WO2013153096A1 - Pneumatischer vakuumerzeuger mit treibdüse und empfängerdüse - Google Patents

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Walter Dunkmann
Thomas Eisele
Aline DEFRANCESKI
Florian Fritz
Harald Kuolt
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    • F04F5/16—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids
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    • F04F5/44—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46—Arrangements of nozzles

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic vacuum generator with motive nozzle and receiver nozzle
  • Pneumatic vacuum generators usually consist of several components.
  • Conventional vacuum generators with Venturi nozzle consist of two individual nozzles, multi-stage ejectors consisting of several individual nozzles. These are usually made by machining and then inserted into a housing.
  • multistage nozzles are known in which the individual nozzles have "coupling elements" with which these individual nozzles can be connected to each other so that a multistage system can be constructed.
  • DE 10 2010 022 333 A1 discloses a Bernoulli ejector which has been produced generatively.
  • Multi-stage nozzles which are made up of several components, i.a. from DE 699 21 627 T2, DE 44 91 977 C1 and WO 2007/078 077 A1, in part also with alternative nozzle arrangements, such as e.g. in EP 0 654 125 B1.
  • single-stage and multi-stage ejectors are made up of several individual components.
  • Machined nozzles are optimized production technology.
  • the required contours are e.g. drilled. This creates z.T. fluidically unfavorable deflections, etc.
  • These production-favorable geometries usually have a negative effect on the flow properties, resulting in performance losses or higher energy consumption for the operation of these nozzles.
  • these nozzles build larger, since they require appropriate fasteners, etc., to be installed.
  • the invention has for its object to provide a pneumatic vacuum generator, which does not have the disadvantages of the previously used manufacturing processes in terms of performance, etc.
  • This object is achieved with a generatively produced pneumatic vacuum generator.
  • nozzles with flow-optimized contour, continuous transitions, etc. can be realized.
  • the flow guidance in the nozzle or in the housing can already be imaged, which leads to a lower manufacturing and "tubing cost" of these components.
  • the entire vacuum generator can be manufactured as one component or, if necessary and useful, connected to conventionally manufactured components, which can contribute to component reduction and thus to more economical production of vacuum generators.
  • the optimized contour can increase the performance of such a nozzle and reduce compressed air consumption.
  • nozzles various spatial arrangements of nozzles are possible.
  • "normal" multi-stage nozzles in which different venturi nozzles are "switched” in series e.g. the receiver nozzle of the first stage at the same time represents the driving nozzle of the 2nd stage.
  • all other nozzle arrangements are possible, e.g. a parallel or a matrix arrangement.
  • helical nozzles are conceivable to reduce the space.
  • a nipple with integrated vacuum generation, with integrated compressed air and suction connection can be spirally constructed from one component.
  • elastic sites e.g., flaps, suction pads, sealing lips, or the like
  • elastic sites e.g., flaps, suction pads, sealing lips, or the like
  • the common generative manufacturing processes allow for different materials (polyamides, metallic materials, etc.). This also includes different material properties, e.g. Elasticity, porosity or hardness, which can also be changed by targeted introduction of defects or material.
  • material properties e.g. Elasticity, porosity or hardness, which can also be changed by targeted introduction of defects or material.
  • other combinations of materials can be realized with other methods, for example, to provide electrical contacts and components, such as electrical connectors. Sensor elements to integrate directly into the component (see, for example, WO 2008/125 353 A2).
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a pneumatic vacuum generator with a nozzle and nozzle according to the prior art
  • Figure 2 is a longitudinal section through an integral vacuum generator
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a one-piece multi-stage ejector
  • Figure 4 is a perspective view of a spiral ejector.
  • FIG. 1 shows a conventional ejector 10 in longitudinal section. It has a compressed air connection 12, to which a drive nozzle 14 connects. This opens into a receiver nozzle 16, which in turn opens into a muffler 18. Between the motive nozzle 14 and the receiver nozzle 16, a vacuum port 20 opens, via which air is sucked in and thus a negative pressure is established.
  • seals 22 which seal these components from a housing 24. It is easy to see that this structure is complicated and the assembly is complex.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a single-stage vacuum generator 26 according to the invention, which has been produced generatively and is integrally formed.
  • the section 28 forms the motive nozzle 14 and the section 30 forms the receiver nozzle 16. Between these sections 28 and 30, the vacuum port 20 opens.
  • p ü is the overpressure, with p u the generated negative pressure and p 0 denotes the pressure at the output.
  • FIG 3 shows a longitudinal section through a multi-stage vacuum generator 26 according to the invention, which is manufactured and constructed according to the vacuum generator 26 of Figure 2.
  • the outlet 32 of the receiver nozzle 16 of the first stage 34 forms the drive nozzle 14 for the second stage 36.
  • more than two stages can be produced.
  • FIG. 4 shows a helically produced vacuum generator 26 according to the invention, which has also been produced generatively and formed in one piece.
  • the right end of the compressed air connection 12 propellant nozzle 14, and the left end of the muffler 18. Between them extends the helically configured receiver nozzle 16. Between the motive nozzle 14 and the receiver nozzle 16 opens the coming from above vacuum port 20 a.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Vakuumerzeuger mit Treibdüse und Empfängerdüse, wobei wenigstens eine der Düsen generativ hergestellt ist.

