DE2928066A1

DE2928066A1 - Vibrationszerstaeuber

Info

Publication number: DE2928066A1
Application number: DE19792928066
Authority: DE
Inventors: Dennis Harvey; Barrie James Martin; Peter Stanwell
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1978-07-11
Filing date: 1979-07-11
Publication date: 1980-01-24
Also published as: FR2431038B1; US4251031A; GB2029270B; JPS5515686A; GB2029270A; IT7923102A0; FR2431038A1; JPS6211904B2; IT1121063B

Description

8 München 60

Unser Zeichen; P 2396

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG Gartenstrasse 2
6300 Zug, Schweiz

10. Juli 1979

Vibrationszerstäuber

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vibrationszerstäuber zum Zerstäuben einer Flüssigkeit, beispielsweise eines flüssigen Treibstoffs für einen Motor oder einen Wärmeaustauscherkessel.

In der Praxis ist es schwierig, den Schwingungsknoten eines Vibrationszerstäubers exakt zu bestimmen. Dieser Schwingungsknoten muß so festgelegt werden, daß der Zerstäuber im Bereich dieses Schwingungsknotens starr an einer zugehörigen Befestigungsvorrichtung angebracht werden kann. Da am Schwingungsknotenpunkt praktisch keine Vibrationen vorhanden sind, geht auf diese Weise nur wenig oder keine Energie von dem Zerstäuber in die Befestigungsvorrichtung während des Betriebs des Zerstäubers verloren.

Schw/Ba

909884/0868

Bisher war es üblich, nur Vibrationen in Längsrichtung des Zerstäubers zu berücksichtigen. Radiale Vibrationen und radiale Bewegungen auf Grund der Wirkung des Poissonschen Beiwerts sind bisher üblicherweise vernachlässigt worden.Da radiale Vibrationen und radiale Bewegungen vernachlässigt wurden, traten Energieverluste aus dem Zerstäuber in seine Befestigungsvorrichtung auf.

Mit Hilfe der Erfindung sollen die Energieverluste des Zerstäubers in seine Befestigung auf ein Minimum herabgesetzt oder reduziert werden, indem Radialschwingungen und radiale Bewegungen des Zerstäubers berücksichtigt werden.

Nach der Erfindung ist ein Vibrationszerstäuber zum Zerstäuben einer Flüssigkeit mit einem Düsenabschnitt, aus dem die Flüssigkeit ausgespritzt wird und einem Körperabschnitt mit einer Vibrationsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenabschnitt durch einen Flansch vom Körperabschnitt getrennt ist, daß um den.Körperabschnitt ein Gehäuse angebracht ist, daß an dem Düsenabschnitt eine Ringdichtung an einem Knotenpunkt angebracht ist, an dem im Betriebszustand des Zerstäubers im wesentlichen keine Längs- und Radialschwingungen vorhanden sind, und daß eine Druckvorrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe in Längsrichtung des Zerstäubers Druck ausübbar ist, damit die Ringdichtung veranlaßt wird, den Düsenabschnitt abdichtend mit einer Befestigungsfläche in Eingriff zu bringen.

Vorzugsweise ist die Ringdichtung von einem O-Ring gebildet. Für Hochdruckanwendungen kann der O-Ring aus Kupfer bestehen.

909884/0668

2928068

Die Druckvorrichtung ist vorzugsweise ebenfalls eine Ringdichtung, beispielsweise ein O-Ring. Für Hochdruckanwendungen kann dieser O-Ring ebenfalls aus Kupfer bestehen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Druckvorrichtung eine aus Federdraht gebildete Vorrichtung sein. Als Beispiel sei nur erwähnt, daß die aus Federdraht gebildete Vorrichtung eine Vorrichtung aus sechseckigem Federdraht sein kann.

Der Vibrationszerstäuber kann mit einem von einem Flüssigkeitseinlaßrohr gebildeten Flüssigkeitseinlaß versehen sein. Das Flüssigkeitseinlaßrohr ist vorzugsweise am Körperabschnitt befestigt, und seine Länge beträgt eine Anzahl halber Wellenlängen für die Schallgeschwindigkeit im Rohr, so daß die im Betriebszustand des Zerstäubers in das Rohr abgestrahlte Energie phasengleich in den Körperabschnitt reflektiert wird.

Gewöhnlich ist an dem Rohr ein flexibler Flüssigkeitseinlaßschlauch festgeklemmt. Dieser Schlauch kann beispielsweise ein Gummi-oder ein Kunststoffschlauch sein.

