EP3554712A1 - Druckkopf zur applikation eines beschichtungsmittels - Google Patents

Druckkopf zur applikation eines beschichtungsmittels

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EP3554712A1
EP3554712A1 EP17807873.9A EP17807873A EP3554712A1 EP 3554712 A1 EP3554712 A1 EP 3554712A1 EP 17807873 A EP17807873 A EP 17807873A EP 3554712 A1 EP3554712 A1 EP 3554712A1
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EP
European Patent Office
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nozzle
valve element
seal
closed position
print head
Prior art date
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Application number
EP17807873.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3554712B1 (de
Inventor
Hans-Georg Fritz
Benjamin WÖHR
Marcus Kleiner
Moritz BUBEK
Timo Beyl
Frank Herre
Steffen Sotzny
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Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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Publication date
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Publication of EP3554712B1 publication Critical patent/EP3554712B1/de
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    • B05C5/0291—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 the material being discharged on the work through discrete orifices as discrete droplets, beads or strips that coalesce on the work or are spread on the work so as to form a continuous coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/05—Heads having a valve

Definitions

  • the invention relates to a print head for applying a coating composition to a component, in particular for appli ⁇ cation of a paint on a motor vehicle body component.
  • Rotationszerstäu ⁇ over are called application device commonly used, but have the disadvantage of a limited transfer efficiency, that is only part of the applied coating is deposited on the components to be coated, while the rest of the applied coating disposed of as so-called overspray must become.
  • a newer development line provides so-called print heads as an application device, such as for example
  • a plurality of nozzles are arranged in a nozzle plate of the print head in the rule, the individual nozzles depending Weil ⁇ can be released or closed by a movable valve element.
  • the movable valve element is usually a valve needle with an elastomeric insert as a seal.
  • the valve needle with the elastomer insert is hereby when displaceable between a closed position and an open position, wherein the elastomer insert seals the nozzle in the closed position of the valve needle, whereas the elastomer insert is lifted off the nozzle in the open position and thereby the fluid flow (in the prior art usually ink) through the nozzle through.
  • a disadvantage of this known type of sealing between the movable valve element (eg valve needle) and the nozzle is first the complex manufacturing process with the Ferti ⁇ supply of the elastomer insert.
  • valve needle can be miniaturized with the elastomer insert only within certain limits, so that with respect to the nozzle spacing between the adjacent nozzles, a lower limit can not be exceeded.
  • the invention is therefore based on the object to provide a different solution for sealing the movable valve member relative to the nozzle.
  • a printhead according to the invention according to the main claim.
  • atomizers eg rotary atomizer, disc atomizer, airless atomizer, air-mix atomizer, ultrasonic atomizer
  • the print head according to the invention emits a spatially narrow coating agent beam.
  • Such printheads are known per se from the prior art and, for example, in DE 10 2013 092 412 AI, US
  • the print head according to the invention is preferably used for the application of a paint (for example basecoat, clearcoat, water-based paint, solvent-based paint).
  • a paint for example basecoat, clearcoat, water-based paint, solvent-based paint.
  • the printhead according to the invention may alternatively be designed for the application of other coating agents, such as for example for the application of sealant, insulating material, adhesive, primer, etc., to name just a few examples.
  • the printhead according to the invention has, in accordance with the prior art, a nozzle plate containing at least one nozzle for dispensing the coating agent.
  • this nozzle is the aforementioned coating medium jet from the component to be coated. It is however basically also be ⁇ the possibility that the SI ⁇ se is disposed within the printhead and the Beschich ⁇ tung medium only to the outer discharge nozzle are further ⁇ , which then applies the coating agent to the component beam.
  • valve element to control the coating agent delivery through the nozzle.
  • This valve element is Beweg ⁇ Lich relative to the nozzle plate, wherein the valve member closes the nozzle in a closed Stel ⁇ lung, whereas the movable valve element releases the nozzle in an open position.
  • the movement of the valve element between the closed position and the open position is a pure linear movement (sliding movement), but in principle also the possibility of other movements of the valve element between the open position and the invention
  • the pressure head of the invention comprises a log ⁇ tung to seal the nozzle against the movable valve member in the closed position of the valve element.
  • this seal is preferably not formed as an elastomer insert on the valve element, since this is associated with the problems described above.
  • the seal can be arranged on the nozzle plate, ie not on the movable valve element, as is the case with the known elastomer inserts.
  • the invention shown SSE seal is mounted on the movable valve element, that is not on the nozzle plate.
  • a seal ⁇ is introduced, the two seals then cooperate.
  • the seal is preferably flat and, in the closed position, effects a surface contact between the movable valve element and the seal.
  • planar sealing plates or sealing layers can be applied to the inside of the nozzle plate for this purpose.
  • the movable valve element is adapted in its shape complementary to the shape of the nozzle and protrudes into the nozzle in the closed position.
  • the nozzle may conically narrow in the flow direction.
  • the movable valve element should then also taper conically towards its free end, preferably with the same cone angle as the nozzle, so that the valve element and the nozzle then form a corresponding shape fit, whereby the sealing effect is improved.
  • the nozzle has a semi-spherical inner contour ⁇ so that then preferably also the movable valve member has a hemispherical Au ⁇ chentur.
  • the seal can be applied to the inner edges of the nozzle. With a conically tapering inner contour of the nozzle, the seal then preferably covers the inner flanks of the nozzle.
  • the print head has a flexible sealing membrane, wherein the flexible sealing membrane forms the movable valve element and closes the nozzle in its closed position and releases it in its open position.
  • This sealing membrane is deflected by a valve drive between the closed position and the open position.
  • the flexible sealing membrane so a seal of the nozzle in the closed position.
  • the sealing membrane also separates the coating agent supply from the valve drive, so that the valve drive does not come into contact with the coating agent. This is especially beneficial ⁇ way when different colored coating materials nacheinan ⁇ the to be applied and the print head must therefore be flushed with a detergent.
  • the flexible sealing membrane ⁇ namely preventing coating agent deposits in the valve drive and allows due to its smooth upper surface ⁇ a good rinsing.
  • the sealing membrane can also be designed to be elastic and then fulfill the function of a restoring spring which presses the sealing membrane into its rest position, in particular into the closed position.
  • the valve drive then preferably deflects the sealing membrane into the open position, whereas the sealing membrane is pressed into the closed position due to its spring elasticity without activation by the valve drive. It is however ⁇ be within the scope of the invention, basically also the possibility that the sealing membrane is pressed due to its spring-elasticity ⁇ into the open position, wherein then the valve drive presses the sealing membrane in the closed position.
  • the print head preferably has a valve drive.
  • the valve drive including a flexible drive membrane which is mechanically coupled to the movable valve member and with a driving fluid (such as hydraulic fluid, compressed air) can be applied to deflect the actuator diaphragm and thereby move the valve element.
  • a driving fluid such as hydraulic fluid, compressed air
  • the driving liquid may consist of one part of the laser ckes, for example, binders, solvents, Mesamol TM or the like. If there is a rupture of the membrane, then that would be no chemical reactions or Unver discoursekei ⁇ th.
  • valve drive in combination with the above-mentioned flexible sealing membrane, since then two seals are present between the nozzle and the drive fluid, namely on the one hand the seal through the drive diaphragm and on the other hand, the seal through the flexible sealing membrane. In this way, leakage of the driving fluid (eg hydraulic fluid) through the nozzle can be prevented with double certainty.
