DE2610175C2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Tropfen - Google Patents

Description

Erzeugung von hundert Tropfen kurzzeitig ein Steuersignal auf die ladeeinrichtung bzw. die Ablenkeinrichtung geben, so dall ein einziger Tropfen (oder mehrere Tropfen) aus dem Weg der übrigen Tropfen abgezweigt werden. S

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, _t0 so wird die den Tropfen mitgeteilte Ladungsmenge verändert. Ändert man dagegen die Feldstärke in der Ablenkeinrichtung, so wirtl die Kraft, die auf den Tropfen, der eine bestimmte Ladungsmenge trägt, einwirkt. veränJert. Im allgemeinen werden an der Ablenkeinrichtung sehr hohe Spannungspotentiale benötigt, während das l.adepotenlial verhältnismäßig niedrig ist. Ls winl daher in wclen lallen einfacher sein, die Spannung an der Luileeinrichtunv variabel zu machen.

Unterhalb der Ablenkeinrichtung können verschiedene Behälter angeordnet sein, die von den Tropfen in Abhängigkeit von der Steuerspanming getroffen werden.

Zur elektrischen Abladung der Tropfen gibt es verschiedene Möglichkeiten: Wenn die Düse aus Metall besteht, kann sie gegen Erde isoliert un«.l an das gewünschte Potential gelegt werden. In die\em Falle muli man allerdings dafür sorgen, daß über die Säule der zur Düse führenden llüsssigkeit nicht eine F.rdverbindung geschaffen wird. Line /weite Möglichkeit sieh; vor, daß im Fallweg der Tropfen hinter der Düse eine Llektrode angeordnet ist. die an der metallischen Düse eine Influenzladung erzeugt und ein Loch zum Hindurchfallen der Tropfen aufweist. In diesem Falle ist lediglich die Llektrode, 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 ^₀ 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 η 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. Jet en I rupfen sich während des Falls verfestigen, kann an die 1 .adeeinrichlung und/oder die Ablenkeinrichtung eine die AuftreffpunkK· zweier aufeinanderfolgender 'Tropfen streuende Spannung gelegt sein. Aul diese Wei->e erreicht man. daß ein Troplen. der nach seiner Erstarrung auf die Unierlage gefallen ist. nicht unmittelbar darauf bereits von dem nächsten f rupfen getroffen wird. Die Ablenksp.mniing. mit der die Auftreffpunkle der Tropfen verändert weiden, kann beispielsweise sinusförmigen oder sa'gczahiiiömugcii Verlauf haben.

Weder die I ropleugroße noch die |c Düse ]>n> Zeiteinheit durchgesetzte Sloflmenge diirlen Weite überschreiten, die die Stabilität der erzeugten Ireillieg < iiileii Iroplcheii gefährden und /11 einem /eireillcn. Zerplatzen oder Zersprühen /11 grolli-r und /ii schneller Tropfen fuhren. Nach einer Weiterbildung der Erfindung können die Iroplcheii gleicher Grolle slabilisierl werden, indem sie 111 ein G.is veiininderler Dichte eingebracht werden, oder indem d.is t lingcbiiiigspas turbulen/urm in der gleichen Richtung strömt. 111 der die Tropfen fliegen, um die Rclamgeschwindigkeit zwischen Tropfen und llmgebuiigsgas klciu/uhallcn. Lösungen von Feststoffen lassen sich dann 111 Polinnengleiche Partikeln tester Substanz bringen, «rim der Druck des Umgebungsgascs inner dem Dampldiiu k der Flüssigkeitslröpfchen gesenkt wird, so daß die I ropfchcn Dampf an das I Jmgcbungsgas abgehen können.

Im folgenden werden einige Ausliihriingsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die I igureii näher erläutert.

F i g. I zeigt schematisch den Aulbau einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemallen Einrichtung.

