EP3698880A1 - Druckkopf zur applikation eines beschichtungsmittels - Google Patents

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EP3698880A1
EP3698880A1 EP20170281.8A EP20170281A EP3698880A1 EP 3698880 A1 EP3698880 A1 EP 3698880A1 EP 20170281 A EP20170281 A EP 20170281A EP 3698880 A1 EP3698880 A1 EP 3698880A1
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EP
European Patent Office
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nozzle
valve element
print head
closed position
seal
Prior art date
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Granted
Application number
EP20170281.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3698880B1 (de
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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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B05C5/0275—Coating heads with several outlets, e.g. aligned transversally to the moving direction of a web to be coated flow controlled, e.g. by a valve
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    • 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 agent to a component, in particular for applying a paint to a motor vehicle body component.
  • rotary atomizers are usually used as the application device, but they have the disadvantage of a limited application efficiency, i.e. only part of the applied paint is deposited on the components to be coated, while the rest of the applied paint has to be disposed of as so-called overspray.
  • print heads as application devices, as they are, for example DE 10 2013 002 412 A1 , US 9,108,424 B2 and DE 10 2010 019 612 A1 are known.
  • print heads do not emit a spray mist of the paint to be applied, but a spatially narrowly limited paint jet that is almost completely reflected on the component to be painted, so that almost no overspray occurs.
  • nozzles are usually arranged in a nozzle plate of the print head, and the individual nozzles can each be released or closed by a movable valve element.
  • the movable valve element is usually a valve needle with an elastomer insert as a seal.
  • the valve needle with the elastomer insert is here displaceable between a closed position and an open position, the elastomer insert sealing the nozzle in the closed position of the valve needle, whereas the elastomer insert is lifted from the nozzle in the open position and thereby releases the fluid flow (mostly ink according to the prior art) through the nozzle.
  • valve needle with the elastomer insert can only be miniaturized within certain limits, so that the nozzle spacing between the adjacent nozzles cannot fall below a lower limit.
  • the invention is therefore based on the object of creating another solution for sealing the movable valve element with respect to the nozzle.
  • print head used in the context of the invention is to be understood in general terms and only serves to differentiate between atomizers (e.g. rotary atomizers, disc atomizers, airless atomizers, airmix atomizers, ultrasonic atomizers) that spray the coating agent to be applied submit.
  • atomizers e.g. rotary atomizers, disc atomizers, airless atomizers, airmix atomizers, ultrasonic atomizers
  • the print head according to the invention emits a spatially narrowly limited coating agent jet.
  • Such print heads are known per se from the prior art and, for example, in DE 10 2013 092 412 A1 , US 9,108,424 B2 and DE 10 2010 019 612 A1 described.
  • the pressure head according to the invention is preferably used to apply a lacquer (e.g. basecoat, clear lacquer, water-based lacquer, solvent-based lacquer).
  • a lacquer e.g. basecoat, clear lacquer, water-based lacquer, solvent-based lacquer
  • the print head according to the invention can alternatively also 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 a nozzle plate which contains at least one nozzle for dispensing the coating agent.
  • This nozzle preferably emits the aforementioned jet of coating agent onto the component to be coated.
  • the nozzle is arranged inside the print head and the coating agent only passes on to the outer outlet nozzle, which then applies the coating agent jet to the component.
  • the printhead according to the invention in accordance with the prior art, has a valve element in order to control the release of coating agent through the nozzle.
  • This valve element is movable relative to the nozzle plate, the valve element closing the nozzle in a closed position, 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 preferably a purely linear movement (displacement movement), but in principle there is also the possibility of other movements of the valve element between the open position and the closed position within the scope of the invention.
  • a rotary movement, a pivoting movement or a combined rotary and linear movement of the valve element is to be mentioned merely as an example.
  • the print head according to the invention comprises a seal for sealing the nozzle against the movable valve element in the closed position of the valve element.
  • this seal is preferably not designed 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 seal according to the invention is attached to the movable valve element, ie not to the nozzle plate.
  • a seal being attached both to the movable valve element and to the nozzle plate, in this case the nozzle, the two seals then interacting.
  • the seal is preferably flat and, in the closed position, causes flat contact between the movable valve element and the seal.
  • flat sealing plates or sealing layers can be applied to the inside of the nozzle plate for this purpose.
