ES2953359T3

ES2953359T3 - Cabezal de impresión con unidad de control microneumática

Info

Publication number: ES2953359T3
Application number: ES21163711T
Authority: ES
Inventors: Burkhard Büstgens
Original assignee: Exel Industries SA
Current assignee: Exel Industries SA
Priority date: 2020-04-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2023-11-10
Anticipated expiration: 2041-03-19
Also published as: DE102020002351B4; JP7631058B2; US11612901B2; EP3896283B1; CN113524909A; US20210323005A1; EP3896283A1; CN113524909B; DE102020002351A8; KR20210129602A; DE102020002351A1; EP3896283A8; JP2021181080A; KR102901075B1

Abstract

Una unidad de control microneumática (3) se presenta con varios canales de control (2) para generar las presiones de control pc en un cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente para recubrir componentes con un agente de recubrimiento, un canal de control (2) caracterizado porque un elemento de válvula (11) se compone de un orificio de válvula (12) en un plato de válvula (10) y una capa de membrana (20) que se encuentra debajo del plato de válvula (10) y está configurada como cierre de membrana. elemento (21) en la zona del orificio de la válvula (12), cuya forma está determinada por entalladuras situadas en el lateral del orificio de la válvula (12), mediante un microactuador (25) con un émbolo (26), que acciona el elemento de cierre de membrana (21) a través del orificio de la válvula (12), de modo que el elemento de válvula (11) abre, mediante un segundo elemento microneumático (15) en conexión en serie con el elemento de válvula (11), la presión de control (pc) en el nodo de conexión y en una cavidad (9) conectada con al menos un eyector de agente de revestimiento (5) accionado neumáticamente. es decir, y mediante presurización neumática de la unidad de control microneumática (3), que está dirigida de tal manera que, con base en el elemento de válvula (11), se produce un gradiente de presión desde el elemento de cierre de membrana (21) hasta el orificio de la válvula (12) en la placa de la válvula (10). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cabezal de impresión con unidad de control microneumática

La invención se refiere al campo de los cabezales de impresión para agentes de recubrimiento para imprimir, recubrir o dispensar, en resumen, para aplicar, sustancias líquidas sobre las superficies de cuerpos. En particular, se refiere a la aplicación con cabezal impresor, cabezal dosificador, dispensador u otros aplicadores de líquido, en lo sucesivo denominados en todo el documento cabezal impresor 1, con una pluralidad de canales dispuestos geométricamente regulares, preferentemente en filas. La invención se refiere en particular al campo de la aplicación por goteo bajo demanda, incluida la aplicación de chorro de fluido, de cantidades de fluido del orden de magnitud en el intervalo de picolitros, nanolitros, microlitros o mayores por suministro de líquido, de fluidos de baja a alta viscosidad (orden de magnitud de 1 mPas [milipascal por segundo] hasta 1 Pas [Pascal por segundo]), que también pueden contener partículas (orden de magnitud: hasta 0,3 mm [milímetros] tamaño de partícula) en concentraciones de hasta 90%, con una frecuencia de descarga de hasta el rengo de kilohercios y una separación entre canales de mucho menos de un milímetro.

Los cabezales de impresión se conocen, por ejemplo, por el documento US 20120/0321448 A1. Las opciones de uso de los cabezales de impresión de acuerdo con la invención se ofrecen en el ámbito de la pintura, sellado o encolado de vehículos de todo tipo, como automóviles, pero también aviones y barcos, en particular al encolar componentes para tales vehículos, principalmente utilizando robots industriales (en particular robots de brazo articulado de múltiples ejes) para el movimiento de los cabezales o en el campo del recubrimiento de componentes de cualquier tipo, incluidos productos de la industria de bienes de consumo con agentes de recubrimiento líquidos, utilizando robots industriales o robots cartesianos, o integrados en instalaciones de impresión o recubrimiento de un solo paso, así como en el campo de todos los revestimientos necesarios en relación con los edificios. La invención se refiere además a la impresión con un aparato móvil.

La presente invención se basa en cabezales de impresión o cabezales de dosificación que se basan en el principio de accionamiento microneumático, como se describe en el documento DE 102009029946 A1.

Además, el documento WO 2013/139326 A1 presenta una microválvula piloto que se utiliza en cabezales de impresión o cabezales de dosificación. Una válvula piloto de este tipo comprende un elemento de cierre discreto en una cámara que está conectada a una salida de presión de control. El elemento de cierre discreto cierra alternativamente una abertura superior que está a presión ambiente o una abertura inferior que está conectada a un suministro de presión. El elemento de cierre discreto se acciona por un émbolo que sobresale a través de la primera abertura y se acciona desde el exterior por un transductor de flexión piezoeléctrico. De esta forma, el volumen muerto de la cámara de la microválvula piloto se puede mantener bajo y pueden lograrse altos gradientes de presión en los procesos de conmutación. La desventaja a este respecto, sin embargo, es un desgaste considerable del asiento de válvula inferior y del émbolo como resultado de los procesos de cierre duros y, como resultado, un aumento en la carrera del elemento de cierre de membrana. Otra consecuencia de los procesos de cierre duro es el acortamiento de la vida útil del transductor de flexión piezoeléctrico debido a los picos de carga mecánica cíclicos elevados. A este respecto, sería deseable evitar una interacción brusca del émbolo con un asiento de válvula. Además, los elementos de cierre discretos según el documento WO 2013/139326 A1 con dureza y durabilidad suficientes tienen una gran masa. Esta al cerrar la abertura superior por la presión neumática debe moverse de la abertura inferior, lo que no permite tiempos de cierre rápidos y requiere el apoyo de elementos de microresorte separados.

El objetivo de la presente invención es superar, al menos parcialmente, las desventajas conocidas por el estado de la técnica y, en particular, mejorar la función, la vida útil y mejorar el rendimiento de una unidad de control microneumática de acuerdo con el documento DE 10 2009 029 946 A1 y de la válvula piloto de acuerdo con el documento WO 2013/139326 A1 y al mismo tiempo reducir los costes de fabricación.

Este objetivo se logra mediante las características de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes se refieren a perfeccionamiento ventajosos.

El cabezal de recubrimiento multicanal accionado neumáticamente de acuerdo con la invención con una unidad de control microneumática con una pluralidad de canales de control se usa para generar las presiones de control pc en el cabezal de impresión multicanal accionado microneumáticamente para recubrir componentes con un agente de recubrimiento, en done un canal de control está caracterizado

a) por un elemento de válvula que consta de un taladro de válvula en una placa de válvula y una capa de membrana, que se encuentra en un primer lado longitudinal de la placa de válvula y está configurado en la zona del taladro de válvula como elemento de cierre de membrana, cuya forma está determinada por escotaduras ubicadas a los lados del taladro de la válvula,

b) por un microactuador con un émbolo, que activa el elemento de cierre de membrana a través del taladro de válvula para que se abra el elemento de válvula,

c) un elemento microneumático conectado en serie con el elemento de válvula, en donde en un nodo de conexión entre el elemento microneumático y el elemento de válvula la presión de control se configura y está situada una cavidad que está conectada a los eyectores de agente de recubrimiento de funcionamiento neumático,

e) finalmente, la presurización de la conexión en serie, que se dirige de manera que haya un gradiente de presión desde el lado de membrana hasta el taladro de válvula con respecto al elemento de válvula.

