DE2220537A1

DE2220537A1 - Koaleszenzduese

Info

Publication number: DE2220537A1
Application number: DE2220537A
Authority: DE
Inventors: Roland P Heinrichs
Original assignee: Uniwave Inc
Current assignee: Uniwave Inc
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1972-04-26
Publication date: 1973-01-04
Also published as: FR2141038A5; DE2220537C3; CA988041A; JPS5131605B1; DE2220537B2; US3726482A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. RWeickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem.2&

8 MÜNCHEN 86, DEN SAHA POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

<983921/22>

UNIWAVE, IUO., 75 Marine Street, Farmingdale, NoY., V.St.A.

Koaleszenzdüse

Die Erfindung betrifft eine Koaleszenzdüse,' die zum Vergrößern der Teilchen eines durch die Düse geleiteten Aerosols dient. Insbesondere eignen sich solche Koaleszenzdüsen zur Verwendung für Schmiersysteme mit Ölnebel. Bei solchen Schmiersystemen ist das Schmieröl als ein Aerosol in einem luftstrom suspendiert und wird in diesem Zustand durch ein Rohr oder einen sonstigen geschlossenen Kanal zu einer entfernten Stelle geleitet, wo eine kontinuierliche Schmierung notwendig ist« Im allgemeinen wird das Öl in einer zentralen Ölnebelquelle in den Aerosolzustand versetzt und jede zentrale Ölnebelquelle ist an mehrere Leitungsrohre angeschlossen, durch die mehrere Stellen einer einzelnen Maschine oder einer Maschinengruppe gleichzeitig und kontinuierlich geschmiert werden können₀

Die bekannten Schmiersysteme mit Ölnebel geben zwar eine befriedigende Schmierung, haben jedoch Mangel in verschie« dener Hinsicht. Die zu schmierenden Teile sind im allgemeinen der luft ausgesetzt oder in geschlossenen Räumen untergebracht, die mit der Außenluft in Verbindung stehen_o Bei den bekannten Systemen wird nun ein-Teil des Ölnebels nicht auf dem zu schmierenden Teil abgelagert, sondern bleibt in der Luft und gelangt in die Umgebung in Form eines ver-

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irrten dicken Nebels. Dieser verirrte Ölnebel vermindert die zur Schmierung verfügbare ölmenge und verursacht eine unerwünschte Luftverunreinigung der Umgebunge

Bin weiterer Mangel der bekannten Schmiersysteme mit Ölnebel besteht darin, daß etwaa von dem Ölnebel koalestziert und von der Düse oder einem anderen Auslaß des den Ölnebel führenden Rohres herabtropft· Das herabtropfende Öl geht ebenfalls für die Schmierung verloren und verursacht eine unerwünschte Schmiermittelansammlung an freiliegenden Ma« schinenflächen, die eine häufige Reinigung notwendig macht, wenn man verhindern will, daß die auf den geschmierten Maschinen verarbeiteten Artikel beschmutzt werden« Eine häufige Anwendung erfahren die Schmiersysteme mit ölnebel in Wirkstühlen und Strickmaschinen, bei denen eine Verschmutzung der Wirk- und Strickwaren durch verirrte ölmengen unbedingt zu vermeiden ist·

Aufgabe der Erfindung ist es, obige Mangel zu beseitigen. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Koaleszenzdüse vor, die an ihrer Auslaßöffnung einen Flüssigkeitsnebel erzeugt, der aus Tröpfchen von einer solchen Größe besteht, daß diese nioht das Bestreben haben,in der umgebenden Luft suspendiert zu bleiben, wobei eine Strömungscharakteristik erzeugt wird, die ein Herabt ropfen der Flüssigkeit unterbindet und dafür sorgt, daß die Flüssigkeit in dem an der Auslaßöffnung erzeugten Flüssigkeitsstrahl gefangen bleibt. Die Koaleszenzdüse gemäß der Erfindung kann auoh zur gesteuerten Zusammenballung von Flüssigkeitsteilchen in Aerosolen für andere Anwendungsgebiete als die erwähnten Schmieraysteme mit ölnebel dienen_e

Genauer weist die erfindungsgemäße Koaleszenzdüse eine Einlaßöffnung, eine Auslaßöffnung und zwisohen diesen beiden öffnungen einen sich schlängelnden Pfad auf, um die

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Flüssigkeitsteilehen zusammenzuballen, wenn ein Aerosol die Düse passierte Der geschlängelte Pfad weist mindestens einen Bereich auf, in dem das Aerosol gegen eine Wand des Pfades stößt, und einen Bereich, in dem dem Fluid ein Drehimpuls erteilt wird, so daß ein an dem Auslaß erzeugter Flüssigkeitsnebel im wesentlichen aus Öltröpfohen einer solchen Größe besteht, daß diese nicht das Bestreben haben, in der Umgebungsluft in Suspension zu bleiben«)

