DE102019135148A1

DE102019135148A1 - Fluidtank

Info

Publication number: DE102019135148A1
Application number: DE102019135148.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Mangold; Manuel Fiesel; Jens Ulbrich; Hubert Hilger
Original assignee: J Wagner GmbH
Current assignee: J Wagner GmbH
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: JP2022514929A; EP3898000B1; WO2020127711A1; CN113438983A; US20220023895A1; KR20210107775A; EP3898000A1

Abstract

Elektrohydrodynamischer Zerstäuber sowie Verfahren zum Betrieb eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers, wobei der Zerstäuber eine Zerstäubereinheit und einen Fluidtank (1) umfasst, und die Zerstäubereinheit die für die elektrohydrodynamische Zerstäubung erforderlichen Baugruppen umfasst, wobei mindestens eine Baugruppe einen Hochspannungsgenerator umfasst, welcher die für die elektrohydrodynamische Zerstäubung erforderliche Hochspannung bereitstellt, und mindestens eine Baugruppe ein Pumpensystem umfasst, um das zu zerstäubende Fluid zu einer Zerstäuberdüseneinheit zu fördern, wobei die Zerstäubereinheit eine Baugruppe mit einer elektronischen Steuerung, insbesondere mit mindestens einer Prozessoreinheit, umfasst, und wobei der Fluidtank (1) einen Datenspeicher (10) umfasst, wobei zwischen dem Fluidtank (1) und mindestens einer Baugruppe der Zerstäubereinheit ein Mittel zum Datenaustausch ausgebildet ist.