Description

Pneumatischer Vakuumerzeuger mit Treibdüse und Empfängerdüse
Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Vakuumerzeuger mit Treibdüse und Empfängerdüse
Pneumatische Vakuumerzeuger bestehen üblicherweise aus mehreren Bauteilen. Übliche Vakuumerzeuger mit Venturi-Düse bestehen aus zwei Einzeldüsen, Mehrstufen-Ejektoren aus mehreren Einzeldüsen. Diese werden meist spanend hergestellt und anschließend in ein Gehäuse eingesetzt. Bekannt sind darüber hinaus Mehrstufendüsen, bei denen die Einzeldüsen "Kopplungselemente" aufweisen, mit denen diese Einzeldüsen miteinander verbunden werden können, damit ein mehrstufiges System aufgebaut werden kann.
Zudem ist aus der DE 10 2010 022 333 A1 ein Bernoulli-Ejektor bekannt, der generativ hergestellt wurde.
Mehrstufendüsen, die aus mehreren Komponenten aufgebaut sind, sind u.a. aus DE 699 21 627 T2, DE 44 91 977 C1 und WO 2007/078 077 A1 bekannt, zum Teil auch mit alternativen Düsenanordnungen, wie z.B. in EP 0 654 125 B1 geschildert. Wie erwähnt, werden Ein- und Mehrstufenejektoren aus mehreren Einzelkomponenten aufgebaut.
Spanend hergestellte Düsen sind fertigungstechnisch optimiert. Die erforderlichen Konturen werden z.B. gebohrt. Dadurch entstehen z.T. strömungstechnisch ungünstige Umlenkungen, etc. Diese fertigungsgünstigen Geometrien wirken sich meist negativ auf die Strömungseigenschaften aus, was zu Performance-Verlusten bzw. zu höherem Energieaufwand für den Betrieb dieser Düsen führt. Darüber hinaus bauen diese Düsen größer, da sie entsprechende Befestigungselemente, etc. benötigen, um verbaut werden zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Vakuumerzeuger bereit zu stellen, der die Nachteile der bisher angewandten Fertigungsverfahren hinsichtlich Performance, etc. nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem generativ hergestellten pneumatischen Vakuumerzeuger gelöst.
Mit generativen Herstellungsverfahren lassen sich mittlerweile beliebige Geometrien schichtweise aufbauen und ggf. durch Strömungsschleifen, etc. nachbehandeln. So ist es möglich, auch komplexe Geometrien prozesssicher herzustellen.
Somit lassen sich mit einem solchen Fertigungsverfahren Düsen mit strömungsoptimierter Kontur, stetigen Übergängen, etc. realisieren. Darüber hinaus kann die Strömungsführung in der Düse oder im Gehäuse bereits mit abgebildet werden, was zu einem geringeren Fertigungs- und "Verschlauchungsaufwand" dieser Bauteile führt.
Schließlich kann der gesamte Vakuumerzeuger als ein Bauteil hergestellt, oder, falls notwendig und sinnvoll, mit konventionell hergestellten Bauteilen verbunden werden, was zur Bauteilreduzierung und somit zu einer wirtschaftlicheren Produktion von Vakuumerzeugern beitragen kann. Schließlich lässt sich durch die optimierte Kontur die Performance einer solchen Düse steigern und der Druckluftverbrauch reduzieren.
Darüber hinaus sind verschiedene räumliche Anordnungen von Düsen möglich. Zum einen "normale" Mehrstufendüsen, bei der verschiedene Venturidüsen in Reihe "geschaltet" werden, wobei z.B. die Empfängerdüse der 1. Stufe gleichzeitig die Treibdüse der 2. Stufe darstellt. Zum anderen sind auch alle anderen Düsenanordnungen möglich, z.B. eine parallele oder eine Matrixanordnung. Weiterhin sind spiralförmige Düsen denkbar, um den Bauraum zu reduzieren. So lässt sich unter anderem ein Nippel mit integrierter Vakuumerzeugung, mit integriertem Druckluft- und Saugeranschluss aus einem Bauteil spiralförmig aufbauen. Durch Kombination verschiedener Materialpaarungen oder Materialeigenschaften (z.B. unterschiedliche Härte oder Porosität) lassen sich beispielsweise elastische Stellen (z.B. Klappen, Sauggreifer, Dichtlippen, o.ä.) direkt im Herstellprozess mit herstellen oder einlegen.
Die gängigen generativen Fertigungsverfahren (FDM, SLS, etc.) lassen unterschiedliche Materialien zu (Polyamide, metallische Werkstoffe, etc.). Dies beinhaltet auch verschiedene Materialeigenschaften, z.B. Elastizität, Porosität oder Härte, die auch durch gezieltes Einbringen von Fehlstellen oder Material verändert werden können. Mit anderen Verfahren lassen sich darüber hinaus verschiedene Materialkombinationen realisieren, um beispielsweise elektrische Kontakte und Bauteile, wie z.B. Sensorelemente, direkt in das Bauteil zu integrieren (siehe z.B. WO 2008/125 353 A2).
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen pneumatischen Vakuumerzeuger mit Treibdüse und Empfängerdüse gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2 einen Längsschnitt durch einen einstückigen Vakuumerzeuger;
Figur 3 einen Längsschnitt durch einen einstückigen Mehrstufenejektor; und
Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines spiralförmig aufgebauten Ejektors.
Die Figur 1 zeigt einen herkömmlichen Ejektor 10 im Längsschnitt. Er weist einen Druckluftanschluss 12 auf, an welchen sich eine Treibdüse 14 anschließt. Diese mündet in eine Empfängerdüse 16, die wiederum in einen Schalldämpfer 18 ausmündet. Zwischen die Treibdüse 14 und die Empfängerdüse 16 mündet ein Vakuumanschluss 20 ein, über welchen Luft angesaugt und somit ein Unterdruck hergestellt wird. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es unerlässlich, dass die einzelnen Komponenten dicht miteinander verbunden sind, wofür Dichtungen 22 sorgen, die diese Komponenten gegenüber einem Gehäuse 24 abdichten. Es ist leicht erkennbar, dass dieser Aufbau kompliziert und die Montage aufwändig ist.
Die Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen einstufigen Vakuumerzeuger 26 gemäß der Erfindung, der generativ hergestellt wurde und einstückig ausgebildet ist. Der Abschnitt 28 bildet die Treibdüse 14 und der Abschnitt 30 bildet die Empfängerdüse 16. Zwischen diese Abschnitte 28 und 30 mündet der Vakuumanschluss 20 ein. Mit pü ist der Überdruck, mit pu der erzeugte Unterdruck und mit p0 der Druck am Ausgang bezeichnet.
Die Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen mehrstufigen Vakuumerzeuger 26 gemäß der Erfindung, der entsprechend dem Vakuumerzeuger 26 nach Figur 2 hergestellt und aufgebaut ist. Dabei bildet der Auslass 32 der Empfängerdüse 16 der ersten Stufe 34 die Treibdüse 14 für die zweite Stufe 36. Selbstverständlich sind auch mehr als zwei Stufen herstellbar.
Die Figur 4 zeigt einen spiralförmig hergestellten Vakuumerzeuger 26 gemäß der Erfindung, der ebenfalls generativ hergestellt wurde und einstückig ausgebildet ist. Dabei bilden das rechte Ende den Druckluftanschluss 12 Treibdüse 14, und das linke Ende den Schalldämpfer 18. Dazwischen erstreckt sich die spiralförmig ausgestaltete Empfängerdüse 16. Zwischen die Treibdüse 14 und die Empfängerdüse 16 mündet der von oben kommende Vakuumanschluss 20 ein.

