DE10217927B4

DE10217927B4 - Einrichtung zur Erzeugung eines Aerosols

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Publication number: DE10217927B4
Application number: DE10217927A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: DE10217927A1

Abstract

Einrichtung zur Erzeugung eines Aerosols aus einem Gas, vorzugsweise Luft, und einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, durch Verwirbelung in mindestens einer in einem Aerosol-Druckbehälter (1) angeordneten Verwirbelungsdüse (5) und einer Differenzdruck-Fühleinrichtung (22), die die Differenz des Druckes in der Leitung (16) zur Zuführung des Gases und des Druckes in dem Aerosol-Druckbehälter (1) ermittelt und in Abhängigkeit davon die Zufuhr des Gases zu der Verwirbelungsdüse (5) ein- oder ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aerosol-Druckbehälter (1) eine Mehrzahl (4) von Verwirbelungsdüsen (5) vorgesehen ist, die voneinander unabhängig über Ventile (21) ansteuerbar sind, und dass eine Steuereinheit (18) aus dem Messsignal der Differenzdruck-Fühleinrichtung (22) eine solche Zusammenstellung der Verwirbelungsdüsen (5) ermittelt und diese ansteuert, dass der Druck im Aerosol-Druckbehälter (1) ohne Drosselung der Verwirbelungsdüsen (5) auf einem angestrebten Niveau gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines Aerosols aus einem Gas, vorzugsweise Luft, und einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, durch Verwirbelung in mindestens einer in einem Aerosol-Druckbehälter angeordneten Düse und mit einer Differenzdruck-Fühleinrichtung, die die Differenz des Druckes in der Leitung zur Zuführung des Gases und des Druckes in dem Aerosol-Druckbehälter ermittelt und in Abhängigkeit davon die Zufuhr des Gases zu der Düse ein- oder ausschaltet.

Eine derartige Einrichtung ist bereits vorgeschlagen worden ( DE 101 39 950 A1 ). Das erzeugte Aerosol steht im Aerosol-Druckbehälter über einem Flüssigkeitsspiegel mit einem bestimmten Druck zur Verfügung z.B. zum Schmieren und Kühlen von spanenden Werkzeugen in Dreh- oder Fräsmaschinen. Bei der genannten Vorrichtung dient die Differenzdruck-Fühlrichtung dazu, die Zufuhr von Öl und die Zufuhr von unter Druck stehender Luft abzuschalten, wenn der Differenzdruck einen bestimmten Mindestwert unterschreitet. Diese Einrichtung ist aber nicht in der Lage, Schwankungen der Druckluftversorgung auszuregeln. Sie ist ferner instabil. So hat sich gezeigt, dass der Behälterinnendruck bei geringer Entnamevolumina um etwa 1,5 bar schwanken kann, so dass er zwischen 2,5 bar und 4 bar liegt. Diesen Schwankungen unterliegt dann aber auch die dem Verbraucher zugeführte Aerosolmenge. Das ist unerwünscht.

Die optimale Versprühwirkung einer Verwirbelungsdüse, bei der Aerosol mit minimaler Teilchengröße erzeugt wird, hängt von der Bauart der Verwirbelungsdüsen ab und wird bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit der Verwirbelungsluft bzw. einem bestimmten Luftdurchsatz erreicht. Bei der oben genannten Vorrichtung arbeitet die Verwirbelungsdüse gegen den Innendruck des Aerosol-Druckbehälters. Somit wird der Luftdurchsatz von der Druckdifferenz zwischen zugeführter Druckluft und Innendruck des Aerosol-Druckbehälters bestimmt, ändert sich also mit dieser. Es hat sich nun gezeigt, dass bei der oben genannten Vorrichtung, insbesondere bei stark schwankender Entnahme von Aerosol, die Verwirbelungsdüse sehr oft nicht in ihrem optimalen Bereich, der bspw. bei einer Druckdifferenz von etwa 2 bar liegt, arbeitet. Das führt dann dazu, dass das erzeugte Aerosol nicht die angestrebte minimale Teilchengröße aufweist. Es besteht dann die Gefahr, dass es sich auf dem Weg zur Einsatzstelle zum Teil entmischt. Das hat zur Folge, dass sich. Flüssigkeit in den Leitungen niederschlägt, in Leitungssenken die Strömung des Aerosols absperrende Tropfen bildet und an der Einsatzstelle nicht oder nicht in der erforderlichen Menge zur Verfügung steht.

