DE69207021T2

DE69207021T2 - Sprüheinheit zur Bildung von Flachstrahlen

Info

Publication number: DE69207021T2
Application number: DE69207021T
Authority: DE
Inventors: Gary W Maier; Sharon Wang
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1991-02-06
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2012-02-04
Also published as: EP0498600A1; DE69207021D1; US5115972A; EP0498600B1; KR920017364U; JP2583780Y2; KR0132327Y1; JPH04118150U

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Sprüheinheiten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Sprüheinheiten zur Bildung von Flachstrahlen bzw. einem fächerartigen Sprühnebel, um einen gleichmäßigen Überzug auf ein Substrat aufzutragen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Sprüheinheiten und Sprühdüsen werden gewöhnlich in verschiedenen Umgebungen wie u.a. beim Sprühbeschichten, bei der Staubbeseitigung und der Kraftstoffeinspritzung eingesetzt. Verschiedene Arten von Sprüheinheiten werden verwendet, um einen breiten Bereich an Sprühnebelarten zu erzielen. Schmale Strahlen und kreisrunde, flache und hohlräumige Sprühnebel sind ein paar Beispiele. Sprühnebel können mit oder ohne Mischung von Luft mit dem zu versprühenden Fluid erzeugt werden, um die Fluidteilchen zu zerstäuben. Wenn Luft verwendet wird, kann die Luft innerhalb der Fluiddüse oder außerhalb der Fluiddüse gemischt werden. Luftstrahlsysteme, in welchen sich ein Luftstrom mit einem Fluidstrom außerhalb der Fluiddüse mischt, sind der Schwerpunkt dieser Beschreibung.
Herkömmliche Sprühbeschichtungstechniken, mit denen entweder permanente Überzüge auf ein Substrat aufgetragen werden, oder mit denen ein Substrat im Rahmen eines komplexeren Prozesses befeuchtet wird, verwenden typischerweise Sprühdüsen, die kegelförmige oder flache Spühnebel oder Sprühstrahlen aus Fluid auf dem Substrat bilden. Die Breite dieser Sprühnebel kann im Bereich von einigen Zentimetern bis über dreißig Zentimeter liegen. Eine typische Sprühdüse ist im US-Patent 4,830,279 von Crum et al offenbart. In diesem Patent wird eine flache Sprühdüse für eine Pulverspritzpistole mit einer einzigen Düse offenbart. Die Düse hat zwei Öffnungen mit einem einzigen Durchgang. Bevor das Pulver versprüht wird, wird es elektrostatisch aufgeladen und in der Düse mit Luft gemischt.
Die meisten Substrate, die bei der Herstellung und Bearbeitung von Faservliesen behandelt werden, haben typischerweise Breiten zwischen einem und zwei Metern. Um volle Fluidabdeckung bei Substraten dieser Abmessung und größer zu erreichen, müssen eine Reihe nebeneinanderstehender Düsen verwendet werden. Zwei an Marlek erteilte Patente, das US-Patent Nr. 4,793,559 und Nr. 4,887,771 betreffen Aufbringungsvorrichtungen für unter Druck stehende, flüssige Chemikalien zum Gebrauch auf großenflächigen horizontalen Oberflächen. Um jedoch eine ausreichende Abdeckung des versprühten Fluids über die volle Breite des Substrats vorzusehen, müssen die Sprühdüsen dieser Aufbringungsvorrichtung eng beieinander angeordnet sein, so daß sich die kegelförmigen Sprühnebel überlappen. Dieses verursacht Streifen mit hohem und niedrigem Schichtgewicht, was zu einem uneinheitlich behandelten Substrat führt.
Die EP-Veröffentlichung Nr. 0 347 058 offenbart eine Flachstrahldüse zur Verwendung beim Beschichten von Leiterplatten. Das Beschichten kann mit luftlosem Sprühen erreicht werden, indem ein unter hohem Druck zerstäubter Strom verwendet wird, oder mit Luft durchsetztem Sprühen, bei dem Luft auf den Flüssigkeitsstrom auftrifft, um den Strom zu zerstäuben.
Wie im Sprühdüsenkatalog Nr. 50A der Firma Spraying Systems Co. dargestellt, sind auch Luftstrahlsysteme bekannt, bei denen der Luftstrom eine Wirbeiströmung erzeugt, um das Fluid außerhalb der Fluiddüse zu zerstäuben. Diese Luftstrahlsysteme richten den Luftstrom direkt in den Fluidstrom.
