DE102005037972A1

DE102005037972A1 - Düse für Sprühkopf

Info

Publication number: DE102005037972A1
Application number: DE102005037972A
Authority: DE
Inventors: Ernst Scheidt
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-02-22
Also published as: EP1915216B8; EP1915216B1; KR20080032055A; EP1915216A1; PL1915216T3; US20080142620A1; CN101237940B; CN101237940A; WO2007017319A1; PT1915216E; ES2322201T3; DE502006003113D1; ATE424930T1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse für einen Sprühkopf, umfassend einen Düsenkörper (14) mit einem Hohlraum (20), der über einen Materialzulauf mit Austragsmaterial versorgbar ist und in dem ein Drallkörper (18) angeordnet ist, auf welchem eine Düsenplatte (16) mit einer Düsenbohrung (26), über die das Austragsmaterial ausgesprüht werden kann, angeordnet ist.
Der Drallkörper (18) weist einen scheiben- oder plattenförmigen Teil auf, auf dem ein Ringsteg (46) angeordnet ist, wobei der scheiben- oder plattenförmige Teil durch zumindest eine radial außerhalb des Ringstegs (46) angeordnete Öffnung (44) durchbrochen ist, der Ringsteg (46) an zumindest einer Stelle radial von außen nach innen durch zumindest eine im Wesentlichen spiralförmig ausgebildete Nut (48) durchbrochen ist und der Drallkörper (18) sowie die Düsenplatte (16) im Düsenkörper (14) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse für einen Sprühkopf, insbesondere eines Polyurethan-Mischkopfs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verfahren und Vorrichtungen zum Aufbringen einer Sprühschicht auf eine Oberfläche, insbesondere einer Polyurethan-Sprühschicht, sind beispielsweise aus der EP 0 303 305 B1 sowie der EP 0 389 014 B1 bekannt.

In der EP 0 389 014 B1 ist eine gattungsgemäße Düse beschrieben, die für eine Zerstäubungspistole verwendet wird und zur Erzeugung einer Polyurethan-Schicht auf einer Fläche durch Aufsprühen der Reaktionskomponenten dient. Die Zerstäubungsdüse weist ein Zerstäubungsstück mit einem im wesentlichen trichterförmigen Hohlraum auf, der einerseits an seiner breitesten Seite mit einem Zufuhrkanal für die Reaktionskomponenten zum Erhalten des Polyurethans verbunden ist und andererseits an seiner engsten Stelle in einem im wesentlichen zylindrischen Kanal ausläuft. Überdies ist ein Kernelement vorgesehen, das ausgebildet ist, um die Reaktionskomponenten in einer Schrauben- oder Wirbelbewegung durch die genannte Zerstäubungsöffnung zu leiten.

Eine solche Wirbelbewegung ist prinzipiell auch notwendig, zumindest jedoch von Vorteil, um eine optimale Flüssigkeitslamelle zu erzeugen, die beim Austragen des Materials aus der Düse in feinste Tröpfchen zerfällt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere, alternative Düse für einen Sprühkopf anzugeben, mit dem ein solcher Materialaustrag mit einem gewünschten Austragskegel in optimaler Weise erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Düse weist auch vorliegend einen Düsenkörper, einen Drallkörper und einen Düseneinsatz mit einer Düsenbohrung auf.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der Drallkörper nunmehr jedoch im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildet und weist einen darauf angeordneten Ringsteg auf. Der scheiben- oder plattenförmig ausgebildete Teil besitzt radial außerhalb des Ringstegs zumindest eine, vorzugsweise aber mehrere, Durchbruchsöffnungen. Diese können in Form von Bohrungen oder Nuten vorgesehen sein. Der Ringsteg ist überdies zumindest an einer Stelle, vorzugsweise jedoch an mehreren Stellen, radial von außen nach innen durch zumindest eine im Wesentlichen spiralförmig ausgebildete Nut durchbrochen. Überdies ist der Drallkörper sowie der Düseneinsatz derart im Düsenkörper angeordnet und der Düsenkörper derart ausgebildet, dass i) zwischen dem Materialzulauf und der zumindest einen Durchbruchsöffnung eine Strömungsverbindung besteht, ii) radial außerhalb des Ringstegs sowie zwischen dem im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildeten Teil und dem Düseneinsatz ein Ringkanal gebildet ist, der mit der zumindest einen Durchbruchsöffnung in Strömungsverbindung steht, iii) radial innerhalb des Ringstegs ein Drallkammer ausgebildet ist, iv) die Drallkammer über zumindest eine spiralförmig ausgebildete Nut mit dem Ringkanal in Strömungsverbindung steht und v) die Drallkammer vom Düseneinsatz derart abgedeckt ist, dass das Ausgangsmaterial über die Düsenbohrung aus der Drallkammer austritt.

