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Misch- und Sprühdüse für Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Misch- und Sprühdüse für Flüssigkeiten, die mittels getrennter Zuleitungen einer mit einem Sprühauslass versehenen Mischkammer zugeführt werden.
Solche Misch-und Sprühdüsen braucht man für das Versprühen von landwirtschaftlichen Chemikalien zur Schädlings- und Unkrautbekämpfung od. dgl. Bei einer bekannten Misch- und Sprühdüse dieser Art ist die Mischkammer ein etwa zylindrischer Raum, an dessen einer Stirnfläche der Sprühauslass sitzt, während an die andere Stirnfläche eine Wasserzuleitung Anschluss hat und an der Umfangsfläche eine Zuleitung für eine schwer dispergierbare Giftflüssigkeit mündet. Dabei ist die Mündung der Zuleitung für die Giftflüssig- keit von dem zylindrischen Raum durch einen durchlässigen Sinterkörper getrennt.
Die mit solchen und andern bekannten Misch- und Sprühdüsen verspritzten Sprühmittel waren in der Regel Öl-in-Wasser-Emulsionen, die aber durchwegs schon bei geringem Wind einer starken Abtrift unterliegen und daher bisweilen abseits des eigentlichen Zielgebietesmehr Schaden anrichten, als sie im Zielgebiet nutzen.
Es gibt nun auch bereits sogenannte umgekehrte Emulsionen von Wasser-in-Öl, die eine erheblich geringere Abtrift zeigen. Alle Versuche, derartige umgekehrte Emulsionen zu versprühen, sind aber bisher fehlgeschlagen. Solche umgekehrten Emulsionen sind so zäh, dass man sie bisher selbst bei Anwendung hoher Drücke nicht mit Erfolg hat versprühen können. Die versprühten Tropfen bildeten keine einwandfreie Emulsion und wurden nicht gleichmässig versprüht. Insbesondere bei vorheriger Zubereitung der umgekehrten Emulsion ausserhalb der Sprühvorrichtung wirkte sich die geringe Beständigkeit solcher umgekehrter Emulsionen ungünstig aus.
Die Erfindung hat erkannt, dass die praktische Nutzbarmachung der wegen ihrer geringen Abtrift so günstigen Umkehremulsionen von der Lösung der Aufgabe abhängt, die getrennt zugeführten Phasen der
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dung gestaltet zur Lösung dieser Aufgabe eine Misch- und Sprühdüse für Flüssigkeiten, die mittels getrennter Zuleitungen einer mit einem Sprühauslass versehenen Mischkammer zugeführt werden, erfindungsgemäss so, dass bei der zum Mischen und Versprühen einer Wasser-in-Öl-Emulsion dienenden Misch- und Sprühdüse zur Aufnahme der zu mischenden Ströme bestimmte Einlassräume in einer durch eine Kappe verschliessbaren Kammer eines Körpers voneinander durch einen aus undurchlässigem Material bestehenden Einsatz getrennt sind,
der mit der Kappe die Mischkammer bildet und an seinem äusseren Ende eine konische Fläche aufweist, die mit der ebenfalls konischen Innenfläche der Kappe einen ringförmigen Durchlass bilden, der von der einen Seite der Mischkammer zu einem an seinem verjüngten Ende befindlichen Auslass führt, und dass Düsenkanäle vorgesehen sind, die von den Einlassräumen zur andern Seite der Mischkammer führen.
Die Erfindung ermöglicht es, erstmals eine Wasser-in-Öl-Emulsion selbst grosser Zähigkeit so zu durchmischen, dass selbst kleine Tropfen eine beständige Emulsion bilden und die Emulsion vollkommen gleichmässig versprüht wird. Der dazu aufzuwendende Druck kann im Zusammenhang mit der Zähigkeit
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der umgekehrten Emulsion lediglich nach Massgabe der gewünschten Teilchengrösse gewählt werden und braucht hinsichtlich der Durchmischung nicht besonders hoch gewählt zu werden. Damit ist ein beträchtlicher technischer Fortschritt für die Anwendung der wenig abtriftempfindlichen Umkehremulsionen erzielt worden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäss ausgestaltete Misch- und Sprühdüse, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. l, Fig. 5 einen lotrechten Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines bei der erfindungs- gemässen Düse verwendbaren Einsatzes und Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5.
Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Misch-und Sprühdüse zum Herstellen und Versprühensogenannter Umkehremulsionen von Wasser-in-Öl. Solche Umkehremulsionen finden in der Landwirtschaft zur Bekämpfung von Schädlingen und Unkraut Anwendung. Der Körper 34 der Mischdüse 25 hat in seinem unteren Teil eine Kammer 35, deren Öffnung 40 in der unteren Seite des Körpers 34 gelegen ist und daher die Kammer von aussen her zugänglich macht. Die Grösse der Öffnung 40 und ihre Form sind so gewählt, dass man einen DUseneinsatz 39 einsetzen und zum Zwecke der Instandsetzung oder des Ersatzes ausbauen kann. Gewöhnlich ist die Öffnung 40 durch eine Kappe 41 verschlossen, die vorzugsweise in ihrer Lage auf dem Körper 34 durch eine Überwurfmutter 42 gehalten wird.
Der herausnehmbare Düseneinsatz 39 ist abdichtend in einen zylindrischen Raum der Kammer 35 eingesetzt und unterteilt sie daher in einen oberen, dem Einlass der wässerigen Phase dienenden Raum 36, einen mittleren, dem Einlass der Ölphase dienenden Raum 37 sowie in eine untere ringförmige Mischkammer 38. Der Abdichtung dient ein Schnurring 45 in einer Ringnut 46, die dicht am oberen Ende 44 des Einsatzes 39 angeordnet ist und die Räume 36 und 37 voneinander trennt, deren einem die wässerige Phase und derem andern die ölige Phase der Emulsion zugeführt wird. Ferner enthält der Einsatz 39 eine Platte 43, die mit dem oberen Einsatzteil 44 aus einem Stück besteht und den die ölige Phase aufnehmenden Raum 37 von dem ringförmigen Mischraum 38 der Kammer 35 trennt.
Den Einsatz 39 kann man zum Zwecke der Überholung oder des Ersatzes herausnehmen und ihn gegebenenfalls durch eine andere Form des Einsatzes ersetzen, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. Zu diesem Zweck braucht man nur die Überwurfmutter 42 und die Kappe 41 zu entfernen, um dadurch die Kammer 35 durch die Öffnung 40 hindurch zugänglich zu machen.
Die wässerige Phase und die ölige Phase der herzustellenden Emulsion fliessen von ihren Leitungen 17 und 18 aus unter Druck in die Einlassräume 36 und 37 der Düsenkammer 35 durch den Wassereinlass 32,32a und den Öleinlass 33, 33a, die im oberen Teil des Düsenkörpers 34 gebildet sind. Erfindungsgemäss kann nun jede der Düsen 35 mit einem druckgesteuerten, schnellschliessenden Ventil versehen sein, mit dessen Hilfe sich die Strömung durch die Düsen plötzlich freigeben oder unterbrechen lässt. Dadurch kann man verhindern, dass, wenn man im Flugzeug über den zu besprühenden Bezirk fliegt, das Land über diesem Bezirk hinaus besprüht wird. Die Schnellschlussventile können Membranventile 29 und 30 sein, die in den Wassereinlassleitungen 32 und 32a und in den Öleinlassleitungen 33 und 33a angeordnet sind.
Da diese beiden Schnellschlussventile übereinstimmend ausgeführt sind und übereinstimmend wirken, genügt die Erläuterung des Ventiles 29, da diese Erläuterung auch für das Ventil 30 gilt.
Die Flüssigkeit wird einer ringförmigen Ventilkammer 54 des Ventils 29 durch einen Kanal 32 zugeführt und durch einen Kanal 32a abgeführt. Eine Membran 55 legt sich abdichtend auf die Mündung einer Bohrung 32a, die von der ringförmigen Ventilkammer 54 umgeben ist, und wird durch eine Feder 56 in die Schliessstellung gedrückt. Diese Feder liegt zwischen einer Druckplatte 57, die auf die Membran drückt, und einer Kappe 58, die abnehmbar und auf dem DU8enkörper 34 befestigt ist, etwa durch eine Überwurfmutter 59. Die von der Feder 56 ausgeübte Kraft drückt die Membran 55 in die Schliessstellung. Diese Kraft lässt sich so einstellen, dass sich das Ventil schlagartig öffnet, wenn der Druck in der Kammer 54 eine bestimmte Grenze überschreitet.
