage gilt für Anordnungen nach Fig . 1 und Fig . 2), dass der gegenseitige Abstand genau definiert und stabil ist. Dieser Aspekt ist wichtig, da jede Abstandänderung einen Einfluss auf die Funktion oder Wirkungsweise des Hebelarms 30 haben kann. Details zum Hebelarm 30 werden im Folgenden beschrieben.
[0021] Weitere Details werden nun anhand einer anderen Ausführungsform, die in Fig . 2 in einem Schnitt gezeigt ist, erläutert. In Fig . 2 ist ein Schnitt durch einen einzelnen Auftragskopf 15 gezeigt, bei dem der Antrieb 20 beabstandet (d .h . räumlich getrennt) angeordnet ist. Der Auftragskopf 15 umfasst gemäß Erfindung pro Antrieb 20 einen Hebelarm 30, dessen erstes Extremalende 31 beweglich an einem rückwärtigen Ende 14 der Düsennadel 11 oder eines anderen beweglichen Elements befestigt ist und dessen zweites Extremalende 32 mit dem Antrieb 20 verbunden ist. Es kommt eine Membranaufhängung 33 mit einer Membrane 34 zum Einsatz, wobei der Hebelarm 30 sich durch die Membrane 34 der Membranaufhängung 33 hindurch erstreckt. Die Membranaufhängung 33 dient dazu den Hebelarm 30 beweglich mit dem Auftragskopf 15 zu verbinden. Zusätzlich dient die Membranaufhängung 33 als Dichtung, um ein Austreten des fließfähigen Mediums M aus der (Düsen)Kammer 10 zu verhindern. D.h., die Membrane 34, respektive die Membranaufhängung 33 hat eine Doppelfunktion. Zusätzlich hat sie, je nach Ausgestaltung der Membrane 34 eine Schutzfunktion gegenüber Temperatur, Korrosion, Abrasion und chemische Additive des
Mediums M .
[0022] Folgende weitere Details zeichnen diese Ausführungsform aus. Diese Details sind jedoch auch auf alle anderen Ausführungsformen anwendbar. Die (Düsen)Kammer 10 ist so ausgeführt, dass in ihrem unteren Bereich nahe der Austrittsöffnung 12 ein Anschlagpunkt 17, respektive eine Anschlagfläche (auch Nadelsitz genannt) für die Spitze 18 der Düsennadel 11 vorgesehen ist. In Fig . 2 ist die Düsennadel 11 in der Verschlussstellung gezeigt, d.h . die Spitze 18 der Düsennadel 11 sitzt dicht am Anschlagpunkt 17 und es kann kein Medium M durch die Austrittsöffnung 12 austreten. Sobald durch die Öffnungsbewegung P die Düsennadel 11 in Richtung der Z-Achse angehoben wird, wird die
Austrittsöffnung 12 freigegeben und es kann Medium M austreten.
[0023] Die Düsennadel 11 ist im Bereich des rückwärtigen Endes 14 beweglich (kniegelenk-artig) mit dem Hebelarm 30 verbunden. Die Düsennadel 11 „baumelt" quasi in der Düsenkammer 10. Dadurch, dass die Düsenkammer 10 und die Düsennadel 11 im unteren Bereich (nahe des Anschlagpunktes 17) konisch rotationssymmetrisch ausgeführt sind, wird die Düsennadel 11 bei einer Abwärtsbewegung in -Z Richtung zentriert geführt. Zusätzlich trägt das Medium M, das vom Zufuhrkanal 13 her durch die (Düsen)Kammer 11 in Richtung
Austrittsöffnung 12 strömt, zu einer Stabilisierung, respektive Selbstzentrierung der Düsennadel 11 bei. Diese Art der„baumelnden" Lagerung oder Aufhängung kann bei allen Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
[0024] Der Hebelarm 30 ist hier so ausgeführt, dass er einen flachen, rechteck- oder streifenförmigen Stab umfasst, der hier optional mit Löchern 39 versehen ist. Diese Löcher 39 dienen dazu den Stab leichter zu machen, um die zu beschleunigende Masse zu reduzieren. Außerdem erlauben die Löcher 39 ein Verschieben des Ansatzpunktes A des Antriebs 20. Wenn also der effektive Hebelarm verlängert werden soll, so kann der Antrieb 20 (respektive der
Ansatzpunkt A) weiter in Richtung des zweiten Extremalendes 32 verschoben werden und umgekehrt. Im gezeigten Beispiel sitzt der Antrieb 20 fast am
Extremalende 32, d .h. der effektive Hebelarm ist relativ groß. Umso näher der Antrieb 20 (respektive der Ansatzpunkt A) in Richtung der Membranaufhängung 33 verlagert wird, umso kürzer wird der effektive Hebelarm. Bei grossem
Hebelarm findet eine Untersetzung statt, d .h. eine grosse Bewegung PI verursacht eine kleine entgegengesetzt gerichtete Bewegung P. Der
Untersetzungsfaktor ist in Fig . 2 ca. 5 : 1 (d.h. der Absolutbetrag der Bewegung PI ist ca. 5 mal so gross wie der Absolutbetrag der Bewegung P). Bei kleinem Hebelarm findet eine Übersetzung statt, d.h. eine kleine Bewegung PI verursacht eine grosse entgegengesetzt gerichtete Bewegung P.
[0025] Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen eine Untersetzung mit einem Untersetzungsfaktor zwischen 2 : 1 und 10 : 1 zum Einsatz.
[0026] Der Hebelarm 30 kann aber auch jede andere Stab- oder Hebelform haben. Vorzugsweise ist der Hebelarm 30 aus verwindungssteifem Material gefertigt. Ausserdem sollte der Hebelarm 30 möglichst leicht sein, um eine kleine bewegte bzw. beschleunigte Masse zu haben. Die Membrane 34 dient bei allen Ausführungsformen als kinematisches Auflager, das einen Teil der Masse des Hebelarms 30 trägt/lagert. Ausserdem definiert die Membrane 34 bei allen Ausführungsformen den genauen Schwenk- oder Kipppunkt (virtuelle
Schwenkachse genannt) des Hebelarms 30. Der Hebelarm 30 kann aufgrund der speziellen Membranlagerung 34 auch als„freischwebender" Hebel bezeichnet werden.
