EP1314481A2 - Düseneinheit zum Zerstäuben von Flüssigkeiten - Google Patents

Düseneinheit zum Zerstäuben von Flüssigkeiten Download PDF

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EP1314481A2
EP1314481A2 EP02021401A EP02021401A EP1314481A2 EP 1314481 A2 EP1314481 A2 EP 1314481A2 EP 02021401 A EP02021401 A EP 02021401A EP 02021401 A EP02021401 A EP 02021401A EP 1314481 A2 EP1314481 A2 EP 1314481A2
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Manfred Pilz
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Dr Ing HCF Porsche AG
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    • B05B7/262—Apparatus in which liquids or other fluent materials from different sources are brought together before entering the discharge device a liquid and a gas being brought together before entering the discharge device
    • B05B7/267—Apparatus in which liquids or other fluent materials from different sources are brought together before entering the discharge device a liquid and a gas being brought together before entering the discharge device the liquid and the gas being both under pressure

Definitions

  • the invention relates to a nozzle unit for atomizing liquids, with a liquid nozzle an air nozzle is combined.
  • a nozzle with an external nozzle in a nozzle set to combine a conical spray pattern with a nozzle with a flat spray pattern.
  • the air jet generated by the air nozzle does not serve to fan out the air jet Liquid jet generated liquid jet, but the air jet envelops the liquid jet and holds it together so that excessive fanning out of the liquid jet is avoided.
  • a liquid nozzle with a flat or disc-shaped spray pattern Combine air nozzle with a conical spray pattern in one nozzle unit.
  • the spray pattern can be adjusted in many ways. Without an air jet, a flat or disc-shaped spray pattern results, which can be achieved by lifting the Air pressure to a conical spray pattern, can be changed. By lifting the Pressure for air and liquid can extend the range of the jet at substantially the same Spray pattern can be changed.
  • the air nozzle in such a way that that a partially conical air jet (more precisely: two cone segments facing each other) is formed.
  • the liquid nozzle is oriented in such a way that the transverse extension (i.e. the extension along the larger axis) of the liquid jet comes to rest in the center of the cone segments.
  • a liquid nozzle with a conical one Combine spray pattern and an air nozzle with a flat spray pattern in one nozzle unit By Variations in fluid pressure and air pressure can cause the spray pattern to be circular Spray pattern without air jet by raising the air pressure towards a disc-shaped spray pattern, which too ends tapered, changed. Again, by simultaneously lifting the Press the range of the jet for air and liquid with the spray pattern remaining essentially the same increase.
  • the air nozzle in the To perform such that in the mouth region of the liquid nozzle two rows from each other opposite individual nozzles are provided for air.
  • Both versions have the advantage that in addition to a disc-shaped or flat spray pattern, which is tapered towards the ends and therefore through for the application of an even layer overlapping paths is particularly suitable, without changing the nozzle unit, a circular one Spray pattern can be generated, which is for difficult path courses, but especially for changes of direction in the Path course is particularly suitable.
  • the spray pattern is adjustable in many ways. So by simultaneous lifting of air and liquid pressure the range of the jet can be increased while, for example the spray pattern is changed by raising the air pressure while maintaining the liquid pressure.
  • the nozzle unit according to the invention for coating a Vehicle body, for example for seam sealing with a spray robot.
  • Seam sealing is used to seal joints and welds of a vehicle body Adhesive sheet applied.
  • This adhesive web should be as flat and homogeneous as possible on the Rest vehicle body.
  • the spraying robot can due to its external dimensions as well as its Movement geometry does not optimally approach all areas of the vehicle body. Take the example Inside of wheel arches of the vehicle body called.
  • the spray unit can now be adjusted so that the width of the adhesive web can then be adjusted varies little if the distances of the nozzle unit from the vehicle body vary.
  • the nozzle unit 1 shown in Fig. 1 consists of a liquid nozzle 2 and an air nozzle 3. Via a provided in the liquid nozzle 2 central channel 4 is pressurized liquid in one Liquid flow supplied, which is set in rotation by a vertebral body 5.
  • the air nozzle 3 surrounds the liquid nozzle 2, the between the liquid nozzle 2 and an outer wall 7 Air nozzle 3, an annular channel 6 is formed. Through openings 8, which are arranged at the ends of the air nozzle 3, An air jet 10 leaves the air nozzle 3.
  • the liquid flow passes through the liquid nozzle 2 Opening 9 and creates a liquid jet 11.
  • Fig. 2 shows the nozzle unit 1 in the front view.
  • the openings 8 of the air nozzle 3 are in two each other opposite rows 12 arranged.
