DE102016119179A1

DE102016119179A1 - Schaumerzeuger und Verfahren zum Erzeugen von Schaum

Info

Publication number: DE102016119179A1
Application number: DE102016119179.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Meier; Ansgar Rinklake
Original assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaumerzeuger (1) zum Erzeugen von Schaum (6‘), umfassend einen Körper (2) mit einem inneren Hohlraum (13), eingerichtet zum Eintauchen in ein Bad (15) aus Schaummittel (7), und einen Anschluss (3), der eingerichtet ist, eine Gasversorgung mit dem inneren Hohlraum (13) des Körpers (2) zu verbinden, wobei der Schaumerzeuger (1) eine oder mehrere Poren (4) zumindest an einer Oberfläche (5) des Körpers (2) aufweist, die den inneren Hohlraum des Körpers (2) mit einem Bereich außerhalb des Körpers (2) verbinden und wobei der Schaumerzeuger (1) zumindest teilweise mit einer hydrophoben Beschichtung versehen ist. Der erfindungsgemäße Schaumerzeuger 1, die erfindungsgemäße Schaumerzeugungseinheit 14, die erfindungsgemäße Schaumkanone 12 und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine sehr effiziente Schaumherstellung, bei der (praktisch) der gesamte in den Körper 2 eingebrachte Gasstrom zur Bildung von Blasen 6‘‘ und damit von Schaum 6‘ führt. Der so erzeugt Schaum 6‘ kann universell eingesetzt werden, beispielsweise beim Einsatz von Stickstoff (N2) als Gas zur Betäubung von Tieren.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schaumerzeuger, der dazu eingerichtet ist, (polyedrischen) Schaum mit großen Blasen mittels schnellem und gleichförmigen Gaseintrag über eine große Fläche zu erzeugen. Der erzeugte Schaum kann in vielen Anwendungen, wie z. B. zur Betäubung von Tieren, eingesetzt werden. Gleichzeitig ist ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung von Schaum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Schäume werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise als Löschschaum. Weitere Anwendungen von Schäumen ergeben sich beispielsweise aus der technischen Entwicklung. So ist es beispielsweise bekannt, Tiere vor der Schlachtung mittels Kohlendioxidgas (CO₂) zu betäuben. Eine Betäubung mit Kohlendioxid kann jedoch Stress und Panik bei den Tieren auslösen, da die Betäubung mit gasförmigem Kohlendioxid von den Tieren wohl als Ersticken wahrgenommen wird, so dass es Bestrebungen gibt, alternative, tierschonendere Verfahren zur Betäubung zu finden und zur Anwendungsreife zu führen. Eine Möglichkeit zur Dosierung eines Betäubungsmittels, beispielsweise eines Gases, besteht in der Dosierung mittels eines Schaumes.
Es ist bekannt, Schaum mittels einer Sprühdüse nach dem Venturi-Prinzip zu erzeugen, wobei ein Gas und ein Schaummittel unter Druck miteinander gemischt und expandiert werden. Ferner ist bekannt, poröse Körper für die Produktion von winzigen Blasen in einem Schaummittel zu verwenden. Diese Systeme erzeugen kompakten Schaum mit kleinen Blasen. Diese kleinen Blasen sind zwar für einige Anwendungen vorteilhaft, jedoch gibt es Anwendungen wie beispielsweise den Einsatz bei der Betäubung von Tieren, insbesondere vor der Schlachtung, bei denen kleine Blasen beispielsweise durch die mögliche Aspiration der Blasen nicht einsetzbar sind.
Als bekannt angenommene Systeme zur Schaumerzeugung benetzen ein Gitter mit Schaummittel, welches von einem Luftstrom durchströmt wird. Wird das Entsprechende Gitter nicht vollständig benetzt, durchströmt Luft das Gitter, ohne Blasen beziehungsweise Schaum zu bilden, so dass solche Systeme ineffizient arbeiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zuvor genannten Nachteile des Stands der Technik zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere sollen Vorrichtungen und Verfahren zur Produktion von Schaum angegeben werden, mit denen sich ein Schaum mit großen Blasen erzeugen lässt, der insbesondere nicht aspiriert wird und bei deren Erzeugung die Wahrscheinlichkeit von Leckagen reduziert wird.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Der erfindungsgemäße Schaumerzeuger zum Erzeugen von Schaum, umfasst einen Körper mit einem inneren Hohlraum, eingerichtet zum Eintauchen in ein Bad aus Schaummittel, und einen Anschluss, der eingerichtet ist, eine Gasversorgung mit dem inneren Hohlraum des Körpers zu verbinden, wobei der Schaumerzeuger eine oder mehrere Poren zumindest an einer Oberfläche des Körpers aufweist, die den inneren Hohlraum des Körpers mit einem Bereich außerhalb des Körpers verbinden und wobei der Schaumerzeuger zumindest teilweise mit einer hydrophoben Beschichtung versehen ist.
Für die Produktion von hochexpansivem Schaum mit großen, insbesondere polyedrischen, Blasen müssen möglichst viele Blasen mit einem möglichst großen Durchmesser d_b in das Schaummittel eingeblasen werden. Dazu weist der Schaumerzeuger an der oberen Oberfläche seines Körpers Poren auf. Diese Poren sind bevorzugt klein. Der Körper und der Anschluss können aus einem Material hergestellt sein, das chemisch resistent gegenüber dem Schaummittel und mechanisch stabil gegenüber Gasdruck ist. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei dem der Körper und/oder der Anschluss aus einem Stahl, insbesondere einem Edelstahl, hergestellt ist. Das unter Druck stehende Gas wird von einer Gasversorgung bereitgestellt, beispielsweise aus einem entsprechenden Tank, einem Druckgasbehälter oder einem Leitungssystem.
