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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Sprühdüse für
ein Sprühwerkzeug, insbesondere zum Sprühen eines
Trennmittels in eine Gussform.
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In
der
EP 0 724 486 B1 wird
ein Sprühwerkzeug beschrieben, das zum Aufsprühen
eines Trennmittels in einen Hohlraum eines Gusswerkzeugs eingesetzt
wird. Um das Trennmittel gleichmäßig auf verschieden
geformte Gussformen aufbringen zu können, ist gemäß der
EP 0 724 486 B1 vorgesehen, dass
Sprühdüsen, über die das Trennmittel
austritt, zu einem Sprühblock zusammengefasst werden, der nach
Art eines Baukastensystems in alle Raumrichtungen erweiterbar und
damit flexibel an die jeweils zu besprühende Gussform anzupassen
ist.
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Maßgebend
für die Qualität der Trennmittelschicht ist bei
aktuellen Systemen die über die Sprühdüsen
austretende Dosiermenge, die im Wesentlichen über die Zeitdauer
des Sprühens bestimmt wird. Die Sprühmenge hängt
jedoch neben der Zeitdauer von weiteren Parametern ab, beispielsweise
von der die Viskosität beeinflussenden Temperatur, dem
Austrittsdurchmesser der Sprühdüse, welcher Fertigungstoleranzen
unterliegt, dem Trennmitteldruck oder der Anzahl der Düsen, über
die das Trennmittel aufgeteilt wird.
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Diese
Einflussgrößen führen dazu, dass die Sprühmenge
einer gewissen Schwankungsbreite unterworfen ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven
Maßnahmen eine Sprühdüse für
ein Sprühwerkzeug anzugeben, die eine exakte Dosierung
des auszubringenden Trennmittels erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die
erfindungsgemäße Sprühdüse,
die in einem Sprühwerkzeug zum Aufbringen eines Trennmittels
in einen Hohlraum oder einer Oberfläche einer Gussform
eingesetzt wird, weist in einem Düsengehäuse einen
Dosierraum auf, in den das Trennmittel einführbar ist.
Das Volumen des Dosierraums ist über ein Stellglied zu
regulieren, wobei im Falle einer Volumenreduzierung das Trennmittel über
einen Ableitungskanal aus dem Dosierraum abzuleiten ist. Die Volumenreduzierung
des Dosierraums bewirkt eine Verdrängung des Trennmittels
gleichen Volumens aus dem Dosierraum.
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Diese
konstruktive Ausführung der Sprühdüse
weist gegenüber Ausführungen aus dem Stand der
Technik verschiedene Vorteile auf. Die Dosiermenge des pro Arbeitstakt
auszubringenden Dosiermittels hängt nunmehr ausschließlich
vom Volumen des Dosierraumes ab, nicht jedoch von weiteren Parametern
wie Sprühdauer, Temperatur, Viskosität, Druck
oder dem Öffnungsquerschnitt des Düsenaustritts.
Damit kann unabhängig von diesen Einflussgrößen
pro Arbeitstakt immer die gleiche Menge an Trennmitteln ausgesprüht
werden, was zu einer erheblichen Verbesserung der Qualität
der Trennmittelschicht, insbesondere im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit
der Trennmittelschicht führt. Temperaturschwankungen, denen
das Sprühwerkzeug während des laufenden Betriebs
unterworfen ist, spielen ebenso wenig eine Rolle wie Fertigungstoleranzen
im Sprühwerkzeug, insbesondere im Bereich des Düsenquerschnitts,
die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Düsen zu
einer erheblichen Schwankung führen. Zudem entfällt
die Abhängigkeit von der Sprühdauer, da die Dosiermenge
nicht über einen festgelegten Zeitraum ausgebracht wird,
sondern von dem vorgegebenen Volumen des Dosierraums abhängt.
Dies kann durch mehrfaches Takten reproduzierbar erhöht
werden.
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Ein
weiterer Vorteil ist die Druckunabhängigkeit der Dosiermenge.
Es muss lediglich sichergestellt werden, dass durch die Verstellung
des Stellglieds das Volumen des Dosierraumes reduziert wird, wobei
die Volumenreduzierung der ausgebrachten Dosiermenge an Trennmittel
entspricht. Eine unmittelbare Druckunabhängigkeit der Dosiermenge
ist aber nicht gegeben.
