DE2140823A1

DE2140823A1 - Zerstäuberdüse

Info

Publication number: DE2140823A1
Application number: DE19712140823
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Macguire-Cooper, Richard Terence. Benson, Oxfordshire (Großbritannien)
Priority date: 1970-08-17
Filing date: 1971-08-14
Publication date: 1972-02-24
Also published as: IT940991B; US3743189A

Description

RICHARD TERENCE MACGUIRE-COOPER

Navron House, St. Helens Avenue, Benson, Oxfordshire (England)

Zerstäuberdüse

Die Erfindung betrifft eine Düse mit einem Einlaßraum für das zu zerstäubende Fluid sowie einer Auslaßöffnung und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Düse zwei Teile aufweist, deren erster eine Nut aufweist, während der zweite mit dem ersten zum Verschluß dieser Nut zusammengreift, damit ein Durchlaß entsteht, dessen eines Ende geschlossen ist und dessen anderes Ende mit dem Einlaßraum in Verbindung steht, daß die Querschnittsabmessungen des Durchlasses zu denjenigen des Einlaß- raumes klein sind, und daß die Auslaßöffnung in einem Bereich zwischen den Enden des Durchlasses in diesen öffnet.

Der erste Teil kann als Düse gestaltet sein und den Einlaßraum, die öffnung sowie die Nut umfassen. Ein

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in die Düse einsetzbarer zusätzlicher Teil kann die Nut zur Bildung des Durchlasses abschließen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Düse mit einem Einlaßraum und einer Auslaßöffnung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Nut des Teiles sich in der Hohlraumwand befindet und einen Durchlaß bildet, dessen eines Ende geschlossen j&b, während sein anderes Ende in den Raum mündet, wenn ein weiterer Teil in den Raum so eingesetzt ist, daß er die Nut längs ihrer Ränder abschließt, daß die Querschnittsabmessungen der Nut relativ zu denjenigen des Einlaßraumes klein sind und daß die öffnung in einem Bereich zwischen den Enden der Nut in diese mündet.

Bei einer Ausfuhrungsform der Düse kann die Nut von einer dünnen gebogenen Wand gebildet sein, die von der Außenfläche der Düse vorsteht.

Die öffnung kann zweckmäßig im wesentlichen auf halber Länge der Nut bzw. des Durchlasses angeordnet sein, wobei es sehr vorteilhaft ist, sie in Anpassung an das gewünschte Sprühbild im wesentlichen keil- oder V-förmit zu gestalten. Die Sprühbilder der Düse stehen hinsichtlich ihres Ausströmwinkels, der Dick** und der Partikelgröße in Beziehung zu den Querschnittsabmessungen und der Gestalt der Nut bzw. des Durchlasses.

Durch die Formgebung der öffnung und der Nut bzw. des Durchlasses können verschiedene Mengenstromcharakteristiken erzielt werden. Ist die öffnung V-förmig, wobei eine der Seiten des V als konkave Kurve verläuft, so tendieren die Durchflußmengen von der Düse zu einem konstanten Mengenströmungsbild. Wenn die Nut bzw. der Durchlaß anders als kreisförmig ausgebildet ist, so kann ein weiter Bereich verschiedener Mengenstrom-

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Charakteristiken erzeugt werden. Wenn beispielsweise ein nieren- oder bohnenförmiger Durchlaß verwendet wird, bei dem die Lappen der Bohnenforra zur öffnung gerichtet sind, wird ein konstantes Mengenströmungsbild hervorgerufen. Ähnlich ist es bei einem mondförmigen Durchlaß mit zwei Endlappen an seiner inneren konkaven Seite, von der die öffnung ausgeht. Zur Bestimmung des gewünschten Sprühbildes können verschiedene Formen der Nut bzw. des Durchlasses gewählt werden und dieser eine Parameter der Form einer Reihe von an sich bekannten Konfigurationen erlaubt die preiswürdige Herstellung von Düsen mit einem weiten Bereich unterschiedlicher Sprühbilder.

