DE3036721A1

DE3036721A1 - Verbesserung an einem ultraschall-fluessigkeitszerstaeuber

Info

Publication number: DE3036721A1
Application number: DE19803036721
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8000 München Edith
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1980-09-29
Publication date: 1982-04-08
Also published as: DE3036721C2

Description

Verbesserung an einem Ultraschall-Flüssigkeitszerstäu-
ber.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.
Aus den deutschen Offenlegungsschriften 20 29 207 und 21 12 984 sowie aus der DE-PS 23 08 584 sind Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber bekannt, auf deren Arbeitsplatte die Flüssigkeitszerstäubung durch Ultraschall-Schwingung erfolgt. Diese Flüssigkeitszerstäuber haben eine axiale Bohrung, durch die hindurch die auf der Arbeitsplatte zu zerstäubende Flüssigkeit auf die Oberfläche dieser Arbeitsplatte transportiert wird. Für die Zerstäubung geringer FlUssigkeitsmengen pro Zeiteinheit, d.h. für geringe Zerstäuberleistung, ist diese Art der Flüssigkeitszufuhr durchaus verwendbar. Ganz erhebliche Probleme ergeben sich aber, wenn eine hohe Zerstäuberleistung gefordert wird und entsprechend große Flüssigkeitsmengen pro Zeiteinheit zuzuführen sind. Es tritt dann der Effekt ein, daß die durch die axiale Bohrung des Schwingerkörpers hindurchgedrückte Flüssigkeit aus dem Loch, in dem die Bohrung endet, als Strahl herausgespritzt wird, statt auf die Oberfläche der Arbeitsplatte zu gelangen. Dementsprechend unterbleibt dann auch die Zerstäubung.
Die beiden obengenannten Offenlegungsschriften beschreiben Konstruktionen zur Verwendung und zur Anbringung eines Prallkörpers, der das einfache Herausspritzen der zugeführten Flüssigkeit verhindern und diese Flüssigkeit der zerstäubenden Oberfläche zuführen soll.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung für einen derartigen FlUssigkeitßzerstäuber anzugeben, durch die eine unkomplizierte und/ zuverlässige Halterung des dem Prinzip nach bekannten Prallkörpers gewährleistet ist. Insbesondere soll der Prallkörper so ausgebildet sein, daß die ansonsten nicht zu vermeidende Tropfenbildung an Stellen, an denen keine Zerstäubungsschwingung auftritt, vermieden ist.
Diese Aufgabe wird für einen Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Verbesserung der vorliegenden Erfindung geht von dem Flüssigkeitszerstäuber nach der DE-PS 23 08 584 aus, der in einer Ausführungsform eine axiale Bohrung zur Flüssigkeitszuführung aufweist.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, anhand der Figuren gegebenen Beschreibung zu bevorzugten Ausführungsbeispielen hervor.
Fig. 1 zeigt einen bekannten Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber.
Fig.2 zeigt eine Teildarstellung, teilweise aufgebrochen, teilweise im Schnitt, mit einer Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Prallkörpers.
Fig.3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung II ='in Teilansicht der Bohrung mit darin befindlichem Stiel des Prallkörpers Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform für die Befestigung des Prallkörpers im Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber.
Fig.5 zeigt einen Prallkörper mit Axialbohrung.
Fig.1 zeigt mit 1 bezeichnet einen bekannten Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber mit einer Bohrung, die nicht nur im Bereich der Arbeitsplatte 4, sondern durch den ganzen kegelförmigen Schwingerkörper 3 und durch das daran befestigte Wandlerelement 2 hindurch axial verläuft. Diese Bohrung ist mit 5 bezeichnet. Sie endet im Bereich der Arbeitsplatte 4 als Loch 6 in dieser Platte. Das entgegengesetzte andere Ende der Bohrung 5 geht in einen Rohrstutzen 7 über.
