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Title:
FUNCTION CONTROL FOR AN ELECTROHYDRODYNAMIC ATOMIZER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/127712
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the function control of an electrohydrodynamic atomizer (20), wherein an electrohydrodynamically atomized fluid (23) originating from the atomizer (20) is applied to a body, for example, a person, in order to coat said body at least in sections, wherein the atomizer (20) comprises a fluid tank for storing the fluid (23) and at least one high voltage source for providing a high voltage and at least one pump unit for transporting the fluid, wherein the fluid (23) is conveyed by means of the pump unit to a nozzle arrangement of the atomizer (20), and wherein the fluid (23) is electrohydrodynamically atomized at the nozzle arrangement by means of the effect of the high voltage from the high voltage source, wherein a voltage and/or a current at the high voltage source is evaluated, in order to detect a working point of the high voltage source via a current-voltage characteristic curve.

Inventors:
MANGOLD SEBASTIAN (DE)
FIESEL MANUEL (DE)
ULBRICH JENS (DE)
JELTSCH THOMAS (DE)
GÖHRING ALFRED (DE)
BARTHELMES JAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/086281
Publication Date:
June 25, 2020
Filing Date:
December 19, 2019
Export Citation:
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Assignee:
WAGNER GMBH J (DE)
International Classes:
B05B5/16; A45D34/00; B05B5/025; B05B5/043; B05B9/04; B05B11/00
Foreign References:
DE102018109456A12018-10-25
JP2009115438A2009-05-28
EP2018060117W2018-04-19
Attorney, Agent or Firm:
OTTEN, ROTH, DOBLER & PARTNER MBB et al. (DE)
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Claims:
Ansprüche :

1. Verfahren zur Funktionskontrolle eines

elektrohydrodynamischen Zerstäubers (20) , wobei von dem

Zerstäuber (20) ausgehend ein elektrohydrodynamisch zerstäubtes Fluid (23) auf einen Körper, z.B. eine Person, aufgetragen wird, um diesen Körper zumindest abschnittsweise zu beschichten, wobei der Zerstäuber (20) einen Fluidtank zur Bevorratung des Fluids und mindestens eine Hochspannungsquelle zur Bereitstellung einer Hochspannung sowie mindestens eine Pumpeinheit zum Transport des Fluids umfasst, wobei das Fluid mittels der Pumpeinheit zu einer Düsenanordnung des Zerstäubers (20) gefördert wird, und wobei das Fluid an der Düsenanordnung mittels Einwirkung der

Hochspannung aus der Hochspannungsquelle elektrohydrodynamisch zerstäubt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung (ü) und/oder ein Strom (i) an der

Hochspannungsquelle ausgewertet wird, um über eine Strom- Spannungs-Kennlinie (10) oder ein Kennlinien-Feld einen

Arbeitspunkt (A0-A5) der Hochspannungsquelle zu erfassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewertete Spannung (U) und/oder der Strom (I) eine zum tatsächlichen Spannungswert und/oder Stromwert der

Hochspannungsquelle proportionale Referenz-Spannung und/oder ein Referenz-Strom ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäuber (20) in der Hand (22) eines Benutzers (21) gehalten ist und ein Stromfluss von der Hochspannungsquelle (20) über das zerstäubte Fluid (23) durch die Hand (22) des Benutzers (21) über Hand-Kontaktelemente am Zerstäuber (20) zurück zur Hochspannungsquelle erfasst und ausgewertet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Arbeitspunkten (A0-A5) auf der Strom- Spannungs-Kennlinie (10) definiert sind, wobei der erfasste Ist- Arbeitspunkt an der Hochspannungsquelle mit einem Arbeitspunkt 8A0-A5) verglichen wird, oder zumindest in einem Bereich auf der Strom-Spannungs-Kennlinie zwischen zwei Arbeitspunkten (A0-A5) liegend erfasst wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Arbeitsbereich auf der Stro - Spannungs-Kennlinie (10) definiert ist, wobei in dem Fall, dass der erfasste Ist-Arbeitspunkt außerhalb des Soll-Arbeitsbereichs liegt, eine Störung signalisiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine regelmäßige Erfassung des