  • driving fluid eg hydraulic fluid
  • valve drive can be designed as a magnetic actuator with a coil and a displaceable armature in the coil, wherein the armature is mechanically coupled to the movable valve element and is displaced ⁇ depending on the energization of the coil between the open position and the closed position.
  • the Ventilele ⁇ ment (eg plunger) is arranged stationary in the printhead, while the nozzle plate ⁇ is elastically flexible and can be bent by the valve Tilantriebs.
  • the valve drive In the closed position, the valve drive is then preferably does not exert any force on the SI ⁇ senplatte, so that the nozzle plate is flat and with the nozzle on the free end of the movable valve element (eg pestle) rests sealingly. Bends in the open position the valve drive, however, the nozzle plate, so that the nozzle is lifted at a certain stroke of the free end of the valve element, so that coating agent can escape from the nozzle.
  • the stroke of the nozzle plate in the region of the nozzle is preferably approximately 30 ⁇ m between the closed position and the open position.
  • the Dieh ⁇ tung may include a sealant layer, which is vulcanized, for example, on the nozzle plate, vapor-deposited, is applied by a film-forming method or printed.
  • the seal has a film which can be glued, laid on, bonded or laminated, for example, on the nozzle plate.
  • the movable element is preferably at least partially made of metal, plastic or silicon.
  • the print head according to the invention preferably has one of the following material pairings on the nozzle between the side of the valve element and the side of the nozzle:
  • the movable valve element may for example consist of metal and be combined with a valve tappet made of plastic.
  • the nozzle may consist of silicon or contain a nozzle insert made of silicon, while the movable valve element consists at least partially of steel, rubber or plastic (eg PTFE: polytetrafluoroethylene).
  • the seal usually also forms a mechanical stop, which limits the movement of the valve element in the closed position.
  • the seal therefore has two functions, namely the actual sealing function and the function of a mechanical stop.
  • a separate mechanical stop is Dage ⁇ gen provided to limit the movement of the valve element in the closed position. This can be advantageous because it acts a defined compression force on the seal.
  • the mechanical stop in this case preferably has a Ma ⁇ terialplanung between the side of the valve element and the side of the nozzle, which provides on both sides of metal.
  • the seal is preferably elastic and experiences in the closed position a certain material compression, which is defined by the mechanical stop.
  • the movable valve element is preferably formed as Ventilplat- te, which can be moved by the valve drive via a plunger between the open position and the closed position.
  • the plunger protrudes through the nozzle and the valve plate rests in the closed position on the underside of the nozzle plate facing away from the valve drive. The valve plate is thus drawn into the nozzle for closing the nozzle, whereas the nozzle plate is pushed out of the nozzle to open the nozzle.
  • nozzle plate runs in the nozzle plate, a nozzle channel from which at least one nozzle is fed.
  • the plate-shaped valve element is in this case
  • the printhead preferably emits a narrowly defined coating agent jet as opposed to a spray as emitted by conventional atomizers (e.g., rotary atomizers).
  • conventional atomizers e.g., rotary atomizers
  • the printhead can emit a droplet jet in contrast to a coating agent beam which is contiguous in the beam longitudinal direction.
  • the print head it is also possible for the print head to emit a coating agent jet which is contiguous in the beam longitudinal direction, in contrast to a droplet jet.
  • the entire printhead or to individual components of the pressure ⁇ head may apply (for example, on the nozzle plate 1) high voltage (30-90kV) to utilize the additional advantages of the electrostatic painting, such as higher transfer efficiency and / or electrostatic wrap around edges (the charged paint moves along the electrical Field lines, whereby surfaces away from the applicator are also coated in the vicinity of edges).
  • the printhead When using electrostatic charging, it may be necessary to use a potential separation system in the material supply when processing conductive paints. In this case, too, all components of the applicator ⁇ sector must be designed high voltage resistant.
  • Particularly advantageous in the printhead according to the invention is the fact that it works almost overspray-free, ie, the printhead preferably has an order efficiency of at least 80%, 90%, 95% or 99%, so that substantially all of the applied coating agent completely on the Part is deposited without overspray.
  • the print head preferably has a large area coating performance, so that the print head is also suitable for surface coating in the series coating of motor vehicle body components.
  • the print head therefore preferably has a professionnbeschich ⁇ processing power of at least 0.5 m 2 / min, lm 2 / min, 2m 2 / min or even 3m 2 / min. It should also be mentioned that the invention not only
  • a printing head according to the invention is used as the application device.
  • the print head according to the invention can be performed by a multi-axis paint robot, which preferably has a serial kinematic with at least six movable Ro ⁇ boterachsen.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an out ⁇ section of a printhead according to the invention with a flat seal
  • Figure 2 shows a modification of Figure 1 with a shape adaptation of nozzle and valve element
  • FIG. 3 shows a modification of FIGS. 1 and 2 with a flexible membrane as a seal
  • FIG. 4 shows a further modification with an additional drive diaphragm which is hydraulically driven
  • FIG. 5 shows a further modification with a plunger which is displaceable and moves a valve plate in a nozzle channel
  • FIG. 6 shows a modification of FIG. 5, wherein the valve plate can rest sealingly on the outside of the print head
  • Figures 7A and 7B show a modification with a flexible nozzle plate which can be bent to open and close the nozzle
  • Figures 8A-8C show various possible contours of the nozzle in a printhead according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a control valve in an inventive
  • Printhead for paint application in a paint shop for painting motor vehicle body components wherein the print head is moved by a multi-axis painting robot with a serial robot kinematics with at least six robot axes, as it is known from the prior art and therefore need not be described in detail.
  • the printhead according to the invention has a nozzle plate 1 with a plurality of nozzles 2, wherein only a single nozzle 2 is shown here for the sake of simplicity.
  • the paint to be painted is supplied in this case by a paint feed 3 in the print head, wherein the paint feed 3 is limited in the drawing below through the nozzle plate 1 and above by a further plate 4.
  • the upper plate 4 has coaxially with the nozzle 2 in the nozzle ⁇ plate 1 an opening on which a coil tube 5 is placed coaxially, wherein the coil tube 5 is wound with a coil 6.
  • armature 9 which is displaceable in the direction of the double arrow, wherein the movement of the armature 9 depends on the energization of the coil 6.
  • the drawing shows the armature 9 in this case in a lower closed position to seal the nozzle 2.
  • the coil 6 is energized so that the An ⁇ ker 9 is pulled in the drawing up to release the nozzle 2.
  • control valve has a return spring 10, which presses the armature 9 without energizing the coil 6 in the closed position shown in the drawing.
  • the armature 9 At its free end, the armature 9 carries a seal 11 to seal the nozzle 2 in the closed position.
  • the seal 11 on the armature 9 cooperates in the closed position together with a flat seal 12 on the inside of the nozzle plate 1.
  • the flat seal 12 on the inside of the nozzle plate can for example consist of a layer of sealant vulcanized on the inside of the nozzle plate 1, vapor-deposited, applied by a layer-forming process or printed on ⁇ .
  • the seal 12 is a film which is placed on the nozzle plate 1 inside, stuck on ⁇ or laminated.
  • material pairings of the seal 11 on the one hand and the seal 12 on the other there are many opportunities for the material pairings of the seal 11 on the one hand and the seal 12 on the other.
