Title:
Verfahren zum Betreiben eines Spritzsystems, ein entsprechendes Spritzsystem sowie eine Verwendung eines Kraftstoffeinspritzsystems für ein derartiges Spritzsystem
Kind Code:
A1


Abstract:

Verfahren zum Betreiben eines Spritzsystems 1 für ein flüssiges Medium, aufweisend eine Hochdruckquelle in Form einer Hochdruckpumpe 7 und einen mit der Hochdruckpumpe 7 zusammenwirkenden Injektor 10, wobei die Hochdruckquelle das Medium verdichtet sowie dem Injektor 10 zuführt und wobei das Medium von dem Injektor 10 verspritzt wird. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Spritzsystems 1 angegeben, das eine neue Funktion ermöglicht. Diese Funktion ist das Beschichten von Werkstücken 14. Erreicht wird dies dadurch, dass mit dem Spritzsystem 1 das Medium in Form eines Flüssigkeitsfilms auf ein Werkstück 14 aufgebracht wird. Weiterhin wird ein entsprechendes Spritzsystem 1 vorgestellt. Schließlich wird eine Verwendung eines Kraftstoffeinspritzsystems für ein derartiges Spritzsystems 1 angegeben. embedded image




Inventors:
Stuke, Bernd (71229, Leonberg, DE)
Bickelhaupt, Malte (70180, Stuttgart, DE)
Giezendanner-Thoben, Robert (70839, Gerlingen, DE)
Application Number:
DE102017202950A
Publication Date:
08/23/2018
Filing Date:
02/23/2017
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
Domestic Patent References:
DE102007012878B3N/A2008-10-30
DE10239351A1N/A2004-03-11



Foreign References:
53307831994-07-19
Claims:
Verfahren zum Betreiben eines Spritzsystems (1) für ein flüssiges Medium, aufweisend eine Hochdruckquelle (7) und einen mit der Hochdruckquelle (7) zusammenwirkenden Injektor (10), wobei die Hochdruckquelle (7) das Medium verdichtet sowie dem Injektor (10) zuführt und wobei das Medium von dem Injektor (10) ausgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Injektor (10) ausgespritzte Medium in Form eines Flüssigkeitsfilms auf ein Werkstück (14) aufgebracht wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium aus unterschiedlichen Komponenten besteht.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Komponente eine erste Flüssigkeit und eine zweite Komponente eine zweite Flüssigkeit oder ein nicht flüssiges Material sind.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Flüssigkeit und/oder das nicht flüssige Material der ersten Flüssigkeit in einer Mischkammer (23) zugegeben wird/werden.

Spritzsystem (1) aufweisend eine Hochdruckquelle (7) und einen mit der Hochdruckquelle (7) zusammenwirkenden Injektor (10), wobei das Medium von der Hochdruckquelle (7) verdichtet sowie dem Injektor (10) zugeführt wird und wobei das Medium von dem Injektor (10) ausgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzsystem (1) zum Aufbringen eines Flüssigkeitsfilms auf ein Werkstück (14) ausgelegt ist.

Spritzsystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (10) zumindest ein zylindrisches Spritzloch (19) aufweist.

Spritzsystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (10) zumindest ein konisches Spritzloch (19) aufweist.

Spritzsystem (1) nach Anspruche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzloch (19) verrundet und/oder unverrundet ist.

Spritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (10) eine Ringspaltdüse aufweist.

Spritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium unterschiedliche Komponenten in Form einer ersten Flüssigkeit sowie in Form einer zweiten Flüssigkeit und/oder eines nicht flüssigen Materials aufweist und dass eine Mischkammer (23) zur Zugabe der zweiten Flüssigkeit und/oder eines nicht flüssigen Materials zu der ersten Flüssigkeit vorgesehen ist.

Spritzsystem (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (23) in einem Adapter (22) angeordnet ist, der mit zumindest dem einen Spritzloch (19) des Injektors (10) zusammenwirkt.

Spritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Spritzloch (19) des Injektors (10) zumindest eine Luftstrahlführungseinrichtung (26) zusammenwirkt.

Spritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzsystem (1) ein Kraftstoffeinspritzsystem ist.

