DE10301735A1

DE10301735A1 - Dosing of miniature and microscopic particles into a fluid, especially a gas flow, whereby a transport surface is electrostatically charged prior to loading and discharged prior to particle removal

Info

Publication number: DE10301735A1
Application number: DE2003101735
Authority: DE
Inventors: Florian Arztmann
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2003-01-18
Filing date: 2003-01-18
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-19
Also published as: DE10301735B4

Abstract

Method for dosing miniature and microscopic particles in which the particles are removed from a reservoir via a loading surface with a defined particle density. The particles are then removed from the loading surface using a fluid flow. The surface (5) is electrostatically charged prior to loading and discharged prior to removal of the particles. An independent claim is made for a device for dosing miniature and microscopic particles.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dosierung mikroskaliger Partikel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 7.The invention relates to a method for dosing microscale particles with the characteristics of the generic term of claim 1. Furthermore, the invention relates to a corresponding Device with the features of the preamble of the claim 7th

Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 7 sind aus der DE 38 18 643 A1 bekannt. Hier ist der bewegliche Dosierkörper eine um ihre Hauptachse drehantreibbare kreisrunde Scheibe, deren Oberfläche Vertiefungen aufweist. Bei der Rotation der Scheiben durchläuft die Oberfläche den Bereich eines Vorratsbehälters, der durch die Scheibe nach unten verschlossen wird. So gelangen mikroskalige Partikel aus dem Vorratsbehälter auf die Scheibe und in die Vertiefungen deren Oberfläche. Beim Verdrehen der Scheibe wird ihre so beladene Oberfläche von dem Vorratsbehälter entfernt, wobei die mikroskaligen Partikel, soweit sie sich nicht in den Vertiefungen der Oberfläche befinden, in dem Vorratsbehälter zurückgehalten werden. Die mikroskaligen Partikel in den Vertiefungen der Oberfläche gelangen in den Bereich einer schnellen Gasströmung, die die mikroskaligen Partikel aus den Vertiefungen aufnimmt. Die schnelle Gasströmung bläst die Vertiefungen der Oberfläche aus und die dabei auftretenden Verwirbelungen verteilen die mikroskaligen Partikel in der Gasströmung. Die bekannte Vorrichtung und das bekannte Verfahren sind insbesondere zum Impfen von Gasströmungen mit mikroskaligen Partikeln zur Durchführung von PIV-Verfahren vorgesehen.A method with the features of the preamble of claim 1 and a device with the features of the preamble of claim 7 are known from the DE 38 18 643 A1 known. Here the movable dosing body is a circular disk which can be driven in rotation about its main axis and the surface of which has depressions. When the disks rotate, the surface passes through the area of a storage container, which is closed by the disk at the bottom. In this way, microscale particles get from the storage container onto the disk and into the recesses on its surface. When the disk is rotated, its surface loaded in this way is removed from the storage container, the microscale particles, insofar as they are not in the recesses in the surface, being retained in the storage container. The microscale particles in the depressions of the surface reach the area of a rapid gas flow, which picks up the microscale particles from the depressions. The rapid gas flow blows out the depressions in the surface and the turbulence that occurs distributes the microscale particles in the gas flow. The known device and the known method are provided in particular for inoculating gas flows with microscale particles in order to carry out PIV processes.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren der bekannten Vorrichtung ist, dass die Gasströmung, die die mikroskaligen Partikel übernimmt, durch den Übernahmevorgang stark verwirbelt wird, was keinesfalls erwünscht ist, wenn eine geradlinige Gasströmung benötigt wird. Darüber hinaus ist die Dosiergenauigkeit begrenzt, insbesondere wenn die Dosierung unter unterschiedlichen statischen Drücken erfolgt. So sind das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung beispielsweise nicht geeignet, um mikroskalige Partikel für einen kontinuierlichen und reproduzierbaren Pulverstrom bereitzustellen, wie er zur Durchführung thermischer Spritzverfahren benötigt wird.A disadvantage of the known method The known device is that the gas flow that the microscale Particle takes over through the takeover process is swirled strongly, which is by no means desirable when a straight line gas flow needed becomes. About that In addition, the dosing accuracy is limited, especially when dosing takes place under different static pressures. That's what is known Method and the known device, for example, not suitable to microscale particles for to provide a continuous and reproducible powder flow, such as he to carry out thermal spraying process required becomes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, die sich durch eine reproduzierbare kontinuierliche Förderrate und durch Druckresistenz auszeichnen.The invention is based on the object To show methods and an apparatus of the type described in the introduction, which is characterized by a reproducible continuous delivery rate and characterized by pressure resistance.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.The object of the invention is achieved by a method with the features of claim 1 and by solved a device with the features of claim 7.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 bzw. 8 bis 12 beschrieben.Advantageous embodiments of the method and the device are in subclaims 2 to 6 and 8 to 12, respectively described.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION THE INVENTION