Der Erfindung war demgemäß die Aufgabe gestellt, eine Möglichkeit anzugeben, mit der in allen Betriebsbedingungen des Aerosolgerätes optimales Aerosol erzeugbar ist. Sie löst diese Aufgabe dadurch, daß eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen wird, die somit ein Register hinsichtlich ihres optimalen Durchsatzvolumens abgestufter, unabhängig voneinander einzeln oder gemeinsam betreibbarer Verwirbelungsdüsen vorsieht und die ungedrosselte Beaufschlagung der Verwirbelungsdüsen mit Druckluft durch Ventile steuert. Damit wird der Vorteil erreicht, daß

– über die Steuervorrichtung jeweils nur diejenige Verwirbelungsdüse oder -düsen in Betrieb setzbar ist/sind, durch deren Durchsatzvofumen der angestrebte Innendruck im Druckbehälter auch bei wechselnder Entnahme von Aerosol aufrecht erhalten wird, die Verwirbelungsdüsen also stets bei zumindest annähernd optimaler Druckdifferenz arbeiten,
– die Verwirbefungsdüsen stets mit dem vollen Versorgungsdruck der Druckluft beaufschlagt werden und demgemäß stets in ihrem optimalen Arbeitsbereich arbeiten und optimales Aerosol mit geringster Teilchengröße erzeugen.