[0027] Um den Hebelarm 30 in der Membranaufhängung 33 lagern oder halten zu können, ist bei der gezeigten Ausführungsform ein zylindrischer Stab 40 am Hebelarm 30 vorgesehen. Dieser zylindrische Stab 40 klemmt oder spannt die Membrane 34 ein und schafft somit eine Aufhängung des Hebelarms 30 an der Membrane 34. Details einer beispielhaften bevorzugten Anordnung sind der Fig. 4 zu entnehmen. Diese Art der Aufhängung kann bei allen
Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
[0028] In den Figuren 2 und 4 ist weiterhin zu erkennen, dass die Membrane 34 einen oder zwei Dichtungsringe 35 umfassen kann, die es ermöglichen die Membrane 34 elastisch in dem Auftragskopf 15 einzuspannen. Die
Dichtungsringe 35 sind optional . Zum Zweck der Einspannung kann der
Auftragskopf 15 ein abnehmbares Teil oder einen Deckel (nicht im Detail gezeigt) umfassen. Wenn dieses Teil oder dieser Deckel abgenommen wird, kann die Membrane 34 samt den optionalen Dichtungsringen 35 eingelegt werden. Dann wird das besagte Teil oder der Deckel wieder befestigt und die Membrane 34 ist eingespannt.
[0029] In Fig. 4 ist zu erkennen, dass rückwärtig von der Membrane 34, d .h. auf derjenigen Seite, die von der (Düsen)Kammer 10 abgewandt ist, eine optionale Druckstütze 38 vorgesehen ist, die als mechanischer Anschlag für die Membrane 34 dient. Durch diese bevorzugte Ausführungsform wird ein
Überdehnen der Membrane 34 bei einem Überdruck in der Düsenkammer 10 verhindert. Die Membrane 34 ist vorzugsweise bei allen Ausführungsformen so ausgelegt und angeordnet, dass sie nur auf Biegung beansprucht wird, was die Lebensdauer erhöht. [0030] Vorzugsweise kommt bei den verschiedenen Ausführungsformen eine metallische Membrane 34 zum Einsatz, die besonders für Wechsellast mit hoher Frequenz geeignet ist. Als metallische Membrane 34 wird eine Membrane 34 bezeichnet, bei der entweder die gesamte Membranfläche aus einem Metall besteht, oder bei welcher ein flächiges Membransubstrat (z.B. aus Kunststoff) mit einer Metallschicht/Metallbedampfung versehen ist.
[0031] Weiterhin ist in Figuren 2 und 4 zu erkennen, dass eine
Gegenbewegung PI, die von dem Antrieb 20 verursacht wird, eine
entgegengesetzte Öffnungsbewegung P der Düsennadel 11 verursacht. Der Hebelarm sorgt also für eine Definition der Unter- bzw. Übersetzung und für eine Bewegungsumkehr.
[0032] In Fig. 3A sind Details einer bevorzugten Ausführungsform einer Membrane 34 gezeigt. Die Membrane 34 umfasst Schlitze 36, um die Elastizität zu erhöhen. Außerdem ist eine Zentralöffnung 37 vorgesehen, durch die hindurch der Hebelarm 30 im montierten Zustand verläuft. Die Lage des/der Dichtringe 35 ist in Fig . 3A angedeutet. Diese Gestaltung der Membrane 34 ist besonders für metallische Membranen 34 geeignet, um der metallischen Membrane 34 die notwendige Elastizität zu geben.
[0033] Durch die spezielle Anordnung der Schlitze 36, die nahezu einen kompletten Kreis definieren, ergeben sich zwei kleine Stege 42 bei der Position 3 Uhr und 9 Uhr. Diese beiden kleinen Stege 42 ermöglichen ein Verbiegen des inneren Teils 41 (d .h. desjenigen kreisförmigen Bereichs 41 der Membrane 34, der von den Schlitzen 36 in radialer Richtung nach aussen abgegrenzt wird) der Membrane 34. Die beiden kleinen Stege 42 mit dem inneren Teil 41 der
Membrane 34 definieren quasi eine virtuelle Schwenkachse VA. Diese virtuelle Schwenkachse VA ist in Fig . 3 durch einen punkt-strichlierte Linie dargestellt.
[0034] In Fig. 3B sind Details einer bevorzugten Ausführungsform einer Membranaufhängung 33 gezeigt. Hier ist die Befestigung des Hebelarms 30 an der Membrane 34 zu erkennen. Diese Befestigung erfolgt durch den Stab 40, wie beschrieben. In der gezeigten Ausführungsform ist der Stab 40 innen hohl, um das Gewicht zu reduzieren. Damit kein Medium M durch das Innere des Stabes 40 hindurch austreten kann, kann der Stab 40 an beiden Enden z.B. Kappen 43 oder Dichtelemente aufweisen. Die Lage der virtuellen Schwenkachse VA ist auch in Fig . 3B angedeutet. Die in Fig. 3B gezeigten Details lassen sich auf alle
Ausführungsformen anwenden.
[0035] Fig. 5 zeigt Details einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung der Elemente ist hier anders gewählt, aber die Funktion ist dieselbe. Eine Linearbewegung des Antriebs 20 wird in eine Öffnungsbewegung der Düsennadel 11 im Inneren des Auftragskopfes 15 übersetzt. Der Antrieb 20 ist hier, wie auch bei Fig . 2, separat (d.h. beabstandet) von dem Auftragskopf 15 ausgeführt.
[0036] Als Antrieb 20 eignet sich bei den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen ein
- elektro-magnetischer oder
- pneumatischer oder
- piezo-elektrischer Antrieb,
der mit der gewünschten Frequenz eine entsprechende Linearbewegung PI (Auf- und Abbewegung) erzeugt, die durch den effektiv wirksamen Hebelarm 30 eine Unter- oder Übersetzung an die Düsennadel 11 weitergibt und dort die
Linearbewegung P hervor ruft. Im Falle eines piezo-elektrischen Antriebs 20 arbeitet man hier vorzugsweise mit einer Übersetzung, um die sehr kleinen Bewegungen des piezo-elektrischen Antriebs 20 in ausreichend grosse Öffnungsund Schliessbewegungen P zu übersetzen.