Die Erfindung nutzt zur Dosierung der mikroskaligen Partikel deren Anhaftung an der zuvor elektrostatisch aufgeladenen Oberfläche aus. Durch die Höhe der elektrostatischen Aufladung und die aufgeladene Fläche der Oberfläche sind neben der Bewegungsgeschwindigkeit der Oberfläche zusätzliche Dosierungsparameter verfügbar. Die von der Oberfläche aufgenommenen Partikel werden durch Entladung der Oberfläche, d.h. durch Abbau der elektrostatischen Aufladung der Oberfläche freigegeben und können so an die Fluidströmung übergeben werden, ohne dass die Fluidströmung gegen die Oberfläche angestellt werden muss. Dabei ist das Einwirken eines Fluidnebenstroms auf die an der elektrostatisch aufgeladenen Oberfläche anhaftenden mikroskaligen Partikel relativ unkritisch, weil die mikroskaligen Partikel durch die elektrostatisch aufgeladene Oberfläche festgehalten werden. Es ein solcher Fluidnebenstrom kann sogar gezielt genutzt werden, um nicht direkt an der Oberfläche anhaftende Partikel zwecks Erhöhung der Dosiergenauigkeit abzunehmen und in den Vorrat zurückzuführen, falls sie nicht an anderer Stelle von einem noch nicht mit Partikeln bedeckten Bereich der elektrostatisch aufgeladenen Oberfläche aufgenommen und festgehalten werden. Das neue Verfahren und die neue Vorrichtung sind damit nicht nur druckresistent, sie sind auch in der Lage, bei einem Druckunterschied zwischen dem Bereich der Fluidströmung und dem Vorrat für die mikroskaligen Partikel störungsfrei zu arbeiten.The invention uses for dosing of the microscale particles their adherence to the previously electrostatic charged surface out. By the height the electrostatic charge and the charged area of the surface are additional to the speed of movement of the surface Dosing parameters available. The one from the surface Particles are absorbed by discharging the surface, i.e. released by reducing the electrostatic charge on the surface and can so passed to the fluid flow be without the fluid flow against the surface must be employed. It is the action of a fluid bypass on those adhering to the electrostatically charged surface microscale particles relatively uncritical because the microscale Particles captured by the electrostatically charged surface become. Such a fluid bypass can even be used in a targeted manner to avoid particles sticking directly to the surface increase the dosing accuracy and return it to the stock if not elsewhere from one not yet covered with particles Area of the electrostatically charged surface recorded and held become. The new method and the new device are therefore not only pressure resistant, they are also able to withstand a pressure difference between the area of fluid flow and the supply for the microscale Particles undisturbed to work.

Um die elektrostatisch aufladbare und wieder entladbare Oberfläche bereitzustellen, kann die Oberfläche aus einen lichtsensitiven Halbleiter auf einem elektrisch leitfähigen Substrat ausgebildet werden, wobei die Oberfläche im Dunkeln mit einer Aufladeelektrode aufgeladen wird, wobei die Oberfläche im Dunkeln beladen wird und wobei die Oberfläche vor oder bei dem Übergeben der Partikel an die Fluidströmung durch Beleuchtung wieder entladen wird. Ein dafür geeigneter Halbleiter ist beispielsweise Selen.To the electrostatically chargeable and reloadable surface can provide the surface made of a light-sensitive semiconductor on an electrically conductive substrate be formed, the surface in the dark with a charging electrode is charged, the surface being loaded in the dark and being the surface in front or when surrendering of the particles to the fluid flow is discharged again by lighting. A suitable semiconductor is for example selenium.

