EP3702045B1

EP3702045B1 - Druckkopf und zugehöriges betriebsverfahren

Info

Publication number: EP3702045B1
Application number: EP20170976.3A
Authority: EP
Inventors: Hans-Georg Fritz; Benjamin WÖHR; Marcus Kleiner; Moritz BUBEK; Timo Beyl; Frank Herre; Steffen Sotzny
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-12-01
Also published as: DE102016014948A1; CN110072629A; EP3535064B1; EP3535064A1; HUE051540T2; US20190308212A1; JP2020501881A; JP7001690B2; WO2018108577A1; MX2019006965A; EP3702045A1; CN110072629B; US11338312B2; ES2816127T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf zur Applikation eines Beschichtungsmittels auf ein Bauteil, insbesondere zur Lackierung eines Kraftfahrzeugkarosseriebauteils mit einem Lack. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Betriebsverfahren für einen solchen Druckkopf.
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 lackierten Bauteil niederschlägt, so dass nahezu kein Overspray entsteht.
Derartige Druckköpfe weisen zur Steuerung der Beschichtungsmittelabgabe Steuerventile auf, wobei Figur 1 eine schematische Darstellung eines solchen Steuerventils zeigt, das in einem Druckkopf angeordnet ist.
Hierbei befindet sich in einer Düsenplatte 1 eine Düsenöffnung 2, die von dem Steuerventil entweder freigegeben oder versperrt wird. In der Düsenplatte 1 befinden sich neben der Düsenöffnung 2 weitere Düsenöffnungen, die jeweils von einem separaten Steuerventil gesteuert werden, wobei diese weiteren Düsenöffnungen zur Vereinfachung nicht dargestellt sind.
Weiterhin enthält der Druckkopf eine Basisplatte 3, die eine Beschichtungsmittelzuführung 4 begrenzt, d.h. der zu lackierende Lack wird über die Beschichtungsmittelzuführung 4 zugeführt und kann dann bei geöffnetem Steuerventil durch die Düsenöffnung 2 austreten.
An der Oberseite der Basisplatte 3 ist ein Spulenrohr 5 angeordnet, das außen mit einer Spule 6 bewickelt ist.
In dem Spulenrohr 5 befindet sich ein magnetischer Spulenkern 7, der ortsfest angeordnet und gegenüber dem Spulenrohr 5 durch eine Dichtung 8 abgedichtet ist.
Darüber hinaus befindet sich in dem Spulenrohr 5 ein magnetischer Anker 9, der auch als Ventilnadel bezeichnet werden kann und in Abhängigkeit von der Bestromung der Spule 6 in Richtung des Doppelpfeils verschiebbar ist, um die Düsenöffnung 2 entweder freizugeben oder zu verschließen.
Der Anker 9 trägt an seinem unteren Ende eine Dichtung 10, um die Düsenöffnung 2 in der dargestellten Schließstellung abzudichten, damit kein Lack aus der Düsenöffnung 2 austreten kann.
Darüber hinaus weist das Steuerventil noch eine Rückstellfeder 11 auf, welche den Anker 9 und damit auch die Dichtung 10 in der Zeichnung nach unten in die dargestellte Schließstellung drückt.
Zum Öffnen des Steuerventils wird die Spule 6 also so bestromt, dass der Anker 9 mit der Dichtung 10 in der Zeichnung aktiv nach oben gezogen wird und zwar entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 11.
Zum Schließen des Steuerventils wird die Spule 6 dagegen stromlos geschaltet, so dass die Rückstellfeder 11 den Anker 9 und damit auch die Dichtung 10 in der Zeichnung nach unten in die dargestellte Schließstellung drücken kann.
Nachteilig an diesem bekannten Steuerventil ist die Tatsache, dass das Innere des Steuerventils und insbesondere ein Innenraum 12 des Spulenrohrs 5 dem Lack ausgesetzt ist.
Zum einen können deshalb Lackreste in dem Innenraum 12 des Spulenrohrs 5 die Funktionsfähigkeit des Steuerventils beeinträchtigen. Beispielsweise können Lackablagerungen in dem Steuerventil die Freigängigkeit des Ankers 9 beeinträchtigen.
Zum anderen verhindern die Lackreste in dem Innenraum 12 des Spulenrohrs 5 aber auch einen Farbwechsel, da das Steuerventil im Betrieb nicht gespült werden kann. Zwar besteht bei den bekannten Druckköpfen mit derartigen Steuerventilen auch die Möglichkeit, einen andersfarbigen Lack zu applizieren.
Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, das Steuerventil auszubauen, zu zerlegen, zu reinigen und wieder zusammenzubauen, was jedoch eine Zeitdauer von 1-2 Stunden benötigt und deshalb einen Farbwechsel im laufenden Betrieb verhindert.
Eine andere Möglichkeit für einen Farbwechsel besteht darin, den Druckkopf mit einer extrem hohen Spülmittelmenge von mehreren Litern und über einen längeren Zeitraum von mehreren Minuten zu spülen, was wegen der erforderlichen Spülmittelmenge und der erforderlichen Spüldauer ebenfalls einen Farbwechsel im laufenden Betrieb verhindert.