  • the shape of the movable valve element is complementarily adapted to the shape of the nozzle and, in the closed position, protrudes into the nozzle.
  • the nozzle can narrow conically in the direction of flow.
  • 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 hemispherical inner contour, so that the movable valve element then preferably also has a hemispherical outer contour.
  • the seal can be applied to the inner flanks of the nozzle.
  • the seal then preferably covers the inner flanks of the nozzle.
  • the print head has a flexible sealing membrane, the flexible sealing membrane forming the movable valve element and closing the nozzle in its closed position and releasing it in its open position.
  • This sealing membrane is deflected between the closed position and the open position by a valve drive.
  • the flexible sealing membrane thus a seal of the nozzle in the closed position.
  • the sealing membrane also separates the coating agent feed from the valve drive so that the valve drive does not come into contact with the coating agent. This is particularly advantageous when coating agents of different colors are to be applied one after the other and the print head must therefore be rinsed with a rinsing agent.
  • the flexible sealing membrane namely prevents coating agent deposits in the valve drive and, due to its smooth surface, also enables good flushability.
  • the sealing membrane can also be designed to be elastic and then fulfill the function of a return 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, due to its spring elasticity, is pressed into the closed position without being activated by the valve drive.
  • the sealing membrane is pressed into the open position due to its resilience, the valve drive then pushing the sealing membrane into the closed position.
  • the pressure head preferably has a valve drive.
  • the valve drive comprises a flexible drive membrane which is mechanically coupled to the movable valve element and can be supplied with a drive fluid (e.g. hydraulic fluid, compressed air) in order to deflect the drive membrane and thereby move the valve element.
  • a drive fluid e.g. hydraulic fluid, compressed air
  • the drive membrane is acted upon by the coating agent itself.
  • the drive fluid can consist of part of the paint, e.g. Binder, solvent, Mesamol TM or similar. If the membrane breaks, this would not represent any chemical reactions or incompatibilities.
  • valve drive is particularly advantageous in combination with the flexible sealing membrane mentioned above, since two seals are then present between the nozzle and the drive fluid, namely on the one hand the seal through the drive membrane and on the other hand the seal through the flexible sealing membrane. In this way, an escape of the drive fluid (e.g. hydraulic fluid) through the nozzle can be prevented with double security.
  • the drive fluid e.g. hydraulic fluid
  • valve drive can be designed as a magnetic actuator with a coil and a displaceable armature in the coil, the armature being mechanically coupled to the moving valve element and being displaced between the open position and the closed position depending on the energization of the coil.
  • the valve element for example, the plunger
  • the valve drive In the closed position, the valve drive then preferably does not exert any force on the nozzle plate, so that the nozzle plate is flat and rests in a sealing manner with the nozzle on the free end of the movable valve element (eg the tappet).
  • Bends in the open position the valve drive on the other hand, the nozzle plate, so that the nozzle is lifted from the free end of the valve element with a certain stroke so that the coating agent can emerge from the nozzle.
  • the stroke of the nozzle plate in the area of the nozzle is preferably approximately 30 pm between the closed position and the open position.
  • the seal can be flat.
  • the seal can have a sealant layer which is vulcanized, vapor-deposited, applied by a layer-forming process, or printed onto the nozzle plate, for example.
  • the seal has a film that can be glued, placed, bonded or laminated onto the nozzle plate, for example.
  • the movable element is preferably at least partially made of metal, plastic or silicon.
  • the movable valve element can for example consist of metal and be combined with a valve stem made of plastic.
  • the nozzle can 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 (e.g. PTFE: polytetrafluoroethylene).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the seal When the movable valve element is moved from the open position into the closed position, the seal generally also forms a mechanical stop which limits the movement of the valve element into the closed position.
  • the seal here has two functions, namely on the one hand the actual sealing function and on the other hand the function of a mechanical stop.
  • a separate mechanical stop is provided in order to limit the movement of the valve element into the closed position. This can be advantageous because a defined compression force acts on the seal.
  • the mechanical stop here preferably has a material pairing between the side of the valve element and the side of the nozzle which provides metal on both sides.
  • the seal is preferably elastic and, in the closed position, experiences a certain material compression which is defined by the mechanical stop.