Die Figur der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Aerosolvorrichtung.
Kernstück der Vorrichtung zum Erzeugen von Aerosol ist ein Aerosol-Druckbehälter 1, der bis zu einer gewissen Höhe mit dem flüssigen Medium 2, vorzugsweise Öl, gefüllt ist, aus der das Aerosol hergestellt werden soll. In dem Raum 3 über dem Flüssigkeitsspiegel ist, ein Register 4 von Verwirbelung-(Venturi-, Injektor-)düsen 5 angeordnet, in denen unter Zufuhr von Druckgas, vorzugsweise Druckluft, das Medium zu feinen Tröpfchen verwirbelt wird, die vom Druckgas getragen werden und das Aerosol bilden. Im dargestellten Beispiel besteht das Register 4 aus fünf Verwirbelungsdüsen 5 – es versteht sich, daß es auch aus weniger oder mehr Düsen bestehen kann.
Der Aerosol-Druckbehälter 1 kann einen Füllstandsfühler 6 aufweisen, der bei einem Absinken des Medium-Spiegels im Druckbehälter über eine Steuervorrichtung 7 einen Motor 8 einschaltet, der über eine Pumpe 9 Medium aus einem Vorratsbehälter 10 in den Druckbehälter fördert.
Das Register 4 von Verwirbelungsdüsen 5 besteht aus Düsen unterschiedlichen, auf den optimalen Arbeitspunkt der Düsen bezogenen Nenn-Durchsatzvolumens. Die Nenn-Durchsatzvolumina der Düsen entsprechen vorzugsweise einer geometrischen Folge, sie stehen bspw. im Verhältnis 1:2:4:8:16. Mit diesem Register 4 von Verwirbelungsdüsen 5 können durch Zu- oder Abschalten von Düsen 31 Stufen von Erzeugungsvolumina des Aerosols eingestellt werden.
Das Medium wird aus dem Aerosol-Druckbehälter 1 über eine Zuleitung 11, in der ein Durchflußmesser 12 angeordnet sein kann, durch die Injektorwirkung der Verwirbelungsdüsen 5 in der jeweils benötigten Menge angesaugt. Der Zufluß von Medium wird also in der Regel nicht gedrosselt, die Verwirbelungsdüsen saugen die für ihre Verwirbelungsarbeit optimale Mediummenge selbst und selbstregulierend an.
Die benötigte Druckluft kann von einer Druckquelle 15 über eine Druckluftleitung 16 zugeführt werden, die hier durch einen Motor 13 und eine Pumpe 14 angedeutet ist. Meist ist jedoch ein Druckluftnetz vorhanden, aus dem die Aerosolvorrichtung gespeist wird.
Eine Steuervorrichtung 17 enthält eine Steuereinheit 18, mittels der über Steuerleitungen 19 eine Batterie 20 gesonderter und getrennt steuerbarer, gleichartiger 2/2-Wegeventile 21 beaufschlagbar ist. Die Steuereinheit 18 wird ihrerseits von einer Differenzdruck-Vorrichtung 22 beaufschlagt, die über Leitungen 23 mit einem mit dem Inneren des Druckbehälters 1 in Verbindung stehenden Druckfühler 24 und einem mit der Druckluftleitung 16 in Verbindung stehenden Druckfühler 25 verbunden ist. Die Steuereinheit 18 enthält einen Steuerungs-Algorithmus, mittels dessen aus dem Meßsignal der Differenzdruck-Vorrichtung 22, also der Druckdifferenz zwischen der Druckluftleitung 16 und dem Druckbehälter 1 diejenige Zusammenstellung in ihrem optimalen Arbeitsbereich wirksamer Verwirbelungsdüsen 5 ermittelt und über die 2/2-Wegeventile 21 angesteuert werden, mittels denen der Innendruck im Druckbehälter auch bei wechselnder Entnahme von Aerosol auf dem angestrebten Niveau gehalten werden kann. Die Zufuhr von Druckluft zu den Düsen 5 erfolgt ungedrosselt, sie werden also stets mit dem vollen, optimalen Druck beaufschlagt, so daß sie stets in ihrem optimalen Arbeitsbereich wirksam sind.
Das erzeugte Aerosol steht im Aerosol-Druckbehälter 1 über dem Flüssigkeitsspiegel unter Druck zum Einsatz zur Verfügung, bspw. zum Schmieren und Kühlen von spanenden Werkzeugen in Dreh- oder Fräsmaschinen. Es kann über eine oder mehrere Entnahmeleitungen 26 abgeführt werden. Den Entnahmeleitungen 26 sind gitterkorbartige Abscheidevorrichtungen 27 vorgeschaltet, in denen zu große Aerosolpartikel abgeschieden werden.
Wenn der Steuereinheit 18 der Steuervorrichtung 17 von der Differenzdruck-Vorrichtung 22 ein Ansteigen des Innendruckes im Druckbehälter 1 über den vorgesehenen Sollwert oder ein Unterschreiten der Mindest-Druckdifferenz gemeldet wird, paßt sie den Betrieb der Verwirbelungdüsen 5 durch Umsteuern der 2/2-Wegeventile 21 über die Leitungen 19 an. So schaltet sie bspw. bei ansteigendem Druck im Druckbehälter 1 Verwirbelungdüsen 5 ab oder geht vom Betrieb von Verwirbelungdüsen mit größerem Durchsatzvolumen auf solche geringeren Durchsatzvolumens über oder umgekehrt. Dadurch kann eine Erzeugung von Aerosol möglichst gleichbleibender Sättigung und gleichbleibender, geringer Teilchengröße bei möglichst konstantem Innendruck des Druckbehälters erreicht werden.
Wie erwähnt, arbeiten die Düsen 5 stets mit optimalem Durchsatz von Medium. Wenn hierbei eine Aerosol-Konzentration entsteht, die für bestimmte Anwendungsfälle zu hoch ist, kann den Entnahmeleitungen 26 aerosolfreie Zusatzluft zugeführt werden, durch die die Aerosol-Konzentration herabgesetzt wird.
Hierfür ist eine Einrichtung 28 zum steuerbaren Zuführen von Druckluft vorgesehen, die Ventile 29 und Drosseln 30 sowie eine Steuervorrichtung 31 umfaßt. Über eine von der Druckluftzuleitung 16 ausgehende Zweigleitung 32 wird den – im vorliegenden Falle drei – in Teilleitungen 33 parallel liegenden Ventilen 29 und den mit ihnen jeweils in Reihe liegenden drei Drosseln 30 Druckluft zugeführt. Die Drosselwirkung der drei Drosseln 30 ist abgestuft. An der Steuervorrichtung 31 kann eingestellt werden, welcher Volumenstrom aerosolfreier Zusatzluft – den Entnahmeleitungen 26 zugeführt werden soll, die Steuervorrichtung beaufschlagt dementsprechend eines oder mehrere der Ventile 29 und öffnet damit den mengenspezifischen Zustrom von Druckluft über eine oder mehrere der Teilleitungen 33. Stromab der Drosseln 30 vereinigen sich die Teilleitungen 33 wieder und damit die Teilströme und fließen durch Zweigleitungen 34 zu den Entnahmeleitungen 26.
Es versteht sich, daß ein Herabsetzen der Mediumkonzentration im Aerosol anstelle des Beimischens von Luft auch dadurch erreicht werden kann, daß das Ansaugen von Medium über die Düsen mittels in deren Zuleitung eingeschalteter, verstellbarer oder zu- und abschaltbarer Drosseln vermindert und das Aerosol dadurch abgemagert werden kann. Auch eine Kombination des Beimischens von Luft und der Drosselung der Mediumzufuhr zu diesem Zweck ist möglich.

