用于施涂装置的穿孔板以及对应的应用和制造方法

摘要

本发明涉及用于将流体、尤其涂覆剂、漆、密封剂、胶水、功能层或分模剂施涂至部件、尤其施涂至机动车车身部件的施涂装置的穿孔板(1)。所述穿孔板(1)包括至少一个通孔(2)，用于使得涂覆剂通过；以及所述穿孔板(1)的位于下游的侧上的孔口，所述孔口包括能够在操作时由涂覆剂湿润的湿润表面。根据本发明，通孔(2)为了减少湿润倾向性过渡到伸出的管端部(7)中或者具有减少湿润倾向性和/或改进可冲洗性的结构、尤其微结构或纳米结构。

说明书

技术领域

本发明涉及用于施涂诸如漆、密封剂、功能层或胶或分模剂的施涂装置的穿孔板。此外，本发明设计使用这种穿孔板的应用方法。此外，本发明还涉及用于这种穿孔板的新颖的制造方法。

背景技术

为了对机动车车身部件进行喷漆，通常采用旋转雾化器，其借助于旋转的钟杯将待施涂的漆雾化。尽管这些传统的旋转雾化器特别适合用于对部件的表面进行喷漆，但是条或其它图案的施涂以及还有部分表面的涂覆是有问题的。

可能已知的是采用所谓的液滴发生器用来涂覆部件，例如如DE 102010 019 612 A1中所描述的那样。其中，待施涂的涂覆剂经过具有多个通孔的穿孔板，涂覆剂喷流分别从穿孔板的各个通孔发出，喷流瓦解成液滴，所述液滴然后冲击到待涂覆的部件表面上并且在那里形成了聚合的涂覆剂膜。

这种已知的液滴发生器的问题之所在于，穿孔板在孔出口处具有湿表面，其中所述孔出口在操作的过程中部分地由发出的涂覆剂弄湿，而这防止涂覆剂喷流从穿孔板分离。

此外，采用根据现有技术的穿孔板的问题在于，必要的涂覆剂体积流并未实现，这是因为孔直径太小以及穿孔板的厚度太大而无法克服随传统粘性的涂覆剂出现的压力损失。然而，如果穿孔板的厚度减小的话，则将损失机械稳定性。

用于喷墨打印机的喷嘴板由DE 691 23 224 T2可知，但是这种已知的喷嘴板无法在施涂技术的领域中采用。

此外，关于现有技术应当参看EP 0 928 637 A2、DE 10 2004 030 640A1、DE 20 2011 000 324 U1以及DE 40 21 662 C2。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种相应改进的穿孔板并且设计对应的制造方法。

该目的根据权利要求书通过根据本发明的穿孔板或者通过根据本发明的制造方法实现。

本发明包括这样的总体技术启示，为穿孔板在位于下游的侧上和/或在位于上游的侧上提供减少阻碍湿润倾向性和/或降低流经通孔时的压力损失的三维结构。

本发明最初包括穿孔板，其适用于涂覆剂施涂的施涂装置，例如如DE 10 2010 019 612 A1中所描述的那样。然而，本发明并不限于用于特定类型的施涂装置的穿孔板，还涵盖了适用于其它类型的施涂装置的穿孔板。然而，优选地，根据本发明的穿孔板适用于将漆、密封剂、胶水或分模剂施涂至部件、例如施涂至机动车车身部件的施涂装置。然而，本发明关于涂覆剂的类型并不限于上述涂覆剂的实例，而也能够以其它类型的涂覆剂来实现。术语“功能层”涵盖导致表面功能化的层，例如促粘剂、底漆或替代性地用于降低传动的层。

此外，应当提到的是本发明的上下文中所用的术语“涂覆剂喷流”涵盖连续的涂覆剂喷流以及液滴喷流。

根据本发明的穿孔板与现有技术相关地具有至少一个通孔，所述通孔用于使得涂覆剂通过，优选地，涂覆剂喷流从通孔发出，其然后在待涂覆的部件表面上冲击并且在那里形成了聚合的涂覆剂膜。

根据本发明的穿孔板优选在其至少一侧上具有一三维结构，该三维结构减小流经流体的压力损失和/或减小了穿孔板的位于下游的侧上的湿润表面。

在使得涂覆剂经过穿孔板中的通孔时，应当考虑到的是，穿孔板的位于下游的侧在通孔的周边形成了湿润表面，所述湿润表面在操作过程中由涂覆剂湿润，这使得很难脱离涂覆剂。为了减小这种湿润表面并且因此位于有助于涂覆剂从穿孔板脱离，因此优选地在穿孔板的位于下游的侧的通孔设置成过渡到一管接头中，其中该管接头从穿孔板的位于下游的侧伸出，从而仅仅该管接头的端面形成了阻碍湿润表面。

