用于施涂涂覆剂的喷印头的制作方法

本发明涉及一种用于将涂覆剂施涂到部件上的喷印头，特别是用于将涂料施涂到车身部件上的喷印头。

背景技术：

旋转式喷雾器通常用作用于车身部件的系列涂装的施涂装置，但是这些喷雾器具有施涂效率有限的缺点，即，仅施涂的涂料中的一部分沉积在待涂覆的部件上，而施涂的涂料中的其余部分必须作为所谓的过度喷涂处理。

另一方面，较新的开发线提供所谓的喷印头作为施涂装置，例如从de102013002412a1、us9,108,424b2和de102010019612a1中已知。与已知的旋转式喷雾器相比，这种喷印头不会喷射待施涂的涂料的喷雾，而是喷射在空间上狭窄限制并且几乎完全沉积在待涂装的部件上的涂料射流，因此几乎没有发生过度喷涂。

在这种情况下，许多喷嘴通常被布置在喷印头的喷嘴板中，由此各个喷嘴都可以各自由可移动的阀元件打开或关闭。可移动的阀元件通常是带有弹性体插入件作为密封件的阀针。这里，带有弹性体插入件的阀针可以在关闭位置与打开位置之间移动，由此弹性体插入件在阀针的关闭位置将喷嘴密封，而弹性体插入件在打开位置从喷嘴抬起，从而通过喷嘴释放流体流(通常是根据现有技术的油墨)。

在可移动阀元件(例如阀针)与喷嘴之间的这种众所周知的密封类型的缺点首先是制造弹性体插入件所涉及的所有复杂制造过程。

另一个缺点是带有弹性体插入件的阀针只能在某些限制范围内进行微型化，因此相邻喷嘴之间的喷嘴间距不能低于下限。

此外，弹性体插入件的制造精度受到限制，因此在所需的阀行程方面出现大的波动。

本发明的技术背景也可以在de3634747a1、de102014012705a1、de4138491a1中找到。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于创造另一种用于将可移动阀元件密封在喷嘴上的解决方案。

该目的通过根据主权利要求的根据本发明的喷印头来实现。

首先，应该注意的是，在本发明的上下文中使用的术语“喷印头”应该通常地理解并且仅用于区分喷雾器(例如旋转式喷雾器、盘式喷雾器、无空气喷雾器、空气混合喷雾器、超声喷雾器)，其喷射待施涂的涂覆剂。相比之下，根据本发明的喷印头喷射空间受限的涂覆剂射流。这种喷印头是从现有技术中已知的并且例如在de102013092412a1、us9,108,424b2和de102010019612a1中进行了描述。

还应该提到的是，根据本发明的喷印头优选用于涂料(例如底涂料、清漆涂料、水性涂料、溶剂型涂料)的施涂。然而，根据本发明的喷印头可以替代性地设计用于其它涂覆剂的施涂，例如密封剂、绝缘材料、粘合剂、底涂料等，仅举几个例子。

根据现有技术，根据本发明的喷印头具有喷嘴板，所述喷嘴板包含至少一个用于分配涂覆剂的喷嘴。优选地，该喷嘴将上述涂覆剂射流喷射到待涂覆的部件上。然而，还有可能的是，喷嘴布置在喷印头内并且仅将涂覆剂传递到外部出口喷嘴，然后所述外部出口喷嘴将涂覆剂射流施涂到部件上。

此外，根据现有技术，根据本发明的喷印头具有阀元件，以控制涂覆剂通过喷嘴的释放。该阀元件相对于喷嘴板是可移动的，其中阀元件在关闭位置关闭喷嘴，而可移动阀元件在打开位置释放喷嘴。

优选地，阀元件在关闭位置与打开位置之间的运动是纯线性运动(位移运动)，然而，在本发明的范围内，基本上还存在阀元件在打开位置与关闭位置之间的其它运动的可能性。旋转运动、转动运动或阀元件的组合旋转和线性运动只是几个例子。

