DE3112339C2

DE3112339C2 -

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Publication number: DE3112339C2
Application number: DE19813112339
Authority: DE
Inventors: Ernst-Guenter Dipl.-Phys. Dr. 6131 Schwalbach De Lierke; Wolfgang Dipl.-Phys. 6100 Darmstadt De Heide; Rudolf Ing.(Grad.) 6277 Camberg De Grossbach; Karl Ing.(Grad.) 6382 Friedrichsdorf De Floegel
Original assignee: Battelle Institut eV; Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Battelle Institut eV; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1980-04-12
Filing date: 1981-03-28
Publication date: 1989-03-02
Also published as: DE3112339A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten, bestehend im wesentlichen aus einem Ultraschall-Anregungssystem mit einem mit Ultraschallfrequenzen schwingenden Biegeresonator, der eine in bezug auf die Achse des Anregungssystems geneigte Fläche aufweist, sowie Einrichtungen für die Flüssigkeitszuführung.The invention relates to a device for Atomization of liquids consisting essentially of an ultrasound excitation system with one with ultrasound frequencies vibrating bending resonator, one related to the axis of the excitation system has an inclined surface, and Liquid supply devices.

Bei konventionellen Ultraschall-Kapillarwellenzerstäubern erfolgt die Vernebelung durch Tropfenabschnürung aus einem stehenden Kapillarwellengitter mit schachbrettartig angeordneten Knotenlinien, das sich auf einem dünnen, von einer schwingenden Festkörperfläche angeregten Flüssigkeitsfilm an der flüssig/gasförmigen Phasengrenze ausbildet. Die Zerstäubung erfordert eine von der Frequenz und verschiedenen Flüssigkeitsparametern abhängige Anregungsamplitude der schwingenden Festkörperfläche und einer geeigneten Dicke des Flüssigkeitsfilms. Bei zu dünnem Film können sich keine Tröpfchen bilden, bei zu dickem Film werden durch Dämpfung in der Flüssigkeit keine effektiven Kapillarwellen angeregt.With conventional ultrasonic capillary wave atomizers the nebulization takes place from a drop constriction standing capillary wave grating with a checkerboard arrangement Knot lines that are on a thin, from a vibrating solid surface excited liquid film which forms the liquid / gaseous phase boundary. The atomization requires one of the frequency and different Fluid parameters dependent excitation amplitude of the vibrating solid surface and a suitable thickness of the Liquid film. If the film is too thin, none can Form droplets if the film is too thick due to damping in no effective capillary waves are excited in the liquid.

Um den optimalen flächenspezifischen Zerstäubungsdurchsatz von einigen Litern pro Stunde und cm² bei niederviskosen Flüssigkeiten zu erreichen, muß die Flüssigkeit kontinuierlich so auf die Zerstäuberfläche aufgebracht werden, daß eine möglichst optimale Filmdicke auf einem möglichst großen Bereich der schwingenden Fläche aufrechterhalten wird.To ensure the optimal surface-specific atomization throughput of a few liters per hour and cm² for low viscosity To reach liquids, the liquid must be continuous so applied to the atomizing surface that a optimal film thickness on the largest possible Area of the vibrating surface is maintained.

