EP3899278B1 - Pumpensystem - Google Patents

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EP3899278B1
EP3899278B1 EP19832092.1A EP19832092A EP3899278B1 EP 3899278 B1 EP3899278 B1 EP 3899278B1 EP 19832092 A EP19832092 A EP 19832092A EP 3899278 B1 EP3899278 B1 EP 3899278B1
Authority
EP
European Patent Office
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hose
atomizer
pump
nozzle
rolling
Prior art date
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Active
Application number
EP19832092.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3899278A1 (de
Inventor
Sebastian Mangold
Manuel FIESEL
Leon LUCK
Björn FREISINGER
Tanja MESSMER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
J Wagner GmbH
Original Assignee
J Wagner GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3899278A1 publication Critical patent/EP3899278A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3899278B1 publication Critical patent/EP3899278B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B9/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour
    • B05B9/03—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material
    • B05B9/04—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump
    • B05B9/0403—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump with pumps for liquids or other fluent material
    • B05B9/0423—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump with pumps for liquids or other fluent material for supplying liquid or other fluent material to several spraying apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/1253—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action by using two or more rollers as squeezing elements, the rollers moving on an arc of a circle during squeezing
    • F04B43/1261—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action by using two or more rollers as squeezing elements, the rollers moving on an arc of a circle during squeezing the rollers being placed at the outside of the tubular flexible member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B9/03—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material
    • B05B9/04—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent material, without essentially mixing with gas or vapour characterised by means for supplying liquid or other fluent material with pressurised or compressible container; with pump
    • B05B9/08—Apparatus to be carried on or by a person, e.g. of knapsack type
    • B05B9/085—Apparatus to be carried on or by a person, e.g. of knapsack type with a liquid pump
    • B05B9/0872—Apparatus to be carried on or by a person, e.g. of knapsack type with a liquid pump the pump being a peristaltic pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/1238—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action using only one roller as the squeezing element, the roller moving on an arc of a circle during squeezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/1253—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action by using two or more rollers as squeezing elements, the rollers moving on an arc of a circle during squeezing
    • F04B43/1292—Pumps specially adapted for several tubular flexible members

Definitions

  • electrohydrodynamic atomization of fluids is becoming increasingly important in the area of coating processes.
  • a device is known which, using electrohydrodynamic atomization, applies care products such as sunscreen to a person's body.
  • peristaltic pumps so-called rolling pumps or hose pumps
  • a fluid is pushed forward by mechanical deformation of a hose section and thus pumped.
  • Such pumps are also used in the above-mentioned devices to convey a fluid to be atomized to the atomizer nozzles, at which the fluid is then exposed to a high voltage in order to bring about electrohydrodynamic atomization.
  • a multi-part sterilization system comprising: a first part comprising a first reagent in a carrier medium in a first container; a second part comprising a second reagent in a carrier medium in a second container; wherein the first reagent and the second reagent will react to provide a sterilizing composition when the first part is mixed with the second part; a pump head with a peristaltic pump element; wherein the first container has a first part dispensing tube extending from the interior thereof and disposed through the pump head; wherein the second container has a two-part delivery tube extending from its interior and disposed through the pump head; whereby the peristaltic pump element Actuation acts on both the first part delivery tube and the second part delivery tube to simultaneously pump substantially equal volumes of the first part and the second part.
  • a tube arrangement which can comprise a plurality of tubes or lumens which can be arranged in a head of a peristaltic pump.
  • the hose assembly can provide a flow rate or volume capacity generally equal to or greater than that achieved with a comparable prior art hose while operating at higher pressures than those achieved using the prior art hose technology are possible.
  • a dosing device for liquid agents is known, with which different liquid agents can be transported from separate storage containers into a treatment room or into a mixing chamber by means of a pump device driven by a drive motor, in particular for washing machines or dishwashers, in which different liquid agents are used alone or mixed in the washing or Rinsing container can be fed,
  • the metering device for conveying the liquid having a pump device in the manner of a hose pump, which is equipped with support devices rotatably mounted in the pump head for squeezing rollers or squeezing rollers acting on the pump hose, the metering device having at least two or more pump devices, each with a pump head has, the pump heads being mounted on a drive and coupling shaft, the drive and coupling shaft carrying coupling elements which are designed to be axially displaceable and which correspond to the pumping operation Coupling elements can be brought into engagement in the roller carriers of the pump devices, and the pump devices are each driven by a drive motor for pumping operation.
  • a means for receiving and/or dispensing peristaltic fluids comprising a peristaltic pump having a stator and a rotor having a plurality of circumferentially spaced projections on its periphery for cooperating with a length of flexible hose and a motor for driving the pump rotor, the Length of flexible hose cooperating with the projections of the rotor of the pump, arranged in a position to secure it against longitudinal movement by adhering to an element which can be arranged with respect to the stator of the pump.
  • the object of the invention is therefore to avoid clogging of the nozzles, starting from a fluid tank for several nozzles, in order to enable electrohydrodynamic atomization in the required quality.
  • the invention relates to a pump system with an atomizer nozzle system with at least two atomizer nozzles, an electrohydrodynamic atomizer, the pump system comprising at least one hose package and at least one pump rotor and at least one rolling body to form a rolling area of a peristaltic pump.
  • the pump system is characterized in that the hose package comprises at least the same number of hose channels as the number of atomizer nozzles, preferably at least two, in particular three hose channels, and that each hose channel is assigned to a connection of an atomizer nozzle and connects it to the rolling area.
