• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Gegenstandder Erfindung ist ein Tropfenerzeuger, bei dem die zum Tropfenausstoß erforderlicheAktorbewegung von einem Kolben ausgeführt wird, der von einem odermehreren Magneten bewegt wird. Der Kolben bewegt sich dabei längs über einegewisse Wegstrecke frei in einem flüssigkeitsgefüllten Röhrchen, dasan einem Ende durch eine oder mehrere Düsenbohrungen abgeschlossenist.Im Ausführungsbeispielbefindet sich der Kolben 1 in der Ruhelage im Inneren des Flüssigkeitsröhrchens2 mittig zwischen zwei Magnetspulen 6, 7. Durch wechselweises Bestromender Spulen wird der Kolben in axialer Richtung im Röhrchen 2ausgelenkt und bewirkt dadurch eine Druckschwankung, durch die einTropfen aus der am Ende des Flüssigkeitsröhrchensangeordneten Düse3 ausgestoßen wird.Nach erfolgtem Tropfenausstoß strömt entweder durchKapillarkräfteoder auch durch ÜberdruckFlüssigkeit ausdem Zufluß 5am Kolben vorbei und ersetzt die abgegebene Fluidmenge.
    公开号:DE102004020864A1
    申请号:DE200410020864
    申请日:2004-04-28
    公开日:2005-11-24
    发明作者:Jan Harnisch
    申请人:Jan Harnisch；
    IPC主号:B05B1-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Tropfenerzeuger, bei dem der zum Ausstoß des Fluidserforderliche Druckimpuls durch einen von einem oder mehreren Elektromagnetenbewegten Kolben bewirkt wird.
    [0002] Dienach dem Stand der Technik gebräuchlichenVerfahren zur Tropfenerzeugung sind zum einen die Bubble-Jet-Systemeund zum anderen piezomechanische Wirkprinzipien.
    [0003] BeiBubble-Jet-Systemen befindet sich kurz hinter der Öffnung einesmit der Fluidzufuhr verbundenen Kapillarröhrchens ein Heizelement, dasbei Beaufschlagung mit einem kurzen Stromimpuls eine gewisse Flüssigkeitsmengein dem Röhrchenverdampft. Durch die Expansion der Gasblase wird die zwischen Heizelementund Röhrchenöffnung befindlicheFluidmenge ausgestoßen.
    [0004] DerartigeTropfenerzeuger eignen sich nur für die Verarbeitung rückstandsfreiverdampfender Fluide, da sich ansonsten Ablagerungen an den Heizelementenbilden, die längerfristigzur Verstopfung führen.
    [0005] Einebreitere Auswahl verarbeitbarer Fluide ist bei Anwendung piezoelektrischarbeitender Tropfenerzeuger gegeben. Hier befindet sich im Inneren oderan der Wandung eines Fluidkanals ein Piezoelement, das durch seineBewegung eine Druckschwankung in der Flüssigkeit bewirkt, was wiederumzum Tropfenausstoß führt.
    [0006] Nachteiligist hier zum einen die Geometrie der Fluidkanäle, die meist so gewählt werdenmuß, dasssich im Inneren Gasblasen oder Ablagerungen festsetzen können, diedie Funktion beeinträchtigen. Zumanderen ist aufgrund der Verwendung von Piezomaterial in der Nähe der Fluidführung dieArbeitstemperatur durch die Curietemperatur der Piezokeramik begrenzt,so dass man einen derartigen Tropfenerzeuger dauerhaft nur bis etwa120°C betreiben kann.
    [0007] ImBereich magnetischer Wirkprinzipien ist die Tropfenerzeugung mittelsMikro-Magnetventilen bekannt, wie sie beispielsweise von der LeeCompany, Westbrook, Connecticut, hergestellt werden (US-Patent Nr.5,085,402). Bei diesen Ventilen wird der Ventilstößel durchBestromen einer Spule an deren Eisenkern herangezogen, wodurch derVentilauslaß geöffnet wird.Die Schließbewegungerfolgt mittels einer Feder, die gegen die Spulenkraft arbeitet undnach Abschaltung des Spulenstromes den Ventilstößel wieder gegen die Dichtfläche drückt.
    [0008] DerartigeSysteme weisen eine komplexe Fluidführung auf, da sich die Schließfeder innerhalb desvom Fluid durchströmtenBereiches befinden muß.Dadurch wird die Bildung von Ablagerungen begünstigt und eine eventuelleDemontage erschwert. Zusammen mit der großen Zahl der notwendigen Bauteileverhindert dies eine schnelle Reinigung. Weiterhin ist durch diegegen die Spulenkraft arbeitende Schließfeder die Dynamik beeinträchtigt. Darüber hinaussind die bestehenden Bauformen meist nicht zur Verarbeitung höher temperierterMedien (im Bereich von etwa 100-300°C) geeignet, bzw. es ist einhoher Aufwand zur Gewährleistungder nötigenTemperaturfestigkeit notwendig.