Verwendung eines Kraftstoffeinspritzsystems für ein Spritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 13.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Spritzsystems für ein flüssiges Medium, aufweisend eine Hochdruckquelle und ein mit der Hochdruckquelle zusammenwirkenden Injektor, wobei die Hochdruckquelle das Medium verdichtet sowie dem Injektor zuführt und wobei das Medium von dem Injektor ausgespritzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Spritzsystem sowie eine Verwendung eines Kraftstoffeinspritzsystems für ein derartiges Spritzsystem.

Stand der Technik

Ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Spritzsystems und ein entsprechendes Spritzsystem ist aus der DE 10 2007 050 811 A1 bekannt. Dieses Spritzsystem ist als Einspritzsystem für einen Kraftstoff ausgelegt und weist die üblichen Komponenten für eine Hochdruckeinspritzung mit unter anderem einem Injektor auf. Dieser Injektor ist zur Einspritzung des Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgelegt und weist eine Verschleißschutzschicht in Form einer Hartchromschicht auf, auf die eine Schicht aus einem Polysiloxan aufgebracht ist. Dabei wird die Hartchromschicht durch ein galvanisches Beschichtungsverfahren hergestellt. Die Schicht aus einem Polysiloxan wird anschließend beispielsweise durch einen Sprühprozess aufgetragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Spritzsystems und ein entsprechendes Spritzsystem anzugeben, dass eine neue Funktion ermöglicht.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mit dem Spritzsystem das Medium in Form eines Flüssigkeitsfilms auf ein Werkstück aufgebracht wird. Das entsprechende Spritzsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das Spritzsystem zum Aufbringen eines Flüssigkeitsfilms auf ein Werkstück ausgelegt ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mittels eines Spritzsystems ein extrem feines Spray erzeugt werden kann, das es erlaubt, einen dünnen Flüssigkeitsfilm auf ein beliebiges Werkstück aufzubringen. Das Spray kann sehr gut durch die Parameter Druck, Ansteuerzeit und Düsengeometrie des Injektors entsprechend der gewünschten Anwendung angepasst werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Tropfen des Sprays mit sehr hohem Impuls und einer definierten Tropfengrößenverteilung auf das Werkstück aufgebracht werden können, wodurch haltbare, dünne Schichten erzeugt werden können. Im Ergebnis kann somit ein Spritzsystem, das erfindungsgemäß ein nicht oder nur geringfügig modifiziertes Kraftstoffeinspritzsystem für einen beliebigen Kraftstoff zur Einspritzung in einen Brennraum eine Brennkraftmaschine ist, für eine neue Funktion oder Verwendung genutzt werden. Dabei kann bei eventuellen Modifikationen auf Erfahrungen zur Auslegung eines solchen bekannten Kraftstoffeinspritzspritzsystems für herkömmliche Einspritzzwecke zurückgegriffen werden. Die Hochdruckquelle ist dabei bevorzugt eine bekannte (separate) Hochdruckpumpe, wobei aber grundsätzlich die Hochdruckquelle beliebig ausgebildet und angeordnet sein kann. Beispielsweise kann die Hochdruckquelle auch in den Injektor integriert sein. Das Spritzsystem kann aber beispielsweise auch ein Harnstoffdosiermodul, das gegebenenfalls entsprechend modifiziert wird, sein.

In Weiterbildung der Erfindung besteht das Medium aus unterschiedlichen Komponenten. Dabei sind in weiterer Ausgestaltung eine erste Komponente eine erste Flüssigkeit und eine zweite Komponente eine zweite Flüssigkeit oder ein nicht flüssiges Material. Denkbar ist es auch, das Material der zweiten Flüssigkeit zuzugeben und so dieses Gemisch der ersten Flüssigkeit zuzugeben. Zwei unterschiedliche Flüssigkeiten können relativ problemlos mit dem Spritzsystem auf ein Werkstück aufgebracht werden. Dabei können durch beispielsweise den hohen von der Hochdruckquelle erzeugten Impuls auch schwer mischbare Flüssigkeiten optimal durchmischt werden. Beispielsweise kann von er Hochdruckquelle ein Druck von bis zu 3.000 bar (300 MPa) erzeugt werden. Wie zuvor ausgeführt wurde, können dem Spritzsystem aber auch feste Materialien wie beispielsweise Farbpigmente zugeführt werden und durch den hohen Impuls mit der ersten Flüssigkeit vermischt werden. Auch ist es möglich, Nanopartikel zuzuführen, um beispielsweise funktionale Oberflächen auf dem Werkstück herstellen zu können. Auch ist es möglich leitende bzw. halbleitende Materialien zuzugeben, um elektronische oder magnetische Funktionen in den auf das Werkstück aufzubringenden Schichten realisieren zu können. Bei den hohen Impulskräften des durch den Injektor austretenden Flüssigkeitsstrahls ist es auch denkbar, mitgerissene Materialien oder Medien in das Werkstückmaterial einzubringen (zu dotieren).

