-
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Ladeeinrichtung
und/oder die Ablenkeinrichtung von einem vom Schwingungserzeuger abgeleiteten Signal
gesteuert. Da in jeder Schwingungsperiode des Schwingunserzeugers bzw. der Düse
ein Tropfen erzeugt wird, kann von dem Schwingungserzeuger durch einen Zähler oder
Frequenzteiler eine bestimmte Anzahl von Tropfen ermittelt werden. Bei Erreichen
einer vorbestimmten Schaltstellung des Zählers oder Frequenzteilers kann die Spannung
der Ladeeinrichtung und/oder der Ablenkeinrichtung vorübergehend geändert werden.
Belspielsweise kann man nach der
-
Erzeugung von hundert Tropfen kurzzeitig ein Steuersignal auf die
Ladeeinrichtung bzw. die Ablenkeinrichtung geben, so daß ein einziger Tropfen (oder
mehrere Tropfen) aus dem Weg der übrigen Tropfen abgezweigt werden.
-
Grundsätzlich ist es möglich, die Beeinflussung des Tropfenweges
sowohl durch Veränderung der Spannung der Ladeeinrichtung als auch durch Veränderung
der Feldstärke in der Ablenkeinrichtung vorzunehmen.
-
Verändert man die Spannung an der Ladeeinrichtung, so wird die den
Tropfen mitgeteilte Ladungsmenge verändert. Ändert man dagegen die Feldstärke in
der Ablenkeinrichtung, so wird die Kraft, die auf den Tropfen, der eine bestimmte
Ladungsmenge trägt, einwirkt, verändert. Im allgemeinen werden an der Ablenkeinrichtung
sehr hohe Spannungspotentiale benötigt, während das Ladepotential verhältnismäßig
niedrig isi. Es wird daher in vielen Fällen einfacher sein, die Spannung an der
Ladeeinrichtung variabel zu machen.
-
Unterhalb der Ablenkeinrichtung können verschiedene Behälter angeordnet
sein, die von den Tropfen in Abhängigkeit von der Steuerspannung getroffen werden.
-
Zur elektrischen Aufladung der Tropfen gibt es verschiedene Möglichkeiten:
Wenn die Düse aus Metall besteht, kann sie gegen Erde isoliert und an das gewünschte
Potential gelegt werden. In diesem Falle muß man allerdings dafür sorgen, daß über
die Säule der zur Düse führenden Flüsssigkeit nicht eine Erdverbindung geschaffen
wird. Eine zweite Möglichkeit sieht vor, daß im Fallweg der Tropfen hinter der Düse
eine Elektrode angeordnet ist, die an der metallischen Düse eine Influenzladung
erzeugt und ein Loch zum Hindurchfallen der Tropfen aufweist. In diesem Falle ist
lediglich die Elektrode, die als Plattenelektrode ausgebildet sein kann, an Spannung
zu legen. Das Düsenende nimmt durch Influenz ein Potential an, das von entgegengesetzter
Polarität wie das Potential der Platte ist. Auf das Düsenpotential werden die Tropfen
aufgeladen. Bei einer dritten Möglichkeit wird eine Erscheinung ausgenutzt, die
in der Physik als »elektrischer Wind« bekannt ist. Wenn man im Fallweg der Tropfen
ein elektrisches Feld zwischen einer Spitzenelektrode und einer Flächenelektrode
erzeugt, so entsteht bei genügend hoher Feldstärke eine Dunkelentladung, d. h. eine
Wanderung von Ladungsträgern von der Spitzenelektrode zur Flächenelektrode. Ein
Teil der Ladungsträger setzt sich auf den vorbeifallenden Tropfen ab, so daß diese
geladen werden.
-
Sollen zwei Flüssigkeiten in einem genau einzuhaltenden Mischungsverhältnis
miteinander gemischt werden, so kann man zwei Düsen vorsehen, deren gesteuert abgezweigte
Tropfen einem gemeinsamen Gefäß zugeführt werden. Die Steuereinrichtungen für die
Tropfenabzweigung können so aufeinander eingestellt werden, daß von der einen Flüssigkeit
ein Tropfen nach Erzeugung von n Tropfen abgezweigt wird, während von der anderen
Flüssigkeit ein Tropfen nach Erzeugung von m Tropfen abgezweigt wird. Auf diese
Weise lassen sich beliebige Mischungsverhältnisse mit extrem hoher Genauigkeit erzielen.
Sollte ein auf diese Weise einstellbares Mischungsverhältnis noch nicht dem gewünschten
Mischungsverhältnis genau entsprechen, so ist eine Feineinstellung durch Änderung
der Schwingfrequenz einer der Düsen möglich. Durch Veränderung der Schwingfrequenz
kann in gewissen Grenzen nämlich die Tropfengröße beeinflußt werden.
