KAPPELER, Roman (Verenagässli 12, Muri, CH-5630, CH)
MÜLLER, Heinz (Baumgärtliring 17, Gelterkinden, CH-4460, CH)
FELIX, Hanspeter (Einsiegelweg 1, Strengelbach, CH-4802, CH)
KAPPELER, Roman (Verenagässli 12, Muri, CH-5630, CH)
MÜLLER, Heinz (Baumgärtliring 17, Gelterkinden, CH-4460, CH)
| Patentansprüche: 1. Auftragskopf (15) zum Abgeben eines fließfähigen Mediums (M), mit - einer Kammer (10) im Inneren des Auftragskopfes (15), - einem beweglichen Element (11), das im Inneren der Kammer (10) bewegbar gelagert ist, wobei es durch eine Bewegung (P) der Düsennadel (11) eine Austrittsöffnung (12) freigibt oder schliesst, - einem Zufuhrkanal (13), der mit der Kammer (10) verbunden und mit einer Zufuhrleitung (16) strömungstechnisch verbindbar ist, um das fließfähige Medium (M) in die Kammer (10) einbringen zu können, - einem Antrieb (20) zum Erzeugen der Öffnungsbewegung (P) des beweglichen Elements (11), und - mit einem Steuerungsmodul (50), dadurch gekennzeichnet, dass der Auftragskopf (15) umfasst: - einen Hebelarm (30), der mit dem beweglichen Element (11) und dem Antrieb (20) verbunden ist, um eine antriebsseitige Bewegung (PI) in eine Öffnungs- oder Schliessbewegung des beweglichen Elements (11) umzusetzen, - eine Membranaufhängung (33) mit einer Membrane (34), wobei die Membranaufhängung (33) dazu dient den Hebelarm (30) beweglich mit dem Auftragskopf (15) zu verbinden, und o die Membranaufhängung (33) als Dichtung dient, um ein Austreten des fließfähigen Mediums (M) aus der Kammer (10) zu verhindern, und wobei das Steuerungsmodul (50) so ausgelegt und steuerungstechnisch mit dem Antrieb (20) verbunden ist, dass durch das Steuerungsmodul (50) mindestens ein Parameter (PA) oder Wertepaar für die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) vorgebbar ist. 2. Auftragskopf (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranaufhängung (33) zusätzlich zu der Membrane (34) mindestens einen Dichtring (35) umfasst, der als Dichtung und zum elastischen Einspannen der Membrane (34) in dem Auftragskopf (15) dient. 3. Auftragskopf (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Membrane (34) um eine metallische Membrane (34) handelt. 4. Auftragskopf (15) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (34) - Schlitze (36) ausweist, um die Elastizität zu erhöhen, und - eine Zentralöffnung (37) aufweist, durch die hindurch der Hebelarm (30) im montierten Zustand verläuft. 5. Auftragskopf (15) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Hebelarms (30), des beweglichen Elements (11) und der Membranaufhängung (33) mit der Membrane (34) so gewählt ist, dass die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) entgegengesetzt ist zu der antriebsseitigen Bewegung (PI). 6. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Parameter (PA) oder das mindestens eine Wertepaar zusammen mit einem weiteren Parameter (PB) oder Wertepaar ein Bewegungsprofil P(t, Z) des beweglichen Elements (11) festlegt. 7. Auftragskopf (15) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsprofil P(t, Z) ein Beschleunigen und/oder Bremsen des beweglichen Elements (11) festlegt. 8. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) steuerungstechnisch mit dem Antrieb (20) zu einem Regelsystem verbunden ist, um die Öffnungsoder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) regeln zu können. 9. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Auftragskopf (15) ein Wegmesser (53) zur Positionsermittlung der Position des beweglichen Elements (11) vorhanden ist, um Istgrössen an das Steuerungsmodul (50) zu übergeben. 10. Auftragskopf (15) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist die Istgrössen mit dem mindestens einen Parameter (PA) oder Wertepaar zu vergleichen und eine Korrekturoder Stellgrösse zu ermitteln. 11. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Hebelarm (30) eine Untersetzung der antriebsseitigen Bewegung (PI) in die Öffnungsbewegung (P) des beweglichen Elements (11) bewirkt wird und wobei durch diese Untersetzung die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) durch mehr als nur einen Parameter (PA, PB) oder mehr als ein Wertepaar parametrisierbar ist, wobei es sich bei den Parametern (PA, PB) oder Wertepaare um wegkorrelierte Parameter oder Wertepaare handelt. 12. Auftragskopf (15) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Untersetzung eine Streckung erfolgt, was die Parametrisierbarkeit und/oder Ansteuerbarkeit verbessert. 13. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antrieb (20) um einen elektromagnetischen Aktuator handelt und dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist anhand einer Ermittlung eines Stromes, der in diesen Antrieb (20) gespeist wird, eine indirekte Ermittlung einer Temperatur am Antrieb (20) vorzunehmen. 14. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) einen Speicher (55) umfasst oder mit einem Speicher (55) verbindbar ist, der dazu ausgelegt ist Life-Cycle Daten und/oder Parameter (PA) zu speichern. 15. Auftragskopf (15) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (55) Life-Cycle Daten speichert, die eine Aussage über - die Anzahl der Öffnungs- oder Schliessbewegungen und/oder - Verschleissindikatoren und/oder - Verstopfungsindikatoren zulassen. 16. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist anhand von direkter und/oder indirekter Messinformation eine sich anbahnende Düsenverstopfung zu erkennen. 17. Auftragskopf (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass er - eine Hubregelung und/oder - eine Sensorüberwachung und/oder - eine Überwachung des Leimdruck-Verlaufs umfasst. 18. Auftragsvorrichtung (100) zum Abgeben eines fließfähigen Mediums (M), mit - einer Zufuhrleitung (16) für fließfähiges Medium (M), - einem Auftragskopfes (15) mit innenliegender Kammer (10), - einem beweglichen Element (11), das im Inneren der Kammer (10) bewegbar gelagert ist, wobei es durch eine Bewegung (P) des beweglichen Elements (11) eine Austrittsöffnung (12) freigibt oder verschliesst, - einem Zufuhrkanal (13), der mit der Kammer (10) und der Zufuhrleitung (16) strömungstechnisch verbunden ist, um das fließfähige Medium (M) in die Kammer (10) einbringen zu können, - einem Antrieb (20) zum Erzeugen der Bewegung (P) des beweglichen Elements (11), und - einem Steuerungsmodul (50), dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (100) umfasst: - einen Hebelarm (30), der beweglich mit dem beweglichen Element (11) und dem Antrieb (20) verbunden ist, um eine antriebsseitige Bewegung (PI) in die Bewegung (P) des beweglichen Elements (11) umzusetzen, o eine Membranaufhängung (33) im oder am Auftragskopf (15) mit einer Membrane (34), o die dazu dient den Hebelarm (30) beweglich mit dem Auftragskopf (15) zu verbinden, und o die als Dichtung dient, um ein Austreten des fließfähigen Mediums (M) aus der Kammer (10) zu verhindern, und wobei das Steuerungsmodul (50) so ausgelegt und steuerungstechnisch mit dem Antrieb (20) verbunden ist, dass durch das Steuerungsmodul (50) mindestens ein Parameter (PA) oder Wertepaar für die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) vorgebbar ist. 19. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranaufhängung (33) zusätzlich zu der Membrane (34) mindestens einen Dichtring (35) umfasst, der als Dichtung und zum elastischen Einspannen der Membrane (34) in dem Auftragskopf (15) dient. 20. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Membrane (34) um eine metallische Membrane (34) handelt. 21. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (34) - Schlitze (36) ausweist, um die Elastizität zu erhöhen, und - eine Zentralöffnung (37) aufweist, durch die hindurch der Hebelarm (30) im montierten Zustand verläuft. 22. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein - elektro-magnetischer oder - pneumatischer oder - piezo-elektrischer Antrieb als Antrieb (20) dient. 23. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 221, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftragskopf (15) und der Antrieb (20) thermisch entkoppelt sind . 24. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Hebelarms (30), des beweglichen Elements (11) und der Membranaufhängung (33) mit der Membrane (34) so gewählt ist, dass die Bewegung (P) des beweglichen Elements (11) entgegengesetzt ist zu der antriebseitigen Bewegung (PI) des Hebelarms (30). 25. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Parameter (PA) oder das mindestens eine Wertepaar zusammen mit einem weiteren Parameter (PB) oder Wertepaar ein Bewegungsprofil P(t, Z) des beweglichen Elements (11) festlegt. 26. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsprofil P(t, Z) ein Beschleunigen und/oder Bremsen des beweglichen Elements (11) festlegt. 27. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 265, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) steuerungstechnisch mit dem Antrieb (20) zu einem Regelsystem verbunden ist, um die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) regeln zu können. 28. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Auftragskopf (15) ein Wegmesser (53) zur Positionsermittlung der Position des beweglichen Elements (11) vorhanden ist, um Istgrössen an das Steuerungsmodul (50) zu übergeben. 29. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist die Istgrössen mit dem mindestens einen Parameter (PA) oder Wertepaar zu vergleichen und eine Korrektur- oder Stellgrösse zu ermitteln. 30. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Hebelarm (30) eine Untersetzung der antriebsseitigen Bewegung (PI) in die Öffnungsbewegung (P) des beweglichen Elements (11) bewirkt wird und wobei durch diese Untersetzung die Öffnungs- oder Schliessbewegung (P) des beweglichen Elements (11) durch mehr als nur einen Parameter (PA, PB) oder ein Wertepaar parametrisierbar ist, wobei es sich bei den Parametern (PA, PB) oder Wertepaare um wegkorrelierte Parameter oder Wertepaare handelt. 31. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Untersetzung eine Streckung erfolgt, was die Parametrisierbarkeit und/oder Ansteuerbarkeit verbessert. 32. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antrieb (20) um einen elektro-magnetischen Aktuator handelt und dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist anhand einer Ermittlung eines Stromes, der in diesen Antrieb (20) gespeist wird, eine indirekte Ermittlung einer Temperatur am Antrieb (20) vorzunehmen. 33. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) einen Speicher (55) umfasst oder mit einem Speicher (55) verbindbar ist, der dazu ausgelegt ist Life-Cycle Daten und/oder Parameter (PA) und/oder Wertepaare zu speichern. 34. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (55) Life-Cycle Daten speichert, die eine Aussage über - die Anzahl der Öffnungs- oder Schliessbewegungen und/oder - Verschleissindikatoren und/oder - Verstopfungsindikatoren zulassen. 35. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (50) dazu ausgelegt ist anhand von direkter und/oder indirekter Messinformation eine sich anbahnende Düsenverstopfung zu erkennen. 36. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass sie - eine Hubregelung und/oder - eine Sensorüberwachung und/oder - eine Überwachung des Leimdruck-Verlaufs umfasst. |
Beschreibung
[001] Die Erfindung betrifft einen Auftragskopf zum Abgeben eines fließfähigen Mediums und eine Auftragsvorrichtung mit mindestens einem solchen Auftragskopf. Insbesondere geht es um das Abgeben von Klebstoffen und um die Verwendung von Heissleim. Die Erfindung kann auch für das kontrollierte Abgeben von Kaltleim oder von Leim eingesetzt werden, der aggressive (z.B. korrosive) Komponenten umfasst.
[002] Es wird die Priorität der Anmeldung EP 10151806.6, die am
27.1.2010 beim Europäischen Patentamt eingereicht wurde, beansprucht.
Hintergrund der Erfindung, Stand der Technik
[003] In zahlreichen industriellen Bearbeitungsprozessen kommen Klebstoffe, Dichtmassen und ähnliche fließfähige Medien zur Anwendung, die in flüssiger Form auf ein Werkstück oder Substrat aufgetragen bzw. aufgespritzt werden.
[004] Die entsprechenden Auftragsköpfe müssen robust sein und eine präzise, hochgenaue Abgabe des Mediums ermöglichen. Gleichzeitig sollten die Auftragsköpfe schnell schaltbar sein, um Klebstoffmengen portionieren oder punkt-, bzw. strichgenau auftragen zu können. Zusätzlich sollten die Auftragsköpfe nicht allzu groß sein, da in den entsprechenden
Auftragsvorrichtungen häufig nur begrenzt Platz zur Verfügung steht.
[005] Weiterhin sollten Auftragsköpfe flexibel einsetzbar und je nach Bedarf umrüstbar oder vorzugsweise steuerungsseitig umschaltbar oder kontrollierbar sein.
[006] Falls Heißleim zu verarbeiten ist, stellen sich weitere Probleme. So kann zum Beispiel die große Hitze im Inneren eines Auftragskopfes der
Antriebseinheit schaden. Es gibt auch Leimsorten, die Additive enthalten, die aggressiv sein können. So kann der pH-Wert eines Leims z.B. im saueren Bereich liegen. Leim kann auch korrosiv oder abrasiv wirkende Bestandteile enthalten. Um einen Auftragskopf davor zu schützen, müssen geeignete Massnahmen getroffen werden.
[007] Es stellt sich die Aufgabe, einen präzise arbeitenden und
zuverlässigen Auftragskopf bereitzustellen, der einen Teil der Nachteile
vorbekannter Lösungen vermeidet oder ganz behebt.
[008] Die Aufgabe wird gelöst durch einen Auftragskopf nach Anspruch 1 und durch eine Auftragsvorrichtung mit entsprechendem Steuerungsmodul nach Anspruch 6.
[009] Ein erster erfindungsgemässer Auftragskopf ist speziell zum Abgeben eines fließfähigen Mediums ausgelegt. Er umfasst eine (Düsen)Kammer im Inneren des Auftragskopfes und eine Düsennadel, ein Nadelventil oder einen Schieber (hier zusammenfassend als„bewegliches Element" bezeichnet), die/das/der im Inneren der Düsenkammer bewegbar gelagert ist. Das bewegliche Element führt eine Bewegung aus und gibt jeweils für kurze Zeit eine
Austrittsöffnung frei. Der Auftragskopf kann auch umgekehrt wirken, indem das bewegliche Element jeweils für kurze Zeit eine Austrittsöffnung verschliesst. Es ist ein Zufuhrkanal vorhanden, der mit der (Düsen)Kammer verbunden und mit einer Zufuhrleitung strömungstechnisch verbindbar ist. Durch die Zufuhrleitung und den Zufuhrkanal kann das fließfähige Medium in die (Düsen)Kammer eingebracht werden. Ein Antrieb erzeugt die Öffnungsbewegung oder
Schliessbewegung des beweglichen Elements. Es ist ein Hebelarm vorhanden, dessen erstes Extremalende beweglich an einem rückwärtigen Ende des beweglichen Elements befestigt und dessen zweites Extremalende mit dem Antrieb verbunden/gekoppelt ist. Weiterhin umfasst der Auftragskopf eine
Membranaufhängung mit einer Membrane. Der Hebelarm erstreckt sich im
Wesentlichen senkrecht durch eine durch die Membrane der
Membranaufhängung aufgespannte Fläche hindurch. Die Membrane dient dazu den Hebelarm beweglich mit dem Auftragskopf zu verbinden. Weiterhin dient die Membranaufhängung als Dichtung, um ein Austreten des fließfähigen Mediums aus der (Düsen)Kammer zu verhindern. Ausserdem ist die Membrane
vorzugsweise so ausgeführt, dass sie widerstandsfähig ist gegenüber dem fließfähigen Medium. Vorzugsweise ist die Membrane bei allen
Ausführungsformen temperaturbeständig und/oder korrosionsbeständig und/oder abrassionsbeständig und/oder widerstandsfähig gegenüber chemischen Additiven im Medium.
