Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Teilchen durch Vertropfung flüssiger Ausgangsmedien, indem das flüssige Ausgangsmedium als flüssige Tropfen aus der Vorrichtung austritt beziehungsweise portionsweise vertropft wird und diese portionierten Flüssigkeitsvolumina in eine Umgebung eingebracht werden, die eine Verfestigung zu einzelnen Teilchen bewirkt, sowie ein Verfahren hierfür. The present invention relates to a device for the production of particles by dripping liquid starting media by the liquid starting medium as liquid droplets from the device exits or is dripped in portions and these portioned liquid volumes are introduced into an environment that causes solidification to individual particles, as well as a Method for this.
Feste Teilchen oder Mikroteilchen hergestellt aus flüssigen Medien können in den Bereichen Medizin, Pharmazie, Kosmetik, Biotechnologie, Futtermittel-, Kunststoff- und Farbenindustrie der Agrochemie, der Nahrungsmittel- und der chemischen Industrie eingesetzt werden. So können hierzu ausgewählte flüssige oder pulverförmige Wirkstoffe in ein zunächst in flüssigem Zustand vorliegendes Trägermedium eingebracht werden. In einem anschließenden Verfahren wird das Trägermedium mit dem Wirkstoff als flüssiges Precursorteilchen portioniert, und einer die Verfestigung des flüssigen Precursorteilchens bewirkende Umgebung zugeführt. Die in Form der nunmehr verfestigten und ausgehärteten Teilchen vorliegenden Wirksubstanzen weisen je nach Art der Wirksubstanz sowie Form, Größe und Verteilung der Mikroteilchen vorteilhafte chemische, biologische und/oder physikalische Eigenschaften auf. Solid particles or microparticles made from liquid media can be used in the fields of medicine, pharmacy, cosmetics, biotechnology, animal feed, plastics and paint industries of agrochemical, food and chemical industries. For this purpose, selected liquid or powdered active ingredients can be introduced into a carrier medium initially present in the liquid state. In a subsequent process, the carrier medium is portioned with the active ingredient as a liquid precursor particle, and fed to an environment causing solidification of the liquid precursor particle. The active substances present in the form of the now solidified and hardened particles have advantageous chemical, biological and / or physical properties, depending on the type of active substance and the shape, size and distribution of the microparticles.
Bekannte Trägermedien für die Herstellung von festen Teilchen über die Verfestigung von flüssigen Precursorteilchen sind zum Beispiel Monomer- und Polymerflüssigkeiten, ionisch vernetzte Gele (zum Beispiel Natriumalginat), thermisch vernetzte Gele (zum Beispiel Agar Agar), Gelatine, Metalloxide, Cellulosederivate, Polyvinylalkohol, Wachse, Harze, Kunststoffe, usw. Known carrier media for the production of solid particles via the solidification of liquid precursor particles are, for example, monomer and polymer liquids, ionically crosslinked gels (for example sodium alginate), thermally crosslinked gels (for example agar agar), gelatin, metal oxides, cellulose derivatives, polyvinyl alcohol, waxes , Resins, plastics, etc.
Medien zur Verfestigung derartiger Trägermedien sind ebenfalls allgemein bekannt. So kann die Verfestigung, beziehungsweise Gelierung von Natriumalginat unter Anwesenheit von Kalium- oder Kalziumionen erfolgen, welche in einer sogenannten Vernetzerlösung in einem Auffangbad vorgelegt werden. Die Verfestigung von temperierten Schmelzen kann beispielsweise in konventionellen Sprühtürmen oder in mit Kühlluft oder Kryogasen betriebenen Vorrichtungen erfolgen wie sie zum Beispiel von der Firma Inducap unter der Bezeichnung „Inducap®-Vertropfungsturm“ vertrieben werden.Media for solidifying such carrier media are also well known. Thus, the solidification or gelation of sodium alginate can take place in the presence of potassium or calcium ions, which are initially introduced in a so-called crosslinker solution in a collecting bath. The consolidation of temperature-melting can take place for example in conventional spray towers or operated with cooling air or Kryogasen devices as sold for example by the company Inducap under the name "Inducap ® -Vertropfungsturm".
Bekannt sind Vorrichtungen bei denen die zur Herstellung der festen Teilchen verwendete Flüssigkeit als Strahl durch entsprechend gestaltete Düsen geleitet wird und der Flüssigkeitsstrahl unmittelbar nach dem Durchströmen des Düsenkörpers in einzelne separate Tropfen zerteilt oder zerstäubt wird.Devices are known in which the liquid used to prepare the solid particles is passed as a jet through correspondingly shaped nozzles and the liquid jet is divided or atomized into individual separate droplets immediately after flowing through the nozzle body.
Eine Vorrichtung zur Herstellung von sphärischen Granulaten durch Vibrations- beziehungsweise Schwingungsanregung ist in der DE 196 17 924 A1 beschrieben. Die Ausbildung der einzelnen Tropfen wird durch direkte Schwingungsanregung auf die zu vertropfende Flüssigkeit erreicht. Die Übertragung der Schwingung auf die Flüssigkeit erfolgt hierbei durch einen in Schwingung versetzen elastischen Körper oder durch Einbringung eines Piezokristalls oder einer Ultraschallsonde. A device for the production of spherical granules by vibration or vibration excitation is in the DE 196 17 924 A1 described. The formation of the individual drops is achieved by direct vibration excitation to the liquid to be dripped. The vibration is transmitted to the liquid in this case by a vibrating elastic body or by introducing a piezoelectric crystal or an ultrasonic probe.
In der DE 34 17 899 C1 ist die Zerstäubung von Flüssigkeiten mit Hilfe eines rotierenden Zylinders mit an der Zylinderwand eingebrachten Öffnungen beschrieben. Durch die entsprechenden Öffnungen werden Tropfen in eine Vernetzerlösung geschleudert. Die Vernetzerlösung befindet sich in einem um den Zylinder ebenfalls rotierend angebrachten Behälter und bildet durch die Rotation einen parabolischen Flüssigkeitsspiegel aus, über den die von der Zylinderwand abgeschleuderten Tröpfchen zur Aushärtung in die Vernetzerlösung gelangen. In the DE 34 17 899 C1 is the atomization of liquids by means of a rotating cylinder described with introduced on the cylinder wall openings. Drops are spun into a crosslinker solution through the appropriate openings. The crosslinker solution is located in a container likewise rotating around the cylinder and forms by the rotation of a parabolic liquid level over which the thrown off from the cylinder wall droplets reach the curing in the crosslinking solution.
Aus der DE 44 24 998 C2 ist eine Vorrichtung bekannt, wonach zunächst ein Flüssigkeitsvollstrahl aus einer Düse gedrückt und in einem anschließenden Schritt mittels einer Teilvorrichtung in einzelne Abschnitte zerteilt wird. Die Ausbildung der Flüssigkeitsabschnitte erfolgt dadurch, dass aus dem Flüssigkeitsstrahl Flüssigkeitsanteile mittels der Teilvorrichtung periodisch hinausgeschleudert und so tropfenförmige Teilchen gebildet werden. Nur der Teil, der im Strahl verbleibt, gelangt zur Verfestigung, der hinausgeschleuderte Anteil stellt einen Schnitt- beziehungsweise Spritzverlust dar.From the DE 44 24 998 C2 a device is known, according to which first a liquid full jet is pushed out of a nozzle and cut in a subsequent step by means of a sub-device into individual sections. The formation of the liquid sections takes place in that liquid components are periodically thrown out of the liquid jet by means of the sub-apparatus and droplet-shaped particles are thus formed. Only the part that remains in the beam, comes to solidification, the ejected portion represents a cut or splash loss.
In WO 01/00311 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Teilchenerzeugung beschrieben, wobei durch Vibration eines Stößels in einer Flüssigkeit Druckwellen erzeugt werden, wobei Flüssigkeitströpfchen durch Öffnungen am Boden der Vorrichtung austreten. Dabei wird auf den Flüssigkeitsfilm Druck ausgeübt, wodurch sich das Volumen der Flüssigkeit periodisch verändert.In WO 01/00311 A1 A method and apparatus for particle generation is described wherein pressure waves are generated by vibration of a plunger in a liquid, liquid droplets emerging through openings at the bottom of the apparatus. In this case, pressure is exerted on the liquid film, as a result of which the volume of the liquid changes periodically.
US 4,393,021 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schleifkorngranulat. Die Vorrichtung weist Stahlstäbe auf, die auf dem Umfang eines zylindrischen Rotors parallel zur Drehachse angeordnet sind, wobei der angetriebene Stabrotor bei Drehung mit den Stäben an einem Siebgewebe vorbei streift und das aufgegebene Schleifkorngemisch durch das Siebgewebe presst. Dabei werden kontinuierliche einheitliche zylindrische Granulate erhalten. US 4,393,021 describes a method and apparatus for producing abrasive grain granules. The device comprises steel rods arranged on the circumference of a cylindrical rotor parallel to the axis of rotation, the driven rod rotor, when rotating with the rods, brushing past a screen fabric and pressing the discontinuous abrasive grain mixture through the screen fabric. In this case, continuous uniform cylindrical granules are obtained.
Bei den herkömmlichen Verfahren stellt die Viskosität der Ausgangsflüssigkeiten einen für das jeweilige Verfahren limitierenden Faktor dar, so dass entweder nur niedrigviskose Flüssigkeiten oder nur höherviskose Flüssigkeiten verarbeitet werden können. Von erheblichem Nachteil ist weiter, dass bei der Massenproduktion von beispielsweise Mikrokugeln aus schmelzbaren Flüssigkeiten neben den gewünschten Teilchen wesentlich kleinere Teilchen in Form von feinstem Sprühnebel oder Schnittverlust ausgebildet werden. Im abgekühlten festen Zustand bilden diese ein explosionsfähiges Staub-/Luftgemisch aus. In Kombination mit herkömmlichen, außerhalb der flüssigen Ausgangsmedien, das heißt in der Staub-Luftatmosphäre schnell rotierenden Schneiddrähten oder Zerstäuberscheiben können diese ab Relativgeschwindigkeiten von 1 m/s durch mechanisch erzeugte Funken auf Grund eines Fehlbetriebs oder elektrostatische Funkenentladung entzündet werden, so dass ein sicherer Betrieb nach der ATEX-Richtlinie 94/9/EG nicht mehr gewährleistet werden kann. Weiter stellt die Herstellung von Teilchen in monodisperser Größenverteilung aufgrund der unvorhersehbar variierenden Koaleszenz einzelner Teilchen zu einem größeren Teilchen ein Problem dar. Auch ist die Herstellung von Teilchen mit einer zentrierten Kern- und einer Hüllflüssigkeit nur bedingt oder gar nicht möglich. Darüber hinaus ist es wünschenswert, produktionstechnische Maßstäbe wie Durchsatzmengen zu erhöhen sowie verfahrenstechnisch bedingte Verluste an Ausgangsmedium zu vermeiden und den sicheren Betrieb in staubexplosionsgefährdeter Umgebung zu gewährleisten.In the conventional methods, the viscosity of the starting liquids is a limiting factor for the respective process, so that either only low-viscosity liquids or only higher viscosity liquids can be processed. Of considerable disadvantage is further that in the mass production of, for example, microspheres of fusible liquids in addition to the desired particles much smaller particles are formed in the form of the finest spray or loss of cut. In the cooled solid state, these form an explosive dust / air mixture. In combination with conventional, outside of the liquid starting media, that is in the dust-air atmosphere rapidly rotating cutting wires or atomizing disks they can be ignited from relative speeds of 1 m / s by mechanically generated sparks due to malfunction or electrostatic spark discharge, so that safe operation after ATEX Directive 94/9 / EC can no longer be guaranteed. Furthermore, the production of particles in monodisperse size distribution due to the unpredictable varying coalescence of individual particles to a larger particle is a problem. Also, the production of particles with a centered core and a sheath liquid is limited or not possible. In addition, it is desirable to increase production standards such as throughput quantities and to avoid process-related losses of output medium and to ensure safe operation in dust explosive environment.
Der vorliegenden Erfindung liegt damit generell die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit und den Einsatzbereich von Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Teilchen durch Vertropfung und gegebenenfalls Verkapselung flüssiger Ausgangsmedien zu verbessern. The present invention is thus generally based on the object of improving the reliability and the field of application of methods and devices for the production of particles by dripping and optionally encapsulation of liquid starting media.
Insbesondere war es Aufgabe der Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen hierfür zur Verfügung zu stellen, die folgende vorteilhaften Eigenschaften aufweisen sollen:
- – Herstellung von Mikroteilchen innerhalb eines breiten Größenbereichs, insbesondere zum Beispiel im Bereich von 10 mm bis 50 μm und kleiner,
- – Herstellung von Mikroteilchen in monodisperser Größenverteilung,
- – Herstellung von mehrschichtigen Teilchen beziehungsweise Mikrokapseln,
- – Verarbeitbarkeit von flüssigen Ausgangsmedien mit den unterschiedlichsten Stoffeigenschaften, von niedrig- und hochviskosen Flüssigkeiten, insbesondere auch in Viskositätsbereichen von mehr als 10.000 mPas und weniger als 200 mPas, Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen sowie hochtemperierten Schmelzen, wie zum Beispiel von Wachsen mit hohen Pigmentkonzentrationen und hochtemperierten Kunststoffschmelzen,
- – hohe Produktionsrate, insbesondere durch die Erzeugung hochfrequenter Impulse,
- – verlustfreie Herstellung der Mikroteilchen ohne Sprühnebelausbildung, sowie
- – problemloser Einsatz in staubexplosionsgefährdeter Umgebung beispielsweise in Sprühtürmen oder Kühltürmen
In particular, it was an object of the invention to provide methods and devices for this purpose, which should have the following advantageous properties: - Production of microparticles within a broad size range, in particular for example in the range from 10 mm to 50 μm and smaller,
- - preparation of microparticles in monodisperse size distribution,
- Production of multi-layered particles or microcapsules,
- - Processability of liquid starting media with a wide variety of material properties, of low and high viscosity liquids, especially in viscosity ranges of more than 10,000 mPas and less than 200 mPas, liquids with solids and high-temperature melts, such as waxes with high pigment concentrations and high-temperature plastic melts .
