包括微气动控制单元的打印头制造技术

本申请提出了一种微气动控制单元，包括大量控制通道，控制通道用于在气动致动的多通道涂覆头中产生控制压力(pc)，从而用涂覆剂涂覆组件，控制通道的特征在于：a)阀芯，阀芯包括在阀板中的阀孔和在阀板下方并且在阀孔的区域中被设计为隔膜关闭元件的隔膜层，隔膜关闭元件的形状由相对于阀孔侧向定位的凹槽确定，b)具有柱塞的微致动器，柱塞通过阀孔致动隔膜关闭元件，以使阀芯打开，c)与阀芯串联连接的第二微气动元件，产生控制压力(pc)，并且空腔位于其连接节点处，空腔与至少一台气动操作的涂覆剂喷射器连接，以及d)微气动控制单元的气动加压，其方向是使得相对于阀芯从隔膜关闭元件到阀板中的阀孔有一个压力梯度。到阀板中的阀孔有一个压力梯度。到阀板中的阀孔有一个压力梯度。

【技术实现步骤摘要】
包括微气动控制单元的打印头


[0001]本专利技术涉及用于印刷、涂覆或分配涂覆剂的印刷头领域，简而言之是用于将液体物质施加到物体的表面上。特别地，本专利技术涉及借助于打印头、定量给料头、分配器或其他液体施加器进行的施加，在下文中通称为打印头1，其包括大量以几何规则排列布置(优选地成排布置)的通道。本专利技术特别地涉及按需滴加应用领域，包括流体喷射的应用，其液体量的数量级在每次液体输送皮升、纳升、微升或更大的范围内，具有从低到高的液体粘度(1mPas[毫帕秒]到1Pas[帕秒]的数量级)、其还可以包含浓度达90％的颗粒(数量级：最大0.3毫米[毫米]粒度)、传输频率高达千赫兹范围、并且通道间隔低至1毫米以下。

技术介绍

[0002]根据本专利技术的打印头的可能用途存在于以下领域中：在各种类型(诸如机动车辆、以及飞机和轮船)的车辆的涂漆、密封或胶合领域中，特别是在用于这种车辆的部件的粘合中，主要是使用工业机器人(特别是多轴关节臂机器人)来移动头部、或者在任何种类的组件(包括消费品行业的产品)的涂层领域中，使用工业机器人或笛卡尔机器人使用液态涂层剂，或集成到单遍打印或涂层系统、以及与建筑物相关的所有涂层领域。本专利技术还涉及使用移动设备的打印。
[0003]如DE 102009029946A1中所述，本专利技术是基于基于微气动驱动原理的打印头或定量给料头。
[0004]此外，WO 2013/139326A1公开了一种微先导阀，其用于打印头或定量给料头中。这种先导阀在腔室中包括离散的关闭元件，其连接到控制压力输出。离散的关闭元件交替地关闭处于环境压力下的上部开口或连接到压力源的下部开口。离散的关闭元件由柱塞驱动，该柱塞穿过第一开口，并由压电弯曲变换器从外部驱动。这样，可以将微先导阀腔室的死体积保持在较低水平，并且在切换过程中可以实现高压梯度。然而，在这种情况下的缺点是，由于硬关闭过程而导致下部阀座和柱塞的相当大的磨损，并且因此增加了隔膜关闭元件的冲程。硬闭合过程的另一个结果是由于周期性的高机械应力峰值而缩短了压电弯曲变换器的使用寿命。在这方面，期望防止柱塞与阀座的硬相互作用。此外，根据WO 2013/139326 A1的具有足够的硬度和耐久性的离散的关闭元件具有大的质量。当上开口关闭时，该质量必须通过气压从下开口移出，这不允许急速的关闭时间，并且需要单独的微弹簧元件的支撑。
[0005]本专利技术解决的问题是至少部分地克服现有技术中已知的缺点，并且特别是改善根据DE 102009029946 A1的微气动控制单元和根据WO 2013/139326 A1的先导阀的功能、使用寿命和性能、同时降低了制造成本。