  • the movable valve element is preferably designed as a valve plate which can be displaced by the valve drive via a tappet between the open position and the closed position.
  • the plunger protrudes through the nozzle and, in the closed position, the valve plate rests on the underside of the nozzle plate facing away from the valve drive.
  • the valve plate is pulled into the nozzle to close the nozzle, whereas the nozzle plate is pushed out of the nozzle to open the nozzle.
  • a nozzle channel runs in the nozzle plate, from which at least one nozzle is fed. In its closed position, the plate-shaped valve element rests in a sealing manner on the upper side of the nozzle channel facing the valve drive.
  • the print head preferably emits a narrowly limited jet of coating agent in contrast to a spray mist such as is emitted by conventional atomizers (e.g. rotary atomizers).
  • atomizers e.g. rotary atomizers
  • the print head can emit a jet of droplets in contrast to a jet of coating agent that is contiguous in the longitudinal direction of the jet.
  • the print head emits a coating agent jet that is contiguous in the longitudinal direction of the jet, in contrast to a jet of droplets.
  • a potential separation system may have to be used in the material supply when processing conductive paints.
  • all components of the applicator must be designed to be high-voltage resistant.
  • a particular advantage of the printhead according to the invention is the fact that it works almost without overspray, i. E. the print head preferably has an application efficiency of at least 80%, 90%, 95% or 99%, so that essentially all of the applied coating agent is completely deposited on the component without overspray occurring.
  • the print head preferably has a high surface coating capacity so that the print head is also suitable for surface coating in the series painting of motor vehicle body components. Therefore, the print head preferably has a surface coating performance of at least 0.5 m 2 / min, 1m 2 / min, 2m 2 / min or even 3m 2 / min.
  • the invention not only claims protection for the above-described printhead according to the invention as a single component. Rather, the invention also claims protection for a complete coating system (for example painting system) for painting components (for example motor vehicle body components), a print head according to the invention being used as the application device.
  • a complete coating system for example painting system
  • painting components for example motor vehicle body components
  • the print head according to the invention can be guided by a multi-axis painting robot which preferably has serial kinematics with at least six movable robot axes.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a control valve in a print head according to the invention for paint application in a paint shop for painting motor vehicle body components, the print head being moved by a multi-axis painting robot with serial robot kinematics with at least six robot axes, as is known from the prior art is known and therefore does not need to be described in more detail.
  • the print head according to the invention has a nozzle plate 1 with a plurality of nozzles 2, only a single nozzle 2 being shown here for the sake of simplicity.
  • the paint to be painted is fed from a paint feed 3 in the print head, the paint feed 3 being delimited by the nozzle plate 1 at the bottom and by a further plate 4 at the top.
  • the upper plate 4 has an opening coaxially to the nozzle 2 in the nozzle plate 1, onto which a coil tube 5 is placed coaxially, the coil tube 5 being wound with a coil 6.
  • the coil tube 5 there is a coil core 7 which is sealed off from the coil tube 5 at the upper end of the coil tube 5 by a seal 8.
  • the drawing shows the armature 9 in a lower closed position in order to seal the nozzle 2.
  • the coil 6 is energized so that the armature 9 is pulled up in the drawing to release the nozzle 2.
  • control valve has a return spring 10 which presses the armature 9 into the closed position shown in the drawing without the coil 6 being energized.
  • the armature 9 At its free end, the armature 9 carries a seal 11 in order to seal the nozzle 2 in the closed position.
  • the flat seal 12 on the inside of the nozzle plate can consist, for example, of a layer of sealant that is vulcanized, vapor-deposited, applied or printed on the inside of the nozzle plate 1 by a layer-forming process.
  • the seal 12 is a film which is placed, glued or laminated on the inside of the nozzle plate 1.
  • the material pairings of the seal 11 on the one hand and the seal 12 on the other hand can be considered as material pairing.
  • metal on metal, plastic on metal, metal on plastic, plastic on silicon, silicon on silicon or metal on silicon can be considered as material pairing.
  • FIG. 2 shows a modification of the embodiment according to Figure 1 so that to avoid repetition, reference is made to the above description, the same reference symbols being used for corresponding details.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that the nozzle 2 tapers conically in the inlet area in the direction of flow and has lateral nozzle flanks.
