DE10308099A1

DE10308099A1 - Vorrichtung zur stufenlosen und präzisen Regulierung des Flüssigkeitsdurchsatzes von Sprühdüsen für Automatikbetrieb

Info

Publication number: DE10308099A1
Application number: DE10308099A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hiessl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

Bei bekannten Sprühdüsen wird die Regulierung des Flüssigkeitsdurchsatzes über gerasterte oder stufenlos verstellbare Anschlagspindeln, horizontale Kurvenkolben, Nocken ausgebildet mit An- und Abstieg, Doppelhubkolbenvorrichtungen, Horizontalschneckenanschläge oder schlichte Leitungsquerschnittsdrosselung in der Flüssigkeitszuführung erledigt. DOLLAR A Nachteile aller Vorrichtungen sind entweder fehlende Genauigkeit bzw. hinsichtlich des reproduzierbaren Flüssigkeitsaustrages aus der Düse die Unflexibilität der Handhabung in der Praxis und als Einzelaggregate in einer Anlagenverkettung sind die Sprühdüsen nicht unabhängig steuerungstechnisch regelbar. DOLLAR A Die neue Vorrichtung soll als Einzel- und Automatikmodul, auch in Verkettung, manuell ohne oder mit Signalistwertausgang, auch vollautomatisch in hoher Präzision regelbar sein. Die Mengenregelung erfolgt über als Kurvenschnecke ausgebildete um ca. 300 DEG reversierbar rotierende Scheibe (1), die nach Ausführung der Bauart manuell - mit oder ohne Signalausgang, Automatik - motorisch angetrieben über Istwertabfrage als Präzisionsanschlag für den Schließkolben (25) dient. Dieser entscheidet mit seiner konischen Nadel (19) nach Stellung in der Innendüse (22) gegen Federdruck (18) bei Luftdruckbeaufschlagung an (13) den Flüssigkeitsdurchsatz.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. In der industriellen Fertigung werden zum gezielten Ausbringen von Flüssigkeiten auf diverse Körper, Flächen bzw. Objekte vorzugsweise Sprühdüsen angewendet.
Speziell bei der Beschichtung von Blechen in der Umformtechnik ist die Aufgaben – stellung, die aufgebrachte Schichtstärke des, auf das sich unter bzw. über den Sprühdüsen, vorbeibewegenden Bleches bzw. Objektes auf die Durchlaufrichtung bezogen möglichst gleichmäßig zu halten.
Die Geschwindigkeitsparameter der vorbeibewegten, zu benetzenden Objekte bei derartigen Arbeitsprozessen sind häufig ungleichmäßig und mit Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen praktiziert.
Bei bekannten Sprühdüsen kann der Flüssigkeitsdurchsatzes über gerasterte oder stufenlos verstellbare Anschlagspindeln beispielsweise aus DE 39 29 992 A1 , verändert werden. Hier ist jedoch die Mengeneinstellung auch bei veränderter Objektgeschwindigkeit konstant.
Somit ist eine exakte Schichtstärke über die durchlaufende Fläche gemessen nur bei gleichbleibender Objektgeschwindigkeit gegeben.
Auch sind Vorrichtungen an Sprühdüsen bekannt DE 94 08 445 U1 , die über pneumatisch betätigte Hubkolben mit zwei Stellungen, welche als Anschlag für Mengenregelung der Sprühdüse dienen. Damit kann zwar während der Zeit des sich an der Sprühdüse vorbeibewegenden Objektes eine Mengenänderung in zwei Stufen, jedoch nicht stufenlos, vorgenommen werden.
In der Praxis finden auch Vorrichtungen, die als Horizontalschneckenanschläge oder schlichte Leitungsquerschnittsdrosseln in der Flüssigkeitszuführung eingesetzt werden. Hierbei werden die Parameter der Hubbegrenzung bzw. Drücke manuell verändert und sind nicht an die sich ständig variierenden Bedingungen der zu benetzenden Objekte anzupassen.