  • each individual atomizer nozzle with its own hose channel forces a volume flow through each individual atomizer nozzle, so that in the event of an incipient blockage, the subsequent volume of fluid conveyed forcefully pushes out a clogging plug, and thus a fluid flow through the nozzle is always guaranteed.
  • hose package with several hose channels offers the advantage that a common routing of the hose package in the device can easily be provided without having to route individual hoses.
  • At least two, preferably three pump rotors are formed, with each pump rotor moving at least one rolling element or at least one group of rolling elements and being assigned to at least one hose channel.
  • each hose channel directly connects a fluid tank through the rolling area to an atomizer nozzle.
  • each nozzle is directly supplied with fluid from the fluid tank, without any hydraulic communication/interaction, e.g. pressure equalization or a resulting volume flow between the channels of the individual transport paths.
  • any hydraulic communication/interaction e.g. pressure equalization or a resulting volume flow between the channels of the individual transport paths.
  • a predetermined volume flow is enforced at each individual atomizer nozzle, which leads to process-reliable electrohydrodynamic atomization.
  • a hose channel runs from a fluid tank to in front of the rolling area, a division into at least two, preferably three or more hose channels is formed in front of the rolling area and these hose channels run through the rolling area up to an atomizer nozzle assigned to the respective hose channel are arranged.
  • a single hose channel from the fluid tank to the rolling area facilitates the connection to a valve system of the fluid tank and saves installation space and costs, since less hose material between the fluid tank and Rolling area must be provided.
  • the rolling area in which the delivery pressure for the application of the individual atomizer nozzles is generated, separate hose channels must then be provided so that a division takes place in advance, for example by Y-elements or the like.
  • At least one atomizer nozzle is connected to at least two hose channels.
  • each hose channel conveying a defined volume of fluid
  • increased process reliability and error avoidance can be achieved in electrohydrodynamic atomization, since smaller cross sections can be used and redundancies can be achieved.
  • narrower bending radii can be achieved in the housing, which increases the design freedom of the device architecture.
  • At least two, preferably three, in particular four rolling bodies are formed in the pump system, with each rolling body being individually assigned to at least one hose channel.
  • the rolling body groups comprising several rolling bodies, for each hose channel, an offset of the rolling movements between the hose channels can be generated, for example by arranging the individual rolling body groups at an angular offset on the pump rotor in order to generate a uniform fluid flow and especially to reduce pulsation effects. It is also possible that To adapt rolling elements to the hose channel geometry and/or to optimize the arrangement in the housing of the atomizer in terms of installation space and ergonomics.
  • the invention further provides a method for operating an electrohydrodynamic atomizer, wherein the atomizer comprises at least one, in particular two, preferably three or more atomizer nozzles, and a pump system according to the invention described above is included and a defined volume flow of a fluid is imposed on each atomizer nozzle via the pump system .
  • Electrohydrodynamic atomization is based on the instability of electrically chargeable fluids, especially fluids that are sufficiently electrically conductive under high voltage, in a strong, inhomogeneous electric field.
  • the fluid is subjected to high voltage.
  • the fluid deforms into a cone, from the tip of which a thin beam, a so-called jet, is emitted, which immediately breaks up into a spray of finely dispersed drops.
  • the drops Under certain conditions, in Taylor cone mode, the drops have a narrow size distribution.
  • An expedient development of the method is characterized in that a hydraulically generated free jet in the form of a fluid column is created at the outlet of an atomizer nozzle, which only forms atomization after a free jet area through electrohydrodynamic interaction.
  • the free jet generated allows the electrohydrodynamic interactions to develop more degrees of freedom, so that finer atomization is achieved outside of the previously geometrically defined nozzle channel.
  • a diameter of an opening of the atomizer nozzle is from 0.1 mm to 0.3 mm, preferably 0.2 mm and/or a length of a fluid channel in the atomizer nozzle is from 3 mm to 15 mm, preferably in the range of one Insulator a free jet of 10 mm to 15 mm is formed.
  • the fluid is brought far in front of the nozzle opening, and the atomization process can develop freely relative to the environment, the direction of the atomization being determined by the general kinematics, in particular by the hydraulic delivery of the fluid flow.
  • a hose package refers to any collection of hoses that can be used in a peristaltic pump (roller pump). It is irrelevant whether the hose package is designed as a jointly extruded multi-channel hose or as a combination of individual hoses.
  • a pump system in the sense of the invention includes, in addition to the actual pump unit, also the necessary hoses, since in a peristaltic pump (roller pump) the pump volume is given by that hose section which is processed by the rolling elements in order to move a fluid volume contained therein in front of the rolling element.
  • a peristaltic pump roller pump
  • FIG. 1 Shows in detail Figure 1 the structure of a well-known peristaltic pump. It consists of a pump housing a motor 3 is arranged from an upper housing section 1 and a lower housing section 2.
  • the motor 3 includes a gear arrangement 4 on its output shaft, which drives a rolling element group 5 shown here.
  • the rolling element group 5 in the present case comprises four rolling elements 6 which are rotatably mounted on a pump rotor 7.
  • Such peristaltic pumps/hose pumps are known from the prior art for use with individual hoses.
  • FIG. 2 A corresponding peristaltic pump 10 is shown in a top view, with the upper housing section 1 and the gear arrangement 4 being hidden.
  • the rolling bodies 6 arranged on the pump rotor 7 deform a hose channel 22 (shown schematically as a line) in a rolling area 21 in order to pump a fluid.