Schließlich besteht noch die Möglichkeit, das Steuerventil bzw. den kompletten Druckkopf auszutauschen, was jedoch ebenfalls im laufenden Betrieb nicht möglich ist und deshalb einen Farbwechsel verhindert.
Die vorstehend beschriebenen bekannten Druckköpfe ermöglichen deshalb im laufenden Betrieb keinen Farbwechsel.
Zum technischen Hintergrund der Erfindung ist auch hinzuweisen auf DE 696 22 407 T2 und DE 36 34 747 A1 .
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen entsprechend verbesserten Druckkopf zu schaffen und ein entsprechendes Betriebsverfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Druckkopf gemäß Anspruch 1 bzw. das erfindungsgemäße Betriebsverfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, den Druckkopf technisch so zu gestalten, dass im Beschichtungsbetrieb ein Farbwechsel ermöglicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Druckkopf bei einem Farbwechsel mit einem Spülmittel spülbar ist, um Beschichtungsmittelreste aus dem Druckkopf herauszuspülen.
Der erfindungsgemäße Druckkopf weist in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine Beschichtungsmittelzuführung auf, um das zu applizierende Beschichtungsmittel dem Druckkopf zuzuführen. Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Druckkopf auch eine separate Spülmittelzuführung auf, um ein Spülmittel zuzuführen. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Beschichtungsmittelzuführung von der Spülmittelzuführung getrennt ist, so dass der Druckkopf für die Zuführung des Beschichtungsmittels einerseits und für die Zuführung des Spülmittels andererseits getrennte Einlässe aufweist.
Bei wenigen Farben könnte ein Farbschlauch (Beschichtungsmittelzuführung) pro Farbe am Applikator (Druckkopf) angeschlossen sein (Integrated Color Changer Technik). Dann gibt es im oder am Applikator einen Spülmittelanschluss und einen Pulsluftanschluss. Diese werden dann zum Spülen benutzt. Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Druckkopf vorzugsweise auch eine Rückführung auf, um Beschichtungsmittel und/oder Spülmittel zurückzuführen und zwar wahlweise in eine Ringleitung oder in eine Entsorgung. Der erfindungsgemäße Druckkopf weist also neben den getrennten Anschlüssen für die Zuführung des Beschichtungsmittels und des Spülmittels vorzugsweise auch einen weiteren getrennten Anschluss auf, um Beschichtungsmittel bzw. Spülmittel zurückzuführen.
Der Rückführstrom in die Rückführung wird hierbei vorzugsweise durch ein steuerbares Rückführventil gesteuert, das als eigenmediumbetätigtes Rückführventil oder auch als Proportionalventil ausgeführt sein kann. Derartige Ventiltypen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Druckkopf mehrere Düsen auf, um das Beschichtungsmittel abzugeben. Den einzelnen Düsen ist hierbei vorzugsweise jeweils ein Steuerventil zugeordnet, um die Beschichtungsmittelabgabe durch die jeweilige Düse zu steuern. Die vorstehend erwähnte Spülmittelzuführung weist dann vorzugsweise Zweigleitungen auf, die zu den einzelnen Steuerventilen führen, so dass alle Steuerventile des Druckkopfs gleichzeitig mit dem Spülmittel gespült werden können.
Vorzugsweise sind die einzelnen Zweigleitungen der Spülmittelzuführung so ausgelegt, dass das zugeführte Spülmittel gleichmäßig auf die Zweigleitungen zu den Steuerventilen verteilt wird, so dass die einzelnen Steuerventile im Wesentlichen mit der gleichen Spülmittelmenge gespült werden.
Erfindungsgemäß weist der Druckkopf mindestens eine Düse zur Abgabe des Beschichtungsmittels und ein zugehöriges Steuerventil zur Steuerung der Beschichtungsmittelabgabe durch die Düse auf, wie bereits vorstehend kurz erläutert wurde. Das Steuerventil weist hierbei wie bei der eingangs beschriebenen bekannten Konstruktion eine elektrische Spule auf, die auf ein Spulenrohr aufgewickelt ist • Es wurde bereits eingangs zum Stand der Technik erläutert, dass sich in diesem Spulenrohr Beschichtungsmittelreste ablagern können, was zum einen die Funktionsfähigkeit des Steuerventils beeinträchtigen und zum anderen die Farbwechselfähigkeit verhindern kann. Bei dem erfindungsgemäßen Druckkopf mündet die Spülmittelzuleitung deshalb in das Spulenrohr, um das Innere des Spulenrohrs zu spülen.