In Weiterbildung der Erfindung wird die zweite Flüssigkeit und/oder das Material der ersten Flüssigkeit in einer Mischkammer zugegeben. Diese Mischkammer kann vor dem Injektor, in dem Injektor oder aber auch vorzugsweise ausgangsseitig des Injektors platziert sein. Dabei erfolgt eine Auswahl der entsprechenden Anordnung nach den jeweiligen Gegebenheiten und/oder den der ersten Flüssigkeit zuzugebenden zweiten Flüssigkeit und/oder Materialien. Die Mischkammer kann dabei beispielsweise in einen Adapter integriert sein, der beispielsweise vor oder ausgangsseitig zu dem Injektor angeordnet wird. Dazu braucht das aus einem Kraftstoffeinspritzsystem hergeleitete Spritzsystem quasi nicht verändert zu werden, da der Adapter beispielsweise zwischen einer Hochdruckleitung, die einen Hochdruckspeicher oder eine Hochdruckpumpe mit dem Injektor verbindet und dem Injektor in das System eingebunden werden kann. Die Mischkammer kann aber auch so ausgebildet sein, dass diese vor zumindest einem Spritzloch des Injektors angeordnet ist. Hierauf wird nachfolgend noch eingegangen.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Injektor zumindest ein zylindrisches und unverrundetes Spritzloch auf, das in einem Düsenkörper eines Düsenteils des Injektors angeordnet ist. Ein solches Spritzloch erzeugt ein breites Spray mit einem vergleichsweise geringen Strahlimpuls. Es ergibt sich dadurch auch die Möglichkeit, eine flächige Beschichtung zu realisieren. Ein in weiterer Ausgestaltung vorgesehenes verrundetes und konisches Spritzloch erzeugt ein schlankes Spray mit deutlich höheren Impulsen, die ein stärkeres Eindringen des Sprays in die Oberfläche des Werkstücks erlauben und damit eine gute Haftung der Schicht auf dem Werkstück ermöglichen. Je nach Anforderung der Beschichtung sind beliebige Mehrloch- und Ringspaltkonfigurationen des Injektors im Rahmen der Erfindung vorgesehen. Diese Spraycharakteristik beeinflusst dann auch die Schichtdicken, die auch in Abhängigkeit von jeweiligen Tropfengrößen und Spraybreite variieren. Wird vor dem oder den Spritzloch / Spritzlöchern des Injektors ein Adapter mit der zuvor beschriebenen Mischkammer für unterschiedliche Komponenten (feste und flüssige) angeordnet, ergeben sich weitere Anwendungen für die Beschichtung von Werkstücken. Durch den extrem hohen Impuls einer Trägerkomponente in Form der ersten Flüssigkeit wird eine in die Mischkammer zugeführte zweite Komponente (fest oder flüssig oder einer Mischung davon) mitgerissen und optimal mit der ersten Flüssigkeit durchmischt. Durch den hohen Impuls können hier auch Komponenten gemischt werden, die sich eigentlich nicht vermischen lassen. Ein Beispiel hierfür ist Wasser und Benzol. Über die Austrittsgeometrie des Adapters kann ähnlich wie bei der Düsengeometrie die Strahleigenschaft beeinflusst werden. Als zugeführte Materialien können feste Partikel wie Farbpigmente und Nanoteilchen von der ersten Flüssigkeit mitgerissen werden und somit farbige oder funktionale Oberflächen auf dem Werkstück erstellt werden. Ein Beispiel ist die Auftragung von Titanoxidnanopartikeln, um eine funktionale Schicht zu erzeugen, die beispielsweise in der Luftreinigung und Wasserreinigung verwendet werden. Bei ausreichenden Impuls der Trägerkomponente unter Verwendung eines stark verrundeten konisches Spritzlochs kann davon ausgegangen werden, dass auch funktionale Medien wie beispielsweise Nanopartikel in die Oberfläche des Werkstücks eindringen können. Dadurch wird Eindotieren von Materialien ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben sind.