Unter großen Blasen werden im Rahmen dieses Textes Blasen verstanden, die so groß sind, dass sie nicht als Ganzes eingeatmet werden können. Große Blasen haben bevorzugt einen Durchmesser von mindestens 1,2 cm [Zentimeter], besonders bevorzugt von mindestens 1,5 cm oder sogar von mindestens 1,8 cm.
Durch den Anschluss, der gasdicht an dem Körper angebracht ist (beispielsweise durch Schweißen, Kleben, Verschrauben, mit oder ohne zusätzliche Dichtelemente, und dergleichen), kann das Gas von der Gasversorgung in den inneren Hohlraum des Körpers strömen. Die Poren zumindest an einer Oberfläche des Körpers können durch die Wand des Körpers geschnitten, gestanzt, gebohrt oder dergleichen sein. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Poren durch den Einsatz von Laser, beispielsweise durch Laserbohren beziehungsweise Laserperforation erzeugt worden sind. Die Poren sind bevorzugt an einer Oberfläche ausgebildet. Bevorzugt wird der Schaumerzeuger so in ein Bad aus Schaummitel gelegt, dass zumindest die nach oben weisende Oberfläche des Schaumerzeugers mindestens eine Pore aufweist. Entsprechend wird nachfolgend teilweise auch von einer „oberen“ Oberfläche gesprochen.
Das Gas wird durch die Poren des Körpers in das Bad aus Schaummittel geblasen. Die hydrophobe Beschichtung bewirkt, dass ein Winkel β zwischen der oberen Oberfläche des Körpers und den entstehenden Blasen wesentlich größer ist, als ein solcher Winkel auf einer hydrophilen Oberfläche. Der Winkel β kann mehr als 45° [Grad], bevorzugt mehr als 60° und besonders bevorzugt ungefähr 90° betragen. Dadurch können Blasen mit dem Durchmesser d_b, der wesentlich größer ist als ein Durchmesser d_o der Poren, erzeugt werden. Auf ihrem Weg nach oben expandieren die erzeugten Blasen weiter und verbinden sich miteinander, so dass (polyedrischer) Schaum mit großen Blasen an der Oberfläche des Bads aus Schaummittel entsteht. Das Schaummittel kann ein Mehrbereichsschaummittel sein. Bevorzugt ist das Schaummittel eine wässrige Lösung mindestens eines Tensids.
Das Schaummittel kann ferner eine hohe Verschäumungszahl VZ aufweisen. Derartige Schaummittel können zur Erzeugung von leichtem Schaum mit großem Volumen verwendet werden. Die Verschäumungszahl VZ ist das Verhältnis zwischen dem Volumen V_l des flüssigen Schaummittels und dem Volumen V_g des erzeugten Schaums. Die Verschäumungszahl VZ gibt an, um wie viel sich das Volumen V_l des flüssigen Schaummittels während des Aufschäumens vergrößert hat. VZ = V_g/V_l
VZ ist die Verschäumungszahl, V_g ist das Volumen des erzeugten Schaums bzw. des verwendeten Gases und V_l ist das Volumen des flüssigen Schaummittels. Die Verschäumungszahl kann größer als 100, bevorzugt größer als 150 und besonders bevorzugt größer als 200 oder sogar größer als 1000 betragen.
Als Schaummittel können Tenside aller Art verwendet werden. Bevorzugt können anionische Tenside verwendet werden. Weiterhin ist die Verwendung von Tensiden mit langen Kohlenstoffketten, z. B. Alkylsulfate mit einer Kettenlänge von 10 bis 16 Kohlenstoffatomen (C), Alkoholethoxylate mit langen Polyethylglykol-Ketten oder Tenside mit hochverzweigten Alkylresten, bevorzugt. Zudem können als Schaumbooster Alkanolamide oder Aminoxide eingesetzt werden.
Der beschriebene Schaumerzeuger mit seiner hydrophoben Beschichtung kann (polyedrischen) Schaum mit großen Blasen erzeugen. Zudem ist der Schaumerzeuger äußerst gasdicht, so dass (praktisch) der gesamte eingesetzte Gasstrom zur Blasenbildung führt. Somit weist der hier beschriebene Schaumerzeuger eine sehr hohe Effizienz auf, die deutlich über der Effizienz der als bekannt angenommenen Systeme liegt.
Um eine große Verformungsfestigkeit des Körpers zu erreichen, kann dieser Verstärkungsstrukuren aufweisen, die eine Verformung des Körpers bei den anzulegenden Gasdrücken von bevorzugt 1 bis 16 bar verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Poren einen Durchmesser d_o von weniger als 1 mm [Millimeter], bevorzugt weniger als 200 µm [Mikrometer] und besonders bevorzugt zwischen 50 µm und 200 µm auf.
Die Poren im Mikrometerbereich können nahe beieinander an der Oberfläche des Körpers angeordnet werden. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der der Abstand zwischen benachbarten Poren größer als 2 mm [Millimeter], bevorzugt sogar mehr als 3 mm beträgt. Dadurch kann ein schneller und gleichförmiger Gaseintrag über eine große Fläche in ein Bad aus Schaummittel erreicht werden. Jede der Poren im Mikrometerbereich produziert Blasen mit einem wesentlichen größeren Durchmesser d_b. Aufgrund der kleinen Poren, die nahe nebeneinander angeordnet sind und jeweils Blasen mit einem wesentlich größeren Durchmesser d_b produzieren, kann polyedrischer Schaum mit großen Blasen sehr schnell und sehr gleichförmig über eine große Fläche hinweg erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die hydrophobe Beschichtung eine Beschichtung mit beziehungsweise aus einem (chemisch unpolaren) Wachs.
Die Ausbildung einer Beschichtung mit beziehungsweise aus Wachs kann besonders einfach auf Oberflächen aufgebracht werden kann. Der Schaumerzeuger bzw. eine (obere) Oberfläche des Körpers des Schaumerzeugers kann dabei mit dem Wachs besprüht oder bestrichen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Körper plattenförmig.