Description

Aus der WO 2018 193 070 A1 ist ein Flüssigkeitstank für einen Zerstäuber bekannt, bei welchem über ein am Flüssigkeitstank angeordnetes RFID Modul eine elektronische Kodierung des Flüssigkeitstanks vorgesehen ist.
Nachteilig an derartigen Flüssigkeitstanks ist, dass die Kodierung keine Informationen über den Zustand des Flüssigkeitstanks oder seines Inhaltes enthält.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Flüssigkeitstank bzw. Fluidtank für einen elektrohydrodynamischen Zerstäuber weiter zu bilden, dass die Funktionalität eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrohydrodynamischen Zerstäuber nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen elektrohydrodynamischen Zerstäubers gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sowie zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft einen elektrohydrodynamischen Zerstäuber, wobei der Zerstäuber eine Zerstäubereinheit und einen Fluidtank umfasst. Die Zerstäubereinheit umfasst wiederum die für die elektrohydrodynamische Zerstäubung erforderlichen Baugruppen, wobei mindestens eine Baugruppe einen Hochspannungsgenerator umfasst, welcher die für die elektrohydrodynamische Zerstäubung erforderliche Hochspannung bereitstellt, und mindestens eine Baugruppe ein Pumpensystem umfasst, um das zu zerstäubende Fluid zu einer Zerstäuberdüseneinheit zu fördern. Wobei die Zerstäubereinheit weiterhin eine Baugruppe mit einer elektronischen Steuerung, insbesondere mit mindestens einer Prozessoreinheit, umfasst, und wobei der Fluidtank einen Datenspeicher umfasst. Der elektrohydrodynamischen Zerstäuber ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fluidtank und mindestens einer Baugruppe der Zerstäubereinheit ein Mittel zum Datenaustausch ausgebildet ist.
Durch die Bereitstellung der Möglichkeit zum Datenaustausch, also zur Übertragung von Daten in beide Richtungen, vom Fluidtank zur Zerstäubereinheit und von der Zerstäubereinheit zum Fluidtank, werden Interaktionen ermöglicht, welche einen optimierteren, an den Fluidtank angepassten Betrieb des elektrohydrodynamischen Zerstäubers ermöglichen.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht dabei vor, dass das Mittel zum Datenaustausch als Lese-/Schreibmittel ausgebildet ist.
Durch eine Lese-/Schreibverbindung ist es möglich, Daten aus dem Datenspeicher des Fluidtanks zu erhalten und in den Datenspeicher Daten einzuschreiben. Diese Daten können sodann Parameter umfassen, welche z.B. Aufschluss über die entnommene Menge aufgrund der Pumpenförderleistung, den Zeitpunkt der ersten Inbetriebnahme oder dergleichen enthalten. Dadurch können Steuerungs- oder Regelungsaufgaben ausgelöst werden.
Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Datenspeicher an dem Fluidtank von der elektronischen Steuerung der Zerstäubereinheit beschreibbar ist.
Konstruktiv ist eine zentrale elektronische Steuereinheit an der Zerstäubereinheit bevorzugt, um die einzelnen Parameter wie z.B. Hochspannung, Pumpenleistung und Informationen aus dem Fluidtank zu verwerten.
Zur Ausführung entsprechender Steuer- oder Regelaufgaben ist in einer bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass der Hochspannungsgenerator regelbar, insbesondere in seiner erzeigten Hochspannung regelbar ist.
Durch einen entsprechenden Hochspannungsgenerator kann die zur Verfügung gestellte Hochspannung für die elektrohydrodynamische Zerstäubung je nach eingesetztem Fluidtank, dessen Identifikation in dem Datenspeicher am Fluidtank vorgehalten wird, eingestellt und optimiert werden.
Zur Ausführung entsprechender Steuer- oder Regelaufgaben ist in einer alternativen oder ergänzenden bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass das Pumpensystem regelbar, insbesondere in seiner geförderten Fluidmenge pro Zeiteinheit regelbar ist.
Durch eine Regelung des Pumpensystems kann der hydraulische Fluidstrom für die elektrohydrodynamische Zerstäubung je nach eingesetztem Fluidtank, dessen Identifikation in dem Datenspeicher am Fluidtank vorgehalten wird, eingestellt und optimiert werden. Daraus können z.B. vorteilhafte Eigenschaften bei der Zerstäubung realisiert werden, indem hydraulische Effekte die elektrohydrodynamische Zerstäubung unterstützen, beispielsweise durch Ausbildung eines hydraulischen Freistrahls vor einer Zerstäuberdüse.
Überdies ist ein Verfahren zum Betrieb eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers vorgesehen, wobei ein Datenaustausch zwischen dem Fluidtank und mindestens einer Baugruppe der Zerstäubereinheit einen Schaltvorgang, Steuervorgang oder Regelvorgang bewirkt.
Durch den Datenaustausch kann z.B. eine Freigabe des Gerätes nur dann erfolgen, wenn ein zugelassener Fluidtank angeschlossen ist, um Fehlfunktionen bei der elektrohydrodynamischen Zerstäubung, insbesondere aufgrund der Hochspannung zu vermeiden.
Bevorzugt erfolgt dabei der Datenaustausch zwischen dem Fluidtank und der Baugruppe mit einer elektronischen Steuerung, um eine möglichst effiziente zentrale Steuerungsarchitektur vorzusehen.
Besonders Vorteilhaft ist dabei, dass der Datenaustausch einen Identifikationsschritt, insbesondere zur Abstimmung eines funktionellen Systems zwischen Fluidtank und Zerstäubereinheit umfasst.
Durch die Ausführung eines Identifikationsschritts können aus dem Datenspeicher der Fluidtanks Information über das enthaltene Fluid, z.B. dessen Alter, dessen Betriebszeit seit der ersten Benutzung und der restlichen Füllmenge erhalten werden. Daraus lassen sich Steuer- oder Regelaufgaben für die Baugruppen der Zerstäubereinheit ableiten, mit welchen der elektrohydrodynamische Zerstäuber betrieben werden soll.
Eine diesbezügliche Ausführungsform sieht vor, dass in Abhängigkeit der Daten aus dem Datenspeicher des Fluidtanks eine Anpassung der von dem Hochspannungsgenerator erzeugten Hochspannung erfolgt, insbesondere durch die elektronische Steuerung erfolgt.
Auf diese Weise können die Hochspannungsparameter flexibel an das Fluid für eine prozesssichere elektrohydrodynamische Zerstäubung angepasst werden.
Wie oben bereits beschrieben kann darüber hinaus bevorzugt vorgesehen werden, dass in Abhängigkeit der Daten aus dem Datenspeicher des Fluidtanks eine Anpassung des von dem Pumpensystem erzeugten Fluidstroms erfolgt, insbesondere durch die elektronische Steuerung erfolgt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass über die elektronische Steuerung nutzerspezifische Daten und nutzungsspezifische Daten in den Datenspeicher des Fluidtanks geschrieben werden, wobei die Daten insbesondere einen Zeitstempel, eine Betriebszeit, ein Entnahmevolumen oder eine Nutzeridentifikation umfassen.
Die Beschreibung des Datenspeichers erlaubt eine persönliche Identifizierung des einsetzenden Nutzers auf dem Datenspeicher des Fluidtanks zu vermerken. Darüber hinaus können aus dem von der Pumpeneinheit geförderten Volumen gewonnene Daten über eine verbleibende Restmenge an Fluid in dem Fluidtank in den Datenspeicher geschrieben werden.
Des Weiteren umfasst die Erfindung einen Fluidtank, wobei der Fluidtank einen Datenspeicher umfasst, um einen Datenaustausch mit dem elektrohydrodynamischen Zerstäuber zu ermöglichen mit einem elastisch deformierbaren Ventilsystem. Dabei zeigen exemplarisch