    [0009] Gegenstandder Erfindung ist ein Tropfenerzeuger mit elektromagnetischem Wirkprinzip,der bei einfachem und wartungsfreundlichem Aufbau eine hohe Dynamikgewährleistetund fürden Einsatz bei hohen Arbeitstemperaturen, wie sie z. B. für die Verarbeitungniedrigschmelzender Metalle nötigsind, geeignet ist.
    [0010] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß durch einenTropfenerzeuger mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst.
    [0011] Beidem Tropfenerzeuger befindet sich ein zumindest teilweise aus ferromagnetischemMaterial bestehender Kolben im Inneren eines Fluidröhrchens,das sich an einem Ende zu einer Düse verjüngt. Der Kolben weist zum Innendurchmesserdes Röhrchensein geringes Spiel auf, so dass sich um den Kolben ein Ringspaltergibt. Das Fluidröhrchen befindetsich im Inneren von zwei axial zueinander versetzten Magneten bzw.Magnetspulen.
    [0012] ImBetrieb wird der Kolben durch gleichmäßige Bestromung beider Spulenzunächstin der Mitte zwischen den Spulen gehalten. Soll ein Tropfen aus derDüse ausgestoßen werden,so wird der Strom durch die Spulen abwechselnd für eine kurze Zeitperiode verändert, sodass der Kolben aus der Ruhelage bewegt wird. Dadurch wird in demBereich zwischen Kolben und Düseeine Druckschwankung bewirkt, die zum Tropfenausstoß führt. DerRingspalt um den Kolben wirkt währendder kurzen Ausstoßphaseals Abdichtung, währendgleichzeitig in der längerenRuhephase zwischen zwei Tropfenausstößen wieder durch z. B. Kapillarkräfte Flüssigkeitam Kolben vorbei nachgesaugt werden kann.
    [0013] Beigeeigneter technischer Ausführungbietet das beschriebene Prinzip die Möglichkeit, das Flüssigkeitsröhrchen zusammenmit dem Kolben schnell auszuwechseln, so dass eine Reinigung oder aucheine Umrüstungauf andere zu verarbeitende Medien einfach vorgenommen werden kann.Soll der Tropfenerzeuger beheizt werden, um Flüssigkeiten bei höheren Arbeitstemperaturenauszubringen, so kann dies zweckmäßigerweise durch Regulierung desin der Ruhephase an beiden Spulen anliegenden Stromes erreicht werden.Erfahrungsgemäß ist der für das sichereHalten des Kolbens in der Mittellage notwendige Strom sehr geringund bewirkt keine allzu starke Erwärmung. Durch Erhöhen desStromes über diesesnotwendige Maß hinauskann somit die Arbeitstemperatur in einem weiten Bereich reguliertwerden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungendargestellten Ausführungsbeispielenäher erläutert. Eszeigen:
    [0014] 1 einenSchnitt durch einen Tropfenerzeuger der erläuterten Bauart
    [0015] 2 eineweitere Bauform, bei der der Kolben gleichzeitig als Verschluß der Düsenöffnung wirkt,so dass ggf. auch mit Überdruckin der Fluidzufuhr gearbeitet werden kann.
    [0016] In 1 istein Schnitt durch einen elektromagnetischen Tropfenerzeuger dargestellt.Der Tropfenerzeuger besteht aus einem Flüssigkeitsröhrchen 2, das an einemEnde durch eine oder mehrere Düsenöffnungen 3 abgeschlossenist. Im Inneren des Röhrchens 2 befindetsich ein Kolben 1, der mit dem Röhrchen 2 einen Ringspalt 4 bildet.Das Röhrchen 2 istbis zum Düsenaustrittmit dem auszubringenden Fluid gefüllt, wobei zweckmäßigerweisean der Fluidzufuhr 5 ein leichter Unterdruck angelegt wird,damit nicht schon im Ruhezustand allmählich Flüssigkeit aus der Düse 3 austretenkann. Um das Röhrchen 2 sindzwei Spulen 6 und 7 angeordnet, die von einem Eisenmantel 8 umgebensind. Der Eisenmantel 8 ist dabei so gestaltet, dass beigleichmäßiger Bestromungbeider Spulen 6 und 7 der Kolben 1 ineinem Gleichgewichtszustand gehalten wird. Zum Tropfenausstoß wird zunächst diedüsenseitigeSpule 6 abgeschaltet und die zufuhrseitige Spule 7 miteinem kurzen Stromimpuls beaufschlagt. Der Kolben bewegt sich dadurchvon der Düse 3 weg,so dass im Freiraum zwischen Kolben 1 und Düse 3 einUnterdruck entsteht, durch den durch den Ringspalt 4 Flüssigkeitaus der Zufuhr 5 angesaugt wird. Anschließend wirddie zufuhrseitige Spule 7 abgeschaltet und die düsenseitigeSpule 6 mit einem Stromimpuls beaufschlagt, so dass derKolben 1 wieder zur Düse 3 hinbeschleunigt wird. Durch den dadurch in dem Freiraum zwischen Kolben 1 undDüse 3 entstehendenDruckimpuls wird Flüssigkeitaus der Düse 3 ausgestoßen. Inder Zeitperiode bis zum nächsten Tropfenausstoß werdendie Spulen 6 und 7 wieder gleichmäßig bestromt,so dass sich der Kolben 1 in der Ruhelage ausrichtet. Inder dargestellten Ausführungverfügtder Eisenmantel 8 des Tropfenerzeugers über zwei von außen zugänglicheaxial verschiebliche Elemente 8a, die die Justage des Magnetspaltszwischen Eisenmantel 8 und Kolben 1 zulassen.Dadurch kann die Mittellage des Kolbens 1 eingestellt unddie auf den Kolben 1 wirkende Beschleunigungskraft optimiertwerden.