Es zeigen:

  • 1 einen grundsätzlichen Aufbau eines Spritzsystems zur Erzeugung von Beschichtungen,
  • 2a, 2b Schnittdarstellungen eines Düsenteils eines Injektors mit einem zylindrischen unverrundeten Spritzloch,
  • 3a, 3b eine Schnittdarstellung eines Düsenteils eines Injektors mit einem konischen verrundeten Spritzloch,
  • 4, 4a eine Schnittdarstellung eines Düsenteils eines Injektors mit einer Mehrlochkonfiguration,
  • 5, 5a eine Schnittdarstellung eines Düsenteils eines Injektors mit einer Mehrlochkonfiguration für eine flächige Beschichtung,
  • 6 eine Schnittdarstellung eines Düsenteils eines Injektors mit einer Ringspaltdüse,
  • 7 eine Schnittdarstellung eines Düsenteils eines Injektors mit einem vor dem Düsenteil angeordnetem Adapter, aufweisend eine Mischkammer zur Zumischung diverser Medien und
  • 8 eine Schnittdarstellung eines Düsenteils eines Injektors gemäß 2 mit einem zusätzlichen Luftpfad zu einer Sprayführung.

Das Spritzsystem 1 gemäß 1 weist einen ein Medium in Form einer ersten Komponente, die eine erste Flüssigkeit ist, bevorratenden Tank 2 mit einem eingebauten Vorfilter 3 und einer Vorförderpumpe 4 auf. Die Vorförderpumpe 4 ist über eine Niederdruckleitung 5 unter Einschluss eines Hauptfilters 6 mit einer Hochdruckquelle in Form einer Hochdruckpumpe 7 verbunden. Die Hochdruckpumpe 7 ist wiederum über eine Hochdruckleitung 8 mit einem Hochdruckspeicher 9 verbunden, der wiederum über eine weiterführende Hochdruckleitung 8 mit einem Injektor 10 verbunden ist. Der Injektor 10, der Hochdruckspeicher 9, die Hochdruckpumpe 7 und der Hauptfilter 6 sind darüber hinaus mit einer in den Tank 2 einmündenden Rückleitung 12 verbunden, über die eine Leckagemenge der von dem Spritzsystem 1 geförderten Flüssigkeit zurück in den Tank 2 geleitet wird. Zudem weist der Hochdruckspeicher 9 ein Druckregelventil auf, mit dem der Druck der Flüssigkeit in dem Hochdruckspeicher 9 auf einen vorgegebenen und einstellbaren Wert, beispielsweise auf einen Wert von ca. 3.000 bar einstellbar ist. Von dem Druckregelventil abgesteuerte Flüssigkeit wird ebenfalls in die Rückleitung 12 geleitet. Selbstverständlich kann das Spritzsystem 1 auch als leckagefreies System ausgebildet sein. Schließlich ist ein Steuergerät 11 zur Steuerung des Gesamtsystems vorgesehen.

Das beschriebene Spritzsystem 1 entspricht einem Kraftstoffeinspritzspritzsystem zur Einspritzung eines Kraftstoffs in zumindest einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei dann der Injektor 10 in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine korrespondierend mit dem Brennraum eingebaut ist. Vorliegend ist der Injektor 10 in einen Halter eingebaut, der beispielsweise Teil einer Spritzkammer 13 sein kann, in dem ein Werkstück 14 unterhalb eines Düsenteils 15 des Injektors 10 angeordnet ist. Das vorliegende Spritzsystem 1 mit den beschriebenen Komponenten wird zum Auftragen eines aus dem Medium erzeugten Flüssigkeitsfilms beispielsweise zum Beschichten des Werkstück 14 eingesetzt beziehungsweise genutzt.