1: Aerosol-Druckbehälter
2: Medium (Öl)
3: Raum in 1
4: Register von Verwirbelungsdüsen
5: Verwirbelungsdüsen
6: Füllstandsfühler
7: Steuervorrichtung
8: Motor
9: Pumpe
10: Vorratsbehälter
11: Zuleitung
12: Durchflußmesser
13: Motor
14: Pumpe
15: Druckquelle
16: Druckluftleitung
17: Steuervorrichtung
19: Steuerleitungen
20: Batterie von Wegeventilen
21: Wegeventile
22: Differenzdruck-Vorrichtung
23: Leitungen
24, 25: Druckfühler
26: Entnahmeleitungen
27: Abscheidevorrichtungen
28: Einrichtung zum Zuführen von Druckluft
29: Ventile
30: Drosseln
31: Steuervorrichtung
32: Zweigleitung
33: Teilleitungen
34: Zweigleitungen

Claims

Einrichtung zur Erzeugung eines Aerosols aus einem Gas, vorzugsweise Luft, und einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, durch Verwirbelung in mindestens einer in einem Aerosol-Druckbehälter (1) angeordneten Verwirbelungsdüse (5) und einer Differenzdruck-Fühleinrichtung (22), die die Differenz des Druckes in der Leitung (16) zur Zuführung des Gases und des Druckes in dem Aerosol-Druckbehälter (1) ermittelt und in Abhängigkeit davon die Zufuhr des Gases zu der Verwirbelungsdüse (5) ein- oder ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aerosol-Druckbehälter (1) eine Mehrzahl (4) von Verwirbelungsdüsen (5) vorgesehen ist, die voneinander unabhängig über Ventile (21) ansteuerbar sind, und dass eine Steuereinheit (18) aus dem Messsignal der Differenzdruck-Fühleinrichtung (22) eine solche Zusammenstellung der Verwirbelungsdüsen (5) ermittelt und diese ansteuert, dass der Druck im Aerosol-Druckbehälter (1) ohne Drosselung der Verwirbelungsdüsen (5) auf einem angestrebten Niveau gehalten wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nenn-Durchsatzvolumina der Verwirbelungsdüsen (5) abgestuft sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (28) vorgesehen ist, mit der den Entnahmeleitungen (26) des Aerosol-Behälters (1) wahlweise aerosolfreies Gas zuführbar ist.