Dieser Öffnungsdruck liegt vorzugsweise etwas unterhalb des gewünschten Sprühdruckes. Langt man beim Überfliegen des zu besprühenden Bezirks an dessen Grenze an, dann kann man daher das Ventil dadurch plötzlich schliessen, dass man den Leitungsdruck bis unter den Öffnungsdruck des Ventils 29 herabsetzt. Durch das plötzliche Schliessen des Ventils wird die Strömung durch die Düse schlagartig beendet. Auf diese Weise lässt sich vermeiden, dass nach Überfliegen der Grenze des zu besprühenden Bezirks der Sprühvorgang infolge des in der Sprühanlage nach Ausschalten der Pumpen verbleibenden restlichen Druckes noch fortdauert.
Auch erübrigt sich die Notwendigkeit, nach jedesmaligem Überfliegen des Bezirks die gesamte Zufluss-
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anlage vom Druck zu entlasten. Vielmehr stehen die Leitungen 17 und 18 auch nach dem Schliessen der Schnellschlussventile weiter unter Druck, was den Vorteil bietet, dass man beim nächsten Überfliegen des zu besprühenden Gebietes beim Anlangen an der Grenze genau an dieser mit dem Sprühvorgang beginnen kann, weil keine Zeit dazu verbraucht wird, die Leitungen 17 und 18 erst von neuem unter Druck zu setzen.
Die Innenwandungen der Kappe 41 bestimmen die äusseren und unteren Wandungen der ringförmigen Mischkammer 38 und haben nach unten zusammenlaufende Abschnitte 50, die entsprechende, nach unten zusammenlaufende Flächen 49 am unteren Ende des Einsatzes 39 mit einem radialen Abstand umgeben, um auf diese Weise einen verhältnismässig kleinen ringförmigen, nach unten zusammenlaufenden Kanal oder Schlitz 47 zu bilden, der zwischen der Kappe 41 und dem Einsatz 39 liegt. Der ringförmige, nach unten zusammenlaufende Kanal 47 steht an seinem grösseren Ende mit der einen Seite der ringförmigen Mischkammer 38 in Verbindung, während er an seinem verjüngten Ende in eine Auslassöffnung 48 übergeht, die in der Kappe 41 an deren Spitze vorgesehen ist.
Die zusammenlaufenden Wandungen 50 und die zusammenlaufenden Flächen 49 können kegelförmig ge- staltet sein, um auf diese Weise dem ringförmigen Kanal 47 eine kegelförmige Gestalt zu verleihen. Der ring- und kegelförmige Kanal 47 leitet während der Sprühvorgänge die aus den Emulsionsphasen gebildete Mischung von der Mischkammer 38 aus zu der Mündung 48 und dient darüber hinaus dem Zweck, den Mischvorgang zu fördern und zu vollenden, bevor die Emulsion die Mündung 48 verlässt.
Während des Sprühvorganges gelangen die wässerige Phase und die ölige Phase unter Druck von ihren Einlassräumen 36 und 37 aus in den ringförmigen Mischraum 38 der Kammer 35 durch Kanäle, die in dem herausnehmbaren Einsatz 39 vorgesehen sind. Bei dem in den Fig. l, 5 und 6 gezeigten Aus- führungsbeispiel umfassen diese Kanäle eine im Einsatzteil 44 vorgesehene axiale Bohrung 51, deren oberes Ende mit dem Einlassraum 36 für die wässerige Phase in Verbindung steht und die mit ihrem unteren Ende unterhalb der Platte 43 gelegen ist und dort radiale Zweigkanäle 52a, 52b, 52c und 52d hat, die vorzugsweise unterhalb der Trennplatte 43 im gleichen Abstande voneinander angeordnet sind und in die ringförmige Mischkammer 38 münden.