  • the hose channel 22 runs through a pump inlet 23 into the housing 1, 2 through the rolling area 21 (shown in dashed lines) to a pump outlet 24. From the pump outlet 24, the hose channel 22 continues in the direction of an atomizer nozzle assigned to it (not shown). At the pump inlet 23, the hose channel 22 leads towards the fluid tank (not shown), with either a single hose channel 22 extending to the fluid or several hose channels being combined to form a single fluid tank hose (not shown).
  • hose guides 25 and 26 are preferably provided, in which case the hose guides 25 and 26 are arranged in the lower housing section 2, and a hose guide (not shown) for the hose channel 22 can be arranged in the upper housing section 1.
  • the multiple hose channels can then be designed together, or several hose guides (not shown) are designed for the individual hose channels.
  • FIG. 3 shows a hose package 30 as it could be used in a pump system according to the invention.
  • the hose package 30 includes a first hose channel 31, a second hose channel 32 and a third hose channel 33, which in the present case are connected to one another via connecting webs 34.
  • Such hose packages 30 are produced, for example, using the extrusion process and can also have additional hose channels or be arranged in a different geometry of hose channels, for example in a triangular or square shape.
  • Exemplary dimensions can be given as follows, whereby the dimensions can be varied depending on the application and/or installation space and fluid to be transported.
  • the hose channels 31, 32 and 33 have a cross-sectional diameter of 0.7mm and a wall thickness of 0.6mm.
  • the webs 34 in turn have a width of 0.2 mm as the distance between the tubes and a thickness of also 0.2 mm.
  • FIGS. 4a to 4c show different variants of the formation of a hydraulically generated free jet in front of an atomizer nozzle.
  • Figure 4a shows a schematic representation in which the atomizer nozzle passes through a nozzle opening 40 in a nozzle body 41 is formed.
  • a fluid 42 will emerge symmetrically about a central axis 43 of the nozzle opening 40 as a columnar free jet 44 due to the hydraulic pump pressure of the pump system according to the invention.
  • the free jet 44 emerges over a free jet length 45 essentially as a fluid column, with the atomizing effect 47 of the electrohydrodynamic atomizer only beginning at a distance 46.
  • a cylindrical nozzle attachment 52 is provided on the nozzle body 51 to form an atomizer nozzle 50.
  • a nozzle opening 54 which is symmetrical about a central axis 53.
  • the hydraulically conveyed fluid 55 flows through the nozzle body 51, the cylindrical nozzle attachment 52 and forms a free jet 57 over a free jet length 56.
  • the atomization 59 also begins in this embodiment.
  • the atomizer nozzle therefore comprises a hydraulic section 60, which is composed of the length 61 of the cylindrical nozzle attachment 52 and the length of the free jet 56.
  • a high voltage 62 is provided at the inlet of the cylindrical nozzle attachment 52. In principle, however, it is conceivable to introduce the high voltage elsewhere in order to achieve electrohydrodynamic atomization.
  • Preferred dimensions of an embodiment are the diameter of the nozzle opening 0.2 mm, and the fluid channel inside the nozzle 5.7 mm to approximately 14 mm, thereby producing a free jet with a free jet length of 10 mm to 15 mm.
  • a conical nozzle attachment 72 is provided on the nozzle body 71 to form an atomizer nozzle 70.
  • a nozzle opening 74 which is symmetrical about a central axis 73.
  • the hydraulically conveyed fluid 75 flows through the nozzle body 71, the cylindrical nozzle attachment 72 and forms a free jet 77 over a free jet length 76.
  • the atomization 79 also begins in this embodiment.
  • the atomizer nozzle Fig. 4c also includes a conical hydraulic section 80, which is composed of the length 81 of the conical nozzle attachment 72 and the length of the free jet 76.
  • a high voltage 82 is provided at the inlet of the conical nozzle attachment 72. In principle, however, it is conceivable to introduce the high voltage elsewhere in order to achieve electrohydrodynamic atomization.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown. Also claimed according to the invention is the use according to the method for operating an electrohydrodynamic atomizer, in which the atomization effect is improved by the hydraulic generation of a free jet, in particular the atomization effect only begins after a free jet length 45, 56, 76 after the exit from a nozzle opening.

Description

  • Die elektrohydrodynamische Zerstäubung von Fluiden gewinnt im Bereich der Beschichtungsverfahren zunehmend an Bedeutung. Beispielsweise ist aus der WO2018/193065, veröffentlicht am 25.10.2018 , ein Gerät bekannt, welches unter Nutzung der elektrohydrodynamischen Zerstäubung z.B. Pflegeprodukte wie beispielsweise Sonnenschutz auf einen Körper einer Person aufträgt.
  • Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls übliche Peristaltikpumpen, sogenannte Wälzpumpen oder Schlauchpumpen, bekannt. Dabei wird nach dem Prinzip einer Verdrängerpumpe ein Fluid durch mechanische Deformation eines Schlauchabschnitts vorangedrückt und somit pumpend gefördert. Derartige Pumpen finden auch Einsatz bei oben genannten Geräten, um ein zu zerstäubendes Fluid zu den Zerstäuberdüsen zu fördern, an welchen das Fluid sodann einer Hochspannung ausgesetzt wird, um die elektrohydrodynamische Zerstäubung herbeizuführen.