- - high production rate, in particular by generating high-frequency pulses,
- - lossless production of microparticles without spray mist formation, as well
- - trouble-free use in a dust explosive environment, for example in spray towers or cooling towers
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Herstellung von festen Teilchen aus einem flüssigen Ausgangsmedium gelöst, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse mit einer Oberseite und Seitenwänden aufweist, das eine Kammer umschließt, und das Gehäuse beziehungsweise die Kammer auf der Unterseite mit einer Blende verschlossen ist, wobei in der Kammer ein sich oberhalb und entlang der Blende erstreckendes bewegliches Bauteil angeordnet ist, wobei sich in dem beweglichen Bauteil und in der Blende jeweils mindestens eine Durchgangsbohrung befindet und die mindestens eine Durchgangsbohrung in dem beweglichen Bauteil korrespondierend zu der mindestens einen Durchgangsbohrung in der Blende angeordnet ist, sodass im Betrieb in periodischen Abständen die mindestens eine Durchgangsbohrung des beweglichen Bauteils oberhalb der mindestens einen Durchgangsbohrung in der Blende zu liegenkommt, und das Ausgangsmedium durch die mindestens eine Durchgangbohrung in der Blende als flüssige Tropfen austritt, beziehungsweise die mindestens eine Durchgangsbohrung in der Blende von dem beweglichen Bauteil abgedeckt und der Strömungsfluss des Ausgangsmediums durch die mindestens eine Durchgangsbohrung in der Blende unterbrochen ist, und wobei infolge der periodischen Unterbrechung und Freigabe des Strömungsflusses des Ausgangsmediums durch die mindestens eine Durchgangsbohrung in der Blende ein periodischer Impuls erzeugt wird, der in Richtung der mindestens einen Durchgangsbohrung in der Blende verläuft.According to the invention, this object is achieved by a device for producing solid particles from a liquid starting medium, wherein the device has a housing with an upper side and side walls, which encloses a chamber, and the housing or the chamber is closed on the underside with a diaphragm, wherein in the chamber is arranged above and along the diaphragm extending movable member, wherein in the movable member and in the aperture each have at least one through hole and the at least one through hole in the movable member corresponding to the at least one through hole in the diaphragm is arranged so that in operation at periodic intervals, the at least one through hole of the movable member is above the at least one through hole in the aperture, and the output medium through the at least one through hole in the aperture as fl leaking drops, or the at least one through hole in the diaphragm covered by the movable member and the flow of the output medium is interrupted by the at least one through hole in the diaphragm, and wherein due to the periodic interruption and release of the flow of the output medium through the at least one through hole a periodic pulse is generated in the diaphragm, which extends in the direction of the at least one through hole in the diaphragm.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Teilchen aus flüssigen Ausgangsmedien gemäß dem aus dem flüssigen Ausgangsmedium portionsweise flüssige Tropfen in eine Umgebung eingebracht werden, die die Verfestigung und Ausbildung von festen Teilchen bewirkt, wobei das Ausgangsmedium durch mindestens eine Durchgangsbohrung strömt, die in einem beweglichen Bauteil, das bewegt wird, vorgesehen ist, und das Ausgangsmedium mindestens einer weiteren Durchgangsbohrung zugeführt wird, durch die das Ausgangsmedium als flüssige Tropfen aus der Vorrichtung in die Umgebung austritt, und die der mindestens einen Durchgangsbohrung in dem beweglichen Bauteil nachgeordnet ist, wobei durch die Bewegung des beweglichen Bauteils der Strömungsfluss des Ausgangsmediums durch die mindestens eine nachgeordnete Durchgangsbohrung in periodischen Abständen unterbrochen beziehungsweise freigegeben wird, und infolge der periodischen Unterbrechung ein periodischer Impuls erzeugt wird, der in der Phase der Freigabe in Richtung der mindestens einen nachgeordneten Durchgangsbohrung verläuft und die Ausbildung von flüssigen Tropfen aus dem Ausgangsmedium unterstützt. Furthermore, the present invention relates to a process for the preparation of particles from liquid starting media according to which liquid from the liquid starting medium portions of liquid drops are introduced into an environment that causes the solidification and formation of solid particles, wherein the starting medium flows through at least one through hole, which in a moving member is provided, and the output medium is supplied to at least one further through hole through which the starting medium emerges as liquid droplets from the device into the environment, and which is arranged downstream of the at least one through hole in the movable member, wherein is interrupted or released by the movement of the movable member, the flow of the output medium flow through the at least one downstream through hole at periodic intervals, and as a result of the periodic interruption, a periodic pulse he is witnessed in the phase of release in the direction of at least one downstream through hole extends and supports the formation of liquid droplets from the starting medium.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „korrespondierende Anordnung“ der mindestens einen Durchgangsbohrung in dem beweglichen Bauteil und in der Blende, dass im Betrieb, das heißt, wenn das bewegliche Bauteil oberhalb der Blende bewegt wird, in periodischen Abständen abwechselnd die mindestens eine Durchgangsbohrung in dem beweglichen Bauteil oberhalb der mindestens einen Durchgangsbohrung in der Blende zu liegen kommt beziehungsweise eine Fläche des beweglichen Bauteils, das keine Durchgangsbohrung aufweist, oberhalb der mindestens einen Durchgangsbohrung in der Blende liegt. In the context of the present invention, "corresponding arrangement" of the at least one through-hole in the movable component and in the diaphragm means that, in operation, that is, when the movable component is moved above the diaphragm, the at least one through-hole is alternately interspersed periodically movable component above the at least one through hole in the diaphragm comes to rest or is a surface of the movable member having no through hole, above the at least one through hole in the aperture.
In der ersten Phase, wenn Durchgangsbohrung über Durchgangsbohrung liegt, kann das Ausgangsmedium durch die mindestens eine Durchgangsbohrung in dem beweglichen Bauteil strömen und durch die mindestens eine Durchgangsbohrung in der Blende in die Umgebung austreten. Diese Phase wird auch als „Phase der Freigabe“ oder „Freigabe“ bezeichnet. In the first phase, when through-hole is above through-hole, the output medium may flow through the at least one through-hole in the movable member and exit through the at least one through-hole in the panel into the environment. This phase is also referred to as the "release phase" or "release".
In der zweiten Phase, wenn in Folge der Bewegung eine geschlossene Fläche des beweglichen Bauteils, das keine Durchgangsbohrung aufweist, oberhalb der mindestens einen Durchgangsbohrung in der Blende zu liegen kommt, wird diese abgedeckt und der Strömungsfluss des Ausgangsmediums durch die mindestens eine Durchgangsbohrung in der Blende unterbrochen. Diese Phase wird auch als „Phase der Unterbrechung beziehungsweise Abdeckung„ oder auch nur „Unterbrechung“ oder „Abdeckung“ bezeichnet. In the second phase, when, as a result of the movement, a closed surface of the movable member, which has no through hole, comes to rest above the at least one through hole in the aperture, this is covered and the flow of the output medium through the at least one through hole in the aperture interrupted. This phase is also referred to as the "interruption or coverage phase" or even just "interruption" or "coverage".
Ein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung ist, dass durch die periodische Unterbrechung durch Abdeckung und Freigabe der mindestens einen Durchgangsbohrung in der Blende durch die Bewegung des beweglichen Bauteils eine gleichmäßige Abfolge von Impulsen erzeugt wird, die in der Phase der Freigabe in Richtung der mindestens einer Durchgangsbohrung in der Blende gerichtet sind und den Austritt des Ausgangsmediums als portionierte Flüssigkeitsvolumina beschleunigen und unterstützen.An essential element of the present invention is that the periodic interruption by covering and releasing the at least one through-hole in the diaphragm by the movement of the movable member generates a uniform sequence of pulses in the phase of release towards the at least one through-hole are directed in the aperture and accelerate the exit of the output medium as portioned volumes of liquid and support.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Kombination aus mindestens zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die in Bezug auf eine senkrechte Achse zueinander in einem beliebigen Winkel geneigt angeordnet sind, wobei über die Neigung eine Kollision der aus den einzelnen Vorrichtungen austretenden flüssigen Teilchen bewirkt wird und sich diese am Kollisionspunkt zu einem gemeinsamen neuen flüssigen Teilchen verbinden. Further, the present invention relates to a combination of at least two devices according to the invention, which are inclined relative to each other at an angle to each other at an arbitrary angle, wherein the inclination causes a collision of the emerging from the individual devices liquid particles and this at the point of collision to connect to a common new liquid particle.
Vorzugsweise weisen das bewegliche Bauteil und die Blende eine Vielzahl von äquidistanten Durchgangsbohrungen auf. Im Folgenden wird daher der Plural verwendet. Preferably, the movable member and the diaphragm have a plurality of equidistant through-holes. In the following, therefore, the plural is used.
Weiter beschränkt die Verwendung des Begriffs „Durchgangsbohrung“ beziehungsweise „Bohrung“ den Begriff nicht auf die Herstellung durch Bohren, sondern umschreibt eine durchgängige Verbindung im Allgemeinen, unabhängig von der Herstellung.Further, the use of the term "through-hole" or "bore" does not limit the term to production by drilling, but rather describes a continuous connection generally, regardless of manufacture.
Die Durchgangsbohrungen des beweglichen Bauteils und die Flächen dazwischen sind zueinander und zu den Durchgangsbohrungen in der Blende erfindungsgemäß so angeordnet, dass bei Bewegung des beweglichen Bauteils in regelmäßigen Abständen und in regelmäßig wechselnder Folge alle Durchgangsbohrungen in der Blende gleichzeitig durch das bewegliche Bauteil abgedeckt und anschließend alle gleichzeitig, zumindest teilweise, über die hierzu korrespondierenden Durchgangsbohrungen des beweglichen Bauteils wieder freigegeben werden.The through holes of the movable member and the surfaces therebetween are arranged to each other and to the through holes in the diaphragm according to the invention so that when moving the movable member at regular intervals and in a regularly changing sequence all through holes covered in the aperture at the same time by the movable member and then all be released at the same time, at least partially, on the corresponding corresponding through holes of the movable member again.
In der Phase der Unterbrechung, wenn der Flüssigkeitsstrom durch die Durchgangsbohrungen in der Blende unterbrochen ist, wird in den Durchgangsbohrungen in dem beweglichen Bauteil ein entgegen der Strömungsrichtung verlaufender Impuls erzeugt. In the phase of the interruption, when the liquid flow through the through-holes in the diaphragm is interrupted, an impulse running counter to the flow direction is generated in the through-holes in the movable component.
Der Impuls wird an gegenüber der jeweiligen Durchgangsbohrung in dem beweglichen Bauteil liegenden Bauteilen des Gehäuses reflektiert, bewegt sich zurück in Richtung der Durchgangsbohrung in der Blende und bewirkt in der Phase der Freigabe den Austritt des Ausgangsmediums als flüssige Tropfen. The pulse is reflected at opposite the respective through-hole in the movable component components of the housing, moves back in the direction of the through hole in the diaphragm and causes in the release phase, the outlet of the starting medium as liquid droplets.
Durch den gleichmäßigen Wechsel zwischen Unterbrechung und Freigabe der Strömung wird eine Abfolge von gleichmäßigen Impulsen erzeugt, so dass flüssige Tropfen beziehungsweise flüssige Teilchen in nahezu monodisperser Größenverteilung erhalten werden.Due to the uniform change between interruption and release of the flow, a sequence of uniform pulses is generated, so that liquid droplets or liquid particles are obtained in almost monodisperse size distribution.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Gehäuse mit Oberseite und Seitenwänden, die eine Kammer bilden, wobei die Unterseite des Gehäuses und damit der Kammer mit einer Blende verschlossen ist. In der Kammer oberhalb der Blende ist das bewegliche Bauteil angeordnet, das sich in der Kammer oberhalb und entlang der Blende erstreckt.The device according to the invention comprises a housing with upper side and side walls, which form a chamber, wherein the underside of the housing and thus of the chamber is closed with a diaphragm. In the chamber above the diaphragm, the movable member is arranged, which extends in the chamber above and along the diaphragm.
Das bewegliche Bauteil kann einen runden Querschnitt haben und zum Beispiel eine Scheibe oder ein Zylinder sein. Die Bewegung ist eine Rotation um die senkrechte oder horizontale Mittelachse des Bauteils. Das bewegliche Bauteil kann ein Hohlzylinder sein, in diesem Fall erfolgt die Bewegung vorzugsweise um die horizontale Mittelachse. The movable member may have a round cross-section and be, for example, a disk or a cylinder. The movement is one Rotation around the vertical or horizontal center axis of the component. The movable member may be a hollow cylinder, in which case the movement is preferably made about the horizontal center axis.
Vorzugsweise ist das bewegliche Bauteil eine Scheibe, die um ihre Mittelachse rotiert.Preferably, the movable member is a disc which rotates about its central axis.
Die Austritts- beziehungsweise Impulsfrequenz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich unter anderem aus der Anzahl an Durchgangsbohrungen in dem beweglichen Bauteil und der Geschwindigkeit, zum Beispiel der Drehzahl, mit der sich das bewegliche Bauteil bewegt. Die ausgestoßene Teilchenmenge und Teilchengröße kann über die Anzahl und den Durchmesser der Durchgangsbohrungen in der Blende zusätzlich variiert werden.The output or pulse frequency of the device according to the invention results inter alia from the number of through holes in the movable member and the speed, for example the speed at which moves the movable member. The ejected particle quantity and particle size can additionally be varied via the number and the diameter of the through holes in the diaphragm.
Es können mehrere bewegliche Bauteile vorgesehen sein. In diesem Fall können die beweglichen Bauteile in entgegengesetzte Richtung rotieren, insbesondere gegenläufig rotieren. Durch diese Maßnahme lässt sich die Impulsfrequenz und folglich die Produktionsrate zusätzlich erhöhen. There may be provided a plurality of movable components. In this case, the movable components can rotate in the opposite direction, in particular rotate in opposite directions. By this measure, the pulse frequency and consequently the production rate can be additionally increased.
Die Durchgangsbohrungen können einfache Verbindungskanäle sein. Sie können als Düsen ausgeformt sein. Es können auch spezielle Bauteile für die Ausgestaltung als Düsen vorgesehen sein. Beispielsweise können Hülsen eingesetzt sein. Die Durchgangsbohrungen beziehungsweise Düsen können einen von der runden Form abweichenden Querschnitt aufweisen. Sie können konisch ausgestaltet sein. The through holes may be simple connection channels. They can be shaped as nozzles. There may also be provided special components for the design as nozzles. For example, sleeves can be used. The through holes or nozzles may have a different cross-section from the round shape. They can be conical.
Die Bewegung wird durch einen Antrieb bewirkt, mit dem das bewegliche Bauteil verbunden sein kann. Der Antrieb kann ein beliebiger Antrieb, wie ein Elektromotor sein. The movement is effected by a drive with which the movable component can be connected. The drive can be any drive, such as an electric motor.
Die Befestigung der Blende an dem Gehäuse kann auf eine beliebige Art und Weise erfolgen, die eine feste und dichte Verbindung bewirkt. Beispielsweise kann die Blende mit dem Gehäuse verschraubt oder mit diesem verklemmt sein. Für die Abdichtung gegenüber der Umgebung können Dichtungen vorgesehen sein.The attachment of the diaphragm to the housing can be done in any manner that causes a tight and tight connection. For example, the panel can be bolted to the housing or jammed with this. For sealing against the environment seals may be provided.
