DE102017110672B4

DE102017110672B4 - Aufschäumvorrichtung zum Bereitstellen eines Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch sowie Verfahren zum Aufschäumen einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102017110672B4
Application number: DE102017110672.3A
Authority: DE
Inventors: Simon Hausner; Berthold Bode
Original assignee: FLUCON FLUID CONTROL GmbH
Current assignee: FLUCON FLUID CONTROL GMBH, DE
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-05-18
Also published as: DE102017110672A1

Abstract

Aufschäumvorrichtung zum Bereitstellen eines einen vorgegebenen Gasgehalt aufweisenden Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch, wobei es sich bei der Flüssigkeit um eine aufschäumbare Flüssigkeit, etwa ein Öl (3), für eine das Fluid nutzende Anwendung handelt, umfassend:
- einen Behälter (2) zur Aufnahme des benötigten Flüssigkeitsvorrates, dessen Volumen größer ist als die darin zu bevorratende Flüssigkeitsmenge,
- wenigstens eine Förderpumpe (7), angeschlossen mit ihrem Saugeingang (8) an eine mit ihrem freien Ende zum Eingreifen in den in dem Behälter (2) befindlichen Vorrat aufzuschäumender Flüssigkeit vorgesehene Saugleitung (9) und ausgangsseitig eine Pumpenabtriebsleitung (11),
- eine passiv arbeitend ausgelegte Gaszufuhr (18) mit einer Gasansaugleitung (19), die in die Saugleitung (9) mündet und in die ein bezüglich seiner Öffnungsweite ansteuerbares Gaszufuhrventil (20) eingeschaltet ist,
- ein in die Pumpenabtriebsleitung (11) eingeschaltetes und bezüglich seiner Öffnungsweite einstellbares Drosselventil (12) und
- ein stromab des Drosselventils (12) befindliches Expansionsvolumen (15), wobei der oberhalb des Flüssigkeitspegels befindliche Behälterraum das Expansionsvolumen (15) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufschäumvorrichtung zum Bereitstellen eines einen vorgegebenen Gasgehalt aufweisenden Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch, wobei es sich bei der Flüssigkeit um eine aufschäumbare Flüssigkeit, etwa ein Öl, für eine das Fluid nutzende Anwendung handelt.
Es gibt verschiedene Anwendungen, bei denen ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch als Fluid benötigt wird. Bei diesem Fluid handelt es sich somit um eine mittels eines Gases aufgeschäumte Flüssigkeit. Die verwendete Flüssigkeit muss zu einem gewissen Maße aufschäumbar sein bzw. in einer Umgebung gehalten werden, in der das in die Flüssigkeit eingebrachte Gas zumindest eine Zeit lang verbleibt. Öl, beispielsweise Motoröl oder Hydrauliköl, ist eine Flüssigkeit, in die ein Gasgehalt in diesem Sinne eingebracht werden kann. Sowohl bei Hydrauliköl als auch bei Motoröl in einem Verbrennungsmotor kann mitunter ein Gaseintrag nicht immer ganz vermieden werden. Dieses ist jedoch unerwünscht. Daher ist man bei Verbrennungsmotoren oder auch bei hydraulischen Aktoren bestrebt, den nicht vermeidbaren Gaseintrag möglichst gering zu halten, um den mit dem Öl gewünschten Zweck nicht zu beeinträchtigten. Bei einem Verbrennungsmotor dient das Motoröl u. a. der Schmierung der Kolben im Kolbengehäuse. Ist der Gasgehalt im Motoröl zu hoch, ist eine ordnungsgemäße Schmierung nicht mehr gewährleistet, was zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Motors führen kann. Durch den Gaseintrag im Öl reduziert sich der darin mittels einer Ölförderpumpe eingebrachte Druck. Dieses ist insbesondere bei hydraulischen Anwendung unerwünscht. Daher werden in Ölkreisläufe eingebundene Aggregate, wie beispielsweise Ölförderpumpen, daraufhin untersucht, ob und bejahendenfalls wie hoch der Gaseintrag bei einem Betrieb des Aggregats in das zu fördernde Öl ist. Untersucht wird somit das Aufschäumverhalten eines geförderten Öls in Abhängigkeit von dem jeweils eingesetzten Aggregat, beispielsweise einer Ölförderpumpe auch unter Verwendung unterschiedlicher Öle. Zum Messen des Gasgehaltes in dem Öl sind unterschiedliche Messmethoden bekannt.
Bekannte Prüfstände und Messapparaturen sind allerdings nicht ausgelegt oder geeignet, eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Öl, auf einen vorgegebenen Gasgehalt aufzuschäumen, und zwar einen definierten Gasgehalt, damit die aufgeschäumte Flüssigkeit als Fluid genutzt werden kann. Auch kann mit vorbekannten Einrichtungen keine solche Fluidmenge bereitgestellt werden, dass dieses für Drittanwendungen, beispielsweise Anwendungen im Zusammenhang mit der Untersuchung von in Kontakt mit der Flüssigkeit gelangenden Aggregaten ausreichend wäre.
US 2010/0075007 A1 offenbart ein Verfahren einer Vorrichtung für die Erzeugung von Milchschaum oder milchbasierten Getränken. Gemäß diesem Verfahren wird aus einem Milchvorratsbehältnis über eine Saugleitung mittels einer Pumpe Milch angesaugt. Stromauf der Pumpe wird in die Saugleitung Luft eingebracht, um die gewünschte Aufschäumung zu erzielen. Die Pumpe fördert das Milch-Luft-Gemisch in ein Auffangbehältnis, typischerweise eine Tasse, ein Glas oder dergleichen.
DD 222 502 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen von Schaumbeton. Diese Aufschäumvorrichtung arbeitet nach demselben Prinzip wie der Stand der Technik gemäß US 2010/0075007 A1 .
Damit liegt ausgehend von dem eingangs diskutierten Stand der Technik der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Aufschäumvorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch vorzuschlagen, mit der bzw. mit dem dem vorstehenden Wunsch Rechnung getragen werden kann.
Gelöst wird die vorrichtungsbezogene Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Aufschäumvorrichtung zum Bereitstellen eines einen vorgegebenen Gasgehalt aufweisenden Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch, wobei es sich bei der Flüssigkeit um eine aufschäumbare Flüssigkeit, etwa ein Öl, für eine das Fluid nutzende Anwendung handelt, umfassend:

- einen Behälter zur Aufnahme des benötigten Flüssigkeitsvorrates, dessen Volumen größer ist als die darin zu bevorratende Flüssigkeitsmenge,
- wenigstens eine Förderpumpe, angeschlossen mit ihrem Saugeingang an eine mit ihrem freien Ende zum Eingreifen in den in dem Behälter befindlichen Vorrat aufzuschäumender Flüssigkeit vorgesehene Saugleitung und ausgangsseitig an eine Pumpenabtriebsleitung,
- eine passiv arbeitend ausgelegte Gaszufuhr mit einer Gasansaugleitung, die in die Saugleitung mündet und in die ein bezüglich seiner Öffnungsweite ansteuerbares Gaszufuhrventil eingeschaltet ist,
- ein in die Pumpenabtriebsleitung eingeschaltetes und bezüglich seiner Öffnungsweite einstellbares Drosselventil und
- ein stromab des Drosselventils befindliches Expansionsvolumen, wobei der oberhalb des Flüssigkeitspegels befindliche Behälterraum das Expansionsvolumen ist.