Ein plattenförmiger Körper weist eine planare Geometrie und insbesondere mindestens eine planare Oberfläche auf. Der plattenförmige Körper kann in einem Bad aus Schaummittel derart ausgerichtet sein, dass die obere Oberfläche des plattenförmigen Körpers im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Schaummittels ist. Ein Schaumerzeuger mit einem plattenförmigen Körper kann verwendet werden, um Gas über eine nahezu gesamte Fläche eines Bads aus Schaummittel einzubringen, in dem Bad und Schaumerzeuger in ihrer Größe aneinander angepasst werden. Dadurch kann eine große Menge (polyedrischen) Schaums in kurzer Zeit erzeugt werden.
Bei einem plattenförmigen Körper können bevorzugt (innere) Verstärkungsstreben als Verstärkungsstrukturen ausgebildet sein, um eine Verformung des plattenförmigen Körpers im Betrieb zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Körper rohrförmig.
Ein Schaumerzeuger mit einem rohrförmigen Körper kann einfach hergestellt werden. Zudem haben sich rohrförmige Schaumerzeuger als sehr verformungsfest unter Druckbelastung gezeigt, so dass sich diese insbesondere dann, wenn der Schaumerzeuger mit hohen Gasdrücken zu betreiben ist, als besonders vorteilhaft erwiesen haben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die die Poren entlang zumindest eines Teilumfangs auf der Oberfläche des Körpers angeordnet.
Unter einem Teilumfang ist insbesondere zu verstehen, dass nicht der gesamte Umfang des rohrförmigen Körpers mit Poren versehen ist. Der Schaumerzeuger mit rohrförmigem Körper und Poren entlang dessen Teilumfangs kann derart in dem Bad aus Schaummittel positioniert werden, dass der Teilumfang bzw. die obere Oberfläche des rohrförmigen Körpers zur Oberfläche des Schaummittels weist. Die Poren können auf einfache Weise entlang eines oberen Teilumfangs eines vorgefertigten Rohrs bereitgestellt werden, indem sie in das Rohr geschnitten, gestanzt, gebohrt oder dergleichen werden. Dadurch können die Produktionskosten weiter reduziert werden. Alternativ kann auch der gesamte Umfang des rohrförmigen Körpers mit Poren versehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform spannt der Teilumfang auf der oberen Oberfläche des Körpers einen Winkel α von weniger als 180° [Grad] auf.
Durch einen Teilumfang, der einen Winkel α von weniger als 180° [Grad] aufspannt, kann sichergestellt werden, dass das Gas nur in eine radiale Richtung ausgeblasen wird, die wenigstens teilweise in Richtung der Oberfläche des Schaummittels gerichtet ist. Dadurch wird kein Gas in Richtung des Bodens des Bads aus Schaummittel ausgeblasen, was zu unerwünschten Blasenbildungen in dem Bad aus Schaummittel führen und damit zu einer verringerten Effizienz der Schaumbildung könnte.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schaumerzeuger eine oder mehrere sekundäre Poren an einer unteren Oberfläche des Körpers auf. Die sekundären Poren verbinden den inneren Hohlraum des Körpers mit einem Bereich außerhalb des Körpers und insbesondere mit dem Bad aus Schaummittel.
Mittels der sekundären Poren kann Flüssigkeit, die sich in einem unteren Bereich des inneren Hohlraums des Körpers angesammelt haben könnte, aus dem inneren Hohlraum ausgeblasen werden. Dadurch können eine Verstopfung des Anschlusses oder der Poren an der oberen Oberfläche und Korrosion der inneren Wände des Körpers vermieden werden. Zudem können insbesondere die sekundären Poren für die Spülung des Körpers genutzt werden. Zur Spülung des Körpers kann eine Spülflüssigkeit, insbesondere eine Säure, eingesetzt werden, die durch die (sekundären) Poren wieder ausgeblasen wird, um eine Reinigung des inneren Hohlraums und der Poren zu ermöglichen.
Weiterhin wird eine Schaumerzeugungseinheit vorgeschlagen, die mindestens einen erfindungsgemäßen Schaumerzeuger und weiterhin ein Bad zur Aufnahme von Schaummittel umfasst.
Die für den erfindungsgemäßen Schaumerzeuger offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf die erfindungsgemäße Schaumerzeugungseinheit übertragen und anwenden und umgekehrt.
Bei einer Ausgestaltung der Schaumerzeugungseinheit mit mehreren Schaumerzeugern beziehungsweise Körpern können diese nebeneinander angeordnet werden. Die Herstellung von mehreren kleineren Körpern, insbesondere rohrförmigen Körpern, und der Zusammenbau zu einer Schaumerzeugungseinheit ist in bestimmten Anwendungsfällen weniger aufwendig als die Herstellung von einem großen Körper für den Schaumerzeuger beziehungsweise die Schaumerzeugungseinheit, so dass für diese Fälle die Produktionskosten gesenkt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schaumerzeugungseinheit eingerichtet, einen vorbestimmten Füllstand des Schaummittels über der oberen Oberfläche des Körpers in dem Bad aus Schaummittel aufrechtzuerhalten.
Mit Hilfe eines Füllstandsensors und einer entsprechenden Steuerung der Gasund Schaummittelzufuhr kann ein nahezu konstanter Füllstand des Schaummittels in dem Bad aus Schaummittel bereitgestellt werden. Die Oberfläche des Schaummittels liegt dabei immer über der oberen Oberfläche des Körpers. Die Oberfläche des Schaummittels kann mehr als 1 cm [Zentimeter], bevorzugt mehr als3 cm und besonders bevorzugt ungefähr 5 cm über der oberen Oberfläche des Körpers liegen. Durch das Aufrechterhalten eines immer nahezu gleichen Füllstands kann eine besonders konstante und gleichförmige Erzeugung von Schaum gewährleistet werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Schaumkanone, die mindestens einen Schaumerzeuger und/oder mindestens eine Schaumerzeugungseinheit wie zuvor beschrieben umfasst. Die Schaumkanone umfasst ferner eine Mündung und eine Fördereinrichtung. Die Fördereinrichtung ist eingerichtet, der Schaum von dem Schaumerzeuger durch die Mündung in eine Umgebung zu fördern.