此外，阻碍湿润倾向性还可以减少的原因在于，孔出口的周边在穿孔板的位于下游的侧上具有减少湿润倾向性的结构。这种结构由名称为“Lotus effect”的现有技术是已知的，并且例如包括微结构或纳米结构。这种结构还能够改进部件的冲洗性。

在上述管接头的情况中，为了进一步减小阻碍湿润表面，管结构可以设置成具有外周表面，该外周表面朝向管接头的自由端部尤其锥形地渐变。在这种情况中，管接头的壁厚因此朝向管接头的自由端部减小，从而管接头的端面在管接头的嘴口处是特别地小，这导致了相应小的湿润表面。例如，管接头在其自由端部处的壁厚可以小于100μm、50μm、10μm或5μm。

此外，在本发明的上下文中，存在这样的可能性，即管接头在其位于下游的自由端部处具有嘴口，该嘴口相对于管接头的纵向轴线倾斜。

为了使得管接头的湿润表面尽可能地小，管接头优选地设置成具有比通孔的内径更小的壁厚。优选地，管接头的壁厚是在通孔的内径的50％至75％的范围内。在本发明的实施例的优选实例中，管接头具有不超过100μm、50μm或30μm的壁厚，从而在管接头的端面上形成了相应小的湿润表面。

此外，在本发明的优选实施例中，通孔设置成在穿孔板的位于上游的侧上具有孔入口，该孔入口关于流被优化。例如，该关于流的优化可以包括孔入口的喷嘴形状。然而，孔入口还可以仅仅被圆角化，从而提供尽可能低的流阻。

以同样的方式，通孔在穿孔板的位于下游的侧上的孔出口也可以关于流被优化，例如关于喷嘴的形状被优化或者通过圆角化被优化，从而降低流阻。

对于通孔的喷嘴形构造而言，通孔优选地形成了Laval喷嘴，但是其它喷嘴类型也是可行的。

通孔本身优选具有内横截面，该内横截面沿着通孔的纵向轴线是恒定的，该内横截面在本发明的优选实施例中是圆形的。

然而，内横截面还可以类似于矩形或椭圆形。

然而，在本发明的上下文中，替代性地还存在这样的可能性，即通孔的内横截面沿着通孔的纵向轴线变化，例如为了形成喷嘴形状。通孔沿其纵向轴线的内横截面的这种变化仅仅在限制的程度上是可行的或者在采用传统的制造方法(例如，钻孔、铣削)时以特定受限的程度是可行的。例如，如果通孔在入口与出口之间大于入口和出口本身，则达到了传统制造方法的限制。

在这种情况中，应当提到的是，管接头仅仅相对于穿孔板的位于下游的表面稍微伸出，例如伸出一长度，该长度是在穿孔板的厚度的25％至100％的范围内、50％至100％的范围内、25％至50％的范围内或者25％至75％的范围内。管接头的该长度保护足以将湿润限于管接头的自由端部处的端面。

因此，管接头在穿孔板的位于下游的侧与管接头的自由端部之间具有一长度，该长度优选大于10μm、20μm、50μm或100μm和/或小于1mm、500μm、200μm或100μm。

此外，应当提到的是，穿孔板在本发明的优选实施例中具有多个通孔，例如具有20、50或500个以上的通孔。

通孔的表面密度、直接相邻的通孔之间的距离和通孔的内横截面在这种情况中优选尺寸大小设置成，从各个通孔发出的涂覆剂喷流在部件上冲击之后形成聚合的涂覆剂膜。

然而，涂覆剂喷流还可以在部件上冲击之后不与其它喷流掺和。如果这是期望的话，通孔彼此之间的距离必须根据涂覆剂特性和必要的体积流被选择。

此外，应当提到的是，穿孔板中的通孔具有相同的内横截面或不同的内横截面。同样的情况适用于通孔的出口处的直径。出口横截面(直径)确定了(液滴的)喷流的直径，并因此比内径重要得多。

