DE19619811A1 - Vorrichtung zum Vertropfen von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vertropfen von Flüs­ sigkeiten mittels einer Druckschwingung, die der Flüssigkeit in einem Behälter aufgedrückt wird, der einen Einlaß und als Auslaß eine Düsen­ anordnung aufweist, wobei die Druckschwingung in einem auf den Behälter aufgesetzten Rohrstück mittels eines axial vibrierenden Stößels erzeugt wird und der Einlaß in das Rohrstück mündet.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 30 35 331 bekannt. Die in dieser Druckschrift offenbarte Vorrichtung enthält eine Düsenplatte mit einer Mehrzahl von Düsen, die einen von einer Flüssigkeit aufgefüllten Behälter abschließt. Auf diesen Behälter ist gegenüber der Düsenplatte ein Rohrstück aufgesetzt, in das von der Seite her die Flüssigkeit zufließt. Oberhalb dieses Einlasses ist ein in dem Rohrstück axial vibrierender Stößel eingesetzt, der gegenüber der Innenwand des Rohrstücks durch einen O-Ring abgedichtet ist. Der O-Ring wird dabei von einer ihm gegenüber breiten Nut in dem Stößel aufgenommen, was beim Vibrieren des Stößels dazu führt, daß der O-Ring innerhalb der Nut hin und her rollt. Aufgrund der Vibration des Stößels ergibt sich in der im Behälter befindlichen Flüssigkeit eine Druckschwin­ gung, die dazu führt, daß die aus den Düsen austretende Flüssigkeit sich in einzelne Tropfen zerteilt.

Die vorstehend beschriebene Vertropfung von Flüssigkeiten führt insbesondere dann zu einer hohen Beanspruchung des O-Ringes, wenn es sich um eine Flüssigkeit handelt, die erst infolge ihrer relativ hohen Temperatur die erforderliche Viskosität erhält, was insbesondere für thermoplastische Kunst­ stoffe gilt. In diesen Fällen hat der O-Ring relativ hohen Temperaturen Stand zu halten, die beispielsweise in der Größenordnung von 200-300°C liegen. Das Material des O-Rings wird aber nicht nur durch eine hohe Temperatur der zu verarbeitenden Flüssigkeit, sondern auch durch seine hin und her gehende Abrollung in der Nut hohen Beanspruchungen ausgesetzt, was zu einem schnellen Verschleiß des O-Rings führt. Im Falle des Aus­ wechselns eines O-Rings muß dann der Betrieb der Vorrichtung unterbrochen werden, was insbesondere bei der Herstellung von Kunststoffen besonders nachteilig ist, da deren Herstellung möglichst im kontinuierlichen Verfahren erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vertropfen von Flüssigkeiten zu schaffen, die bei hoher Wirksamkeit praktisch keine Verschleißprobleme aufweist. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Stößel von einem diesen abschließenden Faltenbalg axial umschlossen wird, der dicht in einen Boden des Rohrstücks übergeht und den Behälter dicht abschließt.

Durch die Anordnung des Faltenbalgs kann in dem das Rohrstück abdichten­ den Bereich keinerlei Reibung auftreten, da die betreffenden Bewegungen im Rahmen der Vibration des Stößels von dem Faltenbalg aufgefangen werden, der sich mit seinen Rändern bewegungsfrei sowohl gegenüber dem Stößel als auch gegenüber dem betreffenden Ende des Rohrstücks abdichten läßt. Für den Faltenbalg kann dabei ein dauerelastisches Material, insbesondere ein entsprechend dünnes Metallblech verwendet werden, das einerseits die notwendige Elastizität und außerdem die erforderliche Widerstandsfähigkeit gegen höhere Temperaturen besitzt. Der Faltenbalg bildet damit für den dichten Abschluß von Stößel gegenüber dem Rohrstück ein ideales Bauele­ ment, von dem aus zusammen mit dem Stößel die sich auf die Flüssigkeit auswirkenden Schwingungen übertragen werden.

Vorteilhaft legt man den Einlaß in das Rohrstück so, daß dieser im Bereich des Faltenbalges, insbesondere an seinem oberen Ende, einmündet. In diesem Falle ergibt sich durch die Atmungsbewegungen des Faltenbalges, die sich in mehr oder minder starken Einschnürungen des Faltenbalges äußern und damit eine Art Pumpvorgang ausüben, eine entsprechende Einwirkung auf die auf den Faltenbalg zuströmende Flüssigkeit, die damit gewissermaßen hin und her gepumpt wird, wodurch sich eine besonders gute Verteilung der einseitig durch den Einlaß zuströmenden Flüssigkeit um den gesamten Faltenbalg herum ergibt. Dies hat wiederum an dem der Düsenanordnung zugewandten Seite des Rohrstücks eine besonders gute Verteilung der Flüs­ sigkeit in Richtung auf die einzelnen Düsen der Düsenanordnung zufolge. Insbesondere bei Anordnung des Einlasses am oberen Ende des Faltenbalges ergibt sich oberhalb des Einlasses nur ein geringer Totraum innerhalb des Rohrstücks, was insofern von Vorteil ist, als hierdurch vermieden wird, daß sich hier in größerem Umfang Luft ansammeln kann, die gegebenenfalls vom Einlaß her mit der Flüssigkeit in die Vorrichtung hineintransportiert wird.