Im Betrieb wird das flüssige Ausgangsmedium einem Flüssigkeitsraum in dem Gehäuse zugeführt, der sich oberhalb der Durchgangsbohrungen in dem beweglichen Bauteil befindet. Üblicherweise wird das Ausgangsmedium unter Druckbeaufschlagung zugeführt. Hierfür kann zum Beispiel eine Pumpe vorgeschaltet sein.In operation, the liquid source medium is supplied to a liquid space in the housing, which is located above the through-holes in the movable member. Usually, the starting medium is supplied under pressurization. For this purpose, for example, be a pump upstream.
In Folge der Bewegung des beweglichen Bauteils und der Strömung des Ausgangsmediums bilden sich in der Kammer Flüssigkeitsfilme aus. Die Flüssigkeitsfilme können insbesondere zwischen dem beweglichen Bauteil und der Blende und zwischen der Innenwand des Gehäuses und den Seitenflächen beziehungsweise der Umfangsfläche des beweglichen Bauteils auftreten, sodass die Umfangsflächen des beweglichen Bauteils zumindest in Betrieb von Flüssigkeit umgeben sind. As a result of the movement of the movable member and the flow of the starting medium, liquid films are formed in the chamber. The liquid films may in particular occur between the movable component and the diaphragm and between the inner wall of the housing and the side surfaces or the circumferential surface of the movable component, so that the peripheral surfaces of the movable component are surrounded by liquid at least during operation.
Weiter werden insbesondere in dem Flüssigkeitsfilm zwischen beweglichen Bauteil und Blende, zum Beispiel durch Verwirbelungen, Zonen mit unterschiedlich großen Drücken erzeugt. Diese Drücke können kleiner oder größer sein als der Betriebsdruck mit dem das Ausgangsmedium dem Flüssigkeitsraum zugeführt wird. Entsprechend wirken in Richtung der Druckunterschiede abstoßende oder anziehende Kräfte auf das bewegliche Bauteil. Further, in particular in the liquid film between the movable component and the orifice, for example by turbulence, zones with different sized pressures are generated. These pressures may be less than or greater than the operating pressure at which the output medium is supplied to the liquid space. Accordingly, in the direction of the pressure differences, repulsive or attractive forces act on the movable component.
Die Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms zwischen beweglichem Bauteil und Gehäusewand ist besonders vorteilhaft, da dieser Flüssigkeitsfilm verhindert, dass frisches Ausgangsmedium an den Durchgangsbohrungen im beweglichen Bauteil vorbei entlang des Spalts zwischen Gehäusewand und beweglichen Bauteil in den Blendenbereich gelangt. Durch den Flüssigkeitsfilm wird im Betrieb eine Abdichtung bewirkt. The formation of a liquid film between the movable member and the housing wall is particularly advantageous, since this liquid film prevents fresh starting medium from passing through the gap between the housing wall and the movable component in the diaphragm area past the through holes in the movable component. The liquid film causes a seal during operation.
Die Ausbildung eines Flüssigkeitsfilms zwischen Umfangsfläche des beweglichen Bauteils und der Gehäusewand wird dadurch unterstützt, dass der Spalt zwischen Umfangsfläche und Gehäusewand ausreichend klein gewählt wird. Das Spaltmaß wird auch von der Viskosität des Ausgangsmediums beeinflusst, Für niederviskose Medien sind geringere Spaltmaße erforderlich als für höherviskose Medien, um eine ausreichende Abdichtung im Betrieb zu erzielen. The formation of a liquid film between the circumferential surface of the movable member and the housing wall is supported by the fact that the gap between the peripheral surface and the housing wall is chosen to be sufficiently small. The gap size is also influenced by the viscosity of the starting medium. For low-viscosity media, smaller gap dimensions are required than for higher-viscosity media in order to achieve adequate sealing during operation.
Im Fall von rotierenden beweglichen Bauteilen wird zwischen dem beweglichen Bauteil und der Gehäusewand ein Flüssigkeitsring ausgebildet, der seinerseits rotiert. In the case of rotating movable components, a liquid ring is formed between the movable member and the housing wall, which in turn rotates.
Der Flüssigkeitsfilm beziehungsweise Flüssigkeitsring zwischen Gehäusewand und Umfangsfläche des beweglichen Bauteils kann zugleich zur Schmierung und Kühlung des beweglichen Bauteils ausgenutzt werden. The liquid film or liquid ring between the housing wall and peripheral surface of the movable member can be utilized at the same time for lubrication and cooling of the movable component.
Zur Unterstützung der Ausbildung der Flüssigkeitsfilme beziehungsweise des Flüssigkeitsrings und der Regulierung der Druck- und Strömungsverhältnisse innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind auf der Grundfläche des beweglichen Bauteils, das heißt der Fläche, die der Blende zugewandt ist, vorteilhafterweise bauliche Ausgestaltungen vorgesehen. In order to support the formation of the liquid films or the liquid ring and the regulation of the pressure and flow conditions within the device according to the invention advantageously structural configurations are provided on the base surface of the movable member, that is, the surface which faces the diaphragm.
Beispielsweise können auf der Grundfläche des beweglichen Bauteils Vorsprünge und/oder Vertiefungen vorgesehen sein. Die Vorsprünge können Rippen sein. Sie können in den Bereichen zwischen den Durchgangsbohrungen, wie den Bereichen, die im Betrieb periodisch die Durchgangsbohrungen in der Blende abdecken, verlaufen. Sie können sich von innen nach außen oder von einer Seite zur anderen erstrecken. Sie können kreisförmig oder in einem anderen Muster angeordnet sein. Gleichermaßen können Vertiefungen eine beliebige Form aufweisen. For example, on the base surface of the movable member projections and / or Wells be provided. The projections may be ribs. They may be in the areas between the through-holes, such as the areas that periodically cover the through holes in the aperture during operation. They can extend from the inside out or from side to side. They can be circular or arranged in a different pattern. Similarly, pits can have any shape.
Für ein scheibenförmiges bewegliches Bauteil besonders vorteilhafte bauliche Ausgestaltungen sind Rippen, die radial von innen nach außen verlaufen und insbesondere entgegen der Rotationsrichtung gekrümmt sind. Die Krümmung bewirkt während der Rotation des beweglichen Bauteils eine Ablenkung der Flüssigkeitsströmung nach außen zur Gehäusewand hin. Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft für die Ausbildung eines stabilen gleichmäßigen Flüssigkeitsfilms zwischen Gehäusewand und beweglichem Bauteil. For a disc-shaped movable member particularly advantageous structural configurations are ribs which extend radially from the inside to the outside and in particular are curved against the direction of rotation. The curvature causes during the rotation of the movable member, a deflection of the liquid flow outwardly to the housing wall. This measure is particularly advantageous for the formation of a stable uniform liquid film between the housing wall and the movable component.
Die Anzahl und Anordnung der baulichen Ausgestaltungen richtet sich nach den Anforderungen der konkreten Anwendung. Die baulichen Ausgestaltungen sollten jedoch gleichförmig über die Grundfläche verteilt sein, um gleichförmige Strömungs- und Kräfteverteilungen zu erzielen. The number and arrangement of the structural embodiments depends on the requirements of the specific application. However, the structural designs should be uniformly distributed over the base to achieve uniform flow and force distributions.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das bewegliche Bauteil in Richtung der Kräfte verschiebbar, die infolge von Zonen mit unterschiedlichen Drücken in der Kammer auftreten. Diese Kräfte bewirken eine Ausgleichsbewegung des beweglichen Bauteils aus seiner Ursprungslage in eine begünstigte Lage. Diese Ausgleichsbewegung ermöglicht zugleich eine Anpassung der Spaltbreite und damit des Abstands zwischen der Grundfläche des beweglichen Bauteils und Blende, an die Eigenschaften des jeweiligen Ausgangsmediums, wie zum Beispiel dynamische Viskosität und Dichte. So ist für niederviskose Medien ein geringerer Abstand erforderlich als für höherviskose Medien. According to a preferred embodiment, the movable member is displaceable in the direction of the forces which occur as a result of zones with different pressures in the chamber. These forces cause a compensating movement of the movable member from its original position to a favorable position. This compensation movement also allows an adjustment of the gap width and thus the distance between the base of the movable member and aperture, the properties of the respective output medium, such as dynamic viscosity and density. For low-viscosity media, a smaller distance is required than for higher-viscosity media.
Bei Bedarf kann die Anpassung des Abstands durch Verschiebung des beweglichen Bauteils mithilfe von von außen einwirkenden mechanischen Kräften erfolgen, zum Beispiel über Druckfedern oder magnetische Kräfte. If necessary, the adjustment of the distance by displacement of the movable member by means of externally applied mechanical forces, for example via compression springs or magnetic forces.
Durch die Beeinflussung der Druck- und Strömungsverhältnisse und die dadurch bewirkten Kräfte kann die erfindungsgemäße Vorrichtung an die jeweiligen Anforderungen von unterschiedlichen Ausgangsmedien angepasst beziehungsweise eingestellt werden. Erfindungsgemäß ist es damit möglich, Ausgangsmedien mit unterschiedlichen Eigenschaften wie insbesondere in Bezug auf dynamische Viskosität und Dichte, zu verarbeiten und daraus Teilchen in der gewünschten monodispersen Größenverteilung zu erhalten.By influencing the pressure and flow conditions and the forces caused thereby, the device according to the invention can be adapted or adjusted to the respective requirements of different starting media. According to the invention, it is thus possible to process starting media having different properties, in particular with respect to dynamic viscosity and density, and to obtain particles in the desired monodisperse size distribution therefrom.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können zwei oder mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen zueinander in einem beliebigen Winkel geneigt angeordnet werden. Als Folge der Neigung bewegen sich die austretenden Flüssigkeitstropfen der einzelnen Vorrichtungen aufeinander zu und kollidieren in einem gemeinsamen Schnittpunkt miteinander. An diesem Kollisionspunkt können in Abhängigkeit der gewählten Ausgangsmedien, die zwei oder mehreren Flüssigkeitstropfen zu einem gemeinsamen Flüssigkeitstropfen verschmelzen, beziehungsweise verkapselte Flüssigkeitstropfen ausbilden. According to a further embodiment, two or more devices according to the invention can be arranged inclined to each other at an arbitrary angle. As a result of the inclination, the exiting liquid drops of the individual devices move towards each other and collide with each other in a common point of intersection. Depending on the selected starting media, which melt two or more liquid droplets to form a common liquid droplet, encapsulated liquid droplets can form at this collision point.
Bei der Verkapselung findet keine Verschmelzung der einzelnen Flüssigkeitstropfen statt, sondern der Flüssigkeitstropfen aus einem ersten Ausgangsmedium mit in der Regel niedrigerer Viskosität bildet eine Hülle um einen Flüssigkeitstropfen aus einem zweiten Ausgangsmedium mit in der Regel höherer Viskosität. During the encapsulation, no fusion of the individual liquid droplets takes place, but instead the liquid droplet from a first starting medium, which generally has a lower viscosity, forms a shell around a liquid droplet from a second starting medium, generally with a higher viscosity.
Analog der Ausbildung von festen Teilchen aus Flüssigkeitstropfen aus einzelnen erfindungsgemäßen Vorrichtungen können die durch Verschmelzung erhaltenen Flüssigkeitstropfen beziehungsweise Flüssigkeitskapseln einer nachfolgenden Reaktionsumgebung zugeführt werden, die eine Verfestigung der Tropfen beziehungsweise Kapseln bewirkt. Geeignete Umgebungsbedingungen, die eine Verfestigung bewirken, für die Herstellung von Teilchen aus flüssigen Ausgangsmedien sind an sich bekannt. Beispiele sind Kühlung mit Luft, Verfestigung in einem Reaktionsbad oder durch UV-Strahlen. In Abhängigkeit des Materials kann die Verfestigung auch unmittelbar im Kollisionspunkt eintreten, zum Beispiel als Folge einer Aushärtereaktion der miteinander in Kontakt gebrachten flüssigen Komponenten.Analogous to the formation of solid particles from liquid droplets from individual devices according to the invention, the liquid droplets or liquid capsules obtained by fusion can be fed to a subsequent reaction environment, which causes solidification of the droplets or capsules. Suitable environmental conditions which cause solidification for the preparation of particles from liquid starting media are known per se. Examples are cooling with air, solidification in a reaction bath or by UV rays. Depending on the material, the solidification may also occur immediately at the point of collision, for example, as a result of a curing reaction of the liquid components contacted with each other.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Figuren mit Prinzipienskizzen und bevorzugten konkreten konstruktiven Ausführungsbeispielen näher erläutert, die Längsschnitte und ausgewählte Ansichten zeigen. Die Figuren dienen hierbei lediglich zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, ohne jedoch die Erfindung auf die gezeigten konkreten Ausführungsformen zu beschränken. The device according to the invention and the method according to the invention will be explained in more detail below with reference to figures with principle sketches and preferred concrete structural embodiments, which show longitudinal sections and selected views. The figures serve only to better illustrate the present invention, but without limiting the invention to the specific embodiments shown.