Die Schaumkanone kann mittels der Fördereinrichtung (polyedrischen) Schaum mit großen Blasen von dem Schaumerzeuger wegtransportieren und über die Mündung fördern. Ferner kann durch die Schaumkanone (polyedrischer) Schaum mit großen Blasen als Strahl aus (polyedrischem) Schaum mit großen Blasen bereitgestellt und über eine große Fläche verteilt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Fördereinrichtung eingerichtet, den Schaum mittels eines Treibstrahls auszutreiben.
Der Treibstahl kann durch eine separate Gasversorgung oder die gleiche Gasversorgung wie der Schaumerzeuger gespeist werden. Der Treibstrahl kann sich des Venturi-Effekts bedienen, um den erzeugten (polyedrischen) Schaum mit großen Blasen von dem Schaumerzeuger zu der Mündung zu saugen. Der Treibstahl ist ein besonders kostengünstiges und wartungsarmes Förderungsverfahren. Somit können die Betriebskosten reduziert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht wird Verfahren zum Erzeugen von Schaum, insbesondere mittels eines Schaumerzeugers, einer Schaumerzeugungseinheit und/oder einer Schaumkanone wie zuvor beschrieben vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen von Gas in einen inneren Hohlraum eines Körpers eines Schaumerzeugers durch einen Anschluss. Austreiben des Gases aus dem inneren Hohlraum des Körpers in ein Bad aus Schaummittel durch eine oder mehrere Poren an einer oberen Oberfläche des Körpers. Ablösen von Blasen von der oberen Oberfläche des Körpers des Schaumerzeugers, der zumindest teilweise mit einer hydrophoben Beschichtung beschichtet ist.
Bevorzugt kann nach Ablösen der Blasen eine sekundäre Loch- und/oder Gitterstruktur durchströmt werden, die oberhalb der Poren und eines Füllstandes des Schaummittels ausgebildet ist. Diese sekundäre Loch- und/oder Gitterstruktur begünstigt die Bildung von (polyedrischem) Schaum und die Zurückhaltung von kleinen, kugelförmigen Blasen. Bevorzugt weist die sekundäre Loch- und/oder Gitterstruktur eine Gitterweite von mindestens 1 cm auf.
Das Gas kann von einer Gasversorgung bereitgestellt werden und mit Druck beaufschlagt sein. Das Gas wird bevorzugt mit einem Druck bereitgestellt, der größer als der Druck des Schaummittels auf die Oberfläche des Schaumerzeuger ist. Bevorzugt wird das Gas mit einem Druck von mindestens 1 bar, besonders bevorzugt 1 bis 16 bar, insbesondere 4 bis 8 bar, aufweisen. Nachdem das Gas durch die Poren an der oberen Oberfläche des Körpers ausgeblasen wurde, formt das Gas Blasen. Die Blasen wachsen bis zu einem Blasendurchmesser d_b, der wesentlich größer ist als ein Porendurchmesser d_o der Poren. Dieser wesentlich größere Blasendurchmesser d_b der Blasen kann aufgrund der hydrophoben Beschichtung des Schaumerzeugers erreicht werden. Die hydrophobe Beschichtung bewirkt einen Winkel β zwischen den Blasen und der (oberen) Oberfläche des Körpers, der größer ist als ein Winkel zwischen einer Blase und einer hydrophilen Oberfläche. Nachdem die Blasen den Blasendurchmesser d_b, der wesentlich größer ist als der Porendurchmesser d_o der Poren, erreicht haben, werden die Blasen von der oberen Oberfläche des Körpers abgelöst. Die Blasen strömen an die Oberfläche des Bads aus Schaummittel, wo sie weiter expandieren und sich miteinander verbinden. Dabei bildet sich (polyedrischer) Schaum mit großen Blasen an der Oberfläche des Schaummittels. Dies kann bevorzugt durch die oben erwähnte sekundäre Loch- beziehungsweise Gitterstruktur oberhalb der Oberfläche des Bades aus Schaummittel unterstützt werden.
Wegen der hydrophoben Beschichtung weisen die erzeugen Blasen einen Blasendurchmesser d_b auf, der wesentlich größer ist als der Porendurchmesser d_o der Poren, so dass Schaum erzeugt wird, der besonders leicht ist und ein besonders großes Volumen aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Austreiben des Gases so betrieben, dass ein Quotient aus einem Blasendurchmesser zu einem Porendurchmesser der Poren größer als 10, bevorzugt größer als 100 oder sogar größer als 200 ist. So ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise möglich, aus Poren mit einem Porendurchmesser von 0,007 mm Blasen eines Blasendurchmessers von 2 mm zu erzeugen.
Das Austreiben des Gases wird insbesondere über den anliegenden Druck an Gas, den Umgebungsdruck und/oder den Porendurchmesser gesteuert.
Aufgrund der hydrophoben Beschichtung des Schaumerzeugers und den kleinen Poren, die nahe beieinander angeordnet werden können, kann ein schneller und gleichförmiger Gaseintrag über eine große Fläche in das Bad aus Schaummittel eingebracht werden. Dadurch kann eine große Menge an (polyedrischem) Schaum mit großen Blasen in kurzer Zeit erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gas Stickstoff (N₂).
Wenn der Schaumerzeuger mit Stickstoffgas (N₂) betrieben wird, entstehen Stickstoffblasen an den Poren, die sich zu (polyedrischem) Schaum mit großen Stickstoffblasen an der Oberfläche des Schaummittels verbinden. Mit diesem (polyedrischen) Stickstoffschaum können Tiere ohne Stress betäubt werden. Insbesondere polyedrischer Stickstoffschaum ohne winzige Blasen, die von den Tieren eingeatmet werden könnten, kann zur Umsetzung eines besonders schonenden Betäubungsverfahrens für Tiere verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein vorbestimmter Füllstand des Schaummittels über der oberen Oberfläche des Körpers in dem Bad aus Schaummittel aufrechterhalten.