Arbeitspunktes (A0-A5) ausgeführt wird, wobei ein erfasster

Arbeitspunkt (A3) mit mindestens einem zuvor erfassten

Arbeitspunkt (A3') verglichen wird, um eine Veränderung des

Arbeitspunktes zu erkennen.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Arbeitspunkt (A0-A5) eine definierte Benutzerinformation und/oder Gerätereaktion, z.B.

eine Anschaltung, auslöst, welche in Abhängigkeit von der Position des Arbeitspunktes (A0-A5) auf der Strom-Spannungs- Kennlinie (10) in einem Speicher vorgehalten ist.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einschaltkurve (K1-K4) der

Hochspannungsquelle erfasst wird, wobei die Einschaltkurve (Kl- K4) in einem Arbeitspunkt (A0-A5) endet.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewertete Spannung (U) und/oder der Strom (I) über mindestens einen Korrekturparameter derart

korrigiert wird, dass ein direkter Stromfluss und/oder ein

direkter Spannungsabfall zwischen dem Zerstäuber (20) und der Hand (22) des Benutzers (21), welche den Zerstäuber (20) bedient, erfassbar ist und bevorzugt als Störgröße auswertbar ist.

10. Hochspannungsquelle zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur abgegebenen Hochspannung proportionales

Niederspannungssignal als Referenzspannung abgreifbar ist.

Description:
Funktionskontrolle für einen elektrohydrodynamischen Zerstäuber

Stand der Technik:

Die elektrohydrodynamische Zerstäubung von Fluiden gewinnt im Bereich der Beschichtungsverfahren zunehmend an Bedeutung.

Beispielsweise ist aus der PCT/EP2018/060117 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 Verfahren zur

elektrohydrodynamischen Zerstäubung von Fluiden bekannt.

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. Weil sehr hohe elektrische Feldstärken für die Zerstäubung erforderlich sind, ist eine Funktionskontrolle vorteilhaft, um unerwünschte elektrostatische Aufladungen zu vermeiden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Funktionskontrolle für derartige Geräte bereits zu stellen, um unerwünschte Effekte durch die elektrohydrodynamischen Zerstäubung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Funktionskontrolle eines elektrohydrodynamischen Zerstäubers nach dem

Schutzanspruch 1 gelöst.

Im Folgenden wird die Erfindung sowie ihre vorteilhaften

Weiterbildungen und Ausführungen unter Bezugnahme auf die Strom- Spannungs-Kennlinie aus Fig. 1 erläutert.

Exemplarisch sind darüber hinaus verschiedene

Beschichtungssituationen in den Figuren 2a bis 2d gezeigt.

Dabei wird von dem Zerstäuber ausgehend ein

elektrohydrodynamisch zerstäubtes Fluid auf einen Körper, z.B, eine Person, aufgetragen, um diesen Körper zumindest

abschnittsweise zu beschichten. Der Zerstäuber umfasst dazu einen Fluidtank zur Bevorratung des Fluids und mindestens eine Hochspannungsquelle zur Bereitstellung einer Hochspannung sowie mindestens eine Pumpeinheit zum Transport des Fluid. Das Fluid wird mittels der Pumpeinheit zu einer Düsenanordnung des

Zerstäubers gefördert, wobei das Fluid an der Düsenanordnung mittels Einwirkung der Hochspannung aus der Hochspannungsquelle elektrohydrodynamisch zerstäubt wird.