Fig.2 zeigt die Erfindung in wesentlich vergrößerter Darstellung in einer zum Teil aufgebrochenen Teilansicht. Wie dargestellt, ist ein erfindungsgemäßer Prallkörper 10 vorgesehen, der vorzugsweise die Form eines Pilzes hat. Der Pilzkopf 11 befindet sich oberhalb der Oberfläche der Arbeitsplatte 4. Der Stiel 12 des Pilzes ragt in die Bohrung 5 hinein und ist dort in noch näher zu beschreibender Weise befestigt. Im oberen Bereich der Bohrung 5, nämlich dort, wo starke Schwingungsbewegungen im Schwinger 3 und der Platte 4 auftreten, ist darauf zu achten, daß sich der Stiel 12 wenigstens zu einem gewissen Ausmaß zentriert in der Bohrung 5 befindet, daß aber keine so starke Berührung zwischen dem Stiel 12 und der Innenwandung der Bohrung 5 vorliegt, daß eine wesentliche Bedämpfung des Schwingers 3 und der Arbeitsplatte eintreten kann. Im Bereich des Schwingungsknotens des Schwingers 3 kann dagegen der Stiel 12 mit dem Schwinger 3, z.B. durch eine Ver- riegelung oder einen Stift fest verbunden sein.
Generell gilt, daß der Querschnitt der Bohrung 5 nicht derart vollständig vom Querschnitt des Pilsstieles 12 ausgefüllt werden darS,so daß noch genügend Flüssigkeit durch die Bohrung hindurchtransportiert werden kann Der Stiel 12 kann z.B. eine dreikantige Form haben oder entsprechende Längsnuten aufweisen.
Der Rand des Pilzkopfes 11 greift erheblich weit über den Querschnitt der Öffnung 6 hinaus. Vorzugsweise ist die Unterfläche 13 des Pilzkopfes derart konkav geformt, wie dies dem Prinzip nach aus der Darstellung der Fig.2 ersichtlich ist. Insbesondere sollte eine Krümmung am uebergang zwischen Stiel 12 und Pilzkopf 11 derart vorliegen, daß durch die Bohrung 5 am Pilzstiel 12 entlang strömende Flüssigkeit beim Auftreffen auf die Unterfläche 13 des Pilzkopfes 11 eine möglichst laminare Strömungsumlenkung radial nach außen erfährt.
Mit der in seiner prinzipiellen Gestaltung in Fig.2 dargestellten Form der Unterfläche 13 des Pilzkopfes 11 wird bei entsprechender Bemessung noch ein zusätzlicher vorteilhafter Effekt erzielt. Der gesamte ringförmige Querschnitt 13', der für die über die 360°vtéilte radiale Strömung unterhalb der Fläche 13 zur Verfügung steht, wird größer bemessen als der entsprechende gesamte ringförmige Querschnitt, der für die gesamte Strömung unterhalb des Außenrandes 14 des Pilzkopfes 11 zur Verlegung steht. Diese Bemessung zwingt die radial strömende Flüssigkeit beim-Vorbeiströmen an dem Rand 14 zu höherer Strömungsgeschwindigkeit, die infolge des Bernoullischen Effekts eine Kraft auf den Pilzkopf 11 einwirken läßt, die derJenigen Kraft entgegenwirkt, mit der der gesamte Prallkörper 10 durch die Strömung in der Bohrung 5 aus der Bohrung heraus-und von der Arbeitsplatte 4 weggedrängt wird. Diese am Rande 14 auftretende Kraft unterstützt die von der am unteren Ende vorzusehenden Befestigung des Pilzstieles 12 aus zuübende Haltekraft. Die in der Fig.2 eingetragenen Pfeile 15 sollen den voranstehend beschriebenen Strömungsweg andeuten.
Mit den abzweigenden Pfeilen 16 ist ein Flüssigkeitsweg angedeutet, der durch die Bohrung 5 hindurch und unter dem Pilzkopf 11 hinweg transportierte Flüssigkeit auf die äuBere konvexe Oberfläche 17 des Pilzkopfes gelangen läßt. Für den (nicht dargestellten) Fall, daß diese äußere Oberfläche des Pilzkopfes 11 wenigstens nahezu eine Ebene wäre oder gar eine konkave Form hatte; ist in Experimenten beobachtet worden, daß sich dort ganz erhebliche Flüssigkeitsmengen ansammeln können, die große Tropfen bilden. Diese großen Tropfen werden selbstverständlich nicht zerstäubt, sondern tropfen ab. Die wie dargestellte konvexe Form der Oberfläche 17 dagegen verhindert das Entstehen eines jeglichen Tropfens auf der Oberfläche 17. Sie läßt äußerstenfalls zu, daß sich ein dünner Flüssigkeitsfilm auf dieser Oberfläche 17 ausbilden kann.
Von ganz besonderem Vorteil ist es, die Oberfläche 17 des Pilzkopfes 11 zusätzlich noch mit meridianen kapillaren Nuten zu versehen. Die Fig.2 zeigt als Beispiel drei solche Nuten 18. Im praktischen Falle ist die gesamte Oberfläche 17 mit solchen kapillaren Nuten versehen. Diese Nuten bewirken eine ständige Zurückführung auf die Oberfläche 17 gelangter Flüssigkeit, die dann doch noch der zerstäubenden Oberfläche der Platte 4 zugeführt wird.