Es zeigen:Show it:
1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit kreisförmigen beweglichen Bauteil; 1 a longitudinal section through an embodiment of a device according to the invention with a circular movable member;
1.1 eine Draufsicht auf das bewegliche Bauteil gemäß 1 mit unterhalb angeordneter Blende, 1.1 a plan view of the movable member according to 1 with aperture arranged below,
1.2 eine Prinzipienskizze eines Ausschnitts des beweglichen Bauteils gemäß 1.1 mit unterhalb angeordneter Blende zum Zeitpunkt der Abdeckung der Durchgangsbohrungen in der Blende; 1.2 a principle sketch of a section of the movable member according to 1.1 with the shutter located below, at the time of covering the through holes in the bezel;
1.3 einen Ausschnitt des Längsschnitts gemäß 1 zum Zeitpunkt der Freigabe der Durchgangsbohrungen in der Blende vor dem Betriebsstart; 1.3 a section of the longitudinal section according to 1 at the time of release of the through holes in the bezel before the start of operation;
1.4 den Ausschnitt gemäß 1.3 zum Zeitpunkt der Abdeckung der Durchgangsbohrungen in der Blende während des Betriebs mit Ausbildung eines Impulses; 1.4 the clipping according to 1.3 at the time of covering the through-holes in the bezel during operation with formation of a pulse;
1.5 den Ausschnitt gemäß 1.3 zum Zeitpunkt der Freigabe der Durchgangsbohrungen in der Blende während des Betriebs mit Impulseinwirkung; 1.5 the clipping according to 1.3 at the time of release of the through holes in the bezel during pulse action;
1.6 eine Prinzipienskizze mit einem Ausschnitt eines beweglichen Bauteils mit einer unterhalb angeordneten Blende mit einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung der Durchgangsbohrungen; 1.6 a schematic diagram with a section of a movable member having a diaphragm disposed below with another embodiment of an arrangement of the through holes;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein bewegliches Bauteil; 2 a further embodiment of a movable component;
2.1 eine Ansicht der Unterseite des beweglichen Bauteils gemäß 2; 2.1 a view of the underside of the movable member according to 2 ;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines beweglichen Bauteils; 3 another embodiment of a movable member;
3.1 eine Prinzipienskizze eines Ausschnitts des beweglichen Bauteils gemäß 3 mit unterhalb angeordneter Blende; 3.1 a principle sketch of a section of the movable member according to 3 with below arranged aperture;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines beweglichen Bauteils; 4 another embodiment of a movable member;
4.1 eine Prinzipienskizze eines Ausschnitts des beweglichen Bauteils gemäß 4 mit unterhalb angeordneter Blende; 4.1 a principle sketch of a section of the movable member according to 4 with below arranged aperture;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines beweglichen Bauteils; 5 another embodiment of a movable member;
5.1 eine Ansicht der Unterseite des beweglichen Bauteils gemäß 5; 5.1 a view of the underside of the movable member according to 5 ;
5.2 eine Prinzipienskizze eines Ausschnitts des beweglichen Bauteils gemäß 5 mit unterhalb angeordneter Blende; 5.2 a principle sketch of a section of the movable member according to 5 with below arranged aperture;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines beweglichen Bauteils; 6 another embodiment of a movable member;
6.1 eine Ansicht der Unterseite des beweglichen Bauteils gemäß 6; 6.1 a view of the underside of the movable member according to 6 ;
7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Vorrichtung; 7 a longitudinal section through a further embodiment of a device according to the invention;
8 einen Längsschnitt durch noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 8th a longitudinal section through yet another embodiment of a device according to the invention;
8.1 eine Prinzipienskizze eines Ausschnitts der Ausführungsform gemäß 8 zum Zeitpunkt der Abdeckung der Durchgangsbohrungen in der Blende während des Betriebs mit Ausbildung der Impulswelle sowie einer Ausgestaltung der Durchgangsbohrungen in dem beweglichen Bauteil; 8.1 a principle sketch of a section of the embodiment according to 8th at the time of covering the through-holes in the diaphragm during operation with formation of the pulse wave and a configuration of the through-holes in the movable member;
8.2 eine Prinzipienskizze des Ausschnitts gemäß 8.1 zum Zeitpunkt der Freigabe der Durchgangsöffnungen in der Blende während des Betriebs unter Impulswirkung; 8.2 a principle sketch of the section according to 8.1 at the time of release of the apertures in the shutter during operation under pulse action;
9 einen Längsschnitt durch noch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 9 a longitudinal section through yet another embodiment of a device according to the invention;
9.1 einen Schnitt entlang A-A gemäß 9 zum Zeitpunkt der Freigabe der Durchgangsbohrungen in der Blende; 9.1 a section along AA according to 9 at the time of release of the through holes in the bezel;
9.2 den Schnitt gemäß 9.1 zum Zeitpunkt der Abdeckung der Durchgangsbohrungen in der Blende; 9.2 the cut according to 9.1 at the time of covering the through holes in the bezel;
10 ein Ausführungsbeispiel von zwei gegeneinander geneigt angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemäß 8. 10 an embodiment of two mutually inclined arranged according to the invention according to devices 8th ,
Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in 1 dargestellt. Gezeigt ist das Gehäuse 1, das eine Kammer 2 umgibt und das auf der Unterseite mit einer Blende 3 verschlossen ist. In der Kammer 2 befindet sich oberhalb der Blende 3 das bewegliche Bauteil 4, das sich entlang der Blende 3 erstreckt, und das in dieser Ausführungsform eine runde Scheibe ist. Die Blende 3 und das bewegliche Bauteil 4 sind entlang einer gemeinsamen Mittelachse 5 angeordnet, um die das bewegliche Bauteil 4 im Betrieb rotiert. Entsprechend dem runden Querschnitt des beweglichen Bauteils 4 weist auch die Kammer 2 einen runden Querschnitt auf. An embodiment of a device according to the invention is in 1 shown. Shown is the case 1 that is a chamber 2 surrounds and on the bottom with a panel 3 is closed. In the chamber 2 is located above the aperture 3 the movable component 4 that extends along the aperture 3 extends, and which is a round disc in this embodiment. The aperture 3 and the movable component 4 are along a common central axis 5 arranged around the the moving component 4 rotates during operation. Corresponding to the round cross section of the moving component 4 also has the chamber 2 a round cross-section.
In der Blende 3 und in dem beweglichen Bauteil 4 sind jeweils zueinander korrespondierende Durchgangsbohrungen 6 beziehungsweise 7 vorgesehen, die in der hier gezeigten Ausführungsform jeweils in gleichen Abständen auf einem konzentrischen Kreis mit gleichem Radius um die Mittelachse 5 angeordnet sind. In Folge dieser Anordnung der Durchgangsbohrungen 6, 7 kommen im Betrieb, wenn das bewegliche Bauteil 4 rotiert, gleichzeitig abwechselnd die Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 beziehungsweise die Flächen dazwischen oberhalb den Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 zu liegen.In the aperture 3 and in the movable member 4 are each corresponding to each other through holes 6 respectively 7 provided in the embodiment shown here each at equal intervals on a concentric circle with the same radius around the central axis 5 are arranged. As a result of this arrangement of the through holes 6 . 7 come in operation when the moving part 4 rotates, at the same time alternately the through holes 7 in the movable component 4 or the areas between them above the through holes 6 in the aperture 3 to lie.
Das Ausgangsmedium wird einem Flüssigkeitsraum 8 zugeführt, der hier durch die Deckfläche des beweglichen Bauteils 4 und Deckfläche des Gehäuses 1 definiert ist. In der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Zufuhr des Ausgangsmediums über eine seitliche Zuleitung 9 in der Seitenwand des Gehäuses 1 und/oder eine obere Zuleitung 10 in der Deckfläche des Gehäuses 1.The output medium becomes a liquid space 8th supplied here by the top surface of the movable member 4 and top surface of the housing 1 is defined. In the embodiment shown, the supply of the starting medium takes place via a lateral feed line 9 in the side wall of the housing 1 and / or an upper supply line 10 in the top surface of the housing 1 ,
Zwischen der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 1 und der Umfangsfläche des beweglichen Bauteils 4 befindet sich ein seitlicher Spalt 11, der in der hier gezeigten Ausführungsform ein Ringspalt ist. Between the inner peripheral surface of the housing 1 and the peripheral surface of the movable member 4 there is a lateral gap 11 which is an annular gap in the embodiment shown here.
Üblicherweise wird die Spaltbreite möglichst gering gewählt um zu vermeiden, dass das Ausgangsmedium über den Ringspalt 11 von dem Flüssigkeitsraum 8 in den Bereich zwischen beweglichem Bauteil 4 und Blende 3 gelangt. Zumindest im Betrieb bildet sich zwischen Grundfläche des beweglichen Bauteils 4 und Oberfläche der Blende 3 ein Flüssigkeitsfilm 12 aus, sodass bei dieser Ausführungsform im Betrieb das bewegliche Bauteil 4 von dem Ausgangsmedium umgeben ist. Usually, the gap width is chosen as low as possible in order to avoid that the output medium via the annular gap 11 from the fluid space 8th in the area between the movable component 4 and aperture 3 arrives. At least during operation forms between base of the movable member 4 and surface of the aperture 3 a liquid film 12 so that in this embodiment, in operation, the movable member 4 surrounded by the starting medium.
Zum Betrieb ist das bewegliche Bauteil 4 über eine axiale Welle 13 mit einem Antrieb 14 verbunden, der sich hier außerhalb des Gehäuses 1 befinden kann. Für die Verbindung mit dem Antrieb 14 kann die Welle 13 über eine Wellendichtung 15 aus dem Gehäuse 1 hinausgeführt werden. Der Antrieb 14 kann ein Elektromotor oder sonstiger geeigneter Antrieb sein.For operation is the moving component 4 over an axial shaft 13 with a drive 14 connected, located here outside the case 1 can be located. For connection to the drive 14 can the wave 13 over a shaft seal 15 out of the case 1 be led out. The drive 14 may be an electric motor or other suitable drive.
In der in 1 gezeigten Vorrichtung ist die Welle 13 starr mit dem beweglichen Bauteil 4 verbunden. Das Wellenende 16, das beispielsweise einen quadratischen Querschnitt haben kann, ist so ausgestaltet, dass die Welle 13 über eine fest mit dem Antrieb 14 verbundene Mitnehmerkupplung 17 um die Mittelachse 5 rotieren kann, und zudem mit dem beweglichen Bauteil 4 unter Einwirkung einer vertikal wirkenden Kraft vertikal verschoben werden kann. Diese Ausgestaltung ermöglicht auch während der Rotation ein Verschieben des beweglichen Bauteils 4 in eine begünstigte axiale Position durch Einwirkung einer Kraft 18 in axiale Richtung. Hierdurch wird eine Anpassung des Flüssigkeitsfilms 12 bewirkt, der sich zwischen dem beweglichen Bauteil 4 und der Blende 3 ausbildet. Die Kraft 18 ergibt sich entweder automatisch durch Ausbildung von Zonen mit unterschiedlichen Drücken im Betrieb und/oder kann durch von außen einwirkende mechanische Kräfte erzeugt werden. In the in 1 The device shown is the shaft 13 rigid with the moving component 4 connected. The wave end 16 , which may for example have a square cross-section, is designed so that the shaft 13 about a firm with the drive 14 connected driving clutch 17 around the central axis 5 can rotate, and also with the moving component 4 can be moved vertically under the action of a vertical force. This embodiment also allows a displacement of the movable component during rotation 4 in a favored axial position by the action of a force 18 in the axial direction. As a result, an adaptation of the liquid film 12 causes, between the moving component 4 and the aperture 3 formed. The power 18 arises either automatically by forming zones with different pressures during operation and / or can be generated by externally acting mechanical forces.
Die Blende 3 ist fest und dicht über Schraubverbindungen 19 an dem Gehäuse 1 befestigt. Für die Abdichtung gegenüber der äußeren Umgebung können eine oder mehrere Dichtungen 20 vorgesehen sein.The aperture 3 is firm and tight over screw connections 19 on the housing 1 attached. For sealing against the external environment may be one or more seals 20 be provided.
Die Anordnung der Durchgangsbohrungen 6, 7 in der Blende 3 und dem beweglichen Bauteil 4 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist in 1.1 näher dargestellt, die eine Draufsicht auf das bewegliche Bauteil zeigt. The arrangement of the through holes 6 . 7 in the aperture 3 and the moving component 4 in the embodiment according to 1 is in 1.1 shown in more detail, which shows a plan view of the movable member.
Oberhalb der Blende 3 ist das bewegliche Bauteil 4, hier eine runde Scheibe, angeordnet. Entlang eines konzentrischen Kreises 22 mit dem selben Radius sind Durchgangsbohrungen 7 in gleichem Abstand in dem beweglichen Bauteil 4 und Durchgangsbohrungen 6 in gleichem Abstand in der Blende 3 vorgesehen. Die Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 haben hier einen kleineren Durchmesser als die Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4. Die Flächen 23, sogenannte freie Flächen, zwischen benachbarten Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 decken im Betrieb die Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 periodisch ab. Above the aperture 3 is the moving component 4 , here a round disc, arranged. Along a concentric circle 22 with the same radius are through holes 7 at the same distance in the movable component 4 and through holes 6 at the same distance in the aperture 3 intended. The through holes 6 in the aperture 3 have a smaller diameter here than the through holes 7 in the movable component 4 , The surfaces 23 , so-called free surfaces, between adjacent through-holes 7 in the movable component 4 Cover the through holes during operation 6 in the aperture 3 periodically.
In 1.1 ist die Phase der Freigabe der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 gezeigt, in der die Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 oberhalb der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 liegen, diese somit freigeben und das Ausgangsmedium als flüssige Tropfen 21 austreten kann.In 1.1 is the phase of clearance of the through holes 6 in the aperture 3 shown in the through holes 7 in the movable component 4 above the through holes 6 in the aperture 3 lie, thus releasing them and the starting medium as liquid drops 21 can escape.
1.2 zeigt dagegen die Phase der Abdeckung der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 durch die freien Flächen 23 in dem beweglichen Bauteil 4 in der Phase der Unterbrechung. 1.2 on the other hand shows the phase of the coverage of the through holes 6 in the aperture 3 through the open spaces 23 in the movable component 4 in the phase of interruption.
Nachstehend wird das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Erzeugung von Teilchen aus flüssigen Ausgangsmedien unter Verweis auf die konkrete Ausführungsform gemäß 1 sowie die Prinzipienskizzen gemäß 1.3 bis 1.5 näher erläutert.Hereinafter, the principle of operation of the inventive production of particles from liquid starting media with reference to the specific embodiment according to 1 as well as the principle sketches according to 1.3 to 1.5 explained in more detail.
Für die Erzeugung von Teilchen aus einem flüssigen Ausgangsmedium wird das flüssige Ausgangsmedium unter Druck der Kammer 2 der Vorrichtung zugeführt, hier über die seitliche und/oder obere Zuleitung 9, 10 dem Flüssigkeitsraum 8. Durch die Rotation des beweglichen Bauteils 4 bildet sich in dem Ringspalt 11 ein ringförmiger, gleichfalls rotierender Flüssigkeitsfilm aus. Der ringförmige Flüssigkeitsfilm im Ringspalt 11 verhindert, dass Ausgangsmedium entlang der Seitenflächen in den Blendenbereich zu den Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 gelangen kann. Im Ergebnis wird das Ausgangsmedium den Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 im Wesentlichen über die Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 zugeführt.For the production of particles from a liquid starting medium, the liquid starting medium under pressure of the chamber 2 supplied to the device, here via the lateral and / or upper supply line 9 . 10 the liquid space 8th , By the rotation of the moving part 4 forms in the annular gap 11 an annular, likewise rotating liquid film. The annular liquid film in the annular gap 11 prevents that Output medium along the side surfaces in the diaphragm area to the through holes 6 in the aperture 3 can get. As a result, the output medium becomes the through-holes 6 in the aperture 3 essentially through the through holes 7 in the movable component 4 fed.
1.3 zeigt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1 in einem Zustand vor dem Betriebsstart. In dem hier gezeigten Beispiel befinden sich die Durchgangsbohrungen 7 des beweglichen Bauteils 4 oberhalb der Durchgangsbohrungen 6 der Blende 3, sodass zugeführtes Ausgangsmedium ungehindert durch die Vorrichtung fließen kann. Es versteht sich, dass die Position der Durchgangsbohrungen 6, 7 zueinander vor Betriebsstart von der in 1.3 gezeigten Position abweichen und, zum Beispiel, zueinander versetzt sein kann. 1.3 shows a section of the device according to the invention 1 in a state before the start of operation. In the example shown here are the through holes 7 of the moving component 4 above the through holes 6 the aperture 3 so that supplied starting medium can flow unhindered through the device. It is understood that the position of the through holes 6 . 7 to each other before start of operation of the in 1.3 Diverge shown position and, for example, can be offset from one another.