Auch sind Vorrichtungen bekannt, die ausgebildet als horizontale Kurvenschieberkolben, erlauben, eine manuelle Mengenverstellung der aus der Sprühdüse während des Sprühvorganges austretenden Flüssigkeit durch Ihre horizontale Ausbildung auch eingebaut in Gehäuse erlauben, hier jedoch eine aktuelle Mengeneinstellung nicht reproduzierbar ist. Weiterhin sind Vorrichtungen DE 201 21 369 U1 bekannt, die zwar die Mengenänderung über verstellbare Nocken gelöst werden. Diese Vorrichtungen haben jedoch zum einen den Nachteil, bei der Notwendigkeit, quer zur Objektbewegung angeordneten Mehrzahl von Sprühdüsen wegen der Ausbildung als sogenannte Nockenwelle nicht flexibel genug in der Mengenänderung auf die einzelne Düse zu sein, also als Einzelaggregate in einer Anlagenverkettung sind die Sprühdüsen nicht unabhängig voneinander steuerungstechnisch regelbar.
Gerade in der Praxis besteht häufig die Anforderung, in bestimmten Zonen des Objektes quer zur Durchlaufrichtung betrachtet, unterschiedliche Schichtstärken und gleichzeitig veränderbare Schichtstärken in Durchlaufrichtung zu erreichen.
Auch sind derartige Nocken im Umfang so ausgebildet, dass sowohl ansteigende Parameter (Hubfreigabe) als auch abfallende Parameter (Hubbegrenzung) auf den Umfang von 90° – 210° verteilt sind, was zur Folge hat, das die Abwicklung der Nocke einen relativ steilen sowohl ansteigenden als auch abfallenden Charakter hat. Dies ist für eine erforderliche Hubbegrenzung im μm-Bereich eher nachteilig oder lässt sich nur mit Nocken relativ großen Durchmessers bezogen auf die Sprühdüsen zu erreichen, was aber oft bei den beengten Platzverhältnissen bei derartigen Beschichtungsverfahren nicht möglich ist.
Auch muss bei derartigen Vorrichtungen die Ausbildung der Nocke auf die jeweiligen Parameter der Objekte angepasst werden.
Nachteile aller Vorrichtungen sind entweder fehlende Genauigkeit bzw. hinsichtlich des reproduzierbaren Flüssigkeitsaustrages aus der Düse und die fehlende Flexibilität der Handhabung in der Praxis.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Flüssigkeit der darauf montierten Sprühdüse unabhängig von weiteren Düsen stufenlos den sich ändernden Parametern reguliert werden kann dies sowohl manuell als auch automatisch und eine Bestückung der Vorrichtung den Erfordernissen der Praxis gerecht wird.
Dies wird die dem Anspruch 1 gattungsgemäß entsprechenden Vorrichtung ausgerüstet als automatische Ausführung mit Sensor, Antriebselement und Auswerteelektronik gelöst. Die Vorrichtung weist in zwingend fester Verbindung mit einer aufgesetzten Sprühdüse eine kompakte und kleinstbauende Einheit aus, mit der individuell die ausgebrachte Flüssigkeitsmenge stufenlos beliebig über Sollwertparameter verstellbar ist und sich damit an die Schichtstärkenvorgaben des zu benetzenden Objektes in Stärke und Gleichmäßigkeit anpasst und die in besonderer Weise in modularer Kleinbauweise gefertigt ist und den Ansprüchen der geringen Einbauverhältnisse bei derartigen Aufgabenstellungen gerecht wird.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Vorrichtung sind Teil von Unteransprüchen.
Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben, in der
1 eine schaubildliche Darstellung erfindungsgemäßen Ausführung der Vorrichtung in mindestens einer Verbindung mit einer aufgeschraubten Sprühdüse, den Steuerungselementen und des zu beschichtenden Objektes.
2 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung mit montierter Sprühdüse gemäß 1. mit Stellung der Kurvenschnecke in Max.- Menge
3 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung mit montierter Sprühdüse gemäß 1. mit Stellung der Kurvenschnecke in Null- Menge
In den Figuren ist eine erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung dargestellt. Bei Verwendung der in der 2 und 3 im Schnitt dargestellten, beispielhaften Sprühdüse findet eine Außendüse (23), eine Innendüse (21), eine konische Nadel (19) fest verbunden mit dem Hubkolben (25) und montierter Feder (18), gegengehalten von der Führungsscheibe (14), komplett eingebaut in den Düsenkörper (2) der Sprühdüse Verwendung.
Die Flüssigkeit steht am Öleingang (20) unter Überdruck an und kann zunächst nur bis in den Raum (27) zwischen Innendüse (21) und konischer Nadelspitze (24) vordringen. Nach Druckbeaufschlagung von Hubkolben (25) über den Steuerlufteingang (13) wird dieser axial gegen die Feder (18) gepresst und bewegt sich mit seiner Anschlagfläche (17) in Richtung Kurvenscheibe (1), auf die er je nach deren Stellung auftrifft.
