EP2953729B1

EP2953729B1 - Lochplatte für ein applikationsgerät und entsprechendes applikations- und herstellungsverfahren

Info

Publication number: EP2953729B1
Application number: EP14707645.9A
Authority: EP
Inventors: Benjamin WÖHR; Hans-Georg Fritz
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2034-02-05
Also published as: CN104994963B; PL2953729T3; MX359801B; HUE057687T2; ES2904832T3; DE102013002413A1; CN104994963A; US9643194B2; MY174731A; JP6534935B2; WO2014121926A1; MX2015009531A; US20170203324A1; EP2953729A1; JP2016513003A; US10232400B2; US20150375241A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lochplatte für ein Applikationsgerät zur Applikation eines Beschichtungsmittels, wie beispielsweise eines Lacks, eines Dichtstoffs, einer Funktionsschicht oder eines Klebstoffs oder eines Trennmittels. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Applikationsverfahren, bei dem eine solche Lochplatte eingesetzt wird. Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch ein neuartiges Herstellungsverfahren für eine solche Lochplatte.
Zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen werden üblicherweise Rotationszerstäuber eingesetzt, die den zu applizierenden Lack mittels eines rotierenden Glockentellers zerstäuben. Diese herkömmlichen Rotationszerstäuber sind zwar gut zur vollflächigen Bauteillackierung geeignet, jedoch ist die Applikation von Streifen oder sonstigen Mustern und auch die Beschichtung von Teilflächen hiermit problematisch.
Es ist ebenfalls bekannt, zur Beschichtung von Bauteilen sogenannte Tropfengeneratoren einzusetzen, wie beispielsweise in DE 10 2010 019 612 A1 beschrieben ist. Dabei wird das zu applizierende Beschichtungsmittel durch eine Lochplatte mit zahlreichen Durchgangslöchern geleitet, wobei aus den einzelnen Durchgangslöchern der Lochplatte jeweils ein Beschichtungsmittelstrahl austritt, der in Tropfen zerfällt, die dann auf die zu beschichtende Bauteiloberfläche auftreffen und dort einen zusammenhängenden Beschichtungsmittelfilm bilden. Problematisch an diesem bekannten Tropfengenerator ist die Tatsache, dass die Lochplatte an den Lochausmündungen Benetzungsflächen aufweist, die im Betrieb teilweise von dem austretenden Beschichtungsmittel benetzt werden, was eine Ablösung des Beschichtungsmittelstrahls von der Lochplatte behindert.
Weiterhin tritt bei Lochplatten nach dem Stand der Technik das Problem auf, dass der erforderliche Beschichtungsmittel-Volumenstrom nicht erreicht wird, weil die Lochdurchmesser zu klein und die Dicke der Lochplatte zu groß ist, um den bei Beschichtungsmitteln üblichen Viskositäten entstehenden Druckverlust zu überwinden. Verringert man die Dicke der Lochplatte, verliert sie jedoch ihre mechanische Stabilität.
Aus DE 691 23 224 T2 ist eine Düsenplatte für einen Tintenstrahldrucker bekannt, wobei diese bekannte Düsenplatte jedoch auf dem Gebiet der Applikationstechnik nicht einsetzbar ist.
Ferner ist zum Stand der Technik hinzuweisen auf EP 0 928 637 A2 , DE 10 2004 030 640 A1 , DE 20 2011 000 324 U1 und DE 40 21 661 C2 .
Ferner offenbart JP 2003 165226 A eine Düsenplatte für einen Tintenstrahldrucker mit einer Dicke von 50 µm - 90 µm.
Schließlich offenbart EP 0 489 246 A2 eine Lochplatte gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Allerdings ist diese bekannte Lochplatte für einen Tintenstrahldrucker ausgelegt und eignet sich deshalb nicht zur Erzeugung eines durchgehenden Beschichtungsmittelfilms.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Lochplatte zu schaffen und ein entsprechendes Herstellungsverfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Lochplatte bzw. durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren gemäß den Nebenansprüchen gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die Lochplatte an der stromabwärts gelegenen Seite mit einer dreidimensionalen Strukturierung zu versehen, welche die störende Benetzungsneigung verringert und/oder den Druckverlust beim Durchströmen des Durchgangslochs verringert.
Die Erfindung umfasst zunächst eine Lochplatte, die für ein Applikationsgerät zur Applikation eines Beschichtungsmittels geeignet ist, wie es beispielsweise in DE 10 2010 019 612 A1 beschrieben ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Lochplatten für einen bestimmten Typ eines Applikationsgeräts beschränkt, sondern umfasst auch Lochplatten, die für andere Typen von Applikationsgeräten geeignet sind. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Lochplatte jedoch für ein Applikationsgerät geeignet, das einen Lack, einen Dichtstoff, einen Klebstoff oder ein Trennmittel auf ein Bauteil appliziert, beispielsweise auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Typs des Beschichtungsmittels nicht auf die vorstehend genannten Beispiele von Beschichtungsmitteln beschränkt, sondern auch mit anderen Typen von Beschichtungsmitteln realisierbar. Unter die Kategorie Funktionsschicht fallen Schichten, die eine Oberflächenfunktionalisierung zur Folge haben, wie zum Beispiel Haftvermittler, Primer oder auch Schichten zur Verringerung der Transmission.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Beschichtungsmittelstrahls sowohl kontinuierliche Beschichtungsmittelstrahlen als auch Tröpfchenstrahlen umfasst.