Darüberhinaus ergibt sich eine günstige Gestaltung der Vorrichtung, wenn sich der Faltenbalg im wesentlichen bis an das der Düsenanordnung zu­ gewandte Ende des Rohrstücks erstreckt. In diesem Fall verbleibt vor dem auf die Düsenplatte zugerichteten Ende des Stößels kein Freiraum innerhalb des Rohrstücks, da der Stößel zusammen mit dem Faltenbalg praktisch vollständig bis zu dem betreffenden Ende des Rohrstücks reicht. Hierdurch wird erreicht, daß das Gesamtvolumen des Behälters zusammen mit dem betreffenden vom Rohrstück herrührenden Anteil relativ klein gehalten werden kann, so daß das durch die Vibration des Stößels definierte Volumen im Verhältnis zu dem Volumen des gesamten Innenraums relativ groß bleibt. In diesem Fall erhält man eine entsprechend hohe Intensität der Einwirkung der Vibration auf die im Behälter strömende Flüssigkeit.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die Darstellung der Vorrichtung im Schnitt mit den sich nach Austritt der Flüssigkeit aus der Düsenanordnung ergebenden Tropfen,

Fig. 2 die gleiche Anordnung in einer Heizkammer zusammen mit einem Auffangbecken für die erzeugten Tropfen.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält eine die Düsenanordnung bildende Düsenplatte 8 mit den Düsen 9, von denen hier insgesamt 6 dargestellt sind. Eine derartige Düsenplatte enthält jedoch in der Regel wesentlich mehr Düsen, z. B. 180 Düsen. Normalerweise sind die Düsen in konzentrischen Kreisen angeordnet. In diesem Falle ist die Düsenplatte 8 als runde Platte ausgebildet. Die Düsenplatte 8 ist an dem Deckel 6 befestigt, der hier wie die Düsenplatte 8 ein rundes Teil bildet. Der Deckel 6 bildet zusammen mit der Düsenplatte 8 einen Behälter mit dem Innenraum 2, in den über den Einlaß 4 eine zu vertropfende Flüssigkeit kontinuierlich zu­ geleitet wird (siehe eingezeichneter Pfeil). Die über den Einlaß 4 zugeleitete Flüssigkeit, z. B. ein in flüssiger Form vorliegender Kunststoff, gelangt in das Rohrstück 11, das in der Mitte des Deckels 6 auf diesen in senkrechter Richtung zur Erstreckung der Düsenplatte 8 aufgesetzt ist. In das Rohrstück 11 ragt der Stößel 3 mit an seinem Ende befestigter Stößelplatte 12 hinein.

Der Innenraum 2 ist gegenüber der äußeren Umgebung der Vorrichtung durch den Faltenbalg 5 abgedichtet, der sich von der Stößelplatte 12 bis zu dem Flansch 13 erstreckt, der das Ende des Rohrstücks 11 bildet. Der Faltenbalg 5 besteht aus einen hochelastischen dünnen Metallblech, das dem Faltenbalg in axialer Richtung des Rohrstücks 11 eine gewisse Beweglichkeit gibt. Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung wird durch die Tragstücke 14 gehalten, die hier in prinzipieller Darstellungsweise eine Stützkonstruktion bilden.

Der Stößel 3 hängt an dem Vibrator 1, der aus irgendeiner bekannten Vibrationseinrichtung bestehen kann, z. B. einem elektrodynamischen Schwin­ gungserzeuger. Der Vibrator 1 versetzt bei Betrieb den Stößel 3 in eine axiale Schwingung, die in der Flüssigkeit im Innenraum 2 eine Vibrations­ frequenz erzeugt, die etwa zwischen 10-100 Hertz liegt. Mit derartigen Vibrationsfrequenzen läßt sich erfahrungsgemäß eine gute Vertropfung, insbesondere von flüssigen Kunststoffen, erzielen. Infolge der Vibration des Stößels 3 führt die Stößelplatte 12 zusammen mit dem an ihr befestigten Ende des Faltenbalges 5 eine auf- und abgehende Bewegung aus, d. h. mit der Frequenz der Vibration wird der in dem Innenraum 2 befindlichen Flüssigkeit eine entsprechende Druckschwingung aufgedrückt. Aufgrund dieser Vibration ergibt sich in der über den Einlaß 4 kontinuierlich zuströmenden Flüssigkeit eine ständige Druckschwingung im Bereich der Düsen 9, was dann zur Ausbildung von Tropfen 10 nach Austritt der Flüssigkeit aus den Düsen 9 führt. Durch die Vibration insbesondere der Stößelplatte 12 wird nämlich der die Düsen 9 durchströmenden Flüssigkeit eine periodisch schwankende Durchtrittsgeschwindigkeit aufgedrückt, was dann zu der Bil­ dung der Tropfen 9 führt.