Der Füllstand kann mittels eines geeigneten Füllstandsensors und einer entsprechenden Steuerung nahezu konstant gehalten werden. Dabei liegt die Oberfläche des Schaummittels über der oberen Oberfläche des Körpers im Bad aus Schaummittel. Der Füllstand kann mehr als 1 cm [Zentimeter] bevorzugt mehr als 3 cm und besonders bevorzugt ungefähr 5 cm über der oberen Oberfläche des Körpers in dem Bad aus Schaummittel liegen. Durch das Aufrechterhalten eines nahezu konstanten Füllstands des Schaummittels kann besonders konstant gleichförmiger Schaumerzeugung über lange Zeit hinweg gewährleistet werden.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren offenbarten Details und Vorteile lassen sich wechselweise auf die erfindungsgemäße Schaumerzeugungseinheit und den Schaumerzeuger übertragen und anwenden und umgekehrt.
Weiterhin wird ein Herstellungsverfahren für einen Schaumerzeuger wie zuvor beschrieben offenbart. Dabei wird ein Körper eines Schaumerzeugers bevorzugt aus Stahl und besonders bevorzugt aus Edelstahl gefertigt. Ferner werden ein oder mehrere Poren an einer oberen Oberfläche des Körpers durch eine Wand des Körpers mittels Laserbohren beziehungsweise Laserperforation erzeugt.
Ein Körper aus Stahl und insbesondere aus Edelstahl ist sowohl chemisch als auch mechanisch resistent gegenüber dem Schaummittel bzw. einem aufgebrachten Gasdruck. Zudem kann mit einem Laser besonders präzise, schnell und kostengünstig die gewünschte Anzahl an Poren an der oberen Oberfläche des Körpers erzeugt werden. Somit stellt das Herstellungsverfahren einen besonders robusten, präzisen und kostengünstigen Schaumerzeuger bereit.
Mit den erfindungsgemäßen Schaumerzeugern kann in vorteilhafter Weise auch eine Betäubungsbox für ein oder mehrere Tiere realisiert werden. Die Betäubungsbox umfasst eine vertikale Begrenzung, wobei die vertikale Begrenzung bevorzugt aus vier jeweils im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordneten Wänden besteht, wobei ein Teil der vertikalen Begrenzung geöffnet werden kann, wobei besagter Teil der vertikalen Begrenzung bevorzugt eine Tür ist. Ferner umfasst die Betäubungsbox eine Schaumerzeugungseinheit gemäß den vorherigen Ausführungen, der an einer Unterseite der Betäubungsbox angeordnet ist und mit Sticksoff (N₂) als Gas betrieben wird. Ein horizontales Gitter ist über dem Schaumerzeuger der Schaumerzeugungseinheit angeordnet, wobei das horizontale Gitter bevorzugt entfernt von einer Oberfläche eines Bads aus Schaummittel der Schaumerzeugungseinheit angeordnet ist. Das horizontale Gitter liegt an der vertikalen Begrenzung an.
Ein oder mehrere Tiere können durch den Teil der vertikalen Begrenzung, der sich öffnen lässt, in die Betäubungsbox getrieben werden. Nachdem die vertikale Begrenzung hinter den Tieren verschlossen wurde, kann der Schaumerzeuger (polyedrischen) Schaum mit großen Blasen aus Stickstoff (N₂) erzeugen. Dieser Stickstoffschaum steigt durch das Gitter am Boden der Betäubungsbox immer weiter auf. Sobald die Tiere mit ihren Schnauzen vollständig von dem Stickstoffschaum umgeben sind, atmen die Tiere nur noch Stickstoff und keine Luft bzw. Sauerstoff mehr ein und werden dadurch schonend betäubt.
Das Einatmen von Stickstoff (N₂) wird im Gegensatz zum Einatmen von Kohlendioxid (CO₂) nicht als Ersticken wahrgenommen, sodass die Tiere keine Panik bekommen und schonend betäubt werden. Zudem konnte keine Aversion der Tiere gegenüber dem Schaum festgestellt werden. Ferner wird durch den (polyedrischen Schaum) mit großen Blasen eine Aspiration von kleinen Blasen durch die Tiere verhindert. Durch den polyedrischen Schaum mit Stickstoffblasen wird zudem eine Diffusion des Stickstoffs (N₂) bzw. ein Vermischen des Stickstoffs (N₂) mit der vorhandenen Luft in der Betäubungsbox vermieden. Somit wird eine wesentlich geringere Menge an Stickstoff (N₂) benötigt. Zudem muss die Betäubungsbox nicht vollständig hermetisch abgeschlossen sein, um ein Diffundieren des Stickstoffs (N₂) aus der Betäubungsbox in die Umgebung zu verhindern. Somit wird durch die beschriebene Betäubungsbox ein besonders schonendes und kostengünstiges Betäubungsverfahren für Tiere bereitgestellt.
Weiterhin wird eine Betäubungsstraße für Tiere beschrieben. Die Betäubungsstraße umfasst zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete ortsfeste vertikale Begrenzungen und zwei im Wesentlichen parallelzueinander angeordnete bewegliche vertikale Begrenzungen, die geöffnet werden können. Die beweglichen vertikalen Begrenzungen sind im Wesentlichen senkrecht zu den ortsfesten vertikalen Begrenzungen angeordnet. Die beweglichen vertikalen Begrenzungen sind bevorzugt Klappschotte oder Falltüren. Ferner umfasst die Betäubungsstraße eine Schaumerzeugungseinheit gemäß den vorherigen Ausführungen, der an einer Unterseite der Betäubungsstraße angeordnet ist und mit Sticksoff (N₂) als Gas betrieben wird. Ein horizontales Gitter ist über dem Schaumerzeuger der Schaumerzeugungseinheit angeordnet, wobei das horizontale Gitter bevorzugt entfernt von einer Oberfläche eines Bads aus Schaummittel der Schaumerzeugungseinheit angeordnet ist. Das horizontale Gitter liegt bevorzugt an der vertikalen Begrenzung an. Bevorzugt ist das horizontale Gitter als Laufband ausgebildet, welches nach erfolgter Betäubung zum Transport der Tiere eingesetzt werden kann.