Hierbei ist zu erwähnen, dass das Spulenrohr - wie bei dem eingangs beschriebenen herkömmlichen Steuerventil - vorzugsweise einen kreisförmigen Innenquerschnitt aufweist. Erfindungsgemäß weist das Steuerventil einen Spulenkern auf. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn der Spulenkern einen Profilquerschnitt aufweist, der den Innenquerschnitt des Spulenrohrs nicht vollständig ausfüllt, um zwischen dem Spulenrohr und dem Spulenkern Platz zu lassen für das Spülmittel, damit das Spülmittel in axialer Richtung durchströmen kann. Beispielsweise kann der Spulenkern hierzu einen sternförmigen Profilquerschnitt aufweisen mit radial abstehenden und in axialer Richtung verlaufenden Rippen, so dass das Spülmittel zwischen den Rippen des Spulenkerns in axialer Richtung strömen kann.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Spulenkern in seiner Mantelfläche eine Spülnut aufweist, die beispielsweise axial, in Umfangsrichtung oder spiralförmig verlaufen kann. Ferner können in dem Spulenkern aber auch axial verlaufende Spülkanäle angeordnet sein.
Ein weiteres Beispiel sieht vor, dass der Profilquerschnitt des Spulenkerns gitterförmig ist und von dem Spülmittel durchströmt werden kann.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Spulenkern vorzugsweise gegenüber dem Spulenrohr mit einer Dichtung abgedichtet ist, insbesondere mit einer Druckfestigkeit von mehr als 2bar, 4bar oder 6bar.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass der Druckkopf mehrere Steuerventile aufweisen kann, die alle gespült werden können. Dabei weisen die einzelnen Steuerventile in der Regel jeweils ein Spulenrohr auf, wobei die Spülmittelzuführung dann in sämtliche Spulenrohre mündet, um alle Spulenrohre spülen zu können.
Ferner ist zu erwähnen, dass das Steuerventil wie bei dem eingangs beschriebenen bekannten Steuerventil - einen verschiebbaren Anker aufweist, der in Abhängigkeit von der Bestromung der Spule verschoben wird und in Abhängigkeit von seiner Stellung die Düse verschließt oder freigibt. Dieser Anker verläuft vorzugsweise auf einem Teil seiner Länge koaxial in dem Spulenrohr und weist vorzugsweise einen axial durchlässigen Profilquerschnitt auf, damit Spülmittel zwischen dem Anker und der Innenwand des Spulenrohrs strömen kann. Hierzu weist der Anker vorzugsweise einen nichtkreisförmigen Profilquerschnitt auf, der den kreisförmigen Innenquerschnitt des Spulenrohrs nicht vollständig ausfüllt und deshalb eine axiale Spülmittelströmung erlaubt. Beispielsweise kann der Profilquerschnitt des Ankers sternförmig oder kreuzförmig sein.
Erfindungsgemäß mündet die Spülmittelzuführung in axialer Richtung zwischen dem Anker und dem Spulenkern in das Spulenrohr.
Der erfindungsgemäße Druckkopf ermöglicht vorzugsweise einen schnellen Farbwechsel innerhalb einer Farbwechseldauer von weniger als 1h, 20min, 10min, 30s, 10s oder sogar weniger als 5s.
Hierbei werden auch möglichst geringe Farbwechselverluste angestrebt, die bei dem erfindungsgemäßen Druckkopf vorzugsweise kleiner sind als 5l, 2l, 200ml, 20ml, 10ml, 5ml oder sogar kleiner als 2ml.
Dies führt auch vorteilhaft zu einem sehr geringeren Spülmittelverbrauch bei einem Farbwechsel, wobei der Spülmittelverbrauch vorzugsweise kleiner ist als 10l, 5l, 2l, 200ml, 100ml, 50ml, 20ml oder sogar kleiner als 10ml.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass der Druckkopf mehrere getrennte Spülmittelzuführungen aufweist, um verschiedene Spülmittel zuzuführen, die beispielsweise an das jeweilige Beschichtungsmittel angepasst sein können.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass der Druckkopf mit seinen medienführenden Teilen vorzugsweise so konstruiert ist, dass die medienführenden Teile totraumfrei und/oder hinterschneidungsfrei sind, um die Spülbarkeit zu verbessern.
Zur Verbesserung der Spülbarkeit besteht auch die Möglichkeit, dass der Druckkopf an seinen Oberflächen, die mit dem Beschichtungsmittel in Kontakt kommen, mit einer reinigungsfördernden Beschichtung versehen ist, wobei eine solche Beschichtung auch als "Easy-to-clean-Beschichtung" bekannt ist.
Darüber hinaus ist zu bemerken, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Druckkopf als einzelnes Bauteil bzw. als Austauschteil. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine komplette Beschichtungseinrichtung mit einem solchen Druckkopf.
Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung vorzugsweise auch einen Farbwechsler, wie beispielsweise einen Linearfarbwechsler, einen Rotationsfarbwechsler, einen in den Druckkopf integrierten Farbwechsler oder einen A/B-Farbwechsler. Diese Typen von Farbwechslern sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht weiter beschrieben werden.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Betriebsverfahren für einen solchen Druckkopf, wobei sich die einzelnen Verfahrensschritte bereits aus der vorstehenden Beschreibung ergeben und deshalb nicht näher beschrieben werden müssen.
Allerdings ist zu erwähnen, dass das Spülmittel ein Universalspülmittel sein kann, das sowohl für wasserbasierten Lack als auch für Lösemittellack geeignet ist. Darüber hinaus kann das Spülmittel ein VOC-freies (VOC: volatile organic compounds) Spülmittel sein.
Bei dem Spülvorgang kann der Druckkopf zusammen mit dem Spülmittel auch oder abwechselnd mit Pulsluft gespült werden.
Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass dem Druckkopf zum Spülen ein Aerosol zugeführt wird.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass dem Druckkopf nacheinander verschiedene Spülmittel zugeführt werden.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird zunächst ein lösemittelbasierter Lack zugeführt und appliziert. Anschließend wird der Druckkopf dann mit einem lösemittelbasierten Spülmittel gespült, um Reste des lösemittelbasierten Lacks auszuspülen. Optional kann dann noch ein Trennmittel zugeführt werden, beispielsweise Alkohol. Im nächsten Schritt wird dann ein Wasserlack zugeführt und appliziert. Schließlich wird der Druckkopf dann mit einem wasserlackbasierten Spülmittel gespült, um Reste des Wasserlacks auszuspülen.
Die vorstehende Beschreibung erläutert einen Wechsel von einem lösemittelbasierten Lack zu einem Wasserlack. Selbstverständlich ist auch umgekehrt ein Wechsel von einem Wasserlack auf einen lösemittelbasierten Lack möglich, was eine entsprechend geänderte Reihenfolge der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte erfordert.
Nach einem Farbwechsel wird der Druckkopf vorzugsweise mit dem neuen Beschichtungsmittel angedrückt, d.h. befüllt. Dabei wird vorzugsweise auch eine definierte Lackmenge durch die Düse des Druckkopfs ausgebracht.
Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Druckkopfs besteht auch die Möglichkeit, dass alle bei einem Spülvorgang abgegebenen Fluide (Beschichtungsmittel und Spülmittel) für eine Entsorgung aufgefangen werden.
Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass beim Farbwechsel auch die Außenfläche des Düsenkopfs gespült wird, um dort anhaftende Beschichtungsmittelreste zu entfernen.
Zu dem Spülvorgang ist weiterhin zu erwähnen, dass das Spülmittel nacheinander oder abwechselnd in die Rückführung oder durch die Düse abgeführt werden kann. Darüber hinaus besteht optional auch die Möglichkeit eines Spülens mit einem Gemisch aus Spülmittel und Pulsluft.
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 herkömmlichen Steuerventils in einem Druckkopf zur Lackapplikation,
Figur 2: eine schematische Darstellung des Steuerventils mit einer Spülmittelzuführung,
Figur 3: eine Abwandlung von Figur 2, bei der das Spülmittel über die Beschichtungsmittelzuführung zugeführt wird, wobei diese Abwandlung nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 4: eine weitere Abwandlung mit einem spülbaren Führungskäfig für den Anker, wobei diese Abwandlung nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 5: eine weitere Abwandlung mit einem spülbaren Führungsstößel, wobei diese Abwandlung nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 6: eine weitere Abwandlung mit einer Spülmittelzuführung am oberen Ende des Spulenrohrs, wobei diese Abwandlung nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 7: eine Abwandlung mit einer flexiblen Membran zur Trennung des Steuerventils von den medienführenden Kanälen, wobei diese Abwandlung nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 8: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckkopfs mit einem vorgeschalteten Farbwechsler und einer Rückführung, sowie
Figur 9: eine schematische Darstellung zur Versorgung von mehreren Steuerventilen mit Spülmittel und Beschichtungsmittel.