Bei der üblichen Flüssigkeitsversorgung durch eine axiale Bohrung des Ultraschallzerstäubers ist dies nur bis zu relativ kleinen Durchsätzen unter 5 l/h erreichbar. Bei einer solchen inneren Flüssigkeitszuführung treten jedoch insbesondere bei größerem Durchsatz Kavitationsspritzer auf, die das Tropfenspektrum in unzulässiger Weise verschlechtern, da bei den üblichen λ /2-Schwingern die Flüssigkeitszufuhr in Bereichen maximaler Schwingungsamplitude erfolgt. Dieser Effekt kann durch eine äußere Flüssigkeitszuführung über mehrere Röhrchen ausgeschaltet werden. Eine solche Ausführungsform kann bei großen Durchsätzen unter Umständen unwirtschaftlich und nicht optimal sein. Hinzu kommt, daß mit den bekannten Vorrichtungen, z. B. bei der Pulverherstellung, eine Separation nach der Teilchengröße nicht erfolgen kann.With the usual liquid supply through an axial bore of the ultrasonic atomizer, this can only be achieved up to relatively small throughputs below 5 l / h. In the case of such an internal liquid supply, however, cavitation splashes occur in particular with a higher throughput, which deteriorate the drop spectrum in an impermissible manner, since in the case of the conventional λ / 2 oscillators, the liquid supply takes place in areas of maximum vibration amplitude. This effect can be eliminated by an external liquid supply through several tubes. Such an embodiment may be uneconomical and not optimal for large throughputs. In addition, with the known devices, for. B. in powder production, a separation according to the particle size can not be done.

Ferner ist eine Vorrichtung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten mit einem Ultraschallanregungssystem bekannt (DE-OS 25 57 958), das konisch ausgebildet ist und an seinem oberen Ende ein Biegeschwinger als kreisrunde, nach innen geneigte Platte aufweist. Die Zufuhr der Flüssigkeit erfolgt über eine konzentrische Bohrung, die konzentrisch durch das Anregungssystem unter dem Biegeschwinger geführt ist. Das Anregungssystem ist mittels eines angedrehten Flansches in der Schwingungsknotenlinie befestigt. Das heißt, am oberen Ende des Anregungssystems kann kein Schwingungsknoten auftreten, sondern lediglich ein Schnellebauch, so daß im mittleren Bereich bzw. im Vorbereich und somit Schwingungskavitation und daher Blasenbildung eintritt.Furthermore, a device for atomizing liquids known with an ultrasonic excitation system (DE-OS 25 57 958), which is conical and on his has a bending oscillator as a circular, inwardly inclined plate. The liquid is supplied via a concentric one Bore that is concentric through the excitation system is guided under the bending vibrator. The excitation system is by means of a turned-on flange in the vibration node line attached. That is, at the top of the excitation system no vibration node can occur, only a quick belly, so that in the middle area or in Pre-area and thus vibration cavitation and therefore blistering entry.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Biegeschwinger derart auszubilden, daß in den Zuführbereichen keine Kavitation auftritt. Die Erfindung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.The present invention is based on the object Form bending vibrators in such a way that in the feed areas no cavitation occurs. The invention is characterized by the characterizing part of claim 1 listed features solved.

Es hat sich gezeigt, daß sich diese Aufgabe lösen läßt, wenn die Flüssigkeitszuführung in den Schnellknotenbereich des Biegeresonators erfolgt und die Länge des Anregungssystems etwa (2n + 1) λ /4 beträgt, wobei n = 0 oder eine ganze Zahl ist. Die vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 beschrieben.It has been shown that this problem can be solved if the liquid is fed into the quick-knot area of the bending resonator and the length of the excitation system is approximately (2 n + 1) λ / 4, where n = 0 or an integer. The advantageous embodiments of the device according to the invention are described in subclaims 2 to 12.

Zum Verständnis, daß in der Mitte des Biegeschwingers ein Schnelle- bzw. Auslenkungsknoten besteht, wird darauf verwiesen, daß der antreibende Longitudinal-Schwinger 1/4 λ, 3/4 λ, 5/4 λ -lang ist und somit an der Koppelstelle zum Biegeresonator ein Knoten entstehen muß.To understand that there is a fast or deflection node in the middle of the bending oscillator, reference is made to the fact that the driving longitudinal oscillator is 1/4 λ , 3/4 λ , 5/4 λ long and thus at the coupling point Bending resonator a knot must arise.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem üblichen Ultraschall-Amplitudentransformator und einem damit mechanisch verbundenen Biegeresonator der gleichen Resonanzfrequenz. Die Verbindung der beiden Teile kann so ausgeführt werden, daß der Biegeresonator als eine selbständige Einheit ausgewechselt werden kann. Im einfachsten Fall ist der Biegeresonator ein radialsymmetrischer Hohlkonus.The device according to the invention consists of a conventional one Ultrasonic amplitude transformer and therefore mechanical connected bending resonator of the same resonance frequency. The Connection of the two parts can be carried out so that the Bending resonator replaced as a separate unit can be. In the simplest case, the bending resonator is on radially symmetrical hollow cone.