Mithin bildet die aus diesen Zweigkanälen unter Druck austretende Flüssigkeit radial nach aussen auf die Wandungen der Mischkammer 38 zu gerichtete Strahlen. Die ölige Phase der Emulsion gelangt von dem Einlassraum 37 aus in die Mischkammer 38 durch einen Kranz von Kanälen 53a, 53b, 53c und 53d, die in der Trennplatte 43 des Einsatzes in radialem Abstande vom Einsatzteil 44 vorgesehen sind, der von diesem Kranz umgeben ist. Die durch diese Kanäle unter Druck strömende Flüssigkeit bildet daher in Achsenrichtung abwärts auf die Wandungen der Mischkammer 38 zu gerichtete Strahlen.
Die Kanäle 52a -52d und 53a -53d bilden also paarweise einander zugeordnete Düsenkanäle, wobei sich die Achsen eines jeden Paares rechtwinklig schneiden. Die in Achsenrichtung abwärtsgerichteten Strahlen der öligen Phase treffen daher zunächst auf die radial nach aussen gerichteten Strahlen der wässerigen Phase, wodurch die Mischung eingeleitet wird. Dann werden die Strahlen radial nach aussen gelenkt und prallen auf die Wandungen der Mischkammer, wo sie in Ströme aufgelöst werden, die wirbelförmig im Kreislauf die Mischkammer durchfliessen und dabei so heftig durchwirbelt werden, dass eine sehr innige Mischung erfolgt.
Zwar hat sich gezeigt, dass sich die beste Mischwirkung erreichen lässt, wenn die paarweise einander zugeordneten Düsenbohrungen rechtwinklig zueinander angeordnet sind ; doch ist die Erfindung keineswegs auf diese Anordnung beschränkt.
Bei der Mischdüse nach der Erfindung erfolgt die Vermischung der Phasen daher in zahlreichen Strömen unter Druck in mindestens drei Stufen, die derart hintereinander geschaltet sind, dass in jeder Stufe das Ausgangsmaterial von der vorhergehenden Stufe geliefert wird. Die in die ringförmige Mischkammer mündenden Düsenkanäle, der verhältnismässig enge kegelförmige Ringkanal und die Auslassöffnung sind also so gestaltet und mit Bezug zueinander angeordnet, dass beim Sprühvorgang die wässerige Phase und die ölige Phase der zu versprühenden Emulsion zunächst unter Druck in Gestalt der aus den Düsenkanälen austretenden Strahlen aufeinandertreffen, wodurch die Mischung eingeleitet wird und die Emulsion zumindestensteilweisedie Umkehrung ihrer Phasen erfährt.
Diese teilweise umgekehrte Emulsionsmischung wird dann nach aufeinandertreffenden Düsenstrahlen radial nach aussen gerichtet und zum Aufprallen auf den Wandungen der ringförmigen Mischkammer gebracht und dadurch in einzelne Ströme aufgeteilt, die im Kreislauf die Mischkammer in heftig durchwirbelter Form durchfliessen und daher einen derart gewundenen Weg nehmen, dass sie kräftig aufeinander und auf die Wandungen der Mischkammer prallen. Dadurch wird eine weitere Durchmischung und Umkehrung der wässerigen und öligen Phase herbeigeführt.
Die in dieser Weise erzeugte umgekehrte Emulsion wird dann unter Druck aus der Mischkammer durch
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den engen kegelförmigen Kanal gedrückt, wodurch sie in schnellfliessende Ströme aufgelöst wird, die am Scheitel des ring- und kegelförmigen Kanales aufeinanderprallen und dabei eine weitere Mischung erfahren, wodurch die Umkehrung der wässerigen Phase und der öligen Phase vollendet wird. Auf diese Weise entsteht die zu versprühende Emulsion, deren Phasen umgekehrt sind. Diese Emulsion wird dann durch die Auslassöffnung aus der Düse herausgesprüht.
Mithin ist also die Düse nach der Erfindung, die dem Mischen mehrerer Flüssigkeiten dient, so ausgestaltet, dass selbst bei verhältnismässig niedrigen Sprühdrücken in der Düse eine Strömung von hinreichend unterschiedlicher Geschwindigkeit erzielt wird, um eine so innige Mischung der wässerigen Phase und der öligen Phase der zu versprühenden Emulsion herbeizuführen, dass eine im wesentlichen vollständige Umkehrung erfolgt, und sich eine gleichförmige Masse von genau bestimmter Zusammensetzung und Konsistenz innerhalb der kurzen Zeit ergibt, in der die Flüssigkeiten beim Sprühvorgang die Düse durchströmen. Erreicht ist die innige Mischung dabei durch das Zusammenprallen der Ströme aufeinander und auf die Wandungen.