技术实现思路

[0006]上述问题通过独立权利要求的特征解决。从属权利要求涉及有利的发展。
[0007]根据本专利技术的一种微气动控制单元，其包括大量控制通道，所述控制通道用于在
微气动致动的多通道打印头中产生控制压力pc，从而用涂覆剂涂覆组件，
[0008]所述控制通道包括：
[0009]a)阀芯，所述阀芯包括在阀板中的阀孔和在阀板下方并且在阀孔的区域中被设计为隔膜关闭元件的隔膜层，所述隔膜关闭元件的形状由相对于所述阀孔侧向定位的凹槽确定，
[0010]b)具有柱塞的微致动器，所述柱塞通过所述阀孔致动所述隔膜关闭元件，以使所述阀芯打开，
[0011]c)第二微气动元件，所述第二微气动元件与所述阀芯串联连接，产生所述控制压力，并且空腔位于其连接节点处，所述空腔与至少一台气动操作的涂覆剂喷射器连接，以及
[0012]d)最后，对串联回路加压微气动，其方向是使得相对于所述阀芯，从隔膜侧到所述阀孔存在一个压力梯度。
[0013]阀板和隔膜层在微气动控制单元的所有通道上延伸，并且可以成本低廉地制造为连续件。隔膜层在阀孔下方形成隔膜关闭元件，该隔膜关闭元件由隔膜层中的一个或多个凹槽形成。术语“在...下方”在这种情况下应理解为是指阀板的第一纵向侧。与如WO 2013/139326 A1中提出的不连续的诸如球的隔膜关闭元件相比，该隔膜关闭元件几乎是无质量的。此外，可以通过合适的隔膜材料、隔膜厚度和隔膜凹槽的几何形状隐式地(implicitly)产生恢复力，该恢复力支持由压力梯度驱动的阀孔的关闭。隔膜关闭元件的质量小，因此在压电弯曲变换器上的冲击载荷小，关闭时间短。
[0014]原则上，本领域中的所有气动回路或网络都基于两个或多个气动元件(也称为气动阻抗Z)的串联连接，在两个压力水平之间或压力梯度，例如在高压pH和低压水平pL之间。在这种情况下，每个阻抗可以由其他阻抗或阻抗网络组成。根据所涉及的阻抗的比率，在其连接节点处建立相应的压力水平，该压力水平的高度在两个压力水平之间。单个气动元件可以是线性或非线性节流阀或阀芯，根据系统理论，阀芯也可以被视为非线性节流阀。
[0015]与隔膜关闭元件一起形成阀芯的阀孔优选地与第一微气动(非线性)阻抗Z1相关联，并且可以包含任何微气动阻抗或它们的组合的第二微气动元件优选地与第二微气动阻抗Z2相关联。
[0016]优选地，第二微气动元件例如是线性节流阀，如果它是例如通向空腔的简单孔(称为第二孔)的话。第二孔也可以是通向空腔并且并联连接的多个孔或筛结构。
[0017]在这种情况下，第二孔的直径小于阀孔的直径。根据用途，阀孔的直径例如是第二孔的直径的1.5至3倍。更一般地表示，阀芯和第二微气动元件的优选的串联连接被设计成使得当阀芯打开时，在第二气动元件上存在尽可能高的压降。根据应用，第二气动元件的流阻至少应为打开状态下的阀芯的流阻的2倍、3倍、5倍、10倍或20倍。
[0018]相反，当阀孔被隔膜关闭元件关闭时，来自整个阀芯的高压水平pH和低压水平pL的总可用压力差始终会减小。
[0019]阀芯和第二微气动元件的位置可以在串联连接中互换，只要确保在阀芯上从隔膜关闭元件到阀孔之间存在压力梯度即可，以便能够通过隔膜关闭元件以压力辅助的方式关闭所述阀孔。原则上，柱塞的力沿相反的方向(即，与压力梯度相反)作用在隔膜关闭元件上，以便从阀孔中抬起隔膜关闭元件并允许空气流过。阀芯和第二气动元件在气动串联连接内的位置导致了微气动控制单元的各种实施方式，这些实施方式在下面参考附图进行描
述。
[0020]在一个特殊的例子中，如果阀孔承受低压或压力水平pL(L＝LOW)，例如环境压力，而第二孔承受较高的操作压力或高压水平pH(H＝HIGH)，并且如果第二孔还布置在阀孔下方较小的距离(例如20μm[微米]至100μm)处，因此位于隔膜关闭元件的作用范围内。例如，阀孔和第二孔可以同心地布置，或者其中心轴线可以偏移一小距离。如果阀孔和空腔中的第二孔之间的垂直距离较小，则隔膜关闭元件位于其下部位置，靠近第二孔。在该位置，水平间隙在隔膜关闭元件的下表面上流动，该水平间隙相对于第二孔呈径向流动，对第二微气动元件的流动阻力起决定性作用，并且其非线性大大增加。在完全密封的情况下，即，当隔膜关闭元件与空腔中的第二孔的口部区域接触时，第二微气动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微气动控制单元(3)，其特征在于，包括大量控制通道(2)，所述控制通道(2)用于在气动致动的多通道涂覆头(1)中产生控制压力(pc)，以用涂覆剂涂覆组件，所述控制通道(2)包括：a)阀芯(11)，所述阀芯(11)包括在阀板(10)中的阀孔(12)和隔膜层(20)，所述隔膜层(20)在所述阀板(10)下方并且在所述阀孔(12)的区域中被设计为隔膜关闭元件(21)，所述隔膜关闭元件的形状由相对于所述阀孔(12)侧向定位的凹槽确定，b)具有柱塞(26)的微致动器(25)，所述柱塞(26)通过所述阀孔(12)致动所述隔膜关闭元件(21)，以使所述阀芯(11)打开，c)第二微气动元件(15)，所述第二微气动元件(15)与所述阀芯(11)串联连接，产生所述控制压力(pc)，并且空腔(9)位于其连接节点处，所述空腔与至少一台气动操作的涂覆剂喷射器(5)连接，以及d)微气动控制单元(3)的气动加压，其方向是使得相对于所述阀芯(11)，从所述隔膜关闭元件(21)到所述阀板(10)中的所述阀孔(12)存在一个压力梯度。2.根据权利要求1所述的微气动控制单元，其特征在于，所述第二微气动元件(15)的流阻至少是所述阀芯(11)在打开状态下的流阻的两倍。3.根据前述权利要求中任一项所述的微气动控制单元，其特征在于，所述柱塞(26)相对于其接触表面(27)的无负载操作范围(28)在60μm至300μm之间，所述操作范围(28)的上部位置(30)在所述阀孔(11)的密封表面(13)上方20μm至100μm，所述操作范围(28)的下部位置(30)在所述密封表面(13)下方40μm至150μm。4.根据权利要求3所述的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：埃克塞尔工业公司，
类型：发明
国别省市：