Die Länge der Nut bzw. des Durchlasses beeinflußt die Partikelgröße des Sprühstrahles.

Vorteilhaft wird die öffnung, aus der der Sprühstrahl austritt, in einer Vertiefung in dem Düsenkörper ausgebildet, wobei die Vertiefung die erwähnte gebogene Wand aufweist, die einen Teil des Durchlasses darstellt und über die Vertiefung mit kreisförmigem oder anderem Querschnitt vorsteht, wobei die öffnung so angeordnet ist, daß der von der Düse erzeugte Sprühstrahl nicht auf die Außenwand der Düse oder der Vertiefung auftrifft.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die öffnung keilförmig gestaltet ist, erstreckt sich eine Seite des Keiles im wesentlichen rechtwinklig zur Achse der Feinbohrung bzw. der Nut in der Düse, während die Richtung des Sprühstrahles eine Funktion ₍des Winkels ist, unter dem die andere Seite der öffnung verläuft .

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Eine sehr einfache und wirkungsvolle mechanische Zerstäuber-Sprühdüse wird erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß eine Wand eines Aerosol-Ventilstößels oder dgl. als eine der den Durchlaß des Ventiles bestimmenden Wände ausgenutzt wird. Wenn die Nut mit der Wand des Ventilstößels oder mit einer anderen Wand innerhalb des Düsenkörpers zusammenkommt, so daß sie an einem Ende geschlossen ist, wird der sich ergebende Durchlaß bis zu einem Sackende fortgesetzt, das-im Abstand zu der öffnung liegt. Dem durch Verschluß der Nut innerhalb der Düse gebildeten Durchlaß kann von dem Ventilstößel Druckfluid zugeführt werden, indem eine Übergangszone im oberen Teil des Düsenkörpers sich mit dem Durchlaß verbinden kann, so daß das an dem Ventilstößel entlangströmende Fluid seine Richtung umkehrt, um nach unten in den feingebohrten Durchlaß einzutreten, aus dem er durch die Öffnung ausgestoßen wird. Bei einer durch Spritzgießen eines geeigneten thermoplastischen Harzes hergestellten Düse kann die Nut mit Hilfe eines Kernes geformt werden, der den Einlaßraum bildet und einen Ansatz zur Ausformung der Nut trägt, wobei Kern und Ansatz gemeinsam aus dem Düsenkörper herausgenommen werden, wenn der Kunststoff der Düse von der Formarbeit noch warm ist. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung entsteht der feingebohrte Durchlaß, indem in dem Hauptkörper der Düse oder in einem in diesem Körper untergebrachten Einsatz, z.B. einem einfachen Stöpsel, zuerst ein Kanal, eine Nut oder ein Schlitz mit offener Seite ausgeformt wird.

Alternativ kann die Nut sich in einer Außenfläche eines Rohres befinden, das in den Düsenkörper eii^gepaßt ist und als Zuführungsleitung für das Druckfluid dient. In diesem Falle kann das Rohr mit einer Mehrzahl solcher offenen Kanäle versehen sein, die ver-

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schiedene Querschnittsbereiche und/oder Längen aufweisen können. Bei Drehung des Rohres und des Düsenkörpers relativ zueinander lassen sich durch Auswahl unterschiedlicher Kanäle verschiedene Sprühcharakteristiken einstellen.

Es ist auch möglich, den feingebohrten Durchlaß durch einen Düsenkörper und einen in diesen eingepaßten, nicht von einem Ventilstößel dargestellten Stöpsel zu bilden, wobei entweder der Stöpsel oder der DUsenkörper den Kanal aufweist.