[0010] Je nach Ausführungsform kann die Membrane mindestens einen Dichtring umfasst, der als Dichtung und zum elastischen Einspannen der
Membrane in dem Auftragskopf dient. Diese Ausführungsform kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen und bietet eine
verbesserte Dichtung z. B. gegen austretenden Klebstoff.
[0011] Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform bei der es sich um eine metallische Membrane handelt, die besonders schnelle Hin- und
Herbewegungen ausführen kann und damit ein schnelles Öffnen oder Schliessen der Austrittsöffnung erlaubt. Eine solche metallische Membrane ist besonders geeignet für Wechsellast mit hoher Frequenz, d.h. für Ausführungsformen bei denen ein sehr schnelles Öffnen oder Schliessen erforderlich ist. Eine metallische Membrane ist besonders vorteilhaft und kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen. [0012] Die Erfindung eignet sich ganz besonders für thermoplastische (Hotmelt) Klebstoffe. Sie eignet sich aber auch für aggressive Leimsorten und z. B. für Kaltleim.
[0013] In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte
Ausgestaltungsformen der Erfindung aufgeführt.
Abbildungen
[0014] Im Folgenden werden weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und teilweise mit Bezug auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Alle Figuren sind schematisiert und nicht maßstäblich, und entsprechende konstruktive Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, auch wenn sie im Einzelnen unterschiedlich gestaltet sind . Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer ersten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3A eine Draufsicht einer Membrane einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3B eine perspektivische Schnittansicht einer Membranaufhängung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine vergrößerte schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6A eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung, in der eine bevorzugte thermisch-entkoppelte Verbindung zwischen einem Antrieb und einem Auftragskopf zu erkennen ist;
Fig. 6B eine vergrösserte Schnittdarstellung der Fig . 6A; Fig. 7A eine schematische Darstellung eines beispielhaften
Bewegungsprofils (Bewegung P) des beweglichen Elements;
Fig. 7B eine schematische Darstellung des entsprechenden
antriebseitigen Bewegungsprofils (Bewegung PI);
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines weiteren antriebseitigen
Bewegungsprofils (Bewegung PI) mit nur zwei Parametern;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines weiteren antriebseitigen
Bewegungsprofils (Bewegung PI) mit vier Parametern;
Fig. 10 eine schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung basierend auf der in Fig . 2 gezeigten Ausführungsform, wobei Details des Steuerungsmoduls und eines Regelkreises schematisch angedeutet sind .
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0015] Im Folgenden wird das Prinzip der Erfindung anhand einer ersten Ausführungsform beschrieben. In Fig . 1 ist eine Auftragsvorrichtung 100 mit mehreren in einer Reihe angeordneten Auftragsköpfen 15,
Düsenaustrittsöffnungen 12 und mit individuell schaltbaren
Klebstoffzufuhrleitungen 16 gezeigt. Statt der gezeigten Düsenaustrittsöffnungen 12 können auch andere Austrittsöffnungen 12 zum Einsatz kommen. Die Form, Anordnung und Gestaltung der Austrittsöffnungen 12 kann davon abhängen, ob eine Düsennadel, ein Nadelventil oder ein Schieber als bewegliches Element 11 im Inneren des Auftragskopfs 15 zum Einsatz kommt.
[0016] Jede der Austrittsöffnungen 12 ist an oder in einem jeweiligen
Auftragskopf 15 ausgebildet. Jeder Auftragskopf 15 ist speziell zum Abgeben eines fließfähigen Mediums M, vorzugsweise von Klebstoff, ausgelegt und umfasst eine (Düsen)Kammer 10 im Inneren des Auftragskopfes 15. Im gezeigten Beispiel ist eine Düsennadel 11 ist im Inneren der (Düsen)Kammer 10 auf- und abbewegbar gelagert, wobei sie durch eine Öffnungsbewegung P der Düsennadel 11 die Austrittsöffnung 12 freigibt. In Fig. 2 ist ein Pfeil P gezeigt, der nach oben gerichtet ist. Eine Öffnungsbewegung in Pfeilrichtung P hebt die Düsennadel 11 an und diese gibt die Austrittsöffnung 12 frei, so dass das Medium M aus der Düsenkammer 10 durch die Austrittsöffnung 12 hindurch austreten kann. In Fig . 1 geben vier Auftragsköpfe 15 gleichzeitig permanent ein Medium M in streifenförmigen Bahnen (Raupen) ab. Die Streifenform entsteht aufgrund des Vorbeibewegens z. B. einer Papierbahn K oder eines Werkstücks oder eines Substrats. Die entsprechende Bewegungsrichtung ist mit V
gekennzeichnet.
[0017] In Fig. 1 ist ein (mehrkanaliges) Steuerungsmodul 50 gezeigt, das steuerungstechnisch über eine Steuerverbindung 52 (auch steuerungstechnische Wirkverbindung genannt) mit dem Antrieb 20 verbunden ist. Ein solches
Steuerungsmodul 50 kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0018] Im Inneren ist ein Zufuhrkanal 13 vorgesehen (siehe z.B. Fig. 2), der mit der (Düsen)Kammer 10 verbunden ist. Der Zufuhrkanal 13 ist mit einer Zufuhrleitung 16 (siehe z.B. Fig . 1) strömungstechnisch verbindbar, um das fließfähige Medium M in die (Düsen)Kammer 10 einbringen zu können. In Fig . 1 sind vier separate Zufuhrleitungen 16 angedeutet. Es kann aber auch eine gemeinsame Zufuhrleitung 16 für mehrere Auftragsköpfe 15 zum Einsatz kommen.
[0019] Weiterhin ist ein Antrieb 20 zum Erzeugen der Öffnungsbewegung P der Düsennadel 11 vorgesehen. In Fig . 1 ist der Antrieb 20 an die Auftragsköpfe 15 angesetzt oder angeflanscht. Vorzugsweise umfasst der Antrieb 20 einen eigenen Antrieb 20 pro Auftragskopf 15, damit jede Austrittsöffnung 12 individuell (d .h . unabhängig von den anderen) geöffnet und geschlossen werden kann. In diesem Fall kommt ein mehrkanaliges Steuerungsmodul 50 zum
Einsatz, das pro Antrieb 20 einen Kanal aufweist.
[0020] Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Antrieb 20 vom Auftragskopf 15 beabstandet angeordnet ist, wie z.B. in Fig. 2 zu erkennen. Wichtig ist jedoch bei der Anordnung des Antriebs 20 in Bezug zum Auftragskopf 15 (diese Aussage gilt für Anordnungen nach Fig . 1 und Fig . 2), dass der gegenseitige Abstand genau definiert und stabil ist. Dieser Aspekt ist wichtig, da jede Abstandänderung einen Einfluss auf die Funktion oder Wirkungsweise des Hebelarms 30 haben kann. Details zum Hebelarm 30 werden im Folgenden beschrieben.