Gelöst wird die verfahrensbezogene Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufschäumen einer aufschäumbaren Flüssigkeit, beispielsweise eines Öls, zum Bereitstellen eines einen vorgegeben Gasgehalt aufweisenden Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch zur Verwendung in einer das Fluid benötigenden Anwendung, bei welchem Verfahren das zum Aufschäumen verwendete Gas in eine an eine Förderpumpe angeschlossene Saugleitung eingesaugt wird, sodass die Förderpumpe ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch ansaugt und das Fluid gegen ein hinsichtlich seiner Öffnungsweite einstellbares Drosselventil fördert, welches Fluid stromabwärts des Drosselventils zur Homogenisierung der Verteilung der darin befindlichen Gasbläschen expandiert wird, bei welchem Verfahren der über die Saugleitung angesaugte Gasvolumenstrom in Abhängigkeit von dem in die Flüssigkeit einzubringenden Gasgehalt eingestellt wird, und bei welchem Verfahren die Förderpumpe mit ihrer Saugleitung Fluid aus einem Fluidvorrat fördert und das geförderte Fluid in diesen Vorrat zurückfördert, wobei das geförderte Fluid in dem Bereich oberhalb des Flüssigkeitspegels des Vorrates expandiert, und der Aufschäumprozess solange durchgeführt wird, bis der gesamte Fluidvorrat den vorgegebenen Gasgehalt aufweist.
Bei dieser Aufschäumvorrichtung - Gleiches gilt für das beanspruchte Aufschäumverfahren - wird das zum Aufschäumen der Flüssigkeit eingesetzte Gas stromaufwärts bezüglich der Förderpumpe in eine in einen Flüssigkeitsvorrat eingreifende Saugleitung eingezogen. Die Gaszufuhr ist aus diesem Grunde passiv arbeitend ausgelegt. Zum Regulieren der angesaugten Gasmenge pro geförderter Flüssigkeitsvolumeneinheit kann die Fördergeschwindigkeit bzw. das Fördervolumen pro Zeiteinheit in der Saugleitung und/oder ein in die Gasansaugleitung eingeschaltetes und bezüglich seiner Öffnungsweite ansteuerbares Gaszufuhrventil eingestellt werden. Dabei bestimmt der über die Saugleitung der Förderpumpe in die Gasansaugleitung eingebrachte Unterdruck den maximal möglichen Gasvolumenstrom, der in den in der Saugleitung strömenden Flüssigkeitsstrom eingesaugt werden kann. Diese durch die Fördergeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Saugleitung maximal mögliche zuführbare Gasvolumenstrom wird durch das bezüglich seiner Öffnungsweite einstellbare Gaszufuhrventil gedrosselt. Die Mündung der Gasansaugleitung in die Saugleitung befindet sich eine gewisse Strömungsstrecke zweckmäßigerweise mehr als 15 bis 20 cm vor dem Saugeingang der Förderpumpe. Von besonderem Vorteil dieser Aufschäumvorrichtung und entsprechend bei dem beanspruchten Verfahren ist, dass diese Saugstrecke für eine Durchmischung des zugeführten Gases in der geförderten Flüssigkeit genutzt wird. Der Zustrom des Gases an einer Position stromauf der Förderpumpe in den Flüssigkeitsstrom erzeugt Turbulenzen, was nicht nur eine Zerteilung und damit eine Größenreduzierung der eingebrachten Gasblasen zufolge hat, sondern auch zu einer gewissen Vorverteilung der Gasblasen innerhalb des Flüssigkeitsstromes sorgt. Somit erfolgt auf dieser Strecke bereits eine gewisse Homogenisierung, bevor das Flüssigkeits-Gas-Gemisch die Förderpumpe durchtritt.
Die Förderpumpe fördert bei dieser Aufschäumvorrichtung somit grundsätzlich nicht nur Flüssigkeit, sondern bereits ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch. Der Durchtritt dieses Flüssigkeits-Gas-Gemisches durch die Förderpumpe führt zu einer weiteren Homogenisierung der in der Flüssigkeit vorhandenen Gasblasen, und zwar zu einer weiteren Zerteilung und insbesondere auch zu einer weiteren Durchmischung derselben. Vorteilhaft wird für eine solche Aufschäumvorrichtung eine Pumpe eingesetzt, mit der neben dem Zweck einer Förderung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches ebenfalls eine intensive Verwirbelung des geförderten Fluids einhergeht. Für diese Zwecke sind Zahnradpumpen, insbesondere Außenzahnradpumpen zweckmäßig.
Die Förderpumpe fördert das Flüssigkeits-Gas-Gemisch gegen ein bezüglich seiner Öffnungsweite einstellbares Drosselventil, um in der Pumpenabtriebsleitung, durch die die Förderpumpe mit diesem Drosselventil verbunden ist, einen gewissen Druck aufbauen zu können. Dieses ist erforderlich, wenn der in dem Fluid bereitzustellende Gasgehalt mehr als nur wenige Prozent betragen soll, was in vielen Fällen die Regel sein dürfte. In Abhängigkeit von dem vorgegebenen Gasgehalt, der bei einer solchen Aufschäumvorrichtung in dem Fluid eingestellt werden soll, wird man das Drosselventil einrichten. Die Förderung des Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch durch das Drosselventil in der Pumpenabtriebsleitung erzeugt einen Überdruck. Dieses dient zur Vorbereitung einer gewünschten Fluidentspannung, was stromabwärts des Drosselventils vorgenommen wird, und zwar in einem Expansionsvolumen. Die Entspannung (Expansion) vorzugsweise auf sehr kurzer Förderstrecke bewirkt eine sehr intensive Homogenisierung des Fluids in Bezug auf eine Gleichverteilung der in die Flüssigkeit eingebrachten Gasbläschen und unterstützt die Ausbildung sehr feiner Gasblasen in einem sehr homogenen Größenverteilungsspektrum. Dies bedeutet, dass die große Mehrzahl der Gasbläschen in einem sehr engen Größenbereich eine gleiche oder annähernd gleiche Größe aufweisen.
Diese Aufschäumvorrichtung gewährleistet anhand ihrer ansteuerbaren Ventile - dem Gaszufuhrventil einerseits und dem einstellbaren Drosselventil andererseits -, dass der in dem bereitzustellenden Fluid enthaltene Gasgehalt eine vorgegebene Größe aufweisen kann. Eine Einstellung der Ventile kann zu diesem Zweck anhand von flüssigkeitsspezifischen Kennlinien vorgenommen werden. Insofern kann das im Expansionsvolumen befindliche oder aus diesem entnommenen Fluid in sehr engen Toleranzgrenzen einen für die gewünschte Anwendung entsprechenden Gasgehalt aufweisen. Je höher der gewünschte Gasgehalt innerhalb der Flüssigkeit ist, desto höher wird man typischerweise den in der Pumpenabtriebsleitung stromauf des Drosselventil vorgesehenen Überdruck einstellen, und zwar durch entsprechende Einstellung des Drosselventils. Das hinsichtlich seines Gasgehaltes vorbereitete Fluid kann sodann unmittelbar oder mittelbar einer Anwendung zugeführt werden.
Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich einer exakten Steuerung der eingebrachten Gasmenge in eine Fluidvolumeneinheit werden erreicht, wenn, was in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, die hydraulisch wirksame Querschnittsfläche der Gasansaugleitung 2 bis 15 %, insbesondere 2 bis 8 %, der hydraulisch wirksamen Querschnittsfläche der Saugleitung entspricht.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen der Förderpumpe und dem einstellbaren Drosselventil in die Pumpenabtriebsleitung ein Überdruckventil und/oder ein Druckmesssensor eingeschaltet sind. Das Überdruckventil dient dem Schutz der Vorrichtung und öffnet bei Erreichen eines vorgegebenen Überdruckes. Zweckmäßigerweise ist das Überdruckventil ausgelegt bzw. angeordnet, damit im Falle seiner Öffnung das nach außen strömende Fluid aufgefangen und/oder dem Flüssigkeitsvorrat wieder zugeführt wird. Ein in die Pumpenabtriebsleitung eingeschalteter Druckmesssensor dient zur Überprüfung des sich darin zu Beginn des Aufschäumvorgangs aufbauenden und anschließend darin aufgebauten Druckes.
Typischerweise verfügt die Aufschäumvorrichtung über eine Steuereinheit, mit der die Aktoren der Aufschäumvorrichtung angesteuert werden können. Bei den Aktoren handelt es sich um einen Aktor zum Betätigen des Gaszufuhrventils, einen Aktor zum Betätigen des Drosselventils und gegebenenfalls einen Aktor zum Ansteuern der Förderpumpe bezüglich ihrer Fördergeschwindigkeit und/oder ihres Fördervolumens. Eine solche Steuereinheit kann ebenfalls durch das Ausgangssignal des Druckmesssensors und/oder des Überdruckventils beaufschlagt sein. So kann in die Steuerung und in die anschließende Regelung der durch die Förderpumpe im Fluid erzeugte Druck einfließen, ebenso wie ein Öffnungssignal des Überdruckventils.
Vorzugsweise wird der in dem Fluid enthaltene Gasgehalt nach seiner Expansion erfasst. Hierüber erfolgt eine Kontrolle darüber, ob das bereitgestellte Fluid als Flüssigkeits-Gas-Gemisch den gewünschten bzw. vorgegebenen Gasgehalt aufweist oder nicht. Mit einer solchen Messeinrichtung wird somit der Ist-Gasgehalt im Fluid gemessen. Eine solche Messeinrichtung ist bezüglich ihres Ausgangssignals vorzugsweise ebenfalls an die Steuereinheit angeschlossen, sodass eine Regelung der Aktoren der Aufschäumvorrichtung vorgenommen werden kann. Die Regelung der Ventile erfolgt vorzugsweise mit einer PID-Regelung anhand von Kennlinien der geförderten Flüssigkeit, beispielsweise des geförderten Öls.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass dem Drosselventil nachgeschaltet eine Fluidtemperiereinrichtung angeordnet ist, durch die das durch das Drosselventil geförderte Fluid abgekühlt wird. Allerdings ist die Temperiereinrichtung so ausgelegt, dass mit dieser vorzugsweise nicht nur eine Abkühlung, sondern auch eine Erwärmung des Fluids vorgenommen werden kann, und zwar für den Fall, dass Fluid für die Anwendung in einer gewünschten, über der Umgebungstemperatur liegenden oder durch die Förderung des Fluids durch das Drosselventil bereitstellbaren Temperatur benötigt wird.
Die vorbeschriebene Aufschäumvorrichtung ist ein Modul, dem ein Behälter zur Aufnahme des benötigten Flüssigkeitsvorrates zugeordnet ist. Das Volumen des Inneren des Behälters ist größer als die darin zu bevorratende Flüssigkeitsmenge. Ist es dann möglich, das Innere des Behälters oberhalb des Flüssigkeitspegels als Expansionsvolumen zu nutzen. In einem solchen Fall wird das durch das Drosselventil geförderte Fluid in diesen oberhalb des Flüssigkeitspegels befindlichen Behälterraum hinein gefördert und entspannt darin quasi schlagartig. Das Ergebnis ist bei einer solchen quasi spontanen Expansion eine besondere Feinblasigkeit des Gases in einer besonders homogenen Verteilung desselben in der Flüssigkeit. In einer anderen Ausgestaltung wird das durch das Drosselventil geförderte Fluid nicht in den oberhalb des Flüssigkeitspegels befindlichen Behälterraum, sondern in die Flüssigkeit - das Fluid - hinein zurückgefördert. Eine Entspannung findet sodann in dem Fluid statt. Mithin stellt bei einer solchen Ausgestaltung der Fluidvorrat das Expansionsvolumen dar. Eine solche Rückführung des durch das Drosselventil geförderten Fluides kann sinnvoll sein, wenn ein zusätzlicher Gaseintrag infolge des Mitreißens von Gas beim Entspannen vermieden werden soll. Die durch das Drosselventil geförderte Fluid in das Behälterinnere zurückführende Leitung kann in zwei Rückführungsleistungsäste unterteilt sein, von denen einer oberhalb des Flüssigkeitspegels und der andere innerhalb der Flüssigkeit endet. Ein Wechselventil stellt sodann die Fluidwegsamkeit zwischen dem Drosselventil und dem einen oder dem anderen Rückführungsleitungsast her.
Das Zurückführen des geförderten Fluids - eines Flüssigkeits-Gas-Gemisches - in den Flüssigkeitsvorrat führt dazu, dass sukzessive der gesamte in dem Behälter befindliche Flüssigkeitsvorrat einen homogenen Gasgehalt aufweist. Zur Unterstützung der Vermischung des Fluids als Fluidvorrat in dem Behälter können geeignete, insbesondere langsam drehende Mischwerkzeuge vorgesehen sein. In vielen Fällen wird dieses jedoch nicht als erforderlich angesehen, könnte sich jedoch bei größeren Flüssigkeitsvorratsmengen anbieten. Der Fluidvorrat in dem Behälter stellt für die Nutzanwendung zugleich einen Vorlaufsammler dar. Daher verfügt ein solcher Behälter typischerweise über einen Zulaufanschluss zum Entnehmen von dem in dem Behälter bereitgestelltem Fluid und fördern des Fluids zu einer Anwendung und über einen Rücklaufanschluss zum Zurückführen von zuvor aus dem Behälter entnommenen Fluid nach Durchlaufen der Anwendung.
Wenn der Behälter allein der Aufschäumvorrichtung zugeordnet ist, ist diese Teil einer Aufschäumeinrichtung, die neben der Aufschäumvorrichtung und dem Behälter sowie einem den Behälter verschließenden Deckel weitere Aggregate und/oder Einrichtungen aufweisen kann.