Die Oberfläche kann scheibenförmig sein und um ihre Scheibenachse rotiert werden. Bevorzugt ist es aber, wenn die Oberfläche zylindermantelförmig ist und um ihre Zylinderachse rotiert wird. Der Aufbau zur Durchführung des neuen Verfahrens und die neue Vorrichtung entsprechend dann Teilen eines Aufbaus bzw. einer Vorrichtung zur Durchführung des sogenannten Xerographischen Verfahrens, welches in Fotokopierern und Laserdruckern zur Anwendung kommt und bei dem eine Walze mit einer Oberfläche aus Selen, die bereichsweise elektrostatisch aufgeladen wird, zur Übertragung von Toner auf das zu bedruckende Papier verwendet wird.The surface can be disk-shaped and rotated around its disk axis. However, it is preferred if the surface is cylindrical in shape and is rotated about its cylinder axis. The structure for implementing the new process and the new device then corresponding to parts of a structure or a device for performing the so-called xerographic process, which is used in photocopiers and laser printers and in which a roller with a surface made of selenium, which is electrostatically charged in areas, for the transfer of toner to the paper to be printed is used.

Die Fluidströmung, die die mikroskaligen Partikel von der wieder entladenen Oberfläche abnimmt, ist im Regelfall eine Gasströmung. Diese verläuft vorzugsweise parallel zu der Oberfläche, um bei der Übernahme der Partikel von der Oberfläche möglichst wenig gestört zu werden.The fluid flow that the microscale particles from the unloaded surface decreases, there is usually a gas flow. This runs preferably parallel to the surface, to take over the particles from the surface preferably little disturbed to become.

An der Oberfläche kann beim Abnehmen der Partikel mit der Gasströmung problemlos ein statischer Überdruck eingestellt werden, wie er in einer Gasströmung für ein thermisches Spritzverfahren in der Regel vorliegen wird.On the surface, when removing the particles with the gas flow static overpressure without any problems can be set as it is in a gas flow for a thermal spray process will usually be present.

Die elektrostatische Aufladung der Oberfläche erfolgt mit einer Aufladeelektrode, die insbesondere zum ganzflächigen elektrostatischen Aufladen der Oberfläche geeignet ist. Um einzelne Bereiche der Oberflächen noch vor der Beladung mit den mikroskaligen Partikeln wieder zu entladen, um die Beladung der Oberfläche mit mikroskaligen Partikeln auf bestimmte Bereiche zu begrenzen, ist noch zwischen der Aufladeelektrode und dem Vorrat für die mikroskaligen Partikel eine Entladevorrichtung vorzusehen, die bei der Ausbildung der Oberfläche aus einem lichtempfindlichen Halbleiter eine Lichtquelle aufweisen wird.The electrostatic charge of the surface takes place with a charging electrode, which in particular for full-surface electrostatic Charging the surface suitable is. Around individual areas of the surfaces before loading with the microscale particles to unload the load again the surface limit with microscale particles to certain areas, is still between the charging electrode and the supply for the microscale Particles to provide an unloading device during training the surface have a light source from a light-sensitive semiconductor becomes.