Die Länge des Rohrs beträgt vorzugsweise eine Wellenlänge. In diesem Fall kann der Schlauch an dem Rohr mittels einer Klemme befestigt werden, die sich im Abstand einer Viertelwellenlänge oder im Abstand von drei Viertelwellenlängen vom Befestigungspunkt des Rohrs am Körperabschnitt befindet. Falls es erwünscht ist, kann das Rohr mit der Länge einer Wellenlänge auch an einer Befestigungsvorrichtung, beispielsweise dem Treibstoffansaugkrümmer eines Motors, mittels eines O-Rings verbunden sein, der im Abstand einer

909884/0868

Viertelwellenlänge oder im Abstand von drei Viertelwellenlängen vom Befestigungspunkt des Rohrs am Körperabschnitt angebracht ist. Dieser O-Ring besteht vorzugsweise aus Gummi.

Bei einer anderen AusfUhrungsform der Erfindung besteht der Flüssigkeitseinlaß des Vibrationszerstäubers aus einem oder aus mehreren Flüssigkeitskanälen, die zwischen der Ringdichtung und der Druckvorrichtung angebracht sind. Wie oben angegeben wurde, kann die Befestigungsfläche ein Teil eines Motoransaugkrümmers, ein Teil eines Wärmeaustauscher-Heizkessels oder ein Teil des Zerstäubergehäuses sein.

üblicherweise ist die Vibrationsvorrichtung eine piezoelektrische Kristallvorrichtung, doch ist zu erkennen, daß auch andere Vibrationsvorrichtungen, beispielsweise eine elektromagnetische Vorrichtung verwendet werden können.

Der Zerstäuber ist vorzugsweise so ausgebildet, daß er einen von einem Kugelventil gebildeten Verschlußkörper aufweist, der das Ausspritzen der Flüssigkeit verhindert, wenn der Körperabschnitt nicht in Vibrationen versetzt ist. Der Verschlußkörper kann innerhalb oder außerhalb des Düsenabschnitts angebracht sein. Wenn ein Kugelventil oder ein anderer Verschlußkörper nicht angewendet wird, dann kann unter gewissen Umständen ein fester Flüssigkeitsstrahl aus dem Zerstäuber ausgestossen, aufgefangen und wieder zurückgeführt werden, bis eine Zerstäubung der Flüssigkeit erforderlich ist, was durch Aktivierung der Vibrationsvorrichtung erreicht wird»

909884/086$

Der Vibrationszerstäuber gemäß der Erfindung kann zum Einspritzen von Treibstoff in den Motor eines Fahrzeugs benutzt werden. Außerdem kann er dazu benutzt werden, Brennstoff in einen Wärmeaustauscher-Heizkessel einzuspritzen, der beispielsweise in Zentralheizungsanlagen eingesetzt ist. Beispiele anderer Flüssigkeiten, die zerstäubt werden könnten, sind verschiedene Chemikalien und Farben.

Der Vibrationszerstäuber wird üblicherweise in Ultraschallvibrationen versetzt. In der Praxis kann die untere Grenze dieser Ultraschallvibrationen nahe der oberen Hörbarkeitsgrenze des menschlichen Ohrs liegen. Es ist jedoch erwünscht, daß die Vibrationen eine solche Frequenz haben, daß sie normalerweise vom menschlichen Ohr nicht gehört werden können, so daß übermässiger Lärm vermieden wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig.3 und 4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung und

Fig.5 eine genaue Darstellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise einer Ausführungsform der Erfindung.

In Fig.1 ist ein Vibrationszerstäuber 2 zum Zerstäuben einer Flüssigkeit dargestellt. Der Zerstäuber 2 enthält einen Düsenabschnitt 4, aus dem die Flüssigkeit ausgespritzt

909884/0868

wird, und einen Körperabschnitt 6, der mit einer Vibrationsvorrichtung in Form eines piezoelektrischen Kristalls 8 ausgestattet ist. Wie Fig.1 zeigt, weist der Düsenabschnitt 4 eine gekrümmte Fläche 10 auf. Ein einstückig mit dem Zerstäuber geformter Flansch 12 trennt den Düsenabschnitt 4 vom Körperabschnitt 6.