  • Fig. 3 shows schematically the supply of the nozzle unit 1 with air and liquid.
  • the liquid nozzle 2 has flowed to a supply line 13 for liquid, via which a pump 14 from a Storage container 15 conveys the liquid as liquid flow into the liquid nozzle 2.
  • a second Pump 16 draws in ambient air and guides it as an air stream via a second supply line 17 the air nozzle 3 too.
  • the two pumps 14, 16 are controlled separately, so that the pressure in the Have the liquid flow and the pressure in the air flow set separately.
  • FIG. 4 shows different spray patterns in the plane A - A according to FIG. 1 depending on the ratio of the pressure in liquid flow and to pressure in air flow.
  • FIG. 4b shows the spray pattern when the air nozzle 3 is now activated. Now additionally through the openings 8 generates an air jet 10 which changes the spray pattern in such a way that the circular spray pattern follows Fig. 4a is flattened and a disk-shaped spray pattern with tapered ends 18 is formed. The Total width b of the liquid jet 11 increases.
  • FIG. 4c shows the spray pattern when the pressure in the air stream has been increased further.
  • the pressure in Liquid flow has remained unchanged.
  • the width d of the liquid jet 11 is wider increased while a depth h of the liquid jet 11 has decreased.
  • FIG. 4d finally shows the spray pattern if, on the basis of the relationships on which FIG. 4b is based, both the pressure in the liquid flow and the pressure in the air flow have been increased.
  • the spray pattern has become larger overall, d. H. with a shape of the spray pattern that corresponds to the shape according to FIG. 4b is comparable, the width and the depth h of the liquid jet 11 have increased.
  • Fig. 5 shows a front view of an alternative embodiment of the nozzle unit 1.
  • the opening 9 'of Liquid nozzle 2 is designed such that a liquid jet 11 with a flat spray pattern (shown in dashed lines).
  • the openings 8 are opposed in pairs arranged.
  • the angle W between two adjacent openings 8 is 60 ° in the exemplary embodiment.
  • the air jet 10 thus takes the form of two cone segments (shown in broken lines).
  • the openings 8 are drilled radially and aligned with the central axis M (see FIG. 1) of the nozzle unit 1 in such a way that Meet the axes of the openings 8 a few centimeters above the opening 9 '.
  • the opening 9 'of Liquid nozzle 2 is oriented so that the ends 18 of the liquid jet 11 between two adjacent openings 8 come to rest.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düseneinheit (1) zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, wobei eine Flüssigkeitsdüse (2) mit einer Luftdüse (3) für Außenmischung kombiniert ist. Um eine Düseneinheit (1) zu schaffen, mit der auch auf größere Spritzentfernungen ein sauberes Spritzbild erzielbar ist, wird vorgeschlagen, eine Flüssigkeitsdüse (2) mit einem scheibenförmigen oder flachen Spritzbild mit einer Luftdüse (3) mit einem kegelförmigen Spritzbild zu kombinieren. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Düseneinheit zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, wobei eine Flüssigkeitsdüse mit einer Luftdüse kombiniert ist.
Es ist allgemein bekannt, zum Zerstäuben von Flüssigkeiten Düsen zu verwenden. Neben reinen Flüssigkeitsdüsen in verschiedenen Strahlbildern ist es auch bekannt, Flüssigkeiten in Düseneinheiten mit Hilfe von Luft zu zerstäuben. Hierbei spricht man von Außenmischung, wenn um eine Flüssigkeitsdüse eine Luftdüse so angeordnet ist, dass der aus der Flüssigkeitsdüse austretende Spritzstrahl vom Luftstrahl erfasst und zerstäubt wird. Es ist ferner bekannt, Rundstrahl - Flüssigkeitsdüsen mit Kreisring - Luftdüsen oder Rundstrahl - Flüssigkeitsdüsen mit Flachstrahl - Luftdüsen zu kombinieren. Im ersten Fall ergibt sich ein rundes oder kreisringförmiges Spritzbild, im zweiten Fall ein flaches Spritzbild. In beiden Fällen dient der Luftstrahl der feineren Zerstäubung des Flüssigkeitsstrahles
Soweit Flüssigkeiten nur mit Hilfe von Flüssigkeitsdüsen zerstäubt werden sind u.a. die Spritzbilder Hohlkegel, Vollkegel, Vollstrahl und Flachstrahl bekannt. Bei reinen Flüssigkeitsdüsen hängt der Grad der Zerstäubung und damit der Grad der Auffächerung des Flüssigkeitsstrahles von Spritzdruck ab; grob gesagt steigt die Zerstäubung mit steigendem Spritzdruck an.