US-A-4273287 offenbart einen Zerstäuberkopf zur Verwendung mit einer Spritzpistole, in welcher eine Düse mit einem Schlitz vorgesehen ist, um einen fächerförmigen Sprühnebel zu erzeugen, und eine Druckluftquelle ist am Umfang um die gesamte Sprühdüse herum und oberhalb der Düsenöffnung angeordnet. In dieser Veröffentlichung wird das Fluid durch die Form der Düse zerstäubt, und die Luft hilft bei der Zerstäubung mit. Diese Veröffentlichung bildet den Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1.
Diese bekannten Sprühsysteme sind in mehrfacher Hinsicht unzureichend. Keine der bekannten Luftstrahlsprühvorrichtungen mischt einen Fluidstrahl oder -sprühnebel außerhalb der Fluiddüse mit Luft, indem die Luft direkt hinter der Fluiddüsenöffnung auftrifft, um ein Substrat zu beschichten. Keine dieser Vorrichtungen kann ein Substrat mit einer gleichmäßigen, durchgehenden Fluidbeschichtung ohne inaktzeptable Schwankungen im Schichtgewicht überziehen, und keine kann so beschichten, daß nur ein kleiner Teil Beschichtungsmaterial vergeudet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung ist eine mit niedrigem Druck und hohem Volumen sprühende Sprüheinheit gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zum gleichmäßigen Auftragen eines kontrollierten Fluidüberzugs auf ein Substrat gemäß Anspruch 9 vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sprüheinheit zum Auftragen eines im wesentlichen gleichmäßigen Fluidüberzugs auf ein Substrat bei reduzierten Schwankungen im Schichgewicht. Die Sprüheinheit umfaßt wenigstens eine und vorzugsweise eine Vielzahl von Fluiddüsen, welche Fluid auf das Substrat ausstoßen. Vorzugsweise sind die Fluiddüsen reihenförmig angeordnet, um einen zweidimensionalen fächerartigen Sprühnebel zu erzeugen. Der Durchmesser jeder Fluiddüse wird in der Kombination mit der Strömungsgeschwindig keit und der Viskosität des ausgestoßenen Fluids ausgewählt. Die Fluiddüsen sind vorzugsweise abnehmbar auf einem Fluidverteiler angebracht, indem Schrauben verwendet werden, die ein schnelles, leichtes Austauschen von verstopften oder beschädigten Düsen erlauben. Die Sprüheinheit kann auch Ventile umfassen, welche wahlweise eine der Fluiddüsen öffnen und schließen.
Der Fluidverteiler transportiert Fluid zu jeder Düse, und eine Fluidquelle versorgt den Fluidverteiler mit Fluid. Ein Paar Gasdüsen sind auf gegenüberliegenden Seiten jeder Fluiddüse angebracht, um ein Paar gegenüberliegender Gasströme zu bilden, welche auf die Fluiddüse hinter der Öffnung der Düse auftreffen. Die Gasdüsen liefern vorzugsweise Luft. Der Fluidverteiler, die Fluiddüse und die Luftdüsen sind in einem Gehäuse angeordnet.
Jede der Luftdüsen besitzt eine Öffnung, die im Bereich jeder Fluiddüse angebracht ist, um einen Luftstrahl zu erzeugen, welcher auf die Fluiddüse oberhalb der Öffnung der Fluiddüse auftrifft. Die Luftdüse ist so angeordnet, daß aufgrund des senkrechten Abstands von jeder Luftdüsenöffnung zu der jeweiligen Fluiddüse der Luftstrahl bei minimaler Ausdehnung der Luftdüsenöffnung seine Abmessungen beibehalten kann, bis die Luft auf die Fluiddüse auftrifft. Jede Luftdüse ist so eingestellt, Luft auszustoßen, die auf die Fluiddüse im Bereich der Fluiddüsenöffnung auftrifft, ohne das aus der Fluiddüse austretende Fluid selbst zu berühren.
In einer alternativen Ausführungsform ragen die Fluiddüsen durch einen Schlitz im Luftverteiler heraus. Der durch die Luftdüsen ausströmende Luftstrahl bewirkt, daß Umgebungsluft durch den Schlitz in Richtung des Fluidstroms angesaugt wird, so daß es im Bereich der Fluiddüsen weniger Bereiche ohne Strömung gibt und eine Ansammlung von Fluid auf der Seite des Gehäuses vermieden wird. Als eine weitere Modifikation kann ein Gebläse Luft durch den Schlitz in Richtung des Fluidstromes ausstoßen, so daß es im Bereich der Fluiddüsen weniger Bereiche ohne Strömung gibt.