  • a material pairing example ⁇ metal on metal, plastic on metal, metal on plastic, plastic on silicon, silicon on silicon or metal on silicon in question.
  • FIG. 2 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 1, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numbers being used for corresponding details.
  • a special feature of this embodiment is that the nozzle 2 tapers conically in the inlet region in the flow direction and has lateral nozzle flanks. The seal 12 is therefore applied to the lateral nozzle edges of the nozzle 2.
  • the seal 11 is fitted arrival to this shape of the nozzle and therefore tapers towards its free end tapered such that the gasket 11 on one hand and the nozzle 2 on the other hand adapted in shape, resulting in a good beat ⁇ tung effective.
  • FIG. 3 shows a further modification of the exemplary embodiments described above, so that reference is again made to the above description to avoid repetition.
  • a special feature of this embodiment is ei ⁇ ner flexible sealing membrane 13 instead of the seal 11.
  • the drawing shows the opening position in which the armature 9 is lifted up and the sealing membrane 13 releases the nozzle. To close the nozzle 2, however, the coil 6 is de-energized, so that the armature 9 is pressed by the return spring 10 in the drawing down until the sealing membrane 13 rests on the inner mouth opening of the nozzle 2 in the nozzle plate 1 and thereby the nozzle 2 closes.
  • the sealing membrane 13 not only has the function of releasing or closing the nozzle 2. Rather, the sealing membrane 13 also causes a seal between the paint supply 3 and the other components of the control valve, such as the armature 9, the coil ⁇ tube 5 and the coil core 7. This is advantageous because it varnish deposits in the control valve and in particular in the coil tube 5 are prevented. This is particularly important in a color change, because thereby the control valve itself does not need to be rinsed, because it does not come into contact with the paint ⁇ at all.
  • FIG. 4 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 3, so that reference is made to the above description in order to avoid repetition.
  • valve drive which does not - as in Figure 3 - electromagnetically, but hydraulically.
  • the valve drive has a separate drive ⁇ membrane 14, which acted on a hydraulic connection 15 with ei ⁇ ner hydraulic fluid as the drive fluid ⁇ who can to the drive diaphragm 14 and thus also the sealing tion membrane 13 with the attached seal 11 in the direction of the double arrow to move.
  • FIG. 5 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 1, so that reference is made to the above description in order to avoid repetition.
  • a special feature of this embodiment is initially that WUR dispense with the return spring 10 ⁇ de, that is, the movement of the armature 9 is both in the
  • the armature 9 is connected via a plunger 16 with a valve plate 17 which is ver ⁇ pushed in a nozzle channel 18 in the direction of the double arrow.
  • the drawing shows the position of the valve plate 17 in the closed position, in which the valve plate 17 rests against the top of the nozzle channel 18 and thereby seals the nozzle 2.
  • FIG. 6 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 5, so that reference is made to the above description in order to avoid repetition.
  • a special feature of this embodiment is that in the nozzle plate 1 no nozzle channel 18 is arranged. Rather, the valve plate 17 is in the closed position shown in the drawing on the outside of the nozzle plate 1 in a recess sealingly.
  • Figures 7A and 7B show another concept for opening and closing the nozzle 2.
  • Figure 7A shows a
  • Figure 7B shows an open position in which the nozzle 2 is released.
  • the nozzle 2 is in this case either sealed or released by a fixed plunger 19.
  • the SI ⁇ senplatte 1 is either not bent (Figure 7A) or bent ( Figure 7B), that the nozzle plate 1 is lifted in the region of the nozzle 2 of the fixed plunger 19th
  • Figures 8A-8C show different possible contours of the nozzle 2 and that a cylindrical contour (Fig. 8A), a ko ⁇ African contour (Fig. 8B), and a contour with an elevation 20 on the exit side of the nozzle 2 (Fig. 8C ).
  • the invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a variety of variants and modifications is possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope.
  • the invention also claims protection for the subject matter and the features of Dependent claims independent of the respective claims taken in each case and in particular without the features of the main ⁇ claim.
  • the invention includes various aspects OF INVENTION ⁇ dung enjoying independently protection.

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Spray Control Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf zur Applikation eines Beschichtungsmittels auf ein Bauteil, insbesondere zur Applikation eines Lacks auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil, miteiner Düsenplatte (1), einer Düse (2) in der Düsenplatte (1) zur Abgabe des Beschichtungsmittels, undeinem relativ zu der Düsenplatte (1) beweglichen Ventilelement (9, 11) zur Steuerung der Beschichtungsmittelabgabe durch die Düse (2), wobei dasbewegliche Ventilelement (9, 11) die Düse (2) in einer Schließstellung verschließt, wohingegen das bewegliche Ventilelement die Düse (2) in einer Öffnungsstellung freigibt, sowie mit einer Dichtung (11, 12) zur Abdichtung der Düse (2) gegenüber dem beweglichen Ventilelement (9, 11) in der Schließstellung des Ventilelements (9, 11). Die Erfindung sieht vor, dassdie Dichtung (11, 12) nicht als Elastomereinsatz an dem Ventilelement (9, 11) ausgebildet ist.

Description

BESCHREIBUNG Druckkopf zur Applikation eines Beschichtungsmittels
Die Erfindung betrifft einen Druckkopf zur Applikation eines Beschichtungsmittels auf ein Bauteil, insbesondere zur Appli¬ kation eines Lacks auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil.
Zur Serienlackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden als Applikationsgerät üblicherweise Rotationszerstäu¬ ber eingesetzt, die jedoch den Nachteil eines beschränkten Auftragswirkungsgrades haben, d.h. nur ein Teil des appli- zierten Lacks lagert sich auf den zu beschichtenden Bauteilen ab, während der Rest des applizierten Lacks als sogenannter Overspray entsorgt werden muss.
Eine neuere Entwicklungslinie sieht dagegen als Applikations- gerät sogenannte Druckköpfe vor, wie sie beispielsweise aus
DE 10 2013 002 412 AI, US 9,108,424 B2 und DE 10 2010 019 612 AI bekannt sind. Derartige Druckköpfe geben im Gegensatz zu den bekannten Rotationszerstäubern keinen Sprühnebel des zu applizierenden Lacks ab, sondern einen räumlich eng begrenz- ten Lackstrahl, der sich nahezu vollständig auf dem zu la¬ ckierenden Bauteil niederschlägt, so dass nahezu kein Over¬ spray entsteht.
Hierbei sind in einer Düsenplatte des Druckkopfs in der Regel zahlreiche Düsen angeordnet, wobei die einzelnen Düsen je¬ weils durch ein bewegliches Ventilelement freigegeben bzw. verschlossen werden können. Das bewegliche Ventilelement ist in der Regel eine Ventilnadel mit einem Elastomereinsatz als Dichtung. Die Ventilnadel mit dem Elastomereinsatz ist hier- bei zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verschiebbar, wobei der Elastomereinsatz die Düse in der Schließstellung der Ventilnadel abdichtet, wohingegen der Elastomereinsatz in der Öffnungsstellung von der Düse abgeho- ben ist und dadurch die Fluidströmung (nach dem Stand der Technik meist Tinte) durch die Düse hindurch freigibt.
Nachteilig an dieser bekannten Art der Abdichtung zwischen dem beweglichen Ventilelement (z.B. Ventilnadel) und der Düse ist zunächst der aufwändige Fertigungsprozess bei der Ferti¬ gung des Elastomereinsatzes.