  • Aus der WO 2013 030597 A2 ist ein mehrteiliges Sterilisationssystem bekannt, umfassend: einen ersten Teil, umfassend ein erstes Reagens in einem Trägermedium in einem ersten Behälter; einen zweiten Teil, der ein zweites Reagenz in einem Trägermedium in einem zweiten Behälter umfasst; wobei das erste Reagens und das zweite Reagens reagieren werden, um eine sterilisierende Zusammensetzung bereitzustellen, wenn der erste Teil mit dem zweiten Teil gemischt wird; einen Pumpenkopf mit einem peristaltischen Pumpenelement; wobei der erste Behälter ein Erstteil-Ausgaberohr aufweist, das sich von seinem Inneren erstreckt und durch den Pumpenkopf angeordnet ist; wobei der zweite Behälter ein zweitteiliges Abgaberohr aufweist, das sich von seinem Inneren erstreckt und durch den Pumpenkopf hindurch angeordnet ist; wobei das peristaltische Pumpenelement bei Betätigung sowohl auf das Erstteil-Abgaberohr als auch auf das Zweitteil-Abgaberohr einwirkt, um gleichzeitig im Wesentlichen gleiche Volumina des ersten Teils und des zweiten Teils zu pumpen Teil.
  • Aus der US 2015/354555 A1 ist eine Schlauchanordnung bekannt, die mehrere Schläuche oder Lumen umfassen kann, die in einem Kopf einer peristaltischen Pumpe angeordnet werden können. Die Schlauchanordnung kann eine Durchflussrate oder Volumenkapazität bereitstellen, die im Allgemeinen gleich oder größer als die ist, die mit einem vergleichbaren Schlauch nach dem Stand der Technik erreicht wird, während sie bei höheren Drücken arbeitet als denen, die unter Verwendung des Schlauchs nach dem Stand der Technik möglich sind.
  • Aus der DE 10 2013 101 157 A1 ist eine Dosiereinrichtung für Flüssigmittel bekannt, mit der verschiedene Flüssigmittel aus separaten Vorratsbehältern mittels einer von einem Antriebsmotor angetriebenen Pumpvorrichtung in einen Behandlungsraum oder in eine Mischkammer transportierbar sind, insbesondere für Wasch- oder Geschirrspülmaschinen, bei denen unterschiedliche Flüssigmittel jeweils allein oder gemischt dem Wasch- oder Spülbehälter zuführbar sind, wobei die Dosiereinrichtung zum Befördern der Flüssigmittel eine Pumpvorrichtung in der Art einer Schlauchpumpe aufweist, die mit im Pumpenkopf drehbeweglich gelagerten Tragvorrichtungen für auf den Pumpenschlauch einwirkende Quetschrollen oder Quetschwalzen ausgerüstet ist, wobei die Dosiereinrichtung mindestens zwei oder mehrere Pumpvorrichtungen mit jeweils einem Pumpenkopf aufweist, wobei die Pumpenköpfe auf einer Antriebs- und Koppelwelle gelagert sind, wobei die Antriebs- und Koppelwelle Koppelelemente trägt, die axial verschiebbar ausgebildet sind und die für den Pumpbetrieb mit korrespondierenden Koppelelementen in den Rollenträgern der Pumpvorrichtungen in Eingriff gebracht werden können, und wobei für den Pumpbetrieb die Pumpvorrichtungen jeweils von einem Antriebsmotor angetrieben werden.
  • Schließlich ist aus der GB 2 076 476 A ein Mittel zum Aufnehmen und/oder Abgeben von peristaltischen Flüssigkeiten bekannt, umfassend eine peristaltische Pumpe mit einem Stator und einem Rotor mit mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Vorsprüngen an seinem Umfang zum Zusammenwirken mit einer Länge eines flexiblen Schlauchs und einem Motor zum Antreiben des Pumpenrotors, wobei die Länge eines flexiblen Schlauchs, der mit den Vorsprüngen des Rotors der Pumpe zusammenwirkt, in einer Position angeordnet ist, um ihn gegen Längsbewegung zu sichern, indem er an einem Element haftet, das in Bezug auf den Stator der Pumpe angeordnet werden kann.
  • Bei der elektrohydrodynamischen Zerstäubung von Fluiden, insbesondere von Pflegeprodukten wie z.B. Sonnencreme hat sich allerdings die Problematik ergeben, dass einzelne Düsen verstopfen können und als Folge davon ein zusätzlicher Volumenstrom durch die Pumpe auf die weiteren verbleibenden offenen Düsen beaufschlagt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es somit, ausgehend von einem Fluidtank für mehrere Düsen ein Verstopfen der Düsen zu vermeiden, um eine elektrohydrodynamische Zerstäubung in geforderter Qualität zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Pumpensystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung betrifft ein Pumpensystem mit einem Zerstäuberdüsensystem mit mindestens zwei Zerstäuberdüsen, eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers, wobei das Pumpensystem mindestens ein Schlauchpaket sowie mindestens einen Pumpenrotor und mindestens einen Wälzkörper zur Ausbildung eines Wälzbereichs einer Peristaltikpumpe umfasst. Das Pumpensystem ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchpaket mindestens dieselbe Anzahl an Schlauchkanälen wie die Anzahl der Zerstäuberdüsen, bevorzugt mindestens zwei, insbesondere drei Schlauchkanäle, umfasst und dass jeder Schlauchkanal einem Anschluss einer Zerstäuberdüse zugeordnet ist und diesen mit dem Wälzbereich verbindet.
  • Die Versorgung jeder einzelnen Zerstäuberdüse mit einem eigenen Schlauchkanal erzwingt einen Volumenstrom durch jede einzelne Zerstäuberdüse, so dass im Falle einer einsetzenden Verstopfung das geförderte nachfolgende Volumen des Fluids einen verstopfenden Pfropf zwangsweise herausfördert, und damit ein Fluidstrom durch die Düse stets gewährleistet ist.
