DE2530012A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen zubereiten von wasser/ oelemulsionen - Google Patents

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

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8 MÜNCHEN 2.

BRÄUHAUSSTRASSE 4

6/Li
Case 762

SNAHPROGETTI S.ρ.Α., Mailand / Italien

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Zubereiten von Wasser/ülemulsionen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Zubereiten von Emulsionen aus V/asser und Öl.

Aus ökonomischen Gründen ist es bekannt, Emulsionen von Öl in Wasser, die z.B. beim Zerspanen, Schleifen und Drahtziehen von Metallen verwendet werden, so wenig wie möglich abzulassen. Dieser Punkt ist im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit von großer Bedeutung, da jede abgezogene Menge einer solchen Emulsion behandelt v/erden muß, um die ölartigen Bestandteile zu separieren.

Eine dauerhafte Konservierung von Emulsionen hängt von verschiedenen Einflußgrößen ab und bezieht sich beispielsweise auf

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die Bedingungen, unter denen die Emulsionen eingesetzt werden, und insbesondere hängt die Konservierung von dem Verwendungsbereich ab.

Unter entsprechenden, von Zeit zu Zeit zu berücksichtigenden Vorkehrungen kann die Verwendungsdauer von Emulsionen gestein gert werden(Reinigung der Leitung, Filtration, Desinfektion, Belüftung usw.)· Von äußerst großer Bedeutung jedoch ist die Art und Weise, wie die Emulsion zubereitet wird.

Bekanntlich bestehen solche Emulsionen aus sehr kleinen Ölpartikeln, die in einer bestimmten Wassermenge dispergiert sind.

Es ist bekannt, eine Emulsion dadurch zuzubereiten, daß das Wasser so aufgewirbelt wird und in diesem Zustand belassen wird, daß das ausströmende Öl in feinen Tropfen sich unter die Wassermasse mischen kann, so daß sich Öl/Wasseremulsionen bilden.

Bei einer solchen Zubereitungsweise, wenn die Ölzuflußmenge zu hoch für eine bestimmte Verwirbelung ist, besteht die Gefahr, daß mehr oder weniger große Mengen an umgeschlagenem Wasser in den Ölemulsionen enthalten sind.

Bei einer solchen Emulsion treten Nachteile auf, die dazu führen, daß die Verwendungszeit der Emulsion verkürzt ist.

Dies beruht auf der Tatsache, daß dieses Wasser in den Ölemulsionen dazu neigt, an der freien Oberfläche eine sogenannte "Isolierung oder Dichtung" ("seal") bildet, wodurch die Belüftungsfälligkeit bzw. BeIUftungsmöglichkeit geschmälert ist, die die Anreicherung und Entwicklung von Bakterienkolonien unterstützt. In der Praxis wird bekanntlich eine solche Emulsion äußerst unsorgfältig zubereitet, und im allgemeinen wird hierzu eine diskontinuierlich betriebene Mischeinrichtung verwendet, was unter anderem dazu führt, daß bei großen Anlagen,

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die hiermit versorgt werden sollen, z.B. bei zusammengelegten Fabrikanlagen, eine solche kontinuierlich arbeitende Mischeinrichtung unzulänglich ist und die Versorgung nicht sicherstellen kann. Bei Großanlagen wird meist Öl direkt in das fließende Wasser, entweder zum Zubereiten einer neuen Emulsion oder zur Erhöhung der Konzentration einer Emulsion, die bereits verwendet worden ist, eingespeist.

Hierbei ist jedoch klar, daß die Emulsion keine optimale Zusammensetzung aufweist, sondern nur einzelne besondere Eigenschaften des emulgierbaren Öls auftreten, d.h. bei Überschuß an Lösungsmittel oder Emulgator.