[0021] Weitere Details werden nun anhand einer anderen Ausführungsform, die in Fig . 2 in einem Schnitt gezeigt ist, erläutert. In Fig . 2 ist ein Schnitt durch einen einzelnen Auftragskopf 15 gezeigt, bei dem der Antrieb 20 beabstandet (d .h . räumlich getrennt) angeordnet ist. Der Auftragskopf 15 umfasst gemäß Erfindung pro Antrieb 20 einen Hebelarm 30, dessen erstes Extremalende 31 beweglich an einem rückwärtigen Ende 14 der Düsennadel 11 oder eines anderen beweglichen Elements befestigt ist und dessen zweites Extremalende 32 mit dem Antrieb 20 verbunden ist. Es kommt eine Membranaufhängung 33 mit einer Membrane 34 zum Einsatz, wobei der Hebelarm 30 sich durch die Membrane 34 der Membranaufhängung 33 hindurch erstreckt. Die Membranaufhängung 33 dient dazu den Hebelarm 30 beweglich mit dem Auftragskopf 15 zu verbinden. Zusätzlich dient die Membranaufhängung 33 als Dichtung, um ein Austreten des fließfähigen Mediums M aus der (Düsen)Kammer 10 zu verhindern. D.h., die Membrane 34, respektive die Membranaufhängung 33 hat eine Doppelfunktion. Zusätzlich hat sie, je nach Ausgestaltung der Membrane 34 eine Schutzfunktion gegenüber Temperatur, Korrosion, Abrasion und chemische Additive des
Mediums M .
[0022] Folgende weitere Details zeichnen diese Ausführungsform aus. Diese Details sind jedoch auch auf alle anderen Ausführungsformen anwendbar. Die (Düsen)Kammer 10 ist so ausgeführt, dass in ihrem unteren Bereich nahe der Austrittsöffnung 12 ein Anschlagpunkt 17, respektive eine Anschlagfläche (auch Nadelsitz genannt) für die Spitze 18 der Düsennadel 11 vorgesehen ist. In Fig . 2 ist die Düsennadel 11 in der Verschlussstellung gezeigt, d.h . die Spitze 18 der Düsennadel 11 sitzt dicht am Anschlagpunkt 17 und es kann kein Medium M durch die Austrittsöffnung 12 austreten. Sobald durch die Öffnungsbewegung P die Düsennadel 11 in Richtung der Z-Achse angehoben wird, wird die
Austrittsöffnung 12 freigegeben und es kann Medium M austreten.
[0023] Die Düsennadel 11 ist im Bereich des rückwärtigen Endes 14 beweglich (kniegelenk-artig) mit dem Hebelarm 30 verbunden. Die Düsennadel 11 „baumelt" quasi in der Düsenkammer 10. Dadurch, dass die Düsenkammer 10 und die Düsennadel 11 im unteren Bereich (nahe des Anschlagpunktes 17) konisch rotationssymmetrisch ausgeführt sind, wird die Düsennadel 11 bei einer Abwärtsbewegung in -Z Richtung zentriert geführt. Zusätzlich trägt das Medium M, das vom Zufuhrkanal 13 her durch die (Düsen)Kammer 11 in Richtung
Austrittsöffnung 12 strömt, zu einer Stabilisierung, respektive Selbstzentrierung der Düsennadel 11 bei. Diese Art der„baumelnden" Lagerung oder Aufhängung kann bei allen Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
[0024] Der Hebelarm 30 ist hier so ausgeführt, dass er einen flachen, rechteck- oder streifenförmigen Stab umfasst, der hier optional mit Löchern 39 versehen ist. Diese Löcher 39 dienen dazu den Stab leichter zu machen, um die zu beschleunigende Masse zu reduzieren. Außerdem erlauben die Löcher 39 ein Verschieben des Ansatzpunktes A des Antriebs 20. Wenn also der effektive Hebelarm verlängert werden soll, so kann der Antrieb 20 (respektive der
Ansatzpunkt A) weiter in Richtung des zweiten Extremalendes 32 verschoben werden und umgekehrt. Im gezeigten Beispiel sitzt der Antrieb 20 fast am
Extremalende 32, d .h. der effektive Hebelarm ist relativ groß. Umso näher der Antrieb 20 (respektive der Ansatzpunkt A) in Richtung der Membranaufhängung 33 verlagert wird, umso kürzer wird der effektive Hebelarm. Bei grossem
Hebelarm findet eine Untersetzung statt, d .h. eine grosse Bewegung PI verursacht eine kleine entgegengesetzt gerichtete Bewegung P. Der
Untersetzungsfaktor ist in Fig . 2 ca. 5 : 1 (d.h. der Absolutbetrag der Bewegung PI ist ca. 5 mal so gross wie der Absolutbetrag der Bewegung P). Bei kleinem Hebelarm findet eine Übersetzung statt, d.h. eine kleine Bewegung PI verursacht eine grosse entgegengesetzt gerichtete Bewegung P.
[0025] Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen eine Untersetzung mit einem Untersetzungsfaktor zwischen 2 : 1 und 10 : 1 zum Einsatz.
[0026] Der Hebelarm 30 kann aber auch jede andere Stab- oder Hebelform haben. Vorzugsweise ist der Hebelarm 30 aus verwindungssteifem Material gefertigt. Ausserdem sollte der Hebelarm 30 möglichst leicht sein, um eine kleine bewegte bzw. beschleunigte Masse zu haben. Die Membrane 34 dient bei allen Ausführungsformen als kinematisches Auflager, das einen Teil der Masse des Hebelarms 30 trägt/lagert. Ausserdem definiert die Membrane 34 bei allen Ausführungsformen den genauen Schwenk- oder Kipppunkt (virtuelle
Schwenkachse genannt) des Hebelarms 30. Der Hebelarm 30 kann aufgrund der speziellen Membranlagerung 34 auch als„freischwebender" Hebel bezeichnet werden.
[0027] Um den Hebelarm 30 in der Membranaufhängung 33 lagern oder halten zu können, ist bei der gezeigten Ausführungsform ein zylindrischer Stab 40 am Hebelarm 30 vorgesehen. Dieser zylindrische Stab 40 klemmt oder spannt die Membrane 34 ein und schafft somit eine Aufhängung des Hebelarms 30 an der Membrane 34. Details einer beispielhaften bevorzugten Anordnung sind der Fig. 4 zu entnehmen. Diese Art der Aufhängung kann bei allen
Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
[0028] In den Figuren 2 und 4 ist weiterhin zu erkennen, dass die Membrane 34 einen oder zwei Dichtungsringe 35 umfassen kann, die es ermöglichen die Membrane 34 elastisch in dem Auftragskopf 15 einzuspannen. Die
Dichtungsringe 35 sind optional . Zum Zweck der Einspannung kann der
Auftragskopf 15 ein abnehmbares Teil oder einen Deckel (nicht im Detail gezeigt) umfassen. Wenn dieses Teil oder dieser Deckel abgenommen wird, kann die Membrane 34 samt den optionalen Dichtungsringen 35 eingelegt werden. Dann wird das besagte Teil oder der Deckel wieder befestigt und die Membrane 34 ist eingespannt.
[0029] In Fig. 4 ist zu erkennen, dass rückwärtig von der Membrane 34, d .h. auf derjenigen Seite, die von der (Düsen)Kammer 10 abgewandt ist, eine optionale Druckstütze 38 vorgesehen ist, die als mechanischer Anschlag für die Membrane 34 dient. Durch diese bevorzugte Ausführungsform wird ein
Überdehnen der Membrane 34 bei einem Überdruck in der Düsenkammer 10 verhindert. Die Membrane 34 ist vorzugsweise bei allen Ausführungsformen so ausgelegt und angeordnet, dass sie nur auf Biegung beansprucht wird, was die Lebensdauer erhöht. [0030] Vorzugsweise kommt bei den verschiedenen Ausführungsformen eine metallische Membrane 34 zum Einsatz, die besonders für Wechsellast mit hoher Frequenz geeignet ist. Als metallische Membrane 34 wird eine Membrane 34 bezeichnet, bei der entweder die gesamte Membranfläche aus einem Metall besteht, oder bei welcher ein flächiges Membransubstrat (z.B. aus Kunststoff) mit einer Metallschicht/Metallbedampfung versehen ist.