Claims (16)

  1. Pneumatischer Vakuumerzeuger (26) mit Treibdüse (14) und Empfängerdüse (16), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Düsen (14, 16) generativ hergestellt ist.
  2. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Treibdüse (14) und Empfängerdüse (16) bestehende Düsenpaar generativ und/oder einstückig hergestellt ist.
  3. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er nachbehandelt ist, insbesondere zur Erzielung von strömungstechnisch verbesserten Oberflächen.
  4. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er durch Strömungsschleifen nachbehandelt ist.
  5. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einstückig ist.
  6. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine generativ hergestellte Düse (14, 16) eine beliebige Querschnittsgeometrie aufweist.
  7. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als Mehrstufenejektor ausgebildet ist, wobei der Auslass (32) der Empfängerdüse (16) der ersten Stufe (34) die Treibdüse (14) der zweiten Stufe (36) ist oder bildet.
  8. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (14, 16) parallel zueinander und/oder in einer Matrixanordnung angeordnet sind.
  9. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (14, 16) spiralförmig ausgebildet und/oder angeordnet sind.
  10. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als Nippel mit integrierter, insbesondere spiralförmiger Vakuumerzeugung, integriertem Druckluft- und Saugeranschluss, insbesondere aus einem Bauteil aufgebaut ist.
  11. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er aus unterschiedlichen Materialien hergestellt ist.
  12. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien unterschiedliche Eigenschaften, z.B. Porosität oder Härte, aufweisen.
  13. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elastische Bauteile, z.B. Klappen, Sauggreifer, Dichtelemente, und/oder elektrische Bauteile, wie Sensorelemente oder dergleichen, und/oder andere Elemente, wie z.B. Befestigungselemente, zusätzliche Bauteile, etc., im Herstellungsprozess in den Vakuumerzeuger integriert sind oder werden.
  14. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile während des Herstellungsprozesses eingelegt oder mit diesem erzeugt werden.
  15. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er durch FDM oder SLS hergestellt ist.
  16. Pneumatischer Vakuumerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit konventionell hergestellten Bauteilen verbunden wird.
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