La placa de válvula y la capa de membrana se extienden a través de todos los canales de la unidad de control microneumática y pueden fabricarse en cada caso de manera rentable como una pieza continua. Debajo del taladro de válvula, la capa de membrana forma un elemento de cierre de membrana, que está formado por una o más escotaduras en la capa de membrana. El término "debajo" debe entenderse a este respecto de manera que designa un primer lado longitudinal de la placa de válvula. En comparación con un elemento de cierre de membrana discreto, como una esfera, por ejemplo, como se propone en el documento WO 2013/139326 A1, el elemento de cierre de membrana casi no tiene masa. Además, mediante un material de membrana adecuado, mediante el espesor de membrana y mediante la geometría de la escotadura de membrana, puede generarse implícitamente una fuerza de retroceso que favorece el cierre del taladro de válvula accionado por el gradiente de presión. La baja masa del elemento de cierre de membrana da lugar a una carga de impacto baja en el transductor de flexión piezoeléctrico y un tiempo de cierre corto.

Básicamente, todos los circuitos de conmutación neumáticos o redes en tecnología se basan en conexiones en serie de dos o más elementos neumáticos, también designados como impedancias neumáticas Z, entre dos niveles de presión o un gradiente de presión, por ejemplo entre un nivel de presión alto pH y un nivel de presión bajo μL. A este respecto cada impedancia puede estar compuesta de varias impedancias o de una red de impedancias. Dependiendo de la relación de las impedancias involucradas, se produce un nivel de presión correspondiente en sus nodos de conexión, que se encuentra entre los dos niveles de presión en términos de altura. Un solo elemento neumático puede ser un estrangulador lineal o no lineal o un elemento de válvula, en donde este último también puede verse como un estrangulador no lineal en términos de teoría del sistema.

Preferentemente, el taladro de válvula, que forma un elemento de válvula junto con el elemento de cierre de membrana, está asociado, por ejemplo, a una primera impedancia microneumática (no lineal) Z1 y el elemento microneumático, que puede contener cualquier impedancia microneumática o una combinación de las mismas, está asociado a una segunda impedancia microneumática Z2.

El elemento microneumático representa preferentemente un estrangulador lineal, por ejemplo, cuando se trata de un simple taladro (denominado segundo taladro) que desemboca en la cavidad. El segundo taladro también pueden ser varios taladros o una estructura de tamiz que desembocan en la cavidad y están conectados en paralelo.

A este respecto, el segundo taladro presenta un diámetro menor que el taladro de válvula. Dependiendo de la aplicación, el diámetro del taladro de válvula es, por ejemplo, de 1,5 a 3 veces el diámetro del segundo taladro. Expresado de manera más general, la conexión en serie preferida del elemento de válvula y el elemento microneumático está diseñada de manera que cuando el elemento de válvula está abierto, hay una disminución de presión tan alta como sea posible a través del segundo elemento neumático. Dependiendo de la aplicación, la resistencia al flujo del elemento neumático debería ser al menos 2, 3, 5, 10 o 20 veces mayor que la del elemento de válvula en el estado abierto.

Por el contrario, toda la diferencia de presión disponible entre el nivel de presión alto pH y el nivel de presión bajo μL siempre disminuye a través del elemento de válvula cuando el taladro de válvula está cerrado por el elemento de cierre de membrana.

La posición del elemento de la válvula y el elemento microneumático se puede intercambiar dentro de la conexión en serie siempre que se asegure que haya un gradiente de presión a través del elemento de la válvula desde el elemento de cierre de membrana hasta el taladro de válvula para poder cerrarlo respaldado por la presión del elemento de cierre de membrana. Básicamente, la fuerza del émbolo actúa sobre el elemento de cierre de membrana en dirección opuesta, es decir, contra la gradiente de presión, para levantar el elemento de cierre de membrana del taladro de válvula y permitir el flujo de aire. A partir de la posición del elemento de válvula y del elemento neumático dentro de la conexión en serie neumática resultan diversas formas de realización de unidades de control microneumáticas, que se describen más adelante con referencia a las figuras.

Existe un caso especial en el que al taladro de válvula se aplica una presión baja o un nivel de presión μL (L=BAJO), por ejemplo, presión ambiente, y al segundo taladro se aplica una presión de servicio más alta o un nivel de presión alto pH (H=ALTO) y cuando además el segundo taladro está dispuesto a una distancia pequeña (de, por ejemplo, 20 |jm [micras] a 100jm) debajo del taladro de válvula y, por lo tanto, entra en el campo de acción del elemento de cierre de membrana. Por ejemplo, el taladro de válvula y el segundo taladro pueden estar dispuestos concéntricos o sus ejes centrales pueden estar situados desplazados una pequeña distancia. Si la distancia vertical entre taladro de válvula y segundo taladro en la cavidad es pequeña, entonces el elemento de cierre de membrana está en su posición inferior cerca del segundo taladro. En esta posición, se determinan los flujos de intersticio horizontal, radiales con respecto al segundo taladro, en la parte inferior del elemento de cierre de membrana para la resistencia al flujo del elemento microneumático y su no linealidad aumenta bruscamente. La resistencia al flujo de la segunda impedancia microneumática Z2 se vuelve infinita con una estanqueidad completa, es decir, cuando el elemento de cierre de la membrana entra en contacto con la zona de boca del segundo taladro en la cavidad. En este caso la presión de control pc adopta el valor del nivel de presión bajo μL.

La desventaja de esta configuración es que para una estanqueidad completa de la microabertura inferior contra la presión de servicio (nivel de presión alto) pH, el actuador, por ejemplo, un transductor de flexión piezoeléctrico, debe aplicar una fuera elevada, y el transductor de flexión piezoeléctrico en la posición inferior ya está en un estado fuertemente desviado dentro de su zona de ajuste y, por lo tanto, su reserva de fuerza para cerrar el segundo taladro contra la presión de servicio es pequeña. Otra desventaja es que el émbolo ahora golpea constantemente a través de la membrana hacia la microabertura inferior, lo que provoca un alto desgaste y representa una alta solicitación de impacto para el transductor piezoeléctrico de flexión, lo que acorta su vida útil.

Algunas de estas desventajas pueden mitigarse. Por un lado, el émbolo y el transductor de flexión piezoeléctrico conectado a él se configuran y controlan en función de la aplicación de manera que la zona de ajuste sin carga técnicamente posible del actuador, medida en la superficie de contacto del émbolo, se sitúa entre, por ejemplo, 20jm, 40|jm, 60|jm o 100jm por encima y 40jm , 60jm , 100jm o 150jm por debajo de la superficie de estanqueidad del taladro de válvula. Así, en la posición superior, la superficie de contacto del émbolo está por encima de la superficie de estanqueidad de la microabertura superior, por lo que no toca el elemento de cierre de membrana. Alternativamente, la posición central o la posición cero de la superficie de contacto del émbolo dentro de la zona de ajuste se puede usar como criterio para una alineación de referencia del transductor de flexión piezoeléctrico, que se presenta en el caso de un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico, por ejemplo, cuando está libre de tensión eléctrica y mecánica o, en el caso de un transductor piezoeléctrico monomórfico, puede definirse simplemente como el centro de la zona de ajuste.

La zona de ajuste de un microactuador se establece preferentemente de manera que la posición central o la posición cero de la zona de ajuste de un microactuador se sitúa en la medida de lo posible por debajo de la superficie de estanqueidad del taladro de válvula, por ejemplo, a una distancia de 20 μm, 40 μm, 60 μm, 100 μm o l5o μm. Sin embargo, la posición central también puede colocarse virtualmente debajo de la boca del segundo microtaladro, porque cuanto más abajo está, más altas son las fuerzas de accionamiento F disponibles para lograr un buen efecto de sellado en la boca del segundo microtaladro. A este respecto, sin embargo, el transductor de flexión piezoeléctrico debe funcionar con una desviación total alta, es decir, presentar una zona de ajuste grande, lo que tiene un efecto desfavorable sobre su fuerza y una frecuencia propia inferior. Para mantener pequeñas las fuerzas de cierre en la boca del segundo microtaladro, el diámetro del microtaladro inferior debe elegirse lo suficientemente pequeño, por ejemplo, de 50 μm a 300 μm. Con esto, sin embargo, la resistencia al flujo del segundo taladro se vuelve relativamente grande y se presenta una estrangulación (no lineal) con un gradiente de presión alto y la constante de tiempo del establecimiento de presión en la cavidad empeora.