1.4 zeigt die Position der Durchgangsbohrungen 7 im beweglichen Bauteil 4 bezogen auf die Blende 3 zum Zeitpunkt der Abdeckung der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3. In dieser Phase sind die Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 (hier nicht gezeigt) durch die Flächen 23 zwischen den Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 abgedeckt und der Flüssigkeitsstrom aufgrund der Abdeckung der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 in der gesamten Vorrichtung und damit auch in den Durchgangsbohrungen 6 im beweglichen Bauteil 4 unterbrochen. In dieser Phase der Unterbrechung der Flüssigkeitsströmung wird ein entgegen der Strömungsrichtung und damit entgegen der Austrittsrichtung der flüssigen Tröpfchen 21 laufender Impuls 24 erzeugt, der in der Figur als Pfeil angedeutet ist. Der Impuls 24 wird an einer gegenüber der betreffenden Durchgangsbohrung 7 im beweglichen Bauteil 4 befindlichen Fläche 54 des Gehäuses 1 reflektiert und in Richtung der Blende 3 zurückgelenkt. 1.4 shows the position of the through holes 7 in the moving component 4 based on the aperture 3 at the time of covering the through holes 6 in the aperture 3 , In this phase are the through holes 6 in the aperture 3 (not shown here) through the surfaces 23 between the through holes 7 in the movable component 4 covered and the liquid flow due to the coverage of the through holes 6 in the aperture 3 in the entire device and thus also in the through holes 6 in the moving component 4 interrupted. In this phase of the interruption of the liquid flow becomes counter to the flow direction and thus against the discharge direction of the liquid droplets 21 ongoing impulse 24 generated, which is indicated in the figure as an arrow. The impulse 24 is at one opposite the respective through hole 7 in the moving component 4 located area 54 of the housing 1 reflected and towards the aperture 3 redirected.
In der Zwischenzeit hat sich aufgrund der Bewegung des beweglichen Bauteils 4 die Lage der Durchgangsbohrungen 6, 7 zueinander verändert. Die Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 liegen nunmehr oberhalb der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 und geben diese frei, wie in 1.5 gezeigt. In dieser Position wird der zurückgelenkte Impuls 24 durch die Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 geleitet und bewirkt die Ausbildung gleichmäßiger flüssiger Tropfen 21.In the meantime, due to the movement of the moving component 4 the location of the through holes 6 . 7 changed each other. The through holes 7 in the movable component 4 are now above the through holes 6 in the aperture 3 and release them as in 1.5 shown. In this position, the deflected momentum 24 through the through holes 6 in the aperture 3 directed and causes the formation of uniform liquid droplets 21 ,
Da sich die Phasen der Abdeckung beziehungsweise Unterbrechung und Freigabe der Strömung unter Erzeugung von Impulsen 24 aufgrund der Rotation des beweglichen Bauteils 4 in schneller Folge in periodischen Abständen wiederholen, wird ein pulsierende Bildung von flüssigen Tropfen 21 erhalten.Since the phases of the cover or interruption and release of the flow to generate pulses 24 due to the rotation of the movable member 4 Repeating in rapid succession at periodic intervals will produce a pulsating formation of liquid droplets 21 receive.
Die Lage, der Abstand und Größe der Durchgangsbohrungen 6 beziehungsweise 7 in der Blende 3 und im beweglichen Bauteil 4 werden so gewählt, dass in der Phase der Abdeckung alle Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 vollständig abgedeckt sind, und in der Phase der Freigabe die Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 über die hierzu korrespondierenden Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 freigegeben sind. Es ist ausreichend, wenn in der Phase der Freigabe die entsprechenden Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 zumindest teilweise freigegeben sind. Für die erfindungsgemäße Ausbildung von flüssigen Tropfen aus einem Ausgangsmedium mit Hilfe der Erzeugung einer Impulsfrequenz kann sich die Anzahl der Durchgangsbohrungen 7 von der Anzahl der Durchgangsbohrungen 6 auch unterscheiden. The location, the distance and size of the through holes 6 respectively 7 in the aperture 3 and in the moving part 4 are chosen so that in the phase of the cover all through holes 6 in the aperture 3 are fully covered, and in the release phase, the through-holes 6 in the aperture 3 via the corresponding through holes 7 in the movable component 4 are released. It is sufficient if in the release phase the corresponding through holes 6 in the aperture 3 at least partially released. For the formation according to the invention of liquid droplets from an output medium with the aid of the generation of a pulse frequency, the number of through bores can be 7 from the number of through holes 6 also different.
Die Durchgangsbohrungen 6, 7 liegen in einer Anordnung vor, bei der die Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 im Wechsel kurzzeitig unterbrochen und kurzzeitig wieder freigegeben sind. Durch die Abdeckung der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende wird die Flüssigkeitsströmung in der Vorrichtung unterbrochen. Im Ergebnis wird eine gleichförmige Impulsfrequenz erhalten, die den Ausstoß des flüssigen Ausgangsmaterials in schneller Folge als flüssige Tropfen 21 in nahezu monodisperser tropfengrößen Verteilung bewirkt. Vorteilhaft ist eine Anordnung der Durchgangsbohrungen 6, 7, bei der alle Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 in der Phase der Abdeckung gleichzeitig und vollständig abgedeckt, und in der Phase der Freigabe gleichzeitig, zumindest teilweise, freigegeben sind. The through holes 6 . 7 are in an arrangement in which the through holes 6 in the aperture 3 alternately briefly interrupted and briefly released again. Through the cover of the through holes 6 in the aperture, the liquid flow in the device is interrupted. As a result, a uniform pulse frequency is obtained, which is the ejection of the liquid starting material in rapid succession than liquid droplets 21 effected in almost monodisperse droplet size distribution. Advantageously, an arrangement of the through holes 6 . 7 in which all through holes 6 in the aperture 3 covered simultaneously and completely in the phase of coverage, and released at the same time, at least in part, during the release phase.
Ein Beispiel für eine alternative Ausführungsform der Anordnung der Durchgangsbohrungen 6, 7 zeigt 1.6 in der Phase der Freigabe der Durchgangsbohrungen 6 durch die Durchgangsbohrungen 7. In der Blende 3 sind hier vier Reihen von radial nacheinander angeordneten Durchgangsbohrungen 6a, b, c, d auf konzentrischen Kreisen angeordnet. Korrespondierend hierzu sind in dem beweglichen Bauteil 4 zwei Reihen von radial nacheinander auf konzentrischen Kreisen angeordneten Durchgangsbohrungen 7a, b vorgesehen. Die auf dem äußeren und dem inneren Kreis angeordneten Durchgangsbohrungen 7a, b im beweglichen Bauteil 4 haben jeweils einen Durchmesser, der sich in der Phase der Freigabe über die beiden äußeren beziehungsweise die beiden inneren Durchgangsbohrungen 6a, b bzw. 6c, d in der Blende 3 erstreckt und diese in der Phase der Freigabe vollständig freigibt. Der Abstand zwischen zwei benachbart auf dem selben konzentrischen Kreis angeordneten Durchgangsbohrungen 7a, b ist ausreichend groß gewählt, sodass in der Phase der Abdeckung die Durchgangsbohrungen 6a, b, c, d in der Blende 3 durch die Flächen zwischen benachbarten Durchgangsbohrungen 7a, b in dem beweglichen Bauteil 4 vollständig abgedeckt werden.An example of an alternative embodiment of the arrangement of the through holes 6 . 7 shows 1.6 in the phase of clearance of the through-holes 6 through the through holes 7 , In the aperture 3 Here are four rows of radially successively arranged through holes 6a , b, c, d arranged on concentric circles. Corresponding thereto are in the movable component 4 two rows of radial holes successively arranged on concentric circles through holes 7a , b provided. The through holes located on the outer and inner circle 7a , b in the moving component 4 each have a diameter that is in the phase of release via the two outer and the two inner through holes 6a , b or 6c , d in the aperture 3 extends and fully releases them in the release phase. The distance between two adjacent through holes located on the same concentric circle 7a , b is sufficiently large, so that in the phase of the cover, the through holes 6a , b, c, d in the aperture 3 through the areas between adjacent through-holes 7a , b in the movable component 4 be completely covered.
Die in 1.6 gezeigte Anordnung der Durchgangsbohrungen 6 und 7 ist ein Beispiel für eine Ausführungsform mit der sich durch Erhöhung der Anzahl der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 die Anzahl der erzeugten Teilchen und folglich die Produktionsrate steigern lässt. In the 1.6 shown arrangement of the through holes 6 and 7 is an example of an embodiment with by increasing the number of through holes 6 in the aperture 3 increase the number of particles produced and consequently the production rate.
Beispiele für Ausgestaltungen von beweglichen Bauteilen 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen 2 bis 6. In 2 bis 6 werden die baulichen Ausgestaltungen anhand des scheibenförmigen Bauteils erläutert, wie es in der Vorrichtung von 1 eingesetzt ist. Mit Hilfe von derartigen baulichen Ausgestaltungen kann die Ausbildung von Flüssigkeitsfilmen und Druckzonen beeinflusst und an die Anforderungen unterschiedlicher Ausgangsmedien angepasst werden. Examples of embodiments of movable components 4 show the device of the invention 2 to 6 , In 2 to 6 the structural designs are explained with reference to the disc-shaped component, as it is in the device of 1 is used. With the help of such structural configurations, the formation of liquid films and pressure zones can be influenced and adapted to the requirements of different starting media.
In der Ausgestaltung nach 2 erfolgt die Abdeckung der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 durch Pfropfen 25 in Sacklöchern 26 in der Grundfläche des beweglichen Bauteils 4. Die Pfropfen 25 sind in vertikaler Richtung entlang der Mittelachse 5 verschiebbar angeordnet. Die Verschiebung der Pfropfen 25 in vertikale Richtung kann durch Einwirkung einer beliebig erzeugten Kraft 18 hervorgerufen werden. Beispielsweise kann sich die Kraft 18 – wie vorstehend erläutert – während oder als Folge der Rotation der beweglichen Bauteils 4 ergeben. Je nach Größe der Kraft 18, die auf die Pfropfen 25 einwirkt, ragen diese mehr oder weniger aus dem Sackloch 26 heraus. In the embodiment according to 2 the covering of the through holes takes place 6 in the aperture 3 by grafting 25 in blind holes 26 in the base of the movable component 4 , The plugs 25 are in the vertical direction along the central axis 5 slidably arranged. The displacement of the plugs 25 in vertical direction can be by the action of any force generated 18 be caused. For example, the force can 18 - As explained above - during or as a result of the rotation of the movable member 4 result. Depending on the size of the force 18 on the plugs 25 acts, these protrude more or less out of the blind hole 26 out.
Wie in 2.1 als untere Ansicht Y-Y des beweglichen Bauteils 4 nach 2 gezeigt, weist das bewegliche Bauteil 4 in regelmäßigen Abständen und in wechselnder Folge auf einem gemeinsamen Kreis 22 Durchgangsbohrungen 7 und Pfropfen 25 in Sacklöchern 26 auf. As in 2.1 as a lower view YY of the moving component 4 to 2 shown, the movable component 4 at regular intervals and in alternating sequence on a common circle 22 Through holes 7 and grafting 25 in blind holes 26 on.
Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für Ausführungsformen, bei denen die Welle 13 nicht vertikal entlang der Mittelachse 5 verschiebbar ist.This embodiment is particularly suitable for embodiments in which the shaft 13 not vertical along the central axis 5 is displaceable.
3 und 3.1 zeigen eine Ausführungsform wie sie insbesondere für erfindungsgemäße Vorrichtungen geeignet ist, bei denen die Welle 13 entlang der Mittelachse 5 vertikal verschiebbar ist. In dieser Ausgestaltung sind in der Grundfläche des beweglichen Bauteils 4 eine oder mehrere umlaufende konzentrisch angeordnete Vertiefungen 27 oder Rinnen vorgesehen. Die kreisförmigen Vertiefungen 27 befinden sich in der hier gezeigten Ausführungsform innerhalb des Kreises 22, der durch die Durchgangsbohrungen 7 beschrieben wird. 3 and 3.1 show an embodiment as it is particularly suitable for devices according to the invention, in which the shaft 13 along the central axis 5 is vertically displaceable. In this embodiment, in the base of the movable member 4 one or more circumferential concentric recesses 27 or gutters provided. The circular depressions 27 are in the embodiment shown here within the circle 22 passing through the through holes 7 is described.
In Betrieb stellt sich durch Rotation des beweglichen Bauteils 4 oberhalb des beweglichen Bauteils 4 in der Flüssigkeit ein Druck P1 ein. In den kreisförmigen Vertiefungen 27 entstehen während der Rotation innerhalb der Flüssigkeit Strömungswirbel 28. Durch die Strömungswirbel 28 verringert sich unterhalb des beweglichen Bauteils 4 der Flüssigkeitsdruck auf einen Druckwert Pmin, der kleiner als der Druck P1 oberhalb des beweglichen Bauteils 4 ist. Durch diese Druckverringerung wird eine Kraft 18 erzeugt, die eine vertikale Ablenkung des beweglichen Bauteils 4 in Richtung Blende 3 hervorruft. Diese Maßnahme eignet sich insbesondere für niederviskose Ausgangsmedien, da sich hierdurch in der Phase der Abdeckung eine verbesserte Abdichtung erhalten lässt. It starts up by rotating the moving part 4 above the moving part 4 in the liquid, a pressure P1. In the circular depressions 27 arise during rotation within the fluid flow vortex 28 , Through the flow vortex 28 decreases below the moving part 4 the fluid pressure to a pressure value Pmin, which is less than the pressure P1 above the movable member 4 is. This pressure reduction becomes a force 18 generates a vertical deflection of the moving part 4 in the direction of the aperture 3 causes. This measure is particularly suitable for low-viscosity starting media, as this can be obtained in the phase of the cover an improved seal.
