DE1961399A1 - Vorrichtung fuer eine genaue raeumliche und zeitliche Ablagerung von in einer Folge gebildeten kleinen Fluessigkeitstropfen - Google Patents

Description

Patentanwalt - i ;=.. 19t;:? m/HGil

Dipl.-ln:;. A. Spdihoff
Essen, Peirnansfr 3ί Ί üb i

The Mead Corporation, Dayton/Ohio (USA)

Vorrichtung für eine genaue räumliche und zeitliche Ablagerung von in einer Folge gebildeten kleinen Flüssigkeitstropfen

Die Erfindung betrifft; eine Vorrlohbung für eino genaue räumliche und seitliche Ablagerung ^:/on in einer FoL-ge gebildeten kleinen Flüssigen, r.stropf en, mit einem Tropf enerzeuger zur Bildung aus einer Flüssigkeitsströmung won voneinander getrennten Tropf on von glfue.h.-H· Grosse mit tuner bestimmten Frö<ju-iriK·, die sich entlauf viner b^üt..'.mmi.jiä Bewögungsbahn bew?! ;_;m, ^injiii Aut'ladeorgaüj i/eLchea idjjh La Bereich der Tromu^Ulo hjuimbsl, :in v;*f:..^! M*.ν dia ΐι·ορί'»ίη /on der Strömung ;.ο*.ί··.ΐίιίιΙ; ϊ&ϊ'ύ m, Uüd tiuT uJniu^ia-oii i-u ■ fuhr einer elektro,-if.utl'5ühjn Ladung .-.u e'^, .!η-ϊη -rroi-rVu, dient, einem Ablenker-vin, yis'ich^-, -r. .-.ι : -l-.? :^,^-ϊ .1!<!o. ;;■ feld bildet, das ai ■,·> ::*.ruv-U::^:ii-t..> -l--v: ^% -.."J-;,- Uo .-^ ,.10::

IiUt* rjevM'-i] U»r ^ i *i ·:■ ^ i j it¹ ι"":_Ί ·■;.·

Die Erfindung bezieht sich auf eine wahlweise Aufladung und Steuerung von Tropfen in einer oder mehreren Strömungen einer Flüssigkeit. Es wurde erkannt, dass eine Flüssigkeit, die in einem feinen Strahl durch eine kleine Oeffnung mit z.B. 0,025 bis 0,075 mm Durchmesser ausströmt, in Tropfen in einer regelmässigen Weise unterteilt wird, wo bei diese Wirkung durch eine Anregung mit einer gewünschten Frequenz noch unterstützt und vergleichmässigt werden kann. Nach der Trennung der Tropfen werden sie wahlweise elektrostatisch aufgeladen und können darauf durch ein Ablenkfeld geführt werden, in welchem geladene und ungeladene Tropfen verschiedenen Bahnen folgen.

Die SehaltSpannungen, die an den Aufladeelektroden für die Tropfen verwendet werden, sind verhältnismässig niedrig, a.B, im Grössenbereioh von 90 YoIt oder weniger, während die Spannung ξwischen den Äblenkelektroden eine Grösssnor-dnung von mehrersn Kilovolt haben kann. Es ist dabei baobaübtet worden, dass das Ablenkfeld Spannungen im Flüssigkeitsstrahl induaiaren kann, was zu falschen Sehaltvorgüngan führt, insbesondere in Fällen, wo die einzelnen Tei-L) kLöin äind und nur um Hundertstel eines Millimeters von- ;Lna!itior entfernt sind, wie c.B, bei Reihen von vielen nahe itaöinraider geordneten Tropf^norsaug

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BAD ORiQtMAL

dem Ablenkfeld und somit zu einer Verminderung des Einflusses von induzierten Streuladungen auf die Tropfen dient.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung sowie aus den folgenden Ansprüchen. Es zeigt :

Fig. 1 ein Schema einer typischen Tropfenerzeuger-Einheit, Fig. 2 ein Schema einer abgeänderten Ausführung, und

Fig. 3 eine räumliche Darstellung der Ausführung nach der Fig. 2.

Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 wird ein Strom einer Flüssigkeit aus einer Quelle T über eine Pumpe P durch eine Leitung 10 einer Düse 12 zugeführt und tritt in der Form eines feinen Strahles 14 nach aussen. Vorzugsweise ist ein Anregungsorgan wie z.B. ein Vibrator 15 vorgesehen, welcher regelmässige Su.-riwgen des Strahles verursacht, wodurch gewährleistet wird, dass der Strahl in gleich grosse regelmässig geformte und in gleichen Abständen voneinander entfernte Tropfen zerfällt. An der Stelle wo die Trennung der Tropfen erfolgt, ist der Strahl von einer Aufladeelektrode in der Form eines Hinges 18 umgeben. Die Stellung der Aufladeelektrode gegenüber der Düse 12 muss so gewählt sein, dass sich die Elektrode an einer Stelle befindet, an welcher der kontinuierliche Strahl aus der Oeffnung in die Tropfen zerfällt.

Es wurde beobachtet, dass wenn sich der Ring 18 zu weit von dieser Stelle befindet, ein Verlust am Wirkungsgrad der Aufladung entsteht. Bei geeigneten Ausführungen,

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die mit Erfolg versucht wurden, wurde eine Oeffnung mit einem Durchmesser von ungefähr 0,038 mm verwendet, bei einer Strömungsmenge von ungefähr 1,9 Liter in der Minute und einer /uiregungsfrequenz im Bereich von 50 Kilohertz. Der Ring der Aufladeelektrode hatte einen inneren Durchmesser von 1 mm und befand sich in einer Entfernung von 6,35 mm unterhalb der Düse. Diese Werte sollen jedoch nicht begrenzend wirken, da sie nur ein Beispiel einer geeigneten Ausführung darstellen. Durch die Verwendung eines Aufladedepotentiales können die einzelnen Tropfen elektrostatisch geladen werden.

Stromabwärts ist entlang des Pfades der Tropfen ein Satz von Ablenkelektroden 20 angeordnet, an welchen eine geeignete Spannung, κ.B. 1 Kilovolt angelegt ist, um ein Ablenkfeld zu bilden. Die aufgeladenen Tropfen, welche sich durch dieses Feld beifegen, v/erden abgelenkt, während ungeladene Tropfen ihrer ursprünglichen Bahn folgen. Diese Schaltmöglichkeit kann auf zwei verschiedene Arten ausgenützt werden. Der Pfad der ungeladenen Tropfen kann als die ri'ir-male Bewegungsbahn betrachtet werden, wobei diese Troj.fen einer geeigneten Aufnahmefläche 22 zugeführt werden, während die aufgeladenen Tropfen in einem geeigneten Auffangbehälter 23 aufgefangen v/erden» Umgekehrt kann die Bahn der abgelenkten aufgeladenen Tropfen als die normale Bewegungsbahn betrachtet werden, wobei der Auffangbehälter die unaufgeladenen Tropfen aufnimmt. In beiden Fällen können die Tropfen, welche sich entJang der gewählten normalen Bewegimßsbalm bewegen _s auf der Aufnahmefläche in einer regeliwässigen Form abgelagert werden. In diesem Zusammenhang sind bereits verschiedene Steuerungen für die Anordnung der Tropfen iro Raum oder für ihre Ablagerung anjden Aufnahme flächen vorgeschlagen worden, siehe die Patente (Gesuche Nr. entsprechend den US-Patentanmeldungen SN 7(18 766, SN 7Ü8 Y9G, SN 768 800 und SN 768 763).

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Eine Steuerung des Schaltkreises erfolgt durch die Zufuhr eines digitalen Eingangssignal«^ über eine Leitung 24 einer ersten Stufe eines Verstärkers, welcher die Spannung des Ringes 18 steuert. Vorzugswoiso wird dieses Signal mit einer Frequenz augeführt, weiche der Anregungsfrequenz entspricht, damit ein gegenseitiges Verhältnis dos S ehalt signal es und der Geschwindigkeit eier· Tropfenbildung erhalten wird, so dass es möglich ist, die Tropfen genau auf einer Aufnahmoflache abzulagern, Diu gegenseitige Bewegung zwischen der Bewegungsbahn der abzulagernden Tropfon und der Aufnahmefläche 22 kann ebenfalls durch geeignete Steuerungen berücksichtigt v/erden, wie dies aus den genannten Vorschlägen hervorgeht.