Dadurch weist die Emulsion entsprechend nachteilige Eigenschaften auf, und insbesondere die Eigenschaft, daß die Emulsion zur Schaumbildung neigt, so daß die Zusammensetzung nach Möglichkeit keinen übermäßigen Veränderungen ausgesetzt werden sollte. Aus diesem Grunde sollte die Emulsion mit entsprechend geeigneten mechanischen Mitteln zubereitet werden.

Da meist die Personen, die mit den Emulsionen umgehen, im allgemeinen die oben beschriebene Notwendigkeit nicht einsehen. und somit nicht anwenden, werden die Emulsionen in der Praxis meist unzulänglich und auf absolut unpassende Art und V/eise zubereitet.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile, insbesondere unstabile Emulsionen und Emulsionen mit überschüssigen Mengen an Zusätzen zu überwinden.

Erfindungsgemäß wird das Öl mit Wasser in einer Leitung vermischt, die ein Venturi-Stück enthält, bei der die Strömungsgeschwindigkeit und der Druck des durch die Leitung fließenden Wassers zum Ansaugen von Öl stromaufwärts des Venturi-Stücks ausgenützt wird, das über ein Rohr, vorzugsweise senkrecht zur Leitung, die mit dem Venturi-Stück versehen ist, einge-

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speist wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß Wasser in eine Leitung eingespeist wird, daß das Wasser in der Leitung einer schraubenförmigen Bewegung unterworfen wird, und daß Öl in Abhängigkeit von der Zone, in der die schraubenförmige Bewegung auf das Wasser übertragen wird, in einer für die Emulsion erforderlichen Menge angesaugt wird, daß das Wasser zu einer Zone der Leitung zugeleitet wird, die einen allmählich abnehmenden Durchmesser (konvergierender Kegel der konischen Zone) aufweist, wobei sich an diese Zone eine Zone mit allmählich zunehmendem Durchmesser (divergierender Kegel der konischen Zone - des Yenturi-Äbschnitts -) anschließt, wobei das Wasser in den konvergierenden Kegel der konischen Zone eingespeist wird, nachdem es entlang evolventenförmig verlaufenden Ausnehmungen entlanggeströmt ist, daß das Öl mit Wasser nach Maßgabe der mittleren Zone vermischt wird, die die beiden Kegel der konischen Zonen verbindet, wobei das Öl zuvor einer schraubenförmigen Bewegung in derselben Richtung, wie Jene des Wassers, ausgesetzt worden ist, und daß das V/asser und das Öl, das von dem divergierenden Kegel der konischen Zone herströmt, einer zentrifugenähnlichen, schraubenförmigen Bewegung mit einer Richtung ausgesetzt wird, die zu der Bewegungsrichtung der vorgehenden Bewegungen entgegengesetzt verläuft (vorzugsweise ist hierfür eine perforierte Prallplatte vorgesehen, die Öffnungen enthält, deren Achsen konvergieren), und daß das Wasser und das Öl wenigstens einer weiteren schraubenförmigen Bewegung ausgesetzt werden, bevor die Emulsion abfließt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können äußerst konzentrierte Emulsionen (10 bis 17%) zubereitet werden, die zum Aufbereiten von Flüssigkeiten verwendbar sind, die zur Aufbereitung bereits verbrauchter Emulsionen bestimmt sind. Dadurch kann eine Konzentrationszunahme der bereits verbrauchten Emulsionen erzielt werden. Die Erfindung befaßt sich auch mit einer

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Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt eine Leitung, in der ein Venturi-Abschnitt enthalten ist, ein Schieberohr, das in die Leitung eingebaut ist und an seinen Enden eine kegelstumpfförmige Düse aufweist, die mit evolventenähnlich verlaufenden Ausnehmungen an der Außenfläche versehen ist und vorzugsweise an der Innenfläche ebenfalls mit evolventenähnlich verlaufenden Ausnehmungen versehen ist, wobei die Außenfläche der kegelstumpfförmigen Düse parallel zu oder beinahe mit der Fläche des konvergierenden Abschnitts des Venturi-Abschnitts zusammenfällt.