Die Sprüheinheit kann verwendet werden, um ein Befeuchtungsfluid auf Papier oder Textilgewebe auszustoßen, um in kontrollierter Art Feuchtigkeitsverluste beim Trocknen zu ersetzen. Die Sprüheinheit kann auch verwendet werden, um Beschichtungsmaterial auszustoßen zur Verwendung mit antistatischen Mitteln, Grundierungen, Trennschichten, Imprägniermitteln, Klebstoffen, Anstrichfarben oder andere Materialien. Dies sind nur ein paar von den vielen Beschichtungsanwendungen, für die die Sprüheinheit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine unvollständige Querschnittsansicht der Sprüheinheit der vorliegenden Erfindung mit abgenommenen Seiten, um Details zu zeigen.
Figur 2 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Sprüheinheit von Figur 1.
Figur 3 ist eine vergrößerte, ausführliche Querschnittsansicht der Sprüheinheit von Figur 1.
Figur 4 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, der Sprüheinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 5 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, der Fluid- und Luftöffnungen der Sprüheinheit von Figur 4.
Figur 6 ist eine Vorderansicht der Sprüheinheit von Figur 4.
Figur 7 ist eine Unteransicht des Düsenschlitzes der Sprüheinheit von Figur 4.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Sprühvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann für das berührungslose Auftragen einer kontrollierten Beschichtung auf ein Substrat eingesetzt werden. Die Beschichtung kann gleichmäßig oder ungleichmäßig, durchgehend oder nicht durchgehend sein. Die Beschichtung wird mit einem Minimum an zuviel gesprühtem Sprühnebel und einem Maximum an Kontrolle aufgetragen. Die Sprüheinheit der vorliegenden Erfindung erzielt gewaltige Verbesserungen gegenüber bestehenden Sprühvorrichtungen. Die Sprüheinheit erzielt typischerweise weniger als 10% vergeudetes Beschichtungsfluid in der Geweberichtung. Das erlaubt ausgezeichnete Fadenkreuzweiten und sorgt für saubere Ecken. Bei bestehenden überlappenden, konischen Sprühvorrichtungen wird typischerweise über 70% des Beschichtungsfluids vergeudet, entweder durch übermäßige Überlappung oder dadurch, daß es nicht auf das Substrat ausgestoßen wird.
Die Vorrichtung kann sowohl mit niederviskosen Fluidlösungen als auch mit heißschmelzendem Material verwendet werden, wenn die verschiedenen Komponenten der Vorrichtung ausreichend aufgeheizt sind. Die Sprühvorrichtung ist eine Sprüheinheit 10, welche eine im wesentlichen gleichmäßige, durchgehende Fluidbeschichtung auf ein Substrat bei geringen Schwankungen im Schichtgewicht aufträgt. Im anderen Fall kann die Sprüheinheit 10 dazu verwendet werden, nicht durchgehende Beschichtungen wie zum Beispiel Streifen aufzutragen. Die Sprüheinheit 10 wird beschrieben zur Verwendung beim Auftragen von Beschichtungen, welche heißschmelzende Materialien, niederviskose Fluide und Feuchthaltemittel wie Wasser beinhalten können. Die Beschichtungsmaterialien können antistatische Mittel, Grundierungen, Trennschichten, Imprägniermittel, Klebstoffe, Anstrichf arben oder andere Materialien sein.
Bezugnehmend auf Figur 1-3 umfaßt die Sprüheinheit 10 einen Fluidverteiler 12 und eine Vielzahl von Fluiddüsen 14, die mit dem Fluidverteiler 12 verbunden sind. Ein Paar Gasdüsen wie die Luftdüsen 16 ist im Bereich einer jeden Fluiddüse 14 angeordnet. Obwohl Lüftdüsen 16 verwendet werden, können andere Gase wie Dampf (für Schmelzklebstoffe) und Stickstoff (für feuchtigkeits aktive Silikone) verwendet werden. Die Luftdüsen 16 sind als Auslässe eines Luftverteilers 18 ausgebildet. Diese Hauptbestandteile sind in einem Gehäuse 20 angeordnet, welches einfach der Luftverteiler 18 ist.