  • the seal 12 is therefore applied to the lateral nozzle flanks of the nozzle 2.
  • the seal 11 is adapted to this shape of the nozzle and therefore tapers conically towards its free end, so that the seal 11 on the one hand and the nozzle 2 on the other hand are adapted in shape, which leads to a good sealing effect.
  • FIG. 3 shows a further modification of the exemplary embodiments described above, so that reference is again made to the preceding description to avoid repetition.
  • a special feature of this embodiment is a flexible sealing membrane 13 instead of the seal 11.
  • the drawing shows the open position in which the armature 9 is lifted upwards and the sealing membrane 13 releases the nozzle.
  • the coil 6 is de-energized, so that the armature 9 is pressed down by the return spring 10 in the drawing 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 locks.
  • the sealing membrane 13 here not only has the function of opening or closing the nozzle 2. Rather, the sealing membrane 13 also creates 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 prevents paint deposits in the control valve and in particular in the coil tube 5 become. This is particularly important when changing the color, because it means that the control valve itself does not have to be flushed because it does not come into contact with the paint at all.
  • Figure 4 shows a modification of the embodiment according to Figure 3 so that reference is made to the description above to avoid repetition.
  • valve drive which is not - as in Figure 3 - works electromagnetically, but hydraulically.
  • the valve drive has a separate drive membrane 14, which can be acted upon by a hydraulic fluid as drive fluid via a hydraulic connection 15, around the drive membrane 14 and thus also the sealing membrane 13 to be able to move with the attached seal 11 in the direction of the double arrow.
  • Figure 5 shows a modification of the embodiment according to Figure 1 so that reference is made to the description above to avoid repetition.
  • a special feature of this embodiment is first of all that the return spring 10 has been dispensed with, i.e. the movement of the armature 9 is controlled both in the closed position and in the open position solely by energizing the coil 6.
  • the armature 9 is connected via a tappet 16 to a valve plate 17, which is displaceable 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 upper side of the nozzle channel 18 and thereby seals the nozzle 2.
  • the plunger 16 with the valve plate 17 is pressed downward in the drawing and then no longer rests against the upper wall of the nozzle channel 18. The paint can then enter the nozzle channel 18 from the paint feed and flow out through the nozzle 2.
  • Figure 6 shows a modification of the embodiment according to Figure 5 so that reference is made to the description above to avoid repetition.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that no nozzle channel 18 is arranged in the nozzle plate 1. Rather, in the closed position shown in the drawing, the valve plate 17 lies sealingly against the outside of the nozzle plate 1 in a recess.
  • FIGS 7A and 7B show another concept for opening or closing the nozzle 2.
  • Figure 7A shows Figure 7A a closed position while Figure 7B shows an open position in which the nozzle 2 is released.
  • the nozzle 2 is either sealed or released by a stationary plunger 19.
  • the nozzle plate 1 is either not bent ( Figure 7A ) or so bent ( Figure 7B ) that the nozzle plate 1 is lifted off the stationary plunger 19 in the area of the nozzle 2. It is sufficient here if the nozzle plate 1 executes a bending-related stroke of, for example, 30pm in the area of the nozzle 2.
  • FIGs 8A-8C show various possible contours of nozzle 2, namely a cylindrical contour ( Figure 8A ), a conical contour ( Figure 8B ) and a contour with an elevation 20 on the outlet side of the nozzle 2 ( Figure 8C ).
  • the invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible which also make use of the inventive concept and therefore fall within the scope of protection.
  • the invention also claims protection for the object and the features of Subclaims independent of the claims referred to in each case and in particular also without the features of the main claim.
  • the invention thus comprises various aspects of the invention that are protected independently of one another.
  • the invention also includes print head variants in which no plastic valve tappet is provided.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf zur Applikation eines Beschichtungsmittels auf ein Bauteil, insbesondere zur Applikation eines Lacks auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil, mit einer Düsenplatte (1), einer Düse (2) in der Düsenplatte (1) zur Abgabe des Beschichtungsmittels, und einem relativ zu der Düsenplatte (1) beweglichen Ventilelement (9, 11) zur Steuerung der Beschichtungsmittelabgabe durch die Düse (2), wobei das bewegliche 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, dass die Dichtung (11, 12) nicht als Elastomereinsatz an dem Ventilelement (9, 11) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Druckkopf zur Applikation eines Beschichtungsmittels auf ein Bauteil, insbesondere zur Applikation eines Lacks auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil.