  • Die Verwendung eines Schlauchpakets mit mehreren Schlauchkanälen bietet dabei den Vorteil, dass eine gemeinsame Führung des Schlauchpakets im Gerät einfach vorgesehen werden kann, ohne dass Einzelschläuche geführt werden müssen.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass mindestens zwei, vorzugsweise drei Pumpenrotoren ausgebildet sind, wobei jeder Pumpenrotor mindestens einen Wälzkörper oder mindestens eine Wälzkörpergruppe bewegt und mindestens einem Schlauchkanal zugeordnet ist.
  • Die Verwendung einzelner Pumpenrotoren, welche über einen gemeinsamen Motor oder auch über getrennte Motoren oder Motorgruppen angetrieben werden, erlaubt eine verbesserte Regelung der Leistung des Pumpensystems. Überdies ist es auch dabei möglich, die Pumpenrotoren an die Schlauchkanal-Geometrie oder den Schlauchkanal Verlauf anzupassen und/oder die Anordnung im Gehäuse des Zerstäubers hinsichtlich des Bauraums und der Ergonomie zu optimieren.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass jeder Schlauchkanal einen Fluidtank durch den Wälzbereich hindurch mit einer Zerstäuberdüse unmittelbar verbindet.
  • Durch die Ausbildung einzelner Schlauchkanäle vom Fluidtank bis zu den Zerstäuberdüsen wird jede Düse unmittelbar mit Fluid aus dem Fluidtank versorgt, ohne dass eine hydraulische Kommunikation/Wechselwirkung, z.B. ein Druckausgleich oder ein dadurch bedingter Volumenstrom zwischen den Kanälen, der einzelnen Transportwege erfolgen kann. Dadurch ist ein vorgegebener Volumenstrom an jeder einzelnen Zerstäuberdüse erzwungen, was zu einer prozesssicheren elektrohydrodynamischen Zerstäubung führt.
  • Alternativ sieht eine Ausführungsform vor, dass ein Schlauchkanal von einem Fluidtank bis vor den Wälzbereich verläuft, vor dem Wälzbereich eine Aufteilung in mindestens zwei, bevorzugt drei oder mehr Schlauchkanäle ausgebildet ist und diese Schlauchkanäle durch den Wälzbereich bis zu jeweils einer dem jeweiligen Schlauchkanal zugeordneten Zerstäuberdüse verlaufend angeordnet sind.
  • Die Verwendung eines einzelnen Schlauchkanals vom Fluidtank bis vor den Wälzbereich erleichtert zum einen die Anbindung an ein Ventilsystem des Fluidtanks und spart zum anderen Bauraum und Kosten, da weniger Schlauchmaterial zwischen Fluidtank und Wälzbereich vorgesehen werden muss. Im Wälzbereich, in welchem der Förderdruck für die Beaufschlagung der einzelnen Zerstäuberdüsen erzeugt wird, müssen sodann getrennte Schlauchkanäle vorgesehen werden, so dass vorab eine Aufteilung, z.B. durch Y-Elemente oder dergleichen erfolgt.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht überdies vor, dass mindestens eine Zerstäuberdüse mit mindestens zwei Schlauchkanälen verbunden ist.
  • Durch die Nutzung mehrerer Schlauchkanäle pro Zerstäuberdüse, wobei jeder Schlauchkanal für sich ein definiertes Fluidvolumen fördert, kann eine überdies erhöhte Prozesssicherheit und Fehlervermeidung bei der elektrohydrodynamischen Zerstäubung erzielt werden, da kleinere Querschnitte genutzt werden können und Redundanzen erzielt werden. Durch den Einsatz kleinerer Schlauchdurchmesser können z.B. im Gehäuse engere Biegeradien realisiert werden, was den Gestaltungsfreiraum der Gerätearchitektur erhöht.
  • Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind mindestens zwei, vorzugsweise drei, insbesondere vier Wälzkörper im Pumpensystem ausgebildet, wobei jeder Wälzkörper mindestens einem Schlauchkanal individuell zugeordnet ist.
  • Durch die Verwendung einzelner Wälzkörper oder einzelner Wälzkörpergruppen, wobei die Wälzkörpergruppen mehrere Wälzkörper umfassen, für jeweils einen Schlauchkanal kann ein Versatz der Wälzbewegungen zwischen den Schlauchkanälen erzeugt werden, indem die einzelnen Wälzkörpergruppen z.B. Winkelversetzt auf dem Pumpenrotor angeordnet sind, um eine gleichmäßige Fluidströmung zu erzeugen und insbesondere um Pulsationseffekte zu verringern. Auch ist es möglich, die Wälzkörper an die Schlauchkanal-Geometrie anzupassen und/oder die Anordnung im Gehäuse des Zerstäubers hinsichtlich des Bauraums und der Ergonomie zu optimieren.
  • Die Erfindung sieht weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers vor, wobei der Zerstäuber mindestens eine, insbesondere zwei, bevorzugt drei oder mehr Zerstäuberdüsen umfasst, und ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Pumpensystem umfasst ist und über das Pumpensystem jeder Zerstäuberdüse ein definierter Volumenstrom eines Fluids aufgezwungen wird.