Fig. 2 zeigt die gleichzeitige Erzeugung /weier getrennter Tropfenreihen zur I lersielluni! einer I iiissigkeitsmischung mit exaktem Mischungs\crhalmis.

Fig. 1 zeigt schemalisch den Aufbau einer Ladeeinrichtung, bei der die Düse direkt nut einem elektrischen Potential verbunden wird.und

F i g. 4 zeigt schematisch den AuIh.tu einer Ladeeinrichtung mit unmittelbarer Ladiingsuhcitragung auf die fliegenden Tropfen.

Bei der in F i g. I dargestellten Einrichtung ist ein geschlossener Flüssigkeitsbehälter 10 zur Aufnahme der zu vertropfenden Flüssigkeit vorgesehen. In diesen Behälter wird durch die Preßgaslciüing IL in die ein Druck-minderer 12 geschaltet ist, ein Preßgas eingeleitet. Der Behälter 10 ist über den Einfüllstutzen 13 nachzufüllen.

Die Flüssigkeil wird in dem Behälter IU durch das Preßgas in das Tauchrohr 14 hineingedrück!. 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 Stirnseile 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 Spannungs generator 20 angeschlossen ist. Dieser erzeugt ein Spannungspotential von ca. 500 V. Dieses Spannungs

potential wirkt von der Elektrode 19 auf die Düse 18 und hai /in Folge, dull sich an der Stirnseite der Düse 18 ein (jegenpotential ausbildet, das sieh 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 besieht aus zwei einander gegenüberliegenden senkrechten Elektrodenplatlen.zwischen denen die aufgeladenen Tropfen hindurchfallen. Die Elekirodenplatten 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 sieh ein gleichmäßiges Tropfenvolumen ergibt. Während jeder Periode des Sinusgcncrators 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 Kraftkomponentc.

Der Spannungsgenerator 20 wird von dem Sinusgenerator 23 über einen Frequenzteiler oder Zahler 24 gesteuert. Bei der gewählten Darstellung teilt der Frequenzteiler die Frequenz des Sinusgenerators 23 durch 2. so daß der Spannungsgenerator 20 bei jedem /weiten Tropfen einen rechtcckförniigen Impuls erzeugt. Auf diese Weise wird jeder zweite Tropfen an der Düse 18 aufgeladen. Die Folge davon ist. daß jeder /weite 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 bz.w. entsprechendes Abzählen der Sinuswellen erreicht werden, daß jeder ntc Tropfen abgelenkt wird, wobei η jede beliebige ganze Zahl sein kann.

F ' 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 25.-f bzw. 25/» verbunden, voi denen jeder eine konstante l.adcspanming liefert. Dii Ablenkeinrichtimgen 21,7 und 2\b bestehen au Platlenpaaren. die jeweils mit einem separaten Hoch spannungsgenerator 22a und 22/) verbunden sind. Dii Hochspannungsgeneraloren können beispielsweise ge taktet sein und auf jeden Taktimpuls hin einei kurz/eiligen Hochspannungsinipuls erzeugen. Die Tak tung kann beispielsweise durch einen genieinsamei

ίο Sinusgenerator 23 erfolgen, mit dem die Sehwingungs rohre 17;i und 17/>dcr beiden Düsen synchron betriebci werden. Alternativ kann auch für jeden Schallwandle 17a. 17/> ein separater Sinusgenerator benutzt werdet um hinsichtlich der Tropfengröße größeren Spielraun zu haben und Flüssigkeiten mit unterschiedliche) physikalischen Eigenschaften zertropfen zu können. D: die abgelenkten und die nicht abgelenkten Tropfei unterhalb der Ablcnkeinrichlungcn 21a und 2\b ii jeweils getrennte Kammern fallen, erhält man insgc

ίο samt vier Flüssigkeitsmengen, die in einem exaktci Mengenverhältnis zueinander stehen.