  • Zur Serienlackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden als Applikationsgerät üblicherweise Rotationszerstäuber eingesetzt, die jedoch den Nachteil eines beschränkten Auftragswirkungsgrades haben, d.h. nur ein Teil des applizierten 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 Applikationsgerät sogenannte Druckköpfe vor, wie sie beispielsweise aus DE 10 2013 002 412 A1 , US 9,108,424 B2 und DE 10 2010 019 612 A1 bekannt sind. Derartige Druckköpfe geben im Gegensatz zu den bekannten Rotationszerstäubern keinen Sprühnebel des zu applizierenden Lacks ab, sondern einen räumlich eng begrenzten Lackstrahl, der sich nahezu vollständig auf dem zu lackierenden Bauteil niederschlägt, so dass nahezu kein Overspray entsteht.
  • Hierbei sind in einer Düsenplatte des Druckkopfs in der Regel zahlreiche Düsen angeordnet, wobei die einzelnen Düsen jeweils 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 hierbei 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 abgehoben 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 Fertigung des Elastomereinsatzes.
  • Ein anderer Nachteil besteht darin, dass sich die Ventilnadel mit dem Elastomereinsatz nur in bestimmten Grenzen miniaturisieren 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 erforderlichen Ventilhubs große Schwankungen auftreten.
  • Zum technischen Hintergrund der Erfindung ist auch hinzuweisen auf DE 36 34 747 A1 , DE 10 2014 012 705 A1 , DE 41 38 491 A1 .
  • 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, Airmix-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 bekannt und beispielsweise in DE 10 2013 092 412 A1 , US 9,108,424 B2 und DE 10 2010 019 612 A1 beschrieben.
  • Weiterhin ist zu erwähnen, dass der erfindungsgemäße Drucckopf vorzugsweise zur Applikation eines Lacks (z.B. Basislack, 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. Vorzugsweise gibt diese Düse den vorstehend erwähnten Beschichtungsmittelstrahl auf das zu beschichtende Bauteil ab. Es besteht jedoch grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass die Düse innerhalb des Druckkopfs angeordnet ist und das Beschichtungsmittel lediglich zu der äußeren Austrittsdüse weitergibt, die dann den Beschichtungsmittelstrahl auf das Bauteil appliziert.
  • Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Druckkopf in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ein Ventilelement auf, um die Beschichtungsmittelabgabe durch die Düse zu steuern.
  • Dieses Ventilelement ist relativ zu der Düsenplatte beweglich, wobei das Ventilelement die Düse in einer Schließstellung 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 Drehbewegung, eine Schwenkbewegung oder eine kombinierte Dreh- und Linearbewegung des Ventilelements zu nennen.
  • Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Druckkopf eine Dichtung 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 angeordnet 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 erfindungsgemäße 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 angebracht 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 Dichtungsplatten 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 halbkugelförmige Innenkontur aufweist, so dass dann vorzugsweise auch das bewegliche Ventilelement eine halbkugelförmige Außenkontur aufweist.
  • Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Dichtung auf die Innenflanken der Düse aufgebracht sein kann. Bei einer sich konisch 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 Beschichtungsmittel in Kontakt kommt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn verschiedenfarbige Beschichtungsmittel nacheinander appliziert werden sollen und der Druckkopf deshalb mit einem Spülmittel gespült werden muss. Die flexible Dichtungsmembran verhindert nämlich Beschichtungsmittelablagerungen in dem Ventilantrieb und ermöglicht aufgrund ihrer glatten Oberfläche auch eine gute Spülbarkeit.
  • Darüber hinaus kann die Dichtungsmembran auch elastisch ausgebildet sein und dann die Funktion einer Rückstellfeder erfüllen, 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 besteht jedoch im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass die Dichtungsmembran aufgrund ihrer Federelastizität in die Öffnungsstellung gedrückt wird, wobei dann der Ventilantrieb die Dichtungsmembran in die Schließstellung drückt.