Ein oder mehrere Tiere können in der Betäubungsstraße mittels der beweglichen vertikalen Begrenzungen separiert werden. Die separierten Tiere werden mit Stickstoffschaum, der durch das Gitter aufsteigt, wie zuvor bei der Betäubungsbox beschrieben, schonend betäubt.
Somit wird durch die Betäubungsstraße ein besonders effizientes und dennoch schonendes und kostengünstiges Betäubungsverfahren ermöglicht.
Weiterhin wird eine mobile Betäubungsvorrichtung beschrieben, die eine Schaumkanone gemäß den vorherigen Ausführungen umfasst, welche mit Stickstoff (N₂) als Gas betrieben wird. Die Betäubungsvorrichtung umfasst ferner eine Befestigungseinrichtung, mit der die Schaumkanone an einer Struktur befestigt werden kann.
Die mobile Betäubungsvorrichtung kann mittels der Befestigungseinrichtung beispielsweise an einer Wand einer Tierbox befestigt und die Tierbox mit Stickstoffschaum gefüllt werden. Ein oder mehrere Tiere in der Tierbox können durch den Stickstoffschaum, wie bereits zuvor beschrieben, schonend betäubt werden.
Die mobile Betäubungsvorrichtung stellt somit ein kompaktes und vielseitig einsetzbares Betäubungsverfahren bereit.
Der erfindungsgemäße Schaumerzeuger, die erfindungsgemäße Schaumerzeugungseinheit, die erfindungsgemäße Schaumkanone und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine sehr effiziente Schaumherstellung, wobei der entsprechend hergestellte Schaum nicht nur bei der eben beschriebenen Betäubung von Tieren eingesetzt werden kann. Bevorzugt ist es auch möglich, den entsprechend hergestellten Schaum auch zur schnellen Inertisierung beispielsweise von geschlossenen Räumen einzusetzen, beispielsweise zur Brandbekämpfung oder – unterdrückung in Tankanlagen.
Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale, wie oben beschrieben, miteinander beliebig in technisch sinnvoller Weise kombiniert werden und so weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bilden können.
Die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren dient zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung und zeigt besonders bevorzugte Ausführungsformen. Diese besonders bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und auch das technische Gebiet werden somit im Detail basierend auf den beiliegenden Figuren beschrieben. Es versteht sich, dass diese exemplarischen Ausführungsformen, die in den Figuren gezeigt werden, den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Dabei sind die Figuren rein schematisch und unter Umständen nicht maßstabsgetreu.
Die Figuren zeigen:
1: eine schematische Ansicht eines Schaumerzeugers mit einem plattenförmigen Körper,
2: einen schematischen Querschnitt einer Blase auf einer oberen Oberfläche eines Körpers eines Schaumerzeugers,
3: eine schematische Ansicht der Bildung von polyedrischem Schaum,
4: eine schematische Ansicht eines Schaumerzeugers mit einem rohrförmigen Körper,
5: einen schematischen Querschnitt einer Schaumerzeugungseinheit mit vier rohrförmigen Körpern,
6: eine schematische Ansicht einer Schaumkanone,
7: eine schematische Ansicht einer Betäubungsbox oder einer Betäubungsstraße für Tiere,
8 einen Querschnitt durch einen Schaumerzeuger mit plattenförmigem Körper und
9 einen Querschnitt durch eine Schaumerzeugungseinheit.
In 1 und 8 wird ein Schaumerzeuger 1 mit einem plattenförmigen Körper 2 dargestellt. Der Schaumerzeuger 1 hat einen Anschluss 3, der luftdicht an dem Körper 2 angebracht ist. Der Körper 2 hat einen inneren Hohlraum 13, wie dies auch 8 zeigt. Über eine externe Gasversorgung, die beispielsweise von einem Tank, einem Gasdruckbehälter, einem Kompressor und/oder einem Leitungssystem gespeist wird, kann mit Druck beaufschlagtes Gas, bevorzugt Stickstoff (N₂), durch den Anschluss 3 in dem inneren Hohlraum des Körpers 2 bereitgestellt werden. Der Körper 2 des Schaumerzeugers 1 kann in einem Bad aus Schaummittel 7 eingetaucht sein, wie dies beispielsweise 3 zeigt. Eine oder mehrere Poren 4 sind an einer oberen Oberfläche 5 des Körpers 2 angeordnet. Das Gas kann durch die Poren 4 aus dem inneren Hohlraum 13 des Körpers 2 in das Bad aus Schaummittel 7 ausgeblasen werden. Die Poren 4 können durch eine Wand des Körpers 2 an der oberen Oberfläche 5 des Körpers 2 geschnitten, gestanzt, gebohrt, gelasert oder dergleichen sein. Das durch die Poren 4 ausgeblasene Gas formt Blasen 6 (siehe 2). Die Blasen 6 wachsen an der oberen Oberfläche 5 bis sie einen Durchmesser d_b erreichen, der wesentlich größer ist als ein Durchmesser d_o der Poren 4. Dieser große Durchmesser d_b der Blasen kann aufgrund einer hydrophoben Beschichtung auf dem Schaumerzeuger 1 bzw. auf der oberen Oberfläche 5 des Körpers 2 erreicht werden.