Um die Kontrolle über den Fluidsprühnebel zu optimieren und um übermäßiges Versprühen und eine Fluidvergeudung zu mmimieren, sollten die Luftdüsen 16 so ausgerichtet sein, daß die Luft auf die Fluiddüsen 14 direkt hinter der Fluiddüsenöffnung 22 auftrifft. So ist jede Luftdüse 16 ausgerichtet, Luft auszustoßen, die auf die Fluiddüse 14 auftrifft, ohne das Fluid selbst zu berühren, bis die Luft die Fluiddüse 14 berührt hat. Idealerweise sollte die Luft die Fluiddüse 14 an der Öffnung 22 berühren. Wenn die Luft direkt auf das aus der Fluiddüse 14 austretende Fluid auftrifft, würde eine übermäßige Fluidverteilung zu einem verschwenderischen Nebel führen. Wenn die Luft zu weit hinter der Fluiddüsenöffnung 22 auf die Fluiddüse 14 auftrifft, wäre ein erhöhter Luftstrom erforderlich, um die gewünschte Zerstäubung zu erreichen. Der senkrechte Abstand von jeder Luftdüsenöffnung 24 zu der jeweiligen Fluiddüse 14 ist so gewählt, daß der Luftstrahl die Abmessungen der Luftdüsenöffnung 24 bei minimaler Ausdehnung beibehalten kann, bis die Luft auf die Fluiddüse 14 auftrifft.
Wenigstens eine und vorzugsweise eine Vielzahl von Fluiddüsen 14 stoßen Fluid auf das Substrat aus. Der Abstand zwischen den Fluiddüsen 14 ist so gewählt, daß die gewünschte Größe des fächerartigen Sprühnebels erreicht wird. Die Linie der Fluiddüsen 14 ist im allgemeinen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrats und sollte lang genug sein, um Substrate mit einer maximal gewünschten Breite zu überziehen. Vorzugsweise sind die Fluiddüsen 14 linear angeordnet und haben einen Abstand von 1,5 cm zueinander, um einen zweidimensinalen fächerartigen Sprühnebel zu erzeugen. Der Durchmesser jeder Fluiddüse 14 ist in Kombination mit der Strömungsgeschwindigkeit und der Viskosität des ausgestoßenen Fluids gewählt, und die Fluiddüsenöffnung 22 ist vorzugsweise rund.
Zusätzlich kann der Druck des Fluids in den Düsen 14 variieren. Zum Beispiel wird vorzugsweise mit niedrigerem Druck und hohem Volumen gearbeitet, wobei das Fluid in Tröpfchen zerfällt und durch die auftreffende Luft zerstäubt wird; und das Fluid als Sprühnebel austritt. Bei höherem Druck wird das Fluid aus den Düsen 14 als Strahl austreten. Bei Drücken oberhalb eines kritischen Drucks wird das Fluid aus der Düse 14 als Sprühnebel austreten, sogar ohne daß Luft auf die Oberfläche auftrifft und Störungen durch den hohen Druck hervorgerufen werden.
Die Fluiddüsen 14 sind vorzugsweise abnehmbare abgestumpfte Röhrchen 26, die auf dem Fluidverteiler 12 mit Schrauben 28 befestigt sind, die ein schnelles, leichtes Auswechseln von verstopften oder beschädigten Düsen 14 zulassen. Das erlaubt auch ein Wechseln von Düsen 14, um Düsen 14 mit verschiedenen öffnungsbereichen 22 einzusetzen, um verschiedene Fluide unterzubringen oder die Sprühbreiten zu ändern. Eine Gummi- oder Kunststoffdichtung 30 dichtet die Fluiddüsen 14 gegen den Fluidverteiler 12 ab. Alternativ können andere Verbindungsmethoden eingesetzt werden. Ungeachtet der Verbindungsmethode sollten die Düsen 14 so ausgebildet sein, daß es einen festen Abstand von der Öffnung 22 der Düse 14 zur Basisfläche 32 des Röhrchens 26 gibt, welches den Fluidverteiler 12 berührt.
Der Fluidverteiler 12 ist in einer Öffnung des Gehäuses 20 angebracht, bei der es sich um Löcher oder Schlitze handeln kann. Der Abstand von den Düsenöffnungen 22 zu dem zu behandelnden Substrat ist einstellbar, indem die Position des Fluidverteilers 12 innerhalb des Gehäuses 20 beispielsweise mit einer Gewindeschraubenjustierung 39 eingestellt wird. Der Fluidverteiler 12 verteilt Fluid zu jeder Fluiddüse 14 von einer Fluidquelle, und umfaßt zwei Verteilerabschnitte 36, 38, die eine verbesserte Verteilung des Fluids erlauben. Fluid, das die Fluidquelle verläßt, dringt in den unteren Verteilerabschnitt 36 durch einen axial mittigen Fluiddurchgang 40 ein. Nachdem das Fluid den unteren Verteilerabschnitt 36 gefüllt hat, füllt es den oberen Verteilerabschnitt 38, bevor es weiter zu den Fluiddüsen 14 dringt.
