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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzdüse zur Zerstäubung
einer unter Druck stehenden Flüssigkeit gemäß dem
Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Spritzdüsen
und die damit bestückten Spritzvorrichtungen haben die
Aufgabe, das Spritzgut in feine Tröpfchen zu zerstäuben
und es auf das zu beschichtende Objekt zu richten. Als Spritzgut
dienen zum Teil viskose Flüssigkeiten wie Farben und Lacke,
wobei das Spritzgut möglichst gleichmäßig
auf die zu behandelnde Oberfläche aufzutragen ist. Um eine
solche feine Zerstäubung des Spritzgutes zu erreichen,
sind verschiedene Lösungen bekannt. Bei einigen Spritzvorrichtungen
werden vor den Spritzdüsen sogenannte Vorzerstäuberdüsen
angeordnet, um eine Verwirbelung in der Zerstäubungskammer der
Spritzdüse zu bewirken. Solche Vorzerstäuberdüsen
sind jedoch aufwändig in der Herstellung und dementsprechend
teuer. Außerdem stellen sie ein weiteres fehleranfälliges
Bauteil dar.
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In
der
DE 10 2005
004 341 B4 wird eine solche Vorrichtung mit Vorzerstäuberdüse
zur Zerstäubung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit
in einer Sprühdüse beschrieben, bei der die Flüssigkeit
aus einer ersten Düse in einen Diffusor eintritt, in den durch
die bei Austritt aus der Düse eintretende Entspannung und
des dadurch bewirkten Flüssigkeitszerfalls eine Tropfenvoraufbereitung
stattfindet. Bei der darin beschriebenen Vorrichtung wird die Flüssigkeit
aus einer ersten Düse in eine zweite Düse überführt,
welcher die Druckluft zugeführt wird.
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In
der
DE 693 06 975
T2 wird eine Spritzvorrichtung beschrieben, bei der zur
Zerstäubung des Spritzgutes ein rotierendes Zerstäubungselement und
eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Zerstäubungselementes
zur Drehung vorgesehen sind. Zur Rotation des Zerstäubungselements
ist dieses mit einem elastischen Kupplungselement verbunden, das
mindestens einen Eingreifkranz umfasst, der unter Wirkung einer
Zentrifugalkraft zu einer radialen Ausdehnung fähig ist.
Solche mit schnell rotierenden Zerstäubungselementen bestückte Spritzvorrichtungen
führen jedoch aufgrund der schnellen Rotationsbewegungen
zu einem schnellen Verschleiß der Bauteile.
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In
der
CH 190 787 A wird
eine Spritzdüse für die Zerstäubung von
Spritzgut beschrieben, wobei die Düse im Spritzgutaustrittsloch
eine gegen die Stirnfläche des Düsenkörpers
gespannte auswechselbare Vorsatzplatte aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass
in der Durchbohrung der Vorsatzplatte als Spritzgutaustrittsloch
eine Erweiterung ausgebildet ist, in welche ein Drallzylinder eingesetzt
ist, auf dessen Mantelfläche nach einer Schraubenlinie
verlaufende Nuten eingearbeitet sind. Dies ist umständlich.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Spritzdüse anzugeben, welche auf eine Vorzerstäuberdüse
verzichtet und welche zugleich eine optimale Verwirbelung in der Zerstäubungskammer
vor dem Austritt des Spritzgutes bewirkt, um so ein einheitliches,
gleichmäßiges Spitzbild zu erhalten.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Spritzdüse mit
den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.
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Bevorzugte
Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen
wieder.
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Die
erfindungsgemäße Spritzdüse dient zur Zerstäubung
einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, wie zum Beispiel
Farben und Lacke. Der Ausdruck ”Flüssigkeit” wird
in diesem Zusammenhang für jedes auf eine Oberfläche
auftragbares Spritzgut verwendet, unabhängig von dem jeweiligen
Viskositätsgrad. Insofern kommt es beim Spritzgut lediglich darauf
an, dass die Flüssigkeit spritzfähig ist.