La zona de ajuste se selecciona preferentemente de manera que la posición superior de la zona de ajuste se encuentre ligeramente por encima de la posición de la superficie de estanqueidad del elemento de válvula. De acuerdo con la curva de fuerza de un transductor de flexión piezoeléctrico, progresiva hacia arriba dentro de la zona de ajuste, hay disponible una fuerza de ajuste Fabierta alta en esta posición disponible para abrir el elemento de válvula. Esta, en un diseño preferido del accionamiento, asciende a al menos 2/3 de la fuerza de ajuste máxima Fmáx disponible en la posición superior de la zona de ajuste. Cabe mencionar que en un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico, por ejemplo, se produce una desviación hacia la posición superior de la zona de ajuste mediante aplicación de tensión eléctrica a la lámina (contracción) superior y el transductor de flexión piezoeléctrico está bajo pretensión mecánica máxima en la posición superior de la zona de ajuste. Si a continuación se descarga la lámina piezoeléctrica superior y al mismo tiempo se aplica tensión a la lámina inferior, entonces se suman la tensión previa inducida mecánicamente debido a la desviación existente y la tensión previa inducida piezoeléctricamente. Por lo tanto, la fuerza de ajuste Fmáx máxima disponible para la tarea de ajuste. en la posición superior de la zona de ajuste es el doble de la cantidad en comparación con la fuerza de sujeción en la posición cero que caracteriza a un transductor de flexión piezoeléctrico.

Cabe señalar que estas consideraciones para el diseño de la zona de ajuste y la ubicación de la posición central del microactuador también son preferentemente válidas si no hay una interacción neumática directa del segundo taladro con el elemento de cierre de membrana y el segundo taladro desemboca en la cavidad en un punto diferente. Dado que no es necesario aplicar una gran reserva de fuerza para la estanqueidad de un orificio de válvula contra una presión de servicio a una cierta distancia por debajo del elemento de válvula, los rangos de ajuste más pequeños por debajo de los especificados ya son suficientes en este caso, lo que tiene un efecto positivo en la vida útil, fuerza y frecuencia propia de los microactuadores. También hay que señalar que en este caso el segundo taladro puede desembocar en principio en cualquier otro punto del volumen muerto total, por ejemplo en la cavidad, la cámara de accionamiento neumático del eyector y la conexión entre ellos.

Se observa además que el taladro de válvula presenta un diámetro de 0,3mm [milímetros], 0,4mm, 0,5mm o 0,8mm, según la aplicación, y el segundo microtaladro presenta un diámetro de 0,1mm, 0,15mm, 0,2mm o 0,3mm según la aplicación. Además, el taladro de válvula y el segundo taladro deben dimensionarse de manera que, según la aplicación, se puedan lograr tiempos de conmutación neumática de 0,05ms [milisegundos] a 1 ms o de 0,5ms a 5ms. A este respecto, dependiendo de la aplicación, la cavidad, el eyector de fluido y la conexión intermedia están dimensionados de manera que el volumen muerto neumático total se sitúa en el intervalo de 1jil [microlitro], 2jil, 4jil o 10|jl. La conexión entre la cavidad y el eyector de fluido se sitúa, por ejemplo, entre 0,2mm y 0,5mm y la longitud entre 2mm y 8mm.

También cabe señalar que puede haber un tope en el área debajo del elemento de válvula, que se utiliza para inicializar la posición del actuador (incluido el émbolo), por ejemplo, la posición cero u otra posición de referencia, por ejemplo, durante el montaje. A este respecto, en el montaje, las láminas piezoeléctricas del transductor piezoeléctrico de flexión se ponen primero en un estado de carga definido o se aplican tensiones eléctricas definidas y luego el actuador incluyendo el émbolo se ajusta contra el tope, por ejemplo, mediante tornillos de ajuste.

El tope puede situarse dentro de la zona de ajuste del actuador, con respecto a la superficie de contacto del émbolo. En este caso, también actúa como tope o limitador de carrera para una posición inferior de membrana del elemento de cierre de membrana durante el funcionamiento. Este es el caso, por ejemplo, cuando el segundo microtaladro interactúa con el elemento de cierre de membrana como asiento de válvula. Por ejemplo, puede especificarse para este caso que, en el caso de un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico, la posición de membrana inferior debería coincidir con la posición cero o la posición central de la zona de ajuste del transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico. En este caso, está disponible su desviación total unilateral desde la posición cero hasta la posición superior de la zona de ajuste y la fuerza de sujeción total del transductor de flexión piezoeléctrico está disponible para la estanqueidad del segundo taladro contra la presión de servicio (el nivel de presión alto) pH a la altura de la posición de membrana inferior en la posición cero. Cabe señalar que esta consideración se aplica de manera análoga a un transductor de flexión piezoeléctrico monomórfico, en donde en este caso sin embargo solo la mitad de la fuerza de sujeción máxima Fmáx. con respecto a su posición cero libre de tensión, es decir, Fmáx./2 está disponible. Cabe señalar aquí que deben tenerse en cuenta imprecisiones de ubicación y de posición de hasta el 20% al 30% de la zona de ajuste y la enseñanza inventiva no se limita a los casos en los que se mantienen las ubicaciones y posiciones exactas.

El tope puede situarse además fuera (por debajo o por encima) de la zona de ajuste del actuador, con respecto a la superficie de contacto del émbolo. En este caso, el tope no es tocado por el elemento de cierre de membrana durante el funcionamiento de la unidad de control microneumática. Para usar un tope fuera de la zona de ajuste del actuador, este se controla fuera de su zona de funcionamiento eléctrico usada durante el funcionamiento para el proceso de alineación inicial. Si, por ejemplo, el tope está situado por debajo de la zona ajuste del actuador, entonces en el caso de un transductor de flexión piezoeléctrico, la lámina piezoeléctrica inferior se controla con una sobretensión Ve, que es superior a la tensión de servicio U y/o adicionalmente controla la lámina superior en polaridad opuesta.

Durante la estructura de la unidad de control microneumática descrita en este caso y su modo de funcionamiento, como se explicó anteriormente, ya ofrecen una utilización óptima del perfil de fuerza de un transductor de flexión piezoeléctrico y a este respecto al mismo tiempo mantienen baja la solicitación de impulso para la apertura del elemento de válvula, sin embargo pueden tomarse medidas preventivas para mantener bajas solicitaciones de impacto de los transductores de flexión piezoeléctricos. Estos implican el uso de materiales elastoméricos en distintos lugares de la cadena de actuación y se describen a continuación con referencia a las figuras.

Como precaución, cabe señalar que los numerales utilizados en este caso ("primero", "segundo" ...) principalmente (solo) sirven para distinguir entre varios objetos, tamaños o procesos similares, es decir, en particular, no especifican obligatoriamente ninguna dependencia y/u orden de estos objetos, tamaños o procesos entre sí. En caso de ser necesaria una dependencia y/u orden, esto se indica en este caso explícitamente o resulta evidente para el experto en la materia al estudiar el diseño específicamente descrito.

