DE102011077600A1 - Nozzle arrangement for spraying fluids or fluid-gas mixtures through nozzles supplied under pressure, comprises spray nozzle for outputting fluid, nozzle housing, and sensor for monitoring functional parameters of spray nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Düsenanordnung mit wenigstens einer Sprühdüse zum Ausgeben wenigstens eines Fluids mit einem Düsengehäuse und wenigstens einer Austrittsöffnung, wenigstens einem Sensor zum Überwachen von Sprühparametern der Sprühdüse und einer Steuereinheit zum Auswerten und/oder Anzeigen von Signalen des Sensors. The invention relates to a nozzle arrangement with at least one spray nozzle for dispensing at least one fluid with a nozzle housing and at least one outlet opening, at least one sensor for monitoring spray parameters of the spray nozzle and a control unit for evaluating and / or displaying signals from the sensor.
Dort, wo Flüssigkeiten oder Flüssigkeits-Gasgemische mittels Düsen zerstäubt, unter Druck zugeführt oder verspritzt werden, ist eine einwandfreie Funktion der Düsen oft von entscheidender Bedeutung für den Prozess, in dem diese Düsen eingesetzt werden, in Bezug auf Produktivität, Produktqualität und Energieverbrauch und dergleichen. Die wichtigsten Funktionsparameter hierbei sind die Mediendrücke, also der Druck des wenigstens einen zu versprühenden Fluids, die Fluidströme, also Flüssigkeits- und Gasvolumenströme sowie die einwandfreie Ausbildung der mittels der Sprühdüse angestrebten Strahlform des ausgegebenen Sprühstrahles. Das Verstopfen, das teilweise Verstopfen der Düsen, der interne oder externe Düsenverschleiß sowie auch andere Einflüsse verändern diese Funktionsparameter nachteilig und haben dadurch auch nachteilige Auswirkungen auf den Prozess, in dem die Sprühdüsen eingesetzt werden. Um Schäden an Maschinen und Anlagen zu vermeiden und um Produktionsausfälle, zu hohe Emissionen, Qualitätseinbußen oder einen zu hohen Energieverbrauch zu verhindern, ist es vorteilhaft, die genannten Funktionsparameter von Sprühdüsen mittels Sensortechnik zu überwachen. Die Anordnung der Sensoren sowie auch die dann erforderliche Verkabelung zur Signalübertragung und Energieversorgung ist aber in der Regel problematisch. Wherever liquids or liquid gas mixtures are atomized, pressurized or squirted by nozzles, proper nozzle operation is often critical to the process in which these nozzles are used, in terms of productivity, product quality and energy consumption, and the like , The most important functional parameters in this case are the media pressures, that is to say the pressure of the at least one fluid to be sprayed, the fluid flows, that is to say the liquid and gas volume flows, and the proper formation of the jet shape of the spray jet dispensed by means of the spray nozzle. The clogging, the partial clogging of the nozzles, the internal or external nozzle wear as well as other influences adversely affect these functional parameters and thereby also adversely affect the process in which the spray nozzles are used. In order to avoid damage to machinery and equipment and to prevent production losses, too high emissions, quality losses or excessive energy consumption, it is advantageous to monitor the said function parameters of spray nozzles by means of sensor technology. The arrangement of the sensors as well as the wiring then required for signal transmission and power supply but is usually problematic.
