DE2129665B2 - Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit einem piezoelektrisch angeregten Schwingungssystem - Google Patents
Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit einem piezoelektrisch angeregten SchwingungssystemInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches !.
Ein wie im Oberbegriff erwähntes Schwingungssystem für die Verwendung als Zerstäuber für Flüssigkeiten
ist in der DE-PS 20 32 433 beschrieben. Ein anderes piezoelektrisch angeregtes Schwingungssystem, das
sich in der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwenden läßt, ist in der DE-PS 13 03 171
beschrieben. Bei diesem Schwingungssystem erfolgt eine Anregung des Koppelschwingers jedoch zu
Longitudinalschwingungen anstelle von Biegeschwingungen wie beim Schwingungssystem nach der PS
32 433. Noch ein weiteres Schwingungssystem für Flüssigkeitszerstäubung, das mit Hilfe eines piezoelektrischen
Wandlers anzuregen ist, ist aus der US-PS 03 310 bekannt. Bei diesem zur Zerstäubung vorgesehenen
Schwingungssystem ist ein besonderer Schirm für die Flüssigkeitszufuhr vorhanden.
Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, das beschriebene Schwingungssystem
nach einem betriebsbedingten Aussetzen der Schwingung möglichst schnell wieder in den Zustand zu
versetzen, der ein erneutes Anschwingen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Vorrichtung erfin
dungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Erfindung wird in der Beschreibung der Figuren eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt und
erläutert.
F i g. 1 zeigt ein verwendetes Schwingungssystem nach dem DE-Patent 20 32 433;
F i g. 2 zeigt die Vorrichtung mit dem Schwingungssystem und die Fördervorrichtung für die zu zerstäubende
Flüssigkeit;
F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit Selbsterregung
für das Schwingungssystem und mit der Steuereinrichtung zur Steuerung der Tätigkeit der
Fördervorrichtung.
F i g. 1 zeigt ein im Prinzip in dem obengenannten älteren Patent bereits beschriebenes Schwingungssystem
mit einem Koppelschwinger, der im wesentlichen aus dem Wandler 1, bestehend aus einer piezoelektrischen
Keramik, und dem Kegelstumpf 5 gebildet ist An der stumpfen Spitze des Kegelstumpfes 5 ist die
gekoppelte zweite Platte 4 befestigt Auf der Oberfläche 41 der Platte 4 wird die Flüssigkeit zerstäubt. Die
Keramik des Wandlers 1 ist in Richtung der Dicke des Wandlers polarisiert
Auf dem Wandler 1 sind zwei Elektroden vorgesehen, und zwar eine kreisförmige Elektrode 221 in der Mitte
und darum herum eine ringförmige Elektrode 121. Die Gegenelektrode wird durch die Fläche zwischen dem
Kegelstumpf 5 und dem Wandler gebildet Mit 11 sind die Anschlüsse für die Elektrode 121 und die
Gegenelektrode und mit Ul ist der Anschluß für die Elektrode 221 bezeichnet. Der Anschluß U dient zur
Zuführung der Wechselspannung, mit der das Schwingungssystem angeregt werden soll. Zwischen der
Elektrode 221 und der Gegenelektrode kann eine Rückkopplungsspannung abgegriffen werden. Für den
Betrieb der Selbsterregung soll die Rückkopplungsspannung bevorzugt phasenentgegengesetzt der an den
Anschlüssen U anliegenden Spannung sein. Diese Phasendrehung um 180° kann in einfacher Weise
dadurch erreicht werden, daß die piezoelektrische Keramik im Bereich der Elektrode 221 einerseits und im
Bereich der Elektrode 121 andererseits zueinander entgegengesetzt gerichtet polarisiert ist.
Anstelle des in F i g. I dargestellten Schwingungssystems kann auch ein solches verwendet werden, bei dem
anstelle des Kegelstumpfes 5, wie oben erwähnt, eine Platte mit einem Steg vorgesehen ist. Dabei hat die
Platte im wesentlichen den Durchmesser des Wandlers 1 und der Steg einen demgegenüber wesentlich
kleineren Durchmesser. Mittels des Steges wird die Koppelverbindung zwischen dieser Platte und der
Platte 4 hergestellt.
F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Flüssigkeitszerstäubung mit einem, wie in F i g. 1 dargestellten Schwingungssystem.