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Das
Stellglied, bei dessen Verstellung das Trennmittel verdrängt
wird, ist bevorzugt als ein im Düsengehäuse verstellbarer
Arbeitskolben ausgebildet, dessen Stellbewegung insbesondere als
lineare, translatorische Bewegung ausgeführt ist. In Betracht kommt
aber auch beispielsweise eine Ausführung des Stellglieds
als Stellmembran.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung ist der Dosierraum innerhalb des
Düsengehäuses Teil einer Volumenkammer, wobei
eine Seite des Dosierraums von dem Stellglied, insbesondere dem
Arbeitskolben begrenzt wird. Das Stellglied unterteilt die Volumenkammer
in den Dosierraum und in einen Arbeitsraum, in den ein Steuermittel
eingeleitet werden kann, das das Stellglied mit Druck beaufschlagt und
hierdurch die Verstellung des Stellglieds und die damit einhergehende
Volumenreduzierung des Dosierraumes erzeugt. Als Steuermittel wird
bevorzugt ein Gas eingesetzt, insbesondere Luft, wobei die Zufuhr
des Steuermittels über eine in den Arbeitsraum mündende
Steuerleitung erfolgt, die vorzugsweise auch zur Ableitung des in
den Arbeitsraum eingeleiteten Steuermittels dient. Die Verstellung
des Stellglieds mithilfe des eingeleiteten Steuermittels erfolgt vorteilhafterweise
gegen die Kraft eines Federelementes, das das Stellglied in eine
Ausgangsstellung beaufschlagt, in der der Dosierraum zweckmäßigerweise
maximal ist. Die Ausgangsstellung kann hierbei über eine
Einstellschraube reguliert werden, die auf das Stellglied wirkt
und gegen die das Stellglied von dem Federelement gedrückt
wird. Auf diese Weise kann das Volumen des Arbeitsraumes mit einfachen
Maßnahmen eingestellt werden, insbesondere manuell, gegebenenfalls
auch motorisch, beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch.
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Als
Steuermittel zur Verstellung des Stellglieds können verschiedene
fluide Mittel eingesetzt werden, wobei neben gasförmigen
auch flüssige Steuermittel verwendet werden können.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Verstellung
des Stellglieds nicht über ein Steuermittel, sondern über eine
unmittelbar auf das Stellglied wirkende Antriebseinheit durchzuführen,
beispielsweise über einen elektromotorischen oder elektromagnetischen
Antrieb. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, einen Arbeitsraum
vorzusehen; es genügt vielmehr, dass eine Wandseite des
Dosierraumes von dem Stellglied begrenzt wird und das Stellglied
unmittelbar von dem Antriebsglied verstellt wird.
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Das
aus dem Dosierraum durch die Stellbewegung des Stellglieds verdrängte
Trennmittel wird, gemäß bevorzugter Ausführung, über
einen Ableitungskanal zu einem Düsenkörper geführt, über
den das Trennmittel aus der Sprühdüse austritt.
Der Düsenkörper ist insbesondere ebenfalls innerhalb
des Düsengehäuses der Sprühdüse
angeordnet, wobei optional dem Trennmittel im Bereich des Düsenkörpers
ein Sprühmittel zuführbar ist, wodurch das Aussprühen
unterstützt und ein gleichmäßiger Auftrag des
Trennmittels im Hohlraum oder der Oberfläche der Gussform
verbessert wird.
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Der
Düsenkörper ist vorteilhafterweise als Kugeldüsenkörper
ausgeführt, der verstellbar im Düsengehäuse
gehalten ist. Der Kugeldüsenkörper ist nach Art
eines Kugelgelenks in einer Kugelpfanne im Düsengehäuse
gelagert, wodurch eine Rotationsbewegung des Kugeldüsenkörpers
um zwei Achsen ermöglicht wird und die Aussprührichtung
entsprechend eingestellt werden kann.
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Das
Zusammenführen von Sprühmittel und Trennmittel
erfolgt vorzugsweise erst im Düsenkörper, wobei
das Sprühmittel über mindestens einen separat
ausgebildeten Sprühmittelkanal innerhalb des Düsengehäuses
dem Düsenkörper zuzuführen ist. Gegebenenfalls
kann das Sprühmittel aber auch bereits stromauf des Düsenkörpers
mit dem Trennmittel zusammengeführt werden.