此外，还存在穿孔板中的直接相邻的通孔之间的距离是均匀的可能性。

然而，替代性地还存在这样的可能性，即各通孔彼此不同距离地设置或者在一些区域内设置成通孔之间的距离是相同的，而所述距离分区域是不同的。

在本发明的优选实施例中，直接相邻的通孔之间的距离至少等于通孔的内径的3倍、4倍或6倍。

此外，应当提到的是，通孔例如在多边形的角部处布置、尤其在三角形、梯形或矩形的角部处布置。

各个通孔的内径优选小于0.2mm、100μm、50μm或甚至小于20μm，这很少能够采用切削制造方法来实现。

关于已知的液滴发生器的问题在于穿孔板的制造，这是因为例如切削制造方法(例如钻孔)允许仅仅具有至少50μm的相对大的通孔。

此外，在这种情况中，一方面通孔的内径与另一方面穿孔板的厚度的纵横比限于1：10的纵横比，从而为0.5mm的板厚能够实现仅仅至少50μm的内径。

此外，利用切削制造方法(例如钻孔)在穿孔板中制造大量通孔是耗时的并且经济上是危险的，这是因为存在工具(例如，钻头、铣削头)在制造最终的通孔时断裂、使得整个穿孔板变废的可能性。

此外，应当考虑的是，切削制造方法总是会产生毛刺，如果不被去除的话会损害穿孔板的操作。然而，特别地对于非常小的通孔而言，出于与制造相关的原因很难或甚至不可能去除毛刺。

此外，应当考虑的是，在通过穿刺或冲切工艺制造各个通孔时，在相应的通孔周围发生材料移位/变形，导致了穿孔板的相应的变形。

因此，已经可行的是通孔制造具有小于50μm的内径，仅仅通过激光加工利用超短脉冲激光以非常省时的方式来制造。

因此，关于这种用于施涂装置(例如，液滴发生器)的已知的穿孔板的不利之处在于，特别是非常小的通孔以及非常小的三维结构的有问题的制造。

因此，本发明优选地提供了通过蚀刻、尤其通过干蚀刻或湿蚀刻来制造穿孔板。在这种情况中，可以通过在穿孔板上的蚀刻加工来制造通孔，穿孔板的通孔之间的其它区域通过蚀刻停止而得到保护，并且因此不被磨蚀。蚀刻制造方法例如由半导体技术领域是已知的，并且因此无需更详细地描述。在本发明的上下文中所使用的术语“穿孔板的蚀刻制造”意味着至少通孔由蚀刻来制造，而穿孔板本身(即，最初没有通孔)可以被设置为坯件。

穿孔板的蚀刻制造的一个优点在于经济制造具有大量通孔的穿孔板的可能性，这是因为这种情况中的制造成本与通孔的数量无关。

穿孔板的蚀刻制造的另一个优点在于，由于该制造方法所以没有毛刺，使得可以取消成本高昂地精修以去除毛刺。

此外，采用蚀刻制造，没有玷污通孔的碎屑或其它机加工残余物(例如悬空乳液)产生或剩余。

此外，应当作为优点提到的是，采用蚀刻制造，在孔的周向表面上可以获得与更容易实现的表面同样的表面品质。

应当作为另一优点提到的是，采用蚀刻制造，改变材料结构的温度作用不会出现在部件上。此外，可能造成部件内应力的机械载荷不会作用在部件上。

最后，穿孔板的蚀刻制造允许通孔是精确平行的，这是因为所有通孔采用同一工艺被同时制造，并且因为与通孔的钻孔相反，没有钻头漂移。如果例如在蚀刻制造的第一加工步骤中暴露是完全竖直的，则所有几何形状被同样地蚀刻，这是因为蚀刻加工可以例如用于气体极其均匀地被控制。

在本发明的优选实施例中，穿孔板至少部分地包括半导体材料，例如硅、二氧化硅、碳化硅、镓、砷化镓或磷化铟。然而，本发明关于半导体材料并不限于上述半导体材料的实例。此外，穿孔板在本发明的上下文中还可以包括允许蚀刻制造的其它材料。在此例如可以是铁类金属(例如钢、高等级钢和其它合金)、非铁类金属(例如铝、钼、钨、金、银、锡、锌、钛、铜和铜合金)、半金属(例如碲、硼)、过渡金属(例如镍和钴材料)以及陶瓷(例如氧化锆、氧化铝)。

如上述已经简要提到的是，穿孔板的蚀刻制造提供了通孔能够精确地平行指向的优点。在本发明的有利实施例中，通孔的纵向轴线因此具有彼此相互特别小的偏离角或者相对于穿孔板的表面法线具有特别小的偏离角，该偏离角优选小于小于1°、0.5°、0.01°或甚至小于0.001°。