Im weiteren wird die Halterung des Prallkörpers 10 bzw.
des Pilzatieles 12 2 mit ihren Ausführungsvarianten beschrieben.
Es muß sichergestellt sein, daß die in der Bohrung 5 am Pilzstiel 12 entlang sbt mende Flüssigkeit radial möglichst gleichmäßig verteilt aus dieser Bohrung in den Raum unterhalb der Fläche 13 des Pilzkopfes 11 eintritt, damit auch die Zerstäuberfläche der Arbeitsplatte 4 von vornherein mit möglichst gleichmäßig verteilter Flüssigkeit benetzt wird. Dies bedingt, daß der Stiel 12 insbesondere im oberen Bereich der Bohrung 5 nahe dem Ende der Bohrung möglichst zentriert gehalten wird. Dies kann, wie schon oben angedeutet, durch dreikantige oder mehrkantige Form des Stiels 12, durch ICanül'ierung~Daerdurch Abstandshalter bewirkt sein, die noch genügenden freien Querschnitt für den Durchfluß bieten.
Fig.3 zeigt in einer einfachen Darstellung, wie ein dreikantiger Stiel 12' in der Bohrung 5 zentriert gehalten sein kann. Die Anlage der Dreieckskanten an der Innenfläche der Bohrung 5 ist jedoch derart schwach, daß keine wesentliche Bedämpfung des Schwingers 3 und der Arbeitsplatte 4 erfolgt. Es ist sogar ohne Nachteil, wenn die Abmessungen des dreikantigen Stiels 12' bezogen auf den Innenquerschnitt der Bohrung 5 so bemessen sind, daß sich der dreikantige Stiel 12', in der Darstellung ebene der Fig.3, in der Bohrung 5 hin- und herbewegen kann, da ein noch nicht übermäßiges Ausweichen des Prallkörpers 10 aus der zentrierten Lage noch keinen wesentlichen Nachteil mit sich bringt, und im übrigen auch die durchströmende Flüssigkeit eine gewisse zentrierende Wirkung ausübt.
In der Fig.2 ist des weiteren durch die gestrichelte Linie 21 auf die Schwingungaknotenebene des schwingers 3 hingewiesen. In dieser Ebene kann der Stiel 12 fest in der Bohrung 5 gehalten, und z.B. eingeklemmt oder122 festgestiftet werden. Mit 22 ist auf eine Verdickung des Stiels 12, z.B. eine Vergrößerung der Dreiecksabmessungen des Stiels 12' nach Fig.3 hingewiesen.Mit Kanülierung 222, Nuten, Bohrungen, und dergi. ist Bohrung getroffen, daß diese Halterung 22 keinen zusätzlichen wesentlichen Strömungswiderstand bewirkt.
Eine alternative Befestigungsform zeigt die Fig.4. Dort hat der Prallkörper 10 einen Pilsstiel 12, der entweder zusätzlich einen Halterungsdraht oder dergl. hat oder der zu einem Halterungsdraht ausgebildet ist oder in einen solchen fbergeht. Der Stiel bzw. Draht 12" geht durch die ganze axiale Bohrung 5 hindurch und ist erst an derem unteren Ende oder - wie dargestellt - erst an dem Rohrstutzen 7 befestigt. Damit ist die Befestigung des Prallkörpers 10 zur Verhinderung axialer Bewegungen desselben weit außerhalb des Schwinguntsbereiches des Ultraschall-Schwingers gelegt. Dies trägt im übrigen auch zur Dauerhaftigkeit dieser Befestigung bei, ohne daß diese Befestigung besonders kräftig ausgebildet sein müßte. Der Draht 12" kann z.B. axial durch den Kopf 11 hindurchgeführt sein und mit seinem anderen Ende auf der Oberseite des Pilzkopfes 11 durch Anschweißen, Anlöten oder Einklemmen befestigt sein, wie Fig.4 zeigt.
Wie dargestellt, kann z.B. vorgesehen sein, daß als Klemmverbindung sich die Querschnitte des beispielsweise 3-kantigen Endes 22 des Stiels 12' zum Kopf 11 hin, d.h.
in Richtung der Strömung, verjüngen und dieses Ende 22 in den sich ebenfalls nach oben hin verjüngenden Konus 55 der Bohrung 5 eingepreßt ist.
Fig.5 zeigt eine Ausführungsform des Prallkörpers 10' mit einem mit Bohrung 5' versehenen, d.h. hohlen Stiel 12*. Dicht unter der Unterseite 13* des Kopfes 11' ist ein Kranz Löcher 15' für den radialen Austritt der Flüssigkeit vorhanden. Mit 110 ist eine kleine Bohrung im Kopf 11' bezeichnet, durch die hindurch der Haltedraht 12' nach Fig.4.Mit der Außenwandung des Stiels 12" ist dieser in die Bohrung 5 des Schwingers 3 axial gleitend eingepaßte 5 Figuren 18 Patentansprüche Leerseite