    [0017] 2 zeigteine Abwandlung dieser Bauform, bei der die Düsenöffnung 3 in der Ruhelagedes Kolbens 1 von diesem verschlossen wird, so dass die Fluidzufuhr 5 zurDosierung dickflüssigererMedien auch unter Überdruckbetrieben werden kann. Weiterhin ist die Kolbenseite der Fluidzufuhr 5 inden Eisenmantel 8 integriert und bildet einen Anschlagfür denKolben 1, so dass sich dieser axial nur auf einer definiertenLänge bewegt.
    1 Kolben 2 Röhrchen 3 Düse 4 Ringspalt 5 Fluidzufuhr 6 Spulevorn 7 Spulehinten 8 Eisenmantel 8a verschieblicherMantelteil
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] Tropfenerzeuger, bei dem die zum Tropfenausstoß erforderlicheAktorbewegung von einem Kolben ausgeführt wird, der von einem odermehreren Magneten bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dasssich der Kolben längs über einegewisse Wegstrecke frei in einem flüssigkeitsgefüllten Röhrchen bewegt,das an einem Ende durch eine oder mehrere Düsenbohrungen abgeschlossenist.
    [2] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass als Magnete ein oder mehrere Elektromagnete verwendet werden
    [3] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass einer oder mehrere der Magnete als Permanentmagnete ausgeführt sind
    [4] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben permanentmagnetisch ist
    [5] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass zwischen Kolben und Röhrchen ein umlaufender Spaltbesteht, der eine Drosselwirkung besitzt
    [6] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass zwischen Kolben und innerer Düsenfläche in derRuhelage eine Fluidkammer frei bleibt
    [7] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben in der Ruhelage direkt an der innerenDüsenfläche anliegt
    [8] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Freiraum zwischen dem in der Ruhelage befindlichenKolben und der inneren Düsenfläche variiert werdenkann
    [9] Tropfenerzeuger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass durch Verstellung des Freiraums zwischen Kolben und innererDüsenfläche die Düsen in derRuhelage des Kolbens durch diesen verschlossen werden können
    [10] Tropfenerzeuger nach Anspruch 8 oder 9, dadurchgekennzeichnet, dass die Verstellung des Freiraums zwischen Kolbenund innerer Düsenfläche im laufendenBetrieb erfolgen kann
    [11] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsröhrchen mitdem Kolben leicht auswechselbar ist
    [12] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Tropfenerzeuger durch Regulierung des durchdie Elektromagnete fließendenStroms beheizbar ist
    [13] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Rückstellungdes Kolbens durch Fluiddruck erfolgt
    [14] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Bewegung des Kolbens durch Anschläge begrenztist
    [15] Tropfenerzeuger nach Anspruch 1 oder einem der Folgeansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben mehrteilig ausgeführt ist
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004020864B4|2012-05-16|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-11-24| OM8| Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law|
    2007-08-16| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-10-12| R016| Response to examination communication|
    2011-10-14| R016| Response to examination communication|
    2012-01-05| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2012-11-22| R020| Patent grant now final|Effective date: 20120817 |
    2021-09-16| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: HARNISCH, WOLFGANG, DE Free format text: FORMER OWNER: HARNISCH, JAN, 95152 SELBITZ, DE Owner name: HARNISCH, MARIA, DE Free format text: FORMER OWNER: HARNISCH, JAN, 95152 SELBITZ, DE |
    2021-09-25| R084| Declaration of willingness to licence|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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