-
Bei der Verarbeitung einer Flüssigkeit, deren Tropfen sich während
des Falls verfestigen, kann an die Ladeeinrichtung und/oder die Ablenkeinrichtung
eine die Auftreffpunkte zweier aufeinanderfolgender Tropfen streuende Spannung gelegt
sein. Auf diese Weise erreicht man, daß ein Tropfen, der nach seiner Erstarrung
auf die Unterlage gefallen ist, nicht unmittelbar darauf bereits von dem nächsten
Tropfen getroffen wird. Die Ablenkspannung, mit der die Auftreffpunkte der Tropfen
verändert werden, kann beispielsweise sinusförmigen oder sägezahnförmigen Verlauf
haben.
-
Weder die Tropfengröße noch die je Düse pro Zeiteinheit durchgesetzte
Stoffmenge dürfen Werte überschreiten, die die Stabilität der erzeugten freifliegenden
Tröpfchen gefährden und zu einem Zerreißen, Zerplatzen oder Zersprühen zu großer
und zu schneller Tropfen führen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung können die
Tröpfchen gleicher Größe stabilisiert werden, indem sie in ein Gas verminderter
Dichte eingebracht werden, oder indem das Umgebungsgas turbulenzarm in der gleichen
Richtung strömt, in der die Tropfen fliegen, um die Relativgeschwindigkeit zwischen
Tropfen und Umgebungsgas kleinzuhalten.
-
Lösungen von Feststoffen lassen sich dann in volumengleiche Partikeln
fester Substanz bringen, wenn der Druck des Umgebungsgases unter dem Dampfdruck
der Flüssigkeitströpfchen gesenkt wird, so daß die Tröpfchen Dampf an das Umgebungsgas
abgeben können.
-
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
-
F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung, F i g. 2 zeigt die gleichzeitige Erzeugung zweier
getrennter Tropfenreihen zur Herstellung einer Flüssigkeitsmischung mit exaktem
Mischungsverhältnis, Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Ladeeinrichtung,
bei der die Düse direkt mit einem elektrischen Potential verbunden wird, und F i
g. 4 zeigt schematisch den Aufbau einer Ladeeinrichtung mit unmittelbarer Ladungsübertragung
auf die fliegenden Tropfen.
-
Bei der in Fig.1 dargestellten Einrichtung ist ein geschlossener
Flüssigkeitsbehälter 10 zur Aufnahme der zu vertropfenden Flüssigkeit vorgesehen.
In diesen Behälter wird durch die Preßgasleitung 11, in die ein Druck-minderer 12
geschaltet ist, ein Preßgas eingeleitet Der Behälter 10 ist über den Einfüllstutzen
13 nachzufüllen.
-
Die Flüssigkeit wird in dem Behälter 10 durch das Preßgas in das
Tauchrohr 14 hineingedrückt, durchläuft ein Filter 15 und ein Absperrventil 16 und
gelangt in den piezoelektrischen Schallwandler 17, an dessen unterem Ende sich die
metallische Düse 18 befindet. Der Schallwandler 17 ist ein Rohr aus piezoelektrischem
Material, das außen und innen einen leitfähigen Mantel aufweist. Zwischen den Innenmantel
und den Außenmantel (nicht dargestellt) wird eine elektrische Wechselspannung gelegt,
durch die das Rohr Schwingungen ausführt. Für die Tropfenerzeugung durch die an
der unteren Stirnseite des Rohres angebrachte Düse 18 wirken sich die Längsschwingungen
des Rohres 17 aus.
-
Unterhalb der Düse 18, die von bekannter Bauart ist und daher nicht
im einzelnen erläutert werden muß, befindet sich eine Elektrode 19, die an den Spannungsgenerator
20 angeschlossen ist. Dieser erzeugt ein Spannungspotential von ca. 500 V. Dieses
Spannungspotential
wirkt von der Elektrode 19 auf die Düse 18 und
hat zur Folge, daß sich an der Stirnseite der Düse 18 ein Gegenpotential ausbildet,
das sich den Tropfen beim Verlassen der Düse mitteilt. Die Elektrode 19 hat ein
Loch, um die fallenden Tropfen durchzulassen. Unterhalb der Elektrode 19 ist die
Ablenkeinrichtung 21 angeordnet. Diese besteht aus zwei einander gegenüberliegenden
senkrechten Elektrodenplatten, zwischen denen die aufgeladenen Tropfen hindurchfallen.
Die Elektrodenplatten sind mit den Polen einer Hochspannungsquelle 22 verbunden.