1 Eine explodierte Schnittdarstellung eines Fluidtanks;
2 eine Darstellung des Fluidtanks im Schnitt in zusammengesetzter Ausführung;
3a eine Draufsicht auf einen elastischen Ventilkörper;
3b eine Unteransicht eines elastischen Ventilkörpers;
4 den Anschlussbereich des Fluidtanks an einer Zerstäubereinheit eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers;
5 einen Zerstäuber mit einer Zerstäubereinheit und einem Fluidtank.

1 zeigt im Einzelnen einen Fluidtank 1 für einen elektrohydrodynamischen Zerstäuber. Der Fluidtank 1 umfasst ein zumindest teilweise elastisch deformierbares Ventilsystem 2, wobei das Ventilsystem 2 einen elastischen Ventilkörper 3 mit einem konischen Dichtabschnitt 4 und mehreren Fluidkanälen 5 (in 3 dargestellt) umfasst.
Der Fluidtank 1 umfasst weiterhin einen passiven Folgekolben 6, welcher von unten her in das Tankvolumen 7 in Richtung 8 bewegbar ist. Der Folgekolben 6 wird bei der Entnahme von Fluid, beispielsweise durch eine Peristaltikpumpe, in das Tankvolumen 7 eingezogen und ermöglicht dadurch den Verzicht auf eine Belüftung des Tankvolumens 7.
Der Tank bildet an seiner Unterseite mit einem Deckel 9 und der Wandung 18 ein Gehäuse für den Fluidtank 1 aus.
Bevorzugt kann der Fluidtank 1 einen Datenspeicher 10 und Mittel zur drahtgebundenen 11 und/oder drahtlosen Kontaktierung des Datenspeichers 10 umfassen. Dies ist exemplarisch nur in 1 dargestellt. Die Anordnung des Datenspeichers 10 ist dabei beliebig wählbar, insbesondere dadurch beeinflusst, welcher Bauraum für den Datenspeicher 10 zur Verfügung steht.
Besonders bevorzugt kann der Datenspeicher 10 auch weitere Elektronikkomponenten, wie beispielsweise Sensoren 12 umfassen, um die Temperatur oder andere Sensordaten aufzunehmen und zu speichern.
Das Tankvolumen weist an seiner Oberseite eine Öffnung 20 auf, welche von einem Ventilsitz 21 umgeben ist. In den Ventilsitz 21 wird der elastische Ventilkörper 3 eingesetzt und oberseitig wiederum mit einer Verschlusskappe 22 abgedeckt. Die Verschlusskappe weißt in ihrem Zentrum eine Öffnung 23 auf, in welche der konische Dichtabschnitt 4 eintaucht. Die Öffnung 23 umfasst an ihrer Innenwandung 24 einen ebenfalls konischen Verlauf, so dass dieser Verlauf dieser Innenwandung 24 gemeinsam mit dem konischen Dichtabschnitt 4 eine Kegel-Kegelsitz-Dichtung ausbildet.
In 2 ist ein zusammengefügter Zustand der Komponenten nach 1 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das bezeichnete Ventilsystem 2 wird zur Öffnung durch eine Kraft 30 betätigt, welche von oben her auf den elastischen Ventilkörper wirkt.
Wie in 3a und 3b dargestellt, umfasst der elastische Ventilkörper 3 eine Federscheibe 31 und einen auf der Federscheibe angeordneten Ventilkegel 32, wobei der Ventilkegel 32 die Fluidkanäle 5 umfasst und die Fluidkanäle 5 im Randbereich des Ventilkegels 32 die Federscheibe 31 durchdringen und auf deren Unterseite Öffnungen 33 ausbilden.
Am oberen Rand des Ventilkegels 32 ist der konische Dichtabschnitt 4 ausgebildet, wie in 3a dargestellt.
Erfolgt nun die Einwirkung der in 2 dargestellten Kraft 30 auf die obere Fläche 34 des elastischen Ventilkörpers 3, insbesondere des Ventilkegels 32, so wird der Ventilkegel in Richtung des Innenraums 35 des Fluidtanks 1 bewegt, wodurch die Federscheibe 31 eine Deformation erfährt. Auf diese Weise wird eine Passage vom Innenraum 35 des Fluidtanks 1 durch die Fluidkanäle 5, zwischen der Außenfläche 36 des Ventilkegels 32 und der Innenwandung 24 für das Fluid freigegeben.