[0031] Weiterhin ist in Figuren 2 und 4 zu erkennen, dass eine
Gegenbewegung PI, die von dem Antrieb 20 verursacht wird, eine
entgegengesetzte Öffnungsbewegung P der Düsennadel 11 verursacht. Der Hebelarm sorgt also für eine Definition der Unter- bzw. Übersetzung und für eine Bewegungsumkehr.
[0032] In Fig. 3A sind Details einer bevorzugten Ausführungsform einer Membrane 34 gezeigt. Die Membrane 34 umfasst Schlitze 36, um die Elastizität zu erhöhen. Außerdem ist eine Zentralöffnung 37 vorgesehen, durch die hindurch der Hebelarm 30 im montierten Zustand verläuft. Die Lage des/der Dichtringe 35 ist in Fig . 3A angedeutet. Diese Gestaltung der Membrane 34 ist besonders für metallische Membranen 34 geeignet, um der metallischen Membrane 34 die notwendige Elastizität zu geben.
[0033] Durch die spezielle Anordnung der Schlitze 36, die nahezu einen kompletten Kreis definieren, ergeben sich zwei kleine Stege 42 bei der Position 3 Uhr und 9 Uhr. Diese beiden kleinen Stege 42 ermöglichen ein Verbiegen des inneren Teils 41 (d .h. desjenigen kreisförmigen Bereichs 41 der Membrane 34, der von den Schlitzen 36 in radialer Richtung nach aussen abgegrenzt wird) der Membrane 34. Die beiden kleinen Stege 42 mit dem inneren Teil 41 der
Membrane 34 definieren quasi eine virtuelle Schwenkachse VA. Diese virtuelle Schwenkachse VA ist in Fig . 3 durch einen punkt-strichlierte Linie dargestellt.
[0034] In Fig. 3B sind Details einer bevorzugten Ausführungsform einer Membranaufhängung 33 gezeigt. Hier ist die Befestigung des Hebelarms 30 an der Membrane 34 zu erkennen. Diese Befestigung erfolgt durch den Stab 40, wie beschrieben. In der gezeigten Ausführungsform ist der Stab 40 innen hohl, um das Gewicht zu reduzieren. Damit kein Medium M durch das Innere des Stabes 40 hindurch austreten kann, kann der Stab 40 an beiden Enden z.B. Kappen 43 oder Dichtelemente aufweisen. Die Lage der virtuellen Schwenkachse VA ist auch in Fig . 3B angedeutet. Die in Fig. 3B gezeigten Details lassen sich auf alle
Ausführungsformen anwenden.
[0035] Fig. 5 zeigt Details einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung der Elemente ist hier anders gewählt, aber die Funktion ist dieselbe. Eine Linearbewegung des Antriebs 20 wird in eine Öffnungsbewegung der Düsennadel 11 im Inneren des Auftragskopfes 15 übersetzt. Der Antrieb 20 ist hier, wie auch bei Fig . 2, separat (d.h. beabstandet) von dem Auftragskopf 15 ausgeführt.
[0036] Als Antrieb 20 eignet sich bei den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen ein
- elektro-magnetischer oder
- pneumatischer oder
- piezo-elektrischer Antrieb,
der mit der gewünschten Frequenz eine entsprechende Linearbewegung PI (Auf- und Abbewegung) erzeugt, die durch den effektiv wirksamen Hebelarm 30 eine Unter- oder Übersetzung an die Düsennadel 11 weitergibt und dort die
Linearbewegung P hervor ruft. Im Falle eines piezo-elektrischen Antriebs 20 arbeitet man hier vorzugsweise mit einer Übersetzung, um die sehr kleinen Bewegungen des piezo-elektrischen Antriebs 20 in ausreichend grosse Öffnungsund Schliessbewegungen P zu übersetzen.
[0037] Besonders bewährt hat sich ein elektro-magnetischer Antrieb 20, der nach dem Prinzip eines Voice-Coil Motors oder einer Lorentz-Spule aufgebaut ist. Als effektive Übersetzung eignet sich in diesem Fall besonders eine 1 : 1 Hebel- Übersetzung oder eine Untersetzung . Ein Voice-Coil Motor oder eine Lorentz- Spule kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0038] Ein Voice-Coil Antrieb 20 hat den Vorteil, dass er im Ruhezustand stromlos ist, d .h. dass der Stromverbrauch geringer ist als bei bisherigen
Auftragsköpfen.
[0039] Der Hub im Bereich der Düsenspitze 18 oder der Austrittsöffnung 12 in Richtung der Z-Achse beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm. Bei einer 1 : 1 Hebel-Übersetzung muss der Antrieb 20 also eine entsprechend entgegengesetzt gerichtete Bewegung PI mit einem Hub von 0,1 mm bis 1 mm machen.
[0040] Bei einer geeigneten Ansteuerung des Antriebs 20 z.B. über ein
Treibermodul 21 und/oder eine Steuerungsmodul 50, das in der Nähe des
Antriebs 20 angeordnet sein kann, wie in Fig. 5 beispielhaft angedeutet, kann das Bewegungsverhalten der Düsennadel 11 oder eines anderen beweglichen Elements eingestellt oder gar geregelt werden. Auf Wunsch kann ein geeignetes Bewegungsprofil hinterlegt werden, damit die Düsennadel 11 abgebremst wird, kurz bevor sie auf den Anschlagpunkt 17 auftrifft. Diese Maßnahme erhöht die Lebensdauer der Düsennadel 11 und des Auftragskopfes 15. Ein entsprechendes Treibermodul 21 und/oder Steuerungsmodul 50 kann bei allen
Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0041] Umso größer die Hebel-Untersetzung gewählt wird, umso genauer lässt sich die Düsennadel 11 bewegen, weil eine große Bewegung PI des Antriebs 20 in eine kleine Bewegung P der Düsennadel 11 untersetzt wird. Ein Nachteil einer solchen großen Untersetzung ist aber die verlängerte Wegstrecke, die
antriebsseitig zurückgelegt werden muss. Dadurch reduziert sich eventuell die erzielbare Frequenz, respektive der Maximaltakt der Öffnungs- und
Schliessbewegung der Düsennadel 11.
[0042] In Fig. 7A ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Bewegungsprofils (Bewegung P) des beweglichen Elements 11 gezeigt. Das Bewegungsprofil P(t, Z) ist aus mehreren Liniensegmenten zusammengesetzt. In der Praxis kommt vorzugsweise eine Bewegungsprofil P(t, Z) mit
kurvenförmigem Verlauf zum Einsatz. Das Bewegungsprofil P(t, Z) ist hier eine Funktion der Zeit t und des Weges Z. Ein Öffnungs- und Schliesszyklus hat hier eine Zeitdauer T. Die Zeitdauer T ist hier beispielhaft in zehn gleichlange Takteinheiten zerlegt. Das beispielhafte Bewegungsprofil P(t, Z) kann wie folgt umschrieben werden. Zum Zeitpunkt t=0 beginnt sich das bewegliche Element 11 in positiver Z-Richtung zu bewegen, um die Austrittsöffnung 12 frei zu geben. Die Bewegung ist linear und erreicht bei 9T/10 einen Maximalpunkt bei Z=7 (die Einheit der Z-Achse kann zum Beispiel in Millimetern oder einer anderen Einheit angegeben sein). An dem Punkt (t=9T/10, Z=7) ist die Öffnungsbewegung abgeschlossen und es findet eine Richtungsumkehr statt, die in der Praxis nicht so abrupt verläuft wie in den schematischen Darstellungen gezeigt. Die
Schliessbewegung verläuft vorzugsweise sehr steil, da es für das Abrissverhalten wichtig ist, dass mit einer grossen Kraft die Austrittsöffnung 18 schnell
geschlossen wird. Der Kurvenverlauf zwischen dem Punkt (t=9T/10, Z=7) und dem Punkt (t=T, Z=0) ist hier linear. Vorzugsweise ist dieser Verlauf jedoch nichtlinear, was zum Beispiel durch eine geeignete Membrane 34 mit
nichtlinearen Eigenschaften erzielt werden kann. Beim Erreichen vom Punkt (t=T, Z=0) ist die Schliessbewegung beendet. D.h. bei t=T hat das bewegliche Element 11 wieder die Verschlussstellung mit Z=0 erreicht.
