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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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Aus der
DE 196 14 957 A1 ist eine Sprühdüse einer Sprüheinrichtung bekannt, die in einer Zufuhrleitung für die Zufuhr des Sprühmittels ein Membranventil mit einer Steuerungsmembran aufweist, wobei das Membranventil druckluftgesteuert ist. Über das Membranventil wird die Zufuhrleitung geöffnet und geschlossen.
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Aus der
DE 22 04 942 B ist eine Dosierpistole zum Aufbringen einer Polierpaste bekannt, bei der ein verstellbarer Kolben in einen Aufnahmeraum mit darin eingebrachter Polierpaste einragt, wobei der Arbeitsraum mit einem Düsenkörper zum Ausbringen der Polierpaste strömungsverbunden ist. Die Ausspritzöffnung im Düsenkörper ist von einer federkraftbeaufschlagten Nadel verschlossen, die bei einem entsprechend hohen Druck im Aufnahmeraum für die Polierpaste in Öffnungsstellung versetzt wird.
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Aus der
DE 10 2004 020 205 A1 ist eine Vorrichtung zum Versprühen von Sprühfluiden bekannt, bei der ein Fluidbehälter zum Aufnehmen des Sprühfluids von einem Kolben beaufschlagt wird, der über einen Servomotor betätigt wird. Der Kolben reduziert das Volumen des Fluidbehälters fortlaufend, was zum Ausspritzen des Sprühmittels führt.
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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 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.