Die obere Oberfläche 5 des plattenförmigen Körpers 2 ist planar. Der Schaumerzeuger 1 bzw. der Körper 2 kann in dem Bad aus Schaummittel 7 so angeordnet sein, dass die obere Oberfläche 5 des Körpers 2 parallel zur Oberfläche des Schaummittels 7 verläuft (vgl. 9).
2 stellt eine Blase 6 dar, die auf der oberen Oberfläche 5, die mit einer hydrophoben Beschichtung beschichtet ist, wächst. Das durch die Poren 4 ausgeblasene Gas bildet Blasen 6 mit einem Winkel β zwischen der Blase 6 und der oberen Oberfläche 5. Der Winkel β ist aufgrund der hydrophoben Beschichtung groß. Daher ist es möglich, Blasen 6 mit einem Durchmesser d_b zu erzeugen, der wesentlich größer ist als ein Durchmesser d_o der Poren 4. Dabei kann der Winkel β größer als 45° [Grad], bevorzugt größer als 60°°und besonders bevorzugt ungefähr 90° betragen.
3 stellt schematisch die Bildung von polyedrischem Schaum 6‘ dar. Kugelförmige Blasen 6'', die von dem Schaumerzeuger 1 erzeugt wurden, steigen zur Oberfläche des Schaummittels 7 auf und verbinden sich miteinander. Dadurch werden große polyedrische Blasen gebildet und polyedrischer Schaum 6‘ wird an der Oberfläche des Bads aus Schaummittel 7 erzeugt.
4 stellt einen Schaumerzeuger 1 mit einem rohrförmigen Körper 2 dar. Durch einen Anschluss 3 wird Gas von einer externen Gasversorgung (angedeutet durch den Pfeil in 4) in einem (hier nicht gezeigten) inneren Hohlraum des rohrförmigen Körpers 2 bereitgestellt. Über Poren 4 entlang eines oberen Teilumfangs auf der oberen Oberfläche 5 des rohrförmigen Körpers 2 kann das Gas aus dem inneren Hohlraum des Körpers 2 in das Schaummittel 7 ausgetrieben werden. Dabei werden Blasen 6 erzeugt, welche polyedrischen Schaum 6‘ mit großen Blasen an der Oberfläche des Bads aus Schaummittel 7 bilden. Die Poren 4 können durch eine Wand des rohrförmigen Körpers 2 an der oberen Oberfläche 5 entlang des oberen Umfangs geschnitten, gestanzt, gebohrt oder dergleichen werden.
Die Poren 4 eines Schaumerzeugers 1, wie in 1 oder 4 oder sonst einer Ausführungsform dargestellt, können bevorzugt mittels Laserschneidens durch die Wand des Körpers 2 geschnitten werden.
5 stellt eine Schaumerzeugungseinheit 14 dar, die vier rohrförmige Körper 2 umfasst. Die rohrförmigen Körper 2 sind in einer radialen Richtung aneinander angrenzend angeordnet. Die Poren 4 der rohrförmigen Körper 2 sind entlang eines oberen Umfangs auf der oberen Oberfläche 5 der rohrförmigen Körper 2 angeordnet. Der obere Umfang spannt einen Winkel α auf, der kleiner als 180° ist. Kugelförmige Blasen 6‘ steigen an die Oberfläche des Schaummittels 7 auf, wo sie polyedrischen Schaum 6‘‘ bilden. Da der obere Umfang, entlang dessen die Poren 4 angeordnet sind, auf weniger als 180° begrenzt ist, kann sichergestellt werden, dass Gas nur in eine radiale Richtung ausgeblasen wird, die wenigstens teilweise in Richtung der Oberfläche des Schaummittels 7 gerichtet ist. Dadurch können keine Blasen an unerwünschten Stellen wie dem Boden des Schaumerzeugers 1 oder den zwischen den rohrförmigen Körpern 2 gebildet werden, wo sie das flüssige Schaummittel verdrängen und so die Schaumbildung beeinflussen könnten. Ein Gitter 10 trennt die Oberfläche des Schaummittels 7 von dem erzeugten polyedrischen Schaum 6‘. Die großen Blasen des polyedrischen Schaums 6‘ können durch die Löcher in dem Gitter 10 aufsteigen. Das Gitter 10 stellt eine sekundäre Loch- und/oder Gitterstruktur dar.
6 stellt eine Schaumkanone 12 dar. Die Schaumkanone 12 umfasst einen Schaumerzeuger 1 wie zuvor beschrieben. Polyedrischer Schaum 6‘, der von dem Schaumerzeuger 1 erzeugt wurde, wird durch eine Fördereinrichtung 9 in die Umgebung gefördert. Der polyedrische Schaum 6‘ tritt dabei durch eine Mündung 8 aus der Schaumkanone 12 in die Umgebung aus. Die Fördereinrichtung 9 kann einen Treibstrahl verwenden, um den polyedrischen Schaum 6‘ in die Umgebung auszublasen. Die Schaumkanone 12 kann eine Befestigungseinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Schaumkanone 12 an einer Struktur wie z. B. einer Wand einer Tierbox zu befestigen. Die Fördereinrichtung 9 kann eine Venturi-Düse nutzen, um den polyedrischen Schaum 6‘ von dem Schaumerzeuger 1 zu der Mündung 8 zu saugen und durch die Mündung 8 in die Umgebung auszublasen.
7 zeigt ein Tier 11, das auf einem Gitter 10 in einer Tierbetäubungsbox oder Tierbetäubungsstraße steht. Durch das Gitter 10 kann polyedrischer Schaum 6‘ mit großen Blasen aufsteigen. Ein Schaumerzeuger 1, der in ein Bad aus Schaummittel 7 eingetaucht ist, erzeugt polyedrischen Schaum 6‘ mit Stickstoff (N₂) als Gas. Das Schaummittel 7 kann ein Mehrbereichsschaummittel mit einer Verschäumungszahl VZ von beispielsweise mehr als 800, insbesondere ungefähr 1000 sein. Das Tier 11 kann durch den Stickstoff (N₂) betäubt werden. Sobald die Schnauze des Tiers in den polyedrischen Schaum 6‘ eingetaucht ist, atmet das Tier 11 den Stickstoff (N₂), der beim Platzen der großen Blasen des polyedrischen Schaums 6‘ freigesetzt wird, ein. Durch den Stickstoff in dem polyedrischen Schaum 6‘ kann das Tier 11 besonders sanft und stressfrei betäubt werden.