F i g. 3 zeigt eine andere Möglichkeil, um die Tropfei mit Potential zu beaufschlagen. Ein Glciehspannungspo tcnlial, das auch gesteuert werden kann, wird direkt ar die metallische Düse 18 gelegt. Wenn die I lüssigkei leitfähig ist, überträgt sich das Potential bis in dci Behälter 14 hinein. In diesem !"alle muß ein Behälter au Isoliermaterial gewählt werden. Das Auffanggefäß 27. ii das die Tropfen hineinfallen, sollte aus leitenden Material bestehen, damit die Tropfen ihre Ladunj abgeben können. Es muß mit dem Reservoir 11 verbunden sein.

I"ig.4 zeigt eine Möglichkeit der direkten Aufbrin gung von Ladungsträgern auf die Tropfen. Zu diesen Zweck ist oberhalb der Ablenkeinrichtung 21 cini Anordnung aus einer Spitzenelektrode 28 und eine Flächenelektrode 29 angebracht. Zwischen beiden fallci die Tropfen hindurch. In der Nähe der Spitzenelektrode die auf hohem elektrischem Potential liegt, während dii Plattenelektrode 29 an Erde liegt, entstehen hohl elektrische Feldstärken, wodurch Ladungsträger voi der Spitzenelektrode 28 zur Plattenelektrode 29 durcl die Luft hindurch wandern. Dabei bleiben cinigi Ladungsträger auf den zunächst ungeladenen Tropfei sitzen, so daß die Tropfen direkt in der Luft ein< elektrische Ladung erhalten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. Palentansprüche:

   . Vorrichtung /.ur Erzeugung vt)n Tropfen, mil einer an einen Schwingungserzeuger angeschlosseneu Düse, von der sich ein in Tropfen gleichmäßiger Größe /erfallender Flüssigkeitsstrahl ablöst, d a ■ durch gekennzeichnet, daß eine die Tropfen elektrisch aufladende Ladeeinrichtung (19; 25; 28, 29) vorgesehen ist. dall entlang der Fallstrecke ίο der Tropfen eine Ablenkeinrichtung (21) angeordnet ist. und tluü die Spannung der Ladeeinrichtung und/oder die Spannung der Ablenkeinrichtung periodisch gesteuert ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekenn zeichnet, dall die Ladeeinrichtung (19; 25; 28, 29) und/oder die Ablenkeinrichtung (21) von einem vom Schwingungserzeuger (21) abgeleiteten Signal gesteuert wird.
3. J. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gckvnnzeichnet, dall dem .Schwingungserzeuger (2J) ein Zahler oder Frequenzteiler (24) nachgeschallel ist. der bei F.rreichen einer vorbestimmten SchaltMclliiiig die Spannung der Ladeeinrichtung (19; 25; 28, 29) und/oder der Ablenkeinrichtung (21) vorübergehend ändert.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet. duU unterhalb der Ablenkeinrichtung verschiedene Behälter angeordnet sind, die von den Tropfen in Abhängigkeit von der Steuerspanniing getroffen werden.
5. 'S. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Düse (18) eine Klektrode (19) angeordnet ist, die an der metallischen Düse (18) eine Influenzladting erzeugt.
6. b. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Düse (18) an ein Ladepotenlial angeschlossen ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im fallweg der Tropfen ein von einer Spitzenelektrode (28) und einer Flächenelektrode (29) erzeugtes starkes elektrisches F"eld vorhanden ist, in dem die Aufludung der Tropfen durch sogenannten elektrischen Wind erfolgt.
8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum dosierten Mischen zweier Flüssigkeiten zwei Düsen (I8.7, \8b) vorgesehen sind, deren gesteuert abgezweigte Tropfen einem gemeinsamen Gefäß zügeleitet werden.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verarbeitung einer Flüssigkeit, deren Tropfen sich während des Falls verfestigen, an die Ladeeinrichtung und/oder die Ablenkeinrichtung eine die Auftreffpunkte zweier aufeinanderfolgender Tropfen steuernde Spannung gelegt ist.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verarbeitung einer Flüssigkeit, deren Tropfen sich während des Falls verfestigen, eine Blaseinrichtung vorgesehen ist. aus der ein die Tropfen auf einem Teil ihres Fallweges begleitendes Gas ausströmt.