Um den Körperabschnitt 6 ist gemäß der Darstellung ein Gehäuse 14 angebracht, der einen Abschnitt 16 aufweist, der mit einer Leitungsvorrichtung 18 zur Aufnahme von Leitern 20, 22 zum Aktivieren des piezoelektrischen Kristalls 8 ausgestattet ist. Wie Fig.1 zeigt, ist der Leiter 20 am Punkt 24 mit dem Kristall 8 verbunden,,

Das Gehäuse 14 weist einen Vorderteil 26 auf, der, falls es erwünscht ist, auch ein Teil eines Körpers, beispielsweise eines Motors, sein könnte, an dem der Zerstäuber befestigt werden soll. Aus Fig.1 ist zu erkennen, daß der Teil 26 mit einer Ausnehmung 28 versehen ist, in der ein O-Ring 30 sitzt. Der O-Ring 30 drückt gegen die gekrümmte Fläche 10 des Düsenabschnitts 4.

Damit der O-Ring 30 als wirksame Dichtung wirkt, muß in Längsrichtung des Zerstäubers 2 (in Fig.1 von rechts nach links) Druck ausgeübt werden, so daß der O-Ring 30 zwischen dem Teil 28 und der gekrümmten Fläche 10 zusammengedrückt wird. Der erforderliche Druck wird mit Hilfe einer Druckvorrichtung in Form eines O-Rings 32 erzielt. Der O-Ring 32 ist bei 34 gekrümmt, damit ein Flüssigkeitseinlaßrohr 36 an den Körperabschnitt 6 angeschlossen werden kann.

9098Si/088$

- ίο -

In Fig.2 sind den entsprechenden Teilen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.1 verliehen worden; ihr genauer Aufbau und ihre Wirkungsweise werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut beschrieben. In Fig.2 ist das Flüssigkeitseinlaßrohr 36 weggelassen worden, und es sind im Düsenabschnitt 4 Flüssigkeitseinlaßkanäle gebildet; einer dieser Kanäle ist als Kanal 38 dargestellt. Die Flüssigkeit gelangt in den Kanal 38 über einen im Vorderteil 26 des Gehäuses 14 gebildeten Kanal und über einen in einem Ansaugkrüaimer 44 eines (nicht dargestellten) Motors gebildeten Kanal 42.

In Fig.1 strömt die Flüssigkeit durch das Rohr 36 zum Düsenabschnitt 4. In Fig.2 strömt die Flüssigkeit durch die Kanäle 42, 40, 38 zum Düsenabschnitt 4. Offensichtlich muß die dem Kanal 40 entsprechende Flüssigkeit auf Grund der Dichtungswirkung der O-Ringe 30, 32 in den Kanal 38 eindringen. Vorzugsweise strömt die Flüssigkeit im Düsenabschnitt 4 durch einen Kanal 46, der nur in Fig. 2 dargestellt ist. Die Flüssigkeit wird mittels eines von einem Kugelventil gebildeten Verschlußkörpers 50, der nach Fig.2 normalerweise auf seinem Sitz liegt, daran gehindert, aus dem Düsenauslaß 48 auszuströmen. Wenn der Kristall 8 aktiviert wird, wird die Spitze des Düsenabschnitts 4 zu Vibrationen angeregt, so daß der Verschlußkörper 50 von seinem Ventilsitz 52 weggestoßen wird und den Auslaß 48 zum Ausspritzen der Flüssigkeit öffnet.

909884/0880

In den Figuren 3 und 4 sind ähnliche Teile wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig.1 versehen worden. Der O-Ring 32 ist durch einen sechseckigen Federring 54 ersetzt. Der Federring 54 bewirkt offensichtlich an dieser Stelle keine Abdichtung, doch hat er die Wirkung, die gekrümmte Fläche 10 gegen den O-Ring 30 und die Ausnehmung 28 zu stoßen, so daß eine Abdichtung an dieser Stelle hervorgerufen wird. Eine Abdichtung an der Stelle des Federrings 54 ist nicht erforderlich, da die Flüssigkeit in den Kanal 46 mittels eines Flüssigkeitseinlaßrohrs 36 eingeführt wird.

Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, ist der Verschlußkörper 54 außerhalb des Düsenabschnitts 4 angebracht worden; er wird mit einer Feder 56 an seiner Stelle gehalten.