9 zeigt schematisch eine Schaumerzeugungseinheit 14 mit einem Schaumerzeuger 1 in einem Bad 15 für Schaummittel 7. Oberhalb des Schaummittels 7 bildet sich polyedrischer Schaum 6‘. Die Schaumerzeugungseinheit 14 weist ferner einen Füllstandssensor 16 auf, der den Füllstand 17 des Schaummittels 7 überwacht und entsprechend eine Zuführung weiteren Schaummittels 7 veranlasst, wenn der Füllstand 17 des Schaummittels 7 sinkt. Hierzu kann beispielsweise der Füllstandssensor 16 mit einer nicht gezeigten Steuereinheit verbunden sein. Hierdurch ist es möglich, den Füllstand 17 bei einem vorbestimmten Füllstand über der oberen Oberfläche 5 des Körpers 2 des Schaumerzeugers 1 zu aufrechtzuerhalten.
Der erfindungsgemäße Schaumerzeuger 1, die erfindungsgemäße Schaumerzeugungseinheit 14, die erfindungsgemäße Schaumkanone 12 und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine sehr effiziente Schaumherstellung, bei der (praktisch) der gesamte in den Körper 2 eingebrachte Gasstrom zur Bildung von Blasen 6‘‘ und damit von Schaum 6‘ führt. Der so erzeugt Schaum 6‘ kann universell eingesetzt werden, beispielsweise beim Einsatz von Stickstoff (N₂) als Gas zur Betäubung von Tieren.
Bezugszeichenliste

1: Schaumerzeuger
2: Körper
3: Anschluss
4: Pore(n)
5: obere Oberfläche
6: Blase(n)
6’: polyedrischer Schaum
6’’: kugelförmige Blase(n)
7: Schaummittel
8: Mündung
9: Fördereinrichtung
10: Gitter
11: Tier
12: Schaumkanone
13: Innerer Hohlraum
14: Schaumerzeugungseinheit
15: Bad
16: Füllstandssensor
17: Füllstand

Claims

Schaumerzeuger (1) zum Erzeugen von Schaum (6‘), umfassend einen Körper (2) mit einem inneren Hohlraum (13), eingerichtet zum Eintauchen in ein Bad (15) aus Schaummittel (7), und einen Anschluss (3), der eingerichtet ist, eine Gasversorgung mit dem inneren Hohlraum (13) des Körpers (2) zu verbinden, wobei der Schaumerzeuger (1) eine oder mehrere Poren (4) zumindest an einer Oberfläche (5) des Körpers (2) aufweist, die den inneren Hohlraum des Körpers (2) mit einem Bereich außerhalb des Körpers (2) verbinden und wobei der Schaumerzeuger (1) zumindest teilweise mit einer hydrophoben Beschichtung versehen ist.
Schaumerzeuger (1) nach Anspruch 1, wobei die Poren (4) einen Durchmesser do von weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 200 µm und besonders bevorzugt zwischen 50 µm und 200 µm aufweisen.
Schaumerzeuger (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die hydrophobe Beschichtung eine Beschichtung mit einem Wachs ist.
Schaumerzeuger (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Körper (2) plattenförmig ist.
Schaumerzeuger (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Körper (2) rohrförmig ist.
Schaumerzeuger (1) nach Anspruch 5, wobei die Poren (4) entlang zumindest eines Teilumfangs auf der Oberfläche (5) des Körpers (2) angeordnet sind.
Schaumerzeuger (1) nach Anspruch 6, wobei der Teilumfang auf der oberen Oberfläche (5) des Körpers (2) einen Winkel (α) von weniger als 180° aufspannt.
Schaumerzeugungseinheit (14) umfassend mindestens einen Schaumerzeuger (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin umfassend ein Bad (15) zur Aufnahme von Schaummittel (7).
Schaumkanone (12) umfassend mindestens einen Schaumerzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder mindestens eine Schaumerzeugungseinheit (14) nach Anspruch 8, ferner umfassend: eine Mündung (8) und eine Fördereinrichtung (9), die eingerichtet ist, der Schaum (6‘) von dem Schaumerzeuger durch die Mündung (8) in eine Umgebung zu fördern.
Schaumkanone (12) nach Anspruch 9, wobei die Fördereinrichtung (9) eingerichtet ist, den Schaum (6‘) mittels eines Treibstrahls auszutreiben.
Verfahren zum Erzeugen von Schaum, umfassend die Schritte: Bereitstellen von Gas in einen inneren Hohlraum (13) eines Körpers (2) eines Schaumerzeugers (1) durch einen Anschluss (3); Austreiben des Gases aus dem inneren Hohlraum (13) des Körpers (2) in ein Bad aus Schaummittel (7) durch eine oder mehrere Poren (4) an einer oberen Oberfläche (5) des Körpers (2); Ablösen von Blasen (6) von der oberen Oberfläche (5) des Körpers (2) des Schaumerzeugers (1), der zumindest teilweise mit einer hydrophoben Beschichtung beschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Austreiben des Gases so betrieben wird, dass ein Quotient aus einem Blasendurchmesser (d_b) zu einem Porendurchmesser (d_o) der Poren (4) größer als 10, bevorzugt größer als 100 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Gas Stickstoff (N₂) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei ein vorbestimmter Füllstand (17) des Schaummittels (7) über der oberen Oberfläche (5) des Körpers (2) in dem Bad aus Schaummittel (7) aufrechterhalten wird.