Es hat sich gezeigt, dass das P-tld, welches durch die Ablenkelektroden gebildet wird, insbesondere bei Ausführungen, wo die Teile klein sind und nahe aneinander angeordnet sind, eine Tondena zur Induktion von Spannungen am Knde des Strahles 14 hat, woraus sich falsche Schaltvorgänge ergeben. Zur Verhinderung diener 1-vlU-i ei nun;;; und somit zur Gewährleistung einer genauen St.-juerung dar Aufladung durch das Eingangssignal ii-jt eine «■ichul-.zdl.üktrods 2B in =l.sr Form ülnes geeigneten, elüi ti'UiCli Lui i.iahii-en Him·;«-3 vcnv-isehen, welche die Balm d-;r Tropfen awl > ii-:ii d^in King Ih und den Ablenkelektro lon Ά) umgibt, Die "Jch-i¹: e I il:trod-=i .^u> ijt '/■orzuguwoi.su geerdet, ;Ii«:: l'.nfUi j« loch \ «■ h au nm > ,",eoi^- n^te Vorap^nnuni¹; ιω'βΜΐϊΛ )ü..,au .ein, iü, ,_;Γ| ,ι^Λχ-.ιυ utbI '.hi. wird, dann nie da; Kn«.le ·\.:ί Μ.ναΗΙ-Ί^ \ l _b '■■ üi i-ikui »rr. in a\> ; :hJ cuO;.,

f^: J^J ,· ·.. ' -.(11*1 "i ..'It-- r ■» .' '·^Γ«ι. ι- ii^r ω'' ι'""¹^- i'U-T . :ih"i /« t '< ' ^i . · *> ' - : -»te.i. ^vw- ^- -j

der Fig. 3 hervorgeht, Ist eine Reihe von nahe aneinander angeordneten Tropfenerseugern vorgesehen, aus welchen parallele Strahlen von Tropfen austreten. Es versteht sich, dass zusätzliche Reiehen dieser Art vorgesehen sein können, wobei die Pfade der Tropfen derart angeordnet sind, dass sie benachbarte Linien auf einer Bahn für eine "/ollständigere Bedeckung aufweisen können. Derartige Ausführungen sind im genannten Pat exit (Gesuch Nr. entspricht der US-Pabanbannieldung SN 768 790) dargestellt und beschrieben*

Die Flüssigkeit wird in aine Kammer 30 in einer oberen Stange 31 eingeführt und gelangt zu einer Mehrzahl von Düsen 32, die in einer Düsenplatte 33 ausgebildet sind, welche unterhalb der Kammer 30 befestigt ist. Jeder dar aus den Düsen austretenden Flüssigkeitsistrahlen 34 zerfällt in Tropfan, Ein Anregungsorgan In der Form eines Vibrators 35 hab zur Folge, dass die Tropfen mit einer Frequsna gebildet werden, die allen Strahlen gemeinsam ist. Daraus ergeben sich Tropfen, die im i/eaonfclLehen alle die gleiche Grosse hab^n,

Unterhalb der DüjenplaUbe 33 befindet sich eine Auflade anordnung in abc- Form siner Platte 37, welche Oeffriuügaii auf v/eist, in walehsn aur Aufladung dienende Elekfcrodonringo 38 untergebracht sind. Jeder Ring 38 ist durch einen b-jüonderon Leiter l·) mLU «num besonder*n Anschluss in einem Anschlueiobsrüloh 40 an «Lii'jni Ende dar Mat ta 37 verbund sn. Die Anordnung i ;'· /οι·--u-riiweiso na^h -ilner photo« !•■'iv.vhi-J-:;ί>οη .^ti-i»". i-ilinll h:tp»-·^! 1&, wi ! »i«5 ϊη'.ϊ ier Hers=-«: s !•ii'r^r f\-·.: ,.JiIT-Sf'? »■ i-.üi! t.,jn J-T i-**iA>jL wird. Die iün."