  • Zum Bewegen des beweglichen Ventilantriebs weist der Drucckopf vorzugsweise einen Ventilantrieb auf. In einem Ausführungsbeispiel 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 Antriebsmembran von dem Beschichtungsmittel selbst beaufschlagt wird. Alternativ kann die Antriebsflüssigkeit aus einem Teil des Lackes bestehen, z.B. Bindemittel, Lösemittel, Mesamol™ oder ähnliches. Wenn es zu einem Bruch der Membrane kommt, dann würde das keine chemischen Reaktionen oder Unverträglichkeiten 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 Abhängigkeit von der Bestromung der Spule zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung verschoben wird.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Ventilelement (z.B. Stößel) in dem Druckkopf ortsfest angeordnet, während die Düsenplatte elastisch biegsam ist und von dem Ventilantriebs verbogen werden kann. In der Schließstellung übt der Ventilantrieb dann vorzugsweise keine Kraft auf die Düsenplatte 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 30pm.
  • Es wurde bereits eingangs kurz erwähnt, dass die Dichtung flächig ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann die Dichtung 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 Dichtung 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 dagegen 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 Materialpaarung 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 Ventilplatte 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 vorzugsweise 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 Tröpfchenstrahl 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 Drucckopfs (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 gegebenenfalls bei der Verarbeitung von leitfähigen Lacken ein Potential-Trennsystem in der Materialversorgung eingesetzt werden. Auch müssen in diesem Fall alle Bauteile des Applikators 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 Serienlackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen geeignet ist. Der Druckkopf weist deshalb vorzugsweise eine Flächenbeschichtungsleistung von mindestens 0,5m2/min, 1m2/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 beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine komplette Beschichtungsanlage (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 Roboterachsen 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 Ausschnitts aus einem erfindungsgemäßen Drucckopf 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 Figur 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 Düsenplatte 1 eine Öffnung auf, auf die ein Spulenrohr 5 koaxial aufgesetzt ist, wobei das Spulenrohr 5 mit einer Spule 6 bewickelt 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 Anker 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 andererseits.
  • 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 aufgedruckt ist.
  • Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Dichtung 12 eine Folie ist, die auf die Düsenplatte 1 innen aufgelegt, aufgeklebt oder auflaminiert ist.
  • Weiterhin bestehen hierbei vielfältige Möglichkeiten für die Materialpaarungen der Dichtung 11 einerseits und der Dichtung 12 andererseits. So kommt als Materialpaarung beispielsweise 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 entsprechende 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 angepasst 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 Dichtungswirkung führt.
  • Figur 3 zeigt eine weitere Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen wieder auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
  • Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht in einer 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 Spulenrohr 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 überhaupt 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 Antriebsmembran 14 auf, die über einen Hydraulikanschluss 15 mit einer Hydraulikflüssigkeit als Antriebsfluid beaufschlagt werden kann, um die Antriebsmembran 14 und damit auch die Dichtungsmembran 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 zunächst darin, dass auf die Rückstellfeder 10 verzichtet wurde, 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 verschiebbar ist. Die Zeichnung zeigt hierbei die Stellung der Ventilplatte 17 in der Schließstellung, in der die Ventilplatte 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 Düsenplatte 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 biegungsbedingten Hub von beispielsweise 30pm ausführt.
  • Die Figuren 8A-8C zeigen verschiedene mögliche Konturen der Düse 2 und zwar eine zylindrische Kontur (Fig. 8A), eine konische 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 bevorzugten 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 Hauptanspruchs. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen. Insbesondere umfasst die Erfindung auch Druckkopfvarianten, bei denen kein Ventilstößel aus Kunststoff vorgesehen ist.
    • Bezugszeichenliste:
    • 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

Claims (15)

  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 Beschichtungsmittelabgabe durch die Düse (2), wobei das bewegliche Ventilelement (9) die Düse (2) in einer Schließstellung verschließt, wohingegen das bewegliche Ventilelement (9) die Düse (2) in einer Öffnungsstellung freigibt,
    dadurch gekennzeichnet,
    d) dass der Druckkopf zur Bewegung des Ventilelements (9) einen Ventilstößel aus einem Kunststoff aufweist.
  2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass der Druckkopf eine Dichtung (11, 12) aufweist zur Abdichtung der Düse (2) gegenüber dem beweglichen Ventilelement (9, 11) in der Schließstellung des Ventilelements (9, 11), und
    b) dass die Dichtung (11, 12) nicht als Elastomereinsatz an dem Ventilelement (9, 11) ausgebildet ist.