Ein anderer Nachteil besteht darin, dass sich die Ventilnadel mit dem Elastomereinsatz nur in bestimmten Grenzen miniaturi- sieren lässt, so dass hinsichtlich der Düsenabstände zwischen den benachbarten Düsen eine Untergrenze nicht unterschritten werden kann.
Ferner ist die Fertigungspräzision bei der Herstellung des Elastomereinsatzes beschränkt, so dass hinsichtlich des er¬ forderlichen Ventilhubs große Schwankungen auftreten.
Zum technischen Hintergrund der Erfindung ist auch hinzuweisen auf DE 36 34 747 AI, DE 10 2014 012 705 AI, DE 41 38 491 AI .
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine andere Lösung zur Abdichtung des beweglichen Ventilelements gegenüber der Düse zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Druckkopf gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Zunächst ist zu bemerken, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Druckkopfs allgemein zu verstehen ist und lediglich zur Abgrenzung von Zerstäubern (z.B. Rotationszerstäuber, Scheibenzerstäuber, Airless-Zerstäuber, Air- mix-Zerstäuber, Ultraschallzerstäuber) dient, die einen
Sprühnebel der zu applizierenden Beschichtungsmittel abgeben. Im Gegensatz dazu gibt der erfindungsgemäße Druckkopf einen räumlich eng begrenzten Beschichtungsmittelstrahl ab. Derartige Druckköpfe sind an sich aus dem Stand der Technik be- kannt und beispielsweise in DE 10 2013 092 412 AI, US
9,108,424 B2 und DE 10 2010 019 612 AI beschrieben.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der erfindungsgemäße Druckkopf vorzugsweise zur Applikation eines Lacks (z.B. Basis- lack, Klarlack, Wasserlack, lösemittelbasierter Lack) dient. Der erfindungsgemäße Druckkopf kann jedoch alternativ auch zur Applikation anderer Beschichtungsmittel ausgelegt sein, wie beispielsweise zur Applikation von Dichtstoff, Dämmstoff, Klebstoff, Primer, etc., um nur einige Beispiele zu nennen.
Der erfindungsgemäße Druckkopf weist in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine Düsenplatte auf, die mindestens eine Düse zur Abgabe des Beschichtungsmittels enthält. Vor¬ zugsweise gibt diese Düse den vorstehend erwähnten Beschich- tungsmittelstrahl auf das zu beschichtende Bauteil ab. Es be¬ steht jedoch grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass die Dü¬ se innerhalb des Druckkopfs angeordnet ist und das Beschich¬ tungsmittel lediglich zu der äußeren Austrittsdüse weiter¬ gibt, die dann den Beschichtungsmittelstrahl auf das Bauteil appliziert.
Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Druckkopf in Über¬ einstimmung mit dem Stand der Technik ein Ventilelement auf, um die Beschichtungsmittelabgabe durch die Düse zu steuern. Dieses Ventilelement ist relativ zu der Düsenplatte beweg¬ lich, wobei das Ventilelement die Düse in einer Schließstel¬ lung verschließt, wohingegen das bewegliche Ventilelement die Düse in einer Öffnungsstellung freigibt.
Vorzugsweise ist die Bewegung des Ventilelements zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung eine reine Linearbewegung (Verschiebebewegung), jedoch besteht im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch die Möglichkeit anderer Bewegungen des Ventilelements zwischen der Öffnungsstellung und der
Schließstellung. Lediglich beispielhaft ist eine Drehbewe¬ gung, eine Schwenkbewegung oder eine kombinierte Dreh- und Linearbewegung des Ventilelements zu nennen. Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Druckkopf eine Dich¬ tung zur Abdichtung der Düse gegenüber dem beweglichen Ventilelement in der Schließstellung des Ventilelements.
Bei dem erfindungsgemäßen Druckkopf ist diese Dichtung jedoch vorzugsweise nicht als Elastomereinsatz an dem Ventilelement ausgebildet, da dies mit den eingangs beschriebenen Problemen verbunden ist.
Beispielsweise kann die Dichtung an der Düsenplatte angeord- net sein, d.h. nicht an dem beweglichen Ventilelement, wie es bei den bekannten Elastomereinsätzen der Fall ist. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die erfindungsgemä¬ ße Dichtung an dem beweglichen Ventilelement angebracht ist, d.h. nicht an der Düsenplatte. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit einer Kombination dieser beiden Alternativen, wobei sowohl an dem beweglichen Ventilelement als auch an der Düsenplatte, in diesem Fall an der Düse, eine Dichtung ange¬ bracht ist, wobei die beiden Dichtungen dann zusammenwirken. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Dichtung vorzugsweise flächig ist und in der Schließstellung einen flächigen Berührungskontakt zwischen dem beweglichen Ventilelement und der Dichtung bewirkt. Beispielsweise können hierzu flächige Dich- tungsplatten bzw. Dichtungsschichten auf die Innenseite der Düsenplatte aufgebracht sein.
Ferner besteht in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Möglichkeit, dass das bewegliche Ventilelement in seiner Form komplementär an die Form der Düse angepasst ist und in der Schließstellung in die Düse hineinragt. Beispielsweise kann sich die Düse in Strömungsrichtung konisch verengen. Das bewegliche Ventilelement sollte sich dann ebenfalls konisch zu seinem freien Ende hin verjüngen und zwar vorzugsweise mit demselben Konuswinkel wie die Düse, so dass das Ventilelement und die Düse dann eine entsprechende Formpassung bilden, wodurch die Dichtwirkung verbessert wird. Alternativ besteht beispielsweise auch die Möglichkeit, dass die Düse eine halb¬ kugelförmige Innenkontur aufweist, so dass dann vorzugsweise auch das bewegliche Ventilelement eine halbkugelförmige Au¬ ßenkontur aufweist.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Dichtung auf die Innenflanken der Düse aufgebracht sein kann. Bei einer sich ko- nisch verjüngenden Innenkontur der Düse bedeckt die Dichtung dann vorzugsweise die Innenflanken der Düse.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Druckkopf eine flexible Dichtungsmembran auf, wobei die flexible Dichtungsmembran das bewegliche Ventilelement bildet und die Düse in ihrer Schließstellung verschließt und in ihrer Öffnungsstellung freigibt. Diese Dichtungsmembran wird durch einen Ventilantrieb zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung ausgelenkt. Zum einen bewirkt die flexible Dichtungsmembran also eine Abdichtung der Düse in der Schließstellung. Zum anderen trennt die Dichtungsmembran aber auch die Beschichtungsmittelzuführung von dem Ventilantrieb, so dass der Ventilantrieb nicht mit dem Beschichtungs- mittel in Kontakt kommt. Dies ist insbesondere dann vorteil¬ haft, wenn verschiedenfarbige Beschichtungsmittel nacheinan¬ der appliziert werden sollen und der Druckkopf deshalb mit einem Spülmittel gespült werden muss. Die flexible Dichtungs¬ membran verhindert nämlich Beschichtungsmittelablagerungen in dem Ventilantrieb und ermöglicht aufgrund ihrer glatten Ober¬ fläche auch eine gute Spülbarkeit.