Die Kurvenscheibe (1) begrenzt damit den Weg des Hubkolbens (25) und definiert so auch den entstehenden Ringspalt (26) zwischen Innendüse (21) und Nadelspitze (24).
Die wirksame Austrittsfläche ist jetzt für die permanent unter Druck anstehende Flüssigkeit am Öleingang (20) definiert und es wird eine stetige Menge Flüssigkeit aus der Innendüse (22) austreten, die sich unter Beistellung von Sprühluft über den Eingang (28) zu einem aus feinen Tröpfchen bestehenden Sprühstrahl (3) ausgebildet.
Der Sprühstrahl (3) kann auf ein mindestens vorbeilaufendes geometrisches Objekt (4) auftreffen und dieses benetzen.
Durch Drehen der Kurvenscheibe (1), die gleichmäßig in einer bestimmten Steigung als Schnecke ausgebildet ist, bis maximal zu Ihrem höchsten Punkt (29) bzw. im Reversierbetrieb maximal ihrem niedrigsten Punkt (30) jeweils von der Achse (16) aus gemessen kann damit die direkte Abhängigkeit der Stellung des Kolbens (25) mit dessen fest verbundener Nadel (19) justiert werden, und damit wiederum die wirksame Austrittsfläche für die Flüssigkeit von geschlossen bis maximal geöffnet verstellt werden.
Somit wird wiederum die durch den Ringspalt (26) austretende Ölmenge definiert.
Bei Abschaltung der Steuerluft am Eingang (13) wird der Hubkolben (25) mit der damit fest verbundenen Nadel (19) durch die stetig anliegende Federkraft der Feder (18) in Richtung Innendüse (21) gepresst, wobei die Nadelspitze (24) in Ihrer Endstellung den Ringspalt (26) komplett verschließt. Somit ist der Austritt von immer noch unter permanentem Druck stehender Flüssigkeit am Öleingang (20) gestoppt.
Jede weitere Druckbeaufschlagung und nachfolgende Druckabschaltung am Steuerlufteingang (13) wiederholt den Zyklus von Öffnen bis Schließen des Ringspaltes (26) und damit konsequenterweise den Benetzungszyklus des Objektes (4).
Das Drehen der nahezu spielfrei gelagerten Kurvenscheibe (1) erfolgt im Automatikbetrieb durch wenigstens einen in axialer Richtung greifenden, fest mit der Kurvenscheibe (1) auf der einen Seite verbundenen, reversierbaren Kleinstmotor (11) und der direkten Abfrage der Stellung der Kurvenscheibe (1) über wenigstens einen in axialer Richtung greifenden, fest mit der Kurvenscheibe (1) auf der anderen Seite verbundenen Präzisionssensor (12), eingebaut in das Mengenreglergehäuse (15).
Sowohl Präzisionssensor (12) als auch der reversierbare Kleinstmotor (11) sind mindestens mit der Steuer- und Auswerteelektronik (10) über einen Schnellsteckkontakt gekoppelt.
Die mindestens vorhandene Sollwertelektronik (7) ist steuerungstechnisch sowohl mit der Steuer- und Auswerteelektronik (10) als auch mit der mindestens vorhandenen Maschinensteuerung (6) vernetzt.
Die Maschinensteuerung (6) wertet mindestens Parameter der erforderlichen Sollwertvorgabe (5) in Abhängigkeit der Objektgeschwindigkeit (4) aus und gibt diese Auswertung direkt in Abhängigkeit der erforderlichen Fertigungsvorgabe als praxisgerechtes Parameter in Form eines Normsignales an die Sollwertelektronik (7) weiter.
Permanent wird die am Eingang der Steuer- und Auswerteelektronik (10) anliegende Sollwertvorgabe überprüft und erregt bei Bedarf solange in logischer Schaltung den reversierbaren Kleinstmotor (11), bis der dadurch zwangsläufig mechanisch gekoppelte Präzisionssensor (12) der Steuer- und Auswerteelektronik (10) den erreichten Istwert meldet und die Erregung des reversierbaren Kleinstmotors (11) unter Unterdrückung der Nachlaufeigenschaft wegen der vorhandene Schwungmasse unmittelbar stoppt.