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Die
erfindungsgemäße Spritzdüse umfasst einen
Düsenkern mit einer darin ausgebildeten Zerstäubungskammer,
welche entweder konisch oder zylindrisch ausgeformt sein kann. In
der Zerstäubungskammer findet die Zerstäubung
der Flüssigkeit zu kleinen Tröpfchen statt. Aus
größeren Flüssigkeitstropfen des Spritzgutes
werden kleinere Tröpfchen erzeugt, die auf der zu behandelnden
Oberfläche nach der Auftragung ein gleichmäßigeres
Spritzbild bewirken. Der Düsenkern umfasst gattungsgemäß einen
Austrittsspalt für das Spritzgut und einen Mantel, der
die zentrale Zerstäubungskammer umschließt. Im
Inneren des Düsenkerns wird die Zerstäubungskammer
von einer Innenwand begrenzt. Um eine Zerstäubung des Spritzgutes
zu bewirken, sind in der Innenwand der Zerstäubungskammer wahlweise
symmetrisch oder asymmetrisch angeordnete Vertiefungen und/oder
Erhebungen mit Flächen oder Schrägen ausgebildet,
welche eine Umlenkung und/oder Verwirbelung des Flüssigkeitsstrahles
in der Zerstäubungskammer bewirken. Die auf die Oberflächen
der Vertiefungen und/oder Erhebungen auftreffenden Flüssigkeitsteilchen
werden beim Aufprall von der Oberfläche zurückgeschleudert,
so dass diese mit den entgegenkommenden Tröpfchen des in die
Kammer eintretenden Flüssigkeitsstrahls kollidieren und
diese zerstäuben. Ferner zerplatzen die Flüssigkeitstropfen
je nach Ausgestaltung und Art der Oberfläche der Vertiefungen
und/oder Erhebungen zu kleineren Tröpfchen.
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Erfindungsgemäßes
Ziel ist es daher, möglichst viele unterschiedlich angewinkelte
Reflektionsoberflächen für den Flüssigkeitsstrahl
bzw. die einzelnen Flüssigkeitstropfen des Spritzgutes
an der Innenwand der Zerstäubungskammer bereit zu stellen. Dies
wird erfindungsgemäß entweder mit Vertiefungen
erreicht, welche in die Innenwand der Zerstäubungskammer
eingearbeitet sind, oder durch Erhebungen, welche aus der Oberfläche
der Innenwand hervor treten. Diesen ist gemein, dass sie Reflektionsflächen
besitzen, an denen die Flüssigkeitstropfen nach dem Aufprall
zurück in die Zerstäubungskammer geschleudert
werden (entweder als abgeprallter großer Tropfen oder als
zerplatzte kleinere Tröpfchen). Diese kollidieren mit dem
nachfolgenden Flüssigkeitsstrahl und werden von diesem
mitgerissen.
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Je
nach Art des Spritzgutes und dessen Viskosität weisen die
Vertiefungen und/oder Erhebungen entweder eine kreisförmige,
ellipsenförmige, konkave und/oder konvexe Geometrie auf.
Durch die Wahl der Geometrie der Vertiefungen und/oder Erhebungen
werden unterschiedliche Zerstäubungsgrade erzielt, so dass
durch die Wahl der gewählten Flächen das resultierende
Spritzbild beeinflusst und gegebenenfalls angepasst werden kann.
Dabei kann es durchaus vorgesehen sein, dass sowohl Vertiefungen
als auch Erhebungen gleichzeitig als Innengeometrie der Zerstäubungskammer
ausgebildet sind. Auch die Anordnung mehrerer Vertiefungen und/oder Erhebungen
innerhalb der Zerstäubungskammer hat einen Einfluss auf
den Zerstäubungsgrad des Spritzgutes, wobei die Vertiefungen
und/oder Erhebungen entweder punktuell, ringförmig und/oder
spiralförmig in der Innenwand der Zerstäubungskammer
angeordnet sein können. Durch die Wahl der Anordnung und
dem daraus entstehenden Muster werden zusätzliche Reflektionseigenschaften
geschaffen, welche die Zerstäubung begünstigen
können.