Im Folgenden wird nun die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steuerventils in Figur 2 beschrieben, wobei das Steuerventil in einem Druckkopf angeordnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuerventils stimmt teilweise mit dem eingangs beschriebenen und in Figur 1 dargestellten herkömmlichen Steuerventil überein, 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 das Steuerventil eine Spülmittelzuführung 13 aufweist, die in den Innenraum 12 des Spulenrohrs 5 mündet. Über diese Spülmittelzuführung 13 kann also Spülmittel zugeführt werden, um das Steuerventil bei einem Farbwechsel mit einem Spülmittel zu spülen. Dadurch ist ein Farbwechsel im laufenden Betrieb innerhalb kurzer Zeit möglich.
Darüber hinaus weist das Steuerventil in diesem Ausführungsbeispiel eine besondere Bauform der Dichtung 8 zwischen dem Spulenkern 7 und dem Spulenrohr 5 auf, wobei die Dichtung 8 eine Druckfestigkeit von mehr als 2bar ermöglicht.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Abwandlung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wobei diese Abwandlung teilweise mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieser Abwandlung besteht darin, dass der verschiebbare Anker 9 frei von Spülmittel umströmt werden kann, so dass das Spülmittel auch den Innenraum 12 des Spulenrohrs 5 spülen kann. Hierzu weist der Anker 9 einen kreuzförmigen Profilquerschnitt mit axial verlaufenden Rippen auf, so dass das Spülmittel zwischen den Rippen des Ankers 9 in axialer Richtung in den Innenraum 12 des Spulenrohrs 5 strömen kann. Das Spülmittel wird hierbei also nicht - wie bei Figur 2 - über die Spülmittelzuführung 13 zugeführt, sondern über die Beschichtungsmittelzuführung 4, die also abwechselnd zur Zuführung von Beschichtungsmittel und zur Zuführung von Spülmitteln dient. Der Spulenkern 7 ist hierbei gegenüber dem Innenraum 12 durch die Dichtung 8 abgedichtet.
Figur 4 zeigt eine weitere Abwandlung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wobei diese Abwandlung mit der vorstehend beschriebenen Abwandlung übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieser Abwandlung besteht darin, dass der verschiebbare Anker 9 in einem spülbaren Führungskäfig 14 angeordnet ist, der aus einem geschlitzten Zylinder besteht, so dass das Innere des Führungskäfigs 14 gespült werden kann. Dabei dichtet die Dichtung 8 den Innenraum des Spulenrohrs 5 gegen den medienführenden Bereich ab.
Figur 5 zeigt noch eine weitere Abwandlung, so dass wieder zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Hierbei weist der Anker 9 mittig eine Führungsbohrung 15 auf, in die ein Führungsstift 16 eingreift, wobei die Passung aus der Führungsbohrung 15 und dem Führungsstift 16 ebenfalls für Spülmittel zugänglich ist.
Darüber hinaus dichtet die Dichtung 8 hierbei den Ringspalt zwischen dem Spulenrohr 5 und dem Spulenkern 7 ab.
Die Abwandlung gemäß Figur 6 stimmt wieder teilweise mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieser Abwandlung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, besteht darin, dass die Spülmittelzuführung 13 hierbei nicht zwischen dem Spulenkern 7 und dem Anker 9 in den Innenraum 12 des Spulenrohrs einmündet. Vielmehr mündet die Spülmittelzuführung 13 hierbei am oberen Ende des Spulenrohrs 5 in das Spulenrohr.
Wichtig ist hierbei, dass der Spulenkern 7 den freien Innenquerschnitt des Spulenrohrs 5 nicht vollständig ausfüllt, damit das Spülmittel von der oben gelegenen Spülmittelzuführung 13 nach unten in den Innenraum 12 strömen kann.
Figur 7 zeigt eine weitere Abwandlung eines spülbaren Steuerventils, wobei diese Abwandlung, nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und wobei das Steuerventil hierzu eine flexible Membran 17 vorsieht, die das Steuerventil von den medienführenden Teilen in der Beschichtungsmittelzuführung 4 trennt. Hierbei muss das Steuerventil selbst also nicht mit Spülmittel gespült werden, da das Steuerventil selbst überhaupt nicht in Kontakt kommt mit dem jeweiligen Lack. Vielmehr wird nur die Membran 17 auf ihrer Beschichtungsmittelseite von dem jeweiligen Lack berührt, so dass auch nur diese Seite der Membran 17 gespült werden muss, was ohne weiteres möglich ist, indem über die Beschichtungsmittelzuführung Spülmittel zugeführt wird.
Figur 8 zeigt eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung mit einer Beschichtungsmittelzuführung 18, einem Farbwechsler 19, einem erfindungsgemäßen Druckkopf 20, einem Rückführventil 21 und einer Rückführung 22.
Der Farbwechsler 19 kann dem Druckkopf 20 hierbei verschiedenfarbige Beschichtungsmittel zuführen, wobei der Druckkopf 20 wahlweise über eine nicht dargestellte Spülmittelzuführung oder über die Beschichtungsmittelzuführung 18 mit Spülmittel gespült werden kann.
Bei einem Spülvorgang anfallende Reste aus Beschichtungsmittel und Spülmittel können dann in die Rückführung 22 abgeführt werden.
Schließlich zeigt Figur 9 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckkopfs mit mehreren Steuerventilen 23.1, 23.4, die über eine gemeinsame Beschichtungsmittelzuführung 24 mit mehreren Zweigleitungen 25 mit Beschichtungsmittel versorgt werden.
Darüber hinaus weist die Beschichtungseinrichtung noch eine gemeinsame Spülmittelzuführung 26 auf, die über jeweils eine Zweigleitung 27 mit den einzelnen Steuerventilen 23.1-23.4 verbunden ist, so dass alle Steuerventile 23.1-23.4 des Druckkopfs mit Spülmittel gespült werden können.