Es hat sich weiter herausgestellt, dass bei der Bildung der umgekehrten Emulsion während des eigentlichen Sprühvorganges in der oben erläuterten Weise diese Emulsion in einer ganz bestimmten Weise in einzelne Tröpfchen aufgelöst werden kann, die in einem begrenzten, aber bestimmten Grössenbereich liegen und eine im wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung haben. Die Grösse dieser Tröpfchen der umgekehrten Emulsion lässt sich beim Sprühvorgang also so beherrschen, dass sie nur innerhalb verhältnismässig enger Grenzen schwankt, die von vornherein feststehen. Jedes Tröpfchen ist dabei gross genug, dass es selbst bei windigem Wetter nicht so leicht aus dem zu besprühenden Bereich heraus auf das umgebende Land getragen wird.
Die Grössen, die man während des Sprühvorganges nach Bedarf ändern und einstellen kann, um dadurch die Grösse der Tröpfchen der umgekehrten Emulsion bei der Versprühung zu beherrschen, sind der Sprühdruck und die Konsistenz der umgekehrten Emulsion. Je höher nämlich der Sprühdruck ist, umso kleinere Tröpfchen werden erzeugt, während anderseits eine schwerere und dickere Konsistenz der umgekehrten Emulsion zur Bildung grösserer Tröpfchen führt. Durch Einstellen des Sprühdruckes oder der Konsistenz der umgekehrten Emulsion oder beider Grössen während des Sprühvorganges kann man daher Tröpfchen der gewünschten Grösse erzeugen, wobei jedes Tröpfchen so gross gewählt wird, dass es nicht so leicht aus dem zu besprühenden Bezirk abgetrieben wird.
Zu dem Zweck, die versprühte Emulsion nach einem gewünschten Muster im Luftraum zu verteilen, kann man jede der Düsen 25 mit einer entsprechenden Armatur versehen, etwa in Gestalt eines von einer Kappe 41 getragenen Sprühbleches 65, dessen Fläche 66 in die Bahn des aus der Auslass- öffnung 48 austretenden Tröpfchenstromes ragt und diesen fächerförmig ablenkt, wobei der fächerförmige Strom dann aus den erläuterten Tröpfchen besteht.
In den Fig. 5 und 6 ist eine andere Ausführungsform des Düseneinsatzes veranschaulicht, der in der Mischdüse der Fig. l verwendet werden kann. Dieser Düseneinsatz 39a besteht aus einem zylindrischen Körper 44a, dessen unteres Ende 49a kegelförmig gestaltet ist und der über seinem unteren Ende aus einem Stück mit einer Trennplatte 43a besteht. An seinem oberen Ende hat der Körper 44a eine Ringnut 46a zur Aufnahme eines Dichtungsringes 45a.
Setzt man diesen Einsatz in die Düse der Fig. 1 ein, dann wirkt er etwa in der gleichen Weise, wie es beschrieben wurde. Nur sind statt der paarweisen, für die wässerige Phase und die ölige Phase vorgesehenen Düsenkanäle ein ring- und kegelförmiger Schlitz 60 für das Wasser und ein ring- und kegelförmiger Schlitz 61 für das Öl vorgesehen. Diese sind in dem Einsatzkörper 44a und der Trennplatte 43a angeordnet. Ähnlich wie die Düsenkanäle sind auch diese Schlitze 60 und 61 derart zueinander angeordnet, dass die durch sie hindurchströmenden Flüssigkeiten unter Druck aufeinanderprallen, vorzugsweise rechtwinkelig. Auf diese Weise wird die Vermischung eingeleitet und es erfolgt mindestens teilweise die Umkehrung der Emulsion.
Setzt man den einen Satz in die Kammer 35 ein, so strömt die wässerige Phase unter Druck in den Schlitz 60 über eine Bohrung 62 und Einlasskanäle 63, während die ölige Phase unter Druck dem Schlitz 61 von dem Raum 37 aus durch Kanäle 64 zugeleitet wird.
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