La invención, así como el entorno técnico, se explican con más detalle a continuación mediante las figuras. Cabe señalar que la invención no debería limitarse por los ejemplos de realización mostrados. En particular, siempre que no se exponga explícitamente lo contrario, también es posible extraer aspectos parciales de las circunstancias explicadas en las figuras y combinarlos con otros componentes y conocimientos de la presente memoria y/o figuras. En particular, debe señalarse que las figuras y en particular las proporciones mostradas son solo esquemáticas. Los mismos símbolos de referencia designan los mismos objetos, por lo que las explicaciones de otras figuras pueden usarse como complemento, dado el caso. Muestran:

La Fig. 1 muestra el principio funcional de un cabezal de impresión genérico de funcionamiento microneumático mediante un esquema de conexiones neumático.

La Fig. 2 muestra una vista desde arriba de una red neumática con n=2 canales. La placa de válvula y la capa de membrana se muestran transparentes.

La Fig. 3 muestra una sección transversal a través de un ejemplo de realización de una unidad de control microneumática para generar una presión de control pc, representada en estado ventilado.

La Fig. 4 muestra una sección transversal a través de un ejemplo de realización de una unidad de control microneumática para generar una presión de control pc, representada en estado con aire extraído.

La Fig. 5 muestra una sección transversal a través de un microactuador en forma de transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico junto con un émbolo y su fijación para accionar el elemento de válvula.

La Fig. 6 explica, en una representación ampliada, las condiciones en relación con el accionamiento de una unidad de control microneumática por medio de un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico.

La Fig. 7 muestra una sección transversal a través de un canal de una variante especial de la unidad de control microneumática, en la que el segundo taladro está fijado debajo del primer elemento de válvula, con una distancia tan pequeña que forma un segundo elemento de válvula en interacción con el elemento de cierre de membrana. También se muestra el concepto de atornillado.

La Fig. 8 muestra una sección transversal a través de un canal de otra variante especial de la unidad de control microneumática, en la que el segundo taladro está fijado debajo del primer elemento de válvula. En este caso, el elemento de la válvula está conectado directamente a la línea de suministro de presión común de la presión de servicio (nivel de presión alto) pH en el lado de la membrana. El émbolo para accionar el elemento de válvula sobresale adicionalmente a través de la segunda placa.

La Fig. 9 muestra una posible estructura de membrana formada por varias capas y un émbolo con un elemento de contacto elástico fundido.

A lo largo de esta memoria descriptiva, varios términos pueden usarse de maneras diferentes a las definiciones generales de términos. Para ello se aplican las siguientes definiciones de términos:

El atributo "micro" en relación con los elementos microneumáticos pretende indicar que una o más dimensiones que determinan esencialmente la función del componente se encuentran predominantemente entre 1|jm y 999|jm.

El atributo "micro" en relación con un actuador describe la propiedad de un actuador para proporcionar movimientos de ajuste en la zona muy por debajo de un milímetro, por ejemplo, entre 0 y 300μm.

La denominación "presión ambiente" designa en este caso el nivel de presión inferior o baja μL en términos de cantidad en contraste con la presión de servicio superior en términos de cantidad (nivel de presión alto) pH. La denominación presión ambiente también incluye presiones que son más altas o más bajas que la presión ambiente. Por ejemplo, en principio, en lugar de la presión ambiente, también se puede utilizar una presión negativa, lo que puede aumentar la eficacia del cabezal de impresión.

Un "canal" 2 designa la unidad más pequeña eléctricamente controlable de manera individual del cabezal de recubrimiento o cabezal de impresión 1.

La Fig. 1 muestra el principio de funcionamiento de los cabezales de impresión 1 de una pluralidad de canales 2, que funcionan según el principio de funcionamiento electroneumático. Cada canal contiene uno o más eyectores de fluido 5, que esencialmente contienen una válvula de membrana de fluido 7, cuya membrana de fluido se acciona por medio de una presión de control neumática pc a través de una cámara de accionamiento 6. En el estado normal, domina una sobrepresión en la cámara de actuación 6 en comparación con la presión del fluido en un suministro de fluido 45, de modo que la válvula de membrana de fluido 7 está cerrada. Una desaireación de la cámara de actuación 6 abre la válvula de membrana de fluido 7 debido a la presión del fluido y se produce una salida de fluido a través de una o más salidas de fluido 8, en donde con tiempos de desaireación cortos en la zona de, por ejemplo, menos de 1 ms, 2 ms o 5 ms se realiza una expulsión de gotitas y sale un chorro de fluido en caso de un tiempo de desaireación más prolongado. Se hace referencia al documento DE 102009029946 A1 para una descripción más detallada.

Las presiones de control pc requeridas para todos los canales 2 se generan en una unidad de control microneumática 3 a partir de dos niveles de presión disponibles: un nivel de presión bajo 17 (μL), por ejemplo, la presión ambiente (como se denomina en lo sucesivo), y un nivel de presión (alto) más alto, la presión de servicio 18 (pH). Dependiendo de la forma de realización, también puede invertirse su polaridad (valores en la FIG. 1 entre paréntesis).

Las siguientes realizaciones se refieren a cualquier canal individual de la unidad de control microneumática 3: entre la presión de servicio pH y la presión ambiente μL hay definida una red microneumática 4 en forma de una conexión en serie de esencialmente dos impedancias microneumáticas Z1 y Z2, que pueden constar en cada caso incluso de una red de otras impedancias. En sus nodos de conexión hay una cavidad 9 que está conectada a la cámara de accionamiento 6 del eyector de fluido 5 a través de una conexión 19 lo más corta posible. En relación con la magnitud de las impedancias Z1 y Z2, se establece una presión de control pc en la cavidad 9 de manera análoga a las leyes del divisor de tensión eléctrica. La impedancia microneumática Z1 contiene un elemento de válvula 11 que se activa a través de un microactuador 25 y la impedancia microneumática Z2 contiene un elemento microneumático 15 en el que se produce un gradiente de presión cuando el elemento de válvula 11 está abierto (desde Z1).

Las figuras 2 y 3 muestran una primera forma de realización, la Fig. 4 muestra una ligera modificación de la misma.

La sección transversal a través de un canal 2 de la unidad de control microneumática 3 se muestra en la Fig. 3. El término perpendicular designa en este caso una dirección perpendicular como se muestra en la Fig. 3.

La cavidad 9 está delimitada hacia arriba por una capa de membrana 20 que a su vez se encuentra debajo de una placa de válvula 10 que presenta un taladro de válvula 12 en la zona de la cavidad 9. La capa de membrana 20 cubre el taladro de válvula 12 y presenta escotaduras 22 que permiten un paso de aire través de la capa de membrana 20 con poca resistencia y define la forma de un elemento de cierre de membrana móvil 21 que finalmente forma un elemento de válvula 11 junto con el taladro de válvula 12. El taladro de válvula 12 puede estar realizado como orificio circular o tener cualquier otra forma, por ejemplo, una forma ovalada u oblonga o una sección transversal correspondiente. Las una o varias escotaduras 22 están formadas, por ejemplo, de manera que, como se muestra en la Fig. 2 en la parte superior, resulta un elemento de cierre de membrana 21 en forma de lengüeta, que está conectado por un lado con el resto de la capa de membrana 20 y define su posición.

En la Fig. 4 se puede distinguir que un elemento de cierre de membrana 21 en forma de lengüeta de este tipo en el estado desviado se levanta de la placa de válvula 10 por un lado (a la izquierda en la figura) cuando se desvía mediante un émbolo 26. A este respecto, el émbolo 26 también puede estar dispuesto excéntricamente en el taladro de válvula 12 o en un extremo del taladro de válvula 12, siempre que este esté realizado, por ejemplo, alargado. Esto puede tener la ventaja de que el elemento de cierre de membrana 21 puede abrirse primero por un lado durante el movimiento a través del émbolo 26, de modo que se requiere una fuerza de accionamiento F menor.