Es gibt verschiedene Arten, die Arbeitsstrecke der Sprüheinheit 10 zu ändern. Wenn Substrate mit kürzeren Breiten als der Maximalbreite beschichtet werden, kann die Sprüheinheit 10 zur Senkrechten abgewinkelt werden, um die Arbeitsstrecke der Sprüheinheit 10 zu verkürzen. Im anderen Fall kann eine Vielzahl von Fluidverteilern 12, von denen jeder eine unterschiedliche Anzahl Fluiddüsenröhrchen 26 besitzt (wobei die unbenutzten Fluiddüsenöffnungen verschlossen sind), abwechselnd im Gehäuse 20 untergebracht werden, um die Beschichtungsbreite zu verändern. Auch können die Fluiddüsenröhrchen 26 im Fluidverteiler 12 in Abhängigkeit von der gewünschten Beschichtungsbreite entfernt oder ersetzt werden (wobei die unbenutzten Fluiddüsenöffnungen verschlossen sind). Zusätzlich kann die Sprüheinheit 10 Ventile (nicht dargestellt) umfassen, welche wahlweise irgendeine Fluiddüse 14 öffnen und schließen, um die Fluidbeschichtung auf dem Substrat zu verändern.
Die Luftdüsen 16 sind auf gegenüberliegenden Seiten jeder Fluiddüse 14 angeordnet, um ein Paar gegenüberliegender Luftstrahlen zu bilden, welche auf die Fluiddüse 14 direkt hinter der Fluiddüsenöffnung 22 auftreffen. Die gegenüberliegenden Luftstrahlen bewirken, daß die Luft symmetrisch auf die Fluiddüse 14 von gegenüberliegenden Seiten auftrifft, so daß ein verhältnismäßig dünner Fluidfächer entsteht, der wirkungsvollsten Form für gleichmäßige Beschichtungen bei bewegten Substraten. Die Luftdüsen 16 müssen solange physisch nicht auf gegenüberliegenden Seiten der Fluiddüse 14 angebracht sein, wie die Luftstrahlen sich gegenüberstehen. Je nach Verwendungszweck könnte in anderen Ausführungsformen eine einzige Luftdüse 16 an jeder Fluiddüse 14 verwendet werden, obwohl die Tendez besteht, das Fluid zu einer Seite zu drücken. Auch können mehr als zwei Düsen 16 je nach der gewünschten Abmessung des Sprühnebels verwendet werden. Zum Beispiel können vier Luftdüsen 16, zwei auf jeder Seite der Fluiddüse 14, verwendet werden.
Die Luftdüsen 16 haben zueinander einen Mittenabstand von ungefähr 0,3 bis 0,4 cm. Zusätzlich ist die Querschnittsfläche der Luftdüsenöffnung 24 je nach den Eigenschaften des für die Beschichtung verwendeten Fluids gewählt. Wenngleich die Luftdüsenöffnung 24 kreisförmig sein kann, werden rechteckige, flache Öffnungen bevorzugt, die den zerstäubten Fluidsprühnebel flach gestalten, wie am besten in Figur 6 zu sehen ist. Die Breite einer flachen Öffnung 24 kann zwischen 0,25 und 0,50 mm betragen, während die Länge typischerweise 3 bis 7 mm beträgt. Die Länge ist so gewählt, daß zuviel versprühter Sprühnebel und Luftvergeudung in der beabsichtigten Umgebung minimiert werden. Bei einigen Anwendungen kann es auch ganz nützlich sein, die Luftdüsen 16 von allen Fluiddüsen 14 auf einer Seite der Fluiddüsen 14 wie eine einzige Öffnung zu gestalten, die sich über die Länge der kompletten Reihe der Fluiddüsen 14 erstreckt.
Der Winkel, bei dem die Luftdüsen 16 Luft auf die Fluiddüsen 14 richten, ist in Kombination mit der Strömungsgeschwindigkeit und der Viskosität des ausgestoßenen Fluids eingestellt, die von der gewünschten Geometrie des ausgestoßenen Sprühnebels oder Strahls abhängig ist. Typischerweise werden die Winkel für eine bestimmte Vorrichtung hergestellt und für eine besondere Anwendung fixiert, wenngleich verstellbare Luftdüsen 16 verwendet werden können. Winkel mit den Axen der Fluiddüsen 16 umfassen typischerweise einen Bereich von 40º bis 60º. Bei Winkeln unterhalb von 10º trifft nicht genug Luft auf, um das Fluid zu zerstäuben, und das ausgestoßene Fluid tritt wie ein Strahl aus. Bei Winkeln oberhalb von 170º gibt es zuviel Zerstäubung, und große Fluidwolken treten aus, was zur Vergeudung von Fluid führt. Der bevorzugte Winkel liegt im Bereich von 45º bis 55º. Unterhalb des bevorzugten Winkelbereichs kann die Vorrichtung noch funktionieren, aber eine zunehmende Luftströmungsgeschwindigkeit ist erforderlich, um dasselbe Zerstäubungsergebnis zu erhalten.