Das Rohr dient zur Einspeisung von Yfasser in die Leitung, und das V/asser wird an dem Ende des Rohrs eingespeist, das jenem Abschnitt gegenüberliegt, an dem die kegelstumpfförmige Düse angeordnet ist. Im Innern weist das Rohr ein schraubenförmig gewundenes Blechstück auf, dessen Achse parallel zu der Rohrachse verläuft.

Die stromaufwärts vom Venturi-Abschnitt liegende Leitung weist Öffnungen auf, über die Öl aus einer Abzweigleitung in die Zone eingesaugt wird, welche zwischen der kegelstumpfförmigen Düse und der Wand des Venturi-Abschnitts liegt.

Am Ende des Venturi-Abschnitts der Leitung ist ein perforiertes Prallblech vorgesehen und daran schließt ein weiteres dünnes, schraubenförmig gewundenes Blechstück an, das ähnlich jenem ausgebildet ist, das in der Nähe des Endes der Leitung angeordnet ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vertikalschnittansicht einer Ausführungs-

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form der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht des Rohrs, das mit der Düse versehen ist, mit deren Hilfe die Konzentration der Emulsion regelbar ist;

Fig. 3 zeigt eine Längsschnittansicht und eine Draufsicht der kegelstumpfförmigen Düse, die mit evolventenförmig verlaufenden Ausnehmungen versehen ist und zum Einleiten der Emulsionszubereitung bestimmt ist;

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht und eine Schnittansicht der perforierten Prallplatte, die stromabwärtig vom Venturi-Abschnitt des Rohrs angeordnet ist und zur höherer Durchmischung der beiden Flüssigkeiten dient,aus der die Emulsion'besteht, um eine homogene und stabile Emuls'ion sicherzustellen.

Beispielsweise kann statt des Ventils 11 zum Regeln der Wasserdurchflußleistung in Fig. 1 ein fernsteuerbares, mit Motor betriebenes Ventil vorgesehen sein, das insbesondere nach Maßgabe eines elektrischen Signals abgesperrt v/erden kann, das von einer Pegelkontrolleinrichtung in dem Ölbehälter 18 übermittelt wird, wenn das Öl eintrocknet. Die in den Figuren dargestellten einzelnen Bauteile können durch entsprechende funktionsmäßig äquivalente Bauteile ersetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum kontinuierlichen Zubereiten von ölemuisionen ist bevorzugt in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung durchführbar.

Die Vorrichtung enthält einen in der Mitte liegenden Leitungsabschnitt 1, in dem sich der Venturi-Abschnitt befindet,und stromaufwärtig von dem Venturi-Abschnitt sind ein oder mehrere Seiteneinlässe radial angeordnet, wobei mit der Bezugsziffer 2 der Zulauf für das öl bezeichnet ist. Das Rohr 3, das detailliert in Fig. 2 dargestellt ist und dessen Funktion weiter unten beschrieben wird, ist in axialer Richtung innerhalb des Leitungsabschnitts 1 gleitbar. Das Rohr kann mit dem Leitungsab-

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schnitt 1 mit Hilfe eines Ringes 4 verbunden werden.

Am Oberabschnitt des Rohrs 3 ist ein Wassereinlaß über eine dreiteilige Verbindung vorgesehen, die aus den Bauteilen mit den Bezugsziffern 5,6 und 7 besteht.

Mit der Verbindung 7 steht ein Rohrabschnitt 8 in Verbindung, der entsprechend den Erfordernissen verschieden ausgebildet sein kann, und zusätzlich sind ~ein Volumenzähler 9 zum Messen der Durchflußmenge und ein Manometer 10 zum Regeln und Kontrollieren des Drucks und ein Ventil 11 zur Regulierung der Durchflußmenge vorgesehen.