Zur Funktionskontrolle ist dabei vorgesehen, dass eine Spannung U und/oder ein Strom I an der Hochspannungsquelle ausgewertet wird, um über eine Strom-Spannungs-Kennlinie 10 einen

Arbeitspunkt Al, A2, A3, A4 der Hochspannungsquelle zu erfassen. Die elektrohydrodynamische Zerstäubung nutzt die Einwirkung einer Hochspannung, wodurch Ladungen auf das Fluid und von diesem auf den zu beschichtenden Körper übertragen werden. Eine Messung von Strom und/oder Spannung und ein Abgleich dieses Messergebnisses mit einer Strom-Spannungs-Kennlinie (10) erlaubt Aussagen über die Belastung der Hochspannungsquelle zu treffen, insbesondere dahingehend, ob ein Stromfluss zu verzeichnen ist und somit ein beschichteter Körper die über die Beschichtung aufgebrachten Ladungen auch wieder abgibt. Falls bei anliegender Hochspannung ein gewünschter Stromfluss zu verzeichnen ist, erfolgt eine korrekte Beschichtung und ein Rückfluss der aufgebrachten Ladungen zum Zerstäuber. Jede durch das System im Betrieb erreichbare Kombination aus Strom- und Spannungswert definiert daher einen Arbeitspunkt in der Strom-Spannungs- Kennlinie .

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ausgewertete Spannung ü und/oder der Strom I eine zum

tatsächlichen Spannungswert und/oder Stromwert der

Hochspannungsquelle proportionale Referenz-Spannung und/oder ein Referenz-Strom ist.

Durch die Nutzung einer Referenz-Spannung sowie eines Referenz- Stroms ist die Möglichkeit einer einfacheren Erfassung und

Auswertung gegeben, da keine Hochspannungen direkt einer

Messelektronik zugeführt werden müssen. Dabei wird von der

Hochspannungsquelle eine Referenz-Spannung und/oder ein

Referenz-Stromwert bereit gestellt, welcher bevorzugt bei der Hochspannungserzeugung abgegriffen wird, und nicht unmittelbar den für die Zerstäubung eingesetzten Hochspannungskreis selbst belastet . In einer vorteilhaften Ausführung, wie sie z.B. in Fig. 2a gezeigt ist, ist der Zerstäuber 20 in der Hand 22 eines

Benutzers 21 gehalten und ein Stromfluss von der

Hochspannungsquelle über das zerstäubte Fluid 23, z.B. auf den Arm 24 über den Körper des Benutzers 21 durch die Hand 22 des Benutzers über Hand-Kontaktelemente am Zerstäuber 20 zurück zur Hochspannungsquelle wird erfasst und ausgewertet.

Die einfachste Variante eines geschlossenen Stromkreises 28 zur Vermeidung unerwünschter Aufladungen und zur Funktionskontrolle des elektrohydrodynamischen Zerstäubers 20 ist durch den

Kontaktschluss durch die Hand des Benutzers gegeben. Konstruktiv müssen dazu z.B. an einem Kunststoffgehäuse leitende

Kontaktelemente vorgesehen werden, welche bei der normalen Benutzung stets berührt sind. Hierzu bieten sich z.B.

Bedientasten oder entsprechende Bedienelemente an.

Insbesondere ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass eine

Mehrzahl von Arbeitspunkten A0 bis A5 auf der Strom-Spannungs- Kennlinie definiert sind, wobei der erfasste Ist-Arbeitspunkt - z.B. entsprechend A3 - an der Hochspannungsquelle mit einem Arbeitspunkt der Kennlinie A0 bis A5 verglichen wird, oder zumindest in einem Bereich 11 auf der Strom-Spannungs-Kennlinie 10 zwischen zwei Arbeitspunkten A2, A4 liegend erfasst wird.

Vorteilhaft dabei ist, dass nicht zwingend eine exakte

Klassifizierung des Arbeitspunktes A3 erforderlich ist. Vielmehr ist es ausreichend, einen erfassten Arbeitspunkt A3 in einem Bereich 11 einzuordnen, welcher durch einen Soll-Arbeitsbereich begrenzende Soll-Arbeitspunkte A2, A4 definiert wird. Dabei kann z.B. ein niedriger Stromwert, welcher aber noch ausreicht, um die Ladungen hinreichend vom beschichteten Körper ab zu transportieren, einen ersten Soll-Arbeitspunkt A2 definieren, und ein hoher Stromwert, welcher die Spannungsquelle belastet und damit zu einem Absinken des Betrags der Hochspannung führt, wobei eine elektrohydrodynamische Zerstäubung noch möglich ist, einen zweiten Soll-Arbeitspunkt A4 definieren, zwischen denen der Arbeitsbereich 11 des Zerstäubers liegt.