[0043] In Fig. 7B ist eine schematische Darstellung des entsprechenden antriebseitigen Bewegungsprofils Pl(t, Z) gezeigt. Die Kurve Pl(t, Z) entspricht hier der Kurve P(t, Z), wobei eine Streckung in Z-Richtung um den
Untersetzungsfaktor 5 erfolgt ist. Ausserdem verläuft Pl(t, Z) in -Z-Richtung. Die Kurve Pl(t, Z) entspricht natürlich nur dann der Kurve P(t, Z), wenn das System aus den einzelnen Komponenten unendlich steif ist und wenn es keine Übertragungs-, Reibungs- und andere Verluste und Ungenauigkeiten gibt.
[0044] Fig. 7B deutet an, dass die Untersetzung eine Streckung (in Z- Richtung) bewirkt, was die Parametrisierbarkeit und/oder Ansteuerbarkeit verbessert.
[0045] Eine vollständige Parametrisierung der Kurve P(t, Z) kann durch folgende Werte paar- Matrix gegeben sein (falls es sich bei der Kurve P(t, Z) um einen Polygonenzug aus geraden Segmenten handelt) :
(t=0, Z=0) (t=4T/10, Z= 1)
(t=6T/10, Z= 3)
(t=9T/10, Z= 7)
(t=T, Z= 0).
[0046] Eine vollständige Parametrisierung der Kurve Pl(t, -Z) kann durch folgende Werte paar- Matrix gegeben sein (falls es sich bei der Kurve Pl(t, -Z) um einen Polygonenzug aus geraden Segmenten handelt) :
(t=0, -Z=0)
(t=4T/10, -Z= 5)
(t=6T/10, -Z= 15)
(t=9T/10, -Z= 35)
(t=T, -Z= 0).
[0047] In Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines entsprechenden antriebsseitigen Bewegungsprofils Pl*(t, -Z) gezeigt, das hier nur durch zwei Parameter PA und PB definiert ist. Das antriebseitige Bewegungsprofil Pl*(t, -Z) hat hier nur eine lineare Öffnungsbewegung von (t=0, -Z=0) bis (t=7T/10, - Z=35) und eine steiler (d .h. schneller) lineare Schliessbewegung von (t=7T/10, - Z=35) bis (t=T, -Z=0). Es liegt auf der Hand, dass die Vorgabe eines
Bewegungsprofils nur dann sinnvoll ist, wenn man mehr als zwei Parameter zur Parametrisierung vorgibt.
[0048] Vorzugsweise handelt es sich bei den Parametern PA und PB aller Ausführungsformen um weg korrelierte Parameter.
[0049] In Fig. 9 ist eine schematische Darstellung des entsprechenden antriebseitigen Bewegungsprofils Pl(t, -Z) gezeigt, das durch vier Parameter PA, PB, PC und PD definiert ist. Das Bewegungsprofil Pl(t, -Z) in Fig . 9 entspricht dem Bewegungsprofil Pl(t, -Z) in Fig . 7B.
[0050] Bei der Parametrisierung können in allen Ausführungsformen zusätzlich zu den Parametern (respektive den Wertepaaren), die Maximalpunkte und Steigungsänderungen anzeigen/vorgeben, auch weitere Parameter vorgegeben werden. Diese weiteren Parameter können zum Beispiel den Verlauf der Kurve zwischen zwei Wertepaaren beschreiben. Die weiteren Parameter können zum Beispiel auch die Zyklusdauer T und/oder die Taktung (z. B. T/10) festlegen.
[0051] In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der Antriebseite eine intelligente Ansteuerung (z.B. in Form des Treibermoduls 21 und/oder
Steuerungsmoduls 50) des Antriebs 20 so ausgelegt, dass der Strom, der in den Antrieb 20 eingespeist wird, beobachtet wird. Wenn sich der Strom erhöht, dann ist dies ein Zeichen dafür, dass die Düsennadel 11 oder das bewegliche Element am Anschlagpunkt 17 ansteht. Durch ein intelligentes Steuerungsmodul 50 kann eine schleichende Anpassung des im Treibermodul 21 hinterlegten
Bewegungsprofils, das bei allen Ausführungsformen durch die genannte
Parametrisierung definiert sein kann, vorgenommen werden, die eine Abnützung der Nadelspitze 18 dadurch ausgleicht, dass die Bewegung PI auf der
Antriebsseite sukzessive vergrößert wird, wenn das Stromsignal anzeigt, dass die Stromerhöhung gegenüber früher erst später eintritt. Das spätere Eintreten einer Stromerhöhung bedeutet nämlich, dass die Nadelspitze 18 später als bisher am Anschlagpunkt 17 ansteht. Dies ist ein Zeichen für eine Abnützung. Der Einsatz einer solchen intelligenten Ansteuerung (z.B. in Form des Treibermoduls 21 und/oder Steuerungsmoduls 50) erhöht die Lebensdauer des Auftragskopfes 15, da die Düsennadel 11 oder das bewegliche Element erst später ausgetauscht werden muss.
[0052] In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Antriebseite eine intelligente Ansteuerung (z.B. in Form des Treibermoduls 21 und/oder
Steuerungsmoduls 50) des Antriebs 20 so ausgelegt, dass die Bewegung der Düsennadel 11 oder des beweglichen Elements gemäß eines vorgegebenen Bewegungsprofils (z. B. Pl(t, -Z) geregelt ist. Die Schaltzeiten und der Hub der Düsennadel 11 können überwacht werden und das Auftragsbild des
Auftragskopfes 15 kann durch das Steuerungsmodul 50 automatisch korrigiert werden.
[0053] Vorzugsweise befindet sich das Treibermodul 21 und/oder das Steuerungsmodul 50 direkt an jedem Antrieb 20 so, dass der Antrieb 20 direkt mit einem 24 VDC Signal (auch direkt von einer SPS) angesteuert werden kann (SPS steht für Speicherprogrammierbare Steuerung). Dies hat den Vorteil, dass jeder Auftragskopf 15 individuell angesteuert werden kann. Ein entsprechendes Treibermodul 21 und/oder Steuerungsmodul 50 kann bei allen
Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0054] In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Antriebseite eine intelligente Ansteuerung des Antriebs 20 so ausgelegt, dass Fehler-, Warnungen, Service- oder Wartungsanzeigen ausgegeben werden. Zu diesem Zweck ist das Steuerungsmodul 50 entsprechend ausgestattet und/oder programmiert. Dieser Ansatz kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0055] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass eine räumliche thermische
Trennung (siehe z.B. Fig . 5) zwischen Antrieb 20 und dem Teil des
Auftragskopfes 15 möglich ist, der vom Medium M durchströmt wird. Besonders bei warmem oder heißem Medium M reduzieren sich dadurch die Probleme, die auf der Antriebsseite ansonsten durch die große Temperatur verursacht werden können.
[0056] Vorzugsweise wird die thermische Trennung zwischen Antrieb 20 und Auftragskopf 15 ohne Schraubverbindung gelöst, wie in Fig . 6A und der
Ausschnittsvergrösserung 6B zu erkennen ist.