2a und 2b zeigen einen Schnitt durch den interessierenden unteren Teil des Düsenteils 15 des Injektors 10 des Spritzsystems 1, wobei das Düsenteil 15 bei einem herkömmlichen Einspritzspritzsystem in den Brennraum der Brennkraftmaschine hineinragen würde, vorliegend aber in die Spritzkammer 13 in Richtung zu dem Werkstück 14 hineinragt. Das Werkstück 14 kann im Übrigen auf einem Werktisch angeordnet sein, der innerhalb der Spritzkammer 13 verfahren werden kann. Möglich ist es aber auch, den Injektor 10 beispielsweise an einem Roboterarm anzubringen, der in x, y und z Richtung verfahren werden kann. Dann muss selbstverständlich die weiterführende Hochdruckleitung 8 zwischen dem Hochdruckspeicher 9 und dem Injektor 10 entsprechend flexibel sein. Die Funktion des Verfahrens kann von dem Steuergerät 11 angesteuert werden. Das Werkstück 14 kann aber auch - ohne dass eine Spritzkammer 13 vorhanden ist - unterhalb des Injektors 10 angeordnet sein. In diesem Fall ist der Injektor 10 nur in einem Halter befestigt. Das Düsenteil 15 weist einen Düsenkörper 16 mit einem innenliegenden Düsenraum 18 auf, in dem eine Düsennadel 17 längs beweglich angeordnet ist. Die Düsennadel 17 gibt in der dargestellten Position eine Strömungsverbindung von dem Düsenraum 18 zu einem Spritzloch 19 frei. Dazu weist die Düsennadel 17 im Bereich außerhalb der Darstellung einen Düsennadelsitz auf, der mit einem entsprechenden Düsenkörpersitz zur Unterbrechung einer Strömungsverbindung innerhalb des Düsenraums 18 zusammenwirken kann. Das Spritzloch 19 in den 2a, 2b ist als zylindrisches unverrundetes Spritzloch ausgebildet und kann in den in den 2a, 2b dargestellten Positionen in einer Düsenkörperspitze 20 des Düsenkörpers 16 angeordnet sein.

Im Unterschied dazu zeigen die 3a, 3b Spritzlöcher 19, die konisch und verrundet ausgebildet sind. Bei beiden Ausführungsbeispielen können die Spritzlöcher 19 als Einloch- oder Mehrlochkonfiguration ausgebildet sein. Ein Beispiel dazu zeigt 4, 4a wobei hier eine in einer Reihe angeordnete Mehrlochkonfiguration dargestellt ist.

5, 5a zeigt eine ähnliche Konfiguration, wobei hier aber eine Vielzahl von sternförmig angeordneten Spritzlöchern 19 für eine flächige Beschichtung des Werkstücks 14 vorhanden sind.

6 zeigt ein Düsenteil 15 mit einem Düsenkörper 16 wobei hier die Düsennadel 17 ein kegeligen Fortsatz 21 aufweist, der mach außen öffnet. Die Düsennadel 17 wird also nach unten bewegt und gibt im Bereich des kegeligen Fortsatzes 21 einen Ringspalt gegenüber dem Düsenkörper 16 bzw. der Düsenkörperspitze 20 zusammenwirkend mit dem Düsenraum 18 frei. Der Injektor 10 weist hier also ein Düsenteil 15 auf, das als Ringspaltdüse ausgelegt ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 7 entspricht im Wesentlichen dem der Figur 2b, wobei hier ein Adapter 22 vor dem Düsenkörper 16 bzw. der Düsenkörperspitze 20 angeordnet ist. In diesen Adapter 20 ist eine Mischkammer 23 vor dem Austritt des Spritzlochs 19 angeordnet. Die Mischkammer 23 ist weiterhin mit einer Komponentenzuführung 24 verbunden, durch die eine (zweite) flüssige oder feste Komponente zusätzlich zu der durch das Spritzloch 19 zugeführten ersten Flüssigkeit in die Mischkammer 23 eingebracht werden kann. In der Mischkammer 23 wird eine innige Vermischung der durch das Spritzloch 19 in die Mischkammer 23 eingebrachten ersten Flüssigkeit mit der zweiten Komponente erreicht, wobei dann das erzeugt Gemisch durch einen Strahlaustritt 25 aus dem Adapter 22 austritt und auf das hier nicht gezeigte Werkstück aufgetragen wird.

8 zeigt wieder ein Ausführungsbeispiel das grundsätzlich dem der 2b entspricht, wobei hier eine Luftstrahlführungseinrichtung 26 zusätzlich vorhanden ist, durch die ein durch Pfeile dargestellter zusätzlicher Luftpfad zur Sprayführung vorgesehen ist.

Abschließend wird darauf hingewiesen, dass beliebige zuvor beschriebene und dargestellte Einzelmerkmale der Erfindung miteinander und untereinander kombiniert sein können.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • DE 102007050811 A1 [0002]