Ist ein solcher Behälter vorgesehen und ist dieser mit der Aufschäumvorrichtung bestückt, kann als weiteres Modul dem Behälter bzw. der Aufschäumeinrichtung eine Messeinrichtung zugeordnet sein, mit der der aktuelle Gasgehalt in dem in dem Behälter befindlichen Fluid gemessen werden kann. Hierbei handelt es sich gemäß einer Ausgestaltung um ein weiteres Modul mit einem eigenen Messfluidkreislauf. Eine solche Auslegung der Messeinrichtung wird bevorzugt. Eine solche Messeinrichtung umfasst eine in das Fluid des Behälters reichende Messsaugleitung, ein daran angeschlossenes Messgerät zum Messen des in dem Fluid enthaltenen Gasgehaltes und eine Pumpe zum Fördern von Fluid über die Messansaugleitung über das Messgerät und zurück in den Flüssigkeitsvorrat des Behälters. Vorzugsweise ist die Pumpe zum Fördern des Messfluids in Förderrichtung des Fluids dem Messgerät nachgeschaltet, um die Gasgehaltsmessung nicht zu verfälschen. Als Pumpe für diesen Messfluidkreislauf dient vorzugsweise ebenfalls eine Zahnradpumpe, vorzugsweise eine Außenzahnradpumpe. In die Messsaugleitung kann ein Schauglas eingeschaltet sein, über das visuell die Konsistenz des Fluides beurteilt werden kann. Das Ausgangssignal des Messgerätes beaufschlagt typischerweise einen Eingang der Steuereinheit, sodass in Abhängigkeit von dem aktuellen Gasgehalt in dem Fluid im Behältervorrat auf einen oder mehrere Aktoren der Aufschäumvorrichtung Einfluss genommen werden kann, bis das Fluid den für die Anwendung vorgegebenen Gasgehalt nach einer bestimmten Betriebsdauer der Aufschäumvorrichtung enthält. Um einem in aller Regel nicht gänzlich zu vermeidenden sukzessiven Entweichen von zuvor in die Flüssigkeit eingebrachtem Gas entgegenzuwirken, wird die Aufschäumvorrichtung auch bei Erreichen des vorgegebenen Gasgehalts im Fluid weiterbetrieben, um den Gasgehalt konstant zu halten. Dieses ist für viele Anwendungen wesentlich. Mit der beschriebenen Aufschäumvorrichtung ist dieses ohne Weiteres möglich.
Durch die Kontrolle des Gasgehalts in dem Fluidvorrat ist ebenfalls der zusätzliche Gaseintrag infolge des Entspannens des Fluids in dem Inneren des Behälters als Expansionsvolumen berücksichtigt.
Ist die Aufschäumvorrichtung Teil einer Aufschäumeinrichtung, können die vorbeschriebenen Einrichtungen und Aggregate an dem Deckel des Behälters befestigt sein. Mit Entnahme des Deckels werden dann auch die von diesem in das darin befindliche Fluid bzw. die darin befindliche Flüssigkeit ragende Saugleitung mit herausgenommen. Der Behälter kann anschließend entfernt, entleert, gereinigt und neu befüllt, auch mit einer anderen Flüssigkeit, wieder an den Deckel mit dem für die Aufschäumung notwendigen Aggregaten angeschlossen werden kann. Zum Einfüllen und Auslassen von in dem Behälter befindlichen Fluid oder von Flüssigkeit kann der Behälter eine verschließbare Ablassöffnung und eine verschließbare Zulauföffnung aufweisen.
Vorteilhaft ist bei dem beschriebenen Konzept, dass nicht nur ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch als Fluid mit definiertem Gasgehalt für eine dieses Fluid nutzende Anwendung bereitgestellt werden kann, sondern dass der Gasgehalt in dem Fluid auch über eine längere Zeit, solange die Aufschäumvorrichtung läuft, aufrechterhalten werden kann. Mit einer solchen Aufschäumvorrichtung ist es möglich, in nur wenigen Minuten ein Flüssigkeitsvolumen von 20 l, was bereits eine erhebliche Nutzmenge ist, aufzuschäumen, und zwar mit einem Gasgehalt von 15 bis 20 %. Durch das Fördern von Fluid aus einem Fluid-Vorrat durch die Förderpumpe und das Zurückführen von mit Gas angereichertem Fluid in den Fluid-Vorrat kann in das Fluid ein signifikant höherer Gasgehalt eingebracht werden, als dieses nur bei einem einmaligen Fördern von Fluid durch die Aufschäumvorrichtung möglich ist. Daher sind Anwender bei Verwenden einer solchen Aufschäumeinrichtung, in dessen Behälter eine gewisse Flüssigkeits- bzw. Fluidmenge bevorratet ist, hinsichtlich des Gasgehaltes in dem Fluid nicht daran gebunden, in das Fluid, also beispielsweise ein Motoröl oder ein Hydrauliköl, den gewünschten Gasgehalt in nur einem einzigen Durchlauf durch die Aufschäumvorrichtung einzubringen. Diese beim Durchlaufen der Aufschäumvorrichtung in das Fluid einzubringende Gasmenge ist naturgemäß begrenzt, insbesondere wenn die Aufschäumvorrichtung nur aus wenigen Bestandteilen und kostengünstig ausgelegt werden soll. Somit führt in geschickter Weise das vorbeschriebene Konzept eines Fluidförderkreislaufes bei einem Betrieb der Aufschäumvorrichtung dazu, dass sich nicht nur ein Fluid mit einem sehr hohen Gasgehalt, beispielsweise 20 bis 25 % bereitgestellt werden kann, sondern dass dieses unter Ausnutzung eines allmählichen Aufbaus des Gasgehaltes in dem bereitzustellenden Fluid mit einer einfach konzipierten Aufschäumvorrichtung möglich ist. Zudem ist eine Aufrechterhaltung des Gasgehaltes, wie vorbeschrieben, möglich. Dieses wird in vielen Fällen für Anwendungen benötigt.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte 1 beschrieben. 1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch.
Die Aufschäumeinrichtung 1 umfasst einen Behälter 2, in dem eine Flüssigkeit 3, die bei dem dargestellten Beispiel ein Motoröl der Qualität 15W40 ist, bevorratet ist. Der Behälter 2 ist durch einen Deckel 4 verschlossen. Der Deckel 4 ist von dem Behälter 2 lösbar. Die zur Befestigung des Deckels 4 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Bolzen sind in der Figur der Einfachheit halber nicht gezeigt. Die Aufschäumeinrichtung 1 dient zum Bereitstellen eines Öl-Gas-Gemisches als Fluid, damit dieses mit einem definierten vorgegebenen Gasgehalt einer Anwendung, beispielsweise einem Prüfenstand, zugeführt werden kann. Zum Aufschäumen des Öls 3 verfügt die Aufschäumeinrichtung 1 über eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnete Aufschäumvorrichtung 5. In der Figur sind die der Aufschäumvorrichtung 5 zugehörigen Bestandteile durch ein gestricheltes Feld eingefasst. In Bezug auf die Aufschäumeinrichtung 1 stellt die Aufschäumvorrichtung 5 ein erstes Modul dar. Ein zweites Modul ist durch eine Messeinrichtung 6 bereitgestellt (ebenfalls gestrichelt in der Figur umrandet dargestellt). Mit diesem wird der aktuelle Gasgehalt des in dem Behälter 2 befindlichen, aufgeschäumten Öls gemessen. Nicht dargestellt ist in der Figur ein in dem Deckel 4 angeordnetes Entlüftungsventil.
