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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Erzeugung eines Flüssigkeit-Gas-Gemischs,
insbesondere eines Aerosols, mit zumindest einer ersten Düse, der
ein Gas über
eine Gasleitung und eine Flüssigkeit über eine
erste Flüssigkeitsleitung
zuführbar ist
und die in eine Druckkammer einen ersten Flüssigkeit-Gas-Nebel abgibt,
und mit zumindest einer zweiten Düse, der das Gas über die
Gasleitung und die Flüssigkeit über eine
zweite Flüssigkeitsleitung zuführbar ist
und die in die Druckkammer einen zweiten Flüssigkeit-Gas-Nebel abgibt,
wobei in der Gasleitung ein Druck P1 und
der Druckkammer ein Druck P2 herrschen.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung
ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung eines Flüssigkeit-Gas-Gemischs,
insbesondere eines Aerosols.
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Flüssigkeit-Gas-Gemische oder
-Nebel bzw. sogenannte Aerosole finden in vielen Bereichen der Technik
Anwendung, wo bei hier beispielhaft auf Inhalatoren in der Medizintechnik,
Luftbefeuchter in der Haushaltstechnik oder das Aufbringen von Reinigungs-
oder Schutzmitteln verwiesen sein soll. Darüber hinaus ist es auch bekannt,
Aerosole zum Kühlen oder
Schmieren eines Werkzeugs oder eines Werkstückes bei einer spanenden Bearbeitung
zu verwenden, was im folgenden beispielhaft näher erläutert werden soll.
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Bei der sogenannten Minimalschmiertechnik wird
zur Kühlung
und Schmierung von drehenden Teilen ein Aerosol verwendet, dass
sehr feine, im Luftstrom schwebende Öltröpfchen enthält. Zu diesem Zweck wird mittels
eines durch eine Düse
strömenden
Luftstroms Öl
aus einem Vorrat angesaugt und zusammen mit der Luft in einer unter
Druck stehenden Aerosol-Druckkammer
zerstäubt,
wobei die schweren Öltröpfchen,
die sich am Boden oder Wand der Aerosol-Druckkammer absetzen, in
den Vorrat zurückfließen. Um
eine ausreichend große
Menge an Aerosol zu erzeugen, sind Ausgestaltungen bekannt, bei
denen mehreren Düsen
vorgesehen sind, die von der gleichen Luftquelle versorgt werden
und das Aerosol in die gleiche Aerosol-Druckkammer abgeben. Das
auf diese Weise produzierte Aerosol reicht aus, um gleichzeitig
einer Vielzahl von Werkzeugen Aerosol über entsprechende Entnahmeleitungen
zuzuführen.
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In den letzten Jahren ist das Bestreben
erkennbar, die Werkzeuge für
eine spanende Bearbeitung immer kleiner auszugestalten, was jedoch
auch bedeutet, dass die zu deren Kühlung benötigte Aerosolmenge verringert
ist. Bei Betrieb eines Aerosolerzeugers mit mehreren Düsen baut
sich bei nur geringer Aerosolentnahme aus der Aerosol-Druckkammer in
dieser ein Druck P2 auf, der dem Luftdruck
P1, mit dem die Düsen mit Luft versorgt werden,
nahekommt, so dass die ordnungsgemäße Funktion des Aerosolerzeugers
bei einem zu ge ringen Differenzdruck ΔP = P1 – P2 nicht mehr gegeben ist. Wenn man einen
Aerosolerzeuger nur noch mit einer an den Minimalverbrauch angepassten
Düse ausstattet, ist
zwar das Absinken des Differenzdrucks vermieden, jedoch lässt sich
dann mit dem Aerosolerzeuger keine ausreichende Aerosolmenge mehr
erzeugen, um gleichzeitig eine Vielzahl von Werkzeugen mit Aerosol
zu versorgen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auch
bei unterschiedlichen Entnahmemengen des Aerosols ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet
ist. Darüber
hinaus soll ein Verfahren geschaffen werden, das auch bei unterschiedlichen Aerosol-Entnahmemengen
zuverlässig
arbeitet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich
der Vorrichtung dadurch gelöst,
dass in einem zur zweiten Düse
führenden
Abschnitt der Gasleitung eine Sperrvorrichtung angeordnet ist, mittels der
die Zuführung
des Gases zu der zweiten Düse unterbrechbar
ist, wenn ein Differenzdruck ΔP
= P1 – P2 unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes
liegt.