Mit der Erfindung soll eine Düsenanordnung mit wenigstens einer Sprühdüse verbessert werden.With the invention, a nozzle arrangement with at least one spray nozzle is to be improved.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Düsenanordnung mit wenigstens einer Sprühdüse zum Ausgeben wenigstens eines Fluids mit einem Düsengehäuse und wenigstens einer Austrittsöffnung, wenigstens einem Sensor zum Überwachen von Sprühparametern der Sprühdüse und einer Steuereinheit zum Auswerten und/oder Anzeigen von Signalen des Sensors vorgesehen, bei der der Sensor im Bereich des Düsengehäuses oder im Bereich eines Zulaufs zur Sprühdüse angeordnet ist und Mittel zum drahtlosen Übertragen von Sensorsignalen zwischen dem Sensor und der Steuereinheit vorgesehen sind. According to the invention, there is provided for this purpose a nozzle arrangement with at least one spray nozzle for dispensing at least one fluid with a nozzle housing and at least one outlet opening, at least one sensor for monitoring spray parameters of the spray nozzle and a control unit for evaluating and / or displaying signals from the sensor, in which case the sensor is arranged in the region of the nozzle housing or in the region of an inlet to the spray nozzle and means are provided for wireless transmission of sensor signals between the sensor and the control unit.
Indem der Sensor unmittelbar im Bereich des Düsengehäuses oder im Bereich eines Zulaufs zur Sprühdüse angeordnet ist und Mittel zum drahtlosen Übertragen von Sensorsignalen zwischen dem Sensor und der Steuereinheit vorgesehen sind, kann eine aufwendige und störungsanfällige Verkabelung zur Übertragung von Signalen entfallen. Die Anordnung des wenigstens einen Sensors ist damit auch bei sehr beengten räumlichen Verhältnissen möglich. Mittels einer drahtlosen Übertragung von Sensorsignalen zwischen dem Sensor und der Steuereinheit können die Sensorsignale auch über weite Entfernungen übertragen werden. Als Zulauf zur Sprühdüse werden beispielsweise Zuleitungsrohre und Sammelrohre stromaufwärts der Sprühdüse bezeichnet. Auch im Zulauf zur Sprühdüse ist es von erheblichem Vorteil, Funktionsparameter wie Druck und Volumenstrom zu überwachen. Bei sehr kleinen Sprühdüsen ist möglicherweise am Düsengehäuse selbst zu wenig Platz für die Anordnung eines Sensors.By the sensor is arranged directly in the region of the nozzle housing or in the region of an inlet to the spray nozzle and means are provided for wireless transmission of sensor signals between the sensor and the control unit, a complex and fault-prone cabling for the transmission of signals can be omitted. The arrangement of the at least one sensor is thus possible even in very confined spatial conditions. By means of a wireless transmission of sensor signals between the sensor and the control unit, the sensor signals can also be transmitted over long distances. As an inlet to the spray nozzle, for example, supply pipes and headers upstream of the spray nozzle are referred to. Also in the feed to the spray nozzle, it is of considerable advantage to monitor functional parameters such as pressure and flow rate. For very small spray nozzles, there may not be enough room for the sensor housing on the nozzle housing itself.
In Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zum drahtlosen Übertragen von Energie zwischen dem Sensor und der Steuereinheit vorgesehen.In a development of the invention, means are provided for the wireless transmission of energy between the sensor and the control unit.