Darüber hinaus kann die Dichtungsmembran auch elastisch ausgebildet sein und dann die Funktion einer Rückstellfeder er- füllen, welche die Dichtungsmembran in ihre Ruhestellung drückt, insbesondere in die Schließstellung. Der Ventilantrieb lenkt die Dichtungsmembran dann vorzugsweise in die Öffnungsstellung aus, wohingegen die Dichtungsmembran aufgrund ihrer Federelastizität ohne eine Ansteuerung durch den Ventilantrieb in die Schließstellung gedrückt wird. Es be¬ steht jedoch im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass die Dichtungsmembran aufgrund ihrer Feder¬ elastizität in die Öffnungsstellung gedrückt wird, wobei dann der Ventilantrieb die Dichtungsmembran in die Schließstellung drückt.
Zum Bewegen des beweglichen Ventilantriebs weist der Druckkopf vorzugsweise einen Ventilantrieb auf. In einem Ausfüh¬ rungsbeispiel dieser Erfindung umfasst der Ventilantrieb eine flexible Antriebsmembran, die mit dem beweglichen Ventilelement mechanisch gekoppelt ist und mit einem Antriebsfluid (z.B. Hydraulikflüssigkeit, Druckluft) beaufschlagt werden kann, um die Antriebsmembran auszulenken und dadurch das Ventilelement zu bewegen. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, dass die Antriebsmemb¬ ran von dem Beschichtungsmittel selbst beaufschlagt wird. Al¬ ternativ kann die Antriebsflüssigkeit aus einem Teil des La- ckes bestehen, z.B. Bindemittel, Lösemittel, Mesamol™ oder ähnliches. Wenn es zu einem Bruch der Membrane kommt, dann würde das keine chemischen Reaktionen oder Unverträglichkei¬ ten darstellen. Besonders vorteilhaft ist diese Variante des Ventilantriebs in Kombination mit der vorstehend erwähnten flexiblen Dichtungsmembran, da dann zwischen der Düse und dem Antriebsfluid zwei Dichtungen vorhanden sind, nämlich zum einen die Dichtung durch die Antriebsmembran und zum anderen die Dichtung durch die flexible Dichtungsmembran. Auf diese Weise kann ein Austritt des Antriebsfluids (z.B. Hydraulikflüssigkeit) durch die Düse mit doppelter Sicherheit verhindert werden.
Im Rahmen der Erfindung sind jedoch auch andere Bauweisen des Ventilantriebs möglich. Beispielsweise kann der Ventilantrieb als Magnetaktor ausgebildet sein mit einer Spule und einem verschiebbaren Anker in der Spule, wobei der Anker mechanisch mit dem beweglichen Ventilelement gekoppelt ist und in Abhän¬ gigkeit von der Bestromung der Spule zwischen der Öffnungs- Stellung und der Schließstellung verschoben wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Ventilele¬ ment (z.B. Stößel) in dem Druckkopf ortsfest angeordnet, wäh¬ rend die Düsenplatte elastisch biegsam ist und von dem Ven- tilantriebs verbogen werden kann. In der Schließstellung übt der Ventilantrieb dann vorzugsweise keine Kraft auf die Dü¬ senplatte aus, so dass die Düsenplatte eben ist und mit der Düse auf dem freien Ende des beweglichen Ventilelements (z.B. Stößel) dichtend aufliegt. In der Öffnungsstellung verbiegt der Ventilantrieb dagegen die Düsenplatte, so dass die Düse mit einem bestimmten Hub von dem freien Ende des Ventilelements abgehoben ist, so dass Beschichtungsmittel aus der Düse austreten kann. Der Hub der Düsenplatte im Bereich der Düse beträgt zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung vorzugsweise ungefähr 30ym.
Es wurde bereits eingangs kurz erwähnt, dass die Dichtung flächig ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann die Dieh¬ tung eine DichtstoffSchicht aufweisen, die beispielsweise auf die Düsenplatte aufvulkanisiert , aufgedampft, durch ein schichtbildendes Verfahren aufgebracht oder aufgedruckt ist.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass die Dichtung eine Folie aufweist, die beispielsweise auf die Düsenplatte aufgeklebt, aufgelegt, gebondet oder auflaminiert sein kann.
Zu der Materialauswahl im Rahmen der Erfindung ist zu erwähnen, dass das bewegliche Element vorzugsweise mindestens teilweise aus Metall, Kunststoff oder Silizium besteht.
Ferner weist der erfindungsgemäße Druckkopf vorzugsweise eine der folgenden Materialpaarungen an der Düse auf zwischen der Seite des Ventilelements und der Seite der Düse:
- Metall auf Metall,
Kunststoff auf Metall,
Metall auf Kunststoff,
Kunststoff auf Silizium,
Silizium auf Silizium, oder
- Metall auf Silizium.
Das bewegliche Ventilelement kann beispielsweise aus Metall bestehen und mit einem Ventilstößel aus Kunststoff kombiniert werden . Darüber hinaus kann die Düse aus Silizium bestehen oder einen Düseneinsatz aus Silizium enthalten, während das bewegliche Ventilelement mindestens teilweise aus Stahl, Gummi oder Kunststoff (z.B. PTFE: Polytetrafluorethylen) besteht.
Bei der Bewegung des beweglichen Ventilelements von der Öffnungsstellung in die Schließstellung bildet die Dichtung in der Regel auch einen mechanischen Anschlag, der die Bewegung des Ventilelements in die Schließstellung begrenzt. Die Dich¬ tung hat hierbei also zwei Funktionen, nämlich zum einen die eigentliche Dichtfunktion und zum anderen die Funktion eines mechanischen Anschlags. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dage¬ gen ein separater mechanischer Anschlag vorgesehen, um die Bewegung des Ventilelements in die Schließstellung zu begrenzen. Dies kann vorteilhaft sein, weil dadurch eine definierte Kompressionskraft auf die Dichtung wirkt.
Der mechanische Anschlag weist hierbei vorzugsweise eine Ma¬ terialpaarung zwischen der Seite des Ventilelements und der Seite der Düse auf, die auf beiden Seiten Metall vorsieht. Die Dichtung ist dagegen vorzugsweise elastisch und erfährt in der Schließstellung eine bestimmte Materialkompression, die durch den mechanischen Anschlag definiert wird.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das bewegliche Ventilelement dagegen vorzugsweise als Ventilplat- te ausgebildet, die von dem Ventilantrieb über einen Stößel zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung verschoben werden kann. In einer Variante der Erfindung ragt der Stößel durch die Düse hindurch und die Ventilplatte liegt in der Schließstellung an der dem Ventilantrieb abgewandten Unterseite der Düsenplatte auf. Die Ventilplatte wird hierbei also zum Schließen der Düse in die Düse hineingezogen, wohingegen die Düsenplatte zum Öffnen der Düse aus der Düse herausgedrückt wird.
In einer anderen Variante verläuft dagegen in der Düsenplatte ein Düsenkanal, aus dem mindestens eine Düse gespeist wird. Das plattenförmige Ventilelement liegt hierbei in seiner
Schließstellung an der dem Ventilantrieb zugewandten Oberseite des Düsenkanals dichtend an.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der Druckkopf vor- zugsweise einen eng begrenzten Beschichtungsmittelstrahl abgibt im Gegensatz zu einem Sprühnebel, wie er von herkömmlichen Zerstäubern (z.B. Rotationszerstäubern) abgegeben wird.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Druckkopf einen Tröpf- chenstrahl abgeben kann im Gegensatz zu einem in Strahllängsrichtung zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl. Alternativ besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass der Druckkopf einen in Strahllängsrichtung zusammenhängenden Beschichtungsmittelstrahl abgibt im Gegensatz zu einem Tröpfchenstrahl.