Bei Wegfall der Kraft 30 wird die Elastizität der Federscheibe 31 dazu führen, dass der Ventilkegel 32 wieder nach oben bewegt wird, und der Dichtabschnitt 4 mit der Innenwandung 24 eine Dichtung ausbildet. Das Ventil stellt somit nur unter Zwangsöffnung eine Entnahmemöglichkeit für Fluid bereit und ist im Ruhezustand geschlossen.
4 zeigt den Anschlussbereich 50 an einer Zerstäubereinheit ZE (nicht vollständig dargestellt) eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers Z für einen Fluidtank 1. Der Fluidtank (nicht dargestellt) wird dabei von unter her kommend eingeschoben, und bevorzugt durch ein Bajonettsystem nach leichter Drehung gehalten. Das Einschieben in Richtung 51 bewirkt durch die zentrische Anordnung eines Stempels 52, dass der Stempel 52 gegen die obere Fläche 34 des Ventilkegels 32 drückt, und das Ventil wie oben beschrieben geöffnet wird.
Der Anschlussbereich 50 umfasst dabei des Weiteren einen Filterabschnitt 53, bevorzugt aus einem Edelstahlgewebe, welcher einen Ringbereich 54 überdeckt, durch welchen das Fluid aus dem Fluidtank 1 in die Zerstäubereinheit ZE eintritt.
Neben dem Filterabschnitt 53, radial außenliegend, ist ein Dichtelement 55 angeordnet, welches mit der oberen Fläche der Verschlusskappe den bei geöffnetem Ventilsystem 2 freigegebenen Strömungsbereich des Fluids gegen die Umgebung abdichtet.
Oberhalb des Strömungsbereichs, insbesondere im Anschluss an die Fluidwege 56 ist ein Schlauchanschluss 57 vorgesehen, an welchen der/die Schlauchkanäle zur Anbindung an das Pumpensystem P für die Zerstäubereinheit ZE angeschlossen werden.
Der Stempel 52 ist vorliegend bevorzugt an dem Schlauchanschluss 57 aufgehängt und verspannt diesen somit über den Filter 53 und die Dichtung 55 gegen den Dachbereich 58 des Anschlussbereichs 50.
5 zeigt schematisch einen elektrohydrodynamischen Zerstäuber Z, wobei der Zerstäuber eine Zerstäubereinheit ZE und einen Fluidtank 1 umfasst. Die innerhalb der Zerstäubereinheit ZE angeordneten, die für die elektrohydrodynamische Zerstäubung erforderlichen Baugruppen sind vorliegend durch schematische Symbole dargestellt.
Dabei ist eine Baugruppe ein Hochspannungsgenerator HV, welcher die für die elektrohydrodynamische Zerstäubung erforderliche Hochspannung bereitstellt. Eine weitere Baugruppe betrifft ein Pumpensystem P, um das zu zerstäubende Fluid zu einer Zerstäuberdüseneinheit D mit Zerstäuberdüsen D1, D2, D3 zu fördern. Des weiteren umfasst die Zerstäubereinheit ZE eine Baugruppe mit einer elektronischen Steuerung S, insbesondere mit mindestens einer Prozessoreinheit.
An dem Fluidtank 1 ist ein Datenspeicher 10 umfasst, welcher vorliegend ebenfalls schematisch angedeutet ist. Der Fluidtank 1 ist dabei über den Anschlussbereich 50 an der Zerstäubereinheit ZE angeschlossen, wie oben beschrieben ist.
Bezugszeichenliste

1: Fluidtank
2: deformierbares Ventilsystem
3: elastischer Ventilkörper
4: konischer Dichtabschnitt
5: Fluidkanal
6: passiver Folgekolben
7: Tankvolumen
8: Richtung
9: Deckel
18: Wandung
10: Datenspeicher
11: drahtgebundene Kontaktierung
12: Sensor
20: Öffnung
21: Ventilsitz
22: Verschlusskappe
23: Öffnung von 22
24: Innenwandung von 23
30: Kraft
31: Federscheibe
32: Ventilkegel
33: Öffnung
34: obere Fläche des elastischen Ventilkörpers 3
35: Innenraums des Fluidtanks 1
36: Außenfläche des Ventilkegels 32
50: Anschlussbereich 50
51: Richtung
52: Stempel
53: Filter / Filterabschnitt
54: Ringbereich
55: Dichtelement
56: Fluidwege
57: Schlauchanschluss
58: Dachbereich des Anschlussbereichs 50
Z: Zerstäuber
ZE: Zerstäubereinheit
HV: Hochspannungsgenerator
P: Pumpensystem
D: Zerstäuberdüseneinheit
D1, D2, D3: Zerstäuberdüsen
S: Steuerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018193070 A1 [0001]