Die Koaleszenzdüse weist einen Körper und eine Muffe auf, wobei der Körper die Einlaßöffnung und die Muffe die Auslaßöffnung bildete Die Muffe erstreckt sioh wenigstens über einen Teil des Körpers und bildet mit diesem Abschnitte des geschlängelten Pfadeso Mindestens Teile der Wände des gesohlängelten Pfades sind aus einem Material mit einer kleineren Oberflächenspannung, als die Flüssigkeit des Aerosols hat ο Aus diesem Material können die Wände des Pfades im Bereich der Auslaßöffnung und ein Teil der Wände des Pfades in demjenigen Bereich, wo dem Fluid ein Drehimpuls erteilt wird, gebildet sein· Auch kann die Muffe aus dem Material mit der geringeren Oberflächenspannung bestehen·

Der Körper kann eine axiale Bohrung haben, die von der Einlaßöffnung ausgeht, wobei die Einlaßöffnung einen kleineren Querschnitt hat, als der Innenquerschnitt des den ölnebel führenden Schlauches ist· In dem Körper ist eine querlau·» fende Bohrung ausgebildet, die die axiale Bohrung kreuzt und eine Verbindung zwischen der axialen Bohrung und einem im wesentlichen ringförmigen Hohlraum zwischen dem Körper and der Muffe herstellt· Das Aerosol stößt gegen die Grundfläche der axialen Bohrung und gegen die Umfangswand des ringförmigen Hohlraums und erfährt dabei die Riohtungsänderun-· gen, die notwendig sind, damit es dem geschlängelten Pfad folgt und die Koaleszenz zustandekommto

Der geschlängelte Pfad der KoaleszenzdU.se gemäß der Erfin-

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dung verläuft von dem ringförmigen Hohlraum aus entlang mindestens einem schraubenförmigen Kanal, der zwischen der Muffe und dem Körper gebildet ist und in dem das Fluid seinen Drehimpuls erhält«, Die Muffe hat eine axiale Bohrung, in der der Teil des Körpers aufgenommen ist, und der schraubenförmige Kanal endigt in einer erweiterten, zur Koaleszenz dienenden Endkammer, die von dem Ende des Körpers und der Grundfläche der axialen Bohrung in der Muffe gebildet wird ο Die Grundfläche der axialen Bohrung hat die Form eines Kegelstumpfes, der in die Endkammer hineinragt, und das Aerosol stößt gegen diese konische Grundfläoheo In der Mitte der Grundfläche der axialen Bohrung in der Muffe befindet sich die Einlaßöffnung zu einer divergierenden Düse, die in Achsrichtung in der Muffe ausgebildet ist und in der Auslaßöffnung der Koaleszenzdüse endigte An dem an die Auslaßöffnung grenzenden Ende der Muffe ist eine Nut ausgebildet, die dazu dient, Luft zur Verfugung zu stellen, welche in den aus der Auslaßöffnung austretenden Flüssigkeitsnebel eingesaugt wird, um auf diese Weise dazu beizutragen, ein Abtropfen an der Düse zu verhindern

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen hervor· Es zeigen»

Figei eine halbschematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Koaleszenzdüse, die an ein Schmiersystem mit Ölnebel angeschlossen ist, und

Figo2 eine teilweise geschnittene Ansicht der in Figoi gezeigten Koaleszenzdüse«,

In Figoi ist eine Koaleszenzdüse 10 dargestellt, die an ein Schmiersystem mit ölnebel angeschlossen lst₀ Zu diesem System gehört eine Quelle 12 für den Ölnebel, die über einen den Ölnebel führenden Schlauch 14 mit der Düse 10

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verbunden ist ο Die Düse 10 ist in einer Gewindebohrung 16 in einer Stütze 18 befestigt und so angeordnet, daß sie einen Ölsprühnebel auf den zu schmierenden Teil der Maschine richtet. In dem dargestellten Beispiel ist dieser Teil ein Gelenk 20.

Die Ölnebelquelle erzeugt ein Aerosol, in dem Ölpartikel in der Form kleiner Kügelchen mit einem Durchmesser zwischen 1 und 5 Mikron suspendiert sinde Dieser Aerosolnebel wird in dem Schlauch 14 mit einer Geschwindigkeit von etwa 9 m/ s transportierte Partikel dieser Größe würden das Bestreben haben, in der Luft suspendiert zu bleiben, wenn sie auf das Gelenk 20 gerichtet würden, und würden dispergieren und dann nicht mehr für die Schmierung verfügbar sein₀ Die Koaleszenzdüse 10 ist jedoch speziell dafür eingerichtet, die Ölpartikel verschmelzen zu lassen, so daß Ölpartikel mit einem Durchmesser von etwa 50 - 50 Mikron entstehen, die auf das Gelenk 20 in Form eines Sprühnebels aufgebracht werden. Partikel dieses Größenbereiches und noch größere können nicht ohne weiteres in freier luft suspendiert bleiben; sie verunreinigen daher nicht die umgebende Atmosphäre durch die Erzeugung eines dicken Ölnebels im Bereich des Gelenkes 20_o

