Ricerca e sviluppo

dell'ugello sonico bifase

È possibile migliorare ulteriormente la funzionalità degli ugelli utilizzati per l’applicazione di solventi nel processo di produzione dei bordi incollati? In particolare, sarebbero auspicabili una migliore manutenzione predittiva (Predictive Maintenance) e un’automazione parziale. Con questo obiettivo, FSGSchäferGmbH sviluppa, in stretta collaborazione con l’Universitàdi Scienze Applicate di Münster, nuovi modelli di ugelli e ne caratterizza le prestazioni attraverso test di laboratorio dettagliati e misurazioni in condizioni operative.

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ugello sonico a due fasi

per un consumo minimo di COV

Sulla base di questa ricerca è stato sviluppato un ugello sonico bifase che si contraddistingue per la sua efficienza e riduce al minimo il consumo di sostanze chimiche organiche (COV). In particolare, come novità nel settore, la portata massica della fase solvente può essere regolata tramite la pressione di esercizio della fase dell’aria compressa, mentre la velocità della miscela di fasi all’interno dell’ugello è sonica. Sebbene le precedenti generazioni di tali ugelli ad alta pressione, di svariati modelli, siano ampiamente disponibili in commercio e vengano impiegate da decenni nella produzione quotidiana dell’industria del mobile, spesso si procede secondo il principio «più è meglio» senza ottimizzare il funzionamento. Sebbene il consumo di solventi sia generalmente irrilevante dal punto di vista economico, le nuove direttive sull’uso industriale delle sostanze chimiche organiche, nonché le crescenti aspettative di qualità nei confronti dei moderni arredi d’interni, richiedono un cambiamento di mentalità. La nuova ugello sonico bifase risponde pienamente a tali esigenze.

geometria ottimizzata degli ugelli

riduce al minimo la quantità di solvente

Grazie a questi parametri è stato possibile ottimizzare la geometria dell’ugello sonico bifase, in modo tale da ridurre la quantità di solvente al minimo strettamente necessario dal punto di vista produttivo. Si tratta di un vantaggio decisivo del nuovo design per soddisfare le future normative più rigorose. Inoltre, è stato dimostrato che la portata massica della fase solvente può essere regolata tramite la pressione di esercizio della fase dell’aria compressa. Ciò rende ipotizzabile, per tali tipi di ugelli, l’impiego di sistemi di sensori al fine di controllare il componente in modo individuale e automatizzato. La comprensione acquisita della fisica dei flussi all’interno dell’ugello e del cono del getto costituisce inoltre una base necessaria per il passaggio, previsto a lungo termine, ai solventi a base acquosa e per l’eliminazione completa dei COV.

Campus tecnologico dell’Università di Scienze Applicate di Münster a Steinfurt

Sviluppato congiuntamente presso il Campus tecnologico di Steinfurt

Lo sviluppo e la caratterizzazione dell’efficienza del nuovo design dell’ugello sono stati condotti da un gruppo di ricerca multidisciplinare nell’ambito di una collaborazione finanziata dallo Stato federale della Renania Settentrionale-Vestfalia presso il Campus Tecnologico di Steinfurt dell’Universitàdi Scienze Applicate di Münster. A tal fine sono state impiegate tecniche di misurazione all’avanguardia, quali la spettroscopia laser e sonospettroscopia, nonché approcci scientifici derivanti dalla ricerca di base. Le registrazioni dello spettro sonoro del rumore del getto dell’ugello, effettuate con microfoni sensibili agli ultrasuoni, hanno consentito di effettuare misurazioni non invasive della velocità nella fase dell’aria compressa. La profilatura della velocità nel tempo del cono del getto a monte dell’ugello, mediante illuminazione laser, ha permesso di determinare le velocità di uscita di goccioline di diverse dimensioni nella fase liquida. Entrambi i metodi sono stati utilizzati per la prima volta in questo contesto. È stato possibile ricostruire teoricamente l’aggiunta, nel nuovo ugello, di solventi organici al flusso sonico di aria compressa, il trasporto di questa miscela di fasi nel canale dell’ugello e la successiva nebulizzazione nel cono del getto dopo l’uscita dall’ugello.Grazie all’approccio adottato, è stato possibile comprendere con successo l’andamento della velocità del flusso all’interno dell’ugello, nonché l’uniformità della nebbia di spruzzo in funzione di parametri dell’ugello quali la pressione di esercizio, il diametro dell’apertura o la quantità di solvente. Inoltre, è stato possibile determinare le velocità di impatto delle singole goccioline di solvente in funzione delle loro dimensioni.

Sistema di miscelazione ad ugelli ad alta pressione con sensori

Ai fini dell’automazione dei processi, della riduzione dell’usura dei materiali e del rispetto delle rigide normative relative alle emissioni di solventi organici volatili, vengono brevettati il design e la funzionalità di un ugello ad alta pressione intelligente.

Descrizione del brevetto
Domanda di brevetto europeo n. 20 205 885.5

Schizzo di brevetto n. 20 205 885.5 — Progetto dell'ugello e, al di sopra, il profilo di pressione e velocità (bar, numero di Mach)
Nota: rappresentazione alternativa.

Das theoretisch untersuchte und mit Prototypen vermessene Design nutzt die Ultraschallgeschwindigkeit der Hochdruckluft im Düsenkörper um Lösungsmittel anzusaugen und homogen in den Jetstrahl einzubringen. Die Strahlhomogenität und der Lösungsmittelmassenfluss werden mit akustischen Sensoren erfasst und mit elektronischer Datenverarbeitung analysiert und mit Optimalreferenzen verglichen.

Eine integrierte Feedbackloop kontrolliert das Nadelventil der Lösungsmittelzufuhr um den optimalen Betrieb zu erreichen und aufrecht zu halten.

Das Patent antizipiert die zu erwartenden technologischen Entwicklungen in der maschinellen Hochleistungsherstellung von Möbeln und Inneneinrichtungen.