Durch diese Maßnahmen kann auch das Vorsehen einer Verkabelung zum Zwecke der Energieversorgung entfallen und es kann beispielsweise auch auf das Vorsehen von Batterien im Bereich des Sensors verzichtet werden. Gerade Batterien sind störanfällig und müssen vor allem in regelmäßigen Abständen gewechselt werden. Eine Übertragung von Energie zwischen dem Sensor und der Steuereinheit in drahtloser Weise macht es möglich, auf eine regelmäßige Wartung, beispielsweise zum Batteriewechsel, der Sensoren zu verzichten. Eine Funktionsüberprüfung der Sensoren kann ja in einfacher Weise drahtlos erfolgen. Es ist beispielsweise auch möglich, Energie zum Betrieb des Sensors drahtlos und gemeinsam mit Ansteuerungssignalen von der Steuereinheit zum Sensor zu übertragen. Die mit dem Ansteuerungssignal übertragene Energie reicht dann entweder aus, um das aktuelle Messsignal des Sensors zurückzusenden oder dient auch dazu, einen Energiespeicher am Sensor aufzuladen. Gerade bei schwierig zugänglichen Sprühdüsen oder sehr engen räumlichen Verhältnissen kann durch die Erfindung eine Überwachung von Funktionsparametern der Sprühdüse sichergestellt werden. By these measures, the provision of a wiring for the purpose of energy supply can be omitted and it can, for example, be dispensed with the provision of batteries in the region of the sensor. Especially batteries are susceptible to interference and must be changed, especially at regular intervals. A transmission of energy between the sensor and the control unit in a wireless manner makes it possible to dispense with a regular maintenance, for example to change the battery, the sensors. A function check of the sensors can indeed be done wirelessly in a simple manner. It is also possible, for example, to transmit energy for operating the sensor wirelessly and together with control signals from the control unit to the sensor. The energy transmitted with the drive signal then either suffices to return the current measurement signal of the sensor or also serves to charge an energy store at the sensor. Especially with difficult to access spray nozzles or very tight spatial conditions can be ensured by the invention monitoring of functional parameters of the spray nozzle.
In Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich des Düsengehäuses oder im Bereich des Zulaufs zur Sprühdüse wenigstens ein Energiewandler und ein Energiespeicher vorgesehen, wobei der Energiewandler für die Gewinnung elektrischer Energie aus dem Umfeld des Düsengehäuses vorgesehen ist. In a further development of the invention, at least one energy converter and one energy store are provided in the region of the nozzle housing or in the region of the inlet to the spray nozzle, the energy converter being provided for the recovery of electrical energy from the environment of the nozzle housing.
Auf diese Weise kann elektrische Energie zum Betrieb des Sensors und zum Aussenden von Sensorsignalen zu der Steuereinheit unmittelbar aus der Umgebung des Sensors gewonnen werden. Beispielsweise können Vibrationen des Düsengehäuses oder auch Temperaturschwankungen zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden. Zusammen mit einem Energiespeicher im Bereich des Sensors kann die dadurch gewonnene geringe elektrische Energie ausreichen, um wenigstens in regelmäßigen Abständen ein Sensorsignal zur Steuereinheit auszusenden. Die Gewinnung von elektrischer Energie aus dem Umfeld des Düsengehäuses bzw. der Sprühdüse wird auch als „energy harvesting“ bezeichnet. In this way, electrical energy for operating the sensor and for emitting sensor signals to the control unit can be obtained directly from the environment of the sensor. For example, vibrations of the nozzle housing or even temperature fluctuations can be used to generate electrical energy. Together with an energy storage in the area of the sensor the low electrical energy obtained thereby can be sufficient to emit a sensor signal to the control unit at least at regular intervals. The extraction of electrical energy from the environment of the nozzle housing or the spray nozzle is also referred to as "energy harvesting".
Vorteilhafterweise wandelt der Energiewandler Lichtenergie, Druckschwankungen der zu versprühenden Flüssigkeit oder der Umgebungsluft oder Bewegungsenergie der zu versprühenden Flüssigkeit in elektrische Energie. Durch diese Maßnahmen lässt sich speziell bei Sprühdüsen zum Ausgeben wenigstens eines Fluids in verlässlicher und ausreichender Weise Energie gewinnen, um eine zuverlässige und regelmäßige Aussendung von Messsignalen von dem Sensor zur Steuereinheit zu gewährleisten. Advantageously, the energy converter converts light energy, pressure fluctuations of the liquid to be sprayed or the ambient air or kinetic energy of the liquid to be sprayed into electrical energy. As a result of these measures, energy can be obtained in a reliable and sufficient manner, especially in the case of spray nozzles, for emitting at least one fluid in order to ensure reliable and regular transmission of measuring signals from the sensor to the control unit.