Überdies ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Arbeitsbereich 11 auf der Strom-Spannungs-Kennlinie definiert ist, wobei in dem Fall, dass der erfasste Arbeitspunkt außerhalb dieses Soll- Arbeitsbereichs 11 liegt, eine Störung 40 signalisiert wird.

Ein entsprechender Zustand ist in Fig. 2d dargestellt. Dabei nutzt eine erste Person 41 einen Zerstäuber 42 um ein Fluid auf eine zweite Person 43 aufzubringen. Aufgrund des offenen

Stromkreises 44 wird kein Stromfluss I erzielt und der

Arbeitspunkt Al oder ein anderweitig liegender Arbeitspunkt im Störungsbereich 12 erreicht. Der elektrohydrodynamische

Zerstäuber wird hierbei eine Störung 40 signalisieren, da eine ordnungsgemäße Funktion nicht erfolgen kann. Diese Situation tritt z.B. auf, wenn der Untergrund 45, auf welchem die Personen 41, 43 stehen, einen hinreichenden Isolator darstellt, und die Personen sich nicht wir in Fig. 2c dargestellt, durch Berührung 46 verbinden, um einen geschlossenen Stromkreis 47 zu

ermöglichen .

Bei der in Fig. 2c dargestellten Variante, wird der Arbeitspunkt A3 im Arbeitsbereich 11 liegen, so dass eine Zerstäubung 48 stattfindet .

Eine zweckmäßige Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass eine regelmäßige Erfassung des Arbeitspunktes ausgeführt wird, b wobei ein erfasster Arbeitspunkt A3 mit mindestens einem zuvor erfassten Arbeitspunkt A3' verglichen wird, um eine Veränderung des Arbeitspunktes zu erkennen.

Da der Arbeitspunkt im Betrieb stark von den unmittelbaren

Geometrieeinflüssen wie z.B. Abstand des Zerstäubers 20 vom zu beschichtenden Objekt, z.B. dem Arm 24 in Fig. 2a abhängt, kann über eine Schwankung des Arbeitspunktes überdies festgestellt werden, ob der Zerstäuber benutzt, also bewegt wird. Bleibt der Arbeitspunkt über mehrere Zeitzyklen derselbe oder in einem festgelegten Toleranzbereich, so geht der Zerstäuber auf Störung, da eine Zerstäubung bzw. Beschichtung stattfindet, ohne dass ein flächiger Auftrag auf das zu beschichtende Objekt erfolgt. Auf diese Weise kann z.B. eine Funktionsstörung beim Ablegen des

Zerstäubers vermieden werden.

Eine Weiterbildung sieht auch vor dass der erfasste Arbeitspunkt eine definierte Benutzerinformation auslöst, welche in

Abhängigkeit von der Position des Arbeitspunktes auf der Strom- Spannungs-Kennlinie in einem Speicher vorgehalten ist.

Aufgrund der physikalischen Leitungseigenschaften des Benutzers, welcher in den Stromkreis zur Ermittlung des Arbeitspunktes eingebunden ist, besteht die Möglichkeit, charakteristische

Arbeitspunkte zu erkennen, bei welchen eine Benutzerinformation aus einem Speicher abgefragt werden kann. Z.B. kann ein direkter Kontakt zwischen Zerstäuber und Hautoberfläche bei einem

Einschaltvorgang herbeigeführt werden, durch welchen sich ein charakteristischer Arbeitspunkt, z.B. im Bereich 13 zwischen den Arbeitspunkten A4 und A5 des hohen Stromflusses der Kennlinie 10 für genau diesen Nutzer ergibt. Insbesondere ist bei dem Verfahren überdies vorgesehen, dass eine Einschaltkurve der Hochspannungsquelle erfasst wird, wobei die Einschaltkurve in einem Arbeitspunkt endet.