In dem unteren, innen liegenden Abschnitt des Rohrs 3 ist ein spiralenförmig gewundenes Blechstück 12 eingebaut, das schraubenförmig das Wasser führt, bevor das Wasser aus dem kegelförmigen Abschnitt der konischen Düse 13 austritt, so daß die Reaktionswirkung entsprechend dem konvergierenden Abschnitt des Venturi-Abschnitts der Leitung 1 und der Ringkammer 14 verstärkt wird, die außerhalb vom und konzentrisch zum Rohr 3 angeordnet ist.

Der kegelstumpfförmige Abschnitt der konischen Düse 13 ist in Fig. 3 detailliert dargestellt. Sie ist auswechselbar mit dem unteren Ende des Rohrs 3 verbunden und mit Hilfe einer Arretierung dort festgelegt.

Die konische Außenflache der Düse 13 geht direkt in die obere Innenfläche des Venturi-Abschnitts über oder kann auch in einem Abstand zu dem Venturi-Abschnitt in Abhängigkeit von der Stellung infolge der axialen Verstellbarkeit des Rohrs 3, das in Fig. 2 dargestellt ist, liegen.

Der Wasserstrahl, der die Düse 13 verläßt, passiert den Hals 16 des Venturi-Abschnitts und tritt in die"divergierende Zone

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des Venturi-Abschnitts der Leitung 1 ein. Aufgrund der Bernoullischen Gesetze und der Ansaugwirkung nach Bunsen wird dank der Druckverminderung infolge des Halses 16 Öl in die Kammer 14 über den Einlaß 2 und die Verbindung 17 angesaugt, die in Verbindung mit dem Einlaß 2 steht.

Demzufolge wird Öl aus dem Behälter über den Rohrabschnitt 19 'angesaugt, der auf verschiedene Art und Weise ausgebildet und entsprechend den Erfordernissen angeordnet sein kann. Ferner sind am Rohrabschnitt 19 ein Volumenzähler 20 zum Ablesen der Durchflußmenge, eine Unterdruckmeßeinrichtung 21 zum Regeln des erreichten Unterdrucks und ein Ventil 22 zur Regelung der Öldurchflußmenge zusätzlich vorgesehen, wobei die Öldurchflußmenge grundsätzlich von dem Druck und der Durchflußmenge bzw. der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Rohr 3 und von der axialen Stellung des Rohrs 3 abhängig ist,mit dessen Hilfe die Düse 13 und der Hals 16 der Leitung 1 mehr oder weniger verschlossen sein können. Über den Einlaß 2 und die Verbindung 17 angesaugtes Öl tritt in die Ringkammer 14 ein. In der konvergierenden Zone des Venturi-Abschnitts kommt das Wasser am Hals 16 mit dem Öl in Berührung, und infolge der schraubenförmig verlaufenden Aussparungen auf der konischen Außenfläche der Düse 13, die in Fig. 3 gezeigt ist, tritt eine rechtsdrehende oder linksdrehende, schraubenförmige Bewegung auf, die dem Öl innerhalb des Wasserlaufs aufgeprägt wird, so daß der Emulgiervorgang kontinuierlich eingeleitet und konstant während der für eine bestimmte Konzentration erforderlichen Zeit durchgeführt wird.

Diese Emulsion passiert die divergierende Zone des Venturi-Abschnitts der Leitung 1, strömt durch die perforierte Prallplatte 23 und passiert das Rohr 24, die alle fest mit der Leitung 1 mit Hilfe eines Rings 25 verbunden sind. Daraufhin passiert die Emulsion das spiralenförmig gewundene Blechstück, das dieselbe Funktion wie das Blechstück 12 hat, das eingangs

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beschrieben worden ist. Diese Emulsion verläßt das Rohr 24 und tritt in den Behälter 27 ein, in dem die Öl/Wasseremulsion gesammelt wird.