Der Mechanismus der Sprühstrahlerzeugung in der erfindungsgemäßen Düse ist komplex, jedoch zeigen praktische Versuche, daß Turbulenzen in dem geschlossenen Ende des feingebohrten Durchlasses entstehen, und daß diese Wirbel sich zu der öffnung fortsetzen. Diese Versuche zeigen, daß der Abstand der Öffnung von dem geschlossenen Ende des Durchlasses einen bedeutenden Einfluß auf die Größe der erzeugten Partikel hat. Die Querschnittsabmessungen des Durchlasses dienen zur Be-Stimmung sowohl der Partikelgröße als auch der Durchflußmenge durch die Düse. Je höher der in dieser Düse angewandte Druck und je kleiner der feingebohrte Durchlaß ist, um so kleiner sind die von dem System hervorgebrachten Partikel. Es hat sich außerdem herausgestellt, daß eine in den Durchlaß mündende keilförmige Schlitzöffnung eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Richtung und der Mengenstromcharakteristiken des von einer solchen Schlitzöffnung erzeugten fächerartigen Sprühstrahles spielt. Wenn der Schlitz sich nur über weniger als den halben Durchlaßumfang erstreckt, ergeben sich normalerweise verhältnismäßig dreieckige Sprühbilder. Bei größerer Schlitzerstreekung erhält man breitere Ausströmwinkel sowie eine dreispitzige

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Sprühstrahlverteilung. Zur Erzielung eines konstanten Mengenstrom-Sprühbildes ist ein doppelelliptischer Schnitt des schmalen Durchlasses zweckmäßig, obwohl die anderen erwähnten Gestaltungen ähnliche Wirkung haben.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht einer ersten Ausführungsform einer Düse,

Ij Fig. 2 einen Querschnitt der Düse nach Fig. 1 in Verbindung mit dem Stößel eines Auslaßsteuermechanismus,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen der Fig. 2 entsprechenden Querschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Düse,

Fig. 5 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform einer Düse,

Fig. 6 eine Abwandlung der dritten Düsenausführung und

Fig. 7 einen Querschnitt einer fünften Gestaltungsmöglichkeit der Düse.

Fig. 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer Düse, bestehend aus einem durch Spritzguß hergestellten Düsenkörper 1, in den ein Ventilstößel 2 mit einer Zuführungsleitung 3 eingesetzt ist. Der Düsenkörper 1 weist einen Einlaßraum 4 auf, in dem der Ventilstößel 2

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steckt und in dessen Wand sich eine Nut 5 kleinen Durchmessers befindet (Fig. 2), die über die größte Länge ihrer Ränder durch den Zusammengriff von Düsenkörper 1 und Ventilstößel 2 abgeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Querschnittsabmessungen der Nut 5 im Verhältnis zu denjenigen des Einlaßraumes 4 klein, wobei der Radius der Nut 0,014 in. und der Radius des Einlaßraumes (4) 0,075 in.beträgt. Im allgemeinen liegen die Querschnittsabmessungen der Nut unter 0,050 in, vorzugsweise in dem Bereich zwischen 0,010 bis 0,050 in, während das Verhältnis der Querschnittsabmessungen der Nut 5 und des Einlaßraumes 4 normalerweise in dem Bereich zwischen 1:3 und 1:20 liegt.

Der. von der Nut 5 und dem Ventilstößel 2 gebildete Durchlaß steht über eine Übergangszone 6 mit der Innenbohrung 3 des Ventilstößels in Verbindung .Eine Innenfläche 7 des Ventilkörpers 1 stellt einen Anschlag für den Ventilstößel 2 dar, durch den sichergestellt ist, daß die Ubergangszone 6 zwischen dem Ende des Einlaßraumes 4 und dem Ventilstößel 2 vorhanden ist.

Eine Außenfläche der Düse ist mit einer Vertiefung 8 versehen, in die eine als keilförmiger Schlitz gestaltete Öffnung 9 mündet. Die untere Fläche 10 des Schlitzes erstreckt sich im wesentlichen rechtwinklig zu der Achse der Nut 5, während die obere Fläche 11 die Richtung des erzeugten fächerartigen Sprühstrahles bestimmt.

Die Nut 5 wird durch eine dünne Wand 12 definiert, die eine teilkreisförmige Rippe an der Basis der Vertiefung 8 bildet. Diese Rippe ermöglicht es dem Schlitz 9, sich in gewünschtem Ausmaß um den Umfang der Nut 5 zu erstrecken, im vorliegenden Falle um etwa l40°.