In dem Beispiel gemäß 4 ist in der Grundfläche des beweglichen Bauteils 4 eine Vertiefung 29 vorgesehen. Die Vertiefung 29 befindet sich innerhalb des Kreises 22, der durch die Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 definiert ist, und ist symmetrisch zur Mittelachse 5 ausgerichtet. In der Vertiefung 29 sind ein oder mehrere Verbindungskanäle 30 vorgesehen, über die die Vertiefung 29 mit dem dem Flüssigkeitsraum 8 oberhalb des beweglichen Bauteils 4 in Verbindung steht. Der mindestens eine Verbindungskanal 30 bewirkt im Betrieb einen Druckausgleich zwischen der Vertiefung 29 und dem Flüssigkeitsraum 8. In the example according to 4 is in the base of the moving part 4 a depression 29 intended. The depression 29 is inside the circle 22 passing through the through holes 7 in the movable component 4 is defined, and is symmetrical to the central axis 5 aligned. In the depression 29 are one or more connection channels 30 provided over which the recess 29 with the liquid space 8th above the moving part 4 communicates. The at least one connecting channel 30 causes during operation a pressure equalization between the depression 29 and the fluid space 8th ,
Während des Betriebs stellt sich im Flüssigkeitsraum 8 ein Druck P1 ein. Die Flüssigkeit kann durch den Verbindungskanal 30 zur Vertiefung 29 hin fließen, wobei ein Ausgleichsdruck entsteht. Der Druck P1 beziehungsweise die Kraft 18a unterhalb des beweglichen Bauteils 4 ist damit gleich dem Druck P1 beziehungsweise der Kraft 18 im Flüssigkeitsraum 8 oberhalb des beweglichen Bauteils 4. Im Ergebnis wird das bewegliche Bauteil 4 im Betrieb in Bezug zur Blende 3 in einem gleichbleibenden Abstand gehalten. Die sich aufhebenden entgegengesetzt wirkenden Kräfte 18 und 18a sind als entgegengesetzt orientierte Pfeile F dargestellt. Auch diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für eine Vorrichtung mit beweglichem Bauteil 4, das vertikal entlang der Mittelachse verschiebbar ist. Für die vertikale Verschiebbarkeit kann das bewegliche Bauteil 4 über das Wellenende 16 axial verschiebbar mit einer Mitnehmerkupplung verbunden sein.During operation arises in the liquid space 8th a pressure P1. The liquid can pass through the connecting channel 30 for deepening 29 flow, creating a balancing pressure. The pressure P1 or the force 18a below the moving part 4 is equal to the pressure P1 or the force 18 in the liquid space 8th above the moving part 4 , As a result, the movable component becomes 4 in operation in relation to the aperture 3 kept at a constant distance. The canceling opposing forces 18 and 18a are shown as oppositely oriented arrows F. This embodiment is also particularly suitable for a device with a movable component 4 which is vertically displaceable along the central axis. For vertical displacement, the movable component 4 over the shaft end 16 be axially displaceable connected to a driving clutch.
Die Vertiefung 29 kann im Prinzip eine beliebige Form aufweisen. Sie kann rund, rechteckig oder vieleckig sein. Es können je nach Bedarf eine oder mehrere Verbindungskanäle 30 vorgesehen sein. Gleichermaßen können je nach Bedarf eine oder mehrere Vertiefungen 29 vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Anordnung der Vertiefungen 29 beziehungsweise Vertiefungen 29 und der Verbindungskanäle 30 symmetrisch über die Grundfläche des beweglichen Bauteils 4 verteilt, um eine gleichförmige Krafteinwirkung auf das bewegliche Bauteil bewirken zu können.The depression 29 can in principle have any shape. It can be round, rectangular or polygonal. It can have one or more connection channels as needed 30 be provided. Similarly, one or more wells can be added as needed 29 be provided. Preferably, the arrangement of the recesses 29 or depressions 29 and the connection channels 30 symmetrical over the base of the moving component 4 distributed in order to effect a uniform force on the movable member.
Die Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 weisen eine Anordnung wie in der Vorrichtung gemäß 1 auf. Anders als in 1 sind sie in dieser Ausführungsform als Düsen mit einem sich in Richtung Blende 3 hin verjüngenden Querschnitt ausgebildet. The through holes 7 in the movable component 4 have an arrangement as in the device according to 1 on. Unlike in 1 they are in this embodiment as nozzles with an aperture in the direction 3 formed tapered cross-section.
In der 4.1 ist die Vorrichtung in der Phase der Freigabe der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 durch die Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 gezeigt. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 7 in dem beweglichen Bauteil 4 an der Austrittsöffnung in der Grundfläche des beweglichen Bauteils 4 entspricht dabei dem Durchmesser der Öffnung der Durchgangsbohrung 6 in der Blende 3. In the 4.1 the device is in the phase of the release of the through holes 6 in the aperture 3 through the through holes 7 in the movable component 4 shown. The diameter of the through hole 7 in the movable component 4 at the outlet opening in the base of the movable component 4 corresponds to the diameter of the opening of the through hole 6 in the aperture 3 ,
5 und 5.1 zeigen eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen beweglichen Bauteils 4 wie es zum Beispiel für die Vorrichtung gemäß 1 geeignet ist, und die insbesondere für die Ausbildung eines stabilen Flüssigkeitsrings im Ringspalt 11 der in 1 gezeigten Vorrichtung vorteilhaft ist. 5 and 5.1 show an embodiment of a movable component according to the invention 4 as for example for the device according to 1 is suitable, and in particular for the formation of a stable liquid ring in the annular gap 11 the in 1 shown device is advantageous.
In der hier gezeigten Ausführungsform sind in gleichmäßigen Abständen in der Grundfläche des beweglichen Bauteils 4 von innen nach außen verlaufende Vertiefungen oder Rinnen 31 eingebracht, die über mindestens eine Durchgangsbohrung 7 mit dem Flüssigkeitsraum 8 auf dem beweglichen Bauteil 4 verbunden sind.In the embodiment shown here are evenly spaced in the base of the movable member 4 from inside to outside extending depressions or gutters 31 introduced, which has at least one through hole 7 with the liquid space 8th on the moving part 4 are connected.
Wie in 5.1 als untere Ansicht Y-Y des beweglichen Bauteils 4 aus 5 gezeigt, sind in dem beweglichen Bauteil 4 in regelmäßigen Abständen auf einem konzentrischen Kreis 22 Durchgangsbohrungen 7 in den gleichfalls regelmäßig angeordneten, radial nach außen verlaufenden Vertiefungen 31 eingebracht. Der vorspringende Bereich 32 zwischen zwei benachbarten Vertiefungen 31 bewirkt im Betrieb die Abdeckung der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 und damit die Unterbrechung der Flüssigkeitsströmung. As in 5.1 as a lower view YY of the moving component 4 out 5 are shown in the movable member 4 at regular intervals on a concentric circle 22 Through holes 7 in the equally regularly arranged, radially outwardly extending recesses 31 brought in. The projecting area 32 between two adjacent recesses 31 causes during operation the cover of the through holes 6 in the aperture 3 and thus the interruption of the liquid flow.
In 5.2 ist ein Prinzipienskizze während des Betriebs mit Durchgangsöffnung 7 im beweglichen Bauteil 4 sowie mit Vertiefung 31 in der Phase der Freigabe der korrespondierenden Durchgangsbohrung 6 in der Blende 3 sowie Flüssigkeitsring 34 im Ringspalt 11 gezeigt. Durch die Rotation des beweglichen Bauteils 4 stellt sich oberhalb der Blende 3 eine entlang der vorspringenden Bereiche 32 in den Vertiefungen 31 eine radial nach außen verlaufende Flüssigkeitsströmung 33 (in den Figuren als Pfeil angedeutet) ein. Die Flüssigkeitsströmung 33, die im Betrieb in den Vertiefungen 31 entsteht und nach außen in Richtung des Flüssigkeitsrings 34 verläuft, bewirkt eine Erhöhung des Staudrucks innerhalb des Flüssigkeitsrings 34. Ein möglichst großer Staudruck innerhalb des Flüssigkeitsrings 34 entlang der Umfangsfläche ist vorteilhaft, um eine hohe Dichtigkeit zu erzielen. Ein seitliches Vorbeifließen des Ausgangsmediums am beweglichen Bauteil 4 wird verhindert und die Flüssigkeitsströmung erfolgt ausschließlich durch die Durchgangsbohrungen 7.In 5.2 is a schematic diagram during through hole operation 7 in the moving component 4 as well as with depression 31 in the phase of release of the corresponding through-hole 6 in the aperture 3 as well as liquid ring 34 in the annular gap 11 shown. By the rotation of the moving part 4 turns up above the aperture 3 one along the projecting areas 32 in the wells 31 a radially outward flow of liquid 33 (indicated in the figures as an arrow). The liquid flow 33 in operation in the wells 31 arises and outward towards the liquid ring 34 runs, causes an increase in the back pressure within the liquid ring 34 , The largest possible back pressure within the liquid ring 34 along the peripheral surface is advantageous in order to achieve a high density. A sideways passage of the starting medium on the moving component 4 is prevented and the liquid flow takes place exclusively through the through holes 7 ,
In der in 5 bis 5.2 gezeigten Ausführungsform ist das bewegliche Bauteil 4 vertikal entlang der Mittelachse 5 verschiebbar ausgestaltet. Diese Ausgestaltung des beweglichen Bauteils 4 mit Vertiefungen 31 eignet sich jedoch gleichermaßen für ein starres, vertikal entlang der Mittelachse nicht auslenkbares bewegliches Bauteil 4. In the in 5 to 5.2 the embodiment shown is the movable member 4 vertically along the central axis 5 slidably designed. This embodiment of the movable component 4 with depressions 31 However, it is equally suitable for a rigid, non-deflectable vertically along the central axis movable member 4 ,
6 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausgestaltung eines beweglichen Bauteils 4 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung und 6.1 die untere Ansicht Y-Y des beweglichen Bauteils 4 gemäß 6. 6 shows a longitudinal section through a further embodiment of a movable member 4 for a device according to the invention and 6.1 the lower view YY of the moving component 4 according to 6 ,
In der hier gezeigten Ausgestaltung sind die radial nach außen verlaufenden vorspringenden Bereiche 32 oder Rippen nach 5 bis 5.2 entgegen der Rotationsrichtung gebogen. Wie in der Ausführungsform gemäß 5 bis 5.2 wird eine nach außen verlaufende Flüssigkeitsströmung 33 erzeugt, die den Staudruck innerhalb des Flüssigkeitsrings 34 in dem Ringspalt 11 (hier nicht gezeigt) erhöht. Die gebogene Ausführung der vorspringenden Bereiche wie sie in 6 und 6.1 gezeigt ist, hat gegenüber der geraden Ausführung gemäß 5 bis 5.2 den Vorteil, dass der Flüssigkeitsring aufgrund der geleiteten Flüssigkeitsströmung besonders stabil ist.In the embodiment shown here are the radially outwardly extending projecting portions 32 or ribs after 5 to 5.2 bent against the direction of rotation. As in the embodiment according to 5 to 5.2 becomes an outward flow of liquid 33 generates the back pressure within the fluid ring 34 in the annular gap 11 (not shown here) increased. The curved design of the projecting areas as shown in 6 and 6.1 shown opposite to the straight version according to 5 to 5.2 the advantage that the liquid ring is particularly stable due to the guided liquid flow.
Die in den 2 bis 6.1 gezeigten geometrischen und baulichen Ausgestaltungen der Grundfläche des beweglichen Bauteils 4 sind Beispiele für besonders bevorzugte Ausführungsformen. Es versteht sich jedoch, dass diese Ausgestaltungen je nach Bedarf variiert werden können.The in the 2 to 6.1 shown geometric and structural embodiments of the base of the movable member 4 are examples of particularly preferred embodiments. It is understood, however, that these embodiments may be varied as needed.
7 zeigt ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der zwei bewegliche Bauteile 4, 4a mit rundem Querschnitt hintereinander auf einer gemeinsamen Mittelachse 5 angeordnet sind. Im Betrieb rotieren die beiden beweglichen Bauteile 4, 4a gegensinnig zueinander. 7 shows another example of a device according to the invention, in which two movable components 4 . 4a with a round cross section one behind the other on a common central axis 5 are arranged. During operation, the two moving components rotate 4 . 4a in opposite directions.
Die Durchgangsbohrungen 7a in dem zweiten beweglichen Bauteil 4a (in der Figur das untere Bauteil) entsprechen in Größe und Anordnung den Durchgangsbohrungen 7 in dem ersten beweglichen Bauteil 4. In 7 ist die Vorrichtung zum Zeitpunkt der Freigabe der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 dargestellt, wobei die Durchgangsbohrungen 7a in dem zweiten beweglichen Bauteil 4a unterhalb der Durchgangsbohrungen 7 in dem ersten Bauteil 4 liegen. The through holes 7a in the second movable member 4a (In the figure, the lower component) correspond in size and arrangement of the through holes 7 in the first moving component 4 , In 7 is the device at the time of release of the through holes 6 in the aperture 3 shown, with the through holes 7a in the second movable member 4a below the through holes 7 in the first component 4 lie.
Jedes bewegliche Bauteil 4, 4a ist mit einer axialen Welle 13, 13a verbunden, die senkrecht nach oben beziehungsweise nach unten aus dem Gehäuse 1 herausgeführt und jeweils mit einem Antrieb 14, 14a verbunden ist. Every movable component 4 . 4a is with an axial shaft 13 . 13a connected to the vertical upward or downward from the housing 1 led out and each with a drive 14 . 14a connected is.
Beide beweglichen Bauteile 4, 4a mit Wellen 13, 13a sind vertikal entlang der Mittelachse 5 in entgegengesetzte Richtung verschiebbar. Die Verschiebung kann wieder durch Kräfte 18, 18a bewirkt werden (in der Figur als entgegengesetzt orientierte Pfeile dargestellt), die sich infolge der Rotation der beweglichen Bauteile bilden.Both moving parts 4 . 4a with waves 13 . 13a are vertical along the central axis 5 displaceable in the opposite direction. The shift can be restored by forces 18 . 18a be effected (shown in the figure as oppositely oriented arrows), which form due to the rotation of the movable components.
Wie in den vorstehend diskutierten Ausführungsformen kann mithilfe der linearen Verschiebung der beweglichen Bauteile 4, 4a gegeneinander in axiale Richtung das bewegliche Bauteil 4, 4a in eine begünstigte axiale Position gebracht und die Stärke und Stabilität der Flüssigkeitsfilme angepasst werden, die sich zwischen dem beweglichen Bauteil 4a und der feststehenden Blende 3, zwischen dem beweglichen Bauteil 4 und der inneren Gehäusewand oberhalb des beweglichen Bauteils 4 sowie zwischen den Umfangsflächen der beweglichen Bauteile 4, 4a und der Umfangsfläche der inneren Gehäusewand als Flüssigkeitsring ausbilden. Wie vorstehend erläutert können die Kräfte 18, 18a durch bauliche Ausgestaltungen auf der Grundfläche der beweglichen Bauteile 4, 4a wie Vorsprünge, die eine bestimmte Strömung erzwingen, oder Verbindungskanäle, die die Unterseite der beweglichen Bauteile mit der Oberseite verbinden und für einen Druckausgleich sorgen, erzeugt und/oder beeinflusst werden. Neben oder unabhängig davon kann die vertikale Verschiebung in axialer Richtung durch von außen einwirkende mechanische Kräfte bewirkt werden.As in the embodiments discussed above, by means of the linear displacement of the movable components 4 . 4a against each other in the axial direction of the movable member 4 . 4a placed in a favored axial position and the strength and stability of the liquid films are adjusted, which is between the moving component 4a and the fixed aperture 3 , between the moving part 4 and the inner housing wall above the movable member 4 and between the peripheral surfaces of the movable components 4 . 4a and form the peripheral surface of the inner housing wall as a liquid ring. As explained above, the forces 18 . 18a by constructional designs on the base of the movable components 4 . 4a such as projections that force a certain flow, or connecting channels that connect the underside of the movable components to the top and provide for pressure equalization, are generated and / or influenced. In addition to or independently of the vertical displacement can be effected in the axial direction by externally applied mechanical forces.