Bezugszeichenliste:

1: Düsenplatte
2: Düsenöffnung
3: Basisplatte
4: Beschichtungsmittelzuführung
5: Spulenrohr
6: Spule
7: Spulenkern
8: Dichtung zwischen Spulenkern und Spulenrohr
9: Anker (Ventilnadel)
10: Dichtung zum Abdichten der Düsenöffnung
11: Rückstellfeder
12: Innenraum des Spulenrohrs
13: Spülmittelzuführung
14: Spülbarer Führungskäfig für den Anker
15: Führungsbohrung im Anker
16: Führungsstift
17: Membran
19: Farbwechsler
18: Beschichtungsmittelzuführung
20: Druckkopf
21: Rückführventil
22: Rückführung
23.1-23.4: Steuerventile
24: Beschichtungsmittelzuführung
25: Zweigleitungen der Beschichtungsmittezuführung
26: Spülmittelzuführung
27: Zweigleitungen der Spülmittelzuführung

Claims

Druckkopf zur Applikation eines Beschichtungsmittels auf ein Bauteil, insbesondere zur Lackierung eines Kraftfahrzeugkarosseriebauteils mit einem Lack, mit
a) mindestens einer Düse (2) zur Abgabe des Beschichtungsmittels,

b) einer Spülmittelzuführung (13; 26) zur Zuführung eines Spülmittels, wobei der Druckkopf optional im Beschichtungsbetrieb einen Farbwechsel ermöglicht und bei einem Farbwechsel mit dem Spülmittel spülbar ist, um Beschichtungsmittelreste aus dem Druckkopf herausauszuspülen,

c) mindestens einem Steuerventil (23.1-23.4) zur Steuerung der Beschichtungsmittelabgabe durch die mindestens eine Düse (2) mit
c1) einer elektrischen Spule (6),

c2) einem Spulenrohr (5), auf das die Spule (6) außen aufgewickelt ist,

c3) einem verschiebbaren Anker (9), der in Abhängigkeit von der Bestromung der Spule (6) verschoben wird und in Abhängigkeit von seiner Stellung die Düse verschließt oder freigibt, und