[0037] Besonders bewährt hat sich ein elektro-magnetischer Antrieb 20, der nach dem Prinzip eines Voice-Coil Motors oder einer Lorentz-Spule aufgebaut ist. Als effektive Übersetzung eignet sich in diesem Fall besonders eine 1 : 1 Hebel- Übersetzung oder eine Untersetzung . Ein Voice-Coil Motor oder eine Lorentz- Spule kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0038] Ein Voice-Coil Antrieb 20 hat den Vorteil, dass er im Ruhezustand stromlos ist, d .h. dass der Stromverbrauch geringer ist als bei bisherigen
Auftragsköpfen.
[0039] Der Hub im Bereich der Düsenspitze 18 oder der Austrittsöffnung 12 in Richtung der Z-Achse beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm. Bei einer 1 : 1 Hebel-Übersetzung muss der Antrieb 20 also eine entsprechend entgegengesetzt gerichtete Bewegung PI mit einem Hub von 0,1 mm bis 1 mm machen.
[0040] Bei einer geeigneten Ansteuerung des Antriebs 20 z.B. über ein
Treibermodul 21 und/oder eine Steuerungsmodul 50, das in der Nähe des
Antriebs 20 angeordnet sein kann, wie in Fig. 5 beispielhaft angedeutet, kann das Bewegungsverhalten der Düsennadel 11 oder eines anderen beweglichen Elements eingestellt oder gar geregelt werden. Auf Wunsch kann ein geeignetes Bewegungsprofil hinterlegt werden, damit die Düsennadel 11 abgebremst wird, kurz bevor sie auf den Anschlagpunkt 17 auftrifft. Diese Maßnahme erhöht die Lebensdauer der Düsennadel 11 und des Auftragskopfes 15. Ein entsprechendes Treibermodul 21 und/oder Steuerungsmodul 50 kann bei allen
Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0041] Umso größer die Hebel-Untersetzung gewählt wird, umso genauer lässt sich die Düsennadel 11 bewegen, weil eine große Bewegung PI des Antriebs 20 in eine kleine Bewegung P der Düsennadel 11 untersetzt wird. Ein Nachteil einer solchen großen Untersetzung ist aber die verlängerte Wegstrecke, die
antriebsseitig zurückgelegt werden muss. Dadurch reduziert sich eventuell die erzielbare Frequenz, respektive der Maximaltakt der Öffnungs- und
Schliessbewegung der Düsennadel 11.
[0042] In Fig. 7A ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Bewegungsprofils (Bewegung P) des beweglichen Elements 11 gezeigt. Das Bewegungsprofil P(t, Z) ist aus mehreren Liniensegmenten zusammengesetzt. In der Praxis kommt vorzugsweise eine Bewegungsprofil P(t, Z) mit
kurvenförmigem Verlauf zum Einsatz. Das Bewegungsprofil P(t, Z) ist hier eine Funktion der Zeit t und des Weges Z. Ein Öffnungs- und Schliesszyklus hat hier eine Zeitdauer T. Die Zeitdauer T ist hier beispielhaft in zehn gleichlange Takteinheiten zerlegt. Das beispielhafte Bewegungsprofil P(t, Z) kann wie folgt umschrieben werden. Zum Zeitpunkt t=0 beginnt sich das bewegliche Element 11 in positiver Z-Richtung zu bewegen, um die Austrittsöffnung 12 frei zu geben. Die Bewegung ist linear und erreicht bei 9T/10 einen Maximalpunkt bei Z=7 (die Einheit der Z-Achse kann zum Beispiel in Millimetern oder einer anderen Einheit angegeben sein). An dem Punkt (t=9T/10, Z=7) ist die Öffnungsbewegung abgeschlossen und es findet eine Richtungsumkehr statt, die in der Praxis nicht so abrupt verläuft wie in den schematischen Darstellungen gezeigt. Die
Schliessbewegung verläuft vorzugsweise sehr steil, da es für das Abrissverhalten wichtig ist, dass mit einer grossen Kraft die Austrittsöffnung 18 schnell
geschlossen wird. Der Kurvenverlauf zwischen dem Punkt (t=9T/10, Z=7) und dem Punkt (t=T, Z=0) ist hier linear. Vorzugsweise ist dieser Verlauf jedoch nichtlinear, was zum Beispiel durch eine geeignete Membrane 34 mit
nichtlinearen Eigenschaften erzielt werden kann. Beim Erreichen vom Punkt (t=T, Z=0) ist die Schliessbewegung beendet. D.h. bei t=T hat das bewegliche Element 11 wieder die Verschlussstellung mit Z=0 erreicht.
[0043] In Fig. 7B ist eine schematische Darstellung des entsprechenden antriebseitigen Bewegungsprofils Pl(t, Z) gezeigt. Die Kurve Pl(t, Z) entspricht hier der Kurve P(t, Z), wobei eine Streckung in Z-Richtung um den
Untersetzungsfaktor 5 erfolgt ist. Ausserdem verläuft Pl(t, Z) in -Z-Richtung. Die Kurve Pl(t, Z) entspricht natürlich nur dann der Kurve P(t, Z), wenn das System aus den einzelnen Komponenten unendlich steif ist und wenn es keine Übertragungs-, Reibungs- und andere Verluste und Ungenauigkeiten gibt.
[0044] Fig. 7B deutet an, dass die Untersetzung eine Streckung (in Z- Richtung) bewirkt, was die Parametrisierbarkeit und/oder Ansteuerbarkeit verbessert.
[0045] Eine vollständige Parametrisierung der Kurve P(t, Z) kann durch folgende Werte paar- Matrix gegeben sein (falls es sich bei der Kurve P(t, Z) um einen Polygonenzug aus geraden Segmenten handelt) :
(t=0, Z=0) (t=4T/10, Z= 1)
(t=6T/10, Z= 3)
(t=9T/10, Z= 7)
(t=T, Z= 0).
[0046] Eine vollständige Parametrisierung der Kurve Pl(t, -Z) kann durch folgende Werte paar- Matrix gegeben sein (falls es sich bei der Kurve Pl(t, -Z) um einen Polygonenzug aus geraden Segmenten handelt) :
(t=0, -Z=0)
(t=4T/10, -Z= 5)
(t=6T/10, -Z= 15)
(t=9T/10, -Z= 35)
(t=T, -Z= 0).