Beim Auftragen von Bahnen und Schichten durch Spritzen stellt sich beispielsweise bei Fahrzeugkarosserien das Problem, dass die zu beschichtende Fläche nicht unmittelbar zugänglich ist und somit die Spritzdüse in einem vergleichsweise großen Abstand von der Fläche geführt werden muss. Auch bei dieser Konstellation muss aber ein sauberes Spritzbild gewährleistet sein, um einen qualitativ hochwertigen Auftrag herstellen zu können. Beim Auftrag von Bahnen mit einer Flachstrahldüse auf Fahrzeugkarosserien tritt zusätzlich das Problem auf, dass die Düse so geführt werden sollte, dass sie im wesentlichen senkrecht zum Bahnverlauf steht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Düseneinheit zu schaffen, mit der auch unter schwierigen äußeren Bedingungen ein sauberes Spritzbild erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in einem Düsensatz für Außenmischung eine Düse mit einem kegelförmigen Spritzbild mit einer Düse mit einem flachen Spritzbild zu kombinieren. Überraschenderweise dient bei dieser Kombination der von der Luftdüse erzeugte Luftstrahl nicht zur Auffächerung des von der Flüssigkeitsdüse erzeugten Flüssigkeitsstrahles, sondern der Luftstrahl hüllt den Flüssigkeitsstrahl ein und hält diesen zusammen, so dass ein übermäßiges Auffächern des Flüssigkeitsstrahles vermieden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So wird vorgeschlagen, eine Flüssigkeitsdüse mit einem flachen oder scheibenförmigen Spritzbild mit einer Luftdüse mit einem kegelförmigen Spritzbild in einer Düseneinheit zu kombinieren. Durch Variationen des Flüssigkeitsdruckes und des Luftdruckes kann das Spritzbild hierbei in vielfältiger Weise eingestellt werden. Ohne Luftstrahl ergibt sich ein flaches oder scheibenförmiges Spritzbild, das sich durch Anheben des Luftdruckes hin zu einem kegelförmigen Spritzbild, verändern lässt. Durch gleichzeitiges Anheben des Druckes für Luft und Flüssigkeit kann die Reichweite des Strahles bei im wesentlichen gleichbleibendem Spritzbild verändert werden.
Als vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Luftdüse in der Weise auszuführen, dass ein teilkegeliger Luftstrahl (genauer: zwei einander gegenüberstehende Kegelsegmente) gebildet ist. Die Flüssigkeitsdüse ist hierbei so ausgerichtet, dass die Quererstreckung (d.h. die Erstreckung entlang der größeren Achse) des Flüssigkeitsstrahles mittig in den Kegelsegmenten zu liegen kommt. Durch diese Anordnung ist die Formbildung des durch den Luftstrahl veränderten Spritzbildes verbessert, weil der Luftstrahl auf die Randbereiche des Flüssigkeitsstrahles konzentriert ist.
In einer alternativen Ausführung wird vorgeschlagen, eine Flüssigkeitsdüse mit einem kegelförmigen Spritzbild und eine Luftdüse mit einem flachen Spritzbild in einer Düseneinheit zu kombinieren. Durch Variationen des Flüssigkeitsdruckes und des Luftdruckes kann das Spritzbild von einem kreisförmigen Spritzbild ohne Luftstrahl durch Anheben des Luftdruckes hin zu einem scheibenförmigen Spritzbild, das zu seinen Enden hin konisch verläuft, verändert werden. Auch hier kann durch gleichzeitiges Anheben der Drücke für Luft und Flüssigkeit die Reichweite des Strahles bei im wesentlichen gleichbleibendem Spritzbild erhöht werden.
Für diese Ausführung wird als vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Luftdüse in der Weise auszuführen, dass im Mündungsbereich der Flüssigkeitsdüse zwei Reihen voneinander gegenüberstehenden Einzeldüsen für Luft vorgesehen sind.
Beide Ausführungen weisen den Vorteil auf, dass neben einem scheibenförmigen bzw. flachen Spritzbild, das zu den Enden hin konisch verläuft und daher für den Auftrag einer gleichmäßigen Schicht durch überlappende Bahnen besonders geeignet ist, ohne Wechsel der Düseneinheit auch ein kreisförmiges Spritzbild erzeugbar ist, das für schwierige Bahnverläufe, insbesondere aber für Richtungswechsel im Bahnverlauf besonders geeignet ist.
