| JP55119470 | COATING METHOD |
| WO/2011/148196 | METHOD OF ADJUSTING SURFACE TOPOGRAPHY |
| JP3492771 | DEVICE FOR APPLYING COATING SOLUTION ON SUBSTRATE |
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), dadurch gekennzeichnet, dass der Auftragskopf (15) umfasst: - einen Hebelarm (30), dessen erstes Extremalende (31) beweglich an einem rückwärtigen Ende (14) des beweglichen Elements (11) befestigt ist und dessen zweites Extremalende (32) mit dem Antrieb (20) verbunden ist, - eine Membranaufhängung (33) mit einer Membrane (34), wobei o der Hebelarm (30) sich durch die Membrane (34) der Membranaufhängung (33) hindurch erstreckt, o 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. 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. 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 Bewegung (P) der Düsennadel (11) entgegengesetzt ist zu einer Bewegung (PI) am zweiten Extremalende (32) des Hebelarms (30). 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), dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (100) umfasst: - einen Hebelarm (30), dessen erstes Extremalende (31) im Inneren des Auftragskopfes (15) beweglich an einem rückwärtigen Ende (14) des beweglichen Elements (11) befestigt ist und dessen zweites Extremalende (32) mit dem Antrieb (20) verbunden ist, - eine Membranaufhängung (33) im oder am Auftragskopf (15) mit einer Membrane (34), wobei o der Hebelarm (30) sich durch die Membrane (34) der Membranaufhängung (33) hindurch erstreckt, o 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. 7. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, 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. 8. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Membrane (34) um eine metallische Membrane (34) handelt. 9. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, 7 oder 8, 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. 10. Auftragsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftragskopf (15) auf derjenigen Seite der Membrane (34), die von der Kammer (10) abgewandt ist, eine Druckstütze (38) aufweist. 11. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein - elektro-magnetischer oder - pneumatischer oder - piezo-elektrischer Antrieb als Antrieb (20) dient. 12. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftragskopf (15) und der Antrieb (20) thermisch entkoppelt sind . 13. Auftragsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 12, 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) der Düsennadel (11) entgegengesetzt ist zu einer Bewegung (PI) am zweiten Extremaiende (32) des Hebelarms (30). |
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 europäischen Patentanmeldung EP 10 151 806.6 beansprucht, die am 27.1.2010 angemeldet worden ist.
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] 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.
[006] Es stellt sich die Aufgabe, einen präzise arbeitenden und
zuverlässigen Auftragskopf bereitzustellen, der einen Teil der Nachteile
vorbekannter Lösungen vermeidet oder ganz behebt.
[007] Die Aufgabe wird gelöst durch einen Auftragskopf nach Anspruch 1 und durch eine Auftragsvorrichtung nach Anspruch 6.
[008] 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 abrasionsbeständig und/oder widerstandsfähig gegenüber chemischen Additiven im Medium.
[009] 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.
[0010] 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.
[0011] Die Erfindung eignet sich ganz besonders für thermoplastische
(Hotmelt) Klebstoffe. Sie eignet sich aber auch für aggressive Leimsorten und z. B. für Kaltleim.
[0012] In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte
Ausgestaltungsformen der Erfindung aufgeführt. Abbildungen
[0013] 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.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0014] 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.
[0015] 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 hebt die Düsennadel 11 an und diese gibt die Austrittsöffnungen 12 frei, so dass das Medium M aus der Düsenkammer 10 durch die Austrittsöffnungen 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.
[0016] Im Inneren ist ein Zufuhrkanal 13 vorgesehen, der mit der
(Düsen)Kammer 10 verbunden ist. Der Zufuhrkanal 13 ist mit einer
Zufuhrleitung 16 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.
[0017] 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.
[0018] 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 3 werden im Folgenden beschrieben.
[0019] 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 .
[0020] Folgende weitere Details zeichnen diese Ausführungsform aus. 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 angehoben wird, wird die Austrittsöffnung 12 freigegeben und es kann Medium M austreten.
[0021] Die Düsennadel 11 ist im Bereich des rückwärtigen Endes 14 beweglich 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 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.
[0022] 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. [0023] 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.
[0024] 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
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] 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.
[0033] 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.
[0034] 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 besonders eine 1 : 1 Hebel-Übersetzung oder eine Untersetzung. Ein Voice-Coil Motor oder eine Lorentz-Spule kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen. [0035] Der Hub im Bereich der Düsenspitze 18 oder der Austrittsöffnung 12 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.
[0036] Bei einer geeigneten Ansteuerung des Antriebs 20 z.B. über ein Treibermodul 21, 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 kann bei allen
Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0037] Umso größer die Hebel-Übersetzung 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 übersetzt wird . Ein Nachteil einer solchen großen Übersetzung ist aber die verlängerte Wegstrecke, die
antriebsseitig zurückgelegt werden muss. Dadurch reduziert sich die erzielbare Frequenz, respektive der Maximaltakt der Öffnungs- und Schliessbewegung der Düsennadel 11.
[0038] In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der Antriebseite eine intelligente Ansteuerung (z.B. in Form des Treibermoduls 21) 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 am Anschlagpunkt 17 ansteht. Durch eine intelligente Steuerung kann eine schleichende Anpassung des im Treibermodul 21 hinterlegten
Bewegungsprofils 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) erhöht die
Lebensdauer des Auftragskopfes 15, da die Düsennadel 11 erst später
ausgetauscht werden muss.
[0039] In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Antriebseite eine intelligente Ansteuerung (z.B. in Form des Treibermoduls 21) des Antriebs 20 so ausgelegt, dass die Bewegung der Düsennadel 11 gemäß eines vorgegebenen Bewegungsprofils geregelt ist. Die Schaltzeiten und der Hub der Düsennadel 11 können überwacht werden und das Auftragsbild des Auftragskopfes 15 kann durch diese Steuerung automatisch korrigiert werden.
[0040] Vorzugsweise befindet sich das Treibermodul 21 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 kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0041] In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Antriebseite eine intelligente Ansteuerung des Antriebs 20 so ausgelegt, dass Fehler-, Warnungen, Service- oder Wartungsanzeigen ausgegeben werden. Dieser Ansatz kann bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
[0042] 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.
[0043] 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).
[0044] 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) oder eine Bewegungsverkleinerung (PI > P). 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.
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
Auftragsvorrichtung 100
Ansatzpunkt A
Papierbahn K fließfähigen Medium M
Bewegungsrichtung V
Virtuelle Achse VA
Öffnungsbewegung P
Gegenbewegung PI
Punkte XI