[0047] In Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines entsprechenden antriebsseitigen Bewegungsprofils Pl*(t, -Z) gezeigt, das hier nur durch zwei Parameter PA und PB definiert ist. Das antriebseitige Bewegungsprofil Pl*(t, -Z) hat hier nur eine lineare Öffnungsbewegung von (t=0, -Z=0) bis (t=7T/10, - Z=35) und eine steiler (d .h. schneller) lineare Schliessbewegung von (t=7T/10, - Z=35) bis (t=T, -Z=0). Es liegt auf der Hand, dass die Vorgabe eines
Bewegungsprofils nur dann sinnvoll ist, wenn man mehr als zwei Parameter zur Parametrisierung vorgibt.
[0048] Vorzugsweise handelt es sich bei den Parametern PA und PB aller Ausführungsformen um weg korrelierte Parameter.
[0049] In Fig. 9 ist eine schematische Darstellung des entsprechenden antriebseitigen Bewegungsprofils Pl(t, -Z) gezeigt, das durch vier Parameter PA, PB, PC und PD definiert ist. Das Bewegungsprofil Pl(t, -Z) in Fig . 9 entspricht dem Bewegungsprofil Pl(t, -Z) in Fig . 7B.
[0050] Bei der Parametrisierung können in allen Ausführungsformen zusätzlich zu den Parametern (respektive den Wertepaaren), die Maximalpunkte und Steigungsänderungen anzeigen/vorgeben, auch weitere Parameter vorgegeben werden. Diese weiteren Parameter können zum Beispiel den Verlauf der Kurve zwischen zwei Wertepaaren beschreiben. Die weiteren Parameter können zum Beispiel auch die Zyklusdauer T und/oder die Taktung (z. B. T/10) festlegen.
[0051] In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der Antriebseite eine intelligente Ansteuerung (z.B. in Form des Treibermoduls 21 und/oder
Steuerungsmoduls 50) des Antriebs 20 so ausgelegt, dass der Strom, der in den Antrieb 20 eingespeist wird, beobachtet wird. Wenn sich der Strom erhöht, dann ist dies ein Zeichen dafür, dass die Düsennadel 11 oder das bewegliche Element am Anschlagpunkt 17 ansteht. Durch ein intelligentes Steuerungsmodul 50 kann eine schleichende Anpassung des im Treibermodul 21 hinterlegten
Bewegungsprofils, das bei allen Ausführungsformen durch die genannte
Parametrisierung definiert sein kann, vorgenommen werden, die eine Abnützung der Nadelspitze 18 dadurch ausgleicht, dass die Bewegung PI auf der
Antriebsseite sukzessive vergrößert wird, wenn das Stromsignal anzeigt, dass die Stromerhöhung gegenüber früher erst später eintritt. Das spätere Eintreten einer Stromerhöhung bedeutet nämlich, dass die Nadelspitze 18 später als bisher am Anschlagpunkt 17 ansteht. Dies ist ein Zeichen für eine Abnützung. Der Einsatz einer solchen intelligenten Ansteuerung (z.B. in Form des Treibermoduls 21 und/oder Steuerungsmoduls 50) erhöht die Lebensdauer des Auftragskopfes 15, da die Düsennadel 11 oder das bewegliche Element erst später ausgetauscht werden muss.
[0052] In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Antriebseite eine intelligente Ansteuerung (z.B. in Form des Treibermoduls 21 und/oder
Steuerungsmoduls 50) des Antriebs 20 so ausgelegt, dass die Bewegung der Düsennadel 11 oder des beweglichen Elements gemäß eines vorgegebenen Bewegungsprofils (z. B. Pl(t, -Z) geregelt ist. Die Schaltzeiten und der Hub der Düsennadel 11 können überwacht werden und das Auftragsbild des
Auftragskopfes 15 kann durch das Steuerungsmodul 50 automatisch korrigiert werden.
[0053] Vorzugsweise befindet sich das Treibermodul 21 und/oder das Steuerungsmodul 50 direkt an jedem Antrieb 20 so, dass der Antrieb 20 direkt mit einem 24 VDC Signal (auch direkt von einer SPS) angesteuert werden kann (SPS steht für Speicherprogrammierbare Steuerung). Dies hat den Vorteil, dass jeder Auftragskopf 15 individuell angesteuert werden kann. Ein entsprechendes Treibermodul 21 und/oder Steuerungsmodul 50 kann bei allen
Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0054] In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Antriebseite eine intelligente Ansteuerung des Antriebs 20 so ausgelegt, dass Fehler-, Warnungen, Service- oder Wartungsanzeigen ausgegeben werden. Zu diesem Zweck ist das Steuerungsmodul 50 entsprechend ausgestattet und/oder programmiert. Dieser Ansatz kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0055] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass eine räumliche thermische
Trennung (siehe z.B. Fig . 5) zwischen Antrieb 20 und dem Teil des
Auftragskopfes 15 möglich ist, der vom Medium M durchströmt wird. Besonders bei warmem oder heißem Medium M reduzieren sich dadurch die Probleme, die auf der Antriebsseite ansonsten durch die große Temperatur verursacht werden können.
[0056] Vorzugsweise wird die thermische Trennung zwischen Antrieb 20 und Auftragskopf 15 ohne Schraubverbindung gelöst, wie in Fig . 6A und der
Ausschnittsvergrösserung 6B zu erkennen ist.
Auf den Auftragskopf 15 wird eine Isolationsplatte 44 aufgelegt. Die
Isolationsplatte 44 ist auf der Auftragskopfseite mit zwei Positionierbolzen 45 und auf der Antriebsseite mit vier Distanz-/Positionierbolzen 46 ausgebildet. Die Fixierung von Auftragskopf 15 und Antrieb 20 erfolgt über zwei Seile 47
(vorzugsweise Stahlseile). Vorzugsweise wird ein nicht wärmeleitendes Seil 47 eingesetzt. Die Seile 47 sind im Auftragskopf 15 an den Punkten XI fixiert und werden im Antrieb 20 durch eine Spannvorrichtung 48 gespannt. Durch diese Anordnung ist der Auftragskopf 15 und der Antrieb 20 idealerweise über keine metallische Verbindung befestigt (in der vorliegenden Anordnung lediglich durch zwei dünne Seile 47). [0057] Der Hebelarm 30 bewirkt bei allen bevorzugten Ausführungsformen eine Umkehr der Bewegungsrichtung (PI zeigt in die entgegengesetzte Richtung wie P; siehe Fig . 2) und, je nach Einstellung der Hebelarmlängen, eine
Bewegungsverstärkung (P > PI; Übersetzung genannt) oder eine
Bewegungsverkleinerung (PI > P; Untersetzung genannt). Ausserdem ermöglicht die winklige Anordnung des Hebelarms 30 in Bezug zum beweglichen Element 11 eine Anordnung der Membrane 34 in einem Bereich, der nicht unmittelbar dem strömenden Medium M ausgesetzt ist.