此外，根据本发明的喷印头还包括密封件，以在阀元件的关闭位置使喷嘴抵靠可移动阀元件密封。

然而，在根据本发明的喷印头的情况下，该密封件优选地不设计为阀元件上的弹性体插入件，因为这与上述问题相关联。

例如，密封件可以布置在喷嘴板上，即不是如已知的弹性体插入件的情况一样布置在可移动阀元件上。替代性地，根据本发明的密封件也可以附连到可移动阀元件上，即不附连到喷嘴板上。此外，还可以将这两种替代方案结合起来，由此密封件既附连到可移动阀元件上，又附连到喷嘴板上，在这种情况下，喷嘴和两个密封件然后相互作用。

还应该提到的是，密封件优选是平的，并且在关闭位置，在可移动阀元件与密封件之间形成平的接触。例如，为此，可以将平的密封板或密封层施加到喷嘴板的内侧。

此外，在本发明的一个实施例中，可移动阀元件的形状有可能与喷嘴的形状互配并且在关闭位置突出到喷嘴中。例如，喷嘴可以在流动的方向上成圆锥形地变窄。然后，可移动阀元件也应朝向其自由端成圆锥形地逐渐变细，优选地带有与喷嘴相同的锥角，使得阀元件和喷嘴然后形成相应的形状配合，从而改善了密封效果。替代性地，例如，喷嘴也可能具有半球形的内轮廓，从而优选地，可移动阀元件也具有半球形的外轮廓。

还应该提到的是，密封件可以施加到喷嘴的内侧壁上。如果喷嘴的内轮廓是锥形的，则密封件将优选地覆盖喷嘴的内侧壁。

在本发明的另一个实施例中，喷印头具有柔性密封隔膜，由此柔性密封隔膜形成可移动阀元件，并且在其关闭位置关闭喷嘴且在其打开位置释放所述喷嘴。该密封隔膜在关闭位置与打开位置之间由阀致动器偏转。一方面，柔性密封隔膜因此在关闭位置将喷嘴密封。另一方面，密封隔膜还将涂覆剂供应部与阀致动器分离开，使得阀致动器不与涂覆剂接触。当一种接一种地涂覆不同颜色的涂覆剂并且因此必须用冲洗剂冲洗喷印头时，这是特别有利的。柔性密封隔膜防止阀致动器中的涂覆沉积，由于其光滑的表面，因此也可以实现良好的冲洗性能。

此外，密封隔膜还可以是弹性的，然后执行复位弹簧的功能，所述复位弹簧将密封隔膜推入其非工作位置，特别是推入关闭位置。然后，阀致动器优选地将密封隔膜偏转到打开位置，而密封隔膜由于其弹簧弹性而在没有被阀致动器致动的情况下被压入关闭位置。然而，在本发明的范围内，还有可能的是，密封隔膜由于其弹簧弹性可以被压入打开位置，由此阀致动器然后将密封隔膜压入关闭位置。

为了移动可移动阀致动器，喷印头优选地具有阀致动器。在本发明的一个示例中，阀致动器包括柔性致动器隔膜，所述柔性致动器隔膜机械地耦合到可移动阀元件并且可以被供应驱动流体(例如液压流体、压缩空气)，以使致动器隔膜偏转，从而移动阀元件。

还有可能的是，致动器隔膜可以被涂覆剂本身作用。替代性地，驱动流体可以由涂料，例如粘合剂、溶剂、mesamol^tm或类似物的一部分组成。如果隔膜破裂，这将不是化学反应或不相容。

阀致动器的这种变体与上述柔性密封隔膜结合是特别有利的，因为在喷嘴与驱动流体之间有两个密封件，一个是通过致动器隔膜的密封件，另一个是通过柔性密封隔膜的密封件。这样，可以双重安全地防止驱动流体(例如液压流体)通过喷嘴的泄漏。

然而，在本发明的范围内，阀致动器的其它设计也是可能的。例如，阀致动器可以设计为带有线圈和线圈中的可移动电枢的螺线管致动器，由此电枢机械地耦合到可移动阀元件并且根据供应给线圈的电流在打开位置与关闭位置之间移位。