Für die, unabhängig von der Sollwertvorgabe der Maschinensteuerung (6), Vorgabe des Sollwertes über ein externes Potentiometer dient an der Sollwertelektronik (7) der Eingang (8). Für eine erforderliche Beeinflussung der Stellung der Kurvenscheibe (1) für z.B. mehr Sprühmenge im Verhältnis zu mindestens mehreren Düsen mit einer gemeinsamen Sollwertvorgabe, die in der 1 zwar nicht dargestellt, aber in beliebig erforderlicher Anzahl ausführbar sind, dient der Eingang (9), auch hier kann über ein externes Potentiometer die Stellung der Kurvenscheibe (1) beeinflusst werden.
Mehrere Düsen werden in einem gleichmäßigen Abstand zueinander und in der erforderlichen Anzahl in Abhängigkeit der Breite quer zur Bewegungsrichtung des zu benetzenden Objektes (4) in der Praxis angeordnet.
Auch kann die Stellung des Präzisionssensors (12) derart in der Justage beeinflusst werden, das der Nullpunkt in Abhängigkeit zur Kurvenscheibe (1) beliebig verschiebbar ist, was zur Folge hat, das bei Verwendung von mindestens mehr als einer Sprühdüse die Parameter in Abhängigkeit zur Gesamtsollwertvorgabe der Sollwertelektronik (7) individuell an die Praxisanforderungen wie in Bewegungsrichtung des zu benetzenden Objektes (4) streifenweise mehr oder weniger Flüssigkeitsmenge aufzubringen.
Konsequenterweise ist das Drehmoment des Kleinstmotors (11) technisch so ausgelegt, das ein Verstellen der Kurvenscheibe (1) gerade während der Druckbeaufschlagung des Hubkolbens (25) möglich ist. Damit kann der Reibungswiderstand zwischen Anschlagfläche (17) und Kurvenscheibe (1), problemlos überwunden werden.
Bei der technischen Auslegung der Verstellgeschwindigkeit der Kurvenscheibe (1) ist eine praxisorientierte Forderung im Millisekundenbereich verwirklicht.

Claims

Vorrichtung zur stufenlosen und präzisen Regulierung des Flüssigkeitsdurchsatzes von Sprühdüsen für Automatikbetrieb, insbesondere zur Erzielung einer gleichmäßigen Schichtdicke auf sich in deren Bewegungsrichtung gesehen, mindestens an einer Sprühdüse, vorbeibewegende Objekte bei der Benetzung mit Flüssigkeit, wobei die Objekte gleich- oder ungleichmäßigen Geschwindigkeitsbewegungsparameter aufzeigen können, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse aus mindestens einer Außendüse (23), die auf eine Innendüse (21) aufgesteckt ist, einer konischen Nadel (19) die fest verbunden mit einem Hubkolben (25) ist, einer Feder (18) und der Führungsscheibe (14), eingebaut in den Düsenkörper (2) besteht, dass eine Kurvenscheibe (1) auf der einen Seite fest verbunden mit einem Präzisionssensor (12), auf der anderen Seite fest verbunden mit einem Kleinstmotor (11), jeweils nahezu spielfrei gelagert, eingebaut in das Mengenreglergehäuse (15) ist, dass der komplett montierte Düsenkörper (2) mit dem komplett montierten Mengenreglergehäuse (15) fest verschraubt ist und durch die Führungsscheibe (14) in der axialen Flucht zueinander arretiert ist, dass die Kurvenscheibe (1) als gleichmäßig in einer bestimmten Steigung als Schnecke ausgebildet ist, dass die Kurvenscheibe (1) angetrieben durch den Kleinstmotor (11), nahezu spielfrei gelagert, um ca. 300° reversierbar drehbar ist und der Präzisionssensor (12) bei jeder auch kleinsten Drehbewegung der Kurvenscheibe (1) stufenlos eine Signaländerung an die Steuer- und Auswerteelektronik (10) liefert, die dadurch abhängig den Kleinstmotor (11) regelt, dass die konische Nadel (19) mit dem fest verbundenen Hubkolben (25) über Druckluftbeaufschlagung am Steuerlufteingang (13) sich gegen den Federdruck der Feder (18) in Richtung Kurvenscheibe (1) solange bewegt, bis die Anschlagfläche (17) auf der Kurvenscheibe (1) je nach deren Stellung auftrifft, dass die konische Nadel (19) mit Ihrem konischen Teil (24) in die, in Ihrer Bohrung konisch ausgebildeten Innendüse (22) ragt und diese im drucklosen Zustand des Anschlusses für Steuerluft (13) verschließt, dass die unter Druck am Öleingang (20) anstehende Flüssigkeit bei Druckbeaufschlagung des Steuerlufteinganges (13) bedingt durch den, je nach