Mit der in 7 gezeigten Vorrichtung mit zwei gegenläufig rotierenden beweglichen Bauteilen 4, 4a lässt sich im Vergleich zu der Ausführungsform mit einem beweglichen Bauteil die doppelte Impulsfrequenz und entsprechend höhere Produktionsrate erzielen. Beispielsweise lassen sich mit dieser Vorrichtung hochfrequente Impulse mit bis 24.000 Hz erhalten.With the in 7 shown device with two counter-rotating moving components 4 . 4a can be compared to the embodiment with a moving component achieve twice the pulse frequency and correspondingly higher production rate. For example, high-frequency pulses of up to 24,000 Hz can be obtained with this device.
Zweckmäßigerweise kann zwischen Blende 3 und darunter befindlichem Antrieb 14a eine Auffangvorrichtung 35 zum Schutz des Antriebs 14a vor den flüssigen Tropfen 21 vorgesehen sein. Conveniently, between aperture 3 and underneath drive 14a a collecting device 35 to protect the drive 14a in front of the liquid drops 21 be provided.
Die Auffangvorrichtung 35 kann gleichzeitig als Reaktionsumgebung für die Verfestigung der flüssigen Tropfen 21 dienen. Die Auffangvorrichtung 35 kann eine Wanne oder Schale sein, bei der die Verbindung zwischen Blende 3 und unterhalb angeordneten Antrieb 14a durch eine Öffnung im Boden geführt wird. Um die Verbindung ist eine trichterförmige Hülse 36 herumgelegt, deren Querschnitt sich in Richtung Bodenfläche der Auffangvorrichtung 35 vergrößert. Die Trichterwandung bildet eine schräge Fläche, durch die die auftreffenden flüssigen Tropfen 21 in Richtung äußerem Umfang der Auffangvorrichtung 35 abgelenkt werden. Die flüssigen Tropfen 21 und/oder im Bereich der Auffangvorrichtung 35 bereits verfestigte Teilchen können über nach außen führende Öffnungen oder Kanäle 37 abgeleitet werden, die in der Bodenfläche der Auffangvorrichtung 35 vorgesehen sind.The collecting device 35 can simultaneously act as a reaction environment for the solidification of liquid drops 21 serve. The collecting device 35 can be a tub or bowl, in which the connection between the panel 3 and below arranged drive 14a through an opening in the ground. To the connection is a funnel-shaped sleeve 36 laid around, whose cross-section is towards the bottom surface of the catcher 35 increased. The funnel wall forms an inclined surface through which the impinging liquid drops 21 towards the outer periphery of the collecting device 35 to get distracted. The liquid drops 21 and / or in the field of the collecting device 35 already solidified particles can pass through outward openings or channels 37 be derived in the bottom surface of the catcher 35 are provided.
8 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit beweglichem Bauteil 4 mit rundem Querschnitt, bei der die Zufuhr des Ausgangsmediums über einen axialen Kanal 38 in der Welle 13 erfolgt. 8th shows a further embodiment of the device according to the invention with a movable component 4 with a round cross-section, in which the supply of the starting medium via an axial channel 38 in the wave 13 he follows.
Die Welle 13 erstreckt sich bis in das bewegliche Bauteil 4 hinein und ist mit dem beweglichen Bauteil 4, zum Beispiel über eine Schraubverbindung 39, starr verbunden.The wave 13 extends into the movable component 4 in and is with the moving part 4 , for example via a screw connection 39 , rigidly connected.
Das Ausgangsmedium wird einem Flüssigkeitsraum 40 zugeführt, der durch die Deckfläche des beweglichen Bauteils 4 und einer Abdeckung 41 gebildet ist, wobei die Abdeckung 41 den Flüssigkeitsraum 40 zum Gehäuseinneren hin abschließt und abdichtet. The output medium becomes a liquid space 40 supplied by the top surface of the movable member 4 and a cover 41 is formed, with the cover 41 the liquid space 40 closes towards the housing interior and seals.
Das Ausgangsmedium wird dem axialen Kanal 38 innerhalb der Welle 13 über eine seitliche Zuleitung 42 und Querbohrung 43 in der Wellenwand zugeführt. Die Welle 13 weist vorzugsweise im Bereich der Zuleitung 42 eine umlaufende Nut 44 auf. Die Nut 44 bewirkt zu jedem Zeitpunkt der Wellenumdrehung eine kontinuierliche Zufuhr des Ausgangsmediums ohne Pulsation infolge der Rotation.The output medium becomes the axial channel 38 within the wave 13 via a lateral supply line 42 and transverse bore 43 supplied in the shaft wall. The wave 13 preferably in the region of the supply line 42 a circumferential groove 44 on. The groove 44 at each time of the shaft revolution causes a continuous supply of the output medium without pulsation due to the rotation.
Das Ausgangsmedium gelangt über eine seitliche Öffnung 45 in der Welle 13 in den Flüssigkeitsraum 40.The output medium passes through a lateral opening 45 in the wave 13 in the liquid space 40 ,
Zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuseinneren und der Außenumgebung können in der Gehäusewand oberhalb und unterhalb der seitlichen Zuleitung 42 Dichtungen 15, 15a vorgesehen sein. Das bewegliche Bauteil 4 ist vertikal, in axialer Richtung verschiebbar ausgeführt, um die sich ausbildenden Flüssigkeitsfilme anpassen zu können. For sealing against the housing interior and the external environment can in the housing wall above and below the lateral feed line 42 seals 15 . 15a be provided. The moving component 4 is vertical, slidable in the axial direction, in order to adapt to the forming liquid films.
Wie in dem beweglichen Bauteil 4 in der Vorrichtung gemäß 1 sind Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 und korrespondierend dazu Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 jeweils auf einen konzentrisch umlaufenden Kreis angeordnet.As in the moving part 4 in the device according to 1 are through holes 6 in the aperture 3 and corresponding to through holes 7 in the movable component 4 each arranged on a concentric circumferential circle.
In 8 ist ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Durchgangsbohrungen 7 in dem beweglichen Bauteil 4 als Düsen gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass diese Ausgestaltung als Düsen nicht auf die Vorrichtung nach 8 beschränkt ist beziehungsweise für die Vorrichtung nach 8 Durchgangsbohrungen 7 mit einer von der gezeigten Düsenausgestaltung abweichenden Ausgestaltung verwendet werden können. In 8th is an example of an embodiment of the through holes 7 in the movable component 4 shown as nozzles. It goes without saying however, that this design as nozzles does not depend on the device 8th is limited or according to the device 8th Through holes 7 can be used with a deviating from the nozzle design shown embodiment.
Die Ausgestaltung als Düsen der Durchgangsbohrungen 7 gemäß 8 ist in den 8.1 und 8.2 näher erläutert.The embodiment as nozzles of the through holes 7 according to 8th is in the 8.1 and 8.2 explained in more detail.
8.1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Düsenkonstruktion nach 8 in der Phase der Abdeckung der Durchgangsbohrungen 6 (hier nicht gezeigt) in der Blende 3, während der die Flüssigkeitsströmung unterbrochen ist und kein Ausstoß von Tröpfchen stattfindet. 8.1 shows a longitudinal section through a nozzle design 8th in the phase of covering the through holes 6 (not shown here) in the aperture 3 during which the liquid flow is interrupted and no ejection of droplets takes place.
Die Düsenkonstruktion besteht aus einem oberen Düsenteil 46a, der in einen unteren Düsenteil 46b mündet. The nozzle design consists of an upper nozzle part 46a in a lower nozzle part 46b empties.
Das obere Düsenteil 46a hat die Form einer Hülse, die einen kleineren Durchmesser hat, als die obere Öffnung des unteren Düsenteils 46b. Das untere Düsenteil 46b hat einen hohlen trichterförmigen Innenraum 47, der sich nach unten zur Austrittsöffnung in der Grundfläche des beweglichen Bauteils 4 hin verjüngt. Oberhalb der oberen Öffnung des unteren Düsenteils 46b befindet sich ein Hohlraum 48 in dem beweglichen Bauteil 4, der hier die Form einer Halbschale hat. The upper nozzle part 46a has the shape of a sleeve that has a smaller diameter than the upper opening of the lower nozzle part 46b , The lower nozzle part 46b has a hollow funnel-shaped interior 47 extending down to the exit opening in the base of the movable member 4 rejuvenated. Above the upper opening of the lower nozzle part 46b there is a cavity 48 in the movable component 4 which has the shape of a half-shell here.
In 8.2 ist die Düsenkonstruktion nach 8.1 zum Zeitpunkt der Freigabe der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 gezeigt.In 8.2 is the nozzle design after 8.1 at the time of release of the through holes 6 in the aperture 3 shown.
Der Verlauf der Impulswelle 24 ist in den 8.1 und 8.2 durch Pfeile veranschaulicht. In der Phase der Unterbrechung der Flüssigkeitsströmung (8.1), wird ein entgegen der ursprünglichen Strömungs- beziehungsweise Austrittsrichtung der flüssigen Tropfen laufender Impuls 24 erzeugt. Der Impuls 24 wird an der gegenüber der oberen Öffnung des unteren Düsenteils 46b befindlichen Wandung des Hohlraums 48 reflektiert und in Richtung der Blende 3 zurückgelenkt (8.2). Während des Rücklaufs des Impulses 24 hat sich die Lage der Austrittsöffnung des unteren Düsenteils 46b in Folge der Rotation des beweglichen Bauteils 4 in Bezug auf die Lage der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 verändert, so dass die Austrittsöffnungen oberhalb der Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 zu liegen kommen. In dieser Position verläuft der Impuls 24 durch die Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 und verstärkt beziehungsweise beschleunigt den Austritt der flüssigen Tropfen als portionierte Flüssigkeitsvolumina.The course of the pulse wave 24 is in the 8.1 and 8.2 illustrated by arrows. In the phase of interruption of the liquid flow ( 8.1 ), a counter to the original flow or exit direction of the liquid droplets running impulse 24 generated. The impulse 24 is at the opposite the upper opening of the lower nozzle part 46b located wall of the cavity 48 reflected and towards the aperture 3 turned back ( 8.2 ). During the return of the pulse 24 has the location of the outlet opening of the lower nozzle part 46b due to the rotation of the moving component 4 in terms of the location of the through holes 6 in the aperture 3 changed so that the outlet openings above the through holes 6 in the aperture 3 to come to rest. In this position, the pulse is running 24 through the through holes 6 in the aperture 3 and intensifies or accelerates the discharge of the liquid drops as portioned liquid volumes.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 9 gezeigt, bei der das bewegliche Bauteil 4 als horizontal oberhalb der Blende 3 angeordneter Hohlzylinder ausgestaltet ist.Another embodiment of the device according to the invention is in 9 shown at the moving component 4 as horizontal above the aperture 3 arranged hollow cylinder is configured.
Ein Ende des zylinderförmigen beweglichen Bauteils 4 (in der 9 das rechte Ende) ist starr mit einer Welle 13 verbunden, die aus dem Gehäuse 1 herausgeführt wird und mit einem Antrieb 14 verbunden ist. One end of the cylindrical moving member 4 (in the 9 the right end) is rigid with a shaft 13 connected to the housing 1 is led out and with a drive 14 connected is.
Das flüssige Ausgangsmedium wird dem axialen Hohlraum 49 des zylinderförmigen beweglichen Bauteils 4 über mindestens eine Zuleitung 50 über die Welle 13 zugeführt.The liquid starting medium becomes the axial cavity 49 of the cylindrical movable member 4 via at least one supply line 50 over the wave 13 fed.
Vor und nach der Zuleitung 50 können um die Welle 13 herum Dichtungen 57 zur Abdichtung gegenüber der Außenumgebung vorgesehen sein. An der Stelle, an der die Zuleitung 50 in die Welle 13 mündet, kann eine umlaufende Nut 51 vorgesehen sein. Die Nut 51 verhindert eine Flüssigkeitspulsation im Bereich der Zuleitung 50.Before and after the supply line 50 can around the shaft 13 around seals 57 be provided to seal against the outside environment. At the point where the supply line 50 into the wave 13 may have a circumferential groove 51 be provided. The groove 51 prevents a liquid pulsation in the supply line 50 ,
In der in 9 gezeigten Ausführungsform rotiert das zylinderförmige bewegliche Bauteil 4 um seine horizontale Mittelachse 52. Gemäß einer Abwandlung kann das bewegliche Bauteil 4 jedoch auch linear bewegt werden, indem es zum Beispiel entlang der Achse 52 vor- und zurückbewegt wird.In the in 9 In the embodiment shown, the cylindrical movable component rotates 4 around its horizontal central axis 52 , According to a modification, the movable component 4 however, it can also be moved linearly, for example, along the axis 52 is moved back and forth.
Auf der Umfangfläche des zylinderförmigen beweglichen Bauteils 4 sind eine oder mehrere Durchgangsbohrungen 7 vorgesehen. Die Position und Größe der Durchgangsbohrungen 7 korrespondiert mit mindestens einer Durchgangsbohrung 6 in der Blende 3, so dass die Strömung des Ausgangsmediums durch die mindestens eine Durchgangsbohrung 6 in der Blende 3 in periodischen Zeitintervallen unterbrochen beziehungsweise freigegeben ist. On the peripheral surface of the cylindrical movable member 4 are one or more through holes 7 intended. The position and size of the through holes 7 corresponds to at least one through hole 6 in the aperture 3 , so that the flow of the starting medium through the at least one through hole 6 in the aperture 3 is interrupted or released in periodic time intervals.
Beispielsweise können auf der Umfangsfläche des zylinderförmigen beweglichen Bauteils 4 auf konzentrischen Kreisen in regelmäßigen Abständen radial sich nach außen erstreckende Durchgangsbohrungen 7 angeordnet sein. For example, on the peripheral surface of the cylindrical movable member 4 radially outwardly extending through holes on concentric circles at regular intervals 7 be arranged.
