WO2023151993A1 - Piezo-aktorvorrichtung, vorzugsweise mit transversal auslenkbarer düse - Google Patents

Piezo-aktorvorrichtung, vorzugsweise mit transversal auslenkbarer düse Download PDF

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WO2023151993A1
WO2023151993A1 PCT/EP2023/052383 EP2023052383W WO2023151993A1 WO 2023151993 A1 WO2023151993 A1 WO 2023151993A1 EP 2023052383 W EP2023052383 W EP 2023052383W WO 2023151993 A1 WO2023151993 A1 WO 2023151993A1
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piezo actuator
rod
actuator device
application agent
application
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Christoph RENZ
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Dürr Systems Ag
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    • B05C5/0216—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work for applying liquid or other fluent material to separate articles only at particular parts of the articles by relative movement of article and outlet according to a predetermined path

Definitions

  • Piezo actuator device preferably with a transversely deflectable nozzle
  • the invention relates to a piezo actuator device, preferably with a transversely deflectable nozzle for dispensing an application agent, e.g. B. to enable a swirl application on a component.
  • an application agent e.g. B.
  • a nozzle is deflected by an electric motor using an eccentric on a circular path around a central system axis (e.g. axis of rotation) in order to apply the omnidirectional seam in wider, overlapping circles.
  • a central system axis e.g. axis of rotation
  • the parameters for such an omnidirectional seam are therefore expanded to include the rotational speed and the deflection of the eccentric.
  • One object of the invention is to provide an alternative and/or improved device for applying an application agent to a component (e.g. motor vehicle body component), in particular to enable a swirl application on the component.
  • a component e.g. motor vehicle body component
  • the invention relates to a piezo actuator device, z. B. for attachment to a manipulator (z. B. robot) and / or to enable a swirl application, in particular on a component such. B. a motor vehicle body part.
  • the piezo actuator device includes a nozzle, in particular with a dispensing opening, for dispensing an application agent onto a component (eg a motor vehicle body component).
  • a component eg a motor vehicle body component
  • the application agent can, for. B. be a viscous, especially highly viscous application agent.
  • the application agent can, for. B. a sealant, a polyvinyl chloride (PVC, in particular a PVC plastisol), a thick material, a paint, an adhesive, a preservative (z. B. wax) and / or an insulating material.
  • PVC polyvinyl chloride
  • the piezo actuator device also includes a rod (eg hollow and/or designed as a tube) having the nozzle and at least two piezo actuator devices.
  • a rod eg hollow and/or designed as a tube having the nozzle and at least two piezo actuator devices.
  • the piezo actuator devices are set up in particular to deflect the rod (in particular while the application agent is being dispensed) in different directions transversely (e.g. laterally, transversely, obliquely and/or essentially orthogonally) to the longitudinal axis of the rod, preferably variably to deflect This makes it z.
  • the nozzle it is possible for the nozzle to be movable preferably along at least one movement path (e.g. around a central system axis).
  • the at least one trajectory can, for. B. include at least one substantially circular trajectory, at least one substantially elliptical trajectory and / or at least one deviating from a circular trajectory trajectory. Alternatively or additionally z. B. at least one zigzag-shaped trajectory and / or at least one polygonal trajectory possible.
  • the piezo actuator device is preferably suitable for the application of one or more patterns that can be defined in particular by means of the piezo actuator devices (eg with a highly viscous application agent).
  • nozzle it is thus preferably possible for one or more trajectories other than just circular paths for the nozzle to be generated by the deflection of the nozzle by means of the piezo actuator devices, e.g. B. to be able to advantageously influence an application agent distribution in the cross section of an application agent seam.
  • the at least one movement path can preferably extend (e.g. eccentrically) around a central system axis of the piezo actuator device.
  • the at least one trajectory preferably forms a (z. B. open or closed) trajectory and / or orbit expediently around the central system axis.
  • the nozzle by means of the piezo actuator devices z. B. along different trajectories (z. B. the system central axis) is movable.
  • an application agent distribution in the cross section of an application agent seam can be advantageously influenced (z. B. changed).
  • This can e.g. B. an essentially uniform application agent distribution in the cross section of an application agent seam can be achieved and/or an application agent edge accumulation in the cross section of an application agent seam can be reduced, preferably essentially avoided.
  • the different trajectories can e.g. B. be geometrically different (e.g. circular and elliptical) and/or be geometrically the same but different sized (e.g. different sized circular).
  • the piezo actuator device is preferably moved along the component by means of the manipulator while the application agent is being dispensed onto the component in order to produce an application (eg an application agent seam, a coating, etc.) on the component.
  • an application eg an application agent seam, a coating, etc.
  • the piezoelectric actuator device is mounted in a stationary manner.
  • the piezo actuator device can, for. B. include a bearing device (z. B. a wobble bearing) for storing the rod.
  • a bearing device z. B. a wobble bearing
  • the storage facility can e.g. B. be set up to store the rod wobbling and / or to store relative to its longitudinal axis movable transversely.
  • the storage facility z. B. by means of at least one elastic bearing element (expediently axially and / or radially), preferably by means of at least one in particular elastic O-ring.
  • the bearing device provides a degree of freedom of movement (e.g. axial and/or radial) for the rod and the degree of freedom of movement is less than 5 mm, 2 mm, 1 mm or 0.5 mm.
  • the system central axis can z. B. extend axially through the bearing device and / or z. B. be defined by a central axis of the bearing device.
  • the rod it is possible for the rod to be drivable in a bearing area by means of the piezo actuator devices, preferably transversely relative to its longitudinal axis.
  • the bearing area can thus preferably form a drive point for the transverse deflection of the rod.
  • the storage area can e.g. B. be positioned between the bearing device and the nozzle.
  • a longitudinal extension of the rod from the storage area to the outlet of the nozzle is greater than or equal to a longitudinal extension of the rod from the storage area to the storage device.
  • the length of the rod from the storage area to the outlet of the nozzle can be B. by a factor of at least 1.1, at least 1.2, at least 1.5, at least 1.8 or at least 2 greater than the longitudinal extension of the rod from the storage area to the storage device.
  • a deflection of the nozzle can preferably be greater than a deflection of the rod in the bearing area B2, where z. B. a deflection of the rod on the bearing device can be smaller than the deflection in the bearing area B2. (e.g.: L2 > LI and/or h2 >hl > hO).
  • the piezo actuator devices can, for. B. are set up to rotate the rod with a preferably variable operating frequency between, for example, 0 Hz to at least 300 Hz, to at least 350 Hz, to at least 400 Hz, to at least 450 Hz, to at least 550 Hz, to at least 650 Hz or up to to apply at least 700 Hz.
  • the piezo actuator devices can, for. B. are also set up to move the nozzle by means of the rod on at least one trajectory, preferably a circular path, which corresponds to a speed of, for example, at least 10,000, at least 15,000 or at least 20,000 revolutions per minute.
  • the rod can z. B. be hollow, be formed as a tube and / or in particular a z. B. central application agent channel to lead the application agent to the nozzle.
  • the rod can thus e.g. B. as a tube (z. B. nozzle tube) and / or as an elongated hollow body.
  • the application agent channel can z. B. extend at least partially or completely substantially coaxially or parallel to the longitudinal axis of the rod.
  • the application agent channel can z. B. extend through the storage device and / or through the storage area and / or comprise an axial inlet opening for the application agent.
  • the application agent channel can z. B. extend to the nozzle and / or to the outlet of the nozzle.
  • the piezo actuator device includes an applicator.
  • the storage facility can e.g. B. be positioned in the applicator.
  • the storage area can e.g. B. be positioned outside of the applicator.
  • the application agent can preferably be fed through the applicator into the rod and/or the nozzle.
  • the piezo actuator device can comprise an application agent valve for activating and deactivating the dispensing of the application agent.
  • the application agent valve in particular its valve seat, z. B. can be upstream of the rod and / or positioned outside the rod.
  • the application agent valve is preferably a needle valve and can thus in particular comprise a valve needle.
  • the application agent valve and / or a valve seat for the valve needle is z. B. positioned in the applicator, preferably upstream of the rod.
  • the piezo actuator device can, for. B. an application agent valve having a valve needle for activating and deactivating the output of the application agent, wherein preferably the valve needle can expediently at least partially extend axially in the nozzle and/or in the rod and z. B. can be flowed around by application agents.
  • the valve needle can preferably be flexible (e.g. elastic) and can extend through the bearing device and/or through the bearing area.
  • a valve seat for the valve rod is preferably positioned in the rod, in the nozzle and/or suitably just before the nozzle, e.g. B. in the output-side quarter, fifth or sixth of the rod. As a result, dripping of the application agent can advantageously be reduced or avoided.
  • the valve needle can, for. B. at least one or at least two guide points within the rod.
  • the piezo actuator devices each include a piezo actuator.
  • the piezo actuator devices can, for. B. each comprise an actuating arm structure for actuating the rod, wherein the actuating arm structures can preferably be actuated (eg driven) by the respective piezo actuator.
  • the respective actuating arm structure can e.g. B. be part of at least a three-bar linkage or at least a four-bar linkage lever mechanism.
  • the respective actuating arm structure can be pivoted about a base joint, the respective piezo actuator is coupled to the respective actuating arm structure via a coupling joint, the respective actuating arm structure can be divided into a first (e.g. pivotable) section and a second ( z. B. axially movable) section is divided and / or the respective operating arm structure is expediently directly or indirectly coupled to the rod via a connecting joint, in particular on and / or by means of the bearing area.
  • first e.g. pivotable
  • a second ( z. B. axially movable) section is divided and / or the respective operating arm structure is expediently directly or indirectly coupled to the rod via a connecting joint, in particular on and / or by means of the bearing area.
  • At least one of the aforementioned joints can, for. B. by a material weakening (e.g. an area of reduced flexural rigidity, in particular relative to two adjacent areas of higher flexural rigidity, and/or a local reduction in cross section), be integrally connected to the respective actuating arm structure in one piece, be designed as a flexure joint, and/or be designed to be elastically deformable.
  • a material weakening e.g. an area of reduced flexural rigidity, in particular relative to two adjacent areas of higher flexural rigidity, and/or a local reduction in cross section
  • the base joint can preferably form a bearing point z. B. allows rotation of the respective actuating arm structure, but preferably can prevent all displacements.
  • the base joint can thus z. B. form a fixed bearing.
  • the respective piezo actuator prefferably fixedly mounted in its transverse direction on one side and/or to be coupled (expediently directly or indirectly) to the respective actuating arm structure on the other side.
  • the respective piezo actuator z. B. in its longitudinal direction in particular storage-free deformable.
  • the respective piezo actuator can, for. B. have an elastically deformable, metallic and / or shell-shaped frame structure, preferably the frame structure as z. B. bending clamping frame and/or to increase an actuating force on the respective actuating arm structure. It is possible for at least one piezo-active element (eg at least one piezo stack) to be accommodated in the respective frame construction.
  • the at least one piezoactive element can, for. Example, be made of ceramics, in particular low-voltage ceramics.
  • the at least one piezoactive element can in particular act on the respective frame construction from the inside.
  • the at least one piezoactive element is preferably used for longitudinally oriented deformation of the respective frame structure, z. B. to bring about a particularly transversely oriented deformation of the respective frame structure to generate an actuating force for the respective actuating arm structure.
  • the at least one piezoactive element can thus preferably act on the respective frame construction essentially in the longitudinal direction of the respective frame construction, e.g. B. to generate a (particularly transversely oriented) actuating force on the respective actuating arm structure.
  • the respective frame structure is preferably elongate, e.g. B. substantially elliptical to substantially diamond-shaped and / or to substantially annular or circular.
  • piezo-active elements e.g. piezo stacks
  • the respective frame construction it is possible for several piezo-active elements (e.g. piezo stacks) in the respective frame construction to be coupled to one another and/or to the respective frame construction in the longitudinal direction of the respective frame construction, e.g. B. to force and / or increase travel.
  • the respective piezo actuator can preferably actuate the respective actuating arm structure transversely (e.g. essentially at right angles) to its longitudinal extent.
  • the respective frame construction can preferably actuate the respective actuating arm structure transversely (e.g. essentially at right angles) to its longitudinal extension.
  • the actuating arm structures are preferably angled to each other to act on the rod in different directions, in particular non-parallel and/or acting on the rod at an angle other than 0° and/or other than 180°.
  • the piezo actuator devices such. B. are each aligned in a plane (z. B. orthogonal to the system central axis and / or to the outlet of the nozzle), at an angle of not equal to 0 ° and / or not equal to 180 ° to each other.
  • the actuating arm structures, e.g. B. are each aligned in a plane (z. B. orthogonal to the system central axis and / or to the outlet of the nozzle), at an angle of not equal to 0 ° and / or not equal to 180 ° to each other.
  • the piezo actuator devices in particular their actuating arm structures, can e.g. B. be set up to act on the rod at an angle of not equal to 0 ° and / or not equal to 180 °, in particular to act on the rod non-parallel to each other.