  • Die elektrohydrodynamischen Zerstäubung beruht auf der Instabilität von elektrisch aufladbaren Fluiden, insbesondere unter Hochspannung hinreichend elektrisch leitenden Fluiden, in einem starken inhomogenen elektrischen Feld. Das Fluid wird dabei mit einer Hochspannung beaufschlagt. Das Fluid verformt sich dabei zu einem Kegel, von dessen Spitze aus ein dünner Strahl, ein sogenannter Jet emittiert wird, der unmittelbar danach in ein Spray aus fein dispergierten Tropfen zerfällt. Unter bestimmten Bedingungen, im Taylor-Kegel Modus, besitzen die Tropfen eine schmale Größenverteilung. Durch die Zusammenwirkung mit einer erzwungenen hydraulischen Bereitstellung eines Fluidstroms kann eine Zerstäubungswirkung überdies verbessert werden.
  • Eine zweckmäßige Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang einer Zerstäuberdüse ein hydraulisch erzeugter Freistrahl in Form einer Fluidsäule entsteht, welcher erst nach einem Freistrahlbereich durch elektrohydrodynamische Wechselwirkung eine Zerstäubung ausbildet.
  • Durch den erzeugten Freistrahl können die elektrohydrodynamischen Wechselwirkungen mehr Freiheitsgrade entfalten, so dass eine feinere Zerstäubung außerhalb des vorher geometrisch definierten Düsenkanals gegeben ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einem Durchmesser einer Öffnung der Zerstäuberdüse von 0,1 mm bis 0,3 mm, bevorzugt 0,2 mm und/oder einer Länge von einem Fluidkanal in der Zerstäuberdüse von 3 mm bis 15 mm, bevorzugt im Bereich eines Isolators ein Freistrahl von 10 mm bis 15 mm ausgebildet. Dabei wird das Fluid weit vor die Düsenöffnung gebracht, und der Zerstäubungsprozess kann sich gegenüber der Umgebung frei ausbilden, wobei die Richtung der Zerstäubung durch die allgemeine Kinematik, insbesondere durch die hydraulische Ausbringung des Fluidstroms vorgegeben ist.
  • Unter einem Schlauchpaket im Sinne der Erfindung versteht sich jede Ansammlung von Schläuchen, welche in einer Peristaltikpumpe (Wälzpumpe) zum Einsatz kommen können. Dabei ist es unerheblich, ob das Schlauchpaket als gemeinsam extrudierter Mehrkanal-Schlauch oder als Kombination von Einzelschläuchen ausgebildet ist.
  • Ein Pumpensystem im Sinne der Erfindung umfasst neben dem eigentlichen Pumpenaggregat auch die notwendigen Schläuche, da bei einer Peristaltikpumpe (Wälzpumpe) das Pumpvolumen durch denjenigen Schlauchabschnitt gegeben ist, welcher durch die Wälzkörper bearbeitet wird, um ein darin enthaltenes Fluidvolumen vor dem Wälzkörper her zu bewegen.
  • Die Erfindung soll anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Der Gegenstand der Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt.
  • Es zeigen
    • Fig.1
    eine Explosionsdarstellung einer Peristaltikpumpe;
    Fig.2
    eine Draufsicht auf eine Peristaltikpumpe mit sichtbarem Wälzbereich;
    Fig. 3
    einen Querschnitt durch ein Schlauchpaket;
    Fig.4a
    eine schematische Darstellung eines Freistrahls aus einer Düsenöffnung;
    Fig.4b
    eine schematische Darstellung eines Freistrahls aus einer zylindrischen Zerstäuberdüse;
    Fig.4c
    eine schematische Darstellung eines Freistrahls aus einer konischen Zerstäuberdüse.
  • Im Einzelnen zeigt Figur 1 den Aufbau einer bekannten Peristaltikpumpe. Dabei ist in einem Pumpengehäuse, bestehend aus einem oberen Gehäuseabschnitt 1 sowie einem unteren Gehäuseabschnitt 2 ein Motor 3 angeordnet. Der Motor 3 umfasst an seiner Abtriebswelle eine Getriebeanordnung 4 welche eine vorliegend dargestellte Wälzkörpergruppe 5 antreibt. Die Wälzkörpergruppe 5 umfasst vorliegend vier Wälzkörper 6 welche drehbar gelagert auf einem Pumpenrotor 7 angeordnet sind. Derartige Peristaltikpumpe/Schlauchpumpen sind zur Verwendung mit einzelnen Schläuchen aus dem Stand der Technik bekannt.
  • In Figur 2 ist eine entsprechende Peristaltikpumpe 10 in Draufsicht dargestellt, wobei der obere Gehäuseabschnitt 1 sowie die Getriebeanordnung 4 ausgeblendet wurden.
  • Die auf dem Pumpenrotor 7 angeordneten Wälzkörper 6 deformieren in einem Wälzbereich 21 einen Schlauchkanal 22 (schematisch als Linie dargestellt), um ein Fluid pumpend zu fördern. Der Schlauchkanal 22 verläuft dabei durch einen Pumpeneingang 23 in das Gehäuse 1,2 durch den Wälzbereich 21 (gestrichelt dargestellt) hin zu einem Pumpenausgang 24. Vom Pumpenausgang 24 verläuft der Schlauchkanal 22 weiter in Richtung einer ihm zugeordneten Zerstäuberdüse (nicht dargestellt). Am Pumpeneingang 23 führt der Schlauchkanal 22 Richtung Fluidtank (nicht dargestellt), wobei entweder ein einzelner Schlauchkanal 22 bis zum Fluid reicht oder mehrere Schlauchkanäle zu einem einzelnen Fluidtank-Schlauch zusammengeführt werden (nicht dargestellt).