-
Der piezoelektrische Schallwandler 17 ist mit seinen elektrischen
Anschlüssen an einen Sinusgenerator 23 angeschlossen, dessen Frequenz so eingestellt
ist, daß sich ein gleichmäßiges Tropfenvolumen ergibt. Während jeder Periode des
Sinusgenerators 23 entsteht unterhalb der Düse 18 ein Tropfen. Wenn das Potential,
das der Spannungsgenerator 20 an die Elektrode 19 führt, Null ist, werden die Tropfen
nicht aufgeladen und durchlaufen daher das zwischen den Elektroden der Ablenkeinrichtung
21 erzeugte elektrische Feld ohne Richtungsänderung. Liegt die Elektrode 19 dagegen
an vollem Potential, dann werden die Tropfen aufgeladen und erfahren unter dem Einfluß
des elektrischen Feldes an der Ablenkeinrichtung 21 eine horizontale Kraftkomponente.
-
Der Spannungsgenerator 20 wird von dem Sinusgenerator 23 über einen
Frequenzteiler oder Zähler 24 gesteuert. Bei der gewählten Darstellung teilt der
Frequenzteiler die Frequenz des Sinusgenerators 23 durch 2, so daß der Spannungsgenerator
20 bei jedem zweiten Tropfen einen rechteckförmigen Impuls erzeugt. Auf diese Weise
wird jeder zweite Tropfen an der Düse 18 aufgeladen. Die Folge davon ist, daß jeder
zweite Tropfen an der Ablenkeinrichtung 20 durch das elektrische Feld aus seiner
Fallinie gebracht und abgelenkt wird. Auf dieselbe Weise könnte durch geeignete
Unterteilung der Frequenz bzw. entsprechendes Abzählen der Sinuswellen erreicht
werden, daß jeder n-te Tropfen abgelenkt wird, wobei n jede beliebige ganze Zahl
sein kann.
-
F i g. 2 veranschaulicht die Erzeugung einer Mischung zweier Flüssigkeiten
mit exakt einzuhaltendem Mischungsverhältnis. Die beiden Düsen 18a und 18b erzeugen
unter Schwingungsanregung jeweils eine Tropfenreihe. Sie sind direkt mit jeweils
einem
Spannungsgenerator 25a bzw. 25b verbunden, von denen jeder eine konstante Ladespannung
liefert. Die Ablenkeinrichtungen 21a und 21b bestehen aus Plattenpaaren, die jeweils
mit einem separaten Hochspannungsgenerator 22a und 22b verbunden sind. Die Hochspannungsgeneratoren
können beispielsweise getaktet sein und auf jeden Taktimpuls hin einen kurzzeitigen
Hochspannungsimpuls erzeugen. Die Taktung kann beispielsweise durch einen gemeinsamen
Sinusgenerator 23 erfolgen, mit dem die Schwingungsrohre 17a und 17b der beiden
Düsen synchron betrieben werden. Alternativ kann auch für jeden Schallwandler 17a,
17b ein separater Sinusgenerator benutzt werden, um hinsichtlich der Tropfengröße
größeren Spielraum zu haben und Flüssigkeiten mit unterschiedlichen physikalischen
Eigenschaften zertropfen zu können. Da die abgelenkten und die nicht abgelenkten
Tropfen unterhalb der Ablenkeinrichtungen 21a und 21b in jeweils getrennte Kammern
fallen, erhält man insgesamt vier Flüssigkeitsmengen, die in einem exakten Mengenverhältnis
zueinander stehen.
-
F i g. 3 zeigt eine andere Möglichkeit, um die Tropfen mit Potential
zu beaufschlagen. Ein Gleichspannungspotential, das auch gesteuert werden kann,
wird direkt an die metallische Düse 18 gelegt. Wenn die Flüssigkeit leitfähig ist,
überträgt sich das Potential bis in den Behälter 14 hinein. In diesem Falle muß
ein Behälter aus Isoliermaterial gewählt werden. Das Auffanggefäß 27, in das die
Tropfen hineinfallen, sollte aus leitendem Material bestehen, damit die Tropfen
ihre Ladung abgeben können. Es muß mit dem Reservoir 10 verbunden sein.
-
F i g. 4 zeigt eine Möglichkeit der direkten Aufbringung von Ladungsträgern
auf die Tropfen. Zu diesem Zweck ist oberhalb der Ablenkeinrichtung 21 eine Anordnung
aus einer Spitzenelektrode 28 und einer Flächenelektrode 29 angebracht. Zwischen
beiden fallen die Tropfen hindurch. In der Nähe der Spitzenelektrode, die auf hohem
elektrischem Potential liegt, während die Plattenelektrode 29 an Erde liegt, entstehen
hohe elektrische Feldstärken, wodurch Ladungsträger von der Spitzenelektrode 28
zur Plattenelektrode 29 durch die Luft hindurch wandern. Dabei bleiben einige Ladungsträger
auf den zunächst ungeladenen Tropfen sitzen, so daß die Tropfen direkt in der Luft
eine elektrische Ladung erhalten.