  • the piezo actuator devices are set up in particular to deflect, preferably variably, deflect the rod in different, non-parallel directions transversely (e.g. laterally, transversely, obliquely and/or essentially orthogonally) to the longitudinal axis of the rod.
  • the piezo actuator devices are preferably set outside of the applicator, z. B. are mounted.
  • the piezo actuator device preferably the applicator, z. B. be connected to a rotary union, via the z. B. the application means can be fed and/or traced back.
  • the piezo actuator device is connected to a heating device by means of which the application means can be heated, which z. B. with highly viscous application agent, especially adhesive can be advantageous.
  • the piezo actuator device z. B. with a cooling device z. B. at least one Peltier element, by means of which the application means can be cooled.
  • the heating device and / or the cooling device can, for. B. be installed on or in the applicator and / or be positioned appropriately in the flow direction of the application agent, upstream of the application agent valve or downstream of the application agent valve.
  • the piezo actuator device preferably the applicator, z. B. include at least one sensor for measuring a temperature of the application agent and / or at least one sensor for measuring a pressure of the application agent.
  • the at least one sensor for measuring a temperature of the application agent and/or the at least one sensor for measuring a pressure of the application agent is positioned, expediently in the direction of flow of the application agent, upstream of the application agent valve in order to preferably measure upstream of the application agent valve.
  • the piezo actuator device can, for. B. an application agent feed (z. B. flow) and an application agent return (z. B. return) for application agent circulation include or have at least two application agent feeds, via the z. B. different application agents can be supplied and preferably dispensed by means of the nozzle.
  • the piezo actuator device can thus also be designed in particular for selectively dispensing different application agents.
  • the piezo actuator devices can, for. B. be set up to depending on a (z. B. adjustable) excitation energy for their respective piezo actuator, the rod expediently different far to deflect in different directions transverse to its longitudinal axis.
  • a respective stroke onto the rod can be controlled in particular as a function of the respective piezo actuator excitation energy.
  • the piezo actuator devices can in particular be set up to exert a respective stroke on the rod, with the respective stroke being adjustable (appropriately freely and/or arbitrarily) as a function of an excitation energy for the respective piezo actuator, preferably to at least one intermediate position between a maximum stroke and a minimum stroke.
  • the excitation energy is in particular electrical excitation energy (expediently electrical voltage).
  • it is therefore preferably possible to be able to set a respective stroke for the transverse deflection of the rod (preferably freely and/or arbitrarily) as an application variable, which advantageously makes it possible to generate z. B. allows different trajectories for the nozzle.
  • a z. B. electronic control device is provided to control one of the respective piezo actuator device and / or the respective piezo actuator to be supplied excitation energy.
  • a generator device to generate the excitation energy (eg electrical voltage, voltage signals, etc.) to be provided for the respective piezo actuator.
  • an amplifying device for amplifying the excitation energy generated by the generator device is provided.
  • the generator device can, for. B. have one or more generators.
  • the amplifying device can expediently have one or more amplifiers.
  • the controller can, for. B. be set up to control the generator device and / or the amplifier device.
  • control device the excitation energy for the respective piezo actuator z. B. via the generator device and / or the amplifier device.
  • the respective piezo actuator can preferably be controlled with (expediently electrical) excitation energy, in particular voltage, expediently voltage signals.
  • control device can be set up to control the excitation energy for the respective piezo actuator.
  • the control device is in particular an electronic control device and can, for. B. include at least one computing unit and / or at least one processor.
  • the controller can, for. B. include a memory unit in which control software (z. B. a control program) and / or control logic can be stored, according to which the excitation energy for the respective piezo actuator can be controlled.
  • control device is distributed with its function on a central control unit or several different hardware components and / or control units.
  • the piezo actuators can, preferably by means of the control device, z. B. be independently controllable.
  • the piezo actuators can, for. B. are applied with the same or different operating frequency and / or excitation energy.
  • the piezo actuator device preferably allows a defined application of the application agent on the component, whereby z. B. rework can be reduced or even eliminated entirely.
  • the defined application of the application agent can also advantageously reduce the consumption of application agents, whereby z. B. sustainable production can be promoted.
  • the application agent is preferably viscous, in particular highly viscous.
  • the respective piezo actuator preferably serves to move and/or actuate the rod, in particular indirectly, preferably via the respective actuating arm structure.
  • the controller can, for. B. the respective piezo actuator z. B. directly or indirectly.
  • the excitation energy for the respective piezo actuator can be B. amplified or non-amplified or reduced excitation energy by means of the amplifying device.
  • the piezo actuator devices can be appropriately set up to move the rod transversely (e.g. laterally, transversely, obliquely and/or essentially orthogonally) to the longitudinal axis of the rod, preferably variably deflected.
  • the rod can z. B. be formed in one piece or in several parts.
  • the nozzle z. B. be formed in one piece or in several parts.
  • the nozzle can e.g. B. expediently mounted directly or indirectly to the rod, z. B. solvable or insoluble. It is Z. B. also possible that the nozzle z. B. is formed as a one-piece integral part of the rod.
  • the nozzle and the rod can preferably be arranged essentially coaxially with one another.
  • the piezo actuator device is preferably used to produce an application (eg an application means seam, a coating and/or a swirl application, etc.) on the component.
  • an application eg an application means seam, a coating and/or a swirl application, etc.
  • the piezo actuator device can preferably be moved along the component by means of the manipulator while the application agent is being dispensed onto the component in order to apply an application (e.g. an application agent seam, a coating and/or a swirl application, etc.) to the component generate.
  • an application e.g. an application agent seam, a coating and/or a swirl application, etc.
  • the piezoelectric actuator device z. B. is mounted stationary.
  • the respective actuating arm structure in particular the respective first section and/or second section, e.g. B. can be at least partially elastic, in particular to deform elastically during actuation of the rod and / or to be able to bend.
  • the longitudinal axis of the rod and the central system axis can preferably be aligned substantially coaxially with one another.
  • the piezo actuator device z. B. at least three or at least four piezo actuator devices and / or z. B. may comprise at least three or at least four operating arm constructions.
  • the rod can preferably be designed as a tube (e.g. nozzle tube), in particular with an axial inlet opening for the application agent and/or an axial outlet opening for the application agent.
  • the rod can thus z. B. be hollow, in particular an elongated hollow body.
  • the invention also includes an application device with at least one piezo actuator device as disclosed herein.
  • the application device can, for. B. have a single or multi-axis (z. B. at least 2, at least 3, at least 4 or at least 5-axis) manipulator, in particular robot for guiding the piezo actuator device.
  • the manipulator is used in particular to move the piezo actuator device (in particular during application of the application agent) along the component, as a result of which the nozzle movements generated by the piezo actuator device and the movements generated by the manipulator are superimposed, in order to B. to be able to produce an application (e.g. an application means seam, a coating and/or a swirl application, etc.) on the component.
  • an application e.g. an application means seam, a coating and/or a swirl application, etc.
  • the piezo actuator device is mounted stationary and thus z. B. is not mounted on any robot or manipulator.
  • the controller can, for. B. also serve to control the manipulator disclosed herein, in particular robot.
  • the controller can thus z. B. the manipulator control device, in particular the robot control device.
  • a detection system e.g. with one or more cameras and/or one or more lasers
  • a component measurement preceding the application in time and/or to record an application result e.g. to carry out a quality control, in particular an online quality control
  • the control device mentioned here can e.g. B. be set up to control the application as a function of parameters detected by means of the detection system.
  • the invention also includes a method, in particular for a piezo actuator device and/or an application device as disclosed herein, so that the disclosure relating to the piezo actuator device and/or to the application device expediently also applies to the method.
  • a nozzle emits an application agent onto a component and at least two piezo actuator devices direct a rod (e.g. hollow and/or designed as a tube) that has the nozzle in different transverse directions (e.g. laterally, transverse, oblique and/or essentially orthogonal) to the longitudinal axis of the rod.
  • Figure 1 shows a side view of a piezo actuator device according to an embodiment of the invention
  • Figure 2 shows a view of the piezo actuator device from the front
  • Figure 3 shows a view of the piezo actuator device from above
  • Figure 4 shows a sectional view of the piezo actuator device
  • FIG. 5 shows the sectional view of FIG. 4, in particular to explain a functional/actuating principle according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 schematically illustrates a functional/actuating principle according to an embodiment of the invention
  • FIGS 7 and 8 illustrate different nozzle trajectories according to an embodiment of the invention
  • Figure 9 shows an application device according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 10 shows a control scheme for a piezo actuator device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the preferred exemplary embodiments of the invention described with reference to the figures correspond in part, with similar or identical parts being provided with the same reference symbols and for their explanation reference can also be made to the description of the other exemplary embodiments in order to avoid repetition. For purposes of illustration, not all parts are referenced in all figures.
  • FIG. 9 e.g a motor vehicle body part
  • the application agent can be z. B. be a viscous, especially highly viscous application agent.
  • the piezo actuator device 100 comprises a nozzle 2 for dispensing an application agent onto the component 202, a rod 1 having the nozzle 2 and at least two piezo actuator devices 40, 40x.
  • the piezo actuator devices 40, 40x each comprise a piezo actuator 4, 4x and an actuating arm structure 3, 3x that can be actuated, in particular driven, by the respective piezo actuator 4, 4x for actuating, in particular driving, the rod 1.
  • the piezo actuator devices 40, 40x are set up to move the rod 1 transversally (e.g. laterally, transversely, obliquely and/or essentially orthogonally) in different directions that are in particular non-parallel to one another, in particular when the application agent is being dispensed. preferably variably deflect to its longitudinal axis 11, preferably depending on an electrical excitation energy (z. B. electrical voltage) for the respective piezo actuator 4, 4x.
  • the nozzle 2 z. B. along at least one trajectory P in particular around a central system axis A (z. B. Figures 7 and 8) are moved, the at least one trajectory P z. B. may include at least one substantially circular trajectory, at least one substantially elliptical trajectory and / or at least one deviating from a circular trajectory trajectory.
  • a particular advantage is that the piezo-actuator devices 40, 40x can be set up in order to be able to set a respective stroke on the rod 1 in an appropriately freely selectable manner, e.g. B. to at least an intermediate position between a maximum stroke and a minimum stroke.
  • the respective stroke depends on the amount of excitation energy by means of which the respective piezo actuator 4, 4x is acted upon.
  • a controller 60 (e.g., Figure 6) may be provided which is arranged to control the excitation energy.
  • the controller 60 can, for. B. a control unit, in particular with control software and/or control logic, by means of which the excitation energy for the respective piezo actuator 4, 4x and thus the excitation energy supplied to the respective piezo actuator 4, 4x can be controlled.
  • the piezo actuator devices 40, 40x are preferably aligned in one plane at an angle a of not equal to 0° and/or not equal to 180° to one another, in particular at an angle a of not equal to 0° and/or not equal to 180° and are therefore expedient to act on the rod 1 non-parallel to each other.
  • a preferably variable deflection of the rod 1 by means of the piezo actuator devices 40, 40x makes it possible in particular that not only a single trajectory can be generated, but that different trajectories P can be generated for the nozzle 2 (e.g. Figures 7 and 8) .
  • the one or more trajectories P can e.g. B. include at least one essentially circular trajectory (e.g. FIG. 7) and/or at least one trajectory deviating from a circular trajectory, e.g. B. a substantially elliptical trajectory (z. B. Figure 8).
  • the nozzle 2 can preferably be moved along different movement paths P by means of the piezo actuator devices 40, 40x.
  • an application agent distribution in the cross section of an application agent seam can be influenced.
  • an essentially uniform application agent distribution in the cross section of an application agent seam can advantageously be achieved and/or an application agent edge accumulation in the cross section of an application agent seam can be reduced, preferably essentially avoided.
  • the piezo actuator devices 40, 40x z. B. be set up to move the rod 1 with a preferably variable operating frequency between z. B. 0 Hz to at least 400 Hz and the nozzle 2 by means of the rod 1 at a speed of z. B. at least 10,000, at least 15,000 or at least 20,000 revolutions per minute along a trajectory P to move.
  • the piezo actuator devices 40, 40x each comprise a piezo actuator 4, 4x and an actuating arm structure 3, 3x that can be actuated by the respective piezo actuator 4, 4x for actuating the rod 1.
  • Double arrows schematically show the direction of actuation and driving of the respective actuation arm structure 3, 3x onto the rod 1.
  • the respective actuating arm structure 3, 3x can, for. B. by means of an intermediate joint G3, G3x in a first, preferably pivotable, sub-section Sl, Six and a second, preferably axially movable, sub-section S2, S2x, wherein the respective second sub-section S2, S2x expediently via a bearing area B2 to the rod 1 can be coupled.
  • the piezo actuator device 100 also has an applicator 50 which, for. B. can comprise a valve block and on the outside of which the piezo actuator devices 40, 40x can be attached.
  • the rod 1 is expediently mounted in the storage area B2 by means of the piezo actuator devices 40, 40x and can be driven transversely relative to its longitudinal axis 11.
  • the respective second partial area S2, S2x can expediently be coupled to the bearing area B2 in order to drive the rod 1 transversely to its longitudinal axis 11.