在本发明的一个实施例中，阀元件(例如挺杆)固定在喷印头中，而喷嘴板是弹柔性的并且可以通过阀致动器弯曲。在关闭位置，阀致动器然后优选地在喷嘴板上不施加力，使得喷嘴板是平的并且与喷嘴密封地搁置在可移动阀元件(例如挺杆)的自由端上。另一方面，在打开位置，阀致动器使喷嘴板弯曲，使得喷嘴以一定的行程从阀元件的自由端抬起，以便涂覆剂可以从喷嘴中逸出。喷嘴板在关闭位置与打开位置之间的喷嘴区域中的行程优选为约30μm。

开头已经简单地提到密封件可以是平的。例如，密封件可以具有密封剂层，所述密封剂层例如被硫化到喷嘴板上，蒸发，通过层形成工艺施加或印刷在其上。

替代性地，密封件也可以具有薄膜，所述薄膜例如可以胶合、铺设、粘合或层压到喷嘴板上。

关于本发明的范围内的材料的选择，应该提到的是，可移动元件优选至少部分地由金属、塑料或硅树脂组成。

此外，根据本发明的喷印头优选地在阀元件侧与喷嘴侧之间在喷嘴上具有以下材料组合中的一种：

-金属上的金属，

-金属上的塑料，

-塑料上的金属，

-硅树脂上的塑料，

-硅树脂上的硅树脂，或

-硅树脂上的金属。

例如，可移动阀元件可以由金属制成并与塑料挺杆组合。

此外，孔可以由硅树脂制成或包含硅树脂孔插入件，而可移动阀元件至少部分地由钢、橡胶或塑料(例如ptfe：聚四氟乙烯)制成。

当可移动阀元件从打开位置移动到关闭位置时，密封件通常还形成机械止动件，所述机械止动件限制阀元件运动到关闭位置。因此，密封件具有两个功能：第一，实际密封功能；第二，机械止动件的功能。

在本发明的另一个实施例中，提供单独的机械止动件，以限制阀元件运动到关闭位置。这可能是有利的，因为限定的压缩力作用在密封件上。

机械止动件优选地具有在阀元件侧与喷嘴侧之间的材料配对，从而在两侧提供金属。另一方面，密封件优选地是弹性的，并且在关闭位置，经受由机械止动件限定的特定的材料压缩。

另一方面，在本发明的另一个实施例中，可移动阀元件优选地设计为阀板，所述阀板可以通过阀致动器经由挺杆在打开位置与关闭位置之间移动。

在本发明的一个变体中，挺杆通过喷嘴突出，并且阀板在关闭位置位于喷嘴板的背离阀致动器的底侧。因此，阀板被拉入喷嘴，以关闭喷嘴，而喷嘴板被推出喷嘴，以打开喷嘴。

在另一个变体中，喷嘴通道延伸穿过喷嘴板，从所述喷嘴通道供给至少一个喷嘴。在其关闭位置，板状阀元件与喷嘴通道的面向阀致动器的上部密封接触。

上面已经提到，与常规喷雾器(例如旋转式喷雾器)喷射的喷雾相比，喷印头优选地喷射窄式的涂覆剂射流。

还应该提到的是，与在射流的纵向方向上连续的涂覆剂射流相比，喷印头可以喷射液滴射流。然而，在本发明的范围内，与液滴射流相比，喷印头也可以喷射在射流的纵向方向上连续的涂覆剂射流。

在特定施涂中，将高压(30-90kv)施加到整个喷印头或喷印头的各个部件(例如喷嘴板1)可能是有利的，以便利用静电涂装的附加益处，例如更高的施涂效率和/或边缘处的静电缠绕(带电涂料沿着电场线移动，涂覆远离施涂器靠近边缘的表面)。

如果使用静电填充，则在处理导电涂料时可能必须在材料供应机构中使用潜在的分离系统。在这种情况下，施涂器的所有部件也必须设计成能承受高电压。

根据本发明的喷印头的一个特别的优点是它在几乎没有过度喷涂的情况下工作，即喷印头优选地具有至少80％、90％、95％或99％的施涂效率，使得基本上所有施涂的涂覆剂完全沉积在部件上而不形成过度喷涂。

还应该提到的是，喷印头优选地具有大的区域涂覆能力，使得喷印头也适合于车身部件的系列涂装中的区域涂覆。因此，喷印头优选地具有至少0.5m²/min、1m²/min、2m²/min或甚至3m²/min的表面涂覆性能。