In der Ausführungsform von Figur 1-3 sind die Luftdüsen 16 als Kanäle im Luftverteiler 18 ausgebildet, der selber aus drei Komponenten gebildet ist und als Sprüheinheitgehäuse 20 dient. Der Luftverteiler 18 umfaßt einen Basisabschnitt 42 und zwei obere Abschnitte 44, 46, und die Luftdüsen 16 sind innerhalb der oberen Abschnitte 44, 46, im Bereich des Basisabschnitts 42 auf jeder Seite der Sprüheinheit 10 ausgebildet. Die Luf tdüsen 16, die in der Verlängerung der Luftdurchgänge 48,50 angeordnet sind, werden durch zwei Lufteinlässe 52, 54 versorgt, einer an jedem Ende des Luftverteilers 18. Im anderen Fall können die Luf tdüsen 16 starr oder flexible Röhrchen 66 sein, die sich von dem Luftverteiler 18 bis zu den zu den Luftdüsenöffnungen 24 im Bereich der Fluiddüsen 14 erstrecken, wie in der nachfolgend erläuterten Ausführungdform von Figur4-7 dargestellt.
Die Sprüheinheitenfront 56 ist vorzugsweise so ausgeformt, daß sich die Fluiddüsen 14 über den benachbarten Abschnitt der Sprüheinheitenfront 56 hinaus erstrecken. Dieser benachbarte Abschnitt ist durch abgewinkelte Wände 58 begrenzt, welche parallel zur Bewegungsrichtung des Luftstrahls der Luftdüsen 16 angeordnet sind. Außerdem ist die Linie der Fluiddüsen 14 und der Luftdüsen 16 gegenüber der Außenfläche der Sprüheinheitenfront 56 weiter zurückgesetzt, wobei die Fluiddüsenöffnungen 22 unterhalb der Ebene der Vertiefung 60 angeordnet sind. Dadurch kann die Sprüheinheit 10 einen Deckel 62 aufnehmen, welcher die Düsen 14, 16 während der Lagerung, des Transports oder anderen nichtproduktiven Zeiten schützt. Wenn der Deckel aufgebracht ist, ist er bündig mit der Außenfläche von der Sprüheinheitenfront 56.
In der Ausführungsform von Figur 1-3 sind die Fluiddüsen 14 im Gehäuse 20 durch einzelne Öffnungen mit minimalem Zwischenraum angeordnet. Diese Vorrichtung wird verwendet, wenn die Sprüheinheit 10 zur Befeuchtung eines Substrates mit Wasser oder zur Beschichtung mit Fluiden eingesetzt wird, was die Funktionsweise der Sprüheinheit 10 nicht beeinträchtigt, wenn sie auf der Sprüheinheitenfront 56 angebracht sind.
Bezugnehmend auf Figur 4-7 ist die Sprüheinheit 10' ähnlich der von Figur 1-3, und umfaßt einen Fluidverteiler 12, der in einer Vielzahl von Fluiddüsen 14 endet, und einen Luftverteiler 18, der in einem Paar Luftdüsen 16 im Bereich jeder Fluiddüse 14 endet. Die Luftdüsen 16 leiten die Luft so, daß die Luft auf die Fluiddüsen 14 direkt hinter der Fluiddüsenöffnung 22 auftrifft. Die Fluiddüsen 14 umfassen abnehmbare Röhrchen 26, die auf dem Fluidverteiler 12 mit einer Gewindeschraube 28 befestigt sind.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der von Figur 1-3 dadurch, daß die Fluiddüsen 14 der Sprüheinheit 10' in einem Schlitz 64 im Gehäuse 20 mit einem Zwischenraum rund um die Fluiddüsen 14 und die Schlitzwände angeordnet sind. Der durch die Luftdüsen 16 ausgestoßene Luftstrahl bewirkt, daß Umgebungsluft durch den Schlitz 64 in Richtung des Fluidstromes angesaugt wird. Das schaltet Luftwirbel aus und vermindert im Bereich der Fluiddüsen 14 Bereiche ohne Strömung, um eine Ansammlung von Fluid auf der Sprüheinheitenfront 56 zu verhindern. Figur 7 ist eine Sicht auf den Schlitz 64 von unten, die die Fluiddüsen 14 und die Luftdüsen 16 zeigt. Als eine weitere Modifikation kann ein Gebläse Luft ausstoßen, um einen konstanten Strom durch den Schlitz 64 in Richtung des Fluidstroms zu erhalten, um im Bereich der Fluiddüsen 14 Bereiche ohne Strömung zu vermindem.
Das Verfahren zum gleichmäßigen Auftragen eines im wesentlichen gleichmäßigen, kontinuierlichen Fluidüberzugs auf ein Substrat umfaßt den Transport des Fluids zu jeder Düse 14 von einem Fluidverteiler 12, das Ausstoßen von Fluid auf das Substrat durch die Fluiddüsen 14 und das Richten eines Paares von gegenüberliegenden Luftstrahlen auf jede Fluiddüse 14 hinter der Öffnung 22 der Düse 14 mit Hilfe von Luftdüsen 16, um einen zweidimensionalen fächerartigen Sprühnebel zu erzeugen.