  • the bearing area B2 thus forms a drive point for driving the rod 1, in particular transversely. B. outside of the applicator 50 positioned.
  • the piezo actuator device 100 is described further below with reference to FIGS.
  • a bearing device Bl is set up to support the rod 1 in a wobbling manner and/or to support it so that it can move transversely relative to its longitudinal axis 11 .
  • the storage device Bl is preferably positioned in the applicator 50 .
  • the storage area B2 is positioned between the storage device B1 and the nozzle 2 .
  • a longitudinal extension L2 of the rod 1 from the storage area B2 to the outlet of the nozzle 2 is preferably greater than a longitudinal extension LI of the rod 1 from the storage area B2 to the storage device B1. It follows from the lever ratio of LI to L2 that a deflection h2 of the nozzle 2 is greater than a deflection hl of the rod 1 in the bearing area B2 and a deflection hO of the rod 1 on the bearing device Bl is smaller than the deflection hl in the bearing area B2 (e.g e.g.: L2 > LI and/or h2 >hl
  • Small bends, deformations and/or displacements (of, for example, only a few tenths of a millimeter) can thus advantageously be sufficient to achieve a sufficiently large deflection h2 of the nozzle 2 (of, for example, at least 1 mm).
  • the respective actuating arm structure 3, 3x is preferably part of at least a three-bar or at least four-bar lever mechanism.
  • the respective actuating arm structure 3, 3x can, for. B. be pivotable about a base joint Gl, Glx.
  • the respective piezo actuator 4; 4x can expediently be coupled to the respective actuating arm structure 3, 3x via a coupling joint G2, G2x, in particular to the respective first subsection S1, Six.
  • the respective actuating arm structure 3, 3x can be divided into the first section S1, Six and the second section S2, S2x, in particular by means of an intermediate joint G3, G3x.
  • the respective actuating arm structure 3, 3x, in particular the respective second partial section S2, S2x, can be coupled to the rod 1 in the bearing area B2 via a connecting joint G4, G4x.
  • At least one of the aforementioned joints G1, G2, G3, G4; G1x, G2x, G3x, G4x is formed by a weakening of the material, is integrally connected to the respective actuating arm structure 3, 3x in one piece, is formed as a flexure joint, and/or is formed to be elastically deformable. Consequently, the bending and/or deformation of the respective actuating arm structure 3, 3x and/or the respective joints G1, G2, G3, G4; Glx, G2x, G3x, G4x preferably in the elastic range.
  • the rod 1 is preferably designed as a hollow, suitably elongate tube and comprises a suitably central application agent channel 12 for guiding the application agent to the nozzle 2.
  • the application agent channel 12 can z. B. extend through the storage device Bl and / or through the storage area B2 and z. B. have an axial inlet opening for the application agent.
  • the rod 1 thus also includes, in particular, a tube.
  • An application agent valve V preferably having a valve needle, can be positioned in the applicator 50 for activating and deactivating the delivery of the application agent, wherein the application agent valve V can be positioned in front of the rod 1 and/or outside of the rod 1 .
  • a valve seat for the valve needle can be positioned in front of the rod 1 and/or outside of the rod 1 .
  • the piezo actuator device 100 may comprise an application agent valve (not shown) having a valve needle for activating and deactivating the dispensing of the application agent and for the valve needle to extend at least in sections, preferably axially, in the rod 1 and/or in the nozzle 2 .
  • the valve needle z. B. be flexible and / or extend through the storage device Bl and / or the storage area B2.
  • a valve seat for the valve needle can, for. B. in the rod 1 and / or in the nozzle 2, preferably be positioned substantially directly in front of the nozzle 2. As a result, dripping of application agent can be reduced or avoided.
  • the respective piezo actuator 4, 4x preferably includes an elastically deformable frame structure 4.1, 4.1x, where z. B. the frame structure 4.1, 4.1x can be designed as a bending frame and/or to increase an actuating force on the respective actuating arm structure 3, 3x.
  • the respective piezo actuator 4, 4.1 is preferably elongate with a longitudinal direction L and a transverse direction C.
  • the respective actuating arm structure 3, 3x is preferably a one-piece integral part of a frame 20, 20x (preferably open on at least one side), the respective piezo actuator 4, 4x z. B. can be arranged in the respective frame 20, 20x.
  • the respective piezo actuator 4, 4x can be mounted in its transverse direction C on one side on the respective frame 20, 20x and fixed on the other side by means of the respective coupling joint G2, G2x on the respective actuating arm structure 3, 3x. In its longitudinal direction L, however, the respective piezoelectric actuator 4, 4x can be arranged in the respective frame 20, 20x in a manner that is preferably free of bearing and deformable.
  • the respective frame construction 4.1, 4.1x and/or the respective piezo actuator 4, 4x can be at least slightly elongated and z.
  • the respective frame structure 4.1, 4.1x is preferably formed circumferentially.
  • the respective frame construction 4.1, 4.1x z. B. accommodated one or more piezo-active elements (e.g. one or more piezo stacks) for longitudinally oriented deformation of the respective frame construction 4.1, 4.1x, the longitudinally oriented deformation having a transversely oriented deformation of the respective frame construction 4.1, 4.1x for generating the actuating force causes the respective actuating arm structure 3, 3x.
  • piezo-active elements e.g. one or more piezo stacks
  • piezoactive elements can preferably be coupled to one another and to the respective frame construction 4.1, 4.1x in the longitudinal direction L of the respective frame construction 4.1, 4.1x, with z. B. in the transverse direction C of the respective frame structure 4.1, 4.1x a free space can be made available.
  • the at least one trajectory P that can be generated by means of the piezo actuator devices 40, 40x preferably extends around a central system axis A of the piezo actuator device 100.
  • the central system axis A can be z. B. extend centrally through the bearing device Bl and / or be defined by a central axis of the bearing device Bl.
  • FIGS. 4 to 6 show the rod 1 in a non-deflected state, in particular in a basic or neutral position.
  • the system central axis A is expediently aligned substantially coaxially with the longitudinal axis 11 of the rod 1 .
  • Figures 7 and 8 illustrate exemplary different trajectories P of the nozzle 2 expediently around the system central axis A.
  • the trajectories P can be achieved by means of the piezo actuator devices 40, 40x, in particular as a function of the excitation energy for their respective piezo actuator 4, 4x , generated and modeled.
  • the at least one trajectory P can, for. B. extend eccentrically to the system central axis A and / or represent a (z. B. open or closed) orbit around the system central axis A.
  • a particular advantage is that by means of the piezo actuator devices 40, 40x z. B. at least one circular trajectory P for the nozzle 2 ( Figure 7), at least one elliptical trajectory P for the nozzle 2 ( Figure 8) and/or at least one trajectory deviating from a circular trajectory can be generated ( Figure 8).
  • FIG. 9 shows an application device 200, with a piezo actuator device 100 and a manipulator 201, shown only schematically, for guiding the piezo actuator device 100 and a component 202, shown only schematically.
  • B. be a robot with at least 2, at least 3, at least 4 or at least 5 axes of movement.
  • Manipulator 201 is used in particular to move piezo actuator device 100 (in particular during application of the application agent) along component 202 (e.g. a motor vehicle body component), resulting in a superimposition of the nozzle movements generated by piezo actuator device 100 and the movements generated by the manipulator 201 in order to be able to generate an application, in particular a swirl application, on the component 202.
  • component 202 e.g. a motor vehicle body component
  • the application device 200 can, for. B. include a vision system 203 shown only schematically, in particular a (z. B. camera or laser-based) detection system (z. B. with one or more cameras and / or one or more lasers), z. B. in particular to carry out a component measurement preceding the application in time and/or to record an application result (e.g. to carry out a quality control, in particular an online quality control).
  • the controller 60 can, for. B. be set up to control the application as a function of parameters detected by means of the detection system.
  • FIG. 10 shows a control scheme, in particular a signal processing scheme for a piezo actuator device 100 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a control device 60 is provided, by means of which the excitation energy (e.g. electrical voltage) for the respective piezo actuator 4, 4x and thus the excitation energy supplied to the respective piezo actuator 4, 4x (e.g. via a generator device 70 and an optional amplification device 80), preferably in order to control the transverse deflection of the rod 1.
  • the generator device 70 serves to generate the excitation energy for the respective piezo actuator 4, 4x, in particular to generate (e.g. essentially square-wave and/or pre-deformed) voltage signals (e.g. -IV to +7V) for the respective Piezo actuator 4, 4x.
  • Control device 60 is used in particular to control generator device 70 and/or amplification device 80.
  • the optional amplification device 80 serves to amplify the excitation energy generated by the generator device 70 .
  • the optionally amplified excitation energy and thus the voltage signals can be fed to the respective piezo actuator 4, 4x.
  • the voltage signals are z. B. essentially square-wave voltage signals.
  • the respective piezo actuator 4, 4x can act on the rod 1 via the respective actuating arm structure 3, 3x.
  • the shape of the respective stroke curve can essentially correspond to the curve of the voltage signals generated by the generator device 70 .
  • the excitation energy and thus the voltage signals it is possible for the excitation energy and thus the voltage signals to be pre-shaped (expediently "preshaping" the voltage signals), for example in order to prevent the rod 1 from overshooting (for example in the case of rapid activation).
  • hollow rod especially tube
  • Bl.l bearing element preferably elastic
  • Bl.2 bearing element preferably elastic
  • B2 Storage area preferably drive point
  • control device in particular electronic control device

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Piezo-Aktorvorrichtung (100), vorzugsweise zur Anbringung an einen Manipulator (201) und/oder zur Ermöglichung einer Swirl-Applikation auf einem Bauteil (202), mit einer Düse (2) zur Ausgabe eines Applikationsmittels auf ein Bauteil (202), einer die Düse (2) aufweisenden, vorzugsweise hohlen und/oder als Rohr ausgebildeten, Stange (1), und zumindest zwei Piezo-Aktor-Einrichtungen (40, 40x), die eingerichtet sind, um die Stange (1) in unterschiedliche Richtungen transversal zu ihrer Längsachse (11) auszulenken, wodurch vorzugsweise die Düse (2) entlang zumindest einer Bewegungsbahn (P) bewegbar ist. Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Applikationsvorrichtung (200) und ein zugehöriges Verfahren.

Description

BESCHREIBUNG
Piezo-Aktorvorrichtung, vorzugsweise mit transversal auslenkbarer Düse
Die Erfindung betrifft eine Piezo-Aktorvorrichtung, vorzugsweise mit transversal auslenkbarer Düse zur Ausgabe eines Applikationsmittels, z. B. zur Ermöglichung einer Swirl-Applikation auf einem Bauteil.
Insbesondere im Bereich der Fahrzeugabdichtung und Fahrzeugkonservierung mit PVC - Plastiso- len oder der Applikation von Klebstoffen sind bislang Techniken wie z.B. Flatstream, Airless, Rundstrahl oder verwandte Applikationen bekannt. Der Einsatz eines sogenannten Swirls für eine Swirl- Applikation stellt hier eine spezielle Applikationstechnik von Rundstrahlnähten dar. Aus z. B. der DE 10 2014 015 057 Al ist bereits eine Vorrichtung zur Erzeugung einer üblichen Swirl-Applikation bekannt.
Üblicherweise wird zur Erzeugung einer Swirl-Applikation auf einem Bauteil eine Düse über einen Elektromotor mittels eines Exzenters auf einer Kreisbahn um eine Systemzentralachse (z. B. Drehachse) ausgelenkt, um die Rundstrahlnaht in breiteren, überlappenden Kreisen aufzutragen. Die Parameter für eine solche Rundstrahlnaht werden also im Vergleich zu einer konventionellen Ausgabeeinrichtung (z. B. Volumenstrom, Düsendurchmesser, Robotergeschwindigkeit etc.) noch um die Drehzahl und die Auslenkung des Exzenters erweitert.
Durch eine Auslenkung der Düse mittels eines Elektromotors mit Exzenter sind z. B. Randanhäufungen bei der erzeugten Naht aber unabdingbar, da sich der Applikationsmittel-Strahl in einer Sinuswelle auf der Applikationsoberfläche ablegt, wenn der Applikator z. B. mittels eines Roboters entlang des Bauteils bewegt wird. Um diesen Nachteil ausgleichen zu können, müsste die Verweildauer der Düse am Nahtrand so wie in der Nahtmitte gleich lang sein, um gleich viel Applikationsmittel aufzutragen. Das ist z.B. mit einer elliptischen Kreisbahn möglich, was aber ein Umorientieren des Applikators notwendig macht. Sollte während der Applikation die Auslenkung des Exzenters geändert werden müssen, z. B. um die Naht anzupassen, ist eine aktive Exzenterverstellung notwendig, die, basierend auf dem gleichen Konzept (insbesondere angetrieben durch einen Elektromotor), komplex und Fehler-anfällig ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative und/oder verbesserte Vorrichtung zur Applikation eines Applikationsmittels auf ein Bauteil (z. B. Kraftfahrzeugkarosseriebauteil) bereitzustellen, insbesondere zur Ermöglichung einer Swirl-Applikation auf dem Bauteil.