En la Fig. 2, a continuación, se dibujan dos escotaduras semicirculares o en forma corona semicircular 22 como otro ejemplo de realización, que dan como resultado otra forma del elemento de cierre de membrana. Además, puede utilizarse un mayor número de escotaduras 22 dispuestas circularmente a cierta distancia del taladro de válvula 12 u otras opciones, pero siempre debería alcanzarse una cierta distancia mínima de, por ejemplo, 20 μm a 100 μm desde el borde del taladro de válvula. Junto con una forma específica del elemento de cierre de membrana 21, puede implementarse una cierta fuerza de retroceso, por ejemplo, mediante una resistencia a la flexión de membrana definida, para respaldar el proceso de cierre del elemento de cierre de membrana 21 provocado únicamente por la sobrepresión en la cavidad 9, a través de su fuerza de retroceso implícita y así acortar el tiempo de cierre. Sin embargo, esto presupone que el elemento de cierre de membrana 21 está diseñado de manera que su frecuencia propia fundamental wo es considerablemente mayor que 1/Ts (Ts = tiempo de cierre).

La cavidad 9 está delimitada hacia abajo por una segunda placa 14 que contiene un elemento microneumático 15 en forma de un taladro denominado segundo taladro 16 y contiene además la conexión neumática 19 a la cámara de actuación 6 del eyector de fluido 5. A este respecto, el taladro de válvula 12 está conectado a la presión ambiente μL y el segundo taladro 16 está conectado a la presión de servicio pH a través de una tubería de suministro de presión 35 (figura 7) utilizada conjuntamente para todos los canales 2 dentro de una placa base 34. En el estado cerrado del elemento de válvula 11, la presión de servicio pH se establece en la cavidad, en el estado abierto, el aire fluye a través del segundo taladro 16 en la Fig. 3 y la Fig. 4 y a través del elemento de válvula 11 de manera estacionaria desde el suministro de presión 35 hasta el final del taladro de válvula 12 en el lado de la presión ambiente. La presión de control pc que se forma en la cavidad 9 corresponde entonces a la relación de sus resistencias al flujo.

El elemento de válvula abierto 11 (observando la desviación de la membrana y el diseño asociado del microactuador) y el segundo taladro 16 están dimensionados con respecto a sus resistencias al flujo de manera que la presión de control pc asume un valor entre 5% y 20% de la presión de servicio PH. Los valores orientativos para diámetros de taladro adecuados se encuentran más arriba en la descripción. Para lograr un intersticio de apertura constantemente grande del elemento de válvula 11, se puede utilizar un tope 32, como se muestra en la Fig. 3. En el caso esbozado, éste se instala, por ejemplo, por debajo de la altura de la capa de membrana 20 a una distancia de 30 μm a 100 μm y se encuentra en ese caso, por ejemplo, en este caso dentro de la zona de ajuste 28 del microactuador 25. En la Fig. 4, sin embargo, en lugar del tope 32, se esboza una posición de referencia 33, que está situada a mayor distancia de la capa de membrana. También se muestra el elemento de cierre de membrana 21 del elemento de válvula 11 en la posición inferior 31 de la zona de ajuste 28 del microactuador 25, o en la posición de membrana 24 inferior. La posición de referencia 33 se encuentra en este caso por debajo de la posición inferior 31 de la zona de ajuste 28 a una distancia tal que el elemento de cierre de membrana 21 no entra en contacto con la posición de referencia 33 durante el funcionamiento. Por lo tanto, tampoco hay picos de carga en el transductor de flexión piezoeléctrico 25 en relación con las cargas de impacto periódicas.

En la Fig. 3 y 4 también se muestran una placa espaciadora 39 respectivamente de diferente espesor que delimitan parcialmente la cavidad 9 lateralmente. Mediante el uso de placas espaciadoras se establece las condiciones límite verticales que determinan los recorridos y rangos de regulación.

Además, en las Fig. 3 y 4 se muestra un microactuador 25 en forma de un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico. Firmemente conectado al extremo móvil del transductor de flexión piezoeléctrico 25 está el émbolo 26, que sobresale a través de la placa de válvula 10 y actúa sobre el elemento de cierre de membrana 21 en una superficie de contacto 27 configurada debajo. El microactuador 25 se muestra en la Fig. 3 en la posición superior 30 de su zona de ajuste 28, que se encuentra, por ejemplo, a una distancia de 20 μm, 40 μm, 60 μm o 100 μm por encima de la superficie de estanqueidad 13 del elemento de válvula 11. Esta distancia es necesaria para evitar un contacto entre el elemento de cierre de membrana 21 y el émbolo 26 cuando el elemento de válvula 11 está en el estado cerrado y, por lo tanto, para descartar fugas.

En la figura 4 se muestra el microactuador 25 en la posición inferior 31 de su zona de ajuste 28, en el que el elemento de cierre de membrana 21 también se encuentra en su posición inferior 24 al mismo tiempo. La distancia entre la superficie de contacto 27 del émbolo 26 y la superficie de estanqueidad 13 del elemento de válvula 11 es entonces, por ejemplo, de 40|jm, 60|jm, 100μm o150|jm.

Con referencia a la Fig. 2, cabe señalar que la anchura típica de un canal 2 para aplicaciones de recubrimiento de mayor resolución, por ejemplo, para la aplicación de lacas de viscosidad baja a media, está entre 0,7 mm y 1,5 mm para pinturas de paredes del sector de la construcción es de 1,5 mm a 3 mm y es superior a 2 mm para aplicaciones con adhesivos y selladores de mayor viscosidad.

En la Fig. 5 se ilustra un microactuador 25 que consta de un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico con un electrodo central 43 y un émbolo 26 conectado a él en su extremo móvil. El émbolo 26 está conectado al transductor piezoeléctrico de flexión a través de un elemento elástico 42 de material elastomérico, que reduce la transmisión de picos de tensión mecánica elevados, que se producen, por ejemplo, cuando la superficie de contacto del émbolo 26 toca el tope. Esto sirve para mejorar la vida útil del transductor de flexión piezoeléctrico 25. Como se muestra, el transductor de flexión piezoeléctrico 25 está firmemente sujeto o pegado a la placa de unión atornillada 41, la placa base 34, la carcasa 38 del cabezal de impresión 1. El transductor de flexión piezoeléctrico 25 se controla, por ejemplo, aplicando una tensión eléctrica fija V1 = VDD a la lámina piezoeléctrica superior 37 y aplicando una conexión a tierra V0 = GND a la lámina piezoeléctrica inferior 44. La tensión y la polaridad de las láminas piezoeléctricas 37, 44 por regla general siempre están rectificadas. La tensión U en el electrodo central 43 se cambia entre VDD y GND. Si la tensión U = GND está presente en el electrodo central 43, entonces hay una diferencia de tensión de VDD en la lámina piezoeléctrica superior 37, que los contrae lateralmente y desvía el actuador piezoeléctrico hacia arriba a la posición superior 30 de su zona de ajuste 28 (véase también la Fig. 6). Lo contrario: Si la tensión U = VDD se aplica en el electrodo central 43 del transductor de flexión piezoeléctrico 25, entonces la diferencia de tensión de VDD se aplica en la lámina piezoeléctrica inferior 44, lo que desvía el actuador piezoeléctrico hacia abajo a la posición inferior 31 de su zona de ajuste 28. Así la desviación x de un transductor de flexión piezoeléctrico 25 sin carga, que se mide simétricamente alrededor de la posición cero (posición libre de tensión eléctrica y mecánica del transductor de flexión piezoeléctrico 25), se mueve dentro del rengo de ajuste 28 del transductor de flexión piezoeléctrico 25.