Mit 70 ist ein Trog für die Flüssigkeit 75 bezeichnet. Aus diesem Trog wird Flüssigkeit mittels
der Fördervorrichtung 73 auf die Oberfläche 41 der Platte 4 des Schwingungssystems mit dem Konus 5 und
dem Wandler 1 zugeführt. Zur Steuerung der Flüssigkeitszufuhr ist eine Steuereinrichtung 71 funktionell
zwischen dem Schwingungssystem und der Fördervorrichtung 73 eingeschaltet. Die Steuervorrichtung ist
derart ausgebildet, daß die die Tätigkeit der Fördervorrichtung 73 bei Abbrechen der Schwingungsbewegung
des Schwingungssystems oder schon bei Verringerung der Schwingungsamplitude und daraus folgender
Verkleinerung der Amplitude der Rückkopplungsspannung infolge übermäßiger Flüssigkeitszufuhr auf die
Oberfläche 41 unterbricht. Es ist vorgesehen, daß die Unterbrechung so lange anhält, bis die übermäßige
Beladung der Oberfläche 41 mit Flüssigkeit beseitigt ist. Zur Beseitigung übermäßiger Flüssigkeitsmenge auf
der Oberfläche 41 sind gemäß Weiterbildungen der Erfindungen spezielle Maßnahmen vorgesehen. Insbesondere
wird die Oberfläche 41 bzw. das gesamte erfindungsgemäße SchwingungssysteTi in einer zur
Schwerkraftrichtung geneigten Richtung angeordnet. Dies begünstigt ein Ablaufen der Flüssigkeit von der
Oberfläche 41. Um insbesondere bei Flüssigkeiten mit relativ großer Kohäsion und/oder Adhäsion dieses
Ablaufen zu begünstigen, wird ein Vorsprung in der Nähe des Randes der Oberfläche 41 der Platte 4
vorgesehen. Sobald die überhängende Flüssigkeit diesen Vorsprung erreicht, wird sie an diesem abgeleitet. Als
besonders günstig hat sich die Verwendung eines Dochtes 77 als wie eben beschriebener Vorsprung
erwiesen. Vorzugsweise sind die Elektroden des Schwingungssystems mit einem elektrisch isolierenden,
vorzugsweise feuchtebeständigen Überzug versehen.
Mit der Erfindung tritt bei einem piezoelektrisch angeregten Schwingungssystem noch ein weiterer
Vorteil auf, der darin besteht, daß durch die infolge der Anregungsenergie und der mechanischen Schwingungsverluste auftretende Erwärmung des Schwingungssystems
ein Abdampfen, insbesondere übermäßiger Flüssigkeitsmenge von der Oberfläche 41 erfolgt. Dieses
Abdampfen tritt vorteilhafterweise dann besonders hervor, wenn die Flüssigkeitszufuhr bereits unterbrochen
ist und die sonst ständige Kühlung des Schwin-
gungssystems durch neuzugeführte Flüssigkeit ausbleibt.
F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für die Erzeugung einer selbsterregten Wechselspannung,
vvobei die Selbsterregung durch Rückkopplung von der erwähnten dritten Elektrode 221 des Schwingungssystems,
z. B. eines Schwingungssystems nach F i g. I, bzw. in der Vorrichtung nach F i g. 2, gesteuert ist.
In dem gestrichelt umrahmten Teil der Schaltungsanordnung nach Fig.3 ist der Schaltungsteil 71 zur
Steuerung der Fördervorrichtung 73 wiedergegeben.
Die am Emitterwiderstand 87 des Transistors 84 anliegende Rückopplungsspannung wird mit Hilfe der
Diode 91 gleichgerichtet und erzeugt eine Gleichspannung am Kondensator 92. Solange diese Spannung
kleiner ist als die Betriebsspannung 93 ist der Transistor
94 leitend, so daß an den Klemmen 95 und 96 keine Spannung anliegt. Steigt die an 92 anliegende
Gleichspannung auf den Wert der Battcriespannung, so wird der Transistor 94 sperrend und 95 und 96 liegen auf
verschiedem Potential. Es hat sich gezeigt, daß im Normalzustand der Zerstäubung am Widerstand 87 eine
Amplitude auftritt, die der Batteriespannung entspricht, bei übergelaufenem Schwinger sinkt die Spannung
dagegen auf etwa 3A ihres normalen Wertes ab. Schließt
man an die Klemmen 95 und 96 die Vorrichtung 74 an, so erfolgt die Regelung gerade in der vorgesehenen Weise.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Betrieb eines zum Zerstäuben von Flüssigkeiten verwendeten, mit einer elektrischen
Wechselspannung in Resonanz zu erregenden piezoelektrischen Schwingungssystems mit Amplitudentransformation,
das aus einem Koppelschwinger mit einem piezoelektrischen Wandler und einer zu Biegeschwingungen anzuregenden, die Zerstäubung
bewirkenden Platte besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen der zu
zerstäubenden Flüssigkeit auf die Oberfläche (41) der gekoppelten Platte (4) des Schwingungssystems
eine Fördervorrichtung (73) vorgesehen ist und daß eine Steuereinrichtung (71) funktionell zwischen
dem Schwingungssystem und der Fördervorrichtung (73) vorgesehen ist, die bei Abbrechen der
Schwingungsbewegung des Schwingungssystems infolge übermäßiger Flüssigkeitszufuhr die Tätigkeit
der Fördervorrichtung unterbricht bis die Schwingung des fortlaufend elektrisch angeregten Schwingungssystems
wieder einsetzt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die für die Zerstäubung bestimmte Oberfläche (41) der gekoppelten Platte (4) zur
Schwerkraftrichtung geneigt angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in geringem Abstand dem Rand
der für die Zerstäubung bestimmten Oberfläche (91) der gekoppelten Platte (4) eine die übermäßige
Menge Flüssigkeit ableitende Vorrichtung zugeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung ein Docht (77) ist.
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