Die Aufschäumvorrichtung 5 des dargestellten Ausführungsbeispiels verfügt über eine Förderpumpe 7, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Außenzahnradpumpe ist. An den Saugeingang 8 der Förderpumpe 7 ist eine Saugleitung 9 angeschlossen, die bis in das in dem Behälter 2 bevorratete Öl 3 hineinreicht. An den Ausgang 10 der Pumpe 7 ist eine Pumpenabtriebsleitung 11 angeschlossen, durch die der Pumpenausgang 10 mit einem bezüglich seiner Öffnungsweite einstellbaren Drosselventil 12 hydraulisch verbunden ist. Die Pumpe 7 fördert das angesaugte Fluid somit in die Pumpenabtriebsleitung 11 gegen das Drosselventil 12. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Drosselventil 12 ein Fluidkühler 13 nachgeschaltet. Der Fluidkühler 13 ist nach Art eines an sich bekannten Ölkühlers aufgebaut. An den Ausgang des Fluidkühlers 13 ist ein Leitungsstück 14 angeschlossen, über das das durch den Fluidkühler 13 geförderte und abgekühlte Fluid in das Innere 15 des Behälters 2 zurückgefördert wird.
In einer in der Figur nicht dargestellten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in die Rückführung des durch das Drosselventil 12 geförderten Fluids, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über das Leitungsstück 14 erfolgt, ein Abzweig angeschlossen ist, durch den das Fluid bis in die in dem Behälter befindliche Flüssigkeit zurückgeführt wird. Ein Ventil, beispielsweise ausgeführt als elektrisches Drei/Zwei-Wegeventil erlaubt eine Steuerung des zurückzuführenden Fluides in den Behälter oberhalb des Flüssigkeitsspiegels oder unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Durchaus möglich ist auch eine Aufschäumprozesssteuerung, bei der ein Teil des Fluides in den Behälterraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels und ein anderer Teil unterhalb des Flüssigkeitsspiegels zurückgefördert wird.
Ein Zurückführen des Fluides in das Innere 15 des Behälters 2 führt aufgrund der quasi explosionsartigen Entspannung zu einem Mitreißen von in den Behälter 2 befindlichem Gas (typischerweise Umgebungsluft), sodass auf diese Weise der Gaseintrag in das Fluid erhöht wird. Bei Fluiden, die nur einen sehr geringen Gasgehalt aufweisen sollen, beispielsweise 1 % bis 3 %, möchte man diesen zusätzlichen Gaseintrag nicht herbeiführen, weshalb dann die Fluidrückführung über den Rückführungsleitungsast erfolgt, der unterhalb des Spiegels in dem Fluid mündet. Auch an dieser Stelle erfolgt eine Entspannung, jedoch ohne zusätzlichen Gaseintrag in das Fluid.
In die Pumpenabtriebsleitung 11 sind stromauf des Drosselventils 12 ein Überdruckventil 16 und ein Drucksensor 17 eingeschaltet.
Die Aufschäumvorrichtung 5 umfasst neben den vorbeschriebenen Komponenten zudem eine passiv arbeitend ausgelegte Gaszufuhr 18, über die ein Gas, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Umgebungsluft, wie bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel angedeutet, in die Saugleitung 9 eingesaugt werden kann. Die Gaszufuhr 18 weist eine Gasansaugleitung 19 und ein in die Gasansaugleitung 19 eingeschaltetes, hinsichtlich seiner Öffnungsweite ansteuerbares Gaszufuhrventil 20 auf. Die Gaszufuhrleitung 19 mündet stromauf des Saugeinganges 8 der Förderpumpe 7 in die Saugleitung 9 in ein T-Anschlussstück 21. Die hydraulisch wirksame Querschnittsfläche der Saugleitung 9 und der Gasansaugleitung 19 sind aufeinander abgestimmt, damit bei einem Betrieb der Förderpumpe 7, bei dem Öl 3 über die Saugleitung 9 angesaugt wird, zugleich Luft (Gas) über die Gasansaugleitung 19 angesaugt werden kann. Die hydraulisch wirksame Querschnittsfläche der Gasansaugleitung 19 hat aufgrund ihrer Querschnittsdimensionierung jedoch einen hinreichend hohen Strömungswiderstand, dass bei einem Betrieb der Förderpumpe 7 der in der Saugleitung 9 aufgebaute Unterdruck ausreicht, das in dem Behälter 2 befindliche Öl 3 anzusaugen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisende Saugleitung 9 einen Innendurchmesser von 15 mm auf, während der Innendurchmesser der ebenfalls mit kreisförmiger Querschnittsfläche ausgeführten Gasansaugleitung 19 einen Innendurchmesser von etwa 2,4 mm aufweist. Zweckmäßig ist die Auslegung der hydraulisch wirksamen Querschnittsfläche der Gasansaugleitung 19 derart, dass diese vorzugsweise nicht größer als 10 bis 15 % der hydraulisch wirksamen Querschnittsfläche der Saugleitung 9 ist. Dieses sollte jedoch nicht kleiner als 1,75 % sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die diesbezügliche Querschnittsfläche der Gasansaugleitung 19 etwa 2,5 % derjenigen der Saugleitung 9.
Die Aufschäumvorrichtung 5 wird typischerweise mit einem Fördervolumen von 10 bis 15 l/min betrieben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Förderleistung von 12 l/min vorgesehen. Ein höheres Fördervolumen erhöht Störeinflüsse auf den Gaseintrag. Ist ein höheres Fördervolumen gewünscht, können zwei oder mehr Aufschäumvorrichtungen, die aus ein- und demselben Flüssigkeits- bzw. Fluidvorrat fördern, parallel zueinander betrieben werden.
Die Aufschäumvorrichtung 5 ist mit ihren vorbeschriebenen Bestandteilen in nicht näher dargestellten Art und Weise an dem den Behälter 2 verschließenden Deckel 4 befestigt. Die Anordnung der einzelnen Komponenten ist in der Figur schematisiert gezeigt. Es versteht sich, dass die einzelnen Komponenten der Aufschäumvorrichtung 5 teilweise auch unterhalb des Deckels 4 angeordnet sein können.
Eine elektronische Steuereinheit 22 dient zum Steuern der Aufschäumvorrichtung 5 und, wenn die Messeinrichtung 6 ebenfalls an die Steuereinheit 22 angeschlossen ist, zur Regelung des Gasgehaltes in dem aufzuschäumenden Öl 3. Zu diesem Zweck sind die Förderpumpe 7, das Drosselventil 12 sowie das Gaszufuhrventil 20 an die Steuereinheit 22 angeschlossen.
Das Drosselventil 12 und das Gaszufuhrventil 20 verfügen jeweils über einen in der Figur nicht dargestellten elektrischen Stellaktor, über den die Öffnungsweite des jeweiligen Ventils 12, 20 verstellt werden kann. Somit kann durch die Steuereinheit 22 die Öffnungsweite dieser beiden Ventile 12, 20 eingestellt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch die Förderpumpe 7 an die Steuereinheit 22 angeschlossen und kann durch diese hinsichtlich ihrer Fördergeschwindigkeit eingestellt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Außenzahnradpumpe mit einem Elektromotor angetrieben. Durchaus möglich ist auch ein anderer Antrieb der Förderpumpe ebenso wie ein Antrieb derselben unter Zwischenschaltung eines Getriebes. Teil der Steuereinheit 22 ist eine Kommunikationsschnittstelle, über die auf die Steuereinheit 22 benutzerseitig zugegriffen werden kann. Angeschlossen an die Steuereinheit 22 sind ebenfalls das Überdruckventil 16 sowie der Drucksensor 17, so dass die Steuereinheit 22 auch von diesen beiden Komponenten Signale erhält.