Claims

Elektrohydrodynamischer Zerstäuber (Z), wobei der Zerstäuber eine Zerstäubereinheit (ZE) und einen Fluidtank (1) umfasst, und die Zerstäubereinheit die für die elektrohydrodynamische Zerstäubung erforderlichen Baugruppen umfasst, wobei mindestens eine Baugruppe einen Hochspannungsgenerator (HV) umfasst, welcher die für die elektrohydrodynamische Zerstäubung erforderliche Hochspannung bereitstellt, und mindestens eine Baugruppe ein Pumpensystem (P) umfasst, um das zu zerstäubende Fluid zu einer Zerstäuberdüseneinheit (D) zu fördern, wobei die Zerstäubereinheit eine Baugruppe mit einer elektronischen Steuerung (S), insbesondere mit mindestens einer Prozessoreinheit, umfasst, und wobei der Fluidtank (1) einen Datenspeicher (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fluidtank (1) und mindestens einer Baugruppe der Zerstäubereinheit ein Mittel zum Datenaustausch ausgebildet ist.
Elektrohydrodynamischer Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Datenaustausch als Lese-/Schreibmittel ausgebildet ist.
Elektrohydrodynamischer Zerstäuber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (10) an dem Fluidtank (1) von der elektronischen Steuerung der Zerstäubereinheit beschreibbar ist.
Elektrohydrodynamischer Zerstäuber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsgenerator regelbar, insbesondere in seiner erzeigten Hochspannung regelbar ist.
Elektrohydrodynamischer Zerstäuber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpensystem regelbar, insbesondere in seiner geförderten Fluidmenge pro Zeiteinheit regelbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Datenaustausch zwischen dem Fluidtank (1) und mindestens einer Baugruppe der Zerstäubereinheit einen Schaltvorgang, Steuervorgang oder Regelvorgang bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenaustausch zwischen dem Fluidtank (1) und der Baugruppe mit einer elektronischen Steuerung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenaustausch einen Identifikationsschritt, insbesondere zur Abstimmung eines funktionellen Systems zwischen Fluidtank (1) und Zerstäubereinheit umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Daten aus dem Datenspeicher (10) des Fluidtanks (1) eine Anpassung der von dem Hochspannungsgenerator erzeugten Hochspannung erfolgt, insbesondere durch die elektronische Steuerung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Daten aus dem Datenspeicher (10) des Fluidtanks (1) eine Anpassung des von dem Pumpensystem erzeugten Fluidstroms erfolgt, insbesondere durch die elektronische Steuerung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die elektronische Steuerung nutzerspezifische Daten und nutzungsspezifische Daten in den Datenspeicher des Fluidtanks (1) geschrieben werden, wobei die Daten insbesondere einen Zeitstempel, eine Betriebszeit, ein Entnahmevolumen oder eine Nutzeridentifikation umfassen.
Fluidtank für einen elektrohydrodynamischen Zerstäuber, wobei der Fluidtank (1) einen Datenspeicher (10) umfasst, um einen Datenaustausch mit dem elektrohydrodynamischen Zerstäuber zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidtank (1) ein zumindest teilweise elastisch deformierbares Ventilsystem (2) umfasst, wobei das Ventilsystem (2) einen elastischen Ventilkörper (3) mit einem konischen Dichtabschnitt (4) und mehreren Fluidkanälen (5) umfasst.
Fluidtank nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidtank (1) einen passiven Folgekolben (6) umfasst.
Fluidtank nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Ventilkörper (3) eine Federscheibe (31) und einen auf der Federscheibe (31) angeordneten Ventilkegel (32) umfasst, wobei der Ventilkegel (32) die Fluidkanäle (5) umfasst und die Fluidkanäle (5) im Randbereich des Ventilkegels (32) die Federscheibe (31) durchdringen.
Fluidtank nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidtank (1) des Weiteren Mittel zur drahtgebundenen (11) und/oder drahtlosen Kontaktierung des Datenspeichers (10) umfasst.