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ti - BAD ORIGINAL

Unterhalb der Aufladeanordnung ist eine DistaiiEplat~ tc 42 aus elektrisch isolierendem Material befestigt, viel" ehe an ihren Enden Befestigungsstellen für Anschlussteckor AA bildet, die getrennten Anschlüsse für jeden Leiter 39 bilden. Die Stecker 44 sind sur Zusammenmrkung mit geeigneten Buchsen Einheiten 45 bestimmt, welche durch geeignete Kabel 46 an eine Steuer- und Schalteinheit 48 angeschlossen ist, welcher die Eingangssignale zugeführt werden, die der Information entsprechen, die auf einer bewegten Bahn 50 aufgezeichnet werden sollen.

Unterhalb der Distanaplatte 42 befindet sich eineplatt enförmi ge Schutzelektrode 51 und swar über einer elektrostatischen Ablenkanordnung, welche isolierende Stütz™ !stangen 52 enthält, an welchen Ablenkelektroden 54 befestigt sind, die eine Spannungsdifferenz aufweisen, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. Die Schutzelektrode 52 hat vorzugsweise die Form einer isolierenden Platte mit miteinander verbundenen Ringen, welche die durch die Platte führenden Oeffnungen umschliessen. Die Sclratselektrode kann jedoch auch die Form einer leitfähigen metallischen Platte haben, die geeignet angeordnete Oeffnungen aufweist. Unaufgeladene Tropfen folgen dabei einer geraden Bewegungsbahn und werden auf der Bahn 50 abgelagert, welche vorzugsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, die mit der Frequenz der Erzeugung von Tropfen abgestimmt ist_$ so dass eine ununterbrochene Folge von Tropfen eine kontinuierliche Linie entlang der Bahn zeichnet» Aufgeladene Tropfen folgen hingegen einer gekrümmten Bewegungsbahn unter dem Einfluss des Ablenkfeldes. Diese Tropfen werden aus dem System durch eine Auffanganordnung 55 entfernt.

Die Auffanganordnung 55 enthält ein Rohr 5G, welchen an eine Vakuumpumpe 57 angeschlossen ist, sowie ein

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blatt 58, welches sich durch einen Längsschlitz im Rohr erstreckt. Ein Sieb oder ein ähnliches perforiertes Material ist an entgegengesetzten Seiten des Blattes 58 angeordnet, wodurch ein Einsaugen von Tropfen der Flüssigkeit, die sich auf dem Blatt gesammelt haben, in das Rohr ermöglicht wird.

Es versteht sich, dass die ganze Anordnung nach der Fige 3 vervielfacht werden kann, wobei gleiche Einheiten in Abständen entlang der Bahn angeordnet werden können, und die Tropfenerzeuger jeder Anordnung derart angeordnet sind, dass sie gegeneinander versetzten Linien auf der Bahn folgen, um eine gute Bedeckung des geiränschten Abbildungsbereiches zu ermöglichen. Wegen der nahen Anordnung der Tropfenerzeuger und der im allgemeinen kompakten Konstruktion ist es erwünscht, die Anzahl der Teile und ihre Grosse möglichst klein zu halten. Die abschirmende Funktion kann in diesem Falle durch eine Erdung der einzelnen Aufladeelektroden 38 erzielt werden, wenn diese gerade nicht zur Aufladung von Tropfen verwendet werden.

Zu diesem Zxfeek wird ein Schalttransistor 60 normalerweise durch eine Vorspannung in einem leitfähigen Zustand gehalten, wodurch der Erdansdfl.uss für die mit ihm verbundene Aufladeelektrode 38 erhalten wird. Wenn ein Eingangssignal über eine Leitung 62 empfangen wird, wird dieses in geeigneter Weise verstärkt und der Basis des Transistors 60 zugeführt, wodurch dieser nichtleitfähig wird. Das Potential der Aufladeelektrode stuigt rasch, so dass der nächste Tropfen oder die Tropfen, welche vcra Flüssigkeitsstrahl getrennt werden, aufgeladen werden. Sobald das Eingangssignal zu wirken aufhört, wird der Transistor 60 sofort leitfähig und erdet die Aufladeelektrode. Die geerdete ßehutsselektrode 51 schirmt dabei das Ende des Flüssigkeits™

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Strahles ab und schützt dadurch dia sich trennenden Tropfen im Bereich der Aufladeelektrode vom Einfluss das Ablenkfeldes.