Stellung der Kurvenscheibe (1) entstehenden Ringspalt (26) zwischen Innendüse (21) und konischer Nadel (19) aus der Innendüse (22) austritt und durch Beigabe von Sprühluft (21) und Breitstrahlluft (28) als Sprühstrahl (3) ausgebildet wird, dass der elypsenförmige Sprühstrahl (3) in seiner Breite stufenlos unter Justierung der Zugabe von Breitstrahlluft (28) ausgebildet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Kurvenscheibe (1) als auch die Anschlagfläche (17) nahezu verschleißfrei ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Kleinstmotor (11) fest mit der Steuer- und Auswerteelektronik (10) gekoppelt ist und die Steuer- und Auswerteelektronik (10) für die Kommunikation zwischen Kleinstmotor (11) und Sensor (12) sowie der Sollwertelektronik (7) und der Maschinensteuerung (6) zuständig und zwingend erforderlich ist und die Vorrichtung , die Steuer- und Auswerteelektronik (10), die Sollwertelektronik (7) und die Maschinensteuerung (6) elektrisch untereinander kommunizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, dass der Kleinstmotor (11) durch die fest mit ihm gekoppelte Steuer- und Auswerteelektronik (10) eine selbsthemmende Charaktere im Stillstand annimmt und diese, durch die fest Verbindung mit der Kurvenscheibe (1) auf diese überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Getriebes ohne Motor die Vorrichtung auch als manuelle, von Hand justierbare Mengenregelung anwendbar ist, die Vorrichtung dann aus komplett nach Anspruch 1 montierter Düse und Mengenreglergehäuse (15) mit mindestens montierter Kurvenscheibe (1) und eines Getriebes ohne Motor besteht und dass die Justierung des Getriebes über Rasterschrauben erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Getriebes ohne Motor jederzeit auch ein Sensor (12) bei Verwendung von wenigstens einer Düse / Vorrichtung integrierbar ist und somit der Istwert pro Düse individuell angezeigt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) innerhalb des Mengenreglergehäuses (15) so justiert werden kann, dass eine Verschiebung des Nullpunktes der Kurvenscheibe (1) – in Stellung zu der Anschlagfläche (17) von Hubkolben (25) – in Verbindung mit Sensor (12), Kleinstmotor (11), und der Steuer- und Auswerteelektronik (10) – unter Berücksichtigung der Sollwertvorgabe von der Sollwertelektronik (7) – beeinflusst durch die Maschinensteuerung (6) – stufenlos möglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1-4 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteelektronik (10) den Regelkreis durch Überlagerung eines stufenlos einstellbaren Sollwertsignals (9) derart beeinflussen kann, dass nur bei der an dieser, mit der entsprechenden Steuer- und Auswerteelektronik (10) verbundenen Düse unabhängig von der Sollwertvorgabe von der Sollwertelektronik (8) eine Einzelregelung der Mengenjustage möglich ist und dies beim Einsatz von mindestens mehreren Düsen jeweils an der für jede Düse erforderliche Steuer- und Auswerteelektronik (10) pro Düse unabhängig von der Sollwertvorgabe von der Sollwertelektronik (8) und unabhängig von den Justagen der Düsen untereinander geregelt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1-4 und 7-8 dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertvorgabe der Sollwertelektronik (7) auch manuell über ein Potentiometer unabhängig von der Maschinensteuerung (6) möglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerung (6) ein Gesamtnormsignal in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit des zu benetzenden Objektes (4) und gleichzeitig auf das jeweilige Fertigungsverfahren parametriert, an die Sollwertelektronik (7) zur parallelen Verstellung von mindestens einer Düse liefert oder dass die Maschinensteuerung (6) für jede anzusteuernde, bei mindestens mehreren Düsen, ein individuelles Einzelnormsignal direkt auf die Steuer- und Auswerteelektronik (10) setzt.
Vorrichtung nach vorgehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass alle Elemente in kompakter kleinst- und modularer Bauweise ausgelegt sind.