Die erfindungsgemäße Lochplatte weist in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik mehrere Durchgangslöcher auf, die zum Durchleiten des Beschichtungsmittels dienen, wobei aus den Durchgangslöchern ein Beschichtungsmittelstrahl austritt, der dann auf die zu beschichtende Bauteiloberfläche auftrifft und dort einen zusammenhängenden Beschichtungsmittelfilm bildet.
Die erfindungsgemäße Lochplatte weist auf ihrer stromabwärts gelegenen Seite eine dreidimensionale Struktur auf, die die Benetzungsfläche an der Lochausmündung verringert und vorzugsweise den Druckverlust des durchfließenden Fluids verringert.
Beim Durchleiten des Beschichtungsmittels durch das Durchgangsloch der Lochplatte ist zu berücksichtigen, dass die stromabwärts gelegene Seite der Lochplatte an der Umrandung des Durchgangsloches eine Benetzungsfläche bildet, die im Betrieb von dem Beschichtungsmittel benetzt wird, was eine Ablösung des Beschichtungsmittels erschwert. Zur Verringerung dieser Benetzungsfläche und damit zur Erleichterung einer Ablösung des Beschichtungsmittels von der Lochplatte ist deshalb vorgesehen, dass das Durchgangsloch auf der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte in einen Rohrstummel übergeht, der von der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte hervorsteht, so dass nur die Stirnfläche dieses Rohrstummels eine störende Benetzungsfläche bildet.
Darüber hinaus kann die störende Benetzungsneigung auch dadurch verringert werden, dass der Umfangsrand der Lochausmündung auf der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte eine Strukturierung aufweist, welche die Benetzungsneigung verringert. Derartige Strukturierungen sind unter dem Stichwort "Lotus-Effekt" an sich aus dem Stand der Technik bekannt und können beispielsweise aus einer Mikrostrukturierung oder einer Nanostrukturierung bestehen. Durch eine solche Strukturierung kann auch die Spülbarkeit des Bauteils verbessert werden.
Bei dem vorstehend erwähnten Rohrstummel kann zur weiteren Verringerung der störenden Benetzungsfläche vorgesehen sein, dass der Rohrstummel eine äußere Mantelfläche aufweist, die sich zum freien Ende des Rohrstummels hin verjüngt, insbesondere konisch. Hierbei nimmt die Wanddicke des Rohrstummels also zum freien Ende des Rohrstummels hin ab, so dass die Stirnfläche des Rohrstummels an der Mündungsöffnung des Rohrstummels äußerst klein ist, was zu einer entsprechend kleinen Benetzungsfläche führt. Beispielsweise kann die Wanddicke des Rohrstummels an seinem freien Ende kleiner sein als 100µm, 50pm, 10µm oder 5µm.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der Rohrstummel an seinem stromabwärts gelegenen freien Ende eine Mündungsöffnung aufweist, die gegenüber der Längsachse des Rohrstummels geneigt ist.
Zur Erreichung einer möglichst geringen Benetzungsfläche des Rohrstummels ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Rohrstummel eine Wanddicke aufweist, die kleiner ist als der Innendurchmesser des Durchgangslochs. Vorzugsweise liegt die Wanddicke des Rohrstummels im Bereich von 50 % bis 75 % des Innendurchmessers des Durchgangslochs. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Rohrstummel eine Wanddicke von höchstens 100 µm, 50 µm oder 30 µm auf, um eine entsprechend kleine Benetzungsfläche an der Stirnfläche des Rohrstummels zu bilden.
Weiterhin ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass das Durchgangsloch an der stromaufwärts gelegenen Seite der Lochplatte eine Locheinmündung aufweist, die strömungstechnisch optimiert ist. Beispielsweise kann diese strömungstechnische Optimierung in einer Düsenform der Locheinmündung bestehen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Locheinmündung lediglich abgerundet ist, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu bieten.
In gleicher Weise kann auch die Lochausmündung des Durchgangslochs an der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte strömungstechnisch optimiert sein, beispielsweise in Form einer Düse oder durch Abrundungen zur Verringerung des Strömungswiderstands.
Bei einer düsenförmigen Gestaltung des Durchgangsloches bildet das Durchgangsloch vorzugsweise eine Lavaldüse, jedoch sind auch andere Düsentypen möglich.