然而，本发明关于穿孔板的制造并不限于蚀刻制造方法，还可以由传统的制造方法来实现。例如，切削制造方法(例如，钻孔、铣削)、冲切或激光钻孔也可被使用。

此外，切削制造方法与蚀刻制造方法的组合也是可行的。

例如，穿孔板的坯料可以最初通过切削被机加工，然后通孔通过蚀刻被制造。

替代性地，还存在穿孔板最初通过蚀刻被制造并且随后附加地通过切削被机加工的可能性。

此外，在本发明的上下文中，存在涂层、例如抗磨蚀层或导电层被施涂至穿孔板的一侧或两侧上的可能性。此外，涂层也可以是传感器或逻辑电路的组成部分。

在本发明的一个改型中，穿孔板在其整个表面上具有大致恒定的厚度。

在本发明的另一改型中，穿孔板另一方面包括具有更高厚度的外边缘以及具有通孔的中央区域，穿孔板的厚度在具有通孔的区域内比边缘处小。通孔的区域内的厚度的减小是有利的，这是因为通孔的流阻因而被降低。穿孔板在具有通孔的区域中因此优选具有小于1mm、0.5mm或0.3mm的厚度。

此外，在本发明的上下文中存在这样的可能性，即穿孔板为了机械加强具有至少一个加强条，穿孔板在具有通孔的区域内具有比所述加强条的区域更小的厚度。例如穿孔板在边缘处和/或在加强条处具有小于2mm、1mm或0.7mm的厚度。

除了如上所述的根据本发明的穿孔板以外，本发明还要求对具有这种穿孔板的完整施涂装置进行保护。

穿孔板在这种情况中可以例如是喷嘴、喷嘴插入件、成形空气环、导气环、混合器、筛网、阀针、针座的组成部分。

此外，本发明还要求对采用具有这种穿孔板的施涂装置的施涂方法进行保护。

最后，本发明还要求对制造这种穿孔板的相应制造方法进行保护。

例如，穿孔板在这种情况中可以通过在一侧或在两侧上进行蚀刻而被制造。

此外，与此有关应当提到的是例如干蚀刻或湿蚀刻是合适的。

附图说明

本发明的其它有利改型特征在于从属权利要求或者将参照附图与本发明的实施例的优选实例的说明以下被详细解释。这些附图示出了：

图1是根据本发明的穿孔板的俯视图；

图2是图1的穿孔板的通孔的剖视图；

图3是图2的改型；

图4A是另一改型的穿孔板的通孔的剖视图；

图4B是涂覆剂在通孔内的图4A的剖视图；

图5A是图4A的带有附加的管接头的改型，从而减小湿表面；

图5B是涂覆剂在通孔内的图5A的剖视图；

图6A是图5A的带有锥形渐变管接头的改型；

图6B是具有管接头的倾斜嘴口的图6A的改型；

图6C是具有管接头的倾斜嘴口的图5A的改型；

图7A是具有加强边缘的以及具有通孔的减薄中央区域的穿孔板的示意性剖视图；

图7B是图7A的改型；

图8A是具有加强条的穿孔板的示意性剖视图；

图8B是图8A的穿孔板的俯视图；

图9是具有多个穿孔板的插入件；

图10示出了具有根据本发明的穿孔板的根据本发明的施涂装置；并且

图11是图2的改型。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的穿孔板1的俯视图，该穿孔板能够例如在液滴发生器中使用。关于液滴发生器的设计细节，附加地还参看专利公开文献DE 10 2010 019 612 A1，从而该专利公开文献的全文应当结合在本说明书中。

穿孔板1具有大量的/多个通孔2，所述通孔在穿孔板1中布置，所述通孔2在所述穿孔板1中等间距地且以矩阵的方式布置。

根据本发明的穿孔板1在这种情况中的区别至少在于蚀刻制造。

图2示出了穿孔板1在通孔2之一的区域内的剖视图，剖视图中的箭头表明经过通孔2的涂覆剂的流方向。可以从剖视图中看出，通孔2具有孔入口3，其在流方面被优化，这降低了通孔2的流阻力。