Wie im einzelnen aus Figo2 ersichtlich, besteht die Koaleszenzdüse 10 aus einer Muffe 22, die vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial mit den noch näher erläuterten Eigenschaften bezüglich der Oberflächenspannung hergestellt ist, und aus einem Körper 24-, der zweckmäßig aus einem Metall, etwa Messing, ist«, Am einen Ende ist auf dem Umfang der Muffe 22 ein Gewinde 26 angebracht, mit dem die Koaleszenzdüse 10 in die Gewindebohrung 16 der Stütze 18 einge« schraubt werden kann, wie in Fig_o1 gezeigt. Diese Halterung 1st nur ein Beispiel; es können auch andere Befestigungsarten für die erfindungsgemäße Düse vorgesehen werden_o In

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Achsrichtung ist die Muffe 22 von einer weiten Bohrung 28 durchzogen, die in einer querstehenden Endwand 30 endigt, welche die Form eines in die Bohrung vorspringenden Kegelstumpfes hatο Von dieser Endwand 30 der Bohrung erstreckt sich eine divergierende axiale Bohrung 34 bis zur Endwand der Muffe 22₀ Die Einlaßöffnung 36 der divergierenden axialen Bohrung 34 hat einen kleineren Durchmesser als die axiale Bohrung 28. Die divergierende Bohrung 34 endigt in einer Öffnung 38 in der Endwand 32, die die Auslaßöffnung der Koaleszenzdüse .10 darstellt. In der Endwand 32 ist konzentrisch zur Auslaßöffnung 38 eine ringförmige Hut 41 mit etwa dreieckigem Profil angebracht, die in radialer Richtung einen kleinen Abstand zur Auslaßöffnung hat.

Der Körper 24 weist einen mit der Muffe in Eingriff stehenden Teil 40 auf, der so bemessen ist, daß er in die axiale Bohrung 28 der Muffe paßt und eine dichtende Anlage zwischen seiner Umfangswand 42 und der Wand der Bohrung zustande kommto Dieser Teil 40 steht in Längsrichtung von einem verbreiterten Teil 43 des Körpers ab, der einen Anschlag 44 bildet, gegen welchen die Endwand 46 der Muffe 22 anstößt, um den Spielraum für das Einschieben des Teils 40 in die Bohrung 28 zu begrenzen

Der in die Muffe greifende Teil 40 ist in einem Abstand vom Anschlag 44 mit einem ringförmigen Vorsprung 48 versehen, der "sich dichtend gegen die Wand der Bohrung 28 legt und zusammen mit dieser Wand dazu dient, die Muffe 22 und den Körper 24 zusammenzuhalteno Weiter hat der in die Muffe greifende Teil auch noch nächst seinem ringförmigen Vorsprung 48 einen versohmälerten Teil 50, der zusammen mit der Wand der Bohrung 28 einen ringförmigen Hohlraum 52 einsohließto Ein Ende dieses Hohlraums wird von einer radialen Wand 54 gebildet, die den ringförmigen Vorsprung 28 mit dem versohmälerten Teil 50 verbindet. Das andere Ende des Hohl·-

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raums wird von einer schrägen radialen Wand 56 begrenzt, die sich von dem verschmälerten Teil zur Umfangswand 42 erstreckt, die mit der Wand der Bohrung 28 in abdichtender Anlage steht. In der Ümfangswand 42 sind zwei Schraubennuten 58 ausgebildet, die schraubenförmige Kanäle von dem Hohlraum 52 zu einer Endkammer 60 bilden, welche zwischen einer Endwand 62 des Körpers 24 und der Endwand 30 der Bohrung eingeschlossen ist«, Die Schraubennuten 58 haben etwa V-förmigen Querschnitte

Von der anderen Seite des verbreiterten Teiles.43 des Körpers steht in axialer KLuchtung mit dem in die Muffe greifenden Teil ein Befestigungsteil 64 vor, der so bemessen ist, daß er in den den Ölnebel transportierenden Schlauch 14 paßt, wie in Figd gezeigt ist» Auf der Außenfläche dieses Befestigungsteils 64 sind zwei beabstandete ringförmige Vorsprünge 66 angebracht, die mit dem Schlauoh 14 in Ein** griff gebracht werden, um die Kupplung zwischen dem Schlauoh und dem Körper zu sichern_e Am Umfang des verbreiterten Teils 43 sind zwei sich gegenüberstehende Abflachungen in Längsrichtung vorgesehen, damit man den Körper mit einem Schraubenschlüssel oder dergleichen besser fassen kann,,

Der Körper 24 hat eine axiale Bohrung 68, die sich durch den Befestigungsteil 64 und den verbreiterten Teil 43 "bis in den verschmälerten Teil 50 des in die Muffe greifenden Teils erstreckt. Die Bohrung endigt in einer konischen Einsenkung 70e Die Einlaßöffnung 72 der Bohrung 68 hat einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des den Ölnebel führenden Schlauches 14. Die axiale Bohrung 68 wird ron einer Querbohrung 74 durchkreuzt, und zwar an einer Stelle kurz vor der Einsenkung 70 im Bereich des' verschmä« lerten Teils 5O₀ Die Querbohrung 74 liefert zwei Wege für die Überleitung von Aerosol aus der axialen Bohrung 68 in den ringförmigen Hohlraum 52» ■ "