此外，应该提到的是，本发明不仅要求保护上述根据本发明的喷印头作为单个部件。相反，本发明还要求保护用于涂装部件(例如机动车辆车身部件)的完整涂覆系统(例如涂装系统)，由此根据本发明的喷印头用作施涂装置。

例如，根据本发明的喷印头可以由多轴涂装机器人引导，所述机器人优选地具有带有至少六个可移动机器人轴的串联运动学机构。

附图说明

本发明的其它有利的修改在从属权利要求中指出，或在下面与使用附图对本发明的优选实施例的描述一起更详细地解释，附图示出了：

图1是根据本发明的带有平的密封件的喷印头的剖切的示意图，

图2是图1的修改，带有喷嘴和阀元件的形状配合，

图3是图1和2的修改，带有柔性隔膜作为密封件，

图4是带有附加的液压驱动的致动器隔膜的另一种变型，

图5是带有挺杆的另一变型，该挺杆是可移动的并且移动喷嘴通道中的阀板，

图6是图5的变型，其中阀板可以密封地位于喷印头的外侧，

图7a和7b是带有可以弯曲以打开或关闭喷嘴的柔性喷嘴板的变型，以及

图8a-8c是本发明的喷印头中喷嘴的各种可能的轮廓。

具体实施方式

下面我们首先描述根据图1的实施例。本图示出了根据本发明的喷印头中的控制阀的示意图，所述喷印头在涂装线中用于涂装车身部件的涂料施涂，其中喷印头由现有技术已知的具有带至少六个机器人轴的标准机器人运动学机构的多轴涂装机器人移动，因此不需要详细描述。

根据本发明的喷印头具有带有多个喷嘴2的喷嘴板1，因此，为简化起见，这里仅示出了单个喷嘴2。

待涂覆的涂料从喷印头中的涂料进给部3进给，因此图中的涂料进给部3在底部由喷嘴板1限制，在顶部由另一板4的限制。

上板4具有与喷嘴板1中的喷嘴2同轴的开口，线圈管5同轴地放置在所述开口上，由此线圈管5缠绕有线圈6。

在线圈管5中有线圈芯7，所述线圈芯7在线圈管5的上端部处通过密封件8密封在线圈管5上。

此外，在线圈管5中还有电枢9，所述电枢9可以沿双箭头的方向移动，由此电枢9的运动取决于线圈6的电流供应情况。

该图示出了电枢9处于较低的关闭位置，以密封喷嘴2。另一方面，对于涂料施涂，线圈6被通电，以使得电枢9在图中被向上拉，以释放喷嘴2。

此外，控制阀还具有复位弹簧10，在不给线圈6通电的情况下，所述复位弹簧10将电枢9推入图中所示的关闭位置。

在其自由端，电枢9承载密封件11，以在关闭位置将喷嘴2密封。

电枢9上的密封件11在关闭位置与喷嘴板1的内侧上的平的密封件12一起工作。

在所示的关闭位置，在电枢9上的和在喷嘴板1上的两个密封件11、12之间存在平的接触。

喷嘴板的内侧上的平的密封件12例如可以由密封剂层组成，所述密封剂层被硫化到喷嘴板1的内侧上，经蒸发，通过层形成工艺施加或印刷在其上。

替代性地，密封件12可能是铺设、胶合或层压在喷嘴板1的内侧上的箔。

此外，密封件11和密封件12的材料配合也有各种可能性。例如，金属上的金属、金属上的塑料、塑料上的金属、硅树脂上的塑料、硅树脂上的硅树脂或硅树脂上的金属可以用作材料配对。

图2示出了根据图1的实施例的修改，参考以上描述以避免重复，由此相同的附图标记被用于相应的细节。

本实施例的一个特殊特征是喷嘴2沿流动的方向在入口区域中成圆锥形地渐缩并且具有侧向喷嘴侧壁。因此，密封件12被施加到喷嘴2的侧向喷嘴侧壁。

此外，密封件11适合于喷嘴的这种形状，因此朝向其自由端成圆锥形地渐缩，使得密封件11和喷嘴2的形状适应，从而产生了良好的密封效果。

图3示出了上述实施例的进一步修改，从而再次参考以上描述以避免重复。

本实施例的一个特殊特征是柔性密封隔膜13代替密封件11。该图示出了打开位置，在所述打开位置中，电枢9向上升起并且密封隔膜13释放喷嘴。然而，为了关闭喷嘴2，线圈6与电源断开，使得电枢9被图中的复位弹簧10向下压，直到密封隔膜13靠置在喷嘴板1中的喷嘴2的内孔上，从而关闭喷嘴2。