Claims

PatentanspP5che: 1. Ultraschall-Flüssigkeitsserstäuber mit .einem Ultraschall-Schwinger, einer Arbeitsplatte, mit einer axialen Bohrung für die Flüssigkeitszuführung auf die Oberfläche der Arbeitsplatte und mit einem Prallkörper zur Umlenkung und Verteilung der zugeführten Flüssigkeit auf der Arbeitsplatte, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß der Prallkörper (10) einen Stiel (12) besitzt, der sich in der axialen Bohrung (5) des Schwingers (3) und der Arbeitsplatte (4) befindet, und in diese Bohrung (5) wenigstens so weit hineinreicht, daß sein dem Kopf (11) entgegengesetztes Ende (22) wenigstens bis in den Bereich des Schwingungsknotens (21) des Schwingers (3) reicht.
2. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß das dem Kopf (11) des Prallkörpers (10) entgegengesetzte Ende (22) des Stiels (12) im Bereich des Schwingungsknotens (21) des Schwingers (3) mit dem Schwinger (3) fest verbunden ist.
3. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß diese feste Verbindung eine Klebverbindung ist.
4. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß diese feste Verbindung eine Verbindung mit einem Befestigungsstift (122) ist.
5. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß diese feste Verbindung eine VerzaIrnung ist.
6. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß diese feste Verbindung ein Preßsitz ist.
7. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß das Ende des Stiels (12) an der Stelle der festen Verbindung (22) mit sich zum Kopf (11) verJünnin QxrsdhnSA2n esgebildet ist, der in einen entsprechenden Gegenkonus der Innenwandung der Bohrung (5) am Ort des Schwingungsknotens (21) angepaßt ist.
8. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß der Stiel (12) und das Befestigungsende (22) dreikantig ausgebildet sind.
9. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß der Stiel ( 12) und das Befvstigungsende (22) zusätzliche Kanülierung 222, Nuten, Bohrungen oder dergl.

aufweisen.
10. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß der Stiel (12) wenigstens zu einem Anteil als Haltedraht (12') ausgebildet ist, der mit seinem dem Kopf (11) entgegengesetzten Ende an der Arbeitsplatte (4) gegenüberliegendem Ende des Schwingers befestigt ist.
11. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 10, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß dieses Ende des Drahtes an bzw. in dem die axiale Bohrung (5) fortsetzenden Rohrstutzen (7) befestigt ist.
12. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß der Stiel (12) des Prallkörpers (10) wenigstens in demjenigen Bereich der axialen Bohrung (5), der sich nahe der Austrittsöffnung (6) der Bohrung (5) befindet, eine Zentrierung in der Bohrung (5) aufweist.
13. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 12, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß die Zentrierung eine dreikantige Form (12') des Stiels (12) hat (Fig.3).
14. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 12, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß der Querschnitt des Stiels (12) sternförmig ist.
15t Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 14, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß der Kopf (11) des Prallkörpers (13) pilzformig mit konvexer Außenoberfläche (17) ausgebildet ist.
16. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 15, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß die Oberfläche (17) des Kopfes (11) meridiane Nuten (18) hat.
17. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gek e n n z e i c h ne t dadurch, daß die Unterseite (13) des Kopfes (11) derart konkave Ausbildung zum Rand (14) des Kopfes (11) hin hat, daß die durch die axiale Bohrung (5) hindurch zugeführte Flüssigkeit unter der Fläche (13) eine weitgehend laminare Radialumlenuung (15) erfährt.
18. Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäuber nach Anspruch 16 oder 17, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß der ringförmige Gesamtquerschnitt (13') des gesamten Strömungsquerschnitts im mittleren Bereich zwischen Unterfläche (13) des Kopfes (11) und Oberfläche der Platte (4) größer als der gesamte ringförmige Querschnitt ist, der der gesamten radialen Strömung (15) zwischen der Randkante (14) und der Oberfläche der Arbeitsplatte (4) zur Verfügung steht.