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Bei der normalen Betriebsart arbeiten
beide Düsen
der Vorrichtung und erzeugen in der Aerosol-Druckkammer eine ausreichende
Menge an Aerosol, um gleichzeitig eine Vielzahl von Werkzeugen oder
verschiedene Werkzeuge in einem Fertigungszentrum mit Werkzeugwechsel
mit Aerosol zu versorgen. Wenn die benötigte Aerosolmenge abnimmt, weil
beispielsweise nur ein einzelnes Werkzeug mit Aerosol versorgt werden
muss, produzieren die Düsen
mehr Aerosol als aus der Aerosol-Druckkammer entnommen wird. Dadurch
steigt der Druck P2 in der Aerosol-Druck-kammer
an, so dass sich die Druckdifferenz ΔP zu dem höheren Druck P1,
mit dem das Gas und üblicherweise
die Luft den Düsen
zugeführt wird,
sich stetig verringert. Wenn der Differenzdruck ΔP = P1 – P2 unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes
liegt, der vorzugsweise im Bereich von 0,5 bar bis 1,5 bar liegt
und insbesondere ca. 1,0 bar beträgt, wird die Zuführung des
Gases zu der zweiten Düse mittels
der Sperrvorrichtung unterbrochen, so dass dann nur die erste Düse ein Aerosol
erzeugt. Auf diese Weise wird die erzeugte Aerosolmenge reduziert, so
dass ein weiterer Druckanstieg in der Aerosol-Druckkammer verhindert
ist. Die erste Düse
ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie eine relativ geringe Aerosolmenge
pro Zeiteinheit erzeugt. Dies wird insbesondere dadurch erreicht,
dass die Innenbohrung der ersten Düse relativ gering ist und vorzugsweise
in der Größenordnung
von 0,1 mm bis 0,8 mm liegt.
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Die mittels der ersten Düse erzeugte
Aerosolmenge reicht üblicherweise
aus, um ein Werkzeug mit Aerosol zu versorgen. Wenn der Bedarf an
Aerosol ansteigt, indem beispielsweise nunmehr mehrere Werkzeuge
gleichzeitig mit Aerosol versorgt werden sollen, wird der Aerosol-Druckkammer
mehr Aerosol entnommen, als mittels der ersten Düse neu produziert werden kann.
Dadurch fällt
der Druck P2 in der Aerosol-Druckkammer
ab, so dass die Druckdifferenz ΔP
wieder über
den vorgegebenen Grenzwert ansteigt. Sobald der Grenzwert der Druckdifferenz überschritten
ist, öffnet
die Sperrvorrichtung wieder, so dass dann auch der zweiten Düse das Gas
zugeführt
wird und die zweite Düse
in der Aerosol-Druckkammer
ein Aerosol erzeugt. Auf diese Weise wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die erzeugte Aerosolmenge selbsttätig in Abhängigkeit von der entnommenen
Aerosolmenge angepasst, indem die Gaszuführung zu der zweiten Düse in Abhängigkeit von
dem Differenzdruck geregelt wird.
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In einer einfachen Ausgestaltung
der Vorrichtung sind nur eine einzelne erste Düse und eine einzelne zweite
Düse vor gesehen.