Mit einer solchermaßen ausgebildeten Düse wird ein Austragsmaterial über einen Materialzulauf dem Düsenkörper zugeführt. Vom Materialzulauf fließt das Material in richtung der Durchbruchsöffnungen. Über die Durchbruchsöffnungen tritt es in den Ringraum außerhalb des Ringstegs ein. Von dort tritt es über die im wesentlichen spiralförmig ausgebildeten Nuten in die Drallkammer ein. Dabei wird das Austragsmaterial bewegungsmäßig mit einer Drallkomponente versehen und erhält eine rotatorische Geschwindigkeitskomponente. Von der Drallkammer wird das Austragsma terial dann über die Düsenbohrung ausgesprüht. Aufgrund der Drallkomponente sowie der Form der Düsenbohrung entsteht ein optimaler Austragskegel.

Bei den Tests mit der vorliegend beschriebenen Düse sind hervorragende Sprühergebnisse erzielt worden. Dies wird unter anderem darauf zurückgeführt, dass durch die im wesentlichen vollständig radial verlaufende Überführung vom Ringsteg in die Drallkammer eine besonders gute Drallwirkung erzielt wird.

Die Durchbruchsöffnungen können, wie vorgenannt bereits erwähnt, in Form von Bohrungen, aber auch von randseitigen Nuten in dem im wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildeten Teil des Drallkörpers realisiert sein. Dabei sind sowohl die Bohrungen, wie auch die Nuten recht einfach herzustellen. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn bereits die Durchbruchsöffnungen mit einer Neigung gegenüber der Senkrechten des scheiben- oder plattenförmig ausgeführten Teils realisiert sind. In diesem Fall wird dem Austragsmaterial bereits beim Durchtritt durch die Durchbruchsöffnungen und beim Einströmen in den radial äußeren Ringkanal eine Drallkomponente mitgegeben. Natürlich sollte in einem solchen Fall die Neigung der Durchbruchsöffnungen und die Form der spiralförmigen Nuten derart aufeinander abgestimmt ausgebildet werden, dass sich die Drallwirkungen verstärken. Um die Möglichkeit zur Ausbildung eines Dralleffekts sowohl im radial äußeren Ringraum wie auch in der Drallkammer zu verstärken, sind die Durchbruchsöffnungen sowie die spiralförmig ausgebildeten Nuten vorzugsweise umfangsmäßig gegeneinander versetzt. Auf diese Weise wird vermieden, dass das durch die Durchbruchsöffnungen hindurchtretende Ausgangsmaterial unmittelbar auch gleich durch die spiralförmigen Nuten hindurchströmen, ohne zuvor in Umfangsrichtung den radial äußeren Ringkanal zumindest teilweise zu durchströmen.

Natürlich sollte die vorliegende Düse besonders einfach, montage- und servicefreundlich aufgebaut sein. Dies ist dadurch gewährleistet, dass sowohl der Drallkörper wie auch der Düseneinsatz prinzipiell entnehmbar sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Düseneinsatz in den Düsenkörper einschraubbar, wobei durch das Einschrauben des Düseneinsatzes in den Düsenkörper der Drallkörper im Düsenkörper gehalten wird. Auf diese Art und Weise können der Düsenkörper, der Drallkörper und der Düseneinsatz separat hergestellt und dann auf einfachste Weise montiert werden. Auch ist die Service- und Wartungsfreundlichkeit gegeben, da durch einfaches Herausschrauben des Düseneinsatzes auch der Drallkörper entnommen werden kann und alle Elemente leicht zu reinigen sind. Der Drallkörper lässt sich dann leicht in den Düsenkörper einsetzen, wenn der Hohlraum in Form einer sich von außen nach innen verengenden Bohrung, insbesondere einer Stufenbohrung, ausgebildet ist. Der Drallkörper kann an der Wand des Hohlraums aufliegen oder an einer Stufe abgestützt zur Anlage kommen.

Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

1: eine schematische Teilschnittdarstellung einer an einer Mischkopflanze angeordneten erfindungsgemäßen Sprühdüse,

2: eine Perspektivschnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Sprühdüse aus 1 und

3: eine Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Sprühdüse aus 1 in Explosivansicht.

In der nachfolgenden Beschreibung wird lediglich die Sprühdüse für einen Sprühkopf dargestellt. Eine solche Sprühdüse ist an einer Mischkopflanze 10 befestigt, welche an einem nicht näher dargestellten Mischkopf einer Polyurethan-Anlage angeordnet ist. Eine solche Anlage – inklusive eines solchen Mischkopfes – kann beispielsweise aus 1 der EP 0 389 014 B1 entnommen werden. Dabei sind einem solchen Mischkopf in der Regel zwei reaktive Ausgangsmaterialien, beispielsweise Polyol und Isocyanat, zugeführt. Diese Materialien werden dann im Mischkopf miteinander vermischt und anschließend ausgetragen. Über die Sprühdüse kann das reaktive Austragsgemisch dann auf eine Oberfläche aufgebracht werden, wo es ausreagiert und eine Kunststoff-Haut bildet.
Entsprechend der Oberflächenausgestaltung kann diese Haut mit einer genabten Oberfläche oder einer anderweitig strukturierten Oberfläche ausgebildet sein. Diese Häute können durch Hinterspritzen oder Hinterschäumen weiterverarbeitet werden, wobei die Häute an sich die dekorativen Oberflächen bilden.
Zum Ausbilden einer qualitativ guten Polyurethan-Haut ist es erforderlich, das Austragsmaterial mit optimaler Verteilung und in optimaler Tröpfchengröße auf die besagte Formoberfläche aufzusprühen. Zu diesem Zweck ist an dem – nicht dargestellten – Mischkopf zunächst eine Mischkopflanze 10 angeordnet, an deren unteren Ende (vorliegend über ein Adapterstück 12) eine Sprühdüse befestigt ist. Die Mischkopflanze 10 ermöglicht es, auch unzugängliche Stellen, zu denen der Mischkopf ansonsten nicht vordringen könnte, zu besprühen.
Die Mischkopflanze 10 ist mit einem zentralen Strömungskanal versehen, durch den Austragsmaterial vom Mischkopf über den Sprühkopfanschluss zur Sprühdüse hindurchströmt. Vorliegend schließt sich an das strömungsabwärtsseitige Ende der Mischkopflanze 10 das Adapterstück 12 an, welches an der Mischkopflanze 10 mittels einer Überwurfmutter derart befestigt ist, dass das Austragsmaterial über den zentralen Kanal in der Mischkopflanze unmittelbar in den dazu fluchtend ausgebildeten Strömungskanal des Adapterstücks 12 fließt. Am austragsseitigen Ende des Adapterstücks 12 ist ein Außengewinde angeordnet, an dem ein Düsenkörper der Sprühdüse aufgeschraubt werden kann. Zu diesem Zweck ist an einem Befestigungsflansch 30 der Sprühdüse ein Innengewinde 32 angeordnet.
Die Sprühdüse ist vorliegend im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist senkrecht zu deren Längsachse eine mit zwei Stufen 34 und 36 versehene Stufen-Bohrung auf. Die Stufen-Bohrung verengt sich über die Stufen 34 und 36 von außen nach innen, wobei die Stufen 34 und 36 insgesamt Ringabsätze bzw. -auflagen bilden.
Auf der innersten Stufe 36 stützt sich radial außen ein Drallkörper 18 ab. Dieser Drallkörper 18 wird durch den Düseneinsatz 16 im Anschlag an die Stufe 36 gehalten. Der Düseneinsatz 16 ist im wesentlichen scheiben- oder becherförmig mit einer zentralen Düsenbohrung 26 ausgebildet und besitzt an seinem radialen Außenumfang ein Gewinde 42. Mit diesem Gewinde kann der Düseneinsatz 16 in die Stufen-Bohrung eingeschraubt werden, welche an dieser Stelle ein Innengewinde aufweist. Beim vollständig eingeschraubten Düseneinsatz 16 lagert sich deren unteres Ende an dem Drallkörper 18 an und hält dieses fest in dem Düsenkörper 14.