Ein Betrieb der Aufschäumvorrichtung 5 ist grundsätzlich auch ungeregelt möglich. Die Einstellung der Förderpumpengeschwindigkeit sowie der Öffnungsweiten der Ventile 12, 20 wird bei einer solchen Verfahrensführung anhand von zuvor erfassten Kennlinien bzw. Kenngrößen der aufzuschäumenden Flüssigkeit, hier: des Öls 3, eingestellt, um einen vorgegebenen Gasgehalt in die Flüssigkeit einzubringen. Diese Voreinstellung kann während des Aufschäumprozesses geändert werden.
Eine gewisse Regelung des Aufschäumvorganges ist bei einem Betrieb der Aufschäumvorrichtung 5 bereits mit der Aufschäumvorrichtung 5 und somit auch ohne Messeinrichtung 6 möglich, da mit dem Drucksensor 17 der in der Pumpenabtriebsleitung herrschende Druck erfasst werden kann. Bei konstanter Fördergeschwindigkeit der Förderpumpe 7 und gleichbleibender Einstellung der Ventile 12, 20 sinkt der Druck in der Pumpenabtriebsleitung 11 mit zunehmendem Gasgehalt in dem geförderten Fluid. Somit gibt der in der Pumpenabtriebsleitung 11 erfasste Druck bzw. der sich über die Zeit mit zunehmendem Gasgehalt ändernde Druck ein Maß für den Gasgehalt in dem Fluid. Zwar ist eine solche Erfassung des Gasgehaltes in dem Fluid nicht übermäßig genau. Dennoch kann auf diese Weise eine gewisse Regelung des Aufschäumprozesses beim Betrieb der Aufschäumvorrichtung 5 erfolgen. Dieses kann beispielsweise zu einer Regelung führen, bei der bei sinkendem Druck in der Pumpenabtriebsleitung 11 und unveränderter Ventilstellung des Gaszufuhrventils 20 entweder die Fördergeschwindigkeit der Förderpumpe 7 erhöht und/oder die Öffnungsweite des Drosselventils 12 reduziert wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitet die Aufschäumvorrichtung 5 in einem Kreislauf, in dem Öl 3 aus dem Ölvorrat in dem Behälter 2 über die Saugleitung 9 gefördert, mit Luft vermengt und über das Leitungsstück 14 zurück in das Innere 15 des Behälters 2 gefördert wird. Auf diese Weise wird in den ursprünglich gasfreien Ölvorrat aufgeschäumtes Öl-Gas-Gemisch als Fluid eingebracht, sodass nach einer gewissen Betriebsdauer der Aufschäumvorrichtung 5 der gesamte, in dem Behälter 2 befindliche Ölvorrat mit dem vorgegebenen Gasgehalt aufgeschäumt ist. Das Aufschäumen des Öls 3 zu dem Fluid mit dem gewünschten Gasgehalt erfolgt bei diesem Kreislaufprinzip durch sukzessives Fördern zunächst von gasfreiem Öl 3 (bei dem Einschalten der Aufschäumvorrichtung 5) und anschließend eines Öl-Gas-Gemisches - dem Fluid -, in das über die Betriebsdauer zunehmend mehr Gas eingebracht wird. Auf diese Weise wird der Gasgehalt in dem in dem Behälter 2 bevorrateten Fluid sukzessive erhöht, bis der gewünschte, vorgegebene Gasgehalt erreicht ist. Der Aufschäumprozess ist dabei derart gesteuert, dass der Gaseintritt in das geförderte Fluid hoch genug ist, dass sich das gewünschte Aufschäumergebnis in hinreichend kurzer Zeit einstellt, jedoch ohne notwendigerweise hierfür besonders aufwendige und kostenträchtige Aggregate verwenden zu müssen, durch die ein besonders hoher Gasgehalt zwischen dem in der Saugleitung 9 angesaugten Fluid und dem in der Pumpenabtriebsleitung 11 geförderten Fluid bereitgestellt werden müsste.
Bei der Aufschäumvorrichtung 5 hat sich überraschend gezeigt, dass durch die Beabstandung der Mündung der Gasansaugleitung 19 in die Saugleitung 9 von dem Saugeingang 8 nicht nur die Gaszufuhr 18 passiv arbeitend ausgelegt werden kann, so dass die Gaszufuhr mit einfachen Mitteln realisiert werden kann, sondern dass durch die Strömungsstrecke des in der Saugleitung 9 geförderten Fluids bis zum Saugeingang 8, einhergehend mit den entstehenden Turbulenzen, bereits eine erste Zerteilung der Gasblasen in dem Fluid eintritt. Der relativ große Unterschied in den hydraulisch wirksamen Querschnittsflächen der Saugleitung 9 und der Gasansaugleitung 19, wobei die Saugleitung 9 diesbezüglich um ein Vielfaches größer ist, lässt im Mündungsbereich der Gasansaugleitung 19 in die Saugleitung 9 Turbulenzen in dem Fluid entstehen. Eine weitere Gasblasenhomogenisierung hinsichtlich ihrer Größe und ihrer Verteilung in der Flüssigkeit bzw. dem Fluid erfolgt in der Förderpumpe 7. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich für diese Zwecke Zahnradpumpen und insbesondere eine Außenzahnradpumpe, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Förderpumpe 7 vorgesehen ist, für eine Homogenisierung des Gaseintrages besonders geeignet sind. Ein weiterer Homogenisierungseffekt, der zugleich eine signifikante Gasblasenzerteilung zufolge hat, ist die Entspannung des geförderten Fluids am Ausgang des Leitungsstückes 14, wenn das Fluid in das Innere 15 des Behälters 2 eintritt und sodann quasi spontan entspannt wird. Die Entspannung des Fluids erfolgt aufgrund des Druckunterschiedes quasi spontan mit dem Ergebnis, dass das Fluid - das Öl-Gas-Gemisch - eine sehr homogene Verteilung besonders kleiner Gasbläschen enthält. Aufgrund des vorbeschriebenen Förderkreislaufes durch die Aufschäumvorrichtung 5 wird durch das wiederholte Ansaugen von bereits aufgeschäumten Öl 3 (Fluid) und Fördern desselben durch die Aufschäumvorrichtung 5 bei gleichzeitig neuem Gaseintritt die Homogenisierung weiter vorangetrieben. Auch dieses begründet die besondere Qualität des bereitzustellenden Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch, welches in dem Behälter 2 für eine Anwendung bereitgestellt und bevorratet wird.
Die als zweites Modul der Aufschäumvorrichtung 1 vorgesehene Messeinrichtung 6 umfasst eine Messsaugleitung 23, die mit ihrem freien saugseitigen Ende in das Fluid 3 hineinreicht, und ein in die Messsaugleitung 23 eingeschaltetes Gasgehaltsmessgerät 24. Zum Zuführen von Fluid über die Messsaugleitung 23 zu dem Gasgehaltsmessgerät 24 dient eine Pumpe 25. Die Pumpe 25 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls als Außenzahnradpumpe konzipiert. Das über die Messsaugleitung 23 angesaugte Fluid wird von der Pumpe 25 über eine Rückführleitung 26 in den Behälter 2 hinein zurückgefördert. In die Messsaugleitung 23 ist zudem, dem Messgerät 24 vorgeschaltet, ein Schauglas 27 eingeschaltet. Über dieses kann die Konsistenz des im Behälter 2 befindlichen Fluids - dem bereits aufgeschäumten Öl-Gas-Gemisch - visuell oder auch mit einem optischen Erfassungssystem kontrolliert werden.