  • Zur Führung mehrerer Schlauchkanäle in den Wälzbereich 21 sind bevorzugt Schlauchführungen 25 und 26 vorgesehen, wobei vorliegend die Schlauchführungen 25 und 26 im unteren Gehäuseabschnitt 2 angeordnet sind, und eine Schlauchführung (nicht dargestellt) für den Schlauchkanal 22 im oberen Gehäuseabschnitt 1 angeordnet sein kann.
  • Am Pumpenausgang 24 können die mehreren Schlauchkanäle dann zusammen ausgeführt werden, oder es sind entsprechende mehrere Schlauchführungen (nicht dargestellt) für die einzelnen Schlauchkanäle ausgebildet.
  • Figur 3 zeigt ein Schlauchpaket 30, wie es in einem erfindungsgemäßen Pumpensystem zum Einsatz kommen könnte. Das Schlauchpaket 30 umfasst dabei einen ersten Schlauchkanal 31, einen zweiten Schlauchkanal 32 sowie einen dritten Schlauchkanal 33, welche vorliegend über Verbindungsstege 34 miteinander verbunden sind. Derartige Schlauchpaket 30 werden beispielsweise im Extrusionsverfahren hergestellt und können durchaus auch weitere Schlauchkanäle aufweisen oder in anderen Geometrie von Schlauchkanälen, z.B. in Dreieck-/ oder Quadratform angeordnet sein.
  • Exemplarische Abmessungen können wie folgt angegeben werden, wobei die Abmessungen je nach Anwendungsfall und/oder Bauraum sowie zu transportierendem Fluid variiert werden können. Exemplarisch haben die Schlauchkanäle 31, 32 sowie 33 einen Durchmesser im Querschnitt von 0,7mm sowie eine Wandstärke von 0,6mm. die Stege 34 wiederum haben eine Breite als Abstand zwischen den Schläuchen von 0,2mm sowie eine Stärke von ebenfalls 0,2mm.
  • Die Figuren 4a bis 4c zeigen verschiedene Varianten der Ausbildung eines hydraulisch erzeugten Freistrahls vor einer Zerstäuberdüse.
  • Figur 4a zeigt eine schematische Darstellung, bei welcher die Zerstäuberdüse durch eine Düsenöffnung 40 in einem Düsenkörper 41 gebildet ist. Durch die Düsenöffnung 40 wird ein Fluid 42 aufgrund des hydraulischen Pumpendrucks des erfindungsgemäßen Pumpensystems symmetrisch um eine Mittelachse 43 der Düsenöffnung 40 als säulenförmiger Freistrahl 44 austreten. Der Freistrahl 44 tritt über eine Freistrahllänge 45 im Wesentlichen als Fluidsäule aus, wobei erst ab einem Abstand 46 die Zerstäubungswirkung 47 der elektrohydrodynamischen Zerstäuber einsetzt.
  • In Figur 4b ist am Düsenkörper 51 ein zylindrischer Düsenvorsatz 52 zur Ausbildung einer Zerstäuberdüse 50 vorgesehen. Am Ende des zylindrischen Düsenvorsatzes 52 ist eine um eine Mittelachse 53 symmetrisch ausgebildete Düsenöffnung 54 vorgesehen. Das hydraulisch geförderte Fluid 55 durchströmt den Düsenkörper 51, den zylindrischen Düsenvorsatz 52 und bildet über eine Freistrahllänge 56 einen Freistrahl 57 aus. Nach dem Abstand 58 setzt auch in dieser Ausführungsform die Zerstäubung 59 ein.
  • Die Zerstäuberdüse umfasst daher einen hydraulischen Abschnitt 60, welcher sich aus der Länge 61 des zylindrischen Düsenvorsatzes 52 und der Länge des Freistrahls 56 zusammensetzt. Zur Erzeugung der elektrohydrodynamischen Zerstäubung ist am Eingang des zylindrischen Düsenvorsatzes 52 die Ankopplung einer Hochspannung 62 vorgesehen. Grundsätzlich ist jedoch denkbar, die Hochspannung auch an anderer Stelle einzuleiten, um die elektrohydrodynamische Zerstäubung zu erzielen.
  • Bevorzugte Dimensionen einer Ausführungsform sind dabei als Durchmesser der Düsenöffnung 0,2 mm, als Fluidkanal im Inneren der Düse 5,7 mm bis ca. 14 mm, wobei dadurch ein Freistrahl mit einer Freistrahllänge von 10 mm bis 15 mm erzeugt wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform nach Figur 4c ist am Düsenkörper 71 ein konischer Düsenvorsatz 72 zur Ausbildung einer Zerstäuberdüse 70 vorgesehen. Am Ende des konischen Düsenvorsatzes 72 ist eine um eine Mittelachse 73 symmetrisch ausgebildete Düsenöffnung 74 vorgesehen. Das hydraulisch geförderte Fluid 75 durchströmt den Düsenkörper 71, den zylindrischen Düsenvorsatz 72 und bildet über eine Freistrahllänge 76 einen Freistrahl 77 aus. Nach dem Abstand 78 setzt auch in dieser Ausführungsform die Zerstäubung 79 ein.
  • Die Zerstäuberdüse nach Fig. 4c umfasst ebenso einen konischen hydraulischen Abschnitt 80, welcher sich aus der Länge 81 des konischen Düsenvorsatzes 72 und der Länge des Freistrahls 76 zusammensetzt. Zur Erzeugung der elektrohydrodynamischen Zerstäubung ist am Eingang des konischen Düsenvorsatzes 72 die Ankopplung einer Hochspannung 82 vorgesehen. Grundsätzlich ist jedoch denkbar, die Hochspannung auch an anderer Stelle einzuleiten, um die elektrohydrodynamische Zerstäubung zu erzielen.