In gleichartiger Weise können
jedoch auch mehrere erste Düsen
parallel geschaltet sein und/oder es können mehrere zweite Düsen vorgesehen
sein, die in genannter Weise geregelt werden. In Weiterbildung der
Erfindung kann zumindest auch eine dritte Düse vorgesehen sein, die in
genannter Weise deaktiviert wird, wenn der Differenzdruck unterhalb
eines vorbestimmten zweiten Grenzwertes liegt, der vorzugsweise
höher als
der oben genannte Grenzwert liegt.
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Die Sperrvorrichtung kann ein Differenzdruck-Regelventil
sein, das auf die Druckdifferenz zwischen dem Druck P1 des
zugeführten
Gases und dem Innendruck P2 in der Aerosol-Druckkammer reagiert.
Der Druck P1 des zugeführten Gases und der Druck P2 in der Aerosol-Druckkammer werden erfasst
und ausgewertet. Wenn festgestellt wird, dass die Druckdifferenz ΔP = P1 – P2 zu gering ist, wird das Druckdifferenz-Regelventil angesteuert
und geschlossen.
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Alternativ ist es auch möglich, dass
die Sperrvorrichtung ein federbelastetes Rückschlagventil ist, das auf
seiner einen Seite durch den Druck P1 der
zugeführten
Luft und auf seiner gegengesetzten Seite durch einen Innendruck
der weiterführenden
Gasleitung bzw. der zweiten Düse
sowie eine Schließfeder
belastet ist. Wenn der Druck P2 in der Aerosol-Druckkammer
ansteigt, führt
das zu einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit
des Gases in der zweiten Düse
und somit zu einer Druckerhöhung in
der stromauf der zweiten Düse
angeordnete Gasleitung. Wenn dieser Druck in der Gasleitung zusammen
mit der Federkraft der Schließfeder
des Rückschlagventils
größer als
der Druck P1 des Gases stromauf des Rückschlagventils
ist, wird dieses geschlossen. Da der Druck in der Gasleitung stromab des
Rückschlagventils
von dem Innendruck P2 in der Aerosol-Druckkammer abhängig ist,
kann das Rückschlagventil
so eingestellt bzw. dimensi oniert werden, dass es schließt, wenn
der Differenzdruck ΔP
= P1 – P2 unter dem gewünschten Grenzwert liegt.
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In bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung ist vorgesehen, dass in der zweiten Flüssigkeitsleitung, über die
der zweiten Düse
die zu zerstäubende Flüssigkeit
zugeführt
wird, ein Rückschlagventil
angeordnet ist, das einen Durchfluss von einem Flüssigkeitsvorrat
zu der zweiten Düse
erlaubt, jedoch einen Rückfluss
von der zweiten Düse
in den Flüssigkeitsvorrat
unterbindet. Dieses Rückschlagventil
ist sinnvoll, wenn die beiden Flüssigkeitsleitungen
von der gleichen Flüssigkeits-Hauptleitung
abzweigen, um ein Ansaugen von Luft in die erste Düse infolge einer
Kurzschlussströmung
zu verhindern, wenn die zweite Düse
bei geschlossener Sperrvorrichtung nicht mit unter Druck stehendem
Gas versorgt wird und somit außer
Betrieb ist.
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Die erste Düse und die zweite Düse können gleichartig
ausgebildet sein und somit jeweils die gleiche Aerosolmenge pro
Zeiteinheit erzeugen, in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung
ist jedoch vorgesehen, dass die zweite Düse eine größere Aerosolmenge pro Zeiteinheit
erzeugt als die erste Düse. Dies
kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Abmessungen
der Düsenbohrung
der zweiten Düse
größer als
die der ersten Düse
sind. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die zweite Düse eine
Innenbohrung mit einem Durchmesser im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm
und insbesondere im Bereich von 0,8 mm bis 2,5 mm aufweist. Besonders
bewährt
hat sich ein Bereich von 0,8 mm bis 1,4 mm.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich
dadurch aus, dass die Zuführung
des Gases zu der zweiten Düse
unterbrochen wird, wenn der Differenzdruck ΔP = P1 – P2 unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes
liegt. Weitere Merkmale des er findungsgemäßen Verfahrens ergeben sich
aus der vorstehenden Erläuterung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale
der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung ersichtlich, wobei die einzige Figur ein schematisches
Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt.