Das Durchgangsloch selbst weist vorzugsweise einen Innenquerschnitt auf, der entlang der Längsachse des Durchgangslochs konstant ist, wobei der Innenquerschnitt im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kreisförmig ist.
Der Innenquerschnitt kann aber auch ähnlich einem Rechteck oder einem Oval sein.
Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung alternativ auch die Möglichkeit, dass sich der Innenquerschnitt des Durchgangslochs entlang seiner Längsachse ändert, um beispielsweise eine Düsenform zu bilden. Eine solche Änderung des Innenquerschnitts des Durchgangslochs entlang seiner Längsachse ist bei herkömmlichen Herstellungsverfahren (z.B. Bohren, Fräsen) nur begrenzt bzw. mit gewissen Einschränkungen möglich. Soll z.B. das Durchgangsloch zwischen Eintritt und Austritt größer sein als der Eintritt und Austritt selbst, ist die Grenze der herkömmlichen Herstellungsverfahren erreicht.
Hierbei ist zu erwähnen, dass der Rohrstummel gegenüber der stromabwärts gelegenen Oberfläche der Lochplatte nur geringfügig hervorsteht, beispielsweise mit einer Länge im Bereich von 25%-100%, 50%-100%, 25%-50% oder 25%-75% der Dicke der Lochplatte. Eine solche Überstandslänge des Rohrstummels reicht aus, um die Benetzung auf die Stirnfläche am freien Ende des Rohrstummels zu beschränken.
Der Rohrstummel weist also zwischen der stromwärts gelegenen Seite der Lochplatte und dem freien Ende des Rohrstummels eine Länge auf, die vorzugsweise größer als 10 µm, 20 µm, 50 µm oder 100 µm und/oder kleiner als 1 mm, 500 µm, 200 µm oder 100 µm ist.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Lochplatte eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, beispielweise mehr als, 20, 50 oder sogar mehr als 500 Durchgangslöcher.
Die Flächendichte der Durchgangslöcher, der Abstand zwischen den unmittelbar benachbarten Durchgangslöchern und der Innenquerschnitt der Durchgangslöcher sind hierbei so bemessen, dass die aus den einzelnen Durchgangslöchern austretenden Beschichtungsmittelstrahlen nach dem Auftreffen auf das Bauteil einen zusammenhängenden Beschichtungsmittelfilm bilden.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Durchgangslöcher der Lochplatte unterschiedliche Innenquerschnittee aufweisen. Dasselbe gilt für den Durchmesser des Durchgangslochs am Ausgang. Der Ausgangsquerschnitt (Durchmesser) bestimmt den Durchmesser des Beschichtungsmittelstrahls (der Tropfen) und ist daher viel wichtiger als der Innendurchmesser.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass der Abstand zwischen den unmittelbar benachbarten Durchgangslöchern innerhalb der Lochplatte einheitlich ist.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die einzelnen Durchgangslöcher in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind oder in Bereichen angeordnet sind, innerhalb derer die Abstände zwischen den Durchgangslöchern gleich sind, wobei sie aber von Bereich zu Bereich verschieden sind.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Abstand zwischen den unmittelbar benachbarten Durchgangslöchern mindestens gleich dem dreifachen, vierfachen oder sechsfachen des Innendurchmessers der Durchgangslöcher.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Durchgangslöcher beispielsweise an den Ecken einen Polyeders angeordnet sein können, wie beispielsweise an den Ecken eines Dreiecks, eines Trapezes oder eines Rechtecks.
Der Innendurchmesser der einzelnen Durchgangslöcher ist vorzugsweise kleiner als 0,2 mm, 100 µm, 50 µm oder sogar kleiner als 20 µm, was mit spanenden Herstellungsverfahren kaum erreichbar ist.
Problematisch an den bekannten Tropfengeneratoren ist die Herstellung der Lochplatte, da beispielsweise spanende Herstellungsverfahren (z.B. Bohren) nur relativ große Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von mindestens 50 µm erlauben.
Darüber hinaus ist hierbei das Aspektverhältnis von Innendurchmesser der Durchgangslöcher einerseits und Dicke der Lochplatte andererseits auf ein Aspektverhältnis von 1:10 beschränkt, so dass bei einer Plattendicke von 0,5 mm ein Innendurchmesser lediglich von mindestens 50 µm erreicht werden kann.
Weiterhin ist die Herstellung einer Vielzahl von Durchgangslöchern in der Lochplatte mit spanenden Herstellungsverfahren (z.B. Bohren, Fräsen) zeitaufwändig und wirtschaftlich riskant, da die Gefahr besteht, dass das Werkzeug (z.B. Bohrer, Fräser) beim Einbringen des letzten Durchgangslochs abbricht, wodurch die gesamte Lochplatte wertlos wird.