  3. Druckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Dichtung (12) an der Düsenplatte (1) angebracht 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.
  4. 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.
  5. 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 Schließstellung verschließt und in ihrer Öffnungsstellung freigibt, und
    c) dass die Dichtungsmembran (13) durch einen Ventilantrieb zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung ausgelenkt wird.
  6. Druckkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmembran (13) elastisch ist und eine Rückstellfeder bildet, die die Dichtungsmembran (13) in ihre Ruhestellung drückt, insbesondere in die Schließstellung.
  7. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    a) dass der Druckkopf einen Ventilantrieb (14, 15) aufweist zum Bewegen des Ventilelements (9) zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung, und
    b) dass der Ventilantrieb (14, 15) eine flexible Antriebsmembran (14) aufweist, die mit dem Ventilelement (9) gekoppelt ist und mit einem Antriebsfluid, insbesondere mit Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft oder dem Beschichtungsmittel, beaufschlagt werden kann, um die Antriebsmembran (14) auszulenken und dadurch das Ventilelement zu bewegen.
  8. Druckkopf nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmembran (14) und die Dichtungsmembran (13) eine doppelte Abdichtung zwischen der Düse (2) und dem Antriebsfluid bilden.
  9. 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 Düsenplatte (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 ±200pm ±100µm, ±50pm ± 30µm ±20µm, oder ±10µm ausführt.
  10. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    a) dass die Dichtung (12) eine Dichtstoffschicht aufweist, die vorzugsweise auf die Düsenplatte (1)
    a1) aufvulkanisiert,
    a2) aufgedampft,
    a3) durch ein schichtbildendes Verfahren aufgebracht, oder
    a4) aufgedruckt ist, und/oder
    b) dass die Dichtung (2) eine Folie aufweist, die vorzugsweise auf die Düsenplatte (1)
    b1) aufgelegt,
    b2) aufgeklebt,
    b3) aufgebondet oder
    b4) auflaminiert ist, und/oder
    c) dass das bewegliche Ventilelement (9) mindestens teilweise aus
    c1) 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 Ventilelements (9) und der Seite der Düse (2):
    d1) 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 die Düse (2) aus Silizium besteht oder einen Düseneinsatz aus Silizium enthält, während das bewegliche Ventilelement (9) mindestens teilweise aus Stahl, Gummi oder Kunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, besteht.
  11. 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 Metall 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.
  12. 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) verläuft, in dem das Ventilelement (9) verschiebbar ist, wobei das Ventilelement (9) in seiner Schließstellung an der dem Ventilantrieb (5, 6, 9) zugewandten Oberseite des Düsenkanals (18) dichtend anliegt.
  13. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    a) dass der Druckkopf einen eng begrenzten Beschichtungsmittelstrahl abgibt im Gegensatz zu einem Sprühnebel, und/oder
    b) dass der Druckkopf einen Tröpfchenstrahl abgibt im Gegensatz zu einem in Strahllängsrichtung zusammen hängenden Beschichtungsmittelstrahl, oder
    c) dass der Druckkopf einen in Strahllängsrichtung zusammen hängenden Beschichtungsmittelstrahl abgibt im Gegensatz zu einem Tröpfchenstrahl, und/oder
    d) dass der Druckkopf einen Auftragswirkungsgrad von mindestens 80%, 90%, 95% oder 99% aufweist, so dass im Wesentlichen 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, 1m2/min, 2m2/min oder mindestens 3m2/min aufweist, und/oder
    f) dass der Druckkopf mindestens einen elektrisch ansteuerbaren Aktor aufweist, um Tropfen des Beschichtungsmittels aus dem Druckkopf auszustoßen, insbesondere einen Magnetaktor oder einen Piezoaktor.
  14. Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Bauteilen, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzugkarosseriebauteilen, mit einem Applikationsgerät zur Applikation des Beschichtungsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsgerät ein Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
  15. Beschichtungsanlage nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen mehrachsigen Lackierroboter, insbesondere mit einer seriellen Kinematik und mindestens sechs beweglichen Roboterachsen, wobei der Lackierroboter den Druckkopf führt.
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