[0058] Die Erfindung ermöglicht einen präzisen Klebstoffauftrag nach Mass. Sie kann bei elektro-magnetischen, elektro-pneumatischen, piezo-elektrischen oder elektro-mechanischen Auftragsköpfen 15, ob Heiss- oder Kaltleimprozess, ob auf Weg oder Zeit basierend, ob konstante oder variable
Substratgeschwindigkeit, eingesetzt werden.
[0059] Das Steuerungsmodul 50 (auch Auftragssteuerung genannt) kann direkt im Gerät (z. B. in einem Schmelzgerät) integriert sein, oder sie kann als eigenständige Einheit beigestellt werden. Es ist gemäss Erfindung auch möglich mehrere Auftragsköpfe 15 von einem gemeinsamen (mehrkanaligen)
Steuerungsmodul 50 aus anzusteuern und zu kontrollieren, wie in Fig . 1 angedeutet.
[0060] Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das
Steuerungsmodul 50 so ausgelegt ist, dass es von einer SPS
ansteuerbar/kontrollierbar ist.
[0061] Bei allen Ausführungsformen besitzt das Steuerungsmodul 50 eine Anbindung an Leitsysteme über eine gängige Schnittstelle (z.B. eine CAN
Schnittstelle).
[0062] Vorzugsweise besitzt das Steuerungsmodul 50 bei allen
Ausführungsformen eine Möglichkeit zur Parametrisierung, wie beschrieben. Die Parametrisierung kann entweder direkt an der Steuerung 50 vorgenommen werden, oder die Parametrisierung kann indirekt über eine Schnittstelle des Steuerungsmoduls 50 erfolgen.
[0063] Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein Softwaremodul zur Parametrisierung zum Einsatz.
[0064] Der Begriff„Parametrisierung" wir hier verwendet, um zu beschreiben, dass die Ansteuerung des oder der Auftragsköpfe 15 anhand von Parametern (vorzugsweise in Form von Wertepaaren) erfolgt. Die Parameter werden von der Steuerung 50 in Befehle, Stellgrössen oder Werte umgesetzt, die am oder im Auftragskopf 15 (z. B. durch Umsetzung im Treibermodul 21) ein Ergebnis hervor rufen. Die Parameter können zum Beispiel eingesetzt werden, um den Antrieb 20 so anzutreiben, dass ausgangsseitig, d.h. am beweglichen Element 11 eine kontrollierte Öffnungsbewegung P(t, Z) hervor gerufen wird . Das kann zum Beispiel bei allen Ausführungsformen über ein programmierbares
Ausgangsspannungsprofil oder Ausgangsstromprofil am Antrieb 20 oder am Treibermodul 21 erreicht werden. Die Parameter, die durch die Parametrisierung vorgegeben werden, definieren z. B. das Ausgangsspannungsprofil oder
Ausgangsstromprofil. Das Ausgangsspannungsprofil oder Ausgangsstromprofil ist dann mit dem Bewegungsprofil Pl(t, -Z) und über den Hebelarm 30 mit dem Bewegungsprofil P(t, Z) korreliert.
[0065] Fig. 10 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung basierend auf der in Fig. 2 gezeigten
Ausführungsform, wobei Details des Steuerungsmoduls 50 und eines
Regelkreises schematisch angedeutet sind. Es wird auf die Beschreibung der Fig . 2 verwiesen. Im Folgenden werden nur die wesentlichen Aspekte der
Ansteuerung und des Regelkreises beschrieben. Vorzugsweise weisen alle
Ausführungsformen der Erfindung einen Regelkreis mit einem (Weg- oder Positions)Sensor 53 (hier zum Beispiel einem Induktivsensor) und einem
Steuerungsmodul 50 auf. Der Sensor 53 ist dazu ausgelegt die momentane Position (Ist-Position) des beweglichen Elements 11 zu erfassen. In Fig . 10 ist der (Weg- oder Positions)Sensor 53 schematisch gezeigt. Er kann auch an einem anderen Ort angeordnet sein. Der (Weg- oder Positions)Sensor 53 ist über eine Verbindung 55 mit einem Eingang des Steuerungsmoduls 50 verbunden, um die Ist-Position dem Steuerungsmodul 50 zu übergeben. Das Steuerungsmodul 50 ermittelt anhand von Steuerdaten durch den Vergleich mit der Ist-Position, ob Bedarf zur Nachregelung oder Korrektur besteht. Wenn zum Beispiel in der Grafik in Fig . 7A die Schliessstellung (T=t, Z=0) erreicht ist und der (Weg- oder
Positions)Sensor 53 zeigt eine davon abweichende Ist-Position, dann kann in einer Regelschleife das bewegliche Element 11 z. B. ein kleines Stück weiter in - Z-Richtung bewegt werden, um die endgültige Schliessstellung zu erreichen (Endpunktüberwachung genannt).
[0066] Falls das Steuerungsmodul 50 selbstlernend ausgeführt ist, kann der korrigierte Parameter, der der Schliessstellung entspricht, in einem
Parameterspeicher 54 abgelegt werden. Beim nächsten Öffnen und Schliessen kommt dann der neue Parameter zur Anwendung .
[0067] In Fig. 10 ist weiterhin angedeutet, dass ein optionales Treibermodul 21 zwischen dem Steuerungsmodul 50 und dem Antrieb 20 vorgesehen sein kann, um die steuerungstechnische Verbindung zwischen Steuerungsmodul 50 und Antrieb 20 herzustellen. Das Treibermodul 21 kann Parameter vom
Steuerungsmodul 50 empfangen und in Strom- oder Spannungsgrössen (als Steuergrössen) umsetzen, die dem Antrieb 20 eingeprägt werden. Das
Steuerungsmodul 50 kann aber steuerungstechnisch auch direkt mit dem Antrieb 20 verbunden sein (z. B. durch eine Steuerverbindung 52, wie in Fig. 1 gezeigt).