Ferner ist zu berücksichtigen, dass spanende Herstellungsverfahren immer Grate erzeugen, welche die Funktion der Lochplatte beeinträchtigen, wenn sie nicht entfernt werden. Insbesondere bei sehr kleinen Durchgangslöchern ist die Entfernung der Grate jedoch herstellungstechnisch schwierig oder sogar unmöglich.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass beim Einbringen der einzelnen Durchgangslöcher durch Stech- und Stanzprozesse eine Materialverdrängung/-Verformung um das jeweilige Durchgangsloch herum stattfindet, was zu einer entsprechenden Verformung der Lochplatte führt.
Durchgangslöcher mit einem Innendurchmesser von weniger als 50 µm können deshalb bisher nur mit hohem zeitlichem Aufwand durch eine Laserbearbeitung mit Ultrakurzpulslasern hergestellt werden.
Nachteilig an den bekannten Lochplatten für Applikationsgeräte (z.B. Tropfengeneratoren) ist also die problematische Herstellung insbesondere von sehr kleinen Durchgangslöchern und sehr kleinen dreidimensionalen Strukturen.
Die Erfindung sieht deshalb vorzugsweise vor, dass die Lochplatte ätztechnisch herstellt ist, insbesondere durch Trockenätzen oder Nassätzen. Hierbei können die Durchgangslöcher durch einen Ätzangriff auf die Lochplatte hergestellt werden, wobei die anderen Bereiche der Lochplatte zwischen den Durchgangslöchern durch einen Ätzstopp geschützt sind und deshalb nicht abgetragen werden. Ätztechnische Herstellungsverfahren sind beispielsweise aus dem Gebiet der Halbleitertechnik an sich bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer ätztechnischen Herstellung der Lochplatte bedeutet also, dass zumindest die Durchgangslöcher ätztechnisch eingebracht werden, während die Lochplatte selbst (d.h. zunächst ohne die Durchgangslöcher) als Rohling bereitgestellt werden kann.
Ein Vorteil der ätztechnischen Herstellung der Lochplatte besteht in der Möglichkeit einer wirtschaftlichen Herstellung einer Lochplatte mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern, da die Herstellungskosten hierbei unabhängig von der Anzahl der Durchgangslöcher sind.
Ein weiterer Vorteil der ätztechnischen Herstellung der Lochplatte besteht darin, dass herstellungsbedingt keine Grate entstehen, so dass auf eine aufwendige Nachbearbeitung zur Entfernung der Grate verzichtet werden kann.
Darüber hinaus entstehen oder verbleiben bei einer ätztechnischen Herstellung keine Späne oder andere Bearbeitungsreste (z.B. Bohremulsionen), welche die Durchgangslöcher verschmutzen könnten.
Ferner ist als Vorteil zu erwähnen, dass sich bei einer ätztechnischen Herstellung an der Mantelfläche der Bohrungen die gleiche Oberflächenqualität erreichen lässt wie bei leichter zugänglichen Oberflächen.
Als weiterer Vorteil ist zu erwähnen, dass bei der ätztechnischen Herstellung keine Temperatureinwirkung auf das Bauteil stattfindet, die das Materialgefüge verändern kann. Des Weiteren wird keine mechanische Belastung auf das Bauteil ausgeübt, welche Spannungen im Bauteil verursachen könnte.
Schließlich ermöglicht eine ätztechnische Herstellung der Lochplatte eine exakte Parallelität der Durchgangslöcher, weil alle Durchgangslöcher gleichzeitig mit dem selben Prozess hergestellt werden und weil im Gegensatz zu einem Bohren der Durchgangslöcher kein Bohrer verlaufen kann. Wenn beispielsweise in einem ersten Prozessschritt der ätztechnischen Herstellung vollständig vertikal belichtet wird, so werden alle Geometrien gleich geätzt, da der Ätzangriff zum Beispiel mit Gas extrem gleichmäßig gesteuert werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Lochplatte mindestens teilweise aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, Siliziumdioxid, Siliziumcarbid, Gallium, Galliumarsenid oder Indiumphosphid. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Halbleitermaterials nicht auf die vorstehend genannten Beispiele von Halbleitermaterialien beschränkt. Darüber hinaus kann die Lochplatte im Rahmen der Erfindung auch aus einem anderen Material bestehen, das eine ätztechnische Herstellung erlaubt. Beispielsweise sind hier Eisen-Metalle (z.B. Stähle, Edelstähle und andere Legierungen), Nicht-Eisenmetalle (z.B. Aluminium, Molybdän, Wolfram, Gold, Silber, Zinn, Zink, Titan, Kupfer und Kupferlegierungen), Halbmetalle (z.B. Tellur, Bor), Übergangsmetalle (z.B. Nickel- und Kobaltwerkstoffe) und Keramiken (z.B. Zirkonoxid, Aluminiumoxid) zu nennen.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass die ätztechnische Herstellung der Lochplatte den Vorteil bietet, dass die Durchgangsbohrungen exakt parallel ausgerichtet werden können. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Durchgangsbohrungen mit ihren Längsachsen deshalb eine äußerst geringe Winkelabweichung untereinander bzw. relativ zur Flächennormale der Lochplatte auf, wobei diese Winkelabweichung vorzugsweise kleiner ist als 1°, 0,5°, 0,01° oder sogar kleiner als 0,001°.
Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Herstellung der Lochplatte nicht auf ätztechnische Herstellungsverfahren beschränkt, sondern auch mit herkömmlichen Herstellungsverfahren realisierbar. Beispielsweise können auch spanende Herstellungsverfahren (z.B. Bohren, Fräsen), Stanzen oder Laserbohren eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist auch eine Kombination von spanenden Herstellungsverfahren und ätztechnischen Herstellungsverfahren möglich.
Beispielsweise kann ein Rohling der Lochplatte zunächst spanend bearbeitet werden, woraufhin dann die Durchgangslöcher ätztechnisch eingebracht werden.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass die Lochplatte zunächst ätztechnisch hergestellt und dann anschließend noch spanend bearbeitet wird.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass auf die Lochplatte einseitig oder beidseitig eine Beschichtung aufgebracht werden kann, wie beispielsweise eine Korrosionsschutzschicht oder eine elektrisch leitfähige Schicht. Darüber hinaus kann die Beschichtung auch Bestandteil eines Sensors oder einer logischen Schaltung sein.
In einer Variante der Erfindung weist die Lochplatte eine im Wesentlichen konstante Dicke über ihre gesamte Fläche auf.
In einer anderen Variante der Erfindung weist die Lochplatte dagegen einen außen liegenden Rand mit einer größeren Dicke und einen mittigen Bereich mit den Durchgangslöchern auf, wobei die Dicke der Lochplatte in dem Bereich mit den Durchgangslöchern geringer ist als am Rand. Diese Verringerung der Dicke im Bereich der Durchgangslöcher ist vorteilhaft, weil dadurch der Strömungswiderstand der Durchgangslöcher verringert wird. Die Dicke der Lochplatte im Bereich der Durchgangslöcher ist deshalb geringer als 1 mm und vorzugsweise sogar kleiner als 0,5 mm oder sogar geringer als 0,3 mm. Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Lochplatte zur mechanischen Verstärkung mindestens einen Verstärkungsstreifen aufweist, wobei die Lochplatte im Bereich der Durchgangslöcher eine geringere Dicke aufweist als im Bereich des Verstärkungsstreifens. Beispielsweise kann die Lochplatte an dem Rand oder an dem Verstärkungsstreifen eine Dicke von weniger als 2 mm, 1 mm oder 0,7 mm aufweisen.
Neben der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lochplatte beansprucht die Erfindung auch Schutz für ein komplettes Applikationsgerät mit einer solchen Lochplatte.
Die Lochplatte kann hierbei beispielsweise Bestandteil einer Düse, eines Düseneinsatzes, eines Lenkluftrings, einer Blende, eines Mischers, eines Siebs, einer Ventilnadel oder eines Nadelsitzes sein.
Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für ein Applikationsverfahren, das ein Applikationsgerät mit einer solchen Lochplatte einsetzt.
Schließlich beansprucht die Erfindung auch Schutz für ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Herstellung einer solchen Lochplatte.
Beispielsweise kann die Lochplatte hier einseitig oder beidseitig ätztechnisch bearbeitet werden.
Weiterhin ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, dass beispielsweise Trockenätzen oder Nassätzen in Frage kommt.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine Aufsicht auf eine nicht erfindungsgemäße Lochplatte,
Figur 2: eine Querschnittsansicht durch ein Durchgangsloch der Lochplatte aus Figur 1,
Figur 3: eine Abwandlung von Figur 2,
Figur 4A: eine Querschnittsansicht durch ein Durchgangsloch der Lochplatte in einer anderen nicht erfindungsgemäßen Variante,
Figur 4B: die Querschnittsansicht aus Figur 4A mit Beschichtungsmittel in dem Durchgangsloch,
Figur 5A: eine erfindungsgemäße Abwandlung von Figur 4A mit einem zusätzlichen Rohrstummel zur Verringerung der Benetzungsfläche,
Figur 5B: die Querschnittsansicht aus Figur 5A mit Beschichtungsmittel in dem Durchgangsloch,
Figur 6A: eine erfindungsgemäße Abwandlung von Figur 5A mit einem konisch zulaufenden Rohrstummel,
Figur 6B: eine erfindungsgemäße Abwandlung von Figur 6A mit einer geneigten Mündungsöffnung des Rohrstummels,
Figur 6C: eine erfindungsgemäße Abwandlung von Figur 5A mit einer geneigten Mündungsöffnung des Rohrstummels,
Figur 7A: eine schematische Querschnittsansicht durch eine nicht erfindungsgemäße Lochplatte mit einem verstärken Rand und einem dünneren mittigen Bereich mit den Durchgangslöchern,
Figur 7B: eine Abwandlung von Figur 7A,
Figur 8A: eine schematische Querschnittsansicht durch eine nicht erfindungsgemäße Lochplatte mit Verstärkungsstreifen,
Figur 8B: eine Aufsicht auf die Lochplatte aus Figur 8A,
Figur 9: einen Einsatz mit mehreren Lochplatten,
Figur 10: ein erfindungsgemäßes Applikationsgerät mit einer erfindungsgemäßen Lochplatte,