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Die Figur zeigt eine Vorrichtung 10 zur
Erzeugung eines Aerosols, die eine erste Düse 11 und eine parallel
dazu angeordnete zweite Düse 14 umfasst,
denen Luft aus einer nicht dargestellten Luftquelle unter einem
Druck P1 zugeführt werden kann, wie es durch
den Pfeil L angedeutet ist. Die Luft strömt in einer Luftleitung 12,
die sich in einem zu der ersten Düse 11 führenden
Abschnitt 12.1 und einen zu der zweiten Düse 14 führenden
Abschnitt 12.2 verzweigt. In dem zu der zweiten Düse 14 führenden Abschnitt 12.2 ist
ein Differenzdruck-Regelventil 13 angeordnet. Der Druck
P1 kann von einem Benutzer der Vorrichtung
voreingestellt bzw. verändert
werden.
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Der ersten Düse 11 kann über eine
erste Flüssigkeitsleitung 15 eine
Flüssigkeit
und insbesondere Öl
aus einem nicht dargestellten Flüssigkeitsvorrat
zugeführt
werden, wie es durch den Pfeil F1 angedeutet
ist. Die der ersten Düse 11 über die
Luftleitung 12 zugeführte
Luft durchströmt
die erste Düse 11 und
saugt dabei Flüssigkeit über die
erste Flüssigkeitsleitung 15 an,
so dass die erste Düse 11 einen ersten
Flüssigkeit-Gas-Nebel 19 in
eine Druckkammer 18 abgibt, in der ein Druck P2 herrscht.
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Entsprechend kann der zweiten Düse 14 über eine
zweite Flüssigkeitsleitung 16 die
Flüssigkeit
zugeführt
werden, wie es durch den Pfeil F2 angedeutet
ist. In der zweiten Flüssigkeitsleitung 16 ist ein
Rückschlagventil 17 angeordnet,
das eine Strömung
zu der zweiten Düse 14 zulässt, jedoch
eine Rückströmung von
der zweiten Düse 14 unterbindet. Wenn
die der zweiten Düse 14 über die
Luftleitung 12 zugeführte
Luft durch die zweite Düse 14 hindurchströmt, wird
Flüssigkeit über die
zweite Flüssigkeitsleitung 16 in
die zweite Düse 14 eingesaugt,
so dass die zweite Düse 14 in
die Druckkammer 18 einen zweiten Flüssigkeit-Gas-Nebel 20 abgibt.
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Die beiden Düsen sind in ihrer Geometrie
so ausgelegt, dass die zweite Düse 14 eine
größere Aerosolmenge
pro Zeiteinheit erzeugt als die erste Düse 11.
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Der Druck P1,
mit dem die Luft den Düsen 11, 14 zugeführt wird,
und der Druck P2 in der Druckkammer 18 werden
erfasst. Wenn ein Differenzdruck ΔP =
P1 – P2 unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes
von beispielsweise 1,0 bar liegt, wird das Differenzdruck-Regelventil 13 in
dem zu der zweiten Düse 14 führenden
Abschnitt 12.2 der Druckleitung 12 geschlossen,
so dass die zweite Düse 14 dann
keinen Flüssigkeit-Gas-Nebel
abgibt und lediglich die erste Düse 11 ein
Aerosol in der Druckkammer 18 erzeugt. In diesem Zustand
ist ein Rückfluss
von Flüssigkeit aus
der zweiten Düse 14 durch
die zweite Flüssigkeitsleitung
zurück
in den Vorratsbehälter
ausgeschlossen.