    65 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Tropfen, mit einer an einen Schwingungserzeuger angeschlossenen Düse, von der r.ich ein in Tropfen gleichmäßiger Größe zerfallender llüssigkciisstnihl ablöst.

    Fs ist bekannt, derartige Vorrichtungen zur Erzeugung von Granulat zu verwenden (DT-PS SbJbW). DT-PS 9 12 24b. DT-AS 11 57 202). Das zu granulieren de Material verläßt die Düse in flüssiger Form. Da der Düse Schwingungen aufgeprägt werden, löst sich der Strahl unterhalb der Düsenölfnung in einzelne Tropfen auf, die in einem Kühlmittel bis imi'.T die Erslarnmgsteinperatiir des Gutes abkühlen iiiul schließlich ein Festkörpergraniilat bilden. Aul diese Weise lassen sich thermoplastische Kunststoffe, Natur- und Kunstharze. Steinkohlenteerpech und andere Stoffe granulieren. Wird die Schwingfrcquciiz der Düse und die Ausströmgeschwindigkeit i'er Flüssigkeit so eingestellt, daß folgende Gleichung erfüllt ist

    υ = 4,^ry Jf.

    worin u die Ausströmgeschwindigkeit, d der Düsen durchmesser und / die Schwingfri (|iienz darstellt, so ergeben sich volumengleiche'tropfen. Man erhält daher ein Granulat von außerordentlich gleichmäßiger Korngröße.

    Hei den bekannten !'ropIVorrichliingen fallen sämtliche Tropfen in einer Linie hintereinander. Hei der Granulierung bedeutet dies, daß die Tropfen in dichter Folge nacheinander auf den Hoden, aufschlagen und sich verformen können.

    Aufgabe der Erfindung ist es. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dall die Fallwege der Tropfen beeinflußt bzw. gesteuert werden können.

    Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindiingsgcmäU vorgesehen, daß eine die Tropfen elektrisch aufladende Ladeeinrichtung vorgesehen ist, daß entlang der Fallstrecke der Tropfen eine Ablenkeinrichtung angeordnet ist, und daß die Spannung der Ladeeinrichtung und/oder die Spannung der Ablenkeinrichtung periodisch gesteuert ist.

    Durch die periodische Steuerung der Ablenkung erreicht man, daß einzelne Tropfen oder Gruppen von Tropfen andere Fallwege durchlaufen als die übrigen Tropfen. Diese Wirkung kann man ausnutzen, um beispielsweise genau dosierte Flüssigkeitsmengen zu entnehmen bzw. abzuspalten oder um extrem genaue Mischungen von Flüssigkeiten zu erhalten.

    Insbesondere wenn kleine Flüssigkeitsmengen mit großer Genauigkeit und relativ häufig abgespalten bzw. dosiert werden müssen, ist die erfindungsgemäUe Vorrichtung von Vorteil. Während man für derartige Dosierungen bisher Dosierpumpen eingesetzt hat, bietet die Erfindung die Möglichkeit, gesteuert eine bestimmte Anzahl Tropfen mit festgelegtem Volumen aus der Tropfenreihe abzuspalten.

    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 wild, kann von dem Schwingungserzeuger durch einen Zähler oder Frequenzteiler eine bestimmte Anzahl von Tropfen ermittelt werden. Hei Erreichen einer vorbestimmten Schaltstellung des Zählers oder Frequenzteilers kann die Spannung der Ladeeinrichtung und/oder der Ablenkeinrichtung vorübergehend geändert werden. Heispielsweise kann man nach der