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In
einer Ausführungsform bestehen die Vertiefungen und/oder
Erhebungen aus mehreren symmetrisch zueinander angeordneten Flächen
oder Schrägen, an denen der Flüssigkeitsstrahl
umgelenkt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen
die Vertiefungen und/oder Erhebungen aus einzelnen Stufen, welche
treppenartig in die Innenwand der Zerstäubungskammer eingearbeitet
sind. Vorzugsweise sind die einzelnen Stufen zu einer Art Wendeltreppe
in der Innenwand der Zerstäubungskammer eingearbeitet.
Vorzugsweise wird jeder Stufenkörper einer Stufe von schrägen
Flächen gebildet, die eine unterschiedliche Geometrie aufweisen
können. Vorzugsweise kommen vieleckige (zum Beispiel quadratische
oder rechteckige), kreisförmige, ellipsenförmige,
konkave und/oder konvexe Geometrien in Frage, die über
ihre Oberfläche eine Umlenkung des Flüssigkeitsstrahles
in der Zerstäubungskammer bewirken.
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Um
einen möglichst hohen Zerstäubungsgrad bzw. Drall
zu bewirken, ist es zweckmäßig, die Stufen in
der Innenwand spiralförmig anzuordnen. Ferner ist es zweckmäßig,
die schrägen Flächen des/der Stufenkörper
mit unterschiedlichen Winkeln in der Zerstäubungskammer
anzuordnen. Dabei ist die Anzahl und Breite der Stufen in Abhängigkeit
von der Viskosität der Flüssigkeit und/oder der
Art des Spritzgutes auswählbar und kann gegebenenfalls
angepasst werden. Je nach Art des Spritzgutes können daher
Spritzdüsen mit unterschiedlichen Innengeometrien ausgewählt
werden, um für den jeweiligen Einsatzzweck das dafür
erforderliche Gleichspritzbild zu bewirken.
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Durch
die Wahl der Stufenbreite, der Art der geometrischen Flächen
und die Wahl der Anwinkelung dieser Flächen können
unterschiedliche Zerstäubungsgrade und Zerstäubungswirkungen
erreicht werden, so dass je nach Art des Spritzgutes und der Flüssigkeitsviskositäten
unterschiedliche Innengeometrien verwendbar sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist als Reflektionsfläche
eine spiralförmig in der Innenwand verlaufende Rinne als
Vertiefung ausgebildet.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass Zusatzelemente, wie sie bislang zur Zerstäubung
notwendig waren, nicht mehr notwendig sind. Insbesondere entfällt
der Einsatz einer Vorzerstäuberdüse. Ferner ist vorteilhaft,
dass die Düsen nach Gebrauch besser gereinigt werden können
und dass diese Geometrie bei der Produktion von Hartmetalldüsen
ganz einfach vor dem Sintern beim Pressen des Hartmetallpulvers mit
der Kontur des Innenstempels eingebracht werden können.
Dadurch resultieren erhebliche Kosten- und Produktionsvorteile.
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Die
Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Spritzdüse in Draufsicht,
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2 einen
Seitenschnitt des Düsenkerns,
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3 eine
Schnittzeichnung an der Schnittlinie III,
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4 eine
Schnittzeichnung an der Schnittlinie IV,
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5 eine
Schnittzeichnung an der Schnittlinie V,
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6 eine
isometrische Darstellung der Innengeometrie der Zerstäubungskammer
des Düsenkerns,
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7 eine
weitere Ausführungsform einer Innengeometrie des Düsenkerns.
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In 1 ist
in Draufsicht eine erfindungsgemäße Spritzdüse
zur Zerstäubung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit
gezeigt, welche einen Düsenkern 10 mit einer darin
ausgebildeten Zerstäubungskammer 12 für
die Zerstäubung der Flüssigkeit und einem Austrittsspalt 16 für
das Spritzgut umfasst. Der Düsenkern 10 wird von
einem Mantel 17 umschlossen. Die Zerstäubungskammer 12 wird
von einer Innenwand 18 begrenzt. In der Innenwand 18 der
Zerstäubungskammer 12 sind wahlweise symmetrisch oder
asymmetrisch angeordnete Vertiefungen und/oder Erhebungen 11 ausgebildet,
welche eine Umlenkung und/oder Verwirbelung des Flüssigkeitsstrahles
in der Zerstäubungskammer 12 bewirken.