[0068] Vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen die Parameter PA, PB usw. aus einem Parameterspeicher 54 entnommen und von dem
Steuerungsmodul 50 an ein optionales Treibermodul 21 übergeben. Das
Treibermodul 21 setzt diese Parameter PA, PB usw. dann in Steuergrössen um. Es ist aber auch möglich, dass das Steuerungsmodul 50 Parameter PA, PB usw. weiterverarbeitet, um dann weiterverarbeitete Parameter PA*, PB* usw. an das Treibermodul 21 zu übergeben. Die Weiterverarbeitung der Parameter PA, PB usw. hängt von der konkreten Konstellation ab und kann zum Beispiel den Überoder Untersetzungsfaktor berücksichtigen.
[0069] Das Steuerungsmodul 50 kann zum Beispiel mit einem Modul zur Selbsterkennung einer verstopften Düse ausgelegt sein. Diese Selbsterkennung kann anhand von direkter und/oder indirekter Messinformation (z. B. von einem Sensor 53) eine sich anbahnende Düsenverstopfung zu erkennen. Es kann auch ein Modul umfassen, dass eine Erkennung eines sich anbahnenden Problems (Früherkennung) ermöglicht. Vorzugsweise erfolgt in diesem Fall eine präventive Warnung durch das Steuerungsmodul 50, zum Beispiel über eine optionale LED Wartungserkennung 60 (siehe Fig. 10). Selbsterkennung und Früherkennung lassen sich besonders vorteilhaft in Ausführungsformen realisieren, die einen Regelkreis, wie oben beschrieben, aufweisen.
[0070] Vorzugsweise sind alle Ausführungsformen selbstinitialisierend ausgelegt. Zu diesem Zweck macht das Steuerungsmodul 50 einen
Initialisierungslauf, um die Parameter PA, PB usw. mit den Ist-Werten
vergleichen zu können. Daraus können initiale Korrekturwerte abgeleitet werden, die dann beim produktiven Einsatz zur Anwendung kommen.
[0071] Durch die spezielle Lagerung des Hebelarms 30 mit einer Membran 34 und durch das beschriebene Steuerungsmodul 50 mit Parametrisierbarkeit kann bei allen Ausführungsformen eine genaue Vorhaltezeit garantiert werden. Das ist für viele Anwendungen wichtig. Wenn die garantierte Vorhaltezeit bei einem ersten Auftragskopf 15 z.B. 10ms beträgt und dieser Auftragskopf wegen
Wartungsarbeiten gegen einen anderen Auftragskopf 15 ausgetauscht werden muss, dann muss gewährleistet sein, dass auch dieser zweite Auftragskopf 15 die garantierte Vorhaltezeit von 10ms einhält. Die Erfindung garantiert ausserdem oder alternativ eine fixe Reaktionszeit (Ansprechzeit) von z.B. 1ms, was für die Ansteuerung z. B. über eine SPS Steuerung wichtig ist.
[0072] Alle Auftragsköpfe 15 verhalten sich gleich was die fixe Reaktionszeit (Ansprechzeit) und/oder die Vorhaltezeit anbelangt.
[0073] Die Erfindung bietet den einzigen elektrisch angetriebener Auftragskopf 15 , der mit SPS ohne Booster und mit einer proprietären Steuerung ansteuerbar ist. [0074] Vorzugsweise ist der Auftragskopf 15 bei allen Ausführungsformen so ausgelegt, dass es auch im nicht aktivierten Modus oder wenn das Gerät abgeschaltet ist, geschlossen ist.
[0075] Vorzugsweise ist der Auftragskopf 15 bei allen Ausführungsformen mit einem Sensor ausgestattet, der die Dichtfunktion oder Dichtigkeit der Membrane 34 überwacht. Dieser Sensor ist so ausgelegt und angeordnet, dass das im Fehlerfall austretende Medium M erfasst wird. Der Fehlerfall wird an die
Steuerung 50 übermittelt. Die Steuerung 50 stoppt mit einem entsprechenden Steuersignal die Leimförderung (z.B. durch ein Abschalten einer Pumpe). Dieses Merkmal hat den Vorteil, dass bei einem Bruch der Membrane 34 verhindert werden kann, dass das austretende Medium M in die Maschine gefördert wird .
[0076] Besonders zur Überwachung der Dichtfunktion oder Dichtigkeit der Membrane 34 sind induktive, kapazitive oder optische Sensoren geeignet, die vorzugsweise im rückwärtigen Bereich (d .h . im mediumfreien Raum) des
Auftragskopfs 15, d .h . auf derjenigen Seite, die der Kammer 10 gegenüber liegt, angeordnet ist.
[0077] Vorzugsweise ist der Auftragskopf 15 bei allen Ausführungsformen mit einer Überwachung des Leimdrucks ausgestattet. Die Steuerung 50 werte in diesem Fall (Druck-)Signale aus, aus denen sich der Leimdruck-Verlauf ableiten lässt. Das Auswerten des Leimdruck-Verlaufs ermöglicht es der Steuerung 50 eine Diagnose in Sachen Leimförderung vorzunehmen. Auf diesem Wege kann man zum Beispiel das sich Anbahnen einer Düsenverstopfung und/oder das Auftreten einer Undichtigkeit an der Membrane 34 erkennen und darauf reagieren. Diese Form der Überwachung des Leimdrucks mittels der Steuerung 50 ermöglicht eine einfach und zuverlässige Überwachung des Klebstoffauftrags.
[0078] Vorzugsweise ist der Auftragskopf 15 bei allen Ausführungsformen mit einer sogenannten Hubregelung ausgestattet. Diese Hubregelung kann zur Durchflussregelung, d .h. zur Dosierung des abzugebenden Mediums M eingesetzt werden. Zum Zwecke der Hubregelung ist vorzugsweise ein Weg- oder
Positionsgeber im Auftragskopf 15 im Bereich des beweglichen Elements 11 und/oder im Bereich des Hebelarms 30 angeordnet. Die aktuelle Position (Ist- Position) des beweglichen Elements 11 und/oder des Hebelarms 30 wird so an die Steuerung 50 gemeldet und kann dort zu Regelzwecken eingesetzt werden.