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Diese Ausführungsform, bei der ein feingebohrter Durchlaß von mondförmigem Querschnitt mit einer keilförmigen Öffnung 9* deren öffnungswinkel etwa 30 beträgt, kombiniert ist, erzeugt einen fächerartigen Sprühstrahl mit einem parabolischen Mengenströmungsbild.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß das untere Ende der Nut durch das Material des Düsenkörpers 1 selbst verschlossen ist. Die Nut kann daher mittels eines An_k satzes eines den Einlaßraum 4 ausformenden Kernes her-™ 10 gestellt werden, wobei Ansatz und Kern entfernt werden, solange das Material des Körpers 1 noch weich ist.

Die Abschlußwand des feinen Durchlasses muß nicht notwendigerweise von dem Düsenkörper 1 gebildet werdenj sie kann stattdessen wie in Fig. 4 gezeigt ist durch den Ventilstößel 2 entstehen. In diesem Falle weist der Einlaßraum 4 eine Ausnehmung auf, die eine Schulter I^ des Ventilstößels aufnimmt, welche bei zusammengesetzter Anordnung die Abschlußwand der Nut 5 darstellt. Im übrigen entspricht der Aufbau nach Fig. 4 demjenigen der Fig. 1 bis 3.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform, die den vorangegangenen ähnelt, bei der jedoch die Nut 5 in den gegossenen Ventilstößel 2 eingeformt ist, während die kreisförmige zylindrische Wand des Einlaßraumes 4 ohne Nut verbleibt.

Fig. 6 stellt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. dar, wobei der Ventilstößel 2 mehrere Nuten 5 trägt» Durch Drehung des Düsenkörpers 1 auf dem Ventilstößel 2 kann jede der Nuten 5 mit der Öffnung 9 in Verbindung gebracht werden, wodurch verschiedene Sprühcharakteristiken auswählbar sind. Zu diesem Zweck ha-

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ben die Kanäle 5 in dem Ventilstößel 2 mehrere unterschiedliche Querschnittsgestaltungen und -abmessungen sowie unterschiedliche Länge.

Pig. 7 läßt ein zusätzliches Verfahren zur Anbringung des feinen Durchlasses erkennen, indem in die Oberfläche eines in einen Hohlraum des Ventilkörpers 1 eingesetzten Stöpsels 14 dne Nut 5 mit offenen Enden eingeformt ist, so daß dieser Stöpsel 14 und der Düsenkörper 1 gemeinsam den erforderlichen feinen Durchlaß und den Einlaßraum 4 bilden. Ein Vorsprung 15 des Stöpsels 14 dient als Anschlag für den Ventilstößel 2, wobei zwischen dem Stöpsel 14 und dem Ende des Ventilstößels 2 ein Zugang 16 zu dem feinen Durchlaß entsteht,

Bei jeder Ausfuhrungsform erstreckt sich die Schlitzöffnung 9 vorzugsweise über nicht mehr als 5/12 des Umfanges des Durchlasses.

Der feine Durchlaß kann durch Nuten gebildet sein, die in jedem der beiden zusammenwirkenden Teile 1 und 2 oder 1 und 14 vorgesehen sind. Es können auch mehr als eine in den feingebohrten Durchlaß mündende öffnung vorhanden sein. Der Einlaßraum kann mit dem Durchlaß über einen Schlitz in dem inneren Ende des Ventilstößels bzw. fluidfuhrenden Teiles 2 in Verbindung stehen.