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Die Koaleszenzdüse gemäß der Erfindung beruht im Prinzip auf einer Reihe von Stoßen des Aerosols gegen die stationären Wände in dem Pfad des Aerosols, durch die die erste Koaleszenz erfolgte Die Zusammenstöße zwischen den auf solche Weise erzeugten Partikeln bewirken, daß sich diese Partikel zu größeren Partikeln zusammenballen aufgrund der Affinität der Ölmoleküle zueinander«. Der genaue Mechanismus der Koaleszenz wird in Verbindung mit der nachfolgenden genauen Beschreibung der Punktion der erfindungsgemäßen Koaleszenzdüse erläuterto

Das in der Ölnebelquelle 12 erzeugte Aerosol ist seiner Natur nach instabil, so daß jede gesteuert auf das Aerosol einwirkende Störung eine Trennung des Aerosols in gesonderte luft und Ölströme bewirkt. Entsprechend erzeugt die Turbulenz eines Luftstromes bei Einwirkung auf einen sonst stabilen Ölstrom kleine Ölpartikel, die in dem Luftstrom mitgerissen werden, so daß erneut das Aerosol entsteht. Dieses letztgenannte Prinzip wird zum Erzeugen des Aerosols in der Ölnebelquelle ausgenützt»

Die Strömung des Ölnebels in dem Schlauch 14 ist turbulent; sie führt zu einer gewissen Koaleszenz und begünstigt die größeren Partikel von .4-5 Mikron im Durchmesser. Die zusammengeballten ölpartikel bilden einen Ölfilm auf der Innenwand des Schlauches 14, der von der Strömung des unkoaleszierten Aerosols an dieser Wand entlang zur Düse 10 transportiert wird, vorausgesetzt, die gesamte Höhendifferenz zwischen der Düse 10 und der ölnebelquelle 12 und die Länge des Schlauches 14 sind nicht zu groß. Unter normalen Bedingungen kann man erwarten, daß bis zu 40$ der Ölpartikel in den längs der Schlauchwände wandernden Ölfilm koaleszieren, je nach der-Länge des Schlauches, der Geradlinigkeit des Schlauches und der Radien etwaiger Biegungen im Schlauch» sowie anderen Faktoren» Der teilweise koaleszierte Strom

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kommt mit dem Körper 24 der Düse 10 an dessen Endwand 76 in Berührung, die die Einlaßöffnung 72 des geschlangelten Pfades bildet, der in der Düse 10 von der Einlaßöffnung 72 zur Auslaßöffnung 38 verläuft₀ Die Verringerung des Durchmessers zwischen der axialen Bohrung 68 und dem Innendurchmesser des Schlauches 14 dient dazu, die Geschwindigkeit der Strömung in der axialen Bohrung 68 zu erhöhen» Durch den Übergang vom Schlauch 14 in die axiale Bohrung 68 wird den Partikeln zusätzliche kinetische Energie zuteil, wobei sich ihr Impuls ändert und eine zusätzliche Koaleszenz erfolgte

Die Geschwindigkeitssteigerung in der Strömung führt zur Koaleszenz infolge des Aufpralls des Aerosols auf der Einsenkung 70, wie noch näher erläutert wird. Der Rand der Einlaßöffnung 72 ist entschärft, um die Eingangskontraktion des Aerosolstromes möglichst gering zu halten. Eine gleiche Form ist für den Rand der Eintrittsöffnung 36 der divergierenden Bohrung 34 vorgesehen.

Die Länge der axialen Bohrung 68 ist so gewählt, daß eine genügende Ausrichtung der Partikel in Strömungsrichtung erfolgt. Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Düse genügt für diesen Zweck eine Länge der axialen Bohrung von 2 cm (0,8 ZoIl)₀ Kurze Zeit nach Beginn des Betriebs sammelt sich Öl in der Einsenkung 70, so daß hier eine zur Strömung des Aerosols in der axialen Bohrung 68 annähernd senkrechte Fläche entsteht* Alle Partikel in dem Aerosolstrom bis auf die kleinsten prallen auf das in der Einsenkung 70 angesammelte Öl mit ausreichender Stoßkraft auf, um ihre Geschwindigkeit ganz zu verlieren und an der Ölmenge in dieser Stelle hängen zu bleiben. In diesem Stadium ist mehr als 905S₁ des Öls koalesziert; das immer "trockener" werdende Aerosol enthält nur noch Partikel von weniger als 2 Mikron Durohmesser, sowohl ursprünglich vorhandene, als auch neu hereingezogene· Die Aerosolströmung verläuft weiter entlang