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In
der gezeigten Abbildung sind die Vertiefungen und/oder Erhebungen
als einzelne Stufen 14 ausgebildet, die treppenartig in
die Innenwand 18 der Zerstäubungskammer 12 eingearbeitet
sind. Dabei verlaufen die einzelnen Stufen 14 spiralförmig
in der Innenwand 18 der Zerstäubungskammer 12.
Die einzelnen Stufen 14 besitzen rückseitige Stufenflächen 15,
wobei die einzelnen Ebenen der Stufen 14 von schrägen
Flächen 22, 24 (vgl. 3 und 4)
voneinander getrennt sind.
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In 2 erkennt
man, wie ein Flüssigkeitsstrahl in der Zerstäubungskammer 12 an
den einzelnen Flächen der Stufen 14 umgelenkt
und/oder verwirbelt wird. Über dem im Düsenkopf 13 angeordneten
Austrittsspalt 16 wird das zu kleinsten Tröpfchen verwirbelte
Spritzgut nach außen auf die zu behandelnde Oberfläche
geleitet. Durch die Anordnung einzelner Flächen, deren
Anwinkelung und Geometrie der Stufen 14 werden unterschiedliche
Reflektionsoberflächen für die Flüssigkeitstropfen
des Flüssigkeitsstrahles des Spritzgutes geschaffen, die
an der Oberfläche abprallen und mit dem Flüssigkeitsstrom zu
kleineren Tröpfchen zerfallen. Bei einem Abprall werden
die Flüssigkeitstropfen in die Zerstäubungskammer 12 zurückgeschleudert
und kollidieren dadurch mit den über dem Flüssigkeitsstrahl
in die Zerstäubungskammer 12 eintretenden neuen
Flüssigkeitstropfen.
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In 3 ist
eine Schnittzeichnung entlang der Schnittlinie III der Innengeometrie
der Innenwand 18 gezeigt. Der Stufenkörper einer
Stufe 14 wird von einer schrägen Fläche 22 begrenzt.
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In 4 ist
eine weitere Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie IV zu erkennen.
Hierbei sind die einzelnen Stufen 14 deutlich erkennbar.
Jeder einzelne Stufenkörper einer Stufe 14 besteht
aus einer Stufenwand 15 sowie mehreren stufenförmig übereinander
angeordneten schrägen Flächen 24. Die
in den 3 und 4 gezeigten schrägen
Flächen 22, 24 sowie die Stufenoberfläche
einer Stufe 14 können eine unterschiedliche Geometrie
aufweisen, beispielsweise kann die Geometrie vieleckig, kreisförmig,
ellipsenförmig, konkav und/oder konvex sein.
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In 5 sind
einige mögliche Geometrien der Stufensohle 14 entlang
der Schnittlinie V gezeigt. Es sind quadratische Geometrien 14a,
kreisförmige Geometrien 14b, ellipsenförmige
Geometrien 14c oder rechteckige Geometrien 14d möglich.
Ferner können die schrägen Flächen 22, 24 entweder
als ebene Fläche oder gebeugt ausgebildet sein. In der gezeigten
Ausführungsform sind konkave und konvexe Geometrien der
schrägen Flächen 22, 24 gezeigt. Dadurch
werden unterschiedliche Abprallwinkel der auf diese Flächen
auftretenden Flüssigkeitsteilchen in der Zerstäubungskammer 12 bewirkt.
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In 6 ist
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Spritzdüse in isometrischer Darstellung gezeigt, bei der
die erfindungsgemäßen Vertiefungen und/oder Erhebungen
als Stufen 14 in die Innenwand 18 der Zerstäubungskammer 12 eingearbeitet
sind.
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In 7 ist
eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der als Reflektionsfläche
eine spiralförmig in der Innenwand 18 verlaufende
Rinne als Vertiefung 11 ausgebildet ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Innengeometrie
der Zerstäubungskammer 12 des Düsenkerns 10 und
die damit geschaffenen Reflektionsflächen für
den auftreffenden Flüssigkeitsstrahl wird ein gleichmäßiges,
einheitliches Spritzbild durch eine optimale Zerstäubung
erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005004341
B4 [0003]
- - DE 69306975 T2 [0004]
- - CH 190787 A [0005]