Bei dem Gasgehaltsmessgerät 24 handelt es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um ein solches, welches den Gasgehalt in dem Fluid, hier: dem Öl 3, über die elektrische Leitfähigkeit des geförderten Fluids erfasst. Ein solches Gasgehaltsmessgerät ist in DE 199 47 391 A1 der Anmelderin beschrieben. Durch diese explizite Bezugnahme auf das in dem vorgenannten Dokument beschriebene Messgerät und dessen Betriebsweise wird der Inhalt dieses Dokumentes zugleich zum Inhalt dieser Ausführungen gemacht. Dieses Gasgehaltsmessgerät 24 hat sich in der Praxis bewährt, insbesondere bezüglich seiner Messgenauigkeit und der Verlässlichkeit der ermittelten Gasgehaltsdaten. Anstelle eines solchen Gasgehaltsmessgerätes kann selbstverständlich auch ein anderes Messgerät eingesetzt werden, welches geeignet und ausgelegt ist, den in dem über die Messsaugleitung 23 angesaugten Fluid vorhandenen Gasgehalt zu erfassen. Das Gasgehaltsmessgerät 24 ist an die Steuereinheit 22 angeschlossen, ebenso wie die Pumpe 25. Während des Aufschäumvorganges kann die Pumpe 25 kontinuierlich betrieben werden, um kontinuierlich oder auch in einem bestimmten Takt den Gasgehalt in dem über die Messsaugleitung 23 geförderten Fluid zu erfassen. Die Pumpe 25 ist dem Gasgehaltsmessgerät 24 nachgeschaltet, um Verfälschungen in der Erfassung des Gasgehaltes durch einen möglichst zusätzlichen Eindrang von Gas durch die Pumpe 25 zu vermeiden.
Durch Erfassen des in dem Fluidvorrates in dem Behälter 2 enthaltenen Gasgehaltes erfolgt eine Kontrolle des aktuellen Gasgehaltes des Fluides. Das Ausgangssignal des Gasgehaltsmessgerätes 24 wird von der Steuereinheit 22 ausgewertet. In Abhängigkeit von flüssigkeitsbezogenen Kennlinien erfolgt sodann die Einstellung bzw. Regelung der Aktoren der Aufschäumvorrichtung 5. Typischerweise wird die Förderpumpe 7 mit konstanter Leistung betrieben, während das Drosselventil 12 und das Luftzufuhrventil 20 in Abhängigkeit von dem aktuellen Gasgehalt in dem Fluid entsprechend angesteuert werden. Die Ventile 12, 20 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel PID-geregelt.
Ein Aufschäumprozess unter Verwendung der Aufschäumeinrichtung 1 bzw. der Aufschäumvorrichtung 5 beginnt mit einer voreingestellten Stellung der Ventile 12, 20. Diese Voreinstellung ist abhängig von der aufzuschäumenden Flüssigkeit. Bei der Voreinstellung ist das Gaszufuhrventil 20 zunächst geschlossen oder zumindest weitgehend geschlossen, damit in die zunächst noch leere Saugleitung 9 Öl 3 als aufzuschäumende Flüssigkeit bei dem dargestellten Beispiel durch den Betrieb der Förderpumpe 7 angesaugt wird. Wenn ein gewisser Ölfluss in der Saugleitung 9 vorliegt, wird das Gaszufuhrventil 20 entsprechend einer vorgegebenen Regelkurve geöffnet. Das Drosselventil 12 befindet sich in einer vorgegebenen Stellung, um in der Pumpenabtriebsleitung 11 bei einem Betrieb der Förderpumpe 7 einen durch eine Kenngröße vorgegebenen Gegendruck aufzubauen. Das Drosselventil 12 kann mit zunehmendem Gasgehalt in dem Fluid bezüglich seiner Öffnungsweite reduziert werden, um auf diese Weise sukzessive in das Fluid einen höheren Gasgehalt einzubringen. Der vorbeschriebene Förderkreislauf führt zu einem sukzessiv höheren Gasgehalt in dem geförderten Fluid. Typischerweise wird mit zunehmend höher gewünschtem Gasgehalt in dem Fluid das Drosselventil 12 hinsichtlich seiner Öffnungsweite reduziert, wodurch der Druck in der Pumpenabtriebsleitung 11 erhöht wird. Über die Regelung durch die Steuereinheit 22 kann der Aufschäumprozess des Öls 3 nicht nur durch eine Veränderung der Öffnungsweite des Drosselventils 12, sondern auch durch eine Änderung der Öffnungsstellung des Gaszufuhrventils 20 beeinflusst werden. Auch ist die Förderleistung der Förderpumpe 7 beeinflussbar.
Um das hinsichtlich seines vorgegebenen Gasgehaltes bereitgestellte Fluid aus dem Behälter 2 einer Anwendung zugänglich zu machen, ist an diesen ein Zapfanschluss 28 zum Abziehen von Fluid aus dem Behälter 2 zu einer Anwendung ebenso zugeordnet, wie ein Rücklaufanschluss 29, über den das von der Anwendung zurückgeführte Fluid in den Behälter 2 zurückgeführt wird. Diese Anschlüsse 28, 29 sind mit entsprechenden Schnellkupplungen ausgestattet.
Zur Aufrechterhaltung des vorgegebenen Gasgehaltes in dem Fluidvorrat in dem Behälter 2 wird die Aufschäumvorrichtung 5 auch während des Betriebs der Anwendung betrieben.
Um einer Entgasung des in dem Behälter 2 befindlichen Fluids entgegenzuwirken, kann die Aufschäumeinrichtung 1 dergestalt betrieben werden, dass in dem Inneren 15 des Behälters 2 ein gewisser Überdruck herrscht.
In den Ausführungsbeispielen ist eine Außenzahnradpumpe als Förderpumpe für das aufzuschäumende Fluid beschrieben worden. An dieser Stelle könnte auch eine andere Pumpe, insbesondere eine volumenstromgeregelte Pumpe eingesetzt werden. Durchaus möglich ist auch das Hintereinanderschalten mehrerer Pumpen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde Umgebungsluft als Gas verwendet, um die aufzuschäumende Flüssigkeit - das Öl 3 - aufzuschäumen. Anstelle von Umgebungsluft kann auch jedes andere Gas verwendet werden. Ebenfalls ist es möglich, ein Gasgemisch zur Aufschäumung zu verwenden oder unterschiedliche Gase getaktet nacheinander durch die Saugleitung ansaugen zu lassen.
Der Behälter 2 der Aufschäumeinrichtung 1 kann beheizt sein. Dieses ist möglich durch Anordnen eines Heizelementes in dem Flüssigkeitsvorrat des Behälters. Durchaus möglich ist eine Erwärmung des in dem Behälter befindlichen Fluids auch unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers.
Wenn der Fluidvolumenstrom, der aufgeschäumt werden soll, hoch sein soll, kann eine solche Aufschäumeinrichtung auch zwei oder mehr parallel arbeitende Aufschäumvorrichtungen der beschriebenen Art aufweisen. Diese können das Fluid mit demselben Gas, beispielsweise Umgebungsluft oder auch unterschiedlichen Gasen aufschäumen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten die Erfindung umsetzen zu können, ohne dass dieses im Einzelnen im Rahmen dieser Ausführungen näher dargelegt werden müsste.