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Gemäß noch
einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass
in den Dosierraum ein Entlüftungskanal mündet,
der zur Entlüftung eines verbliebenen Gasvolumens im Dosierraum
dient.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Sprühdüse
für ein Sprühwerkzeug, mit einem in einer Volumenkammer
verstellbar angeordneten Arbeitskolben zur Verdrängung
von Trennmittel,
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2 ein
Schnitt durch eine detailliert dargestellte Sprühdüse,
bei der zusätzlich zum Arbeitskolben, der einen Dosierraum
beaufschlagt, ein Kugeldüsenkörper vorgesehen
ist, über den das Trennmittel ausgesprüht wird,
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3 eine
weitere Schnittdarstellung im Bereich des Arbeitskolbens und des
Dosierraumes,
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4 eine
weitere Schnittdarstellung,
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5 einen
Schnitt durch einen Düsenkörper, über
den das Trennmittel ausgesprüht wird.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt
es sich um eine Sprühdüse zum Aussprühen
eines Trennmittels, beispielsweise Öl, in den Hohlraum
oder auf die Oberfläche einer Gussform. Die Sprühdüse 1,
die Bestandteil eines Sprühwerkzeugs ist, weist in einem
Düsengehäuse 2 eine Volumenkammer 3 auf,
in der ein Arbeitskolben 4 translatorisch verstellbar gehalten
ist. Der Arbeitskolben 4 unterteilt die Volumenkammer 3 in
einen oben liegenden Arbeitsraum 5 und einen unten liegenden
Dosierraum 6, wobei der Arbeitsraum 5 zur Aufnahme
eines den Arbeitskolben 4 verstellenden Steuermittels und
der Dosierraum 6 zur Aufnahme des auszusprühenden
Trennmittels dient. Über eine Stellbewegung des Arbeitskolbens 4 ist
das Volumen des Dosierraumes 6 mit dem darin befindlichen
Trennmittel veränderlich einstellbar. Über eine Volumenreduzierung des
Dosierraumes 6 wird das Trennmittel verdrängt, wobei
das Volumen des verdrängten Trennmittels der Volumenreduzierung
des Dosierraums entspricht.
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Das
Trennmittel wird dem Dosierraum 6 über einen Zufuhrkanal 7 mit
einem darin enthaltenen Rückschlagventil 9 zugeführt.
Bei einer Volumenreduzierung entweicht das Trennmittel aus dem Dosierraum 6 über
einen Ableitungskanal 8, in dem ebenfalls ein Rückschlagventil 10 angeordnet
ist, und wird in eine Leitung 11 geführt, in der
optional eine Vermischung mit Sprühluft erfolgen kann.
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Das
Rückschlagventil 9 im Zufuhrkanal 7 verhindert
ein unerwünschtes Rückströmen des Trennmittels
im Dosierraum 6 über den Zufuhrkanal 7.
Das Rückschlagventil 10 im Ableitungskanal 8 sorgt
dafür, dass das Trennmittel aus dem Dosierraum 6 erst
bei Übersteigen eines Grenzdrucks über den Ableitungskanal 8 abgeführt
wird, wobei der Grenzdruck von einem Federelement des Rückschlagventils 10 bestimmt
wird.
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Die
Zufuhr des Steuermittels in den Arbeitsraum 5 erfolgt über
eine Steuerleitung 12, wobei als Steuermittel bevorzugt
ein Gas, insbesondere Luft, eingesetzt wird. Die Steuerleitung 12 dient
zugleich zur Ableitung des Steuermittels aus dem Arbeitsraum 5.
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Im
Bodenbereich des Dosierraumes 6 befindet sich ein als Druckfeder
ausgebildetes Federelement 15, das den Arbeitskolben 4 in
eine Ausgangsposition kraftbeaufschlagt, in der der Dosierraum 6 sein
maximal mögliches Volumen einnimmt. Bei einem Einleiten
des Steuermittels über die Steuerleitung 12 in
den Arbeitsraum 5 wird der Arbeitskolben gegen die Kraft
des Federelementes 15 nach unten verstellt, wodurch die Volumenreduzierung
und damit einhergehend die Verdrängung des Trennmittels
aus dem Dosierraum durchgeführt wird.
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Die
Ausgangsstellung des Arbeitskolbens 4 kann über
ein Einstellglied 13, das insbesondere als Einstellschraube
ausgeführt und im Düsengehäuse gehalten
ist, eingestellt werden. Das Einstellglied 13 beaufschlagt
den Arbeitskolben 4 auf der dem Federelement 15 gegenüberliegenden
Seite im Bereich des Arbeitsraumes 5. Das Federelement 15 drückt den
Arbeitskolben 4 gegen das Einstellglied 13.