Aufgrund der Vibration des Stößels 3 mit der Stößelplatte 12 wird der Faltenbalg 5 periodisch gestreckt und wieder zusammengezogen. Es existiert somit innerhalb der Vorrichtung im Bereich ihres durch den Deckel 11 und die Düsenplatte 8 gebildeten Behälters keinerlei Verschleiß. Bei dieser periodischen Bewegung des Faltenbalgs 5 werden seine Wellen aufeinand­ erfolgend abgeflacht und wieder erhöht, was eine Art Pumpvorgang um den Faltenbalg 5 herum erzeugt, durch den die über den Einlaß 4 zuströmende Flüssigkeit einer ständigen Durchmischung unterworfen wird. Hierdurch wird eine hohe Gleichmäßigkeit der Verteilung der Flüssigkeit um den Faltenbalg 5 herum erzielt, was sich in einem entsprechend gleichmäßigen Zuströmen der Flüssigkeit zu den Düsen 9 äußert. Dies wird hier noch dadurch unter­ stützt, daß der Einlaß 4 auf den Faltenbalg 5 zu gerichtet ist. Die Lage des Einlasses 4 innerhalb des Rohrstücks 11 ist dabei so gewählt, daß der Einlaß 4 dicht benachbart neben dem Flansch 13 endet, so daß sich zwischen Flansch 13 und dem Einlaß 4 an der Innenwand des Rohrstücks 11 prak­ tisch kein Todraum bildet, in dem längere Zeit die zuströmende Flüssigkeit verweilen kann. Hierdurch wird vermieden, daß gegebenenfalls mit der zuströmenden Flüssigkeit Luft sich oberhalb des Einlasses 4 innerhalb des Rohrstücks 11 ansammeln kann, die dann gesondert abgeführt werden müßte.

Der Faltenbalg 5 erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrstücks 11, so daß der Innenraum 2 praktisch nur von dem Zwischen­ raum zwischen der Düsenplatte 8 und dem Deckel 6 gebildet ist. Hierdurch wird erreicht, daß das Verhältnis von Vibrationsvolumen (Flüssigkeitsver­ drängung bei maximalem Hub des Stößels 3) zu dem Volumen des Innen­ raumes 2 relativ groß ist. Dies wirkt sich auf die Effektivität der Vibration günstig aus.

In der Fig. 2 ist die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit geringfügigen Ab­ wandlungen zusammen mit einer durch die Wandungen 15 gebildeten Heiz­ kammer und einem Auffangbecken 17 für die hergestellten Tropfen darge­ stellt. Das Rohrstück 11 ist hier in axialer Richtung durch die Verlängerung 14 ergänzt, wobei sich zwischen die Verlängerung 14 und das Rohrstück 11 ein nach auswärts gewinkelter Flansch des Faltenbalges 5 setzt, der hier eingespannt ist. Die Verlängerung 14 geht in die Wandung 16 der Heizkam­ mer über, durch die mit einer nicht dargestellten Heizung dafür gesorgt wird, daß die Vorrichtung auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden kann. Dementsprechend ist auch der Einlaß 4 mit einer Isolierung 16 versehen, die gegebenenfalls auch eine ebenfalls nicht dargestellte Hei­ zung enthalten kann.

Unterhalb der Düsenplatte 8 ist das mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, gefülltes Auffangbecken 17 vorgesehen, in das die Kühlflüssigkeit von der einen Seite 18 her einströmt und über die andere Seite 19 aus­ strömt. Die so zugeleitete Kühlflüssigkeit sorgt durch eine entsprechende Kühlung der in sie hineinfallenden Tropfen 10 für deren Aushärtung, die dann über das Ende 19 abgeleitet werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Vertropfen von Flüssigkeiten mittels einer Druck­ schwingung, die der Flüssigkeit in einem Behälter (6, 8) aufgedrückt wird, der einen Einlaß (4) und als Auslaß eine Düsenanordnung (8) aufweist, wobei die Druckschwingung in einem auf den Behälter (6, 8) aufgesetzten Rohrstück (11) mittels eines axial vibrierenden Stößels (3, 12) erzeugt wird und der Einlaß (4) in das Rohrstück (11) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (3, 12) von einem diesen ab­ schließenden Faltenbalg (5) axial umschlossen wird, der dicht in einen Boden (13) des Rohrstücks (11) übergeht, und den Behälter (6, 8) dicht abschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (4) in das Rohrstück (11) im Bereich des Faltenbalges (5), insbesondere an seinem oberen Ende, einmündet.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Faltenbalg (5) im wesentlichen bis an das der Düsenanordnung (8) zugewandten Ende das Rohrstücks (11) erstreckt.