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den beiden Armen der Querbohrung 74 in gleichen Strömungsmengen zum Hohlraum 52. Das koaleszierte Öl wird duroh die Reibung zwischen dem Aerosolstrom und dem Ölfilm entlang den Wänden der Querbohrung zum Hohlraum mitgezogen. Einige kleine Partikel werden durch die turbulente Wechselwirkung zwischen dem Aerosolstrom und dem Ölfilm wieder in das Aerosol hineingerissen. Der Querschnitt der Querbohrung 74 ist gleichmäßig und vorzugsweise gleich dem halben Quersohnitt der axialen Bohrung 68, so daß die beiden Arme der Querbohrung zusammengenommen die gleiche Querschnittsfläche haben wie die axiale Bohrungo

Nach Verlassen der Querbohrung 74 prallt der Aerosolstrom gegen die Wand der Bohrung 28 in der Muffe 22 und dieser Aufprall bewirkt eine weitere Zusammenballungo Und was noch wichtiger ist, die Stoßkraft des Aerosolstromes gegen die Wand der Bohrung 28 dient dazu, das flüssige Öl gegen die Bohrungswand zu pressen und dort zu halten· Nach kurzer Laufzeit füllt öl den zwischen der Querbohrung 74 und der radialen Wand 54 bestehenden Hohlraum aus.

Wie oben erwähnt, wird das Material der Muffe 22 vorzugsweise nach seiner Oberflächenspannung ausgewählt, und zwar so, daß es eine kleinere Oberflächenspannung hat als das öl.

Die Wahl des Materials für die Muffe geht von folgender Überlegung aus: Wenn die Oberflächenspannung des Materials, gegen welches sich der Ölfilm legt, größer ist als die Oberflächenspannung des Öls, wird das Öl sich nicht in sich selbst zusammenziehen, sondern sich über die Oberfläche ausbreiten₀ Dieser Effekt, der Benetzungseffekt genannt wird, beruht auf der größeren Anziehung zwisohen den ölmolekülen und den Molekülen des Materials im Vergleich zur gegensei*« tigen Anziehung zwischen den ölmolekülen_e Der Benetzungseffekt läßt einen sehr dünnen Ölfilm entstehen, der sich als sohwierig zu transportieren erwies, d«ho es war schwer,

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den Ölfilm durch die Einwirkung des Aerosolstromes an den Wänden entlangzusohieben· Außerdem werden, wie schon er« wähnt, durch die Turbulenz des Aerosolstromes kleine Partikel an der Grenzfläche zwischen dem dünnen Mim und dem Aerosolstrom aus dem dünnen Ulm herausgerissen und mitgeschleppte Wenn dagegen ein Material verwendet wird, dessen Oberflächenspannung kleiner ist als die Oberflächen« spannung der in dem Aerosol vorhandenen Flüssigkeit, im vorliegenden Fall des Öls, ist die Oberflächenspannung des Öls bestrebt, eine diokere, elastischere Ölmasse zu bilden, die sich unter dem Angriff des turbulenten luftstromes verformen kann und sich einem Hereinziehen in den Luftstrom widersetzt, dabei aber ohne Schwierigkeit entlang der Wand weitergesohoben wird·

Einige Kunststoffe, beispielsweise Polypropylen, haben eine kleinere Oberflächenspannung als das Öl, und wenn man die Muffe aus einem solchen Kunststoff formt, dient das Material als primäre Stoßflache und als Oberfläche, auf der entlang der primäre Transport der Fluidpartikel erfolgt nach den ersten Koaleszenzstufen in dem den Ölnebel transportierenden Schlauch 14 und im Körper 24··

Die Umfangswand des ringförmigen Hohlraums 52, der im wesentlichen als Sammelraum dient, in dem die Strömung neu aus« gerichtet wird, ist also aus einem Material mit niedriger Oberflächenspannung. Diese Umfangswand ist die Wand der Bohrung 28 der Muffe· Wie noch weiter unten erläutert wird, wird der größte Teil des koaleszierten Öls während des restlichen Fluidpfades gegen diese Wand gesohleudert, so daß es Ton deren Oberflächeneigenschaften Nutzen zieht©

Das Aerosol und das zusammengeballte Öl fließen aus dem ringförmigen Hohlraum 52 durch die zwei schraubenförmigen Kanäle, die von den Nuten 58 im Körper und der Wand der

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Bohrung 28 gebildet werden₀ Die schraubenförmigen Kanäle dienen als Energieleiter für den nachfolgenden letzten Koaleszenzprozeß in der Endkammer 60, in die sie münden, und auch als ein Bereich, in dem dem Fluid ein Drehimpuls erteilt wird. Das Aerosol verläßt die schraubenförmigen Kanäle mit einer Geschwindigkeit, die sowohl einen axialen als auch einen tangentialen Vektor hat. Die Größe der axialen Vektorkomponenten reicht aus, um beim Aufprall des Aerosolstromes auf der konischen Endfläche 30 der Bohrung 28 praktisch eine totale Koaleszenz aller Ölpartikel zu erreiohen_o