In Fig.5 ist ein Teil eines Zerstäubers 2 dargestellt, der an einem Ansaugkrümmer 44 befestigt ist; zwischen dem Vorderteil 26 und dem Ansaugkrümmer 44 ist eine Dichtung 58 angebracht. Der Radialschwingungsknotenpunkt ist bei 60 angegeben, und der Längsschwingungsknotenpunkt ist bei 62 angegeben. Diese Punkte 60, sind experimentell bestimmt worden. Eine Radialbewegung des Flansches 12 bewirkt ein Rollen des O-Rings 32, wie durch die Pfeile angegeben ist; dabei geht nur wenig Energie verloren; gleichzeitig übt der O-Ring den notwendigen Längsdruck über den Flansch 12 auf den O-Ring 30 aus, damit an dieser Stelle eine Abdichtung bewirkt wird.

90988W0868

Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind nur als Beispiel angegeben worden; Änderungen sind ohne weiteres möglich. Beispielsweise kann der Querschnitt der O-Ringe 3u, 32 verändert werden. Auch ein Federring 54 mit anderer Konstruktion kann verwendet werden. In manchen Fällen kann der Verschlußkörper 50 weggelassen werden, und ein fester Flüssigkeitsstrahl kann aus dem Auslaß 48 ausgestoßen, aufgefangen und zurückgeführt werden, bis der Kristall 8 zur Erzielung der erforderlichen Zerstäubung erregt wird.

909884/0883

Claims

Patentanwälte

D'Pl-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

Unser Zeichen: P 2396 10. Juli 1979

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG Gartenstrasse 2
6300 Zug, Schweiz

Patentansprüche

/ 1.JVibrationszerstäuber zum Zerstäuben einer Flüssigkeit ^-'mit einem Düsenabschnitt, aus dem die Flüssigkeit ausgespritzt wird und einem Körperabschnitt mit einer Vibrationsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenabschnitt durch einen Flansch vom Körperabschnitt getrennt ist, daß um den Körperabschnitt ein Gehäuse angebracht ist, daß an dem Düsenabschnitt eine Ringdichtung an einem- Knotenpunkt angebracht ist, an dem im Betriebszustand des Zerstäubers im wesentlichen keine Längs- und Radialschwingungen vorhanden sind, und daß eine Druckvorrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe in Längsrichtung des Zerstäubers Druck ausübbar ist, damit die Ringdichtung veranlaßt wird, den Düsenabschnitt abdichtend mit einer Befestigungsfläche in Eingriff zu bringen.
2. Vibrationszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung von einem O-Ring gebildet ist.

Schw/Ba

909884/0868
3. Vibrationszerstäuber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckvorrichtung eine Ringdichtung ist.
4. Vibrationszerstäuber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckvorrichtung eine aus Federdraht gebildete Vorrichtung ist.
j. Vibrationszerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Flüssigkeitseinlaßrohr gebildeter Flüssigkeitseinlaß vorgesehen ist, daß das Flüssigkeitseinlaßrohr an dem Körperabschnitt befestigt ist und daß die Länge dieses Rohrs eine Anzahl halber Wellenlängen für die Schallgeschwindigkeit in dem Rohr beträgt, wodurch beim Betrieb des Zerstäubers in das .Rohr abgestrahlte Energie phasengleich in den Körperabschnitt reflektiert wird.
6. Vibrationszerstäuber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rohr ein flexibler Flüssigkeitseinlaßschlauch festgeklemmt ist.
7. Vibrationszerstäuber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Rohrs eine Wellenlänge beträgt, und daß der Schlauch an dem Rohr mit Hilfe einer Klemmvorrichtung festgeklemmt ist, die sich im Abstand einer Viertelwellenlänge oder im Abstand von drei Viertelwellenlängen vom Befestigungspunkt des Rohrs am Körperabschnitt befindet.

909884/0868
8. Vibrationszerstäuber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Rohrs eine Wellenlänge beträgt, und daß das Rohr an einer Befestigungsvorrichtung mittels eines O-Rings angebracht ist, der sich im Abstand einer Viertelwellenlänge oder im Abstand von drei Viertelwellenlängen vom Befestigungspunkt des Rohrs am Körperabschnitt befindet.
9. Vibrationszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitseinlaß, der von einem oder von mehreren Flüssigkeitskanälen gebildet ist, die zwischen der Ringdichtung und der Druckvorrichtung angebracht sind.
10. Vibrationszerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsvorrichtung eine piezoelektrische KrI stallvorrichtung ist.
11. Vibrationszerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen von einem Kugelventil gebildeten Verschlußkörper, der das Ausspritzen der Flüssigkeit aus dem Zerstäuber verhindert, wenn der Körperabschnitt nicht in Vibrationen versetzt ist.

909884/0868