Diese Aufgabe kann mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart oder ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Die Erfindung betrifft eine Piezo-Aktorvorrichtung, z. B. zur Anbringung an einen Manipulator (z. B. Roboter) und/oder zur Ermöglichung einer Swirl-Applikation, insbesondere auf einem Bauteil wie z. B. einem Kraftfahrzeugkarosseriebauteil.
Die Piezo-Aktorvorrichtung umfasst eine Düse, insbesondere mit einer Ausgabeöffnung, zur Ausgabe eines Applikationsmittels auf ein Bauteil (z. B. ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil).
Das Applikationsmittel kann z. B. ein viskoses, insbesondere hochviskoses Applikationsmittel sein.
Das Applikationsmittel kann z. B. ein Dichtmittel, ein Polyvinylchlorid (PVC, insbesondere ein PVC- Plastisol), einen Dickstoff, einen Lack, ein Klebemittel, ein Konservierungsmittel (z. B. Wachs) und/oder einen Dämmstoff umfassen.
Die Piezo-Aktorvorrichtung umfasst auch eine die Düse aufweisende (z. B. hohle und/oder als Rohr ausgebildete) Stange und zumindest zwei Piezo-Aktor-Einrichtungen.
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen sind insbesondere eingerichtet, um die Stange (insbesondere während einer Ausgabe des Applikationsmittels) in unterschiedliche Richtungen transversal (z. B. seitlich, quer, schräg und/oder im Wesentlichen orthogonal) zur Längsachse der Stange auszulenken, vorzugsweise variabel auszulenken. Dadurch ist es z. B. möglich, dass die Düse vorzugsweise entlang zumindest einer Bewegungsbahn (z. B. um eine Systemzentralachse) bewegbar ist. Die zumindest eine Bewegungsbahn kann z. B. zumindest eine im Wesentlichen kreisförmige Bewegungsbahn, zumindest eine im Wesentlichen elliptische Bewegungsbahn und/oder zumindest eine von einer kreisförmigen Bewegungsbahn abweichende Bewegungsbahn umfassen. Alternativ oder ergänzend ist sogar z. B. zumindest eine Zick-Zack-förmige Bewegungsbahn und/oder zumindest eine polygonförmige Bewegungsbahn möglich.
Die Piezo-Aktorvorrichtung ist vorzugsweise geeignet für die Applikation eines oder mehrerer, insbesondere mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen definierbarer Muster (z. B. mit hochviskosem Applikationsmittel).
Es ist somit vorzugsweise möglich, dass durch die Auslenkung der Düse mittels der Piezo-Aktor- Einrichtungen auch eine oder mehrere andere Bewegungsbahnen als nur Kreisbahnen für die Düse erzeugt werden können, z. B. um eine Applikationsmittelverteilung im Querschnitt einer Applikationsmittelnaht vorteilhaft beeinflussen zu können.
Vorzugsweise kann sich die zumindest eine Bewegungsbahn (z. B. exzentrisch) um eine Systemzentralachse der Piezo-Aktorvorrichtung erstrecken.
Die zumindest eine Bewegungsbahn bildet vorzugsweise eine (z. B. offene oder geschlossene) Bewegungsbahn und/oder Umlaufbahn zweckmäßig um die Systemzentralachse.
Besonders bevorzugt kann es sein, dass die Düse mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen z. B. entlang unterschiedlicher Bewegungsbahnen (z. B. um die Systemzentralachse) bewegbar ist.
Alternativ oder ergänzend kann es besonders bevorzugt sein, dass mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen z. B. eine Applikationsmittelverteilung im Querschnitt einer Applikationsmittelnaht vorteilhaft beeinflusst (z. B. verändert) werden kann. Dadurch kann z. B. eine im Wesentlichen gleichmäßige Applikationsmittelverteilung im Querschnitt einer Applikationsmittelnaht erreicht werden und/oder eine Applikationsmittel-Randanhäufung im Querschnitt einer Applikationsmittelnaht reduziert werden, vorzugsweise im Wesentlichen vermieden werden. Mittels der durch die Piezo-Aktor-Einrichtungen vorteilhaft variablen Auslenkung der Stange und somit der Düse können vorzugsweise unterschiedliche Bewegungsbahnen für die Düse erzeugt werden.
Durch die Auslenkung der Düse mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen können üblicherweise komplexe mechanische Konstruktionen zum Verändern eines „Exzenters" vorteilhaft entfallen.
Die unterschiedlichen Bewegungsbahnen können z. B. geometrisch unterschiedlich sein (z. B. kreisförmig und elliptisch) und/oder geometrisch gleich sein, aber unterschiedlich groß (z. B. unterschiedlich groß kreisförmig).
Zu erwähnen ist, dass die Piezo-Aktorvorrichtung vorzugsweise während der Ausgabe des Applikationsmittels auf das Bauteil mittels des Manipulators entlang des Bauteils bewegt wird, um eine Applikation (z. B. eine Applikationsmittelnaht, eine Beschichtung etc.) auf dem Bauteil zu erzeugen. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Piezo-Aktorvorrichtung stationär montiert ist.
Die Piezo-Aktorvorrichtung kann z. B. eine Lagereinrichtung (z. B. ein Taumellager) zum Lagern der Stange umfassen.
Die Lagereinrichtung kann z. B. eingerichtet sein, um die Stange taumelbar zu lagern und/oder relativ zu ihrer Längsachse transversal bewegbar zu lagern. Alternativ oder ergänzend kann die Lagereinrichtung z. B. mittels zumindest eines elastischen Lagerelements (zweckmäßig axial und/oder radial) gelagert sein, vorzugsweise mittels zumindest eines insbesondere elastischen O-Rings.
Im Kontext der Erfindung ist es möglich, dass die Lagereinrichtung einen (z. B. axialen und/oder radialen) Bewegungsfreiheitsgrad für die Stange zur Verfügung stellt und der Bewegungsfreiheitsgrad kleiner ist als 5mm, 2mm, 1mm oder 0,5mm.
Die Systemzentralachse kann sich z. B. axial durch die Lagereinrichtung erstrecken und/oder z. B. durch eine Mittelachse der Lagereinrichtung definiert werden.
Es ist möglich, dass die Stange in einem Lagerbereich mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen antreibbar ist, vorzugsweise relativ zu ihrer Längsachse transversal antreibbar ist. Der Lagerbereich kann somit vorzugsweise eine Antriebstelle zum transversalen Auslenken der Stange bilden. Der Lagerbereich kann z. B. zwischen der Lagereinrichtung und der Düse positioniert sein.
Es ist möglich, dass eine Längserstreckung der Stange vom Lagerbereich bis zum Austritt der Düse größer oder gleich groß ist wie eine Längserstreckung der Stange vom Lagerbereich bis zur Lagereinrichtung.
Die Längserstreckung der Stange vom Lagerbereich bis zum Austritt der Düse kann z. B. um einen Faktor von zumindest 1,1, zumindest 1,2, zumindest 1,5, zumindest 1,8 oder zumindest 2 größer sein als die Längserstreckung der Stange vom Lagerbereich bis zur Lagereinrichtung.
Eine Auslenkung der Düse kann vorzugsweise größer sein als eine Auslenkung der Stange im Lagerbereich B2, wobei z. B. eine Auslenkung der Stange an der Lagereinrichtung kleiner sein kann als die Auslenkung im Lagerbereich B2. (z. B.: L2 > LI und/oder h2 >hl > hO).
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen können z. B. eingerichtet sind, um die Stange mit einer, vorzugsweise variierbaren, Betätigungsfrequenz zwischen beispielsweise 0 Hz bis zumindest 300 Hz, bis zumindest 350 Hz, bis zumindest 400 Hz, bis zumindest 450 Hz, bis zumindest 550 Hz, bis zumindest 650 Hz oder bis zumindest 700 Hz zu beaufschlagen.
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen können z. B. auch eingerichtet sind, um die Düse mittels der Stange auf zumindest einer Bewegungsbahn, vorzugsweise einer Kreisbahn zu bewegen, die einer Drehzahl von beispielsweise zumindest 10.000, zumindest 15.000 oder zumindest 20.000 Umdrehungen pro Minute entspricht.
Die Stange kann z. B. hohl sein, als Rohr ausgebildet sein und/oder insbesondere einen z. B. zentralen Applikationsmittelkanal aufweisen, um das Applikationsmittel zur Düse zu führen.
Im Kontext der Erfindung kann die Stange somit z. B. als Rohr (z. B. Düsenrohr) und/oder als länglicher Hohlkörper ausgebildet sein.
Der Applikationsmittelkanal kann sich z. B. zumindest abschnittsweise oder vollständig im Wesentlichen koaxial oder parallel zur Längsachse der Stange erstrecken. Der Applikationsmittelkanal kann sich z. B. durch die Lagereinrichtung und/oder durch den Lagerbereich erstrecken und/oder eine axiale Einlassöffnung für das Applikationsmittel umfassen.
Der Applikationsmittelkanal kann sich z. B. bis zur Düse und/oder bis zum Austritt der Düse erstrecken.
Es ist möglich, dass die Piezo-Aktorvorrichtung einen Applikator umfasst.
Die Lagereinrichtung kann z. B. in dem Applikator positioniert sein.
Der Lagerbereich kann z. B. außerhalb des Applikators positioniert sein.
Das Applikationsmittel kann vorzugsweise durch den Applikator in die Stange und/oder die Düse geführt werden.
Es ist möglich, dass Piezo-Aktorvorrichtung ein Applikationsmittelventil zum Aktivieren und Deaktivieren der Ausgabe des Applikationsmittels umfasst. Das Applikationsmittelventil, insbesondere dessen Ventilsitz, kann z. B. der Stange vorgelagert sein kann und/oder außerhalb der Stange positioniert sein. Das Applikationsmittelventil ist vorzugsweise ein Nadelventil und kann somit insbesondere eine Ventilnadel umfassen. Das Applikationsmittelventil und/oder ein Ventilsitz für die Ventilnadel ist z. B. in dem Applikator positioniert und zwar vorzugsweise stromaufwärts der Stange.
Die Piezo-Aktorvorrichtung kann z. B. ein eine Ventilnadel aufweisendes Applikationsmittelventil zum Aktivieren und Deaktivieren der Ausgabe des Applikationsmittels umfassen, wobei vorzugsweise die Ventilnadel sich zweckmäßig zumindest abschnittsweise axial in der Düse und/oder in der Stange erstrecken kann und z. B. von Applikationsmittel umströmbar sein kann. Die Ventilnadel kann vorzugsweise biegsam (z. B. elastisch) ausgebildet sein, sich durch die Lagereinrichtung und/oder durch den Lagerbereich hindurch erstrecken. Ein Ventilsitz für die Ventilstange ist vorzugsweise in der Stange, in der Düse und/oder zweckmäßig kurz vor der Düse positioniert, z. B. im ausgangsseitigen Viertel, Fünftel oder Sechstel der Stange. Dadurch kann vorteilhaft ein Nachtropfen des Applikationsmittels reduziert oder vermieden werden. Die Ventilnadel kann z. B. an zumindest einer oder zumindest zwei Führungsstellen innerhalb der Stange geführt sein.
Es ist möglich, dass die Piezo-Aktor-Einrichtungen jeweils einen Piezo-Aktor umfassen. Die Piezo-Aktor-Einrichtungen können z. B. jeweils eine Betätigungsarmstruktur zum Betätigen der Stange umfassen, wobei die Betätigungsarmstrukturen vorzugsweise durch den jeweiligen Piezo- Aktor betätigt (z. B. angetrieben) werden können.
Die jeweilige Betätigungsarmstruktur kann z. B. Teil eines zumindest Dreigelenk- oder zumindest Viergelenk-Hebelmechanismus sein.
Es ist möglich, dass die jeweilige Betätigungsarmstruktur um ein Basisgelenk schwenkbar ist, der jeweilige Piezo-Aktor über ein Kopplungsgelenk an die jeweilige Betätigungsarmstruktur gekoppelt ist, die jeweilige Betätigungsarmstruktur mittels eines Zwischengelenks in einen ersten (z. B. schwenkbaren) Teilabschnitt und einen zweiten (z. B. axial bewegbaren) Teilabschnitt geteilt ist und/oder die jeweilige Betätigungsarmstruktur über ein Verbindungsgelenk zweckmäßig mittelbar oder unmittelbar an die Stange gekoppelt ist, insbesondere am und/oder mittels des Lagerbereichs.
Zumindest eines der zuvor genannten Gelenke kann z. B. durch eine Materialschwächung (z. B. ein Bereich reduzierter Biegesteifigkeit, insbesondere relativ zu zwei angrenzenden Bereichen höherer Biegesteifigkeit, und/oder eine lokale Querschnittsverringerung) ausgebildet sein, einstückigintegral mit der jeweiligen Betätigungsarmstruktur verbunden sein, als Festkörpergelenk ausgebildet sein, und/oder elastisch verformbar ausgebildet sein.