Figur 11: eine nicht erfindungsgemäße Abwandlung von Figur 2.

Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf eine nicht erfindungsgemäße Lochplatte 1, die beispielsweise in einem Tropfengenerator eingesetzt werden kann. Hinsichtlich der konstruktiven Einzelheiten des Tropfengenerators wird ergänzend auch auf DE 10 2010 019 612 A1 verwiesen.
Die Lochplatte 1 weist eine Vielzahl von Durchgangslöchern 2 auf, die in der Lochplatte 1 angeordnet sind, wobei die Durchgangslöcher 2 in der Lochplatte 1 äquidistant und matrixförmig angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Lochplatte 1 zeichnet sich hierbei durch eine ätztechnische Herstellung aus.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht durch die Lochplatte 1 im Bereich eines der Durchgangslöcher 2, wobei der Pfeil in der Querschnittsansicht die Strömungsrichtung des Beschichtungsmittels durch das Durchgangsloch 2 angibt. Aus der Querschnittsansicht ist ersichtlich, dass das Durchgangsloch 2 eine strömungstechnisch optimierte Locheinmündung 3 aufweist, wodurch der Strömungswiderstand des Durchgangslochs 2 verringert wird.
Darüber hinaus weist die Lochplatte 1 auf der stromabwärts gelegenen Seite am Umfangsrand der Durchgangslöcher 2 jeweils eine Strukturierung auf, welche die Benetzungsneigung verringert.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 weist das Durchgangsloch 2 zusätzlich zu der strömungstechnisch optimierten Locheinmündung 3 auch eine strömungstechnisch optimierte Lochausmündung 4 auf, so dass das Durchgangsloch 2 eine Lavaldüse bildet.
Die Figuren 4A und 4B zeigen eine alternative Querschnittsansicht durch die Lochplatte 1 im Bereich eines Durchgangslochs 2, wobei Figur 4A das Durchgangsloch 2 ohne ein Beschichtungsmittel zeigt, wohingegen in Figur 4B ein Beschichtungsmittel 5 dargestellt ist.
Daraus ist ersichtlich, dass das Beschichtungsmittel 5 eine Benetzungsfläche 6 an der stromabwärts gelegenen Oberfläche der Lochplatte 1 benetzt, was eine strahlförmige Ablösung des Beschichtungsmittels 5 von der Lochplatte 1 trotz der Strukturierung erschwert.
Die Figuren 5A und 5B zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einer weiter verringerten Benetzungsneigung. Hierzu weist die Lochplatte 1 jeweils am Umfangsrand der einzelnen Durchgangslöcher 2 einen Rohrstummel 7 auf, wobei das Durchgangsloch 2 in den Rohrstummel 7 übergeht, so dass die Stirnfläche des Rohrstummels 7 am freien Ende des Rohrstummels 7 eine Benetzungsfläche 8 bildet. Die Benetzungsfläche 8 ist also auf die freie Stirnfläche des Rohrstummels 7 beschränkt und damit wesentlich kleiner als die Benetzungsfläche 6 gemäß Figur 4A. Dadurch wird die Ablösung des Beschichtungsmittels 5 von der Lochplatte 1 erleichtert.
Der Rohrstummel 7 steht hierbei mit einer Länge L=100 µm von der stromabwärts gelegenen Oberfläche der Lochplatte 1 hervor.
Figur 6A zeigt eine Abwandlung von Figur 5A, wobei die äußere Mantelfläche des Rohrstummels 7 zum freien Ende des Rohrstummels 7 konisch zuläuft, so dass die Benetzungsfläche am freien Ende des Rohrstummels 7 minimal ist.
Figur 6B zeigt eine Abwandlung von Figur 6A, wobei die Mündungsöffnung des Rohrstummels 7 gegenüber der Längsachse des Durchgangslochs 2 geneigt ist.
Figur 6C zeigt eine Abwandlung von Figur 5A, wobei die Mündungsöffnung des Rohrstummels 7 gegenüber der Längsachse des Durchgangslochs geneigt ist.
Figur 7A zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine nicht erfindungsgemäße Lochplatte 1, die teilweise mit den vorstehend beschriebenen Lochplatten übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten die selben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Lochplatte 1 außen einen relativ dicken Rand 9 und in der Mitte einen dünneren Bereich 10 mit den Durchgangslöchern 2 aufweist. Der dicke Rand 9 der Lochplatte 1 sorgt hierbei für eine ausreichende mechanische Stabilität, während die Herabsetzung der Dicke in dem Bereich 10 mit den Durchgangslöchern 2 dafür sorgt, dass die Durchgangslöcher 2 nur einen relativ geringen Strömungswiderstand bieten.
Figur 7B zeigt eine nicht erfindungsgemäße Abwandlung von Figur 7A, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zu Figur 7A verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass der Bereich 10 hierbei nur einseitig in seiner Dicke verringert ist.
Die Figuren 8A und 8B zeigen eine nicht erfindungsgemäße Lochplatte 1, die teilweise mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen übereinstimmen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten die selben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiel besteht darin, dass neben dem Rand 9 der Lochplatte 1 auch dickere Verstärkungsstreifen 11 vorgesehen sind.
Die in den Figuren gezeigten scharfen Kanten und Ecken sind nur beispielhaft dargestellt und können vorteilhafterweise auch abgerundet ausgeführt werden, um sie strömungstechnisch optimaler zu gestalten oder um einen bessere Spülbarkeit zu erzielen.
Figur 9 zeigt eine Halterung 12 mit drei Lochplatten 13, 14, 15, die unmittelbar aneinander grenzen.
Ferner zeigt Figur 10 in stark vereinfachter schematischer Darstellung ein Applikationsgerät mit einer erfindungsgemäßen Lochplatte 1 zur Beschichtung eines Bauteils 16 (z.B. eines Kraftfahrzeugkarosseriebauteils).
Aus den einzelnen Durchgangslöchern 2 der Lochplatte 1 treten hierbei Beschichtungsmittelstrahlen 17 aus, wie an sich aus DE 10 2010 019 612 A1 bekannt ist. Nach dem Auftreffen auf die Oberfläche des Bauteils 16 bilden diese Beschichtungsmittelstrahlen 17 auf der Oberfläche des Bauteils 16 einen zusammenhängenden Beschichtungsmittelfilm.
Weiterhin zeigt die Zeichnung noch einen mit der Lochplatte 1 verbundenen Applikator 18 sowie Applikationstechnik 19, die mit dem Applikator 18 durch schematisch dargestellte Leitungen verbunden ist.