Claims

1. Mit niedrigem Druck und hohem Volumen sprühende Sprühdüse (10) zum Auftragen eines im wesentlichen kontrollierten Fluidüberzugs auf ein Substrat, umfassend:

ein Gehäuse (20);

wenigstens eine Fluiddüse (14), die in dem Gehäuse (20) angeordnet ist und eine Öffnung (22) aufweist, um Fluid auf das Substrat auszustoßen;

einen Fluidverteiler (12), der in dem Gehäuse (20) angeordnet ist, um Fluid aufzunehmen und an jede Düse (14) zu verteilen;

wenigstens eine in dem Gehäuse (20) angeordnete und mit einer Öffnung (24) versehene Gasdüse (16), die im Bereich jeder Fluiddüse (14) angeordnet ist, um einen Gasstrom zu erzeugen, der oberhalb der Öffnung (22) der Fluiddüse (14) auf diese auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand von jeder Gasdüsenöffnung (24) zu der jeweiligen Fluiddüse (14) so eingestellt werden kann, daß die Abmessungen des Gasstroms entsprechend der Gasdüsenöffnung (24) beibehalten werden, bis das Gas auf die Fluiddüse (14) auftrifft, um zerstäubte Tröpfchen des aufgesprühten Fluids zu bilden, so daß im wesentlichen das gesamte Gas erst nach Kontakt mit der Fluiddüse mit dem Fluid selbst in Berührung kommt.