Das Basisgelenk kann vorzugsweise eine Lagerstelle bilden, die z. B. eine Verdrehung der jeweiligen Betätigungsarmstruktur ermöglicht, aber vorzugsweise alle Verschiebungen unterbinden kann. Das Basisgelenk kann somit z. B. ein Festlager bilden.
Es ist möglich, dass der jeweilige Piezo-Aktor in seiner Querrichtung auf der einen Seite vorzugsweise fest gelagert ist und/oder auf der anderen Seite (zweckmäßig mittelbar oder unmittelbar) an die jeweilige Betätigungsarmstruktur gekoppelt ist. Alternativ oder ergänzend kann der jeweilige Piezo-Aktor z. B. in seiner Längsrichtung insbesondere lagerungsfrei verformbar sein.
Der jeweilige Piezo-Aktor kann z. B. eine elastisch verformbare, metallische und/oder schalenförmige Rahmenkonstruktion aufweisen, wobei vorzugsweise die Rahmenkonstruktion als z. B. Biegespannrahmen und/oder zur Verstärkung einer Betätigungskraft auf die jeweilige Betätigungsarmstruktur ausgebildet sein kann. Es ist möglich, dass in der jeweiligen Rahmenkonstruktion zumindest ein piezoaktives Element untergebracht ist (z. B. zumindest ein Piezo-Stack). Das zumindest eine piezoaktive Element kann z. B. aus Keramik, insbesondere Niederspannungskeramik ausgebildet sein.
Das zumindest eine piezoaktive Element kann insbesondere von innen auf die jeweilige Rahmenkonstruktion wirken.
Das zumindest eine piezoaktive Element dient vorzugsweise zur längsorientierten Verformung der jeweiligen Rahmenkonstruktion, z. B. um eine insbesondere querorientierte Verformung der jeweiligen Rahmenkonstruktion zur Erzeugung einer Betätigungskraft für die jeweilige Betätigungsarmstruktur zu bewirken.
Das zumindest eine piezoaktive Element kann somit vorzugsweise im Wesentlichen in Längsrichtung der jeweiligen Rahmenkonstruktion auf die jeweilige Rahmenkonstruktion wirken, z. B. um eine (insbesondere querorientierte) Betätigungskraft auf die jeweilige Betätigungsarmstruktur zu erzeugen.
Es ist möglich, dass die jeweilige Rahmenkonstruktion in ihrer Umfangsrichtung umlaufend ist, insbesondere geschlossen ist.
Die jeweilige Rahmenkonstruktion ist vorzugsweise länglich ausgebildet, z. B. im Wesentlichen ellipsenförmig bis im Wesentlichen rautenförmig und/oder bis im Wesentlichen ring- oder kreisförmig.
Es ist möglich, dass in der jeweiligen Rahmenkonstruktion mehrere piezoaktive Elemente (z. B. Piezo-Stacks) in Längsrichtung der jeweiligen Rahmenkonstruktion untereinander und/oder mit der jeweiligen Rahmenkonstruktion verkoppelt sind, z. B. zur Kraft- und/oder Wegerhöhung.
In Querrichtung der jeweiligen Rahmenkonstruktion kann z. B. ein Freiraum zur Verfügung gestellt sein, um eine Formänderung der jeweiligen Rahmenkonstruktion zu ermöglichen.
Der jeweilige Piezo-Aktor kann vorzugsweise quer (z. B. im Wesentlichen rechtwinklig) zu seiner Längserstreckung die jeweilige Betätigungsarmstruktur betätigen. Alternativ oder ergänzend kann die jeweilige Rahmenkonstruktion vorzugsweise quer (z. B. im Wesentlichen rechtwinklig) zu ihrer Längserstreckung die jeweilige Betätigungsarmstruktur betätigen. Die Betätigungsarmstrukturen sind vorzugsweise in einem Winkel winklig zueinander angeordnet, um in unterschiedliche Richtungen auf die Stange zu wirken, insbesondere nicht-parallel und/oder in einem Winkel von ungleich 0° und/oder ungleich 180° auf die Stange zu wirken.
Es ist möglich, dass die Piezo-Aktor-Einrichtungen, z. B. jeweils in einer Ebene (z. B. orthogonal zur Systemzentralachse und/oder zum Austritt der Düse), in einem Winkel von ungleich 0° und/oder ungleich 180° zueinander ausgerichtet sind. Insbesondere ist es möglich, dass die Betätigungsarmstrukturen, z. B. jeweils in einer Ebene (z. B. orthogonal zur Systemzentralachse und/oder zum Austritt der Düse), in einem Winkel von ungleich 0° und/oder ungleich 180° zueinander ausgerichtet sind.
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen, insbesondere deren Betätigungsarmstrukturen, können z. B. eingerichtet sein, um in einem Winkel von ungleich 0° und/oder ungleich 180° auf die Stange zu wirken, insbesondere nicht-parallel zueinander auf die Stange zu wirken.
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen sind insbesondere eingerichtet, um die Stange in unterschiedliche nicht-parallel zueinander ausgerichtete Richtungen transversal (z. B. seitlich, quer, schräg und/oder im Wesentlichen orthogonal) zur Längsachse der Stange auszulenken, vorzugsweise variabel auszulenken.
Dadurch kann vorteilhaft ermöglicht werden, dass die Stange in unterschiedlichen (insbesondere nicht-parallelen) Richtungen ausgelenkt werden kann.
Es ist möglich, dass die Piezo-Aktor-Einrichtungen vorzugsweise außen am Applikator festgelegt sind, z. B. montiert sind.
Die Piezo-Aktorvorrichtung, vorzugsweise der Applikator, kann z. B. mit einer Drehdurchführung verbunden sein, über die z. B. das Applikationsmittel zuführbar und/oder rückführbar ist.
Es ist möglich, dass die Piezo-Aktorvorrichtung mit einer Heizeinrichtung verbunden ist, mittels der das Applikationsmittel beheizbar ist, was z. B. bei hochviskosem Applikationsmittel, insbesondere Klebemittel vorteilhaft sein kann. Alternativ oder ergänzend kann die Piezo-Aktorvorrichtung z. B. mit einer Kühleinrichtung (z. B. zumindest ein Peltierelement) verbunden sein, mittels der das Applikationsmittel kühlbar ist. Die Heizeinrichtung und/oder die Kühleinrichtung kann z. B. am oder im Applikator verbaut sein und/oder, zweckmäßig in Flussrichtung des Applikationsmittels, stromaufwärts des Applikationsmittelventils oder stromabwärts des Applikationsmittelventils positioniert sein.
Die Piezo-Aktorvorrichtung, vorzugsweise der Applikator, kann z. B. zumindest einen Sensor zur Messung einer Temperatur des Applikationsmittels umfassen und/oder zumindest einen Sensor zur Messung eines Drucks des Applikationsmittels umfassen.
Der zumindest eine Sensor zur Messung einer Temperatur des Applikationsmittels und/oder der zumindest eine Sensor zur Messung eines Drucks des Applikationsmittels ist, zweckmäßig in Flussrichtung des Applikationsmittels, stromaufwärts des Applikationsmittelventils positioniert ist, um vorzugsweise stromaufwärts des Applikationsmittelventils zu messen.
Die Piezo-Aktorvorrichtung kann z. B. eine Applikationsmittel-Zuführung (z. B. Vorlauf) und eine Applikationsmittel-Rückführung (z. B. Rücklauf) zur Applikationsmittelzirkulation umfassen oder zumindest zwei Applikationsmittel-Zuführungen aufweisen, über die z. B. unterschiedliche Applikationsmittel zuführbar und vorzugsweise mittels der Düse ausgebbar sind. Die Piezo- Aktorvorrichtung kann somit insbesondere auch zum wahlweisen Ausgeben unterschiedlicher Applikationsmittel ausgebildet sein.
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen können z. B. eingerichtet sein, um in Abhängigkeit einer (z. B. einstellbaren) Erregungsenergie für ihren jeweiligen Piezo-Aktor die Stange, zweckmäßig unterschiedlich weit, in unterschiedliche Richtungen transversal zu ihrer Längsachse auszulenken. Dadurch kann insbesondere in Abhängigkeit der jeweiligen Piezo-Aktor-Erregungsenergie ein jeweiliger Hub auf die Stange gesteuert werden.
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen können insbesondere eingerichtet sein, um einen jeweiligen Hub auf die Stange auszuüben, wobei der jeweilige Hub in Abhängigkeit einer Erregungsenergie für den jeweiligen Piezo-Aktor (zweckmäßig frei und/oder beliebig) einstellbar ist, vorzugsweise auf zumindest eine Zwischenstellung zwischen einem Maximalhub und einem Minimalhub.
Die Erregungsenergie ist insbesondere elektrische Erregungsenergie (zweckmäßig elektrische Spannung). Im Kontext der Erfindung ist es somit vorzugsweise möglich, als Applikationsvariable einen jeweiligen Hub zum transversalen Auslenken der Stange (vorzugsweise frei und/oder beliebig) einstellen zu können, was vorteilhaft die Erzeugung z. B. unterschiedlicher Bewegungsbahnen für die Düse ermöglicht.
Es ist möglich, dass eine z. B. elektronische Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt ist, um eine der jeweiligen Piezo-Aktor-Einrichtung und/oder dem jeweiligen Piezo-Aktor zuzuführende Erregungsenergie zu steuern.
Es ist möglich, dass eine Generatoreinrichtung zur Erzeugung der Erregungsenergie (z. B. elektrische Spannung, Spannungssignale etc.) für den jeweiligen Piezo-Aktor zur Verfügung gestellt ist.
Es ist möglich, dass z. B. eine Verstärkungseinrichtung zur Verstärkung der durch die Generatoreinrichtung erzeugten Erregungsenergie zur Verfügung gestellt ist.
Die Generatoreinrichtung kann z. B. einen oder mehrere Generatoren aufweisen.
Die Verstärkungseinrichtung kann zweckmäßig einen oder mehrere Verstärker aufweisen.
Die Steuereinrichtung kann z. B. zur Steuerung der Generatoreinrichtung und/oder der Verstärkungseinrichtung eingerichtet sein.
Folglich kann die Steuereinrichtung die Erregungsenergie für den jeweiligen Piezo-Aktor z. B. über die Generatoreinrichtung und/oder die Verstärkungseinrichtung steuern.
Der jeweilige Piezo-Aktor ist vorzugsweise mit (zweckmäßig elektrischer) Erregungsenergie ansteuerbar, insbesondere Spannung, zweckmäßig Spannungssignalen.
Die Steuereinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, um die Erregungsenergie für den jeweiligen Piezo-Aktor zu steuern.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere eine elektronische Steuereinrichtung und kann z. B. zumindest eine Recheneinheit und/oder zumindest einen Prozessor umfassen. Die Steuereinrichtung kann z. B. eine Speichereinheit umfassen, in der eine Steuersoftware (z. B. ein Steuerprogramm) und/oder eine Steuerlogik hinterlegt sein kann, gemäß welcher die Erregungsenergie für den jeweiligen Piezo-Aktor gesteuert werden kann.
Es besteht im Rahmen der Erfindung z. B. die Möglichkeit, dass die Steuereinrichtung mit ihrer Funktion auf eine zentrale Steuereinheit oder mehrere verschiedene Hardware-Komponenten und/oder Steuereinheiten verteilt ist.
Die Piezo-Aktoren können, vorzugsweise mittels der Steuereinrichtung, z. B. unabhängig voneinander steuerbar sein.
Die Piezo-Aktoren können z. B. mit einer gleich oder unterschiedlich großen Betätigungsfrequenz und/oder Erregungsenergie beaufschlagt werden.
Die Piezo-Aktorvorrichtung ermöglicht vorzugsweise eine definierte Applikation des Applikationsmittels auf dem Bauteil, wodurch z. B. Nacharbeiten reduziert oder sogar gänzlich entfallen können. Durch die definierte Applikation des Applikationsmittels kann vorteilhaft auch der Verbrauch an Applikationsmittel reduziert werden, wodurch z. B. eine nachhaltige Produktion gefördert werden kann.
Das Applikationsmittel ist vorzugsweise viskos, insbesondere hochviskos.
Im Kontext der Erfindung dient der jeweilige Piezo-Aktor vorzugsweise zum insbesondere mittelbaren Bewegen und/oder Betätigen der Stange, vorzugsweise über die jeweilige Betätigungsarmstruktur.
Die Steuereinrichtung kann z. B. den jeweiligen Piezo-Aktor z. B. mittelbar oder unmittelbar ansteuern.
Die Erregungsenergie für den jeweiligen Piezo-Aktor kann z. B. mittels der Verstärkungseinrichtung verstärkte oder nicht-verstärkte oder reduzierte Erregungsenergie sein.
Zu erwähnen ist, dass die Piezo-Aktor-Einrichtungen zweckmäßig eingerichtet sein können, um die Stange insbesondere in zueinander nicht-parallelen unterschiedlichen Richtungen transversal (z. B. seitlich, quer, schräg und/oder im Wesentlichen orthogonal) zur Längsachse der Stange auszulenken, vorzugsweise variabel auszulenken.