Bezugszeichenliste:

1: Lochplatte
2: Durchgangslöcher
3: Locheinmündung
4: Lochausmündung
5: Beschichtungsmittel
6: Benetzungsfläche
7: Rohrstummel
8: Benetzungsfläche
9: Rand
10: Bereich mit Durchgangslöchern
11: Verstärkungsstreifen
12: Halterung
13: Lochplatte
14: Lochplatte
15: Lochplatte
16: Bauteil
17: Beschichtungsmittelstrahlen
18: Applikator
19: Applikationstechnik
20: Zylindrischer Bereich des Durchgangslochs
21: Konischer Bereich des Durchgangslochs
d1: Innendurchmesser des zylindrischen Bereichs
d2: Innendurchmesser des konischen Bereichs

Claims

Lochplatte (1) für ein Applikationsgerät (18, 19) zur Applikation eines Fluids, insbesondere eines Beschichtungsmittels, eines Lacks, eines Dichtstoffs, eines Klebstoffs, einer Funktionsschicht oder eines Trennmittels, auf ein Bauteil (16), insbesondere auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil, mit
a) einer Vielzahl von Durchgangslöchern (2) zur Durchleitung des Beschichtungsmittels mit jeweils
a1) einer Locheinmündung (3) an der stromaufwärts gelegenen Seite der Lochplatte (1), und

a2) einer Lochausmündung (4) an der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte (1), und

a3) einer dreidimensionalen Strukturierung an der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte (1),

a4) wobei die Strukturierung jeweils einen Rohrstummel (7) umfasst, der von der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte (1) hervorsteht und in den das jeweilige Durchgangsloch (2) übergeht, um eine Benetzungsfläche (6, 8) an der Lochausmündung (4) zu verringern,

b) wobei die Flächendichte der Durchgangslöcher (2), der Abstand zwischen den Durchgangslöchern (2) und der Innenquerschnitt der Durchgangslöcher (2) so bemessen sind, dass die aus den Durchgangslöchern (2) austretenden Beschichtungsmittelstrahlen (17) nach dem Auftreffen auf das Bauteil (16) einen zusammenhängenden Beschichtungsmittelfilm bilden,
dadurch gekennzeichnet,

c) dass die Durchgangslöcher (2) unterschiedliche Innenquerschnitte aufweisen, und

d) dass die Lochplatte (1) in dem Bereich mit den Durchgangslöchern eine Dicke von weniger als 1mm aufweist.
Lochplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Locheinmündung (3) jeweils düsenförmig ist, und/oder

b) dass das Durchgangsloch (2) jeweils einen entlang seiner Längsachse im Wesentlichen konstanten Innenquerschnitt aufweist, und/oder

c) dass die Lochplatte (1) mehr als 10, 20, 50, 100 oder 500 Durchgangslöcher aufweist.
Lochplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Locheinmündung (3) jeweils einen größeren Querschnitt aufweist als die Lochausmündung (4), oder

b) dass das Durchgangsloch (2) jeweils an der Locheinmündung (3) einen zylindrischen Abschnitt aufweist und an der Lochausmündung (4) jeweils einen Abschnitt, der sich in Strömungsrichtung konisch verjüngt.
Lochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
a) gleiche Abstände zwischen den unmittelbar benachbarten Durchgangslöchern (2) oder

b) unterschiedliche Abstände zwischen den unmittelbar benachbarten Durchgangslöchern (2).
Lochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Abstand zwischen den unmittelbar benachbarten Durchgangslöchern (2) mindestens gleich dem 3-fachen, 4-fachen oder 6-fachen des Innendurchmessers der Durchgangslöcher (2) ist, und/oder

b) dass die Durchgangslöcher (2) an den Ecken eines Polyeders angeordnet sind, insbesondere an den Ecken eines Dreiecks, eines Trapezes oder eines Rechtecks, und/oder

c) dass die Durchgangslöcher (2) einen Innendurchmesser von höchstens 0,2mm, 100µm, 50µm oder 20µm aufweisen, und/oder

d) dass die Durchgangslöcher (2) mit ihren Längsachsen parallel angeordnet sind untereinander und/oder relativ zur Flächennormale der Lochplatte (1) eine Winkelabweichung von weniger als 1°, 0,5°, 0,01° oder 0,001° aufweisen, und/oder

e) dass die Durchgangslöcher (2) in der Lochplatte (1) mindestens teilweise durch eines der folgenden Herstellungsverfahren oder durch eine Kombination von mindestens zwei der folgenden Herstellungsverfahren hergestellt sind:
e1) Ätztechnische Herstellungsverfahren, insbesondere Trockenätzen oder Nassätzen,

e2) Spanende Herstellungsverfahren, insbesondere Bohren oder Fräsen,

e3) Stanzen,

e4) Laserbohren.
Lochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Lochplatte (1) mindestens teilweise aus einem Halbleitermaterial besteht, insbesondere aus einem der folgenden Materialien:
a1) Silizium,

a2) Siliziumdioxid,

a3) Siliziumcarbid,

a4) Gallium,

a5) Galliumarsenid,

a6) Indiumphosphid, oder

b) dass die Lochplatte (1) mindestens teilweise aus einem Eisen-Metall besteht, insbesondere aus einem der folgenden Materialien:
b1) Stahl,

b2) Edelstahl,

b3) Stahllegierung, oder

c) dass die Lochplatte (1) mindestens teilweise aus einem Nicht-Eisen-Metall besteht, insbesondere aus einem der folgenden Materialien:
c1) Aluminium,

c2) Gold

c3) Silber

c4) Zinn,

c5) Zink,

c6) Titan,

c7) Kupfer,

c8) Kupferlegierung, oder

d) dass die Lochplatte (1) mindestens teilweise aus einem Halbmetall besteht, insbesondere aus einem der folgenden Materialien:
d1) Tellur,

d2) Bor, oder

e) dass die Lochplatte (1) mindestens teilweise aus einem Übergangsmetall besteht, insbesondere aus einem der folgenden Materialien:
e1) Nickel,