[0079] Statt des Auftragskopfes 15 kann auch die Auftragsvorrichtung 100 als Ganzes eine Hubregelung und/oder eine Sensorüberwachung und/oder eine Überwachung des Leimdruck-Verlaufs, wie vorausgehend beschrieben, umfassen.
Bezugszeichenliste
(Düsen)Kammer 10 bewegliches Element (z.B. Düsennadel) 11
Austrittsöffnung 12
Zufuhrkanal 13 rückwärtigen Ende der Düsennadel 11 14
Auftragskopf 15
Zufuhrleitung 16
Anschlagpunkt 17
Spitze 18
Antrieb 20
Treibermodul 21
Hebelarm 30 erstes Extremalende 31 zweites Extremalende 32
Membranaufhängung 33
Membrane 34
Dichtring 35
Schlitze 36
Zentralöffnung 37
Druckstütze 38
Löcher 39 zylindrischer Stab 40 innerer Teil der Membrane 34 41
Stege 42
Kappen 43
Isolationsplatte 44 Positionierbolzen 45 Distanz-/Potitionierbolzen 46 Seile 47
Spannvorrichtung 48
Steuerungsmodul (Auftragssteuerung) 50
Steuerverbindung 52
Sensor (z. B. Induktionsgeber)/ 53 Wegmesser
Parameterspeicher 54
Verbindung 55
LED Wartungserkennung 60
Auftragsvorrichtung 100
Ansatzpunkt A
Papierbahn K fließfähigen Medium M
Bewegungsrichtung V Virtuelle Achse VA
Öffnungsbewegung / Bewegungsprofil P / P(t, Z)
Gegenbewegung / Bewegungsprofil PI / Pl(t, Z)
Bewegungsprofil Pl *(t, Z)
Parameter (Werte paare) PA, PB, PC, PD weiterverarbeitete Parameter PA*, PB*
Zeit t
Zyklusdauer T
Achse z
Punkte XI

Claims

Patentansprüche:
1. Auftragskopf (15) zum Abgeben eines fließfähigen Mediums (M), mit
- einer Kammer (10) im Inneren des Auftragskopfes (15),
- einem beweglichen Element (11), das im Inneren der Kammer (10)
bewegbar gelagert ist, wobei es durch eine Bewegung (P) der Düsennadel (11) eine Austrittsöffnung (12) freigibt oder schliesst,
- einem Zufuhrkanal (13), der mit der Kammer (10) verbunden und mit einer Zufuhrleitung (16) strömungstechnisch verbindbar ist, um das fließfähige Medium (M) in die Kammer (10) einbringen zu können,
- einem Antrieb (20) zum Erzeugen der Öffnungsbewegung (P) des
beweglichen Elements (11), und
- mit einem Steuerungsmodul (50),
dadurch gekennzeichnet, dass der Auftragskopf (15) umfasst:
- einen Hebelarm (30), der mit dem beweglichen Element (11) und dem Antrieb (20) verbunden ist, um eine antriebsseitige Bewegung (PI) in eine Öffnungs- oder Schliessbewegung des beweglichen Elements (11) umzusetzen,
- eine Membranaufhängung (33) mit einer Membrane (34), wobei die
Membranaufhängung (33) dazu dient den Hebelarm (30) beweglich mit dem Auftragskopf (15) zu verbinden, und
o die Membranaufhängung (33) als Dichtung dient, um ein Austreten des fließfähigen Mediums (M) aus der Kammer (10) zu verhindern, und wobei das Steuerungsmodul (50) so ausgelegt und
steuerungstechnisch mit dem Antrieb (20) verbunden ist, dass durch das Steuerungsmodul (50) mindestens ein Parameter (PA) oder Wertepaar für die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) vorgebbar ist.
2. Auftragskopf (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Membranaufhängung (33) zusätzlich zu der Membrane (34) mindestens einen Dichtring (35) umfasst, der als Dichtung und zum elastischen
Einspannen der Membrane (34) in dem Auftragskopf (15) dient.
3. Auftragskopf (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Membrane (34) um eine metallische Membrane (34) handelt.
4. Auftragskopf (15) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (34)
- Schlitze (36) ausweist, um die Elastizität zu erhöhen, und
- eine Zentralöffnung (37) aufweist, durch die hindurch der Hebelarm (30) im montierten Zustand verläuft.
5. Auftragskopf (15) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Hebelarms (30), des beweglichen Elements (11) und der Membranaufhängung (33) mit der Membrane (34) so gewählt ist, dass die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) entgegengesetzt ist zu der antriebsseitigen Bewegung (PI).
6. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der mindestens eine Parameter (PA) oder das mindestens eine Wertepaar zusammen mit einem weiteren Parameter (PB) oder Wertepaar ein Bewegungsprofil P(t, Z) des beweglichen Elements (11) festlegt.
7. Auftragskopf (15) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Bewegungsprofil P(t, Z) ein Beschleunigen und/oder Bremsen des
beweglichen Elements (11) festlegt.
8. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) steuerungstechnisch mit dem Antrieb (20) zu einem Regelsystem verbunden ist, um die Öffnungsoder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) regeln zu können.
9. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass an dem Auftragskopf (15) ein Wegmesser (53) zur Positionsermittlung der Position des beweglichen Elements (11) vorhanden ist, um Istgrössen an das Steuerungsmodul (50) zu übergeben.
10. Auftragskopf (15) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist die Istgrössen mit dem mindestens einen Parameter (PA) oder Wertepaar zu vergleichen und eine Korrekturoder Stellgrösse zu ermitteln.
11. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass durch den Hebelarm (30) eine Untersetzung der antriebsseitigen Bewegung (PI) in die Öffnungsbewegung (P) des
beweglichen Elements (11) bewirkt wird und wobei durch diese Untersetzung die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) durch mehr als nur einen Parameter (PA, PB) oder mehr als ein Wertepaar parametrisierbar ist, wobei es sich bei den Parametern (PA, PB) oder
Wertepaare um wegkorrelierte Parameter oder Wertepaare handelt.
12. Auftragskopf (15) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Untersetzung eine Streckung erfolgt, was die Parametrisierbarkeit und/oder Ansteuerbarkeit verbessert.
13. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antrieb (20) um einen elektromagnetischen Aktuator handelt und dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist anhand einer Ermittlung eines Stromes, der in diesen Antrieb (20) gespeist wird, eine indirekte Ermittlung einer Temperatur am Antrieb (20) vorzunehmen.
14. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) einen Speicher (55) umfasst oder mit einem Speicher (55) verbindbar ist, der dazu ausgelegt ist Life-Cycle Daten und/oder Parameter (PA) zu speichern.
15. Auftragskopf (15) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der
Speicher (55) Life-Cycle Daten speichert, die eine Aussage über
- die Anzahl der Öffnungs- oder Schliessbewegungen und/oder - Verschleissindikatoren und/oder
- Verstopfungsindikatoren
zulassen.
16. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist anhand von direkter und/oder indirekter Messinformation eine sich
anbahnende Düsenverstopfung zu erkennen.
17. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass er
- eine Hubregelung und/oder
- eine Sensorüberwachung und/oder
- eine Überwachung des Leimdruck-Verlaufs
umfasst.
18. Auftragsvorrichtung (100) zum Abgeben eines fließfähigen Mediums (M), mit
- einer Zufuhrleitung (16) für fließfähiges Medium (M),
- einem Auftragskopfes (15) mit innenliegender Kammer (10),
- einem beweglichen Element (11), das im Inneren der Kammer (10)
bewegbar gelagert ist, wobei es durch eine Bewegung (P) des beweglichen Elements (11) eine Austrittsöffnung (12) freigibt oder verschliesst,
- einem Zufuhrkanal (13), der mit der Kammer (10) und der Zufuhrleitung (16) strömungstechnisch verbunden ist, um das fließfähige Medium (M) in die Kammer (10) einbringen zu können,
- einem Antrieb (20) zum Erzeugen der Bewegung (P) des beweglichen
Elements (11), und
- einem Steuerungsmodul (50),
dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (100) umfasst:
- einen Hebelarm (30), der beweglich mit dem beweglichen Element (11) und dem Antrieb (20) verbunden ist, um eine antriebsseitige Bewegung (PI) in die Bewegung (P) des beweglichen Elements (11) umzusetzen, o eine Membranaufhängung (33) im oder am Auftragskopf (15) mit einer Membrane (34), o die dazu dient den Hebelarm (30) beweglich mit dem Auftragskopf
(15) zu verbinden, und
o die als Dichtung dient, um ein Austreten des fließfähigen Mediums (M) aus der Kammer (10) zu verhindern,
und wobei das Steuerungsmodul (50) so ausgelegt und
steuerungstechnisch mit dem Antrieb (20) verbunden ist, dass durch das Steuerungsmodul (50) mindestens ein Parameter (PA) oder Wertepaar für die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) vorgebbar ist.
19. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranaufhängung (33) zusätzlich zu der Membrane (34) mindestens einen Dichtring (35) umfasst, der als Dichtung und zum
elastischen Einspannen der Membrane (34) in dem Auftragskopf (15) dient.
20. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch
gekennzeichnet, dass es sich bei der Membrane (34) um eine metallische Membrane (34) handelt.
21. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch
gekennzeichnet, dass die Membrane (34)
- Schlitze (36) ausweist, um die Elastizität zu erhöhen, und
- eine Zentralöffnung (37) aufweist, durch die hindurch der Hebelarm (30) im montierten Zustand verläuft.
22. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein
- elektro-magnetischer oder
- pneumatischer oder
- piezo-elektrischer Antrieb
als Antrieb (20) dient.
23. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 221, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftragskopf (15) und der Antrieb (20) thermisch entkoppelt sind .
24. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Hebelarms (30), des beweglichen Elements (11) und der Membranaufhängung (33) mit der Membrane (34) so gewählt ist, dass die Bewegung (P) des beweglichen Elements (11) entgegengesetzt ist zu der antriebseitigen Bewegung (PI) des Hebelarms (30).
25. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Parameter (PA) oder das mindestens eine Wertepaar zusammen mit einem weiteren
Parameter (PB) oder Wertepaar ein Bewegungsprofil P(t, Z) des beweglichen Elements (11) festlegt.
26. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsprofil P(t, Z) ein Beschleunigen und/oder Bremsen des beweglichen Elements (11) festlegt.
27. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 265, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50)
steuerungstechnisch mit dem Antrieb (20) zu einem Regelsystem verbunden ist, um die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) regeln zu können.
28. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Auftragskopf (15) ein
Wegmesser (53) zur Positionsermittlung der Position des beweglichen
Elements (11) vorhanden ist, um Istgrössen an das Steuerungsmodul (50) zu übergeben.
29. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist die Istgrössen mit dem mindestens einen Parameter (PA) oder Wertepaar zu vergleichen und eine Korrektur- oder Stellgrösse zu ermitteln.
30. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Hebelarm (30) eine
Untersetzung der antriebsseitigen Bewegung (PI) in die Öffnungsbewegung (P) des beweglichen Elements (11) bewirkt wird und wobei durch diese Untersetzung die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) durch mehr als nur einen Parameter (PA, PB) oder ein
Wertepaar parametrisierbar ist, wobei es sich bei den Parametern (PA, PB) oder Wertepaare um wegkorrelierte Parameter oder Wertepaare handelt.
31. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Untersetzung eine Streckung erfolgt, was die
Parametrisierbarkeit und/oder Ansteuerbarkeit verbessert.
32. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antrieb (20) um einen elektro-magnetischen Aktuator handelt und dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist anhand einer Ermittlung eines Stromes, der in diesen Antrieb (20) gespeist wird, eine indirekte Ermittlung einer Temperatur am Antrieb (20) vorzunehmen.
33. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) einen Speicher (55) umfasst oder mit einem Speicher (55) verbindbar ist, der dazu ausgelegt ist Life-Cycle Daten und/oder Parameter (PA) und/oder Wertepaare zu speichern.
34. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (55) Life-Cycle Daten speichert, die eine Aussage über
- die Anzahl der Öffnungs- oder Schliessbewegungen und/oder
- Verschleissindikatoren und/oder - Verstopfungsindikatoren
zulassen.
35. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist anhand von direkter und/oder indirekter Messinformation eine sich anbahnende Düsenverstopfung zu erkennen.
36. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass sie
- eine Hubregelung und/oder
- eine Sensorüberwachung und/oder
- eine Überwachung des Leimdruck-Verlaufs
umfasst.
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