Die Stange kann z. B. einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Düse z. B. einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Die Düse kann z. B. an die Stange zweckmäßig mittelbar oder unmittelbar anmontiert sein, z. B. lösbar oder unlösbar. Es ist z. B. auch möglich, dass die Düse z. B. als einstückig-integraler Teil der Stange ausgebildet ist.
Die Düse und die Stange können vorzugsweise im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sein.
Die Piezo-Aktorvorrichtung dient vorzugsweise zur Herstellung einer Applikation (z. B. einer Applikationsmittelnaht, einer Beschichtung und/oder einer Swirl-Applikation etc.) auf dem Bauteil.
Die Piezo-Aktorvorrichtung kann vorzugsweise während der Ausgabe des Applikationsmittels auf das Bauteil mittels des Manipulators entlang des Bauteils bewegt werde, um eine Applikation (z. B. eine Applikationsmittelnaht, eine Beschichtung und/oder eine Swirl-Applikation etc.) auf dem Bauteil zu erzeugen. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Piezo-Aktorvorrichtung z. B. stationär montiert ist.
Zu erwähnen ist, dass die jeweilige Betätigungsarmstruktur, insbesondere der jeweilige erste Teilabschnitt und/oder zweite Teilabschnitt, z. B. zumindest abschnittsweise elastisch ausgebildet sein kann, insbesondere um sich während der Betätigung der Stange elastisch verformen und/oder verbiegen zu können.
Zu erwähnen ist auch, dass in einem nicht-ausgelenkten Zustand und/oder einer Grund- oder Neutralstellung der Stange die Längsachse der Stange und die Systemzentralachse vorzugsweise im Wesentlichen koaxial zueinander ausgerichtet sein können.
Zu erwähnen ist des Weiteren, dass die Piezo-Aktorvorrichtung z. B. zumindest drei oder zumindest vier Piezo-Aktor-Einrichtungen und/oder z. B. zumindest drei oder zumindest vier Betätigungsarmkonstruktionen umfassen kann. Zu erwähnen ist nochmals, dass Stange vorzugsweis als Rohr (z. B. Düsenrohr) ausgebildet sein kann, insbesondere mit axialer Einlassöffnung für das Applikationsmittel und/oder axialer Auslassöffnung für das Applikationsmittel. Die Stange kann somit z. B. hohl sein, insbesondere ein länglicher Hohlkörper.
Die Erfindung umfasst auch eine Applikationsvorrichtung mit zumindest einer Piezo- Aktorvorrichtung wie hierin offenbart.
Die Applikationsvorrichtung kann z. B. einen ein- oder mehrachsigen (z. B. zumindest 2, zumindest 3, zumindest 4 oder zumindest 5 achsigen) Manipulator, insbesondere Roboter zum Führen der Piezo-Aktorvorrichtung aufweisen. Der Manipulator dient insbesondere dazu, die Piezo- Aktorvorrichtung (insbesondere während einer Applikation des Applikationsmittels) entlang des Bauteils zu bewegen, wodurch eine Überlagerung der mittels der Piezo-Aktorvorrichtung erzeugten Düsenbewegungen und der durch den Manipulator erzeugten Bewegungen erfolgt, um z. B. eine Applikation (z. B. eine Applikationsmittelnaht, eine Beschichtung und/oder eine Swirl-Applikation etc.) auf dem Bauteil erzeugen zu können.
Es ist aber auch möglich, dass die Piezo-Aktorvorrichtung stationär montiert ist und somit z. B. an keinem Roboter oder Manipulator montiert ist.
Die Steuereinrichtung kann z. B. auch zum Steuern des hierin offenbarten Manipulators, insbesondere Roboters, dienen. Bei der Steuereinrichtung kann es sich somit z. B. um die Manipulator-Steuereinrichtung, insbesondere die Roboter-Steuereinrichtung handeln.
Es ist möglich, dass ein (z. B. Kamera- oder Laser basiertes) Erfassungssystem (z. B. mit einer oder mehreren Kameras und/oder einem oder mehreren Lasern) zur Verfügung gestellt ist, z. B. um insbesondere eine der Applikation zeitlich vorgelagerte Bauteilvermessung durchzuführen und/oder um ein Applikationsergebnis (z. B. zur Durchführung einer Qualitätskontrolle, insbesondere einer online Qualitätskontrolle) zu erfassen. Die hierhin erwähnte Steuereinrichtung kann z. B. eingerichtet sein, um die Applikation in Abhängigkeit von mittels des Erfassungssystems erfasster Parameter zu steuern.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren, insbesondere für eine Piezo-Aktorvorrichtung und/oder eine Applikationsvorrichtung wie hierin offenbart, so dass die Offenbarung zur Piezo-Aktorvorrichtung und/oder zur Applikationsvorrichtung zweckmäßig ebenso für das Verfahren gilt. Bei dem Verfahren gibt eine Düse ein Applikationsmittel auf ein Bauteil aus und zumindest zwei Piezo-Aktor-Einrichtungen lenken eine die Düse aufweisende (z. B. hohle und/oder als Rohr ausgebildete) Stange in unterschiedliche Richtungen transversal (z. B. seitlich, quer, schräg und/oder im Wesentlichen orthogonal) zur Längsachse der Stange aus.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele und Merkmale der Erfindung können zweckmäßig miteinander kombiniert werden. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart oder ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer Piezo-Aktorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 zeigt eine Ansicht der Piezo-Aktorvorrichtung von vorne,
Figur 3 zeigt eine Ansicht der Piezo-Aktorvorrichtung von oben,
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht der Piezo-Aktorvorrichtung,
Figur 5 zeigt die Schnittansicht der Figur 4, insbesondere zur Erläuterung eines Funktions- /Betätigungsprinzips gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 6 illustriert schematisch ein Funktions-/Betätigungsprinzip gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figuren 7 und 8 illustrieren unterschiedliche Düsen-Bewegungsbahnen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 9 zeigt eine Applikationsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Figur 10 zeigt ein Steuerungsschema für eine Piezo-Aktorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die unter Bezugnahme auf die Figuren beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung stimmen teilweise überein, wobei ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele verwiesen werden kann, um Wiederholungen zu vermeiden. Zu Darstellungszwecken sind nicht alle Teile in allen Figuren mit Bezugszeichen versehen.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen unterschiedliche Ansichten einer Piezo-Aktorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Piezo-Aktorvorrichtung 100 dient vorzugsweise zur Herstellung einer Applikation (z. B. eine Applikationsmittelnaht, einer Beschichtung etc.) auf einem in Figur 9 schematisch dargestelltem Bauteil 202 (z. B. ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil) und zwar insbesondere zur Ermöglichung einer Swirl-Applikation. Bei dem Applikationsmittel kann es sich z. B. um ein viskoses, insbesondere hochviskoses Applikationsmittel handeln.
Die Piezo-Aktorvorrichtung 100 umfasst eine Düse 2 zur Ausgabe eines Applikationsmittels auf das Bauteil 202, eine die Düse 2 aufweisende Stange 1 und zumindest zwei Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x. Die Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x umfassen jeweils einen Piezo-Aktor 4, 4x und eine durch den jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x betätigbare, insbesondere antreibbare Betätigungsarmstruktur 3, 3x zum Betätigen, insbesondere antreiben der Stange 1.
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x sind eingerichtet, um, insbesondere während einer Ausgabe des Applikationsmittels, die Stange 1 in insbesondere zueinander nicht-parallele unterschiedliche Richtungen transversal (z. B. seitlich, quer, schräg und/oder im Wesentlichen orthogonal) zu ihrer Längsachse 11 vorzugsweise variabel auszulenken, vorzugsweise in Abhängigkeit einer elektrischen Erregungsenergie (z. B. elektrische Spannung) für den jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x. Durch das Auslenken der Stange 1 kann die Düse 2 z. B. entlang zumindest einer Bewegungsbahn P insbesondere um eine Systemzentralachse A (z. B. Figuren 7 und 8) bewegt werden, wobei die zumindest eine Bewegungsbahn P z. B. zumindest eine im Wesentlichen kreisförmige Bewegungsbahn, zumindest eine im Wesentlichen elliptische Bewegungsbahn und/oder zumindest eine von einer kreisförmigen Bewegungsbahn abweichende Bewegungsbahn umfassen kann.
Ein besonderer Vorteil ist, dass die Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x eingerichtet sein können, um einen jeweiligen Hub auf die Stange 1 zweckmäßig frei wählbar einstellen zu können, z. B. auf zumindest eine Zwischenstellung zwischen einem Maximalhub und einem Minimalhub. Der jeweilige Hub ist abhängig von der Höhe der Erregungsenergie, mittels der der jeweilige Piezo-Aktor 4, 4x beaufschlagt wird. Eine Steuereinrichtung 60 (z. B. Figur 6) kann zur Verfügung gestellt sein, die eingerichtet ist, um die Erregungsenergie zu steuern. Die Steuereinrichtung 60 kann z. B. eine Steuereinheit, insbesondere mit Steuersoftware und/oder Steuerlogik, umfassen, mittels der die Erregungsenergie für den jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x und somit die dem jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x zugeführte Erregungsenergie steuerbar ist.
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x sind vorzugsweise in einer Ebene in einem Winkel a von ungleich 0° und/oder ungleich 180° zueinander ausgerichtet, insbesondere um in einem Winkel a von ungleich 0° und/oder ungleich 180° und somit zweckmäßig nicht-parallel zueinander auf die Stange 1 zu wirken.
Eine vorzugsweise variable Auslenkung der Stange 1 mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x ermöglicht insbesondere, dass nicht nur eine einzige Bewegungsbahn erzeugbar ist, sondern unterschiedliche Bewegungsbahnen P für die Düse 2 erzeugt werden können (z. B. Figuren 7 und 8). Die eine oder die mehreren Bewegungsbahnen P können z. B. zumindest eine im Wesentlichen kreisförmige Bewegungsbahn (z. B. Figur 7) und/oder zumindest eine von einer kreisförmigen Bewegungsbahn abweichende Bewegungsbahn umfassen, z. B. eine im Wesentlichen elliptische Bewegungsbahn (z. B. Figur 8).
Im Kontext der Erfindung kann die Düse 2 mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x vorzugsweise entlang unterschiedlicher Bewegungsbahnen P bewegt werden. Alternativ oder ergänzend kann im Kontext der Erfindung mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x z. B. eine Applikationsmittelverteilung im Querschnitt einer Applikationsmittelnaht beeinflusst werden. Dadurch kann vorteilhaft eine im Wesentlichen gleichmäßige Applikationsmittelverteilung im Querschnitt einer Applikationsmittelnaht erreicht werden und/oder eine Applikationsmittel-Randanhäufung im Querschnitt einer Applikationsmittelnaht reduziert, vorzugsweise im Wesentlichen vermieden werden.
Die Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x können z. B. eingerichtet sein, um die Stange 1 mit einer vorzugsweise variierbaren Betätigungsfrequenz zwischen z. B. 0 Hz bis zumindest 400 Hz zu beaufschlagen und die Düse 2 mittels der Stange 1 mit einer Drehzahl von z. B. zumindest 10.000, zumindest 15.000 oder zumindest 20.000 Drehungen pro Minute entlang einer Bewegungsbahn P zu bewegen. Die Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x umfassen wie bereits erwähnt jeweils einen Piezo-Aktor 4, 4x und eine durch den jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x betätigbare Betätigungsarmstruktur 3, 3x zum Betätigen der Stange 1. In Figur 2 kennzeichnen die zwei gestrichelten Doppelpfeile schematisch die Betätigungs- und Antreibrichtung der jeweiligen Betätigungsarmstruktur 3, 3x auf die Stange 1.
Die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x kann z. B. mittels eines Zwischengelenks G3, G3x in einen ersten, vorzugsweise schwenkbaren, Teilabschnitt Sl, Six und einen zweiten, vorzugsweise axial bewegbaren, Teilabschnitt S2, S2x geteilt sein, wobei der jeweilige zweite Teilabschnitt S2, S2x zweckmäßig über einen Lagerbereich B2 an die Stange 1 gekoppelt sein kann.
Die Piezo-Aktorvorrichtung 100 weist auch einen Applikator 50 auf, der z. B. einen Ventilblock umfassen kann und an dessen Außenseite die Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x angebracht sein können.
Die Stange 1 ist in dem Lagerbereich B2 mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x zweckmäßig gelagert und relativ zu ihrer Längsachse 11 transversal antreibbar ist. Insbesondere kann der jeweilige zweite Teilbereich S2, S2x zweckmäßig an den Lagerbereich B2 gekoppelt sein, um die Stange 1 transversal zu ihrer Längsachse 11 anzutreiben. Der Lagerbereich B2 bildet somit eine Antriebsstelle zum insbesondere transversalen Antreiben der Stange 1. Der Lagerbereich B2 kann z. B. außerhalb des Applikators 50 positioniert sein.
Die Piezo-Aktorvorrichtung 100 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 6 weiter beschrieben.