c4) einem Spulenkern (7) im Inneren des Spulenrohrs (5),
dadurch gekennzeichnet,

d) dass die Spülmittelzuführung (13; 26) in axialer Richtung zwischen dem Anker (9) und dem Spulenkern (7) in das Spulenrohr (5) mündet, um das Spülmittel zuzuführen und in das Innere des Spulenrohrs (5) zu leiten.
Druckkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
a) eine Beschichtungsmittelzuführung (4; 24) zur Zuführung des zu applizierenden Beschichtungsmittels und/oder zur Zuführung des Spülmittels, und/oder

b) die Spülmittelzuführung (13; 26), die zur Zuführung des Spülmittels separat ausgebildet ist.
Druckkopf nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
a) eine Rückführung (22) zur Rückführung des Beschichtungsmittels und/oder des Spülmittels, und

b) ein Rückführventil (21) zur Steuerung des Rückführstroms in die Rückführung, insbesondere
b1) als eigenmediumbetätigtes Rückführventil oder

b2) als Proportionalventil.
Druckkopf nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Druckkopf mehrere Düsen aufweist, um das Beschichtungsmittel abzugeben,

b) dass der Druckkopf mehrere Steuerventile (23.1-23.4) aufweist, die den einzelnen Düsen (2) zugeordnet sind und die Beschichtungsmittelabgabe durch die einzelnen Düsen (2) steuern,

c) dass die Spülmittelzuführung (26) Zweigleitungen (27) zu den einzelnen Steuerventilen (23.1-23.4) aufweist, so dass alle Steuerventile (23.1-23.4) mit dem Spülmittel gespült werden,

d) dass die Zweigleitungen der Spülmittelzuführung (13; 26) optional so ausgelegt sind, dass das zugeführte Spülmittel gleichmäßig auf die Zweigleitungen zu den Steuerventilen verteilt wird, so dass die Steuerventile im Wesentlichen mit der gleichen Spülmittelmenge gespült werden.
Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Spulenrohr (5) optional einen kreisförmigen Innenquerschnitt aufweist,

b) dass der Spulenkern (7) optional einen Profilquerschnitt aufweist, der den Innenquerschnitt des Spulenrohrs (5) nicht vollständig ausfüllt, um zwischen dem Spulenrohr (5) und dem Spulenkern (7) Platz zu lassen für das Spülmittel,

c) dass der Profilquerschnitt des Spulenkerns (7) sternförmig ist,

d) dass der Profilquerschnitt des Spulenkerns (7) optional in seiner Mantelfläche mindestens eine Spülnut aufweist, die vorzugsweise
d1) axial,

d2) in Umfangsrichtung oder

d3) spiralförmig verläuft, und/oder

e) dass der Profilquerschnitt des Spulenkerns (7) optional einen axial verlaufenden Spülkanal aufweist,

f) dass der Profilquerschnitt des Spulenkerns (7) optional gitterförmig ist,

g) dass der Spulenkern (7) gegenüber dem Spulenrohr (5) optional mittels einer Dichtung (8) abgedichtet ist, insbesondere mit einer Druckfestigkeit von mehr als 2bar, 4bar, oder 6 bar.
Druckkopf nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Druckkopf mehrere Spulenrohre (5) aufweist, und

b) dass von der Spülmittelzuführung (13; 26) Zweigleitungen in alle Spulenrohre (5) abgehen, und/oder

c) dass die Spulenrohre (5) gemeinsam gespült werden können, und/oder

d) dass die Spulenrohre (5) individuell einzeln gespült werden können.
Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Anker (9) auf einem Teil seiner Länge koaxial in dem Spulenrohr (5) verläuft,

b) dass der Anker (9) einen axial durchlässigen Profilquerschnitt aufweist, um Spülmittel zwischen dem Anker (9) und der Innenwand des Spulenrohrs (5) durchleiten zu können,

c) dass der Anker (9) vorzugsweise einen nicht-kreisförmigen Profilquerschnitt aufweist, insbesondere einen sternförmigen oder kreuzförmigen Profilquerschnitt, um Platz zu lassen für das Beschichtungsmittel
Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der verschiebbare Anker (9) eine mittige Führungsbohrung (15) aufweist, und

b) dass in die Führungsbohrung (15) des beweglichen Ankers (9) ein ortsfester Führungsstift (16) hineinragt, und

c) dass die Führungsbohrung (15) in dem verschiebbaren Anker (9) spülbar ist.
Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Druckkopf einen Farbwechsel innerhalb einer Farbwechseldauer von weniger als 1h, 20min, 10min, 30s, 10s, oder 5s ermöglicht, und/oder