Mit 23 ist eine perforierte Prallplatte bezeichnet, die in Fig. h in einer Querschnittsansicht und einer Draufsicht gezeigt ist. Sie weist eine in der Mitte angeordnete konische Öffnung und seohs oder mehr weitere Öffnungen auf, die entlang einer einzigen Umfangslinie konzentrisch zu der konischen Öffnung angeordnet sind. Die letzten Öffnungen weisen eine schräge Achse, die bezüglich der Längsachse der Prallplatte geneigt ist, auf. Diese sind schräg in Bezug auf die Längsachse angeordnet und liegen in einer anderen Ebene. Die öffnungen sind so angeordnet, daß sie der gebildeten Emulsion eine Zentrifugalkraft mit einem links drehenden oder rechts drehenden Drehvektor aufprägen, d.h. der Drehvektor ist entgegengesetzt zu jenem orientiert, der zu Beginn auftritt, so daß sich ein Wirbel bildet, der eine Fraktionierung der Ölteilchen und eine höhere Vermischung der beiden Flüssigkeiten zur Folge hat, aus denen die Emulsion besteht, so daß die Emulsion homogener und stabiler ist.

Mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann aus einer vorgegebenen, emulgierbaren Ölart eine Emulsion zubereitet werden, wobei die Ölanteile im Wasser geringer sind als mit Hilfe der bekannten mechanischen Einrichtungen.

Insbesondere kann die Emulsionskonzentration reguliert werden, d.h. die angesaugte Menge an Öl ist regelbar und demzufolge ihr Prozentsatz als Funktion der Wasserdurchflußmenge einstellbar. Diese Angaben beziehen sich auf die Voraussetzung, daß ein vorgegebener Wasserdruck herrscht.

Unabhängig von der Größe der Abmessung der Vorrichtung und folg-

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lieh, von der Durchflußleistung der Emulsion können mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der Erfindung Konzentrationen erzielt werden, die in einem Bereich von 2 bis 17% liegen, wobei die Vorrichtung ohne Absperren des Wasserdurchflusses betreibbar ist.

Diese Vorgehensweise wird mit Hilfe des Rohrs 3, das detailliert in Fig. 2 dargestellt ist, durchgeführt. Das Rohr ist axial längs dem Bundabschnitt 5 in der Leitung 1 gleitbar, wenn der Ring 4 gelöst ist. Möglicherweise ist eine Druckdichtung mit Hilfe eines Rings 28 vorgesehen.

Der Längshub des Rohrs 3» mit Hilfe der Keilverbindung 29, ermöglicht eine veränderbare Wahl des Abstandes zwischen Düse und Hals 16. Auf diese Weise kann die Durchflußmenge des angesaugten Öls in Abhängigkeit der einströmenden Wasserdurchflußmenge festgelegt werden.

Wenn die Wasserdurchflußmenge bei jedem Wert des Volumenzählers 9 nach Vorgabe eines bestimmten Drucks gehalten wird, kann mit Hilfe des Rohrs 3 und dessen Verstellbarkeit der Wert der Durchflußmenge des Öls mit dem Volumenzähler 20 für das Öl geregelt werden, so daß die Vorrichtung geeicht ist. Daraufhin wird eine entsprechende Öffnungsweite der Düse festgelegt, die den Konzentrationsbereich von 2 bis 17% entsprechend der Emulsionskonzentration ergibt.

Die Einteilung, die in Fig.2 mit der Bezugsziffer 30 versehen ist, ist ähnlich wie ein Nonius an der Außenfläche des Rohrs 3 angeordnet, und die Bezugsgröße wird durch die radial verlaufende Nut an der Oberfläche des Ringes 4 angezeigt.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind bei entsprechender Wahl der Abmessungen und der Anordnung der einzelnen Bauteile auch für andere Flüssigkeiten oder Fluide ge-