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Claims

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Ansprüche

l./Düse mit einem Einlaßraum zur Aufnahme des zu zerstäubenden Fluids sowie mit einer Auslaßöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Teile (1, 2 oder 14) vorgesehen sind, deren erster eine Nut (5) aufweist, während der zweite mit dem ersten zum "Verschluß dieser Nut zusammengreift, wodurch ein Durchlaß gebildet wird, dessen eines Ende geschlossen ist und dessen anderes Ende mit dem Einlaßraum (4) in Verbindung steht, daß die Querschnittsabmessungen des Durchlasses (5) zu denjenigen des Einlaßraumes (4) klein sind, und daß die Auslaßöffnung (9) in einem Bereich zwischen den Enden des Durchlasses (5) in diesen mündet.
2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil (1) hohl ausgebildet und der andere Teil (2, 14) in den erstgenannten Teil (1) eingesetzt ist.
jj. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil (2) der Stößel eines Auslaß-Steuerventiles ist.
4. Düse nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Teil (1) die öffnung (9) definiert.
5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (2) mehrere verschiedene Nuten (5) aufweist und relativ zu dem zweiten Teil (1) drehbar ist, wodurch die öffnung (9) mit den einzelnen aufeinanderfolgenden Nuten verbindbar ist.

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6. Düse nach den Ansprüchen 2 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil

(1) eine Durehgangsbohrung (4) aufweist, die durch den ersten Teil (14) an einem Ende geschlossen ist.
7. Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennz e i chne t , daß ein Ansatz (15) des ersten Teiles (14) den Einschub eines fluidführenden Rohres

(2) in die Bohrung begrenzt, um die Verbindung zwischen dem Durchlaß (5) und dem Rohrinneren (3) aufrechtzuerhalten.
8. Düsenteil mit einem Einlaßratun und einer Auslaßöffnung, insbesondere für die Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (1) in der Wand des Einlaßraumes (4) eine Nut (5) aufweist, die einen Durchlaß darstellt, der an einem Ende geschlossen ist und mit seinem anderen Ende in den Raum mündet, wenn ein weiterer Teil (2) in den Raum so eingesetzt ist, daß er die Nut (5) längs ihisr Ränder absehließt, daß die Querschnitt sabmessungen der Nut (5) in bezug auf diejenigen des Raumes (4) klein sind, und daß die öffnung (9) in einem Bereich zwischen den Enden der Nut (5) in diese mündet.
9. Düsenteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (5) von einem vorstehenden, gebogenen Wandabschnitt (12) des ersten Teiles (1) gebildet ist.
10. Düsenteil nach Anspruch 8 oder 9» in Kombination mit dem zweiten Teil, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil eine Zuführungsleitung (3) aufweist, die mit dem Durchlaß (5)

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über einen im wesentlichen U-förmigen Strömungsweg (6) in Verbindung steht, so daß die Strömungsrichtungen in dieser Leitung (3) und in dem Durchlaß (5) einander im wesentlichen entgegengesetzt sind.
11. Düse oder Düsenteil nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Partie des ersten Teiles (1) eine Abschlußwand der Nut (5) an einem Ende des Durchlasses bildet.
12. Düse oder Düsenteil nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet^ daß der zweite Teil (2) eine Partie (13) aufweist, die an einem Ende des Durchlasses (5) dessen Abschlußwand darstellt.
13· Düse oder Düsenteil nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (9) ein im wesentlichen keilförmiger Schlitz ist.
14. Düse oder Düsenteil nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (9) sich über nicht mehr als 5/12 des Umfanges des Durchlasses (5) erstreckt.
15· Düse oder Düsenteil nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Querschnittsabmessung des Durchlasses 0,050 in. beträgt.
l6. Düse oder Düsenteil nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der maximalen Querschnitts-

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abmessungen des Einlaßraumes (4) und des Durchlasses (5) in dem Bereich von 3:1 bis 20:1 liegt.
17* Düse oder Düsenteil nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (5) eine längliche Querschnitt sform aufweist, deren Längserstreekung unter einem Winkel zu einer durch die zur Durchlaßachse rechtwinklige öffnung gehenden Linie verläuft.
18. Düse oder Düsenteil nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse mit einem Fluide unter Druck verteilenden Druckbehälter in Wirkverbindung steht.
19. Düse oder Düsenteil nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (5) durch Nuten in jedem der beiden Teile (1, 2 und 14) gebildet ist.
20. Düse oder Düsenteil nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Öffnung in den Durchlaß münden.
21. Düse oder Düsenteil nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß über einen Schlitz in dem ersten oder zweiten Teil mit dem Einlaßraum verbunden ist.

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