Si se considera la fuerza de accionamiento F disponible para accionar el elemento de cierre de membrana 21 (en U=+VDD, fuerza en la dirección z negativa) en función de la desviación x, la fuerza por encima de la posición cero 29 se suma a la fuerza constante generada piezoeléctricamente debido a las tensiones mecánicas causadas por la desviación previa del transductor de flexión piezoeléctrico 25, que es la más alta en la posición superior 30 de la zona de ajuste 28 del microactuador 25. Esto corresponde al doble de la fuerza de sujeción del actuador piezoeléctrico, que como parámetro designa la fuerza de accionamiento máxima cuando la desviación del transductor de flexión piezoeléctrico 25 se suprime por sujeción, es decir, es decir se vuelve cero. Esta fuerza está disponible en la dirección z negativa para el accionamiento cuando se aplica un voltaje VDD en el electrodo central 43 en la posición superior 30 de la zona de ajuste 28.

Durante el funcionamiento del cabezal de impresión 1, toda la zona de ajuste 28 para el funcionamiento en la dirección z se puede cambiar y desplazar ventajosamente dentro de ciertos límites de manera similar al ajustarse la tensión V1 divergiendo de VDD o al ajustarse la tensión V0 divergiendo de GND, o al conmutarse la tensión U de manera divergente no alternativa entre VDD y GND, sino entre valores que divergen de esta. A este respecto puede afirmar lo siguiente: solo se puede lograr un aumento en la zona de ajuste aumentando la carrera de tensión AU de las dos posiciones de conmutación en el electrodo central 43. Se puede lograr un desplazamiento de la zona de ajuste 28, por ejemplo, cambiando la tensión V1 y/o V0 con respecto al perfil de tensión de la tensión U en el electrodo central. Por ejemplo, un desplazamiento de la posición de la zona de ajuste 28 puede lograrse en la dirección z negativa reduciendo únicamente la tensión V1, véase la desviación 1^ (línea discontinua). A este respecto, cabe señalar que la lámina piezoeléctrica superior 37 funciona con una diferencia de tensión negativa resultante (V1 - VDD) cuando el electrodo central 43 se controla con VDD y el microactuador 25 se encuentra en la posición inferior del (nuevo) zona de ajuste 28. Sin embargo, debido al riesgo de despolarización del material piezoeléctrico, tales medidas solo pueden llevarse a cabo de forma muy limitada. Sin embargo, tiene sentido usar esta medida para ajustar con precisión la posición de la zona de ajuste 28 de un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico 25 a la posición de un tope 32, una posición de referencia 33, un asiento de válvula o a la superficie de estanqueidad 13 del elemento de válvula 11. Por ejemplo, los cambios menores durante el funcionamiento que surgen a largo plazo pueden compensarse durante el funcionamiento. Cabe señalar en este caso que también pueden conseguirse efectos equivalentes variando las tensiones V0 o U según los mismos criterios. Las posibles distinciones y combinaciones de casos no deben examinarse en este caso con más detalle, sino que un experto medio en el campo de la ingeniería eléctrica puede llevarlas a cabo en cualquier momento para derivar soluciones adecuadas específicas para cada caso.

La Fig. 6 ilustra estas relaciones en varios diagramas para un transductor de flexión piezoeléctrico 25 que se mueve libremente (sin sujetar) en condiciones estáticas. La tensión U en el electrodo central 43 y la posición z resultante medida en la superficie de contacto 27 del émbolo 26 se muestran a la derecha. El diagrama central muestra la fuerza de accionamiento F resultante disponible en la dirección z negativa, con la que se activa la apertura del elemento de válvula 11. Esta se sitúa en cero (0) en la posición inferior 31 de la zona de ajuste 28, es decir, allí no hay fuerzas de ajuste F disponibles, y en la posición superior 30 de la zona de ajuste 28 es Fmáx. La fuerza de ajuste F aumenta así de abajo hacia arriba y las fuerzas de ajuste F más altas en la dirección z negativa están disponibles cerca de la posición superior 30. También se muestra a la izquierda de esto la desviación x alrededor de la posición cero o posición central de un transductor piezoeléctrico de flexión 25 libre de tensión.

Ventajosamente, el microactuador está alineado con respecto al accionamiento del elemento de cierre de membrana 21 de manera que la posición de la superficie de estanqueidad 13 del elemento de válvula 11, o la posición de membrana 23 superior, se sitúa lo más cerca posible por debajo de la posición superior 30 de la zona de ajuste 28 del transductor de flexión piezoeléctrico 25 bimórfico de modo que al menos dos tercios (2/3) de la fuerza de accionamiento máxima Fmáx. para abrir el elemento de cierre de membrana 21 están disponibles. Esta interpretación se ilustra a la izquierda en la Fig. 6 mediante la posición del elemento de válvula 11, de la superficie de contacto 27 del émbolo 26 y de las distintas posiciones del elemento de cierre de membrana 21. El émbolo se muestra en la posición superior 30 de la zona de ajuste 28. En esta posición preferida, la distancia entre el émbolo 26 y la superficie de estanqueidad 13 del elemento de válvula 11 es como máximo un tercio (1/3) de la zona de ajuste (sin carga) 28, pero al menos 20 μm o 40 μm dependiendo de la aplicación. Además, se aclara que, en el diseño correspondiente, la posición central 29 (en un transductor de flexión piezoeléctrico monomórfico 25) o la posición cero 29 (en un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico 25, a la que se refieren los diagramas de la derecha en la Fig. 6) por debajo de la superficie de estanqueidad 13 del elemento de válvula 11 se encuentra, por ejemplo, a una distancia de 20jm , 40jm , 60jm, 100|jm o 150|jm, como ya se mencionó anteriormente. Además, se muestra el caso de acuerdo con la figura 4 en el que la posición inferior 31 de la zona de ajuste 28 coincide con la posición de membrana 24 inferior, es decir, no se entra en contacto con ningún tope inferior durante el funcionamiento.

Este diseño es particularmente adecuado para garantizar una larga vida útil de los transductores de flexión piezoeléctricos, ya que en este caso se produce una cierta carga de impacto cuando entra en contacto con el elemento de cierre de membrana 21, pero es baja porque el contacto tiene lugar cerca de la posición superior 23 estática, donde el movimiento del émbolo 26 todavía presenta un pequeño impulso. La Fig. 6 también ilustra cómo puede efectuarse una alineación de referencia del transductor de flexión piezoeléctrico 25 (bimórfico) en una posición de referencia 33 que está por debajo de la posición 30 inferior de la zona de ajuste 28 del transductor de flexión piezoeléctrico 25 (bimórfico). Como ya se ha descrito, este se controla fuera de su zona de funcionamiento eléctrico usado durante el funcionamiento para el proceso de alineación inicial. En el ejemplo mostrado, en el caso de un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico 25, este se controla con una tensión excesiva Ve>+VDD. Alternativamente o adicionalmente, la lámina piezoeléctrica superior 37 se puede controlar en polaridad opuesta reduciendo la tensión V1 aplicada a la lámina piezoeléctrica superior 37, por ejemplo, en un 30%, en donde esta se expande a lo largo del transductor de flexión y provoca un aumento adicional en la desviación en la dirección z negativa.