然而，密封隔膜13不仅具有释放或关闭喷嘴2的功能。在许多情况下，密封隔膜13还提供涂料供应部3与控制阀的其它部件(诸如电枢9、线圈管5和线圈芯7)之间的密封。这是有利的，因为它防止了涂料沉积在控制阀中，特别是沉积在线圈管5中。这在改变颜色时是特别重要的，因为控制阀本身不必冲洗，因为它根本不接触涂料。

图4示出了根据图3的实施例的修改，以便参考以上描述以避免重复。

本实施例的一个特殊特征是阀致动器的设计，其不是如图3所示那样电磁地工作，而是液压地工作。为此，阀致动器具有单独的致动器隔膜14，所述致动器隔膜14可以经由液压连接件15被供应液压流体作为驱动流体，以便能够沿双箭头的方向移动致动器隔膜14，从而也沿双箭头的方向移动密封隔膜13与附连到其上的密封件11。

应该注意的是，致动器隔膜14和密封隔膜13在液压连接件15与喷嘴2之间提供了双重密封。这以双重确定性防止了液压流体在故障的情况下通过喷嘴2逸出。

图5示出了根据图1的实施例的修改，以便参考以上描述以避免重复。

本实施例的一个特殊特征是，已经省去了复位弹簧10，即，电枢9的运动仅仅通过线圈6的电流供应情况在关闭位置和打开位置都被控制。

另一个特殊特征是电枢9经由挺杆16连接到阀板17，所述阀板17可以沿双箭头的方向在喷嘴通道18中移动。该图示出了阀板17在关闭位置的位置，在所述位置中，阀板17抵靠在喷嘴通道18的上侧，从而密封喷嘴2。

为了打开喷嘴2，带有阀板17的挺杆16在图中向下压，然后不再抵靠在喷嘴通道18的上壁。然后，涂料可以从涂料进给部进入喷嘴通道18并通过喷嘴2流出。

图6示出了根据图5的实施例的修改，以便参考以上描述以避免重复。

本实施例的一个特殊特征是在喷嘴板1中没有布置喷嘴通道18。相反，阀板17在图中所示的关闭位置中在凹部中密封地贴靠在喷嘴板1的外侧。

图7a和7b示出了用于打开和关闭喷嘴2的不同概念。图7a示出了关闭位置，而图7b示出了喷嘴2被释放的打开位置。

喷嘴2由固定挺杆19密封或释放。喷嘴板1不弯曲(图7a)或弯曲(图7b)，以使得喷嘴板1在喷嘴2的区域中从固定挺杆19移开。这里，如果喷嘴板1在喷嘴2的区域中执行例如30μm的弯曲相关的行程，就足够了。

图8a-8c示出了喷嘴2的各种可能的轮廓，即圆柱形轮廓(图8a)、圆锥形轮廓(图8b)和在喷嘴2的出口侧带有凸起部分20的轮廓(图8c)。

本发明不限于上述优选实施例。相反，大量的变体和修改是可能的，这些变体和修改也利用了发明理念，因此属于保护范围。特别地，本发明还要求保护独立于在每种情况下所提及的权利要求，特别是也没有主权利要求的特征的权利要求的从属权利要求的主题和特征。因此，本发明包括本发明的彼此独立地享有保护的各个方面。

附图标记列表

1喷嘴板

2喷嘴

3涂料供应部

4上板

5线圈管

6线圈

7线圈芯

8线圈芯与线圈管之间的密封件

9电枢

10复位弹簧

11电枢上的用于密封喷嘴的密封件

12喷嘴板上的用于密封喷嘴的密封件

13密封隔膜

14致动器隔膜

15液压连接件

16挺杆

17阀板

18喷嘴通道

19挺杆

20在喷嘴的外侧上的凸起部分