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eignet, aus denen Emulsionen oder Mischungen der einzelnen Komponenten im oben beschriebenen Konzentrationsbereich zubereitet werden sollen.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum kontinuierlichen Zubereiten von Wasser/Ölemulsion, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in eine Leitung eingeleitet wird, das Wasser innerhalb der Leitung einer schraubenförmigen Bewegung unterworfen wird, daß entsprechend der Zone, in der das Wasser der schraubenförmigen Bewegung ausgesetzt ist, das für die Emulsion erforderliche Öl abgesaugt wird, daß das Wasser einer Zone der Leitung zugeführt wird, die zuerst einen allmählich abnehmenden Durchmesser (konvergierender Kegel einer Zone des Venturi-Abschnitts) und dann einen allmählich zunehmenden Durchmesser aufweist (divergierender Kegel der Zone), wobei das Wasser in den konvergierenden Kegel der Zone vorzugsweise nach Durchströmung evolventenähnlich verlaufenden Ausnehmungen eingespeist wird, daß das Öl mit Wasser in der in der Mitte angeordneten Zone vermischt wird, die die beiden„kegelstumpfförmigen Abschnitte der Zone verbinden, wobei das Öl zuvor einer schraubenförmigen Bewegung in derselben Bewegungsrichtung wie das Wasser unterworfen wird, daß das Öl und das Wasser, das an dem divergierenden Kegel der Zone austritt, einer zentrifugalähnlichen, schraubenförmigen Bewegung ausgesetzt wird, deren Drehrichtung entgegen der vorherigen Drehrichtungen verläuft, wobei das Öl und Wasser vorzugsweise über eine perforierte Prallplatte geleitet werden, die schräg angeordnete Öffnungen mit konvergierenden Achsen aufweist, und daß das Wasser und das Öl einer weiteren schraubenförmigen . Bewegung unterworfen werden, bevor die Emulsion ausströmt.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Leitung mit einem Venturi-Ab-

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   schnitt, durch ein axial gleitbares Rohrstück in der Leitung, das am Ende eine kegelförmige Düse aufweist, die mit evolventenähnlich verlaufenden Ausnehmungen an der Außenfläche versehen ist und vorzugsweise auch an der Innenfläche evolventenähnlich verlaufende Ausnehmungen aufweist, wobei die Außenfläche der kegelstumpfförmigen Düse parallel zu oder sich nahezu' ^direkt an die Fläche des konvergierenden Abschnitts des Venturi-Abschnitts anschließt, und wobei das Rohrstück für die Einspeisung des Wassers in die Leitung vorgesehen ist, wobei das Wasser an dem Ende eingespeist wird, das der kegelstumpfförmigen Düse gegenüberliegt, durch ein schraubenförmig gewundenes Blechstück im Innern des Rohrstücks, dessen Achse parallel zur Rohrachse verläuft, mit Öffnungen stromaufwärts vom Venturi-Abschnitt in der Leitung, über die Öl über ein Abzweigrohr in die Zone eingesaugt wird, die zwischen der kegelstumpfförmigen Düse und der Wand des Venturi-Abschnitts angeordnet ist, durch ein am Ende des Venturi-Abschnitts an der Leitung angeordnete, perforierte Prallpaltte, die Öffnungen aufweist, deren Achsen konvergent verlaufen und geneigt zu der Achse der Leitung liegen, und durch ein weiteres, schraubenförmig gewundenes Preßstück, das im Innern der Leitung in der Nähe des Endabschnitts der Leitung angeordnet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gleitbare Rohrstück zur Regelung der einströmenden Wassermenge einen verstellbaren Abstand von kegelstumpfförmiger Düse zu dem Halsabschnitt des Venturi-Abschnitts aufweist, wobei der Druck konstant ist, und wobei die Durchflußmenge des angesaugten Öls jener der erforderlichen Emulsionskonzentrationen entspricht, die innerhalb eines Bereichs von 2 bis 17/0 liegen, und daß die Konzentrationen auf dem Rohr mit Hilfe von vorgezeichneten, geeichten Einkerbungen markiert sind.

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4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zur entsprechenden Einstellung der Ölkonzentration gleitbar ist, und daß die Vorrichtung ohne Unterbrechung des Wasserdurchflusses betreibbar ist.

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