Eine Lagereinrichtung Bl ist eingerichtet, um die Stange 1 taumelbar zu lagern und/oder relativ zu ihrer Längsachse 11 transversal bewegbar zu lagern. Die Lagereinrichtung Bl kann z. B. mittels zumindest eines elastischen Lagerelements Bl.l, Bl.2 zweckmäßig axial und/oder radial gelagert sein, vorzugsweise mittels zumindest eines zweckmäßig elastischen O-Rings. Die Lagereinrichtung Bl ist vorzugsweise im Applikator 50 positioniert.
Der Lagerbereich B2 ist zwischen der Lagereinrichtung Bl und der Düse 2 positioniert ist.
Eine Längserstreckung L2 der Stange 1 vom Lagerbereich B2 bis zum Austritt der Düse 2 ist vorzugsweise größer als eine Längserstreckung LI der Stange 1 vom Lagerbereich B2 bis zur Lagereinrichtung Bl. Aus dem Hebelverhältnis von LI zu L2 folgt, dass eine Auslenkung h2 der Düse 2 größer ist als eine Auslenkung hl der Stange 1 im Lagerbereich B2 und eine Auslenkung hO der Stange 1 an der Lagereinrichtung Bl kleiner ist als die Auslenkung hl im Lagerbereich B2 (z. B.: L2 > LI und/oder h2 >hl
> hO).
Kleine Verbiegungen, Verformungen und/oder Verschiebungen (von z. B. nur wenigen zehntel Millimetern) können somit vorteilhaft ausreichen, um eine ausreichend große Auslenkung h2 der Düse 2 (von z. B. zumindest 1mm) zu erreichen.
Die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x ist vorzugsweise Teil eines zumindest Dreigelenk- oder zumindest Viergelenk-Hebelmechanismus.
Die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x kann z. B. um ein Basisgelenk Gl, Glx schwenkbar sein.
Der jeweilige Piezo-Aktor 4; 4x kann zweckmäßig über ein Kopplungsgelenk G2, G2x an die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x gekoppelt sein, insbesondere an den jeweiligen ersten Teilabschnitt Sl, Six.
Die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x kann insbesondere mittels eines Zwischengelenks G3, G3x in den ersten Teilabschnitt Sl, Six und den zweiten Teilabschnitt S2, S2x geteilt sein.
Die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x, insbesondere der jeweilige zweite Teilabschnitt S2, S2x, kann über ein Verbindungsgelenk G4, G4x zweckmäßig im Lagerbereich B2 an die Stange 1 gekoppelt sein.
Es ist möglich, dass zumindest eines der zuvor erwähnten Gelenke Gl, G2, G3, G4; Glx, G2x, G3x, G4x durch eine Materialschwächung ausgebildet ist, einstückig-integral mit der jeweiligen Betätigungsarmstruktur 3, 3x verbunden ist, als Festkörpergelenk ausgebildet ist, und/oder elastisch verformbar ausgebildet ist. Folglich finden die Verbiegungen und/oder Verformungen der jeweiligen Betätigungsarmstruktur 3, 3x und/oder der jeweiligen Gelenke Gl, G2, G3, G4; Glx, G2x, G3x, G4x vorzugsweise im elastischen Bereich statt.
Die Stange 1 ist vorzugsweise als hohles, zweckmäßig längliches Rohr ausgebildet und umfasst einen zweckmäßig zentralen Applikationsmittelkanal 12, um das Applikationsmittel zur Düse 2 zu führen. Der Applikationsmittelkanal 12 kann sich z. B. durch die Lagereinrichtung Bl und/oder durch den Lagerbereich B2 erstrecken und z. B. eine axiale Einlassöffnung für das Applikationsmittel aufweisen. Im Kontext der Erfindung umfasst die Stange 1 somit auch insbesondere ein Rohr.
Im Applikator 50 kann ein, vorzugsweise eine Ventilnadel aufweisendes, Applikationsmittelventil V zum Aktivieren und Deaktivieren der Ausgabe des Applikationsmittels positioniert sein, wobei das Applikationsmittelventil V der Stange 1 vorgelagert sein kann und/oder außerhalb der Stange 1 positioniert sein kann. Insbesondere kann ein Ventilsitz für die Ventilnadel der Stange 1 vorgelagert sein und/oder außerhalb der Stange 1 positioniert sein.
Es ist aber auch möglich, dass die Piezo-Aktorvorrichtung 100 ein eine Ventilnadel aufweisendes Applikationsmittelventil (nicht gezeigt) zum Aktivieren und Deaktivieren der Ausgabe des Applikationsmittels umfasst und die Ventilnadel sich zumindest abschnittsweise vorzugsweise axial in der Stange 1 und/oder in der Düse 2 erstreckt. Hierbei kann die Ventilnadel z. B. biegsam ausgebildet sein und/oder sich durch die Lagereinrichtung Bl und/oder den Lagerbereich B2 erstrecken. Ein Ventilsitz für die Ventilnadel kann z. B. in der Stange 1 und/oder in der Düse 2, vorzugsweise im Wesentlichen direkt vor der Düse 2 positioniert sein. Dadurch kann ein Nachtropfen von Applikationsmittel reduziert oder vermieden werden.
Der jeweilige Piezo-Aktor 4, 4x umfasst vorzugsweise eine elastisch verformbare Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x, wobei z. B. die Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x als Biegespannrahmen und/oder zur Verstärkung einer Betätigungskraft auf die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x ausgebildet sein kann.
Der jeweilige Piezo-Aktor 4, 4.1 ist vorzugsweise länglich ausgebildet mit einer Längsrichtung L und einer Querrichtung C.
Die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x ist vorzugsweise einstückig-integraler Teil eines (vorzugsweise zumindest einseitig offenen) Rahmens 20, 20x, wobei der jeweilige Piezo-Aktor 4, 4x z. B. in dem jeweiligen Rahmen 20, 20x angeordnet sein kann.
Der jeweilige Piezo-Aktor 4, 4x kann in seiner Querrichtung C auf der einen Seite am jeweiligen Rahmen 20, 20x gelagert sein und auf der anderen Seite mittels des jeweiligen Kopplungsgelenks G2, G2x an der jeweiligen Betätigungsarmstruktur 3, 3x festgelegt sein. In seiner Längsrichtung L kann der jeweilige Piezo-Aktor 4, 4x allerdings im jeweiligen Rahmen 20, 20x vorzugsweise lagerungsfrei verformbar angeordnet sein.
Die jeweilige Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x und/oder der jeweilige Piezo-Aktor 4, 4x kann zumindest geringfügig länglich ausgebildet sein und z. B. quer zur Längsrichtung L die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x betätigen, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsrichtung L. Die jeweilige Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x ist vorzugsweise umlaufend ausgebildet.
In der jeweiligen Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x sind z. B. ein oder mehrere piezoaktive Elemente (z. B. ein oder mehrere Piezo-Stacks) zur längsorientierten Verformung der jeweiligen Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x untergebracht, wobei die längsorientierte Verformung eine querorientierte Verformung der jeweiligen Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x zur Erzeugung der Betätigungskraft auf die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x bewirkt.
In der jeweiligen Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x können vorzugsweise mehrere piezoaktive Elemente in Längsrichtung L der jeweiligen Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x untereinander und mit der jeweiligen Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x gekoppelt sein, wobei z. B. in Querrichtung C der jeweiligen Rahmenkonstruktion 4.1, 4.1x ein Freiraum zur Verfügung gestellt sein kann.
Die mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x erzeugbare zumindest eine Bewegungsbahn P erstreckt sich vorzugsweise um eine Systemzentralachse A der Piezo-Aktorvorrichtung 100. Die Systemzentralachse A kann sich z. B. zentral durch die Lagereinrichtung Bl erstrecken und/oder durch eine Mittelachse der Lagereinrichtung Bl definiert werden.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen die Stange 1 in einem nicht-ausgelenkten Zustand, insbesondere in einer Grund- oder Neutralstellung. Hierbei ist die Systemzentralachse A zweckmäßig im Wesentlichen koaxial zu der Längsachse 11 der Stange 1 ausgerichtet.
Die Figuren 7 und 8 illustrieren beispielhafte unterschiedliche Bewegungsbahnen P der Düse 2 zweckmäßig um die Systemzentralachse A. Die Bewegungsbahnen P können mittels der Piezo-Ak- tor-Einrichtungen 40, 40x, insbesondere in Abhängigkeit der Erregungsenergie für deren jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x, erzeugt und modelliert werden. Die zumindest eine Bewegungsbahn P kann sich z. B. exzentrisch zur Systemzentralachse A erstrecken und/oder eine (z. B. offene oder geschlossene) Umlaufbahn um die Systemzentralachse A darstellen. Ein Vorteil ist insbesondere, dass mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen 40, 40x z. B. zumindest eine kreisförmige Bewegungsbahn P für die Düse 2 (Figur 7), zumindest eine elliptische Bewegungsbahn P für die Düse 2 (Figur 8) und/oder zumindest eine von einer kreisförmigen Bewegungsbahn abweichende Bewegungsbahn erzeugt werden kann (Figur 8).
Figur 9 zeigt eine Applikationsvorrichtung 200, mit einer Piezo-Aktorvorrichtung 100 und einem nur schematisch dargestellten Manipulator 201 zum Führen der Piezo-Aktorvorrichtung 100 und einem nur schematisch dargestellten Bauteil 202. Der Manipulator 201 kann z. B. ein Roboter mit zumindest 2, zumindest 3, zumindest 4 oder zumindest 5 Bewegungsachsen sein.
Der Manipulator 201 dient insbesondere dazu, die Piezo-Aktorvorrichtung 100 (insbesondere während einer Applikation des Applikationsmittels) entlang des Bauteils 202 (z. B. ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil) zu bewegen, wodurch eine Überlagerung der mittels der Piezo- Aktorvorrichtung 100 erzeugten Düsenbewegungen und der durch den Manipulator 201 erzeugten Bewegungen erfolgt, um eine Applikation, insbesondere eine Swirl-Applikation, auf dem Bauteil 202 erzeugen zu können.
Die Applikationsvorrichtung 200 kann z. B. ein nur schematisch dargestelltes Vision-System 203 umfassen, insbesondere ein (z. B. Kamera- oder Laser basiertes) Erfassungssystem (z. B. mit einer oder mehreren Kameras und/oder einem oder mehreren Lasern), z. B. um insbesondere eine der Applikation zeitlich vorgelagerte Bauteilvermessung durchzuführen und/oder um ein Applikationsergebnis (z. B. zur Durchführung einer Qualitätskontrolle, insbesondere einer online Qualitätskontrolle) zu erfassen. Die Steuereinrichtung 60 kann z. B. eingerichtet sein, um die Applikation in Abhängigkeit von mittels des Erfassungssystems erfasster Parameter zu steuern.
Figur 10 zeigt ein Steuerungsschema, insbesondere ein Signalverarbeitungsschema für eine Piezo- Aktorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Eine Steuereinrichtung 60 ist zur Verfügung gestellt, mittels welcher die Erregungsenergie (z. B. elektrische Spannung) für den jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x und somit die dem jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x zugeführte Erregungsenergie (z. B. über eine Generatoreinrichtung 70 und eine optionale Verstärkungseinrichtung 80) steuerbar ist, vorzugsweise um das transversale Auslenken der Stange 1 zu steuern. Die Generatoreinrichtung 70 dient zur Erzeugung der Erregungsenergie für den jeweiligen Piezo- Aktor 4, 4x, insbesondere zur Erzeugung von (z. B. im Wesentlichen rechteckförmigen und/oder vorverformten) Spannungssignalen (z. B. -IV bis +7V) für den jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x. Pro Piezo- Aktor 4, 4x können vorteilhaft z. B. eigene Spannungssignale erzeugt werden.
Die Steuereinrichtung 60 dient insbesondere zur Steuerung der Generatoreinrichtung 70 und/oder der Verstärkungseinrichtung 80.
Die optionale Verstärkungseinrichtung 80 dient zur Verstärkung der durch die Generatoreinrichtung 70 erzeugten Erregungsenergie.
Die optional verstärkte Erregungsenergie und somit die Spannungssignale können dem jeweiligen Piezo-Aktor 4, 4x zugeführt werden. Die Spannungssignale sind z. B. im Wesentlichen Rechteck- Spannungssignale.
Der jeweilige Piezo-Aktor 4, 4x kann in Abhängigkeit der Erregungsenergie über die jeweilige Betätigungsarmstruktur 3, 3x auf die Stange 1 einwirken.
Die Form der jeweiligen Hub-Kurve kann im Prinzip im Wesentlichen der Kurve der durch die Generatoreinrichtung 70 erzeugten Spannungssignale entsprechen.
Es ist aber z. B. möglich, dass die Erregungsenergie und somit die Spannungssignale vorverformt werden (zweckmäßig „preshaping" der Spannungssignale), z. B. um zu vermeiden, dass die Stange 1 (z. B. bei schneller Ansteuerung) überschwingt.