e2) Kobalt, oder

f) dass die Lochplatte (1) mindestens teilweise aus Keramik besteht, insbesondere aus einem der folgenden Materialien:
f1) Zirkonoxid,

f2) Aluminiumoxid, und/oder

g) dass die Lochplatte (1) eine einseitige oder beidseitige Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung
g1) einen Korrosionsschutz bildet, und/oder

g2) elektrisch leitfähig ist, und/oder

g3) Bestandteil eines Sensors ist, und/oder

g4) Bestandteil einer logischen Schaltung ist.
Lochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Lochplatte (1) eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist, oder

b) dass die Lochplatte (1) am Rand (9) eine größere Dicke aufweist als in einem mittigen Bereich (10) mit den Durchgangslöchern, und/oder

c) dass die Lochplatte (1) in dem Bereich (10) mit den Durchgangslöchern eine Dicke von weniger als 1mm, 0,5mm oder 0,3mm aufweist, und/oder

d) dass die Lochplatte (1) zur mechanischen Verstärkung mindestens einen Verstärkungsstreifen (11) aufweist, wobei die Lochplatte (1) im Bereich (10) der Durchgangslöcher eine geringere Dicke aufweist als im Bereich des Verstärkungsstreifens, und/oder

e) dass die Lochplatte (1) an dem Rand (9) und/oder an dem Verstärkungsstreifen (11) eine Dicke von weniger als 2mm, 1mm oder 0,7mm aufweist.
Applikationsgerät (18, 19) zur Applikation eines Fluides, insbesondere eines Beschichtungsmittels, insbesondere eines Lacks, eines Dichtstoffs, eines Klebstoffs, einer Funktionsschicht oder eines Trennmittels, auf ein Bauteil (16), insbesondere auf ein Kraftfahrzeugkarosseriebauteil, mit mindestens einer Lochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Applikationsgerät (18, 19) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochplatte (1) Bestandteil eines der folgenden Bauteile ist:
a) Düse,

b) Düseneinsatz,

c) Lenkluftring,

d) Blende,

e) Mischer,

f) Sieb,

g) Ventilnadel,

h) Nadelsitz.
Applikationsverfahren zur Applikation eines Fluides, insbesondere eines Beschichtungsmittels, insbesondere eines Lacks, eines Dichtstoffs, eines Klebstoffs, einer Funktionsschicht oder eines Trennmittels, auf ein Bauteil (16), wobei das Beschichtungsmittel durch mindestens ein Durchgangsloch (2) einer Lochplatte (1) geleitet wird und nach dem Austreten aus dem Durchgangsloch (2) einen Beschichtungsmittelstrahl (17) bildet, der auf das zu beschichtende Bauteil (16) auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Applikationsverfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass mit der Lochplatte (1) Streifen und/oder Muster des Beschichtungsmittels auf das Bauteil (16) aufgebracht werden, oder

b) dass das Bauteil (16) mit der Lochplatte (1) vollflächig mit dem Beschichtungsmittel beschichtet wird
Herstellungsverfahren für eine Lochplatte (1) für ein Applikationsgerät (18, 19) zur Applikation eines Beschichtungsmittels, insbesondere für eine Lochplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den folgenden Schritten:
a) Einbringen einer Vielzahl von Durchgangslöchern (2) zur Durchleitung des Beschichtungsmittels in die Lochplatte (1), so dass jeweils eine Lochausmündung (4) der Durchgangslöcher (2) an der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte (1) eine Benetzungsfläche bildet, die im Betrieb von dem Beschichtungsmittel benetzt werden kann,

b) Erzeugen einer dreidimensionalen Strukturierung an der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte (1),

c) Erzeugen jeweils eines Rohrstummels (7) auf der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte (1), um die Benetzungsfläche (6, 8) an der Lochausmündung (4) zu verringern, wobei der Rohrstummel (7) jeweils von der stromabwärts gelegenen Seite der Lochplatte (1) hervorsteht und das jeweilige Durchgangsloch (2) in den Rohrstummel (7) übergeht,
dadurch gekennzeichnet,

d) dass die Flächendichte der Durchgangslöcher (2), der Abstand zwischen den Durchgangslöchern (2) und der Innenquerschnitt der Durchgangslöcher (2) so bemessen sind, dass die aus den Durchgangslöchern (2) austretenden Beschichtungsmittelstrahlen (17) nach dem Auftreffen auf das Bauteil (16) einen zusammenhängenden Beschichtungsmittelfilm bilden,

e) dass die Durchgangslöcher (2) unterschiedliche Innenquerschnitte aufweisen, und

f) dass die Lochplatte (1) in dem Bereich mit den Durchgangslöchern eine Dicke von weniger als 1mm aufweist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (2) mindestens teilweise durch eines der folgenden Herstellungsverfahren oder durch eine Kombination der folgenden Herstellungsverfahren hergestellt wird:
a) Ätztechnische Herstellungsverfahren, insbesondere durch Trockenätzen oder Nassätzen,

b) Spanende Herstellungsverfahren, insbesondere Bohren oder Fräsen,

c) Stanzen,

d) Laserbohren.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Lochplatte (1) beidseitig ätztechnisch bearbeitet wird, oder

b) dass die Lochplatte (1) nur einseitig ätztechnisch bearbeitet wird.