Der Drallkörper 18 besitzt einen im wesentlichen scheibenförmigen zentralen Teil, der durch vier Randnuten 44 durchbrochen ist. Die Randnuten weisen dabei eine Neigung gegenüber der Senkrechten zum scheibenförmigen Teil auf. Auf dem scheibenförmigen Teil ist ein Ringsteg 46 angeordnet, der ebenfalls von vier, von radial außen nach radial innen verlaufenden Nuten 48 durchbrochen ist. Die Nuten können gerade oder spiralförmig angeordnet sein. Der Ringsteg 46 ist an seiner oberen, vom scheibenförmigen Teil abgewandten Seite plan ausgebildet, so dass er dicht auf der Unterseite des Düseneinsatzes 16 aufliegen kann. Innerhalb des Ringstegs 46 ist eine Drallkammer 24 ausgebildet, die in die Düsenbohrung 26 mündet.
Zum Ein- und Ausschrauben des Düseneinsatzes 16 sind noch zwei Eingriffsnuten 40 vorgesehen, in denen ein entsprechendes Werkzeug zum Festziehen oder zum Lockern des Düseneinsatzes 16 angesetzt werden kann.
Der soeben beschriebene Aufbau ist insbesondere aus 3 besonders gut zu erkennen.
Die Funktionsweise der vorliegenden, erfindungsgemäßen Düse soll nun – insbesondere mit Bezug zu den 1 und 2 – erläutert werden.
Das von einem nicht dargestellten Mischkopf zur Verfügung gestellte, reaktive Material wird über den zentralen Kanal der Mischkopflanze 10 und des Adapterstücks 12 der Sprühdüse zugeführt. In der Sprühdüse fließt das reaktive Material über einen Materialzulauf in eine strömungsmäßig vor dem Drallkörper 18 befindliche Einströmkammer 20. Von der Einströmkammer 20 fließt das Material über die vier Randnuten 44 in den radial außerhalb des Ringstegs 46 und zwischen dem Düseneinsatz 16, dem plattenförmigen Teil des Drallkörpers 18 und dem Düsenkörper gebildeten Ringraum 28.
Bereits beim Durchtritt des Materials durch die Randnuten 44 in den Ringraum 28 wird dem Material eine erste Drallbewegung mitgegeben. Da – wie in 3 zu erkennen ist – die randseitigen Nuten 44 sowie die den Ringsteg 46 durchbrechenden Nuten 48 umfangsmäßig versetzt angeordnet sind, muss das Material im Ringkanal 28 zunächst in Umfangsrichtung fließen. Hier wird dem Material noch mal ein weiterer Drall mitgegeben.
Anschließend tritt das Material durch die spiralförmigen Nuten 48 in die Drallkammer 24 ein, wobei es beim Durchtritt durch die spiralförmigen Nuten 48 nochmals zu einer Erhöhung des Dralls kommt. Das in der Drallkammer 24 befindliche Material ist somit über die randseitigen Nuten 44, dem Durchlaufen des Ringkanals 28 sowie die spiralförmigen Nuten 48 in eine entsprechende Drallbewegung versetzt worden und tritt aus der Drallkammer 24 befindliche Material ist somit über die randseitigen Nuten 44, dem Durchlaufen des Ringkanals 28 sowie die spiralförmigen Nuten 48 in eine entsprechende Drallbewegung versetzt worden und tritt aus der Drallkammer über die Düsenbohrung 26 an die Außenumgebung aus.
Aufgrund des mitgegebenen Dralls kommt es zu einer optimalen Ausbildung eines Sprühkegels mit einer guten Verteilung der Tröpfchen sowohl in ihrer Größe wie auch in der Form des Sprühkegels selbst.
Insgesamt wird durch die vorliegend ausgebildete Düse eine einfach aufgebaute, leicht zu reinigende und kostengünstig herzustellende Düse zur Verfügung gestellt, die optimale Sprühergebnisse liefert. Bezugszeichenliste