La Fig. 7 ilustra un caso que difiere de la Fig. 3, en que el segundo taladro 16 está ubicado directamente debajo del taladro de válvula 12, dentro del campo de acción del elemento de cierre de membrana 21. Como resultado, la combinación del elemento de cierre de membrana 21 y el segundo taladro 16 crea un segundo elemento de válvula, que se acciona con el mismo microactuador 25 y con el mismo elemento de cierre de membrana 21 como se activa el elemento de válvula 11.

Ha demostrado ser ventajoso utilizar una placa distanciadora 39 de un espesor definido, como en el ejemplo de realización según la Fig. 3 para fijar de este modo la carrera del elemento de cierre de membrana 21 que es la distancia entre la posición de membrana superior 23 y la posición de membrana inferior 24. El ajuste de la carrera a 50 μm (30 jm a 80 jm ) mediante el uso de una placa espaciadora 39 de espesor correspondiente ha demostrado ser útil desde el punto de vista neumático.

Para lograr un efecto de sellado suficiente del segundo taladro 16 frente a la presión de servicio 18 en la posición de membrana 24 inferior, el microactuador 25 no debe trabajar en esta posición cerca de la posición inferior 31 de su zona de ajuste 28, en el que la fuerza de regulación F va hacia 0. Más bien, para obtener una fuerza de cierre alta, la zona de ajuste del microactuador 25 debe establecerse de tal manera que la posición cero o la posición central 29 de un microactuador 25 sea lo más baja posible, con respecto a la nomenclatura en la Fig. 6. En este caso resulta ventajoso que la posición cero o la posición central 29 se encuentre dentro de una tolerancia (inferior) de /- 20 μm (hasta /- 50 μm) alrededor de la posición de membrana inferior 24, que resulta como consecuencia del tope 32. Asimismo, la posición superior 30 de la zona de ajuste 28 del microactuador 25 debe estar posicionada al menos 20jm (hasta 50jm ) (tolerancia superior) por encima de la posición de la superficie de estanqueidad 13 del elemento de válvula 11, para que la superficie de contacto 27 del émbolo 26 no dañe el elemento de cierre de membrana 21 en el estado cerrado de contacto del elemento de válvula 11. Si se respetan las tolerancias mínimas para la zona de ajuste 28 del microactuador 25, se obtiene un valor de 2 x (carrera tolerancia inferior tolerancia superior) = 2 x 90 jm (2 x 70jm a 2 x 155jm) = 180jm (~300jm).

En la Fig. 8 está representada en una vista en sección una forma de realización adicional de la unidad de control 3 microneumática. Esto se caracteriza por un elemento de válvula 11 que consta de la placa de válvula 10 descrita anteriormente con taladro de válvula 12 y la capa de membrana subyacente 20 con el elemento de cierre de membrana 21. En esta forma de realización, sin embargo, al elemento de válvula 11 en el lado de la capa de membrana 20 se aplica directamente la presión de servicio (nivel de presión alto) pH, que se pone a disposición a través de un conducto de suministro de presión 35. Como anteriormente, un tope 32 puede encontrarse debajo del elemento de válvula 11 para una mejor definición de la posición de membrana inferior o una posición de referencia 33 en la que el microactuador 35 se alinea en una etapa de referencia. En este ejemplo de realización, la cavidad 9 con la conexión 19 al eyector de fluido 5 se encuentra por encima del elemento de válvula 11, es decir, por encima de la placa de válvula 10. La segunda placa 14 delimita la cavidad 9 hacia arriba y, por lo tanto, también se encuentra por encima de la placa de válvula 10. En este caso, el émbolo 26 del microactuador 25 sobresale a través del taladro de válvula 12 en la placa de válvula 10 y adicionalmente a través de la segunda abertura 16 en la segunda placa 14, que está dispuesta concéntricamente al taladro de válvula 12 y que, junto con el vástago de émbolo (al menos parcialmente), forma el elemento microneumático 15. Cabe señalar que, en una forma de realización especial, el segundo taladro 16 y el vástago de émbolo pueden estar diseñados como ajuste holgado, estrecho apretado que permite precisamente el movimiento del émbolo y el elemento microneumático 15 puede contener otro segundo taladro 16 conectado en paralelo (mostrado en líneas discontinuas), que desemboca en la cavidad 9 en otro lugar y está diseñado de manera que tiene una resistencia al flujo menor que el intersticio de ajuste de holgura.

Con respecto a los componentes individuales y grupos constructivos de la unidad de control 3 microneumática, se debe agregar lo siguiente: Las placas que se presentan a continuación con sus estructuras o microestructuras contienen la pluralidad de los canales 2 de la unidad de control microneumática 3: La placa de válvula 10 con los taladros de válvula 12; la segunda placa 14 con los segundos taladros 16, topes opcionales 32 o posiciones de referencia 33 y segundos asientos de válvula opcionales; la capa de membrana 20 con las escotaduras 22 que definen los elementos de cierre de membrana 21; las placas espaciadoras 39 con las escotaduras que determinan la forma lateral de la cavidad, además de capas de estanqueidad opcionales. Además, se pueden incluir placas periféricas en el listado, como la placa de unión atornillada 41 con todos los orificios roscados y los taladros necesarios; además, la placa base 34 con la línea de suministro de presión 35, con topes 32 incluidos opcionalmente y conexiones 19 a los eyectores de fluido individuales 5.

Las placas 10, 14, 20, 39, 41, 34 se pueden ensamblar en una sola unidad de control microneumática 3 por medio de uniones atornilladas 40 a intervalos regulares y estrechos de unos pocos milímetros en una línea a lo largo de los canales 2 manteniendo tolerancias estrechas.

La elección del material y la fabricación de las placas individuales 10, 14, 20, 39, 41, 34 depende preferentemente según el número de piezas deseado. Las placas 10, 14, 20, 39, 41, 34 con una expansión predominantemente tridimensional como la placa 34 o 40 están hechas preferentemente de materiales resistentes discrecionales como metales (por ejemplo, aluminio, latón, acero, acero inoxidable, níquel) o plásticos (termoplásticos sólidos, duroplásticos) y se fabrican con los procedimientos habituales. En el caso de producción a gran escala, las placas más delgadas 10, 14, 20, 39, 41, 34, como, por ejemplo, las placas 10, 14 o 39, se fabrican preferentemente de metales como cobre, latón o acero fino, que están grabados, por ejemplo, por métodos químicos húmedos. Los pasos representados (placa 14 en la Fig. 3 y 7) pueden realizarse, por ejemplo, a este respecto mediante ataque químico controlado por tiempo en ambos lados. Alternativamente, también pueden usarse plásticos para las placas más delgadas y/o pueden usarse procedimientos de estampado o conformado.

La capa de membrana 20 consta preferentemente de una sola capa y un solo material como, por ejemplo, un metal (por ejemplo, acero fino, titanio, bronce, níquel) con un grosor en el intervalo de, por ejemplo, 10 μm a 100 μm, a este respecto la fabricación puede realizarse mediante ataque químico o procesos aditivos (galvánicos). Alternativamente, se prefiere la fabricación de la capa de membrana 20 a partir de polímeros de alto rendimiento (p. ej., PEEK, PI, PTFE, PEI, PVDF) o elastómeros (PU, TPE, TPU, silicona y muchos otros) en diferentes procedimientos de fabricación (p. ej., gofrado, fundición, estampado, estructurado por láser, ataque químico en seco).