2. Sprühdüse (10) nach Anspruch 1, des weiteren umfassend ein Paar Gasdüsen (16), die auf gegenüberliegenden Seiten jeder Fluiddüse (14) angeordnet sind, um ein Paar

gegenüberliegender Gasströme zu bilden, so daß das Gas nur auf zwei Seiten der Düse auf das Fluid auftrifft.

3. Sprühdüse (10) nach Anspruch 1, bei der der Durchmesser jeder Fluiddüse (14) in Kombination mit der Strömungsgeschwindigkeit und der Viskosität des ausgestoßenen Fluids eingestellt wird.

4. Sprühdüse (10) nach Anspruch 3, bei der die Form und der Winkel jeder Gasdüse (16) in Kombination mit der Strömungsgeschwindigkeit und der Viskosität des ausgestoßenen Fluids eingestellt werden.

5. Sprühdüse (10) nach Anspruch 1, bei der eine Vielzahl von Fluiddüsen (14) in dem Gehäuse (20) angeordnet sind.

6. Sprühdüse (10) nach Anspruch 5, bei der die Fluiddüsen (14) abnehmbar an dem Fluidverteiler (12) angebracht sind.

7. Sprühdüse (10) nach Anspruch 5, bei der das Gehäuse (20) einen Schlitz (64) aufweist und die Fluiddüsen (14) durch den Schlitz (64) ragen, und bei der der durch die Gasdüsen (16) ausgestoßene Gasstrom bewirkt, daß Umgebungsluft durch den Schlitz (64) in Richtung des Fluidstromes eingesaugt wird, damit es im Bereich der Fluiddüsen (14) weniger Bereiche ohne Strömung gibt und eine Ansammlung von Fluid auf der Seite des Gehäuses (20) vermieden wird.

8. Sprühdüse (10) nach Anspruch 5, bei der die Fluiddüsen (14) linear angeordnet sind, um einen zweidimensionalen Flachstrahl längs einer vorbestimmten Breite zu erzeugen, und des weiteren umfassend eine Fluidquelle (68), die den Fluidverteiler (12) mit Fluid versorgt, und einen Gasver teiler (18), der in dem Gehäuse (20) angeordnet ist, um Gas zu jeder der Gasdüsen (16) zu befördern.

9. Verfahren zum gleichmäßigen Auftragen eines kontrollierten Fluidüberzugs auf ein Substrat, umfassend die folgenden Schritte:

Zufuhr eines Fluids zu einem Fluidverteiler (18);

Transport eines Fluids von dem Fluidverteiler (18) zu den Fluiddüsen (16);

Ausstoßen eines Fluids auf das Substrat durch die Öffnungen (22) der Fluiddüsen (14);

Richten von wenigstens einem Gasstrom von einer Gasdüse (16) mit einer Öffnung (24) auf die Fluiddüse (14) oberhalb der Öffnung (22) der Düse (14), wobei der senkrechte Abstand von jeder Gasdüsenöffnung (24) zu ihrer jeweiligen Fluiddüse (14) so eingestellt wird, daß die Abmessungen des Gasstroms entsprechend der Gasdüsenöffnung (24) beibehalten werden, bis das Gas auf die Fluiddüse (14) auftrifft;

Ausrichten des Gasstroms, so daß er auf die Fluiddüse (14) im Bereich der Fluiddüsenöffnung (22) auftrifft, um einen zweidimensionalen Flachstrahl einer vorbestimmten Breite im Bereich jeder Fluiddüse (14) zu erzeugen;

Wahl des Durchmessers jeder Fluiddüse (14) in Kombination mit der Strömungsgeschwindigkeit und der Viskosität des ausgestoßenen Fluids; und

Wahl von Form und Winkel jeder Gasdüse (16) in Kombination mit der Strömungsgeschwindigkeit und der Viskosität des ausgestoßenen Fluids, so daß eine ausreichende Zerstäubung erreicht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein Paar gegenüberliegender Gasströme auf die Fluiddüse (14) gerichtet werden und die Gasdüsen (16) Luft auf gegenüberliegenden Seiten der Fluiddüse (14) ausstoßen.