Auf den Auftragskopf 15 wird eine Isolationsplatte 44 aufgelegt. Die
Isolationsplatte 44 ist auf der Auftragskopfseite mit zwei Positionierbolzen 45 und auf der Antriebsseite mit vier Distanz-/Positionierbolzen 46 ausgebildet. Die Fixierung von Auftragskopf 15 und Antrieb 20 erfolgt über zwei Seile 47
(vorzugsweise Stahlseile). Vorzugsweise wird ein nicht wärmeleitendes Seil 47 eingesetzt. Die Seile 47 sind im Auftragskopf 15 an den Punkten XI fixiert und werden im Antrieb 20 durch eine Spannvorrichtung 48 gespannt. Durch diese Anordnung ist der Auftragskopf 15 und der Antrieb 20 idealerweise über keine metallische Verbindung befestigt (in der vorliegenden Anordnung lediglich durch zwei dünne Seile 47). [0057] Der Hebelarm 30 bewirkt bei allen bevorzugten Ausführungsformen eine Umkehr der Bewegungsrichtung (PI zeigt in die entgegengesetzte Richtung wie P; siehe Fig . 2) und, je nach Einstellung der Hebelarmlängen, eine
Bewegungsverstärkung (P > PI; Übersetzung genannt) oder eine
Bewegungsverkleinerung (PI > P; Untersetzung genannt). Ausserdem ermöglicht die winklige Anordnung des Hebelarms 30 in Bezug zum beweglichen Element 11 eine Anordnung der Membrane 34 in einem Bereich, der nicht unmittelbar dem strömenden Medium M ausgesetzt ist.
[0058] Die Erfindung ermöglicht einen präzisen Klebstoffauftrag nach Mass. Sie kann bei elektro-magnetischen, elektro-pneumatischen, piezo-elektrischen oder elektro-mechanischen Auftragsköpfen 15, ob Heiss- oder Kaltleimprozess, ob auf Weg oder Zeit basierend, ob konstante oder variable
Substratgeschwindigkeit, eingesetzt werden.
[0059] Das Steuerungsmodul 50 (auch Auftragssteuerung genannt) kann direkt im Gerät (z. B. in einem Schmelzgerät) integriert sein, oder sie kann als eigenständige Einheit beigestellt werden. Es ist gemäss Erfindung auch möglich mehrere Auftragsköpfe 15 von einem gemeinsamen (mehrkanaligen)
Steuerungsmodul 50 aus anzusteuern und zu kontrollieren, wie in Fig . 1 angedeutet.
[0060] Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das
Steuerungsmodul 50 so ausgelegt ist, dass es von einer SPS
ansteuerbar/kontrollierbar ist.
[0061] Bei allen Ausführungsformen besitzt das Steuerungsmodul 50 eine Anbindung an Leitsysteme über eine gängige Schnittstelle (z.B. eine CAN
Schnittstelle).
[0062] Vorzugsweise besitzt das Steuerungsmodul 50 bei allen
Ausführungsformen eine Möglichkeit zur Parametrisierung, wie beschrieben. Die Parametrisierung kann entweder direkt an der Steuerung 50 vorgenommen werden, oder die Parametrisierung kann indirekt über eine Schnittstelle des Steuerungsmoduls 50 erfolgen.
[0063] Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein Softwaremodul zur Parametrisierung zum Einsatz.
[0064] Der Begriff„Parametrisierung" wir hier verwendet, um zu beschreiben, dass die Ansteuerung des oder der Auftragsköpfe 15 anhand von Parametern (vorzugsweise in Form von Wertepaaren) erfolgt. Die Parameter werden von der Steuerung 50 in Befehle, Stellgrössen oder Werte umgesetzt, die am oder im Auftragskopf 15 (z. B. durch Umsetzung im Treibermodul 21) ein Ergebnis hervor rufen. Die Parameter können zum Beispiel eingesetzt werden, um den Antrieb 20 so anzutreiben, dass ausgangsseitig, d.h. am beweglichen Element 11 eine kontrollierte Öffnungsbewegung P(t, Z) hervor gerufen wird . Das kann zum Beispiel bei allen Ausführungsformen über ein programmierbares
Ausgangsspannungsprofil oder Ausgangsstromprofil am Antrieb 20 oder am Treibermodul 21 erreicht werden. Die Parameter, die durch die Parametrisierung vorgegeben werden, definieren z. B. das Ausgangsspannungsprofil oder
Ausgangsstromprofil. Das Ausgangsspannungsprofil oder Ausgangsstromprofil ist dann mit dem Bewegungsprofil Pl(t, -Z) und über den Hebelarm 30 mit dem Bewegungsprofil P(t, Z) korreliert.
[0065] Fig. 10 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung basierend auf der in Fig. 2 gezeigten
Ausführungsform, wobei Details des Steuerungsmoduls 50 und eines
Regelkreises schematisch angedeutet sind. Es wird auf die Beschreibung der Fig . 2 verwiesen. Im Folgenden werden nur die wesentlichen Aspekte der
Ansteuerung und des Regelkreises beschrieben. Vorzugsweise weisen alle
Ausführungsformen der Erfindung einen Regelkreis mit einem (Weg- oder Positions)Sensor 53 (hier zum Beispiel einem Induktivsensor) und einem
Steuerungsmodul 50 auf. Der Sensor 53 ist dazu ausgelegt die momentane Position (Ist-Position) des beweglichen Elements 11 zu erfassen. In Fig . 10 ist der (Weg- oder Positions)Sensor 53 schematisch gezeigt. Er kann auch an einem anderen Ort angeordnet sein. Der (Weg- oder Positions)Sensor 53 ist über eine Verbindung 55 mit einem Eingang des Steuerungsmoduls 50 verbunden, um die Ist-Position dem Steuerungsmodul 50 zu übergeben. Das Steuerungsmodul 50 ermittelt anhand von Steuerdaten durch den Vergleich mit der Ist-Position, ob Bedarf zur Nachregelung oder Korrektur besteht. Wenn zum Beispiel in der Grafik in Fig . 7A die Schliessstellung (T=t, Z=0) erreicht ist und der (Weg- oder
Positions)Sensor 53 zeigt eine davon abweichende Ist-Position, dann kann in einer Regelschleife das bewegliche Element 11 z. B. ein kleines Stück weiter in - Z-Richtung bewegt werden, um die endgültige Schliessstellung zu erreichen (Endpunktüberwachung genannt).
[0066] Falls das Steuerungsmodul 50 selbstlernend ausgeführt ist, kann der korrigierte Parameter, der der Schliessstellung entspricht, in einem
Parameterspeicher 54 abgelegt werden. Beim nächsten Öffnen und Schliessen kommt dann der neue Parameter zur Anwendung .
[0067] In Fig. 10 ist weiterhin angedeutet, dass ein optionales Treibermodul 21 zwischen dem Steuerungsmodul 50 und dem Antrieb 20 vorgesehen sein kann, um die steuerungstechnische Verbindung zwischen Steuerungsmodul 50 und Antrieb 20 herzustellen. Das Treibermodul 21 kann Parameter vom
Steuerungsmodul 50 empfangen und in Strom- oder Spannungsgrössen (als Steuergrössen) umsetzen, die dem Antrieb 20 eingeprägt werden. Das
Steuerungsmodul 50 kann aber steuerungstechnisch auch direkt mit dem Antrieb 20 verbunden sein (z. B. durch eine Steuerverbindung 52, wie in Fig. 1 gezeigt).