In einer besonderen Ausbildung kann es vorteilhaft sein, an den gesamten Druckkopf oder an einzelne Bauteile des Druck¬ kopfs (beispielsweise an die Düsenplatte 1) Hochspannung (30-90kV) anzulegen, um die zusätzlichen Vorteile der elektrostatischen Lackierung zu nutzen, wie z.B. höherer Auftragswirkungsgrad und/oder elektrostatischer Umgriff an Kanten (der aufgeladene Lack bewegt sich entlang der elektrischen Feldlinien, wodurch auch vom Applikator abgewandte Flächen in der Nähe von Kanten beschichtet werden) .
Bei der Verwendung von elektrostatischer Aufladung muss gege- benenfalls bei der Verarbeitung von leitfähigen Lacken ein Potential-Trennsystem in der Materialversorgung eingesetzt werden. Auch müssen in diesem Fall alle Bauteile des Applika¬ tors hochspannungsfest ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Druckkopf ist die Tatsache, dass er nahezu Overspray-frei arbeitet, d.h. der Druckkopf hat vorzugsweise einen Auftragswirkungsgrad von mindestens 80%, 90%, 95% oder 99%, so dass im Wesentlichen das gesamte applizierte Beschichtungsmittel vollständig auf dem Bauteil abgelagert wird, ohne dass Overspray entsteht.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Druckkopf vorzugsweise eine große Flächenbeschichtungsleistung aufweist, damit der Druckkopf auch zur Flächenbeschichtung bei der Serienlackie- rung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen geeignet ist. Der Druckkopf weist deshalb vorzugsweise eine Flächenbeschich¬ tungsleistung von mindestens 0,5m2/min, lm2/min, 2m2/min oder sogar 3m2/min auf. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur
Schutz beansprucht für den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Druckkopf als einzelnes Bauteil. Vielmehr bean¬ sprucht die Erfindung auch Schutz für eine komplette Be- schichtungsanlage (z.B. Lackieranlage) zur Lackierung von Bauteilen (z.B. Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen), wobei als Applikationsgerät ein erfindungsgemäßer Druckkopf eingesetzt wird . Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Druckkopf von einem mehrachsigen Lackierroboter geführt werden, der vorzugsweise eine serielle Kinematik mit mindestens sechs beweglichen Ro¬ boterachsen aufweist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Aus¬ schnitts aus einem erfindungsgemäßen Druckkopf mit einer flächigen Dichtung, Figur 2 eine Abwandlung von Figur 1 mit einer Formanpassung von Düse und Ventilelement,
Figur 3 eine Abwandlung der Figuren 1 und 2 mit einer flexiblen Membran als Dichtung,
Figur 4 eine weitere Abwandlung mit einer zusätzlichen Antriebsmembran, die hydraulisch angetrieben wird, Figur 5 eine weitere Abwandlung mit einem Stößel, der verschiebbar ist und eine Ventilplatte in einem Düsenkanal bewegt,
Figur 6 eine Abwandlung von Figur 5, wobei die Ventilplatte auf der Außenseite des Druckkopfs dichtend aufliegen kann, Figuren 7A und 7B eine Abwandlung mit einer biegsamen Düsenplatte, die zum Öffnen bzw. Schließen der Düse gebogen werden kann, sowie Figuren 8A-8C verschiedene mögliche Konturen der Düse in einem erfindungsgemäßen Druckkopf.
Im Folgenden wir zunächst das Ausführungsbeispiel gemäß Fi¬ gur 1 beschrieben. So zeigt diese Zeichnung eine schematische Darstellung eines Steuerventils in einem erfindungsgemäßen
Druckkopf zur Lackapplikation in einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen, wobei der Druckkopf von einem mehrachsigen Lackierroboter mit einer seriellen Roboterkinematik mit mindestens sechs Roboterachsen bewegt wird, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben werden muss.
Der erfindungsgemäße Druckkopf weist eine Düsenplatte 1 mit mehreren Düsen 2 auf, wobei zur Vereinfachung hier nur eine einzige Düse 2 dargestellt ist.
Der zu lackierende Lack wird hierbei von einer Lackzuführung 3 in dem Druckkopf zugeführt, wobei die Lackzuführung 3 in der Zeichnung unten durch die Düsenplatte 1 und oben durch eine weitere Platte 4 begrenzt wird.
Die obere Platte 4 weist koaxial zu der Düse 2 in der Düsen¬ platte 1 eine Öffnung auf, auf die ein Spulenrohr 5 koaxial aufgesetzt ist, wobei das Spulenrohr 5 mit einer Spule 6 be- wickelt ist.
In dem Spulenrohr 5 befindet sich ein Spulenkern 7, der am oberen Ende des Spulenrohrs 5 durch eine Dichtung 8 gegenüber dem Spulenrohr 5 abgedichtet ist. Darüber hinaus befindet sich in dem Spulenrohr 5 ein Anker 9, der in Richtung des Doppelpfeils verschiebbar ist, wobei die Bewegung des Ankers 9 von der Bestromung der Spule 6 abhängt.
Die Zeichnung zeigt den Anker 9 hierbei in einer unteren Schließstellung, um die Düse 2 abzudichten. Für eine Lackapplikation wird die Spule 6 dagegen so bestromt, dass der An¬ ker 9 in der Zeichnung nach oben gezogen wird, um die Düse 2 freizugeben.
Darüber hinaus weist das Steuerventil eine Rückstellfeder 10 auf, die den Anker 9 ohne eine Bestromung der Spule 6 in die in der Zeichnung dargestellte Schließstellung drückt.
An seinem freien Ende trägt der Anker 9 eine Dichtung 11, um die Düse 2 in der Schließstellung abzudichten.
Die Dichtung 11 an dem Anker 9 wirkt in der Schließstellung zusammen mit einer flächigen Dichtung 12 an der Innenseite der Düsenplatte 1 zusammen.
In der dargestellten Schließstellung besteht also ein flächiger Berührungskontakt zwischen den beiden Dichtungen 11, 12 an dem Anker 9 einerseits und an der Düsenplatte 1 anderer¬ seits.
Die flächige Dichtung 12 an der Innenseite der Düsenplatte kann beispielsweise aus einer DichtstoffSchicht bestehen, die innen auf die Düsenplatte 1 aufvulkanisiert , aufgedampft, durch ein schichtbildendes Verfahren aufgebracht oder aufge¬ druckt ist. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Dichtung 12 eine Folie ist, die auf die Düsenplatte 1 innen aufgelegt, aufge¬ klebt oder auflaminiert ist. Weiterhin bestehen hierbei vielfältige Möglichkeiten für die Materialpaarungen der Dichtung 11 einerseits und der Dichtung 12 andererseits. So kommt als Materialpaarung beispiels¬ weise Metall auf Metall, Kunststoff auf Metall, Metall auf Kunststoff, Kunststoff auf Silizium, Silizium auf Silizium oder Metall auf Silizium in Frage.