Weiterhin ergibt sich bei diesen Kombinationen der Vorteil, dass durch Variation des Flüssigkeitsdruckes und des Luftdruckes das Spritzbild in vielfältiger Weise einstellbar ist. So kann durch gleichzeitiges Anheben des Druckes für Luft und Flüssigkeit die Reichweite des Strahles erhöht werden, während beispielsweise durch Anheben des Luftdruckes bei gleichbleibendem Flüssigkeitsdruck das Spritzbild verändert wird.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Düseneinheit zum Beschichten einer Fahrzeugkarosserie, beispielsweise bei der Nahtabdichtung mit einem Spritzroboter. Bei der Nahtabdichtung wird zur Abdichtung von Stoßstellen und Schweißnähten einer Fahrzeugkarosserie eine Bahn aus Klebstoff aufgetragen. Diese Klebstoffbahn soll möglichst flach und homogen auf der Fahrzeugkarosserie aufliegen. Der Spritzroboter kann aufgrund seiner äußeren Abmessungen sowie seiner Bewegungsgeometrie nicht alle Bereiche der Fahrzeugkarosserie optimal anfahren. Als Beispiel sei die Innenseite von Radhäusern der Fahrzeugkarosserie genannt. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Düseneinheit kann nun der Spritzstrahl so eingestellt werden, dass die Breite der Klebstoffbahn auch dann nur wenig variiert, wenn die Abständen der Düseneinheit von der Fahrzeugkarosserie variieren. Außerdem ist es möglich, auch bei Richtungsänderungen der Klebstoffbahn einen sauberen Auftrag dadurch zu gewährleisten, indem zwischen einem flachen Spritzbild (wenn die Bewegungsrichtung der Düseneinheit senkrecht zum flachen Spritzbild steht) hin zu einem runden Spritzbild zu verändern (bei Bahnabschnitten, bei denen die Bewegungsrichtung der Düseneinheit parallel zum flachen Spritzbild verläuft).
Die Verwendung der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellt Kombination von Düsen beschränkt. Je nach Anwendungsfall wird der Fachmann zu einer anderen Kombination einer Flüssigkeitsdüse mit einer Luftdüse greifen, um das für den jeweiligen Anwendungsfall optimale Spritzbild zu erreichen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düse samt einer Darstellung des austretenden Strahles,
Fig. 2
eine Vorderansicht eine Düseneinheit,
Fig. 3
eine schematische Darstellung einer Versorgung der Düseneinheit mit Luft und Flüssigkeit,
Fig. 4
verschiedene Spritzbilder, je nach den eingestellten Druckverhältnissen in der Ebene A - A nach Fig. 1., und
Fig. 5
eine Vorderansicht einer alternativen Ausführung der Düseneinheit.
Die in Fig. 1 gezeigte Düseneinheit 1 besteht aus einer Flüssigkeitsdüse 2 und einer Luftdüse 3. Über einen in der Flüssigkeitsdüse 2 vorgesehenen zentralen Kanal 4 wird unter Druck stehende Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsstrom zugeführt, der durch einen Wirbelkörper 5 in Rotation versetzt wird. Die Luftdüse 3 umgibt die Flüssigkeitsdüse 2, wobei zwischen der Flüssigkeitsdüse 2 und einer Außenwandung 7 der Luftdüse 3 ein Ringkanal 6 gebildet ist. Durch Öffnungen 8, die endseits der Luftdüse 3 angeordnet sind, verlässt ein Luftstrahl 10 die Luftdüse 3. Aus der Flüssigkeitsdüse 2 tritt der Flüssigkeitsstrom durch eine Öffnung 9 aus und erzeugt einen Flüssigkeitsstrahl 11.
Fig. 2 zeigt die Düseneinheit 1 in der Vorderansicht. Gut zu erkennen ist die zentrale Anordnung der Flüssigkeitsdüse 2 mit ihrer Öffnung 9. Die Öffnungen 8 der Luftdüse 3 sind in zwei einander gegenüberliegenden Reihen 12 angeordnet.
Fig. 3 zeigt schematisch die Versorgung der Düseneinheit 1 mit Luft und Flüssigkeit. Die Flüssigkeitsdüse 2 ist an einer Versorgungsleitung 13 für Flüssigkeit angeflossen, über die eine Pumpe 14 aus einem Vorratsbehälter 15 die Flüssigkeit als Flüssigkeitsstrom in die Flüssigkeitsdüse 2 fördert. Eine zweite Pumpe 16 saugt Umgebungsluft an und führt diese als Luftstrom über eine zweite Versorgungsleitung 17 der Luftdüse 3 zu. Die beiden Pumpen 14, 16 sind getrennt angesteuert, so dass sich der Druck im Flüssigkeitsstrom und der Druck im Luftstrom getrennt einstellen lassen.