此外，穿孔1在位于下游的那侧上在通孔2的周边上相应地具有降低湿润倾向性的结构。

在根据图3的实施例的实例中，通孔2除了在流方面被优化的孔入口3以外还具有孔出口4，所述孔出口4在流方面被优化，从而通孔2形成了Laval喷嘴。

图4A和4B示出了穿孔板1在通孔2的区域内的替代性剖视图。图4A示出了没有涂覆剂的通孔2，而涂覆剂5在图4B中示出。

从图中可以看出，涂覆剂5使得穿孔板1的位于下游的表面上的湿润表面6湿润，这使得尽管存在上述结构但是涂覆剂5以喷流的形式很难从穿孔板1脱离。

图5A和5B示出了本发明的优选实施例，其中湿润倾向性被进一步减小。为此，穿孔板1分别在各个通孔2的周边上具有管接头7，通孔2过渡到管接头7中，从而管接头7的端面在管接头7的自由端部处形成了湿润表面8。湿润表面8因此被限制于管接头7的自由端面，并且比根据图4A的湿润表面6明显更小。这有助于涂覆剂5从穿孔板1排出。

在这种情况中，管接头7从穿孔板1的位于下游的表面伸出一长度L＝100μm。

图6A示出了图5A的改型，管接头7的外周表面朝向管接头7的自由端部锥形渐变，从而管接头7的自由端部处的湿润表面是最小化的。

图6B示出了图6A的改型，其中管接头7的嘴口相对于通孔2的纵向轴线倾斜。

图6C示出了图5A的改型，其中管接头7的嘴口相对于通孔2的纵向轴线倾斜。

图7A示出了根据本发明的穿孔板1的示意性剖视图，其与如上所述的穿孔板部分地匹配，从而参照上述说明以便避免重复，相同的附图标记被用于对应的细节。

该实施实例的一个特殊之处在于，穿孔板1在外侧上具有相对厚的边缘9并且在中央具有减薄的区域10，该区域具有通孔2。在这种情况中，穿孔板1的厚的边缘9确保了足够的机械稳定性，而具有通孔2的区域10中的厚度减小确保了通孔2提供仅仅相对低的流阻力。

图7B示出了图7A的改型，从而为了避免重复参看图7A的说明，相同的附图标记被用于对应的细节。

该实施实例的一个特殊之处在于，区域10在这种情况中其厚度仅仅在一侧减小。

图8A和8B示出了穿孔板1，该穿孔板与如上所述的实施实例部分地匹配，从而为了避免重复参看上述的说明，相同的附图标记被用于对应的细节。

该实施实例的一个特殊之处在于，加厚的加强条11也另外设置于穿孔板1的边缘9。

图中所示的锐利边缘和角部仅仅示例性示出，并且可以有利地也被设计为是圆角化的，从而将它们在流方面更优化地构造或者实现更好的冲洗性能。

图9示出了具有三个穿孔板13、14、15的保持器具12，所述三个穿孔板彼此直接邻接。

此外，图10以非常简化示意图的方式示出了用于涂覆部件16(例如，机动车车身部件)的具有根据本发明的穿孔板1的施涂装置。

在这种情况中，涂覆剂喷流17从穿孔板1的各个通孔2中发出，如DE 10 2010 019 612 A1所知那样。在冲击到部件16的表面上之后，这些涂覆剂喷流17在部件16的表面上形成了聚合的涂覆剂膜。

此外，该图还示出了与穿孔板1相连的施涂器18，以及还有通过示意性示出的管线连接至施涂器18的施涂设备19。

最后，图11示出了图2的改型，从而为了避免重复参看上述关于图2的说明，相同的附图标记被用于对应的细节。

通孔2的该实施实例的一个特殊之处在于，通孔2在位于上游的孔入口上最初具有圆柱形区域20，该圆柱形区域具有内径d1。

圆柱形区域20然后在流的方向上由锥形区域21邻接，所述锥形区域在流的方向上渐变并且在孔出口处具有内径d2。

重要的是，孔出口的内径d2比圆柱形区域20的内径d1显著更小。

本发明并不限于上述优选实施实例。实际上，同样采用本发明的四度并且因此落入保护范围内的多种改型和修改是可行的。特别地，本发明还要求对独立于所依赖的权利要求的从属权利要求的主题和特征进行保护。因而，本发明还包含适合于并不由蚀刻产生的穿孔板的设计细节。

附图标记列表

1           穿孔板

2           通孔

3           孔入口

4           孔出口

5           涂覆剂

6           湿润表面

7           管接头

8           湿润表面

9           边缘

10          具有通孔的区域

11          加强条

12          穿孔板

13          穿孔板

14          穿孔板

15          穿孔板

16          部件

17          涂覆剂喷流

18          施涂器

19          施涂设备

20          通孔的圆柱形区域

21          通孔的锥形区域

d1          圆柱形区域的内径

d2          锥形区域的内径