Figur 2 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entspre- chende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass sich die Düse 2 im Eintrittsbereich in Strömungsrichtung konisch verjüngt und seitliche Düsenflanken aufweist. Die Dichtung 12 ist deshalb auf die seitlichen Düsenflanken der Düse 2 aufgebracht.
Darüber hinaus ist die Dichtung 11 an diese Form der Düse an- gepasst und verjüngt sich deshalb zu ihrem freien Ende hin konisch, so dass die Dichtung 11 einerseits und die Düse 2 andererseits formangepasst sind, was zu einer guten Dich¬ tungswirkung führt.
Figur 3 zeigt eine weitere Abwandlung der vorstehend be- schriebenen Ausführungsbeispiele, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen wieder auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht in ei¬ ner flexiblen Dichtungsmembran 13 anstelle der Dichtung 11. Die Zeichnung zeigt hierbei die Öffnungsstellung, in der der Anker 9 nach oben angehoben ist und die Dichtungsmembran 13 die Düse freigibt. Zum Schließen der Düse 2 wird die Spule 6 dagegen stromlos geschaltet, so dass der Anker 9 von der Rückstellfeder 10 in der Zeichnung nach unten gedrückt wird, bis die Dichtungsmembran 13 auf der innenliegenden Mündungsöffnung der Düse 2 in der Düsenplatte 1 aufliegt und dadurch die Düse 2 verschließt.
Die Dichtungsmembran 13 hat hierbei jedoch nicht nur die Funktion, die Düse 2 freizugeben bzw. zu verschließen. Vielmehr bewirkt die Dichtungsmembran 13 auch eine Abdichtung zwischen der Lackzuführung 3 und den sonstigen Bauteilen des Steuerventils, wie beispielsweise dem Anker 9, dem Spulen¬ rohr 5 und dem Spulenkern 7. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch Lackablagerungen in dem Steuerventil und insbesondere in dem Spulenrohr 5 verhindert werden. Dies ist besonders bei einem Farbwechsel wichtig, weil dadurch das Steuerventil selbst nicht gespült werden muss, weil es mit dem Lack über¬ haupt nicht in Kontakt kommt.
Figur 4 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht in der konstruktiven Gestaltung des Ventilantriebs, der nicht - wie bei Figur 3 - elektromagnetisch arbeitet, sondern hydraulisch. Hierzu weist der Ventilantrieb eine separate Antriebs¬ membran 14 auf, die über einen Hydraulikanschluss 15 mit ei¬ ner Hydraulikflüssigkeit als Antriebsfluid beaufschlagt wer¬ den kann, um die Antriebsmembran 14 und damit auch die Dich- tungsmembran 13 mit der daran angebrachten Dichtung 11 in Richtung des Doppelpfeils verschieben zu können.
Hierbei ist zu erwähnen, dass die Antriebsmembran 14 und die Dichtungsmembran 13 eine doppelte Abdichtung zwischen dem Hydraulikanschluss 15 und der Düse 2 bewirken. Dadurch wird mit doppelter Sicherheit verhindert, dass bei einer Störung Hydraulikflüssigkeit durch die Düse 2 austreten kann. Figur 5 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht zu- nächst darin, dass auf die Rückstellfeder 10 verzichtet wur¬ de, d.h. die Bewegung des Ankers 9 wird sowohl in die
Schließstellung als auch in die Öffnungsstellung allein durch die Bestromung der Spule 6 gesteuert. Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass der Anker 9 über einen Stößel 16 mit einer Ventilplatte 17 verbunden ist, die in einem Düsenkanal 18 in Richtung des Doppelpfeils ver¬ schiebbar ist. Die Zeichnung zeigt hierbei die Stellung der Ventilplatte 17 in der Schließstellung, in der die Ventil- platte 17 an der Oberseite des Düsenkanals 18 anliegt und dadurch die Düse 2 abdichtet.
Zum Öffnen der Düse 2 wird der Stößel 16 mit der Ventilplatte 17 dagegen in der Zeichnung nach unten gedrückt und liegt dann nicht mehr an der Oberwand des Düsenkanals 18 an. Der Lack kann dann aus der Lackzuführung in den Düsenkanal 18 eintreten und durch die Düse 2 ausströmen. Figur 6 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 5, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass in der Düsenplatte 1 kein Düsenkanal 18 angeordnet ist. Vielmehr liegt die Ventilplatte 17 in der in der Zeichnung dargestellten Schließstellung an der Außenseite der Düsenplatte 1 in einer Vertiefung dichtend an.
Die Figuren 7A und 7B zeigen ein anderes Konzept zum Öffnen bzw. Schließen der Düse 2. Hierbei zeigt Figur 7A eine
Schließstellung, während Figur 7B eine Öffnungsstellung zeigt, in der die Düse 2 freigegeben ist.
Die Düse 2 wird hierbei von einem feststehenden Stößel 19 entweder abgedichtet oder freigegeben. Hierbei wird die Dü¬ senplatte 1 entweder nicht gebogen (Figur 7A) oder so gebogen (Figur 7B) , dass die Düsenplatte 1 im Bereich der Düse 2 von dem feststehenden Stößel 19 abgehoben ist. Hierbei reicht es aus, wenn die Düsenplatte 1 im Bereich der Düse 2 einen bie¬ gungsbedingten Hub von beispielsweise 30ym ausführt.
Die Figuren 8A-8C zeigen verschiedene mögliche Konturen der Düse 2 und zwar eine zylindrische Kontur (Fig. 8A) , eine ko¬ nische Kontur (Fig. 8B) und eine Kontur mit einer Erhebung 20 auf der Austrittsseite der Düse 2 (Fig. 8C) .
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen be- vorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Haupt¬ anspruchs. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfin¬ dungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen.
Bezugs zeichenliste :
1 Düsenplatte
2 Düse
3 LackZuführung
4 Obere Platte
5 Spulenrohr
6 Spule
7 Spulenkern
8 Dichtung zwischen Spulenkern und Spulenrohr
9 Anker
10 Rückstellfeder
11 Dichtung an dem Anker zur Abdichtung der Düse
12 Dichtung an der Düsenplatte zur Abdichtung der Düse
13 Dichtungsmembran
14 Antriebsmembran
15 Hydraulikanschluss
16 Stößel
17 Ventilplatte
18 Düsenkanal
19 Stößel
20 Erhebung an der Außenseite der Düse
~k ~k -k -k -k

Claims

ANSPRUCHE
1. Druckkopf zur Applikation eines Beschichtungsmittels auf ein Bauteil, insbesondere zur Applikation eines Lacks auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil, mit
a) einer Düsenplatte (1),
b) mindestens einer Düse (2) in der Düsenplatte (1) zur Abgabe des Beschichtungsmittels, und
c) einem relativ zu der Düsenplatte (1) beweglichen Ventilelement (9) zur Steuerung der Beschichtungsmittelab- gabe durch die Düse (2), wobei das bewegliche Ventil¬ element (9) die Düse (2) in einer Schließstellung verschließt, wohingegen das bewegliche Ventilelement (9) die Düse (2) in einer Öffnungsstellung freigibt, und d) einer Dichtung (11, 12) zur Abdichtung der Düse (2) gegenüber dem beweglichen Ventilelement (9, 11) in der Schließstellung des Ventilelements (9, 11),
dadurch gekennzeichnet,
e) dass die Dichtung (11, 12) nicht als Elastomereinsatz an dem Ventilelement (9, 11) ausgebildet ist.