Die Biegeschwingung des Resonators wird durch ein axiales Anregungssytem bewirkt. Das Anregungssystem ist vorzugsweise ein piezoelektrisch angeregter Verbundschwinger, der als Stufentransformator oder mit konischer, exponentieller oder ähnlicher Kontur ausgeführt sein kann. The bending vibration of the resonator is controlled by an axial excitation system causes. The excitation system is preferably a piezoelectrically excited compound oscillator, which acts as a step transformer or with conical, exponential or similar contour can be executed.

Der erfindungsgemäße Ultraschallzerstäuber kann insbesondere in Luftbefeuchtern bei Klimaanlagen, Ölbrennern, als Metallzerstäuber zur Pulvergewinnung aus zerstäubten Schmelzen, als Zerstäuber von Lösungen, Suspensionen und Emulsionen zur Pulvergewinnung durch Abdampfen der flüssigen Komponenten verwendet werden. Es kann auch in Prozeßkammern bei vermindertem oder erhöhtem Gasdruck, bei niedriger oder hoher Temperatur, inerter oder reaktiver Gasatmosphäre eingesetzt werden, so daß infolge des hohen, mit minimalem Leistungsaufwand erzielbarem Durchsatz viele verfahrenstechnische Anwendungen im industriellen Maßstab denkbar sind. Bei der letzteren Anwendung wird insbesondere eine Be- oder Entgasung von Flüssigkeiten durch Diffusion erzielt. Hierbei kann durch Einstellung der Neigung der Zerstäubungsfläche eine lange Flugbahn der Flüssigkeitsteilchen ermöglicht und damit das gesamte Volumen des Prozeßraums optimal ausgenutzt werden.The ultrasonic atomizer according to the invention can in particular in humidifiers in air conditioning systems, oil burners, as metal atomizers for powder extraction from atomized melts, as Atomizers of solutions, suspensions and emulsions for Powder extraction by evaporation of the liquid components used will. It can also be used in process chambers with reduced or increased gas pressure, at low or high temperature, inert or reactive gas atmosphere can be used, so that due to the high, achievable with minimal effort Throughput many process engineering applications in industrial Scale are conceivable. In the latter application in particular a degassing or degassing of liquids Diffusion achieved. You can do this by adjusting the inclination a long trajectory of the liquid particles on the atomizing surface enables and thus the entire volume of the Process space can be optimally used.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß große Flüssigkeitsmengen über eine zentrale Zuführung unter optimalen Bedingungen auf die Zerstäuberfläche gefördert werden können. Ferner wird die Kavitation an den Zuführungsstellen trotz anfänglich großer lokaler Flüssigkeitsfilmdicke vermieden. Durch die parabelförmige Nebelcharakteristik wächst der Abstand der Tröpfchen untereinander stetig, so daß sich die übliche Neigung dichter Nebel zur Koagulation stark verringert. Durch die Zunahme des Flugbahndurchmessers mit dem Quadrat des Tropfendurchmessers ist eine Teilchenseparation bei der Pulverherstellung möglich. Die Schrägstellung der Zerstäuberfläche bewirkt, daß sich durch stetige Aufnahme der Flüssigkeitsschicht beim Ablaufen nach unten automatisch eine Zone mit optimaler Filmdicke für die Zerstäubung einstellt. Oberhalb der Zone ist der Film zu dick oder zu dünn, so daß sich keine Kapillarwelle ausbilden kann. Die überschüssige Flüssigkeit läuft über den Rand des Zerstäubers ab, ohne dessen Funktion zu beeinträchtigen.The advantages achieved by the invention are in essential to see that large amounts of liquid over a central feed under optimal conditions on the Atomizing surface can be promoted. Furthermore, the Cavitation at the feed points despite initially large local liquid film thickness avoided. Due to the parabolic The distance between the droplets increases as the fog characteristic with each other continuously, so that the usual inclination becomes denser Mist for coagulation greatly reduced. By increasing the Airway diameter with the square of the drop diameter particle separation is possible during powder production. The inclination of the atomizing surface causes through constant absorption of the liquid layer when draining down automatically a zone with optimal film thickness for stops atomizing. Is above the zone the film is too thick or too thin so that there is no capillary wave can train. The excess liquid runs over the Edge of the atomizer without affecting its function.