[0068] Vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen die Parameter PA, PB usw. aus einem Parameterspeicher 54 entnommen und von dem
Steuerungsmodul 50 an ein optionales Treibermodul 21 übergeben. Das
Treibermodul 21 setzt diese Parameter PA, PB usw. dann in Steuergrössen um. Es ist aber auch möglich, dass das Steuerungsmodul 50 Parameter PA, PB usw. weiterverarbeitet, um dann weiterverarbeitete Parameter PA*, PB* usw. an das Treibermodul 21 zu übergeben. Die Weiterverarbeitung der Parameter PA, PB usw. hängt von der konkreten Konstellation ab und kann zum Beispiel den Überoder Untersetzungsfaktor berücksichtigen.
[0069] Das Steuerungsmodul 50 kann zum Beispiel mit einem Modul zur Selbsterkennung einer verstopften Düse ausgelegt sein. Diese Selbsterkennung kann anhand von direkter und/oder indirekter Messinformation (z. B. von einem Sensor 53) eine sich anbahnende Düsenverstopfung zu erkennen. Es kann auch ein Modul umfassen, dass eine Erkennung eines sich anbahnenden Problems (Früherkennung) ermöglicht. Vorzugsweise erfolgt in diesem Fall eine präventive Warnung durch das Steuerungsmodul 50, zum Beispiel über eine optionale LED Wartungserkennung 60 (siehe Fig. 10). Selbsterkennung und Früherkennung lassen sich besonders vorteilhaft in Ausführungsformen realisieren, die einen Regelkreis, wie oben beschrieben, aufweisen.
[0070] Vorzugsweise sind alle Ausführungsformen selbstinitialisierend ausgelegt. Zu diesem Zweck macht das Steuerungsmodul 50 einen
Initialisierungslauf, um die Parameter PA, PB usw. mit den Ist-Werten
vergleichen zu können. Daraus können initiale Korrekturwerte abgeleitet werden, die dann beim produktiven Einsatz zur Anwendung kommen.
[0071] Durch die spezielle Lagerung des Hebelarms 30 mit einer Membran 34 und durch das beschriebene Steuerungsmodul 50 mit Parametrisierbarkeit kann bei allen Ausführungsformen eine genaue Vorhaltezeit garantiert werden. Das ist für viele Anwendungen wichtig. Wenn die garantierte Vorhaltezeit bei einem ersten Auftragskopf 15 z.B. 10ms beträgt und dieser Auftragskopf wegen
Wartungsarbeiten gegen einen anderen Auftragskopf 15 ausgetauscht werden muss, dann muss gewährleistet sein, dass auch dieser zweite Auftragskopf 15 die garantierte Vorhaltezeit von 10ms einhält. Die Erfindung garantiert ausserdem oder alternativ eine fixe Reaktionszeit (Ansprechzeit) von z.B. 1ms, was für die Ansteuerung z. B. über eine SPS Steuerung wichtig ist.
[0072] Alle Auftragsköpfe 15 verhalten sich gleich was die fixe Reaktionszeit (Ansprechzeit) und/oder die Vorhaltezeit anbelangt.
[0073] Die Erfindung bietet den einzigen elektrisch angetriebener Auftragskopf 15 , der mit SPS ohne Booster und mit einer proprietären Steuerung ansteuerbar ist. [0074] Vorzugsweise ist der Auftragskopf 15 bei allen Ausführungsformen so ausgelegt, dass es auch im nicht aktivierten Modus oder wenn das Gerät abgeschaltet ist, geschlossen ist.
[0075] Vorzugsweise ist der Auftragskopf 15 bei allen Ausführungsformen mit einem Sensor ausgestattet, der die Dichtfunktion oder Dichtigkeit der Membrane 34 überwacht. Dieser Sensor ist so ausgelegt und angeordnet, dass das im Fehlerfall austretende Medium M erfasst wird. Der Fehlerfall wird an die
Steuerung 50 übermittelt. Die Steuerung 50 stoppt mit einem entsprechenden Steuersignal die Leimförderung (z.B. durch ein Abschalten einer Pumpe). Dieses Merkmal hat den Vorteil, dass bei einem Bruch der Membrane 34 verhindert werden kann, dass das austretende Medium M in die Maschine gefördert wird .
[0076] Besonders zur Überwachung der Dichtfunktion oder Dichtigkeit der Membrane 34 sind induktive, kapazitive oder optische Sensoren geeignet, die vorzugsweise im rückwärtigen Bereich (d .h . im mediumfreien Raum) des
Auftragskopfs 15, d .h . auf derjenigen Seite, die der Kammer 10 gegenüber liegt, angeordnet ist.
[0077] Vorzugsweise ist der Auftragskopf 15 bei allen Ausführungsformen mit einer Überwachung des Leimdrucks ausgestattet. Die Steuerung 50 werte in diesem Fall (Druck-)Signale aus, aus denen sich der Leimdruck-Verlauf ableiten lässt. Das Auswerten des Leimdruck-Verlaufs ermöglicht es der Steuerung 50 eine Diagnose in Sachen Leimförderung vorzunehmen. Auf diesem Wege kann man zum Beispiel das sich Anbahnen einer Düsenverstopfung und/oder das Auftreten einer Undichtigkeit an der Membrane 34 erkennen und darauf reagieren. Diese Form der Überwachung des Leimdrucks mittels der Steuerung 50 ermöglicht eine einfach und zuverlässige Überwachung des Klebstoffauftrags.
[0078] Vorzugsweise ist der Auftragskopf 15 bei allen Ausführungsformen mit einer sogenannten Hubregelung ausgestattet. Diese Hubregelung kann zur Durchflussregelung, d .h. zur Dosierung des abzugebenden Mediums M eingesetzt werden. Zum Zwecke der Hubregelung ist vorzugsweise ein Weg- oder
Positionsgeber im Auftragskopf 15 im Bereich des beweglichen Elements 11 und/oder im Bereich des Hebelarms 30 angeordnet. Die aktuelle Position (Ist- Position) des beweglichen Elements 11 und/oder des Hebelarms 30 wird so an die Steuerung 50 gemeldet und kann dort zu Regelzwecken eingesetzt werden.
[0079] Statt des Auftragskopfes 15 kann auch die Auftragsvorrichtung 100 als Ganzes eine Hubregelung und/oder eine Sensorüberwachung und/oder eine Überwachung des Leimdruck-Verlaufs, wie vorausgehend beschrieben, umfassen.
Bezugszeichenliste
(Düsen)Kammer 10 bewegliches Element (z.B. Düsennadel) 11
Austrittsöffnung 12
Zufuhrkanal 13 rückwärtigen Ende der Düsennadel 11 14
Auftragskopf 15
Zufuhrleitung 16
Anschlagpunkt 17
Spitze 18
Antrieb 20
Treibermodul 21
Hebelarm 30 erstes Extremalende 31 zweites Extremalende 32
Membranaufhängung 33
Membrane 34
Dichtring 35
Schlitze 36
Zentralöffnung 37
Druckstütze 38
Löcher 39 zylindrischer Stab 40 innerer Teil der Membrane 34 41
Stege 42
Kappen 43
Isolationsplatte 44 Positionierbolzen 45 Distanz-/Potitionierbolzen 46 Seile 47
Spannvorrichtung 48
Steuerungsmodul (Auftragssteuerung) 50
Steuerverbindung 52
Sensor (z. B. Induktionsgeber)/ 53 Wegmesser
Parameterspeicher 54
Verbindung 55
LED Wartungserkennung 60
Auftragsvorrichtung 100
Ansatzpunkt A
Papierbahn K fließfähigen Medium M
Bewegungsrichtung V Virtuelle Achse VA
Öffnungsbewegung / Bewegungsprofil P / P(t, Z)
Gegenbewegung / Bewegungsprofil PI / Pl(t, Z)
Bewegungsprofil Pl *(t, Z)
Parameter (Werte paare) PA, PB, PC, PD weiterverarbeitete Parameter PA*, PB*
Zeit t
Zyklusdauer T
Achse z
Punkte XI