Fig. 4 zeigt verschiedene Spritzbilder in der Ebene A - A nach Fig. 1 abhängig vom Verhältnis des Druckes im Flüssigkeitsstrom und zum Druck im Luftstrom.
Fig. 4a zeigt das Spritzbild des Flüssigkeitsstrahles 11 ohne Luftstrahl 10, d. h. die Luftdüse 3 ist nicht aktiv. Hierbei ergibt sich ein kreisförmiges Spritzbild.
Fig. 4b zeigt das Spritzbild, wenn nun die Luftdüse 3 aktiviert wird. Nun wird zusätzlich durch die Öffnungen 8 ein Luftstrahl 10 erzeugt, der das Spritzbild in der Weise verändert, dass das kreisförmige Spritzbild nach Fig. 4a abgeflacht wird und ein scheibenförmiges Spritzbild mit konisch zulaufenden Enden 18 entsteht. Die Gesamtbreite b des Flüssigkeitsstrahles 11 nimmt dabei zu.
Fig. 4c zeigt das Spritzbild, wenn der Druck im Luftstrom weiter erhöht worden ist. Der Druck im Flüssigkeitsstrom ist dabei unverändert geblieben. Die Breite d des Flüssigkeitsstrahles 11 hat weiter zugenommen, während eine Tiefe h des Flüssigkeitsstrahles 11 abgenommen hat.
Fig. 4d zeigt schließlich das Spritzbild, wenn ausgehend von den Verhältnissen, die Fig. 4b zugrunde liegen, sowohl der Druck im Flüssigkeitsstrom wie auch der Druck im Luftstrom erhöht worden sind. Hier ist nun das Spritzbild insgesamt größer geworden, d. h. bei einer Form des Spritzbildes, die der Form nach Fig. 4b vergleichbar ist, haben die Breite wie auch die Tiefe h des Flüssigkeitsstrahles 11 zugenommen.
Fig. 5 zeigt in einer Vorderansicht eine alternative Ausführung der Düseneinheit 1. Die Öffnung 9' der Flüssigkeitsdüse 2 ist so ausgebildet, dass sich ein Flüssigkeitsstrahl 11 mit einem flachen Spritzbild (gestrichelt dargestellt) ausgebildet. An der Luftdüse 3 sind die Öffnungen 8 paarweise gegenüberliegend angeordnet. Der Winkel W zwischen zwei benachbarten Öffnungen 8 beträgt im Ausführungsbeispiel 60°. Der Luftstrahl 10 erhält damit die Form zweier Kegelsegmente (strichpunktiert dargestellt). Die Öffnungen 8 sind radial gebohrt und zur Mittelachse M (siehe Fig. 1) der Düseneinheit 1 hin so ausgerichtet, dass sich Achsen der Öffnungen 8 wenige Zentimeter oberhalb der Öffnung 9' treffen. Die Öffnung 9' der Flüssigkeitsdüse 2 ist dabei so ausgerichtet, dass die Enden 18 des Flüssigkeitsstrahles 11 zwischen zwei benachbarten Öffnungen 8 zu liegen kommen.

Claims (9)

  1. Düseneinheit zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, wobei eine Flüssigkeitsdüse (2) mit einer Luftdüse (3) kombiniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düse (2) ein kegelförmiges Spritzbild und die zweite Düse (4) ein flaches Spritzbild aufweist.
  2. Düseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüse (4) für Außenmischung vorgesehen ist.
  3. Düseneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düse (2) eine Luftdüse und die zweite Düse (4) eine Flüssigkeitsdüse ist.
  4. Düseneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüse einen teilkegeligen Luftstrahl erzeugt, wobei eine Quererstreckung des Flüssigkeitsstrahles mittig in den Kegelsegmenten zu liegen kommt.
  5. Düseneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düse (2) eine Flüssigkeitsdüse und die zweite Düse (4) eine Luftdüse ist.
  6. Düseneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüse (4) aus zwei gegenüberliegenden Reihen (12) von Einzeldüsen (8) besteht.
  7. Düseneinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck eines der Flüssigkeitsdüse (2) zugeführten Flüssigkeitsstromes und ein Druck eines der Luftdüse (3) zugeführten Luftstromes getrennt voneinander einstellbar sind.
  8. Verwendung einer Düseneinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Beschichten einer Fahrzeugkarosserie.
  9. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit (1) an einem Spritzroboter angeordnet ist.
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