Obwohl die beschriebene Vorrichtung eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene Art der Vorrichtung begrenzt ist und dass im Rahmen der folgenden Ansprüche verschiedene Aenderungen dieser Vorrichtung durchgeführt v/erden können.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.) Vorrichtung für eine genaue räumliche und seitliche Ablagerung von in einer Folge gebildeten kleinen Flüssigkeitstropfen, alt einem Tropfenerzeuger zur Bildung aus einer Flüssigkeitsströmung von voneinander getrennten Tropfen

   ^ von gleicher Grosse mit ainer bestimmten Frequenz, die sich entlang einer bestimmten Bewegungsbahn bewegen, einem Aufladeorgan, welches sich im Bereich der Trennstelle befindet, an welcher die Tropfan /on der Strömung getrennt werden und einer wahlweisen Zufuhr einer elektrostatischen Ladung au einseinen Tropfan dient, einem Ablenkorgan, welches ein elektrisches äblenkfald bildet, das sich stromabwärts das Aufladaorgans entlang dar Bswegungsbahn dar Tropfen arstr^ckb, einem Steuerorgan■aur Steuerung dea Aufladeorganea und sur Aufladung nur 30wähltsr einzelner Tropfen sowie mit -iiinrrfa Äuffangorgaft zum Sameiöln dar aus dav Bewsgungiibahn uiitar einam Eiiiflusa das ilblenktaldes entferntiin Tropfen,

   ψ <::ik yaiisaishnet (lurch sin Sehnt Morgan (25, Bi), v/elches zur ^böo-hirmung dar Tropfen (16) au ihrar Trennabailo ron der f'Iü ^igkaitsströmung (Ii) g^göiiübar dam Ablonkfoid (20, 54) und joaüfc su ainar 7ürmmlerung dos Einfluaoe^ von iicoii auf dia Tropf jü (1β) dient,

   ₄ Vorriini^-.iiii; n.^;ieh Äiiüpruch 1, dadurch gek das Piühii'^jtßmi hihü Ochtifc seLök&r-uls (ä5, 31) a aiijh -.riiisTiiua Ium Auf Lid^Dr^an (18, 37) und Λ^-ϊά Ab rgaii (iCi, 54) zhi¹ Siliiiuig ,U:io*j Ablüiikfaldj;? oüfindo 'όΙά ür^aii, clutch -^al-ih^-i -iio fichu^aüiekörodQ {25_i B

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   an einer bestimmten festen Spannung gehalten werden kann.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Spannung die Erdspannung gegenüber dem Aufladeorgan (18, 37) und dem Ablenkorgan (20, 54) ist.

   ; 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tropfenerζeuger (12, 33) zur Bildung einzelner Tropfen mit einer Grosse im Bereich von 0,125 mm Durchmesser geeignet ist und dass das Aufladeorgan einen Elektrodenring (18, 38) enthält, welcher den Fltissigkeitsstrahl umschliesst und eine Oeffnung im Grössenbereich von 1 mm Durchmesser hat.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutζ elektrode (25) die Form eines ringförmigen Teiles hat, welcher die Bewegungsbahn der Tropfen (16) umschliesst, die sich zum Ablenkorgan (20) bewegen.

   6. Vorrichtung nach Anspruch *, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Tropfenerzeugern (33), die :mv Bildung von Tropfen entlang benachbarter Bewegungsbahnen dienen, wobei die Schutzelektrode (51) die Form einer Platte hat, Vielehe Oeffnungen aufweist, die gross genug sind, um den Durchgang aller Tropfen in das Ablenkfeld der Ablenkelektrode (54) au gestatten.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch. einen Steuerkreis (48) für die Aufladung, welcher mit dem Aufladeorgan (37) verbunden ist und dem Umschalten der Spannung des Aufladeorganes (37) in einer Folgt dient, xiol™ che der Folge der Erzeugung der Trcpfen entspricht, sowie zur gleichzeitigen Zufuhr einer elektrostatischen Ladung on ausgewählte der gebildeten Tropfen«

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   8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzorgan (51) miteinander verbundene Ringe enthält, welche geerdet sind und sich zwischen dem Aufladeorgan (37) und dem Ablenkorgan (54) befindet.

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