Durch die Erfassung einer Einschaltkurve ist ermittelbar, in welchem Zustand der elektrohydrodynamische Zerstäuber initial betrieben werden soll, eine Einschaltkurve Kl auf den

Arbeitspunkt Al zeigt, dass ein Zustand der Störung angesteuert wird, welche z.B. durch die Situation nach Fig. 2d herbeigeführt wird.

Durch die Erfassung der Einschaltkurven - z.B. Kl bis K4 - kann z.B. frühzeitig eine Maßnahme ergriffen werden, welche dem angelaufenen Arbeitspunkt zugeordnet ist, bevor dieser

Arbeitspunkt erreicht wird. Z.B. kann die Hochspannung oder die Pumpe blockiert werden, wenn über die Einschaltkurve K5 ein Arbeitspunkt A5 ' außerhalb des Funktionsbereiches angesteuert wird.

Die Einschaltkurven K2 zum Arbeitspunkt A2, K3 zum Arbeitspunkt A3 und K4 zum Arbeitspunkt A4 wiederum stellen mögliche

Betriebszustände dar.

Die Situation nach Fig. 2a bietet üblicherweise einen eher geringen Innenwiderstand beim Stromkreis 28, so dass ein eher hoher Strom fließen wird, wodurch Arbeitspunkt A4 genutzt wird.

Bei den Situationen nach Fig. 2b und 2c sind die Widerstände in den Stromkreisen 29 und 47 voraussichtlich höher, da der

Innenwiderstand beider Personen 41 und 43 sowie ggf. des leitenden Untergrunds 30 zu berücksichtigen ist. Vergleichbare Gegenstände sind in den Figuren 2b bis 2d mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Unter dem Begriff der Kennlinie im Sinne der Erfindung sind auch Datensammlungen von Kenndaten zu verstehen, welche mit erfassten Arbeitspunkten verglichen werden können, um die erfindungsgemäße Funktionskontrolle auszuführen.

Eine weitere bevorzugte Ausführung des Verfahrens, wie sie z.B. in Fig. 2a gegeben sein kann, sieht vor, dass die ausgewertete Spannung U und/oder der Strom I über mindestens einen

Korrekturparameter korrigiert wird. Problematisch ist, dass aufgrund der gegebenen räumlichen Nähe zwischen der Hand 22 des Benutzers 21, welcher den Zerstäuber 20 bedient, und dem

zerstäubte Fluid 23 ein erheblicher Stromfluss bzw.

Spannungsabfall direkt zwischen der haltenden Hand 22 und dem Zerstäuber 20 erfolgt, ohne dass dieser zum

Beschichtungsergebnis beiträgt. Über mindestens einen

Korrekturparameter kann, z.B. durch einen Kalibrierungsbetrieb oder einen Messimpuls, der Einfluss des direkten Stromflusses und/oder des direkten Spannungsabfalls zwischen dem Zerstäuber 20 und der Hand 22 des Benutzers 21, welche den Zerstäuber 20 bedient, erfasst werden. Sodann kann über diesen mindestens einen Korrekturparameter z.B. eine Störgröße oder dergleichen ermittelt werden, welche in das Verfahren zur Funktionskontrolle eingeht . Bezugszeichenliste :

10 Strom-Spannungs-Kennlinie

11 Bereich

12 Störungsbereich

20 Zerstäuber

21 Benutzer

22 Hand

23 zerstäubtes Fluid

24 Arm

28 geschlossener Stromkreis

29 Stromkreis

30 leitender Untergrund

40 Störung

41 erste Person

42 Zerstäuber

43 zweite Person

44 offener Stromkreis

45 Untergrund

46 Berührung

47 Stromkreis

48 Zerstäubung

A0-A5 Arbeitspunkt

A3 ' zuvor erfasster Arbeitspunkt

A5 ' Arbeitspunkt

I Strom / Stromfluss

K1-K4 Einschaltkurven

U Spannung