2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Dichtung (12) an der Düsenplatte (1) ange¬ bracht ist, und/oder
b) dass die Dichtung (12) flächig ist und in der Schließstellung einen flächigen Berührungskontakt zwischen dem beweglichen Ventilelement (9, 11) und der Dichtung (12) bewirkt, und/oder
c) dass die Dichtung (12) keine Relativbewegung relativ zu der Düse (2) macht, wenn sich das Ventilelement von Schließstellung in Öffnungsstellung bewegt.
3. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das bewegliche Ventilelement (9, 11) in seiner
Form komplementär an die Form der Düse (2) angepasst ist und in die Düse (2) eindringt, und/oder
b) dass die Dichtung (11, 12) auf den Innenflanken der Düse (2) angeordnet ist.
4. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Druckkopf eine flexible Dichtungsmembran (13) aufweist,
b) dass die flexible Dichtungsmembran (13) das bewegliche Ventilelement bildet und die Düse (2) in ihrer Schlie߬ stellung verschließt und in ihrer Öffnungsstellung freigibt, und
c) dass die Dichtungsmembran (13) durch einen Ventilantrieb zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung ausgelenkt wird.
5. Druckkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmembran (13) elastisch ist und eine Rückstellfeder bildet, die die Dichtungsmembran (13) in ihre Ruhestellung drückt, insbesondere in die Schließstellung.
6. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Druckkopf einen Ventilantrieb (14, 15) auf¬ weist zum Bewegen des Ventilelements (9) zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung, und
b) dass der Ventilantrieb (14, 15) eine flexible Antriebs¬ membran (14) aufweist, die mit dem Ventilelement (9) gekoppelt ist und mit einem Antriebsfluid, insbesondere mit Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft oder dem Be- schichtungsmittel , beaufschlagt werden kann, um die An¬ triebsmembran (14) auszulenken und dadurch das Ventilelement zu bewegen.
7. Druckkopf nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeich- net, dass die Antriebsmembran (14) und die Dichtungsmembran (13) eine doppelte Abdichtung zwischen der Düse (2) und dem Antriebsfluid bilden.
8. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Ventilelement (19) in dem Druckkopf ortsfest angeordnet ist,
b) dass die Düsenplatte (1) elastisch biegsam ist, und c) dass ein Ventilantrieb vorgesehen ist, der die Düsen¬ platte (1) in der Öffnungsstellung von dem Ventilelement (19) wegdrückt und dadurch die Düse (2) freigibt, wohingegen die Düsenplatte (1) in der Schließstellung in ihrer unverbogenen Ruhestellung ist, in der das Ventilelement (19) die Düse (2) verschließt,
d) dass die Düsenplatte (1) zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung vorzugsweise eine Biegung mit einem Hub von ±200ym ±100ym, ±50ym ± 30μη ±20μιη, oder ±10μιη ausführt.
9. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Dichtung (12) eine DichtstoffSchicht aufweist, die vorzugsweise auf die Düsenplatte (1)
al) aufvulkanisiert ,
a2) aufgedampft,
a3) durch ein schichtbildendes Verfahren aufgebracht, oder a4) aufgedruckt ist, und/oder
b) dass die Dichtung (2) eine Folie aufweist, die vorzugs¬ weise auf die Düsenplatte (1)
bl) aufgelegt,
b2) aufgeklebt,
b3) aufgebondet oder
b4) auflaminiert ist, und/oder
c) dass das bewegliche Ventilelement (9) mindestens teil¬ weise aus
cl) Metall,
c2) Kunststoff oder
c3) Silizium besteht, und/oder
d) dass eine der folgenden Materialpaarungen an der Düse
(2) vorgesehen ist zwischen der Seite des Ventilele- ments (9) und der Seite der Düse (2) :
dl) Metall auf Metall,
d2) Kunststoff auf Metall,
d3) Metall auf Kunststoff,
d4) Kunststoff auf Silizium,
d5) Silizium auf Silizium,
d6) Metall auf Silizium, und/oder
e) dass der Druckkopf zur Bewegung des Ventilelements (9) aus Metall einen Ventilstößel aus einem Kunststoff auf¬ weist, und/oder
f) dass die Düse (2) aus Silizium besteht oder einen Dü¬ seneinsatz aus Silizium enthält, während das bewegliche Ventilelement (9) mindestens teilweise aus Stahl, Gummi oder Kunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethyl- en, besteht.
10. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass ein mechanischer Anschlag vorgesehen ist, um die Bewegung des Ventilelements (9) in die Schließstellung zu begrenzen,
b) dass der mechanischen Anschlag eine Materialpaarung Me- tall auf der Seite des Ventilelement (9) und Metall auf der Seite der Düse (2) aufweist, und
c) dass die Dichtung (11, 12) elastisch ist und in der
Schließstellung eine bestimmte Materialkompression erfährt, die durch den mechanischen Anschlag definiert wird.
11. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Ventilelement (17) plattenförmig ist und durch einen Ventilantrieb (5, 6, 9) verschiebbar ist, und b) dass das Ventilelement (17) in der Schließstellung an seiner dem Ventilantrieb (5, 6, 9) abgewandten Unterseite der Düsenplatte (1) aufliegt, oder
c) dass in der Düsenplatte (1) eine Düsenkanal (18) ver- läuft, in dem das Ventilelement (9) verschiebbar ist, wobei das Ventilelement (9) in seiner Schließstellung an der dem Ventilantrieb (5, 6, 9) zugewandten Obersei¬ te des Düsenkanals (18) dichtend anliegt.
12. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Druckkopf einen eng begrenzten Beschichtungs- mittelstrahl abgibt im Gegensatz zu einem Sprühnebel, und/oder
b) dass der Druckkopf einen Tröpfchenstrahl abgibt im Ge¬ gensatz zu einem in Strahllängsrichtung zusammen hängenden Beschichtungsmittelstrahl , oder
c) dass der Druckkopf einen in Strahllängsrichtung zusammen hängenden Beschichtungsmittelstrahl abgibt im Ge- gensatz zu einem Tröpfchenstrahl, und/oder d) dass der Druckkopf einen Auftragswirkungsgrad von min¬ destens 80%, 90%, 95% oder 99% aufweist, so dass im We sentlichen das gesamte applizierte Beschichtungsmittel vollständig auf dem Bauteil abgelagert wird, ohne dass Overspray entsteht, und/oder
e) dass der Druckkopf eine Flächenbeschichtungsleistung von mindestens 0,5 m2/min, lm2/min, 2m2/min oder mindes tens 3m2/min aufweist, und/oder
f) dass der Druckkopf mindestens einen elektrisch ansteu¬ erbaren Aktor aufweist, um Tropfen des Beschichtungs- mittels aus dem Druckkopf auszustoßen, insbesondere ei nen Magnetaktor oder einen Piezoaktor.
13. Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Bauteilen, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzugkarosseriebautei len, mit einem Applikationsgerät zur Applikation des Be- schichtungsmittels , dadurch gekennzeichnet, dass das Applika tionsgerät ein Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
14. Beschichtungsanlage nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen mehrachsigen Lackierroboter, insbesondere mit ei ner seriellen Kinematik und mindestens sechs beweglichen Roboterachsen, wobei der Lackierroboter den Druckkopf führt.
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