Wie in den Querschnittsansichten von 9.1 und 9.2 gezeigt, hat die Kammer des Gehäuses 1, die das zylinderförmige Bauteil 4 umschließt und deren unterer Teil durch die Blende 3 gebildet ist, einen runden Querschnitt, so dass die Blende 3 zur Kammer 2 hin eine konkave Wölbung aufweist. As in the cross-sectional views of 9.1 and 9.2 shown has the chamber of the housing 1 , which is the cylindrical component 4 encloses and its lower part through the aperture 3 is formed, a round cross section, so that the aperture 3 to the chamber 2 has a concave curvature.
In der gezeigten Ausführungsform weist die Blende 3 eine Reihe von linear hintereinander angeordneter Durchgangsbohrungen 6 auf. Die Durchgangsbohrungen 6 in der Blende 3 haben voneinander einen Abstand, der dem Abstand von zwei benachbart angeordneten Kreisen mit Durchgangsbohrungen 7 in dem zylinderförmigen beweglichen Bauteil 4 entspricht.In the embodiment shown, the aperture 3 a series of linearly successively arranged through holes 6 on. The Through holes 6 in the aperture 3 have a distance from each other, the distance of two adjacent circles arranged with through holes 7 in the cylindrical movable member 4 equivalent.
Im Betrieb, wenn das zylinderförmige bewegliche Bauteil 4 um seine Mittelachse 52 rotiert, kommen abwechselnd die Durchgangsbohrungen 7, die auf dem selben Umfangskreis in dem beweglichen Bauteil 4 angeordnet sind, beziehungsweise die Mantelflächen 53 dazwischen oberhalb einer dazu korrespondierend in der Blende 3 vorgesehenen Durchgangsbohrung 6 zu liegen.In operation, when the cylindrical moving member 4 around its central axis 52 rotates, come through the through holes alternately 7 which are on the same circumferential circle in the moving component 4 are arranged, or the lateral surfaces 53 in between above a corresponding thereto in the aperture 3 provided through hole 6 to lie.
Die Phase der Freigabe ist in 9.1 dargestellt. In dieser Phase liegt eine Durchgangsbohrung 7 über der dazu korrespondierenden Durchgangsbohrung 6 und das Ausgangsmedium tritt als flüssige Tropfen 21 aus. Die Phase der Unterbrechung ist in 9.2 gezeigt. In dieser Phase liegt die Mantelfläche 53, die sich zwischen zwei benachbarten Durchgangsbohrungen 7 erstreckt, über der Durchgangsbohrung 6. Die Strömung des Ausgangsmediums und damit der Austritt der flüssigen Tropfen 21 ist unterbrochen. In dieser Phase der Unterbrechung der Flüssigkeitsströmung wird analog den vorhergehenden Ausführungsformen ein entgegen der ursprünglichen Strömungs- beziehungsweise Austrittsrichtung der Flüssigkeitströpfchen 21 laufender Impuls erzeugt. Der Impuls wird an einer gegenüberliegenden feststehenden Fläche 54 reflektiert und in Richtung der Blende 3 zurückgelenkt. Während des Rücklaufs des Impulses hat sich die Lage der Durchgangsbohrungen 7 in Folge der Bewegung in Bezug auf die korrespondierenden Durchgangsbohrungen 6 in der feststehenden Blende 3 ebenfalls verändert, sodass die Durchgangsbohrungen 6 wieder freigeben sind. In Folge der Freigabe wird der Impuls über die Durchgangsbohrung 6 nach außen geleitet und die Bildung von portionierten Flüssigkeitsvolumina beziehungsweise flüssigen Tropfen 21 beschleunigt. The release phase is in 9.1 shown. In this phase is a through hole 7 above the corresponding through hole 6 and the starting medium occurs as liquid drops 21 out. The phase of the interruption is in 9.2 shown. In this phase lies the lateral surface 53 extending between two adjacent through holes 7 extends, over the through hole 6 , The flow of the starting medium and thus the outlet of the liquid droplets 21 is interrupted. In this phase of the interruption of the liquid flow is analogous to the previous embodiments, contrary to the original flow or exit direction of the liquid droplets 21 current impulse generated. The pulse is on an opposite fixed surface 54 reflected and towards the aperture 3 redirected. During the return of the pulse, the position of the through holes 7 as a result of the movement with respect to the corresponding through holes 6 in the fixed aperture 3 also changed so that the through holes 6 release again. As a result of the release, the impulse is transmitted through the through hole 6 directed to the outside and the formation of portioned liquid volumes or liquid drops 21 accelerated.
Die Kraft 18 mit der das zylinderförmige bewegliche Bauteil 4 auf die Blende 3 wirkt, und damit der Flüssigkeitsring 55, der sich zwischen zylinderförmigen beweglichen Bauteil 4 und der Innenwand des Gehäuses bildet, kann über Schrauben 58 reguliert werden, mit denen die Blende 3 an dem Gehäuse 1 befestigt ist. The power 18 with the cylindrical movable member 4 on the aperture 3 acts, and thus the liquid ring 55 extending between cylindrical moving component 4 and the inner wall of the housing forms, can be over screws 58 be regulated, with which the aperture 3 on the housing 1 is attached.
In 10 ist ein Beispiel für eine Anordnung von zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen 59, 59a gezeigt, die zueinander in einem Winkel geneigt sind. Aufgrund der Neigung bewegen sich die aus den einzelnen Vorrichtungen austretenden Flüssigkeitstropfen aufeinander zu und kollidieren in einem gemeinsamen Schnittpunkt 60, 60a.In 10 is an example of an arrangement of two devices according to the invention 59 . 59a shown, which are inclined at an angle to each other. Due to the inclination, the liquid drops emerging from the individual devices move toward one another and collide at a common point of intersection 60 . 60a ,
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 10 sind zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen 59, 59a in einem beliebigen Abstand L und einer beliebigen Neigung zueinander angeordnet. Die aus den Vorrichtungen 59, 59a jeweils in gerader Linie ausgestoßenen Tropfen 21, 21a treffen in mindestens einem Kollisionspunkt 60, 60a aufeinander.In the embodiment according to 10 are two devices according to the invention 59 . 59a arranged at any distance L and any inclination to each other. The from the devices 59 . 59a each drop ejected in a straight line 21 . 21a meet in at least one collision point 60 . 60a each other.
Durch Kollision der jeweiligen Flüssigkeitsvolumina 21, 21a der einzelnen Vorrichtungen entstehen in den Kollisionspunkten 60, 60a aufgrund der Verbindung der flüssigen Einzelvolumina neue Flüssigkeitsvolumina 62, 62a mit anderen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften in Abhängigkeit der jeweiligen Ausgangsmedien. Beispielsweise können sich sphärische Tropfen mit einer Kernflüssigkeit, zum Beispiel aus der Flüssigkeit der Tropfen 21a, und einer umgebenden Hülle aus der Flüssigkeit der Tropfen 21 ausbilden. Die neu gebildete Flüssigkeitsvolumina 62, 62a bewegen sich auf einer Bahn 63, 63a weiter, zum Beispiel in Richtung einer Reaktionsumgebung 64.By collision of the respective liquid volumes 21 . 21a of the individual devices arise in the collision points 60 . 60a due to the connection of the liquid individual volumes new volumes of liquid 62 . 62a with different physical and / or chemical properties depending on the respective starting media. For example, spherical drops may be filled with a core fluid, for example from the fluid of the drops 21a , and a surrounding shell from the liquid of the drops 21 form. The newly formed fluid volumes 62 . 62a move on a train 63 . 63a further, for example towards a reaction environment 64 ,
Erfindungsgemäß lassen sich flüssige Ausgangsmedien mit den unterschiedlichsten physikalischen, chemischen und/oder biologischen Eigenschaften im Kollisionspunkt zu neuen Flüssigkeitsvolumina in Form von Mikrokapseln zusammenbringen beziehungsweise herstellen. According to the invention, liquid starting media having a great variety of physical, chemical and / or biological properties can be brought together or produced at the point of collision to form new fluid volumes in the form of microcapsules.
Beispielsweise kann sich der Kollisionspunkt 60, 60a mit Ausbildung neuer Flüssigkeitsvolumina 62, 62a außerhalb einer nachfolgenden Reaktionsumgebung 64 befinden. Die relative Lage in Bezug zur Reaktionsumgebung 64 kann je nach den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles gewählt werden und unterliegt insoweit keinen Einschränkungen. For example, the collision point may be 60 . 60a with formation of new fluid volumes 62 . 62a outside of a subsequent reaction environment 64 are located. The relative position relative to the reaction environment 64 can be chosen according to the requirements of the particular application and is not subject to any restrictions.
In der Reaktionsumgebung 64 liegen geeignete Bedingungen vor, die eine chemische oder physikalische Verfestigung der neu gebildeten Flüssigkeitsvolumina 62, 62a bewirken. Die Bedingungen variieren in Abhängigkeit der flüssigen Ausgangsmedien, sind jedoch Fachleuten an sich bekannt. Beispielsweise kann die Verfestigung durch Kühlung mit Luft oder Wasser oder durch Einbringen einer weiteren Reaktionskomponente erfolgen. In the reaction environment 64 There are suitable conditions that require chemical or physical solidification of the newly formed volumes of liquid 62 . 62a cause. The conditions vary depending on the starting liquid media, but are well known to those skilled in the art. For example, the solidification can be carried out by cooling with air or water or by introducing a further reaction component.
Für die Einstellung der Neigung können die Vorrichtungen 59, 59a jeweils drehbar auf einer Konsole 65, 65a oder ähnlichem befestigt sein und die Neigung über Drehung 68, 68a in einem beliebigen Winkel eingestellt werden.For adjusting the tilt, the devices can 59 . 59a each rotatable on a console 65 . 65a or the like, and the inclination about rotation 68 . 68a be set at any angle.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in periodischen Abständen Impulse erzeugt, die die Bildung von flüssigen Teilchen unterstützen und beschleunigen. Es werden gleichförmige Impulse erhalten, die zu Teilchen in nahezu monodispersiver Teilchengrößenverteilung führen.With the device according to the invention pulses are generated at periodic intervals, which support and accelerate the formation of liquid particles. It will be uniform pulses obtained, which lead to particles in almost monodisperse particle size distribution.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Gehäuse casing
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22
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Kammer chamber
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33
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Blende cover
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44
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bewegliches Bauteil movable component
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55
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Mittelachse central axis
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6, 6a, 6b, 6c, 6d6, 6a, 6b, 6c, 6d
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Durchgangsbohrung(en) in der Blende Through hole (s) in the panel
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7, 7a, 7b7, 7a, 7b
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Durchgangsbohrung(en) in dem beweglichen Bauteil Through hole (s) in the movable member
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88th
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Flüssigkeitsraum liquid space
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99
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seitliche Medienzuleitung lateral media feed
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1010
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obere Medienzuleitung upper media feed
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1111
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seitlicher Spalt (Ringspalt) lateral gap (annular gap)
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1212
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Flüssigkeitsfilm (auf Blende) Liquid film (on panel)
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1313
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axiale Welle axial shaft
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1414
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Antrieb drive
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15, 15a15, 15a
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Wellendichtung shaft seal
-
16, 16a16, 16a
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Wellenende shaft end
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17, 17a17, 17a
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Mitnehmerkupplung driver coupling
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18, 18a18, 18a
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vertikale Kraft vertical force
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1919
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Schraubverbindung screw
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2020
-
Dichtung (für Blende) Seal (for panel)
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21, 21a21, 21a
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flüssige Tropfen liquid drops
-
2222
-
konzentrischer Kreis concentric circle
-
2323
-
freie Flächen open spaces
-
2424
-
Impuls pulse
-
2525
-
Pfropfen Graft
-
2626
-
Sackloch blind
-
2727
-
Vertiefung, Rinne (in der Grundfläche des beweglichen Bauteils 4)Recess, gutter (in the base of the moving part 4 )
-
2828
-
Strömungswirbel flow vortex
-
2929
-
(kreisförmige) Vertiefung (circular) depression
-
3030
-
Verbindungskanal connecting channel
-
3131
-
nach außen beziehungsweise radial verlaufende Vertiefung beziehungsweise Rinne outward or radially extending recess or gutter
-
3232
-
vorspringender Bereich beziehungsweise Rippe projecting area or rib
-
3333
-
(radial) nach außen geleitete Flüssigkeitsströmung (radially) outwardly directed liquid flow
-
3434
-
Flüssigkeitsring liquid ring
-
3535
-
Auffangvorrichtung catcher
-
3636
-
trichterförmige Hülse funnel-shaped sleeve
-
3737
-
Austrittskanal outlet channel
-
3838
-
axialer Kanal (in Welle) axial channel (in shaft)
-
3939
-
Schraubverbindung (Welle) Screw connection (shaft)
-
4040
-
Flüssigkeitsraum liquid space
-
4141
-
Abdeckung cover
-
4242
-
seitliche Zuleitung lateral supply line
-
4343
-
Querbohrung cross hole
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4444
-
umlaufende Nut circumferential groove
-
4545
-
seitliche Öffnung in Welle lateral opening in shaft
-
46a46a
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oberer Düsenteil upper nozzle part
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46b46b
-
unterer Düsenteil lower nozzle part
-
4747
-
trichterförmiger Innenraum funnel-shaped interior
-
4848
-
Hohlraum (bewegliches Bauteil) Cavity (moving part)
-
4949
-
axialer Hohlraum axial cavity
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5050
-
Zuleitung supply
-
5151
-
umlaufende Nut circumferential groove
-
5252
-
horizontale Mittelachse horizontal central axis
-
5353
-
Mantelfläche (freie Fläche) Lateral surface (free area)
-
5454
-
Reflektionfläche reflecting surface
-
5555
-
Flüssigkeitsring (zwischen Innenwand des Gehäuses und zylinderförmigen beweglichen Bauteil 4)Liquid ring (between inner wall of the housing and cylindrical moving component 4 )
-
5656
-
Flüssigkeitsfilm (oberhalb Blende) Liquid film (above screen)
-
5757
-
Dichtung(en) Seal (s)
-
5858
-
Schrauben (zur Kraftregulierung) Screws (for power regulation)
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59, 59a59, 59a
-
Vorrichtung contraption
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60, 60a60, 60a
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Kollisionspunkt collision point
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6161
-
frei free
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62, 62a62, 62a
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neue Flüssigkeitsvolumina new fluid volumes
-
63, 63a63, 63a
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Flugbahn trajectory
-
6464
-
Reaktionsumgebung reaction environment
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65, 65a65, 65a
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Konsole console
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66, 66a66, 66a
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Neigung Tilt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 19617924 A1 [0006] DE 19617924 A1 [0006]
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DE 3417899 C1 [0007] DE 3417899 C1 [0007]
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DE 4424998 C2 [0008] DE 4424998 C2 [0008]
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WO 01/00311 A1 [0009] WO 01/00311 A1 [0009]
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US 4393021 [0010] US 4393021 [0010]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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ATEX-Richtlinie 94/9/EG [0011] ATEX Directive 94/9 / EC [0011]