Diese konische Endfläohe besteht auch aus dem Material mit niedriger Oberflächenspannung, um einen riohtigen Pluß des Ölfilms zu gewährleisten. Die tangentiale Gesohwindigkeitskomponente des Aerosols liefert den Drehimpuls des flüssigen Öls, damit der Strömungsvorgang sich in der unten beschriebenen Weise fortsetzt. Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Düse betrug der Steigungswinkel der Schraube 19° und entsprach der gewünschten Richtung der Vektorresultanten aus der axialen und tangentialen Geschwindigkeit skomponenteo

Die Endkammer 60 ist speziell so bemessen und geformt, daß ein erneutes Hereinreißen von ölpartikeln in den nunmehr praktisch trockenen Luftstrom aufgrund der beim Aufprall des Luftstromes gegen die Endwand 30 hervorgerufenen Turbulenz möglichst gering gehalten wird· Die Endkammer ist spezifisoh so geformt, daß jede nachfolgende ölmasse beim Verlassen der schraubenförmigen Kanäle die vorausgegangene ölmasse auf einer abnehmenden Spiralbahn zur Mitte der Endwand vorwärtsschiebt und damit zur Einlaßöffnung 36 in die divergierende Bohrung 34o Das flüssige Öl behält genügend Winkelgeschwindigkeit bei, daß, wenn es sioh mit dem Luftstrom in der divergierenden Bohrung 34 vereinigt, an der Auslaßöffnung 38 das angestrebte Sprühbild erzeugt wird*

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Die divergierende Bohrung 34 dient als divergente Düse, in der die Strömungsgeschwindigkeiten bei oder unter der Schallgeschwindigkeit liegen.» Die hohe laufgeschwindigkeit ist erforderlich, um dem Öl durch Reibung eine genügende Impulsänderung zu erteilen, damit es die'für die gewünschte Sprühverteilung notwendige Austrittsgesehwindigkeit erhält. Die gewünschte Sprühverteilung ist im vorliegenden Pail ein Konus, ausgehend von der Auslaßöffnung 38„ Die Winkelgeschwindigkeit, die dem Öl in den schraubenförmigen Kanälen erteilt wurde, ist zwar zum Zeitpunkt, wo das Öl die Düse erreicht, schon ziemlich reduziert, genügt aber noch, das Öl an die Düsenoberfläche zu pressen und dort festzuhalten, damit es zu keinem wesentlichen Wiedereintritt von Ölpartikeln in den luftstrom kommtβ Die axialen und tangentialen G-eschwindigkeitskomponenten .des Öls und des Luftstroms sind so, daß die gewünschte Richtcharakteristik des Ölflusses auch noch in vernünftigen Entfernungen vom Düsenende erhalten bleibt, damit praktisch alles Öl auf die gewünschte Stelle gelangte

Die ringförmige Hut 41 hat den Zweok, ein Abtropfen des Öls aus dem Auslaß der Düse zu verhindern Hierzu wird die Tatsache ausgenützt, daß der statisohe Druck in dem aus der Düse austretenden Luftstrom geringer ist als in der den Düsenausgang umgebenden ruhenden Lufto Die !Tut 41 dient als Leitung für die nach innen stürzende Umgebungsluft, die aufgrund des Unterschiedes im statischen Druck in den Luftstrom hineingesaugt wird₀ Diese nach innen stürzende Luft ist bestrebt, das Öl von der Düsenoberfläche mitzunehmen und in den Luftstrom hineinzureißen_c Dieser Vorgang wird noch durch die niedrige Oberflächenspannung des für die Muffe verwendeten Materials, die die Adhäsion zwischen dem öl und der Oberfläche klein hält, verstärkte

Auf diese Weise kommt sowohl eine maximale Koaleszenz als

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auch ein praktisch tropfenloser Sprühnebel zustande« Für manche Verwendungszwecke kann jedoch ein geringerer Koaleszierungseffekt und ein gewisses Abtropfen an der Düse toleriert werden. In diesem Fall kann die Koaleszenzdüse gemäß der Erfindung mit einer Muffe aus einem Material wie Aluminium, Messing oder Stahl versehen werden, das nicht die oben erwähnte Eigenschaft einer niedrigen Oberflächenspannung hat. Außerdem kann, wo die Abtropfgefahr nicht von Bedeutung ist, die ringförmige Nut 40 weggelassen werden*

Die genauen Abmessungen und die Orientierung der Teile der erfindungsgemäßen Düse hängen in der Praxis von dem speziellen Luftstrom und der Qualität und Quantität der Flüssigkeit abo Die erfindungsgemäße Koaleszenzdüse kann zur gesteuerten Koaleszenz eines beliebigen flüssigen Aerosols verwendet werden und beschränkt sich nicht auf die Schmierung mit ölnebel gemäß der Zeichnung. Auch kann die erfindungsgemäße Düse als Auslaßdüse für ein Aerosol dienen, bei dem irgendeine kolloidale Substanz in einem fluiden Medium suspendiert ist, etwa ein in einem flüssigen Medium suspendierter Feststoff«

An dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind im Rahmen der Erfindung Abänderungen mögliche