In Weiterbildung der Erfindung werden mittels des wenigstens einen Sensors ein Druck, ein Volumenstrom, eine Temperatur des wenigstens einen zu versprühenden Fluids, eine Gehäusetemperatur, eine Umgebungstemperatur, eine Form des ausgegebenen Sprühstrahls und/oder eine Tropfengröße im ausgegebenen Sprühstrahl erfasst. In a development of the invention, by means of the at least one sensor, a pressure, a volume flow, a temperature of the at least one fluid to be sprayed, a housing temperature, an ambient temperature, a shape of the dispensed spray jet and / or a droplet size in the dispensed spray jet are detected.
Auf diese Weise lassen sich die Funktionsparameter der Düse zuverlässig überwachen. Beispielsweise kann auch das Verstopfen oder das teilweise Verstopfen der Sprühdüse sowie auch der interne oder externe Düsenverschleiß mittels der Erfassung dieser Parameter zuverlässig festgestellt werden. In this way, the functional parameters of the nozzle can be reliably monitored. For example, the clogging or the partial clogging of the spray nozzle as well as the internal or external nozzle wear can be detected reliably by the detection of these parameters.
In Weiterbildung der Erfindung rotiert wenigstens das Düsengehäuse relativ zu einer Zuleitung für zu versprühendes Fluid um eine Drehachse oder führt eine Pendelbewegung aus, wobei der wenigstens eine Sensor im Bereich des Düsengehäuses angeordnet ist. In a further development of the invention, at least the nozzle housing rotates relative to a supply line for fluid to be sprayed about an axis of rotation or performs a pendulum movement, wherein the at least one sensor is arranged in the region of the nozzle housing.
Gerade bei rotierenden oder pendelnden Düsen, beispielsweise Tankreinigungsdüsen, kann die Erfindung erhebliche Vorteile bei der Überwachung von Funktionsparametern von Sprühdüsen bieten oder auch eine solche Überwachung überhaupt erst ermöglichen. Denn durch die drahtlose Übertragung von Messsignalen und gegebenenfalls Energie zum Betreiben des Sensors, wird die erfindungsgemäße Düsenanordnung unabhängig von kabelgebundenen Zuleitungen und kann infolgedessen auch auf einer rotierenden Sprühdüse angeordnet werden. Especially with rotating or oscillating nozzles, such as tank cleaning nozzles, the invention can offer significant advantages in the monitoring of functional parameters of spray nozzles or even allow such monitoring in the first place. Because by the wireless transmission of measurement signals and optionally energy to operate the sensor, the nozzle assembly according to the invention is independent of wired leads and can consequently be arranged on a rotating spray nozzle.
In Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens ein Energiewandler und ein Energiespeicher im Bereich des Düsengehäuses angeordnet. In a further development of the invention, at least one energy converter and an energy store are arranged in the region of the nozzle housing.
Gerade bei rotierenden oder pendelnden Düsen ist die Realisierung des sogenannten „energy harvesting“, also der Gewinnung von für die Betrieb des Sensors erforderlicher elektrischer Energie aus der Umgebung der Sprühdüse von erheblichem Vorteil, da dadurch beispielsweise auch auf Batterien verzichtet werden kann.Especially with rotating or oscillating nozzles, the realization of so-called "energy harvesting", ie the recovery of required for the operation of the sensor electrical energy from the environment of the spray nozzle of considerable advantage, as this can be dispensed with, for example, batteries.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt:Further features and advantages of the invention will become apparent from the claims and the following description of a preferred embodiment of the invention taken in conjunction with the drawings. In the drawings shows:
Die Darstellung der
Um Funktionsparameter der Sprühdüse
Der Sensor
Mittels der Einheit
Der Sensor
Alternativ zu der Energiewandler- und Energiespeichereinheit
Beispielsweise kann die Steuereinheit
Die Erfindung ermöglicht es, auch in schlecht zugänglichen Prozessumgebungen oder bei sehr geringem vorhandenen Platz im Bereich der Sprühdüsen
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