b) dass der Farbwechsel nicht länger dauert als das Ein- bzw. Ausfördern des Beschichtungsobjekts aus der Lackierzone, und/oder

c) dass der Farbwechsel in der zeitlichen Lücke stattfindet, die durch den Abstand zwischen zwei Beschichtungsobjekten (Karossen) gegeben ist, und/oder

d) dass der Druckkopf bei einem Farbwechsel geringe Farbwechselverluste aufweist, die kleiner sind als 5l, 2l, 200ml, 20ml, 10ml, 5ml oder 2ml, und/oder

e) dass der Druckkopf bei einem Farbwechsel einen geringen Spülmittelverbrauch hat, der kleiner ist als 10l, 5l, 2l, 200ml, 100ml, 50ml, 20ml, 10ml, und/oder

f) dass der Druckkopf mehrere getrennte Spülmittelzuführungen (13; 26) aufweist, um verschiedene Spülmittel zuzuführen, und/oder

g) dass der Druckkopf im Wesentlichen totraumfrei und/oder hinterschneidungsfrei ist, und/oder

h) dass der Druckkopf an seinen Oberflächen, die mit dem Beschichtungsmittel in Kontakt kommen, mit einer reinigungsfördernden Beschichtung versehen ist, und/oder

i) dass der Druckkopf druckfest bis zu einem Druck von mindestens 1bar, 5bar, 6bar, 8bat, 10bar, 15bar oder 20bar.
Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung von Bauteilen, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen mit einem Lack, gekennzeichnet durch einen Drucckopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Applikation des Beschichtungsmittels auf das Bauteil.
Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Farbwechsler, der stromaufwärts vor dem Druckkopf angeordnet und ausgangsseitig mit dem Druckkopf verbunden ist, um den Druckkopf wahlweise mit verschiedenfarbigen Beschichtungsmitteln zu speisen, insbesondere in einer Bauweise als
a) Linearfarbwechsler,

b) Rotationsfarbwechsler,

c) integriertem Farbwechsler innerhalb des Druckkopfs, oder

d) A/B-Farbwechsler.
Betriebsverfahren für einen Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Spülen des Druckkopfs mit einem Spülmittel.
Betriebsverfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Spülmittel ein Universalspülmittel ist, dass sowohl für wasserbasierten Lack als auch für Lösemittellack geeignet ist, und/oder

b) dass das Spülmittel ein VOC-freies Spülmittel ist, und/oder

c) dass dem Druckkopf zusammen mit dem Spülmittel oder abwechselnd Pulsluft zugeführt wird, und/oder

d) dass dem Druckkopf zum Spülen ein Aerosol zugeführt wird, und/oder

e) dass dem Druckkopf nacheinander verschiedene Spülmittel zugeführt werden.
Betriebsverfahren nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Zuführen eines lösemittelbasierten Lacks und Applikation des lösemittelbasierten Lacks,

b) Spülen des Druckkopfs mit einem lösemittelbasierten Spülmittel,

c) Optional Zuführen eines Trennmittels beim Wechsel von dem lösemittelbasierten Lack auf einen Wasserlack,

d) Zuführen eines Wasserlacks und Applikation des Wasserlacks, und

e) Spülen des Druckkopfs mit einem wasserbasierten Spülmittel.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Andrücken des Druckkopfs nach einem Farbwechsel auf ein neues Beschichtungsmittel mit dem neuen Beschichtungsmittel, und/oder

b) Ausbringen einer definierten Lackmenge nach einem Farbwechsel durch die Düse des Druckkopfs.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Auffangen aller bei einem Spülvorgang abgegebenen Fluide für eine Entsorgung einschließlich des ausgespülten alten Beschichtungsmittels und des verwendeten Spülmittels, und/oder

b) Spülen der Außenfläche des Düsenkopfs bei einem Farbwechsel.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass bei einem Spülvorgang folgende Schritte nacheinander oder abwechselnd durchgeführt werden:
a1) Spülen des Druckkopfs mit einem Spülmittel in die Rückführung des Druckkopfs, und

a2) Spülen des Druckkopfs mit einem Spülmittel durch die Düse des Druckkopfs, und

a3) optional Spülen des Druckkopfs mit einem Gemisch aus Spülmittel und Pulsluft,

b) dass ein Farbwechsel folgende Schritte umfasst:
b1) Spülen des Druckkopfs mit einem Spülmittel, und

b2) Andrücken des Druckkopfs mit einem neuen Beschichtungsmittel.