Claims

Düse für einen Sprühkopf, insbesondere eines Polyurethan-Mischkopfes, umfassend einen Düsenkörper (14) mit einem Hohlraum, der über einen Materialzulauf (22) mit Austragsmaterial versorgbar ist und in dem ein Drallkörper (18) angeordnet ist, auf welcher ein Düseneinsatz (16) mit einer Düsenbohrung (26), über die das Austragsmaterial ausgesprüht werden kann, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallkörper (18) einen im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildeten Teil aufweist, auf dem ein Ringsteg (46) angeordnet ist, wobei – der im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildete Teil durch zumindest eine radial außerhalb des Ringstegs (46) angeordnete Öffnung (44) durchbrochen ist, dass der Ringsteg (46) an zumindest einer Stelle radial von außen nach innen durch zumindest eine im Wesentlichen spiralförmig ausgebildete Nut (48) durchbrochen ist und – der Drallkörper (18) sowie der Düseneinsatz (16) derart im Düsenkörper (14) angeordnet sind und der Düsenkörper (14) derart ausgebildet ist, dass – zwischen dem Materialzulauf (22) und der zumindest einen Durchbruchsöffnung (44) eine Strömungsverbindung besteht, – radial außerhalb des Ringstegs (46) sowie zwischen dem im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildeten Teil und dem Düseneinsatz (16) ein Ringkanal (28) gebildet ist, der mit der zumindest einen Durchbruchsöffnung (44) in Strömungsverbindung steht, – radial innerhalb des Ringsteges (46) eine Drallkammer (24) ausgebildet ist, – die Drallkammer (24) über die zumindest eine spiralförmig ausgebildete Nut (48) mit dem Ringkanal (28) in Strömungsverbindung steht und – die Drallkammer (24) von dem Düseneinsatz (16) derart abgedeckt ist, dass beim Betrieb das Ausgangsmaterial über die Düsenbohrung (26) aus der Drallkammer (24) austritt.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildeten Teil eine Mehrzahl von Durchbruchsöffnungen (44), insbesondere mit äquidistantem Abstand voneinander, angeordnet sind.
Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbruchsöffnungen (44) in Form von randseitigen Nuten ausgebildet sind.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbruchsöffnungen (44) derart mit einer Neigung gegenüber einer Senkrechten auf den scheiben- oder plattenförmigen Teil ausgeführt sind, dass das Material mit einer Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung des Ringkanals (28) in diesen einleitbar ist.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von spiralförmig ausgebildeten Nuten (48) vorgesehen ist.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Durchbruchsöffnungen (44) sowie die Ausrichtung der spiralförmig ausgebildeten Nuten (48) in gleicher Drallerzeugungsrichtung gewählt sind.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbruchsöffnungen (44) umfangsmäßig gegenüber den spiralförmig ausgebildeten Nuten (48) versetzt sind.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düseneinsatz (16) in den Düsenkörper (14) einschraubbar ausge bildet ist.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum in Form einer sich von außen nach innen verengenden Bohrung, insbesondere einer Stufenbohrung, ausgebildet ist, wobei der Drallkörper (18) an der Wand des Hohlraums, insbesondere an einer Stufe abgestützt zur Anlage kommt.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallkörper (18) vom Düseneinsatz (16) im Düsenkörper (14) gehalten wird.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsrichtung aus der Düsenbohrung (26) im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Düsenkörpers (14) ausgerichtet ist.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallkörper (24) und der Düseneinsatz (16) einteilig ausgebildet sind.