Zur Freigabe der auf der elektrostatisch aufgeladenen Oberfläche anhaftenden Partikel ist diese insgesamt zu entladen. Bei einer Ausbildung der Oberfläche aus einem lichtempfindlichen Halbleiter kann sie hierzu insgesamt beleuchtet werden. Hierzu ist eine Lichtquelle auf dem Weg der Oberfläche vor dem Bereich der Fluidpassage vorzusehen. Die Lichtquelle kann beispielsweise in Form von Leuchtdioden ausgebildet sein.To release the on the electrostatic charged surface adhering particles are to be discharged altogether. At a Formation of the surface from a light-sensitive semiconductor, it can do this altogether be illuminated. For this purpose, a light source is on the path of the surface in front of the Provide area of the fluid passage. The light source can, for example be in the form of light emitting diodes.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENSUMMARY THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben.The invention is described below of a preferred embodiment shown in the figure further explained and described.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der neuen Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens. 1 shows the basic structure of the new device for performing the new method.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt nur die wesentlichen Bestandteile der neuen Vorrichtung zur Dosierung mikroskaliger Partikel, wie sie für das Verständnis dieser Vorrichtung und des neuen Verfahrens erforderlich sind. Zentrales Bauteil der Vorrichtung 1 ist ein zylinderabschnittförmiger Dosierkörper 2, der um eine Zylinderachse 3 in Richtung eines Drehpfeils 4 durch einen hier nicht dargestellten Antrieb drehantreibbar gelagert ist. Während die Oberfläche 5 des Dosierkörpers 2 aus Selen, d.h. einem lichtempfindlichen Halbleiter besteht, besteht der Kern 6 des Dosierkörpers 2 aus elektrisch leitfähigem Aluminium. Der Dosierkörper 3 wird von einem Gehäuse 7 im Bereich der Oberfläche 5 bis auf zwei Bereiche 8 und 9 eingefasst. In dem Bereich 8 bildet eine Öffnung 10 in dem Gehäuse 7 den unteren Austrittspunkt eines Vorratsbehälters für mikroskalige Partikel 11 aus. Durch die Öffnung 10 gelangen die mikroskaligen Partikel 11 aus dem hier nicht weiter dargestellten Vorratsbehälter auf die Oberfläche 5 des Dosierkörpers 2. Sie haften auf der Oberfläche 5 aus Selen an, weil diese zuvor, d.h. in Drehrichtung des Drehpfeils 4 vor der Öffnung 10 mit einer Aufladeelektrode 12 elektrostatisch aufgeladen wurde. Durch diese elektrostatische Aufladung wird eine definierte Menge an mikroskaligen Partikeln an der Oberfläche 5 festgehalten und von dem rotierenden Dosierkörper 2 aus dem Bereich des Vorratsbehälters mitgenommen. Damit die elektrostatische Aufladung auf dem Weg der Oberfläche im Anschluss an die Aufladeelektrode 12 erhalten bleibt, muss die Oberfläche 5 aus Selen auf diesem Weg abgedunkelt werden, d.h. auch im Bereich der Öffnung 10. Kurz bevor die Oberfläche 5 in den Bereich 9 gelangt, oder auch nur in dem Bereich 9 selbst, wird die Oberfläche 5 aus Selen belichtet. Hierfür ist eine Lichtquelle 13 beispielsweise in Form einer oder mehrerer Leuchtdioden vorgesehen. Durch die Beleuchtung des Selens an der Oberfläche 5 wird dieses leitfähig und seine elektrostatische Aufladung wird über den elektrisch leitfähigen Kern 6 aus Aluminium abgebaut. Hierdurch werden die mikroskaligen Partikel 11 von der Oberfläche 5 freigegeben. Die mikroskaligen Partikel 11 werden in dem Bereich 9 von einer Fluidströmung übernommen, für die in der Vorrichtung 1 eine durch den Bereich 9 führende Fluidpassage 15 vorgesehen ist. Bei der Fluidströmung 14 handelt es sich hier um eine Gasströmung, speziell um eine Druckluftströmung. Die Fluidströmung 14 verläuft in dem Bereich 9 im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 5. Das heißt, die Fluidströmung 14 wird durch den Übernahmevorgang der Partikel 11 nicht gestört, insbesondere nicht durch die Oberfläche 5 abgelenkt. Die Fluidströmung 14 kann im Bereich der Fluidpassage 15 unter einem statischen Überdruck stehen. Dann ist es sinnvoll, wenn der statische Überdruck zumindest im Wesentlichen auch im Bereich des Vorratsbehälters, d.h. der Öffnung 10 herrscht. Ein gewisser Druckunterschied zwischen den Bereichen 9 und 8 kann aber auch dazu genutzt werden, einen Fluidnebenstrom von dem Bereich 9 in den Bereich 8 hervorzurufen, der dazu führt, dass nur solche Partikel mit der Oberfläche 5 aus dem Bereich 8 in den Bereich 9 gelangen, die aufgrund deren statischen Aufladung fest an der Oberfläche 5 anhaften. 1 shows only the essential components of the new device for dosing microscale particles, as are necessary for understanding this device and the new method. Central component of the device 1 is a cylindrical section-shaped dosing body 2 that is around a cylinder axis 3 in the direction of an arrow 4 is rotatably supported by a drive, not shown here. While the surface 5 of the dosing body 2 The core consists of selenium, ie a light-sensitive semiconductor 6 of the dosing body 2 made of electrically conductive aluminum. The dosing body 3 is from a housing 7 in the area of the surface 5 except for two areas 8th and 9 edged. In that area 8th forms an opening 10 in the housing 7 the lower exit point of a storage container for microscale particles 11 out. Through the opening 10 get the microscale particles 11 from the storage container not shown here to the surface 5 of the dosing body 2 , They stick to the surface 5 from selenium, because this previously, ie in the direction of rotation of the arrow 4 before the opening 10 with a charging electrode 12 has been electrostatically charged. This electrostatic charge creates a defined amount of microscale particles on the surface 5 held and by the rotating dosing body 2 taken from the area of the storage container. So that the electrostatic charge on the path of the surface following the charging electrode 12 the surface must be preserved 5 Selenium can be darkened in this way, ie also in the area of the opening 10 , Just before the surface 5 in the area 9 arrives, or just in the area 9 itself, the surface 5 exposed from selenium. There is a light source for this 13 for example in the form of one or more light-emitting diodes. By illuminating the selenium on the surface 5 it becomes conductive and its electrostatic charge is transferred to the electrically conductive core 6 dismantled from aluminum. This will make the microscale particles 11 from the surface 5 Approved. The microscale particles 11 be in the area 9 taken from a fluid flow for which in the device 1 one through the area 9 leading fluid passage 15 is provided. With fluid flow 14 is a gas flow, especially a compressed air flow. The fluid flow 14 runs in the area 9 essentially parallel to the surface 5 , That is, the fluid flow 14 is due to the process of taking over the particles 11 not disturbed, especially not by the surface 5 distracted. The fluid flow 14 can in the area of fluid passage 15 are under a static positive pressure. Then it makes sense if the static overpressure at least essentially also in the area of the storage container, ie the opening 10 prevails. A certain pressure difference between the areas 9 and 8th but can also be used to draw a fluid bypass from the area 9 in the area 8th cause that only such particles with the surface 5 out of the area 8th in the area 9 reach, which due to their static charge firmly on the surface 5 adhere.