Bezugszeichenliste

1: Aufschäumeinrichtung
2: Behälter
3: Öl
4: Deckel
5: Aufschäumvorrichtung
6: Messeinrichtung
7: Förderpumpe
8: Saugeingang
9: Saugleitung
10: Ausgang
11: Pumpenabtriebsleitung
12: Drosselventil
13: Fluidkühler
14: Leitungsstück
15: Innere des Behälters
16: Überdruckventil
17: Drucksensor
18: Gaszufuhr
19: Gasansaugleitung
20: Gaszufuhrventil
21: T-Anschlussstück
22: Steuereinheit
23: Messsaugleitung
24: Gasgehaltsmessgerät
25: Pumpe
26: Rückführleitung
27: Schauglas
28: Zapfanschluss
29: Rücklaufanschluss

Claims

Aufschäumvorrichtung zum Bereitstellen eines einen vorgegebenen Gasgehalt aufweisenden Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch, wobei es sich bei der Flüssigkeit um eine aufschäumbare Flüssigkeit, etwa ein Öl (3), für eine das Fluid nutzende Anwendung handelt, umfassend: - einen Behälter (2) zur Aufnahme des benötigten Flüssigkeitsvorrates, dessen Volumen größer ist als die darin zu bevorratende Flüssigkeitsmenge, - wenigstens eine Förderpumpe (7), angeschlossen mit ihrem Saugeingang (8) an eine mit ihrem freien Ende zum Eingreifen in den in dem Behälter (2) befindlichen Vorrat aufzuschäumender Flüssigkeit vorgesehene Saugleitung (9) und ausgangsseitig eine Pumpenabtriebsleitung (11), - eine passiv arbeitend ausgelegte Gaszufuhr (18) mit einer Gasansaugleitung (19), die in die Saugleitung (9) mündet und in die ein bezüglich seiner Öffnungsweite ansteuerbares Gaszufuhrventil (20) eingeschaltet ist, - ein in die Pumpenabtriebsleitung (11) eingeschaltetes und bezüglich seiner Öffnungsweite einstellbares Drosselventil (12) und - ein stromab des Drosselventils (12) befindliches Expansionsvolumen (15), wobei der oberhalb des Flüssigkeitspegels befindliche Behälterraum das Expansionsvolumen (15) ist.
Aufschäumvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasansaugleitung (19) eine hydraulisch wirksame Querschnittsfläche aufweist, die 2% - 8% der hydraulisch wirksamen Querschnittsfläche der Saugleitung (9) beträgt.
Aufschäumvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Förderpumpe (7) eine Zahnradpumpe, insbesondere eine Außenzahnradpumpe ist.
Aufschäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Pumpenabtriebsleitung (11) zwischen der Förderpumpe (7) und dem Drosselventil (12) stromauf des Drosselventils (12) ein Überdruckventil (16) und/oder ein Druckmesssensor (17) eingeschaltet sind.
Aufschäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drosselventil (12) in Förderrichtung des Fluids ein Fluidtemperierer (13) nachgeschaltet ist.
Aufschäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter (2) eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des darin bevorrateten Fluids angeordnet ist.
Aufschäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Behälter (2) eine Messeinrichtung (6) zum Messen des Gasgehaltes des in dem Behälter (2) bevorrateten Fluids angeschlossen ist.
Aufschäumvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (6) eine in das Fluid reichende Messsaugleitung (23), ein daran angeschlossenes Messgerät (24) und eine Pumpe (25) zum Zuführen von Fluid an das Messgerät (24) aufweist, wobei die Messsaugleitung (23), das Messgerät (24) und die Pumpe (25) in Strömungsrichtung des durch die Messsaugleitung (23) geförderten Fluids in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
Aufschäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Behälter (2) ein Zulaufanschluss (28) zum Entnehmen von in dem Behälter (2) bereitgestelltem Fluid zu einer Anwendung und ein Rücklaufanschluss (29) zum Zurückführen von zuvor aus dem Behälter (2) entnommenem Fluid angeschlossen sind.
Aufschäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszufuhrventil (20) und das Drosselventil (12) über jeweils einen eigenen Aktor ansteuerbar und diese Aktoren an eine den Aufschäumprozess steuernde Steuereinheit (22) angeschlossen und durch diese angesteuert sind.
Aufschäumvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auch die zumindest eine Pumpe (7) an die Steuereinheit (22) zum Beeinflussen ihrer Fördergeschwindigkeit und/oder ihres Fördervolumens angeschlossen ist.
Aufschäumvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Messgerätes (24) zum Erfassen des Gasgehaltes in dem Fluid an die Steuereinheit (22) angeschlossen ist.
Aufschäumvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschäumvorrichtung (5), die Messeinrichtung (6) und gegebenenfalls der Fluidtemperierer (13) auf bzw. an einem den Behälter (2) verschließenden Deckel (4) gehalten sind.
Verfahren zum Aufschäumen einer aufschäumbaren Flüssigkeit, beispielsweise eines Öls (3) zum Bereitstellen eines einen vorgegeben Gasgehalt aufweisenden Fluids als Flüssigkeits-Gas-Gemisch zur Verwendung in einer das Fluid benötigenden Anwendung, bei welchem Verfahren das zum Aufschäumen verwendete Gas in eine an eine Förderpumpe (7) angeschlossene Saugleitung (9) eingesaugt wird, sodass die Förderpumpe (7) ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch ansaugt und das Fluid gegen ein hinsichtlich seiner Öffnungsweite einstellbares Drosselventil (12) fördert, welches Fluid stromabwärts des Drosselventils zur Homogenisierung der Verteilung der darin befindlichen Gasbläschen expandiert wird, bei welchem Verfahren der über die Saugleitung (9) angesaugte Gasvolumenstrom in Abhängigkeit von dem in die Flüssigkeit bzw. das Fluid einzubringenden Gasgehalt eingestellt wird, und bei welchem Verfahren die Förderpumpe (7) mit ihrer Saugleitung (9) Fluid aus einem Fluidvorrat fördert und das geförderte Fluid in diesen Vorrat zurückfördert, wobei das geförderte Fluid in dem Bereich oberhalb des Flüssigkeitspegels des Vorrates expandiert, und der Aufschäumprozess solange durchgeführt wird, bis der gesamte Fluidvorrat den vorgegebenen Gasgehalt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgehalt in dem expandierten Fluid gemessen wird und in Abhängigkeit von dem festgestellten Gasgehalt der über die Saugleitung (9) angesaugte Gasvolumenstrom anhand eines vorgegebenen Regelalgorithmus eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der angesaugte Gasvolumenstrom über ein in eine Gasansaugleitung (19) eingeschaltetes, durch einen Aktor ansteuerbares Gaszufuhrventil (20) eingestellt wird, wobei dieses Gaszufuhrventil (20) hinsichtlich seiner Öffnungsweite PID-geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem in dem Fluid festgestellten Gasgehalt das hinsichtlich seiner Öffnungsweite einstellbare Drosselventil (12) eingestellt wird, wobei dieses Drosselventil (12) hinsichtlich seiner Öffnungsweite PID-geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Förderpumpe (7) geförderte Fluid dem Drosselventil (12) nachgeschaltet temperiert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verwendung des Fluids dieses aus dem Fluidvorrat abgezogen, der Anwendung zugeführt und anschließend in den Fluidvorrat zurückgefördert wird.