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Die
Sprühdüse 1 ist außerdem mit
einem Entlüftungskanal 14 versehen, der in einem
seitlichen Bereich in die Volumenkammer einmündet und zur
Entlüftung der Volumenkammer dient, also zur Ableitung
von Restgasen, die in der Volumenkammer enthalten sind. Der Entlüftungskanal 14 mündet
in einen Bereich der Volumenkammer, der von dem Arbeitskolben 4 überdeckt
wird, insbesondere zwischen zwei Gleitringen 16 und 17 am
Außenumfang des Arbeitskolbens, die gleitend an der Innenwand der
Volumenkammer anliegen.
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In 2 ist
eine Sprühdüse 1 im Schnitt im Detail
dargestellt, die 3 und 4 zeigen
weitere Schnitte durch andere Schnittebenen. Wie 2 zu
entnehmen, liegt parallel zur Volumenkammer 3 mit darin
axial verschieblich angeordnetem Arbeitskolben 4 ein Düsenkörper 18,
der als Kugeldüsenkörper ausgeführt ist
und in einem entsprechenden Kugelgelenk im Düsengehäuse 2 gelagert
ist, wodurch der Kugeldüsenkörper 18 eine
Rotationsbewegung um bis zu drei Rotationsachsen ausführen
kann.
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Über
den Kugeldüsenkörper 18 erfolgt das Aussprühen
des aus dem Dosierraum 6 über eine Arbeitsbewegung
des Arbeitskolbens 4 verdrängten Trennmittels,
das über den Ableitungskanal 8 aus dem Dosierraum 6 abgeleitet
wird. Der Ableitungskanal 8 mündet in den Kanal
bzw. die Leitung 11, die zum Düsenkörper 18 führt.
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Wie
der Schnittdarstellung gemäß 3 zu entnehmen,
ist in das Düsengehäuse 2 die Steuerleitung 12 als
Kanal eingebracht, über die das Steuermittel, insbesondere
Luft, in den Arbeitsraum 5 oberhalb des Arbeitskolbens 4 einzuführen
ist. Nachdem der Arbeitskolben 4 aufgrund des Drucks des
Steuermittels im Arbeitsraum 5 gegen die Kraft des Federelementes 15 nach
unten verstellt und dementsprechend der Dosierraum 6 reduziert
wurde, kann anschließend der Arbeitskolben 4 durch
die Kraft des Federelementes 15 wieder nach oben bis zum
Erreichen des Anschlages am Einstellglied 13 verschoben werden,
woraufhin das Steuermittel im Arbeitsraum 5 über
die Steuerleitung 12 wieder abgeleitet wird. Das Einstellglied 13 ist
als Einstellschraube ausgeführt, die im Düsengehäuse
verstellbar angeordnet ist und bei deren Stellbewegung das maximal
mögliche Volumen des Dosierraumes 6 eingestellt
werden kann.
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In
der Schnittdarstellung nach 4 ist der Zufuhrkanal 7 eingetragen, über
den das Trennmittel in den Dosierraum 6 einzuführen
ist. Nach dem Einleiten des Trennmittels in den Dosierraum 6 wird
das Steuermittel in den Arbeitsraum 5 eingeführt,
woraufhin der Arbeitskolben verstellt und das Trennmittel durch
Verdrängung aus dem Dosierraum entfernt wird.
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In 5 ist
der Kugeldüsenkörper 18 im Schnitt dargestellt.
Der Außenmantel des Kugeldüsenkörpers
ist teilkugelförmig, so dass bei einer Aufnahme in einer
gehäuseseitigen Kugelpfanne eine Drehbewegung um zwei Achsen
möglich ist. Im Inneren des Kugeldüsenkörpers 18 befindet
sich ein mittlerer Kanal 19, durch den das herangeführte
Trennmittel geführt wird. Des Weiteren sind zwei äußere Kanäle 20 und 21 in
den Kugeldüsenkörper 18 eingebracht,
die gegenüber dem mittleren Kanal 19 einen Winkel
einschließen und über die jeweils ein Sprühmittel,
insbesondere Sprühluft herangeführt wird. Die Achsen
der drei Kanäle 19, 20 und 21 weisen
einen gemeinsamen Schnittpunkt auf, der in einem gemeinsamen Mischbereich 22 liegt,
in den die drei Kanäle 19, 20 und 21 münden
und in dem die Vermischung des Trennmittels mit dem Sprühmittel
durchgeführt wird. Aus dem Mischbereich 22 wird
das Gemisch anschließend ausgesprüht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0724486
B1 [0002, 0002]