Si, durante el funcionamiento, el émbolo 26 golpea el elemento de cierre de membrana 21 permanentemente en un tope inferior 32, por un lado, la membrana y el tope 32 se ven afectados por desgaste mecánico y, por otro lado, el transductor de flexión piezoeléctrico 25 está expuesto a cargas de impacto de alta frecuencia. Estas desventajas pueden reducirse algo al amortizarse el contacto de choque mediante el uso de materiales elásticos, por ejemplo, mediante una punta de émbolo con un elemento elástico 41 (Fig. 9). Además, la capa de membrana se puede construir a partir de un laminado de varias capas individuales que cumplen diferentes funciones. Por ejemplo, una capa intermedia de uno de los metales anteriormente mencionados puede proporcionar una rigidez mecánica predeterminada. Adicionalmente, una capa situada por debajo y/o por encima de uno de los elastómeros puede reducir los picos de tensión que se producen cuando el émbolo 26 golpea la membrana o la membrana golpea el tope 32 y se transmite al transductor de flexión piezoeléctrico 25. Por el contrario, también se puede lograr una amortiguación de los movimientos de la membrana y los picos de tensión si consta de una estructura en capas con dos capas metálicas exteriores y una capa intermedia de polímero, elastómero o viscoelástica.

Se presenta una unidad de control microneumática (3) con una pluralidad de canales de control (2) para generar las presiones de control pc en un cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente para recubrir componentes con un agente de recubrimiento, en donde un canal de control (2 ) se caracteriza por un elemento de válvula (11) de un taladro de válvula (12) en una placa de válvula (10) y una capa de membrana (20), que se encuentra debajo de la placa de válvula (10) y está configurado como elemento de cierre de membrana ( 21) en la zona del taladro de válvula (12), cuya forma está determinada por escotaduras situadas a los lados del taladro de válvula (12), por un microactuador (25) con un émbolo (26), que activa el elemento de cierre de membrana (21) a través del taladro de válvula (12), para que se abra el elemento de válvula (1 1), mediante un elemento microneumático (15) conectado en serie con el elemento de válvula (11), en donde la presión de control (pc) se configura en su nodo de conexión y una cavidad (9) que está conectada a al menos un eyector de agente de recubrimiento (5) de funcionamiento neumático y por una presurización neumática de la unidad de control microneumática (3), que está dirigida de manera que existe un gradiente de presión desde el elemento de cierre de membrana (21) hasta el taladro de válvula (12) en la placa de válvula (10) con respecto al elemento de válvula (11).

Lista de referencias

1 cabezal de impresión

2 canal

3 unidad de control microneumática con una pluralidad de canales

4 red microneumática

5 eyector de fluido

6 cámara de accionamiento

7 válvula de membrana de fluido

8 salidas de fluido

9 cavidad

10 placa de válvula

11 elemento de válvula

12 taladro de válvula

13 superficie de estanqueidad del elemento de válvula

14 segunda placa

15 segundo elemento microneumático

16 segundo taladro

17 primer nivel de presión (bajo), presión ambiente μL

18 segundo nivel de presión (alto), presión de servicio pH

19 conexión al eyector de fluido

20 capa de membrana

21 elemento de cierre de membrana

22 escotadura

23 posición de membrana superior

24 posición de membrana inferior

2g microactuador que incluye émbolo, en particular transductor piezoeléctrico de flexión monomórfico o 25 bimórfico

26 émbolo

27 superficie de contacto del émbolo

28 zona de ajuste sin carga

29 posición central, posición cero de la zona de ajuste

30 posición superior de la zona de ajuste

31 posición inferior de la zona de ajuste

32 tope

33 posición de referencia

34 placa de base

35 suministro de presión común

36 segundo elemento de válvula

37 láminas piezoeléctricas

38 carcasa

39 placa espaciadora

40 unión atornillada

41 placa de unión atornillada

42 elemento elástico

43 electrodo central

44 lámina piezoeléctrica inferior

45 alimentación de fluido

pH nivel de presión alto, presión de servicio

μl nivel de presión bajo, presión ambiente

U tensión

V0 tensión

V1 tensión

Ve sobretensión

^ desviación

ξ1 desviación

Claims

REIVINDICACIONES

1. Cabezal de recubrimiento multicanal accionado neumáticamente (1) para el recubrimiento de componentes con un agente de recubrimiento, con una unidad de control microneumática (3) con una pluralidad de canales de control (2) para generar las presiones de control (pc) en el cabezal de recubrimiento (1), en donde un canal de control (2) se caracteriza:

a) por un elemento de válvula (11) que consta de un taladro de válvula (12) en una placa de válvula (10) y una capa de membrana (20), que se encuentra en un primer lado longitudinal de la placa de válvula (10) y en la zona del taladro de válvula (12) está configurado como elemento de cierre de membrana (21), cuya forma está determinada por escotaduras ubicadas a los lados del taladro de válvula (12),

b) por un microactuador (25) con un émbolo (26) que activa el elemento de cierre de membrana (21) a través del taladro de válvula (12) para que se abra el elemento de válvula (11),

c) por un elemento microneumático (15) conectado en serie con el elemento de válvula (11), en donde la presión de control (pc) se configura en un nodo de conexión entre el elemento microneumático (15) y el elemento de válvula (11) y está situada una cavidad (9) que está conectada a al menos un eyector de agente de recubrimiento (5) de funcionamiento neumático, y

e) por una presurización neumática de la unidad de control microneumática (3), que se dirige de manera que hay un gradiente de presión desde el elemento de cierre de membrana (21) hasta el taladro de válvula (12) en la placa de la válvula (10) con respecto al elemento de válvula (11).

2. Cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente según la reivindicación 1, caracterizado por que la resistencia al flujo del segundo elemento microneumático (15) es al menos dos veces mayor que la resistencia al flujo del elemento de válvula (11) en el estado abierto.

3. Cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una zona de ajuste (28) sin carga del émbolo (26) con respecto a su superficie de contacto (27) está entre 60 μm y 300 μm, y la posición superior (30) de la zona de ajuste (28) es de 20 μm a 100 μm por encima y la posición inferior (30) de la zona de ajuste (28) es de 40 μm a 150 μm por debajo de una superficie de estanqueidad (13) del taladro de válvula (11).

4. Cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente según la reivindicación 3, caracterizado por que una posición central (29) de la zona de ajuste (28) está entre 20 μm y 100 μm por debajo de la superficie de estanqueidad (13) del taladro de válvula (11).

5. Cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que un segundo taladro (16) se encuentra dentro de una segunda placa (14) debajo del taladro de válvula (12), de modo que en una posición de membrana inferior (24) el elemento de cierre de membrana (21) cubre el segundo taladro (16) y sella la cavidad (9) frente a la presión de servicio (pH) que se aplica en el segundo taladro (16).

6. Cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente según la reivindicación 5, caracterizado por que la distancia entre una posición de membrana superior (23), en la que el elemento de cierre de membrana (21) cierra el taladro de válvula (12) y la posición de membrana inferior (24), en la que el elemento de cierre de membrana (21) cierra el segundo taladro (16), es de 30 μm a 80 μm.

7. Cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el microactuador (25) contiene un transductor de flexión piezoeléctrico y un elemento elástico (41) para amortiguar las cargas de impacto se encuentra entre el transductor de flexión piezoeléctrico y el émbolo (26) o en una punta (27) del émbolo (26).

8. Cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento de cierre de membrana (21) está unido por un lado con la capa de membrana (20) y está configurado como lengüeta de válvula.

9. Cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un microactuador (25) con un transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico, cuya zona de ajuste se desplaza en la dirección vertical en relación con la posición de la superficie de estanqueidad (13) al hacerse funcionar una lámina piezoeléctrica (37) del transductor de flexión piezoeléctrico bimórfico contra su dirección de polarización al menos temporalmente durante el funcionamiento.

10. Cabezal de recubrimiento multicanal (1) accionado neumáticamente según la reivindicación 9, caracterizado por que la tensión en una lámina piezoeléctrica superior (37) es variable durante el funcionamiento.