Die Erfindung ist nicht auf die oben 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. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Merkmalen und Ansprüchen. Bezugszeichenliste
100 Piezo-Aktorvorrichtung
1 Vorzugsweise hohle Stange, insbesondere Rohr
LI Längserstreckung
L2 Längserstreckung
2 Düse h2 Auslenkung der Düse hl Auslenkung der Stange, insbesondere im Lagerbereich hO Auslenkung der Stange, insbesondere im Bereich der Lagereinrichtung
11 Längsachse der Stange
12 Applikationsmittelkanal
3 Betätigungsarmstruktur
51 erster Teilabschnitt
52 zweiter Teilabschnitt
Gl Basisgelenk
G2 Kopplungsgelenk
G3 Zwischengelenk
G4 Verbindungsgelenk
3x Betätigungsarmstruktur
Six erster Teilabschnitt
S2x zweiter Teilabschnitt
Glx Basisgelenk
G2x Kopplungsgelenk
G3x Zwischengelenk
G4x Verbindungsgelenk
40 Piezo-Aktor-Einrichtung
4 Piezo-Aktor
4.1 Rahmenkonstruktion
20 Rahmen 40x Piezo-Aktor-Einrichtung
4x Piezo-Aktor
4.1x Rahmenkonstruktion
20x Rahmen a Winkel
50 Applikator
Bl Lagereinrichtung
Bl.l Lagerelement, vorzugsweise elastisch
Bl.2 Lagerelement, vorzugsweise elastisch
B2 Lagerbereich, vorzugsweise Antriebsstelle
A Systemzentralachse
P eine oder mehrere Bewegungsbahnen
V Applikationsmittelventil
L Längsrichtung des jeweiligen Piezo-Aktors
C Querrichtung des jeweiligen Piezo-Aktors, vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zur
Längsrichtung
60 Steuereinrichtung, insbesondere elektronische Steuereinrichtung
70 Generatoreinrichtung, vorzugsweise zum Erzeugen von (insbesondere elektrischer) Erregungsenergie (z. B. Spannung, insbesondere Spannungssignale) für den jeweiligen Piezo- Aktor
80 Verstärkungseinrichtung
200 Applikationsvorrichtung
201 Manipulator, vorzugsweise Roboter
202 Bauteil, vorzugsweise Kraftfahrzeugkarosseriebauteil
203 Vision-System, insbesondere Erfassungssystem

Claims

ANSPRÜCHE
1. Piezo-Aktorvorrichtung (100), vorzugsweise zur Anbringung an einen Manipulator (201) und/oder zur Ermöglichung einer Swirl-Applikation auf einem Bauteil (202), mit: einer Düse (2) zur Ausgabe eines Applikationsmittels auf ein Bauteil (202), einer die Düse (2) aufweisenden, vorzugsweise hohlen und/oder als Rohr ausgebildeten, Stange (1), und zumindest zwei Piezo-Aktor-Einrichtungen (40, 40x), die eingerichtet sind, um die Stange (1) in unterschiedliche Richtungen transversal zu ihrer Längsachse (11) auszulenken, vorzugsweise wodurch die Düse (2) entlang zumindest einer Bewegungsbahn (P) bewegbar ist.
2. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Piezo-Aktor-Einrichtungen (40, 40x) eingerichtet sind, um die Stange (1) in unterschiedliche Richtungen transversal zu ihrer Längsachse (11) variabel auszulenken, vorzugsweise wodurch die Düse (2) entlang unterschiedlicher Bewegungsbahnen (P) bewegbar ist.
3. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest eine Bewegungsbahn (P) und/oder die Bewegungsbahnen (P) zumindest eine im Wesentlichen kreisförmige Bewegungsbahn, zumindest eine im Wesentlichen elliptische Bewegungsbahn und/oder zumindest eine von einer kreisförmigen Bewegungsbahn abweichende Bewegungsbahn umfassen.
4. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktorvorrichtung (100) eine Lagereinrichtung (Bl) umfasst, die eingerichtet ist, um die Stange (1) taumelbar zu lagern und/oder relativ zu ihrer Längsachse (11) transversal bewegbar zu lagern, und/oder die mittels zumindest eines elastischen Lagerelements (Bl.l, Bl.2) gelagert ist, vorzugsweise zumindest einem O-Ring.
5. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stange (1) in einem Lagerbereich (B2) mittels der Piezo-Aktor-Einrichtungen (40, 40x) antreibbar ist, vorzugsweise relativ zu ihrer Längsachse (11) transversal antreibbar ist.
6. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei der Lagerbereich (B2) zwischen der Lagereinrichtung (Bl) und der Düse (2) positioniert ist und/oder eine Längserstreckung (L2) der Stange (1) vom Lagerbereich (B2) bis zum Austritt der Düse (2) größer oder gleich ist wie eine Längserstreckung (LI) der Stange (1) vom Lagerbereich (B2) bis zur Lagereinrichtung (Bl).
7. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktor-Einrichtungen (40, 40x) eingerichtet sind, um die Stange (1) mit einer, vorzugsweise variierbaren, Betätigungsfrequenz zwischen 0 Hz bis zumindest 300 Hz, bis zumindest 350 Hz oder bis zumindest 400 Hz zu beaufschlagen, und/oder die Düse (2) mittels der Stange (1) auf zumindest einer Bewegungsbahn (P), vorzugsweise einer Kreisbahn, zu bewegen, die einer Drehzahl von zumindest 10.000, zumindest 15.000 oder zumindest 20.000 Umdrehungen pro Minute entspricht.
8. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stange (1) einen Applikationsmittelkanal (12) aufweist, um das Applikationsmittel zur Düse (2) zu führen.
9. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei der Applikationsmittelkanal (12) sich durch die Lagereinrichtung (Bl) und/oder den Lagerbereich (B2) erstreckt und/oder eine axiale Einlassöffnung für das Applikationsmittel aufweist.
10. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktorvorrichtung (100) einen Applikator (50) umfasst, wobei die Lagereinrichtung (Bl) in dem Applikator (50) positioniert ist, der Lagerbereich (B2) außerhalb des Applikators (50) positioniert ist, und/oder das Applikationsmittel durch den Applikator (50) in die Stange (1) und/oder die Düse (2) führbar ist.
11. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktorvorrichtung (100) ein, vorzugsweise eine Ventilnadel aufweisendes, Applikationsmittelventil (V) zum Aktivieren und Deaktivieren der Ausgabe des Applikationsmittels umfasst und das Applikationsmittelventil (V), insbesondere dessen Ventilsitz, der Stange (1) vorgelagert ist und/oder außerhalb der Stange (1) positioniert ist.
12. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Piezo-Aktor- vorrichtung (100) ein eine, vorzugsweise biegsame, Ventilnadel aufweisendes Applikationsmittelventil zum Aktivieren und Deaktivieren der Ausgabe des Applikationsmittels umfasst und die Ventilnadel sich vorzugsweise axial zumindest abschnittsweise in der Stange (1) und/oder in der Düse (2) erstreckt.
13. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktor-Einrichtungen (40, 40x) jeweils einen Piezo-Aktor (4, 4x) und eine durch den jeweiligen Piezo-Aktor (4, 4x) betätigbare Betätigungsarmstruktur (3, 3x) zum Betätigen der Stange (1) umfassen.
14. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach Anspruch 13, wobei die jeweilige Betätigungsarmstruktur (3, 3x) Teil eines zumindest Dreigelenk- oder zumindest Viergelenk- Hebelmechanismus ist.
15. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die jeweilige Betätigungsarmstruktur (3, 3x) um ein Basisgelenk (Gl, Glx) schwenkbar ist, der jeweilige Piezo-Aktor (4, 4x) über ein Kopplungsgelenk (G2, G2x) an die jeweilige Betätigungsarmstruktur (3, 3x) gekoppelt ist, die jeweilige Betätigungsarmstruktur (3, 3x) mittels eines Zwischengelenks (G3, G3x) in einen ersten Teilabschnitt (Sl, Six) und einen zweiten Teilabschnitt (S2, S2x) geteilt ist, und/oder die jeweilige Betätigungsarmstruktur (3, 3x) über ein Verbindungsgelenk (G4, G4x) an die Stange (1) gekoppelt ist.
16. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach Anspruch 15, wobei zumindest eines der Gelenke (Gl, G2, G3, G4, Glx, G2x, G3x, G4x) durch eine Materialschwächung ausgebildet ist, einstückig-integral mit der jeweiligen Betätigungsarmstruktur (3, 3x) verbunden ist, als Festkörpergelenk ausgebildet ist, und/oder elastisch verformbar ausgebildet ist.
17. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der jeweilige Piezo-Aktor (4, 4x) eine elastisch verformbare Rahmenkonstruktion (4.1, 4.1x) aufweist, wobei vorzugsweise die jeweilige Rahmenkonstruktion (4.1, 4.1x) als Biegespannrahmen und/oder zur Verstärkung einer Betätigungskraft auf die jeweilige Betätigungsarmstruktur (3, 3x) ausgebildet ist.
18. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktor-Einrichtungen (40, 40x) in einem Winkel (a) von ungleich 0° und/oder ungleich 180° zueinander ausgerichtet sind, die Piezo-Aktor-Einrichtungen (40, 40x) eingerichtet sind, um in einem Winkel (a) von ungleich 0° und/oder ungleich 180° auf die Stange (1) zu wirken, und/oder die unterschiedlichen Richtungen nicht-parallel zueinander ausgerichtet sind.
19. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei die Piezo-Aktor- Einrichtungen (40, 40x) am Applikator (50) festgelegt sind.
20. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktorvorrichtung (100), insbesondere der Applikator (50), mit einer Drehdurchführung verbunden ist, über die das Applikationsmittel zuführbar und/oder rückführbar ist.
21. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktorvorrichtung (100) mit einer Heizeinrichtung verbunden ist, mittels der das Applikationsmittel beheizbar ist, und/oder mit einer Kühleinrichtung verbunden ist, mittels der das Applikationsmittel kühlbar ist.
22. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktorvorrichtung (100) mit einer Applikationsmittel-Zuführung und einer Applikationsmittel- Rückführung zur Applikationsmittelzirkulation verbunden ist oder mit zumindest zwei Applikationsmittel-Zuführungen verbunden ist, über die unterschiedliche Applikationsmittel zuführbar sind.
23. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo- Aktor-Einrichtungen (40, 40x) eingerichtet sind, um in Abhängigkeit einer Erregungsenergie für ihren jeweiligen Piezo-Aktor (4, 4x) die Stange (1) unterschiedlich weit in unterschiedliche Richtungen transversal zu ihrer Längsachse (11) auszulenken.
24. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo- Aktor-Einrichtungen (40, 40x) eingerichtet sind, um einen jeweiligen Hub auf die Stange (1) auszuüben, wobei der jeweilige Hub in Abhängigkeit einer Erregungsenergie für den jeweiligen Piezo-Aktor (4, 4x) einstellbar ist, vorzugsweise auf zumindest eine Zwischenstellung zwischen einem Maximalhub und einem Minimalhub.
25. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinrichtung (60) zur Verfügung gestellt ist, um eine der jeweiligen Piezo-Aktor-Einrichtung (40, 40x) zuzuführende Erregungsenergie zu steuern.
26. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine transversale Auslenkung (h2) der Düse (2) größer ist als eine Auslenkung (hl) der Stange (1) im Lagerbereich (B2) und eine Auslenkung (hO) der Stange (1) an der Lagereinrichtung (Bl) kleiner ist als die Auslenkung (hl) im Lagerbereich (B2).
27. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Piezo-Aktorvorrichtung (100), vorzugsweise der Applikator (50), zumindest einen Sensor zur Messung einer Temperatur des Applikationsmittels umfasst und/oder zumindest einen Sensor zur Messung eines Drucks des Applikationsmittels umfasst.
28. Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach Anspruch 27, wobei der zumindest eine Sensor zur Messung einer Temperatur des Applikationsmittels und/oder der zumindest eine Sensor zur Messung eines Drucks des Applikationsmittels stromaufwärts des Applikationsmittelventils (V) positioniert ist.
29. Applikationsvorrichtung (200) mit einer Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
30. Applikationsvorrichtung (200) nach Anspruch 29, wobei die Applikationsvorrichtung (200) einen ein- oder mehrachsigen Manipulator (201) zum Führen der Piezo-Aktorvorrichtung (100) entlang des Bauteils (202) umfasst oder die Piezo-Aktorvorrichtung (100) stationär montiert ist.
31. Applikationsvorrichtung (200) nach Anspruch 29 oder 30, wobei die Applikationsvorrichtung (200) ein vorzugsweise Kamera- oder Laser basiertes Erfassungssystem (203) umfasst, um eine Vermessung des Bauteils (202) durchzuführen und/oder um ein Applikationsergebnis zur Durchführung einer online Qualitätskontrolle zu erfassen.
32. Verfahren, vorzugsweise für eine Piezo-Aktorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 28 oder eine Applikationsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 29 bis 31, mit: einer Düse (2), die ein Applikationsmittel auf ein Bauteil (202) ausgibt, und zumindest zwei Piezo-Aktor-Einrichtungen (40, 40x), welche eine die Düse (2) aufweisende, vorzugsweise hohle und/oder als Rohr ausgebildete, Stange (1) in unterschiedliche Richtungen transversal zu ihrer Längsachse (11) auslenken. *****
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