11: Vorrichtungcontraption
22: Dosierkörpermetering
33: Zylinderachsecylinder axis
44: Drehpfeilrotation arrow
55: Oberflächesurface
66: Kerncore
77: Gehäusecasing
88th: BereichArea
99: BereichArea
1010: Öffnungopening
1111: Partikelparticle
1212: Aufladeelektrodecharging electrode
1313: Lichtquellelight source
1414: Fluidströmungfluid flow
1515: Fluidpassagefluid passage

Claims

Method for metering microscale particles, wherein a surface from a supply is loaded with the particles in a defined surface loading density, the surface loaded with the particles is removed from the supply and the particles are removed from the surface by a fluid flow, characterized in that that the surface () is electrostatically charged before it is loaded and before the particles ( 11 ) is discharged again.

A method according to claim 1, characterized in that the surface () is formed from a light-sensitive semiconductor on an electrically conductive substrate, that the surface ( 5 ) in the dark with a charging electrode () that the surface ( 5 ) is loaded in the dark and that the surface ( 5 ) is discharged again by lighting.

A method according to claim 2, characterized in that the surface ( 5 ) is formed from selenium.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the surface ( 5 ) is disc or cylinder jacket-shaped and about its disc or cylinder axis ( 3 ) is rotated.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the particles ( 11 ) with a parallel to the surface ( 5 ) aligned gas flow from the surface ( 5 ) can be removed.

A method according to claim 5, characterized in that on the surface ( 5 ) at least when removing the particles ( 11 ) a static overpressure is set with the gas flow.

Device for dosing microscale particles, with a storage container for the particles, with a movable dosing body which has a surface that can be loaded with the particles in a defined area, and with a fluid passage, the dosing body being movable so that its loaded surface is separated from the Storage container is removed and transferred to the area of the fluid passage, characterized in that the surface ( 5 ) can be temporarily electrostatically charged and that a charging device assigned to the storage container and one of the fluid passage ( 15 ) assigned unloading device for the surface ( 5 ) are provided.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the surface ( 5 ) has a light-sensitive semiconductor on an electrically conductive substrate, that the charging device has a charging electrode ( 12 ) and that the discharge device has a light source ( 13 ), the path of movement of the surface ( 5 ) is darkened between the charging device and the discharging device.

Device according to claim 8, characterized in that the surface ( 5 ) Has selenium.

Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the surface ( 5 ) is disc or cylinder jacket-shaped and the dosing body ( 2 ) around the disc or cylinder axis ( 3 ) can be driven in rotation.

Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the fluid passage ( 15 ) is a gas passage for rapid gas flow that is parallel to the surface ( 5 ) on the surface ( 5 ) passes by.

Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the fluid passage ( 15 ) is resistant to overpressure.