  • Die Erfindung ist vorliegend nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Erfindungsgemäß beansprucht ist auch die Nutzung nach dem Verfahren zum Betrieb eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers, bei welchem durch die hydraulische Erzeugung eines Freistrahls die Zerstäubungswirkung verbessert wird, insbesondere die Zerstäubungswirkung erst nach einer Freistrahllänge 45, 56, 76 nach dem Austritt aus einer Düsenöffnung einsetzt.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Gehäuseabschnitt
    2
    Gehäuseabschnitt
    3
    Motor
    4
    Getriebeanordnung
    • 4a Variante 1 der Ausbildung eines hydraulisch erzeugten Freistrahls vor einer Zerstäuberdüse.
    • 4b Variante 2 der Ausbildung eines hydraulisch erzeugten Freistrahls vor einer Zerstäuberdüse.
    • 4c Variante 3 der Ausbildung eines hydraulisch erzeugten Freistrahls vor einer Zerstäuberdüse.
    5
    Wälzkörpergruppe
    6
    Wälzkörper
    7
    Pumpenrotor
    10
    Peristaltikpumpe
    21
    Wälzbereich
    22
    Schlauchkanal
    23
    Pumpeneingang
    24
    Pumpenausgang
    25
    Schlauchführung
    26
    Schlauchführung
    30
    Schlauchpaket
    31
    Schlauchkanal
    32
    Schlauchkanal
    33
    Schlauchkanal
    34
    Verbindungsstege
    40
    Düsenöffnung
    41
    Düsenkörper
    42
    Fluid
    43
    Mittelachse
    44
    Freistrahl
    45
    Freistrahllänge
    46
    Abstand
    47
    Zerstäubungswirkung
    51
    Düsenkörper
    52
    Düsenvorsatz
    53
    Mittelachse
    54
    Düsenöffnung
    55
    Fluid
    56
    Freistrahllänge
    57
    Freistrahl
    58
    Abstand
    59
    Zerstäubung
    60
    Abschnitt
    61
    Düsenvorsatzlänge
    62
    Hochspannung
    70
    Zerstäuberdüse
    71
    Düsenkörper
    72
    Düsenvorsatz
    73
    Mittelachse
    74
    Düsenöffnung
    75
    Fluid
    76
    Freistrahllänge
    77
    Freistrahl
    78
    Abstand
    79
    Zerstäubung
    80
    hydraulischer Abschnitt
    81
    Düsenvorsatzlänge
    82
    Hochspannung

Claims (8)

  1. Pumpensystem mit einem Zerstäuberdüsensystem mit mindestens zwei Zerstäuberdüsen eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers, wobei das Pumpensystem mindestens ein Schlauchpaket (30) sowie mindestens einen Pumpenrotor (7) und mindestens einen Wälzkörper (6) zur Ausbildung eines Wälzbereichs (21) einer Peristaltikpumpe umfasst, wobei das Schlauchpaket (30) mindestens dieselbe Anzahl an Schlauchkanälen (22) wie die Anzahl der Zerstäuberdüsen (70) umfasst und wobei jeder Schlauchkanal (22) einer Zerstäuberdüse (70) zugeordnet ist und diese mit dem Wälzbereich (21) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, vorzugsweise drei Pumpenrotoren (7) ausgebildet sind, wobei jeder Pumpenrotor (7) mindestens einen Wälzkörper (6) bewegt und mindestens einem Schlauchkanal (22) zugeordnet ist.
  2. Pumpensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schlauchkanal (22) einen Fluidtank durch den Wälzbereich (21) hindurch mit einer Zerstäuberdüse (70) unmittelbar verbindet.
  3. Pumpensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlauchkanal (22) von einem Fluidtank bis vor den Wälzbereich (21) verläuft, vor dem Wälzbereich (21) eine Aufteilung in mindestens zwei, bevorzugt drei oder mehr Schlauchkanäle (22) ausgebildet ist und diese Schlauchkanäle (22) durch den Wälzbereich (21) bis zu jeweils einer dem jeweiligen Schlauchkanal (22) zugeordneten Zerstäuberdüse (70) verlaufend angeordnet sind.
  4. Pumpensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zerstäuberdüse (70) mit mindestens zwei Schlauchkanälen (22) verbunden ist.
  5. Pumpensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, vorzugsweise vier Wälzkörper (6) ausgebildet sind, wobei jeder Wälzkörper (6) mindestens einem Schlauchkanal (22) zugeordnet ist.
  6. Verfahren zum Betrieb des elektrohydrodynamischen Zerstäubers, wobei der Zerstäuber bevorzugt drei oder mehr Zerstäuberdüsen (70) umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Pumpensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche umfasst ist und über das Pumpensystem jeder Zerstäuberdüse (70) ein definierter Volumenstrom eines Fluids (42, 75, 55) aufgezwungen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang einer Zerstäuberdüse (70) ein hydraulisch erzeugter Freistrahl (44, 57, 77) in Form einer Fluidsäule entsteht, welcher erst nach einem Freistrahlbereich durch elektrohydrodynamische Wechselwirkung eine Zerstäubung (79) ausbildet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Durchmesser einer Öffnung der Zerstäuberdüse (70) von 0,1mm bis 0,3mm und/oder einer Länge von einem Fluidkanal in der Zerstäuberdüse (70) von 3 mm bis 15 mm ein Freistrahl (44, 57, 77) von 10 mm bis 15 mm ausgebildet wird.
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