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Claims

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Ansprüohe

·ϊ Koaleszenzdu.se, dadurch, gekennzeichnet, daß sich zwischen einer Einlaßöffnung (72) und einer Auslaßöffnung (38) ein geschlängelter Pfad erstreckt, auf dem die flüssigen Teilchen eines den Pfad passierenden Aerosols koa·- leszieren und der mindestens einen Bereich (70,52) aufweist, an dem das Aerosol gegen eine Wand des Pfades prallt, und einen Bereich (58), in dem dem Fluid auf diesem Pfad ein Drehimpuls erteilt wird, so daß der am Auslaß der Düse erzeugte Sprühnebel im wesentlichen aus !Tröpfchen einer solchen Größe besteht, daß diese nicht bestrebt sind, in Suspension in der Umgebungsluft zu bleiben·

Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Wände des geschlängelten Pfades aus einem Material mit einer Oberflächenspannung besteht, die kleiner ist al3 die Oberflächenspannung der in dem Aerosol enthaltenen Flüssigkeit«

Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Wand des geschlängelten Pfades mit der geringeren Oberflächenspannung derart angeordnet ist, daß die koaleszierte Flüssigkeit.im Bereich der Auslaßöffnung an ihm entlang transportiert wird·

4-0 Düse nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Wand des geschlängelten Pfades mit der kleineren Oberflächenspannung die äußere Umfangswand des geschlängelten Pfades in demjenigen Bereich bildet, in dem dem Fluid ein Drehimpuls erteilt wird ο

5ο Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet, daß der geschlängelte Pfad einige Bereiche (70,52) aufweist, an denen das Aerosol gegen die Wand des Pfades prallte

Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Pfades, gegen die das Aerosol aufprallt, etwa senkrecht zur Strömungsriohtung des Aerosols in diesem Stoßbereioh ausgerichtet ist.

7. Düse naoh einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich, in dem dem Fluid ein Drehimpuls erteilt wird, relativ zur Auslaßöffnung derart angeordnet ist, daß die koaleszierte Flüssigkeit an der Auslaßöffnung eine Geschwindigkeit mit einer tangentialen Komponente hat»

Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (38) in einer Endfläche (32) angeordnet ist, die mit einer zur Auslaßöffnung konzentrischen ringförmigen Nut (41) versehen ist, welohe einen Leitungsweg für die Umgebungsluft bildet, der die·» se Umgebungsluft zu einer Vereinigung mit dem Flüssig« keitsnebel an der Auslaßöffnung führt»

9ο Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlängelte Pfad einen Bereich hat, der eine divergierende Düse (34) bildet, die an der Auslaßöffnung (38) endigt₀

10· Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlängelte Pfad eine Endkammer (60) mit einer Endwand (30) aufweist, in die auf ihrem Umfang derjenige Bereich des geschlängelten Pfades, auf dem das Fluid einen Drehimpuls erhält, derart mün-

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det, daß das Aerosol gegen die Endwand (30) dieser Endkammer prallt, wobei in der Mitte der Endwand eine Öffnung (36) angebracht ist, duroh die das Fluid die Endkammer (60) auf dem Weg zur Auslaßöffnung (38) verläßt»

ο Düse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkammer (60) und der Bereich zur Erteilung des Drehimpuls es an das Fluid derart angeordnet sind, daß die koaleszierte Flüssigkeit beim Verlassen der Endkammer an der Auslaßöffnung (38) eine Geschwindigkeit mit einer tangentialen Komponente hat₀

12. Düse nach Anspruch 11, daduroh gekennzeichnet, daß die Endwand (30) der Endkammer (60) die Form eines Kegelstumpfes hat, der in die Endkammer hineinragte

13o Düse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlängelte Pfad mindestens einen Bereich (52) umfaßt, an dem das Aerosol gegen eine Wand des Pfades prallt, bevor es in den Bereich eintritt, in dem dem Fluid ein Drehimpuls erteilt wird_e

14o Düse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlängelte Pfad eine divergierende Düse (34) zwisohen der Austrittsöffnung (36) der Endkammer (60) und der Auslaßöffnung (38) der Koaleszenzdüse aufweisto

15o Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Körper (24) und einer Muffe (22) besteht, in der eine axiale Bohrung (28) ausgebildet ist, in welcher ein Teil (40) des Körpers (24) mit abdichtendem Kontakt eingreift, wobei die Einlaßöffnung (72) der Düse in einer Endwand des Körpers und die Auslaßöffnung (38) in einer Endwand (32) der Muffe ausgebildet sind, und daß der geschlängölte

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Pfad wenigstens zu einem Teil zwischen den Wänden der axialen Bohrung (28) der Muffe und dem Umfang des in die Muffe eingreifenden Teils (40) des Körpers gebildet ist, wobei Muffe und Körper so geformt sind, daß der geschlängelte Pfad mindestens einen Bereich, in dem das Aerosol gegen eine Wand des Pfades prallt, und einen Bereich, in dem dem Fluid ein Drehimpuls erteilt wird, aufweist·

16o Düse naoh Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (22) aus einem Material hergestellt ist, das eine kleinere Oberflächenspannung hat als die Flüssigkeit des AerosolSo

17» Düse nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Muffe eingreifende Teil (40) des Körpers (24) und die axiale Bohrung (28) der Muffe sich im Ab~ stand gegenüberstehende Endwände (62,30) haben, sowie Seitenwände (42), die mindestens streckenweise in dichtendem Kontakt stehen, wobei wenigstens ein Teil des geschlängelten Pfades zwischen Teilen der Seitenwände des eingreifenden Teiles (40) und der axialen Bohrung (28) der Muffe verläuft, und ein anderer Teil des ge« sohlängelten Pfades von der Einlaßöffnung (72) zur Seitenwand (42) des in die Muffe greifenden Teiles ver*· läuft, wo er mit dem erstgenannten Teil des gesohlängelten Pfades in Verbindung ist·

18o Düse nach Anspruch 17» daduroh gekennzeichnet, daß zwischen der Seitenwand (42) des in die Muffe eingreinfanden Teils des Körpers und der Innenwand der axialen Bohrung (28) in der Muffe ein schraubenlinienförmiger Kanal (58) gebildet ist, der denjenigen Bereich des geschlängelten Pfades darstellt, in welchem dem Fluid ein Drehimpuls erteilt wird, und der in die Endkammer (60) mündet, die zwisohen der Endwand (30) der axialen

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Bohrung der Muffe und der Endwand (62) des In die Muffe greifenden Teils (40) des Körpers gebildet ist·

19· Düse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der sohraubenlinienförmige Kanal durch eine schraubenlinienförmig verlaufende Nut (58) in der Seitenwand (42) des in die Muffe eingreifenden Teiles (40) des Körpers gebildet ist.

20. Düse nach Anspruch 18 oder 19» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenwand der axialen Bohrung in der Muffe und der Seitenwand des in die Muffe eingreifenden Teils (40) des Körpers ein ringförmiger Hohlraum (52) ausgebildet ist, der die Verbindung herstellt zwischen der Eintrittsöffnung des sehraubenlinienförmigen Kanals und dem anderen Teil des geschlängelten Pfades in dem Körper, der von der Einlaßöffnung (72) herkommto

β Düse nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Muffe eingreifende Teil (40) des Körpers ein schmäleres Stück (50) hat, das den ringförmigen Hohlraum (52) begrenzte

22. Düse nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (24) derart geformt ist, daß der Aerosolstrom beim Verlassen des von der Einlaßöffnung her« kommenden Teils des geschlängelten Pfades gegen die Wand der axialen Bohrung (28) in der Muffe (22) prallte

23o Düse nach Anspruch 17 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Einlaßöffnung herkommende Teil des geschlängelten Pfades in dem Körper eine von der Einlaßöffnung zu einer End·« wand (70) verlaufende axiale Bohrung (68) und eine den Körper durchziehende, die axiale Bohrung kreuzende Querbohrung (74) umfaßt, welche die axiale Bohrung (68) des Körpers mit dem ersten Teil des gesohlängel-

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ten Pfades zwischen der Seitenwand des in die Muffe eingreifenden Teils (40) des Körpers und der Wand der axialen Bohrung (28) der Muffe verbindet und in dem schmäleren Stück (50) des Körpers (24) angeordnet isto

24· Düse nach Anspruch 17 oder einem der folgenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß in der Muffe zwisohen der Endwand (30) ihrer axialen Bohrung und der Auslaßöffnung (38) eine axiale divergierende Düse (34) verläuft, deren Durchmesser an der Endwand (30) der axialen Bohrung (28) kleiner ist als der Durchmesser der Endkammer (60).

25. Düse nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (43) des Körpers (24), in dem die Einlaß«

. öffnung (72) angebracht ist, für die Aufnahme in einem das Aerosol transportierenden Schlauch (14) bemessen ist und die von der Einlaßöffnung in den Körper hinein verlaufende axiale Bohrung (68) einen kleineren Durohmesser hat als dem Innendurohmesser des Schlauches (14) entspricht·

26. Düse nach Anspruch 15 oder einem der folgenden Ansprü« ehe, daduroh gekennzeichnet, daß in der Endwand (32) der Muffe (22) etwa konzentrisch zur Auslaßöffnung (38) eine ringförmige Nut (41) angebracht 1st, die eine Leitung für die Umgebungsluft in den Sprühnebel hinein darstellt.

27· Düse nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Schmiersystem mit einem Öl-Aerosol verwendet wirde

28e Düse nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des geschlängelten Pfades im Bereich der Auslaßöffnung und derjenige, an dem das koaleszierte öl ent-

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lang transportiert wird, aus einem Material "besteht, dessen Oberflächenspannung kleiner ist als die des Öls β

29o Düse nach Anspruch 28, daduroh gekennzeichnet, daß der Wandteil des geschlängelten Pfades mit der kleineren Oberfläohenspannung aus einem Kunststoff ist·

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