Mit einem konischen Biegeresonator mit 50 mm Durchmesser lassen sich z. B. bei einer Arbeitsfrequenz von 20 kHz bei einer HF-Leistungsaufnahme von weniger als 10 Watt etwa 150 l/h Wasser in Tropfen von etwa 40 µm zerstäuben. Bei größerer Konusfläche läßt sich der Durchsatz, der durch Verringerung der Flüssigkeitszufuhr ohne Änderung des Tropfendurchmessers bis nahezu auf Null reduziert werden kann, erheblich steigern. Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Schwierigkeiten bei Frequenzen bis etwa 100 kHz einsetzbar. Entsprechend werden bei fast gleichen flächenspezifischen Durchsätzen von einigen l/h und cm² die mittleren Tropfendurchmesser kleiner.With a conical bending resonator with a diameter of 50 mm can z. B. at an operating frequency of 20 kHz an RF power consumption of less than 10 watts about 150 Atomize 1 / h water in drops of about 40 µm. Larger The throughput can be reduced by reducing the throughput the liquid supply without changing the drop diameter can be reduced to almost zero. Furthermore, the device according to the invention is without difficulty Can be used at frequencies up to approximately 100 kHz. Corresponding are with almost the same area-specific Throughputs of a few l / h and cm² mean droplet diameters smaller.

Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt in schematischer VereinfachungThe invention is illustrated by the accompanying drawings explained. It shows a schematic simplification

Fig. 1 die Gesamtansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zerstäubers mit einem Hohlkonus als Biegeresonator; Figure 1 shows the overall view of an embodiment of the atomizer according to the invention with a hollow cone as a bending resonator.

Fig. 2 im Längsschnitt den konischen Biegeresonator; FIG. 2 shows in longitudinal section the conical bending resonator;

Fig. 3 im Längsschnitt den erfindungsgemäßen konischen Biegeresonator mit vertikaler Flüssigkeitszuführung; FIG. 3 shows in longitudinal section the conical bending resonator according to the invention with a vertical liquid supply;

Fig. 4 eine Ausführungsform mit horizontaler Flüssigkeitszuführung; Fig. 4 shows an embodiment having a horizontal liquid supply;

Fig. 5 a) bis e) einige Ausführungsformen für den Biegeresonator; Fig. 5 a) to e), some embodiments of the bending resonator;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform, bei der der konische Biegeresonator mit dem Anregungssystem derart verbunden ist, daß die Gesamtlänge des Anregungssystems λ /4 beträgt; Fig. 6 is a further embodiment in which the conical bending resonator with the excitation system is connected in such a way that the total length of the excitation system λ / 4;

Fig. 7 eine Befestigungsmöglichkeit der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung; Fig. 7 shows a possibility of fastening the device shown in Fig. 6;

Fig. 8 a) und b) einige Varianten der Flüssigkeitszuführung bei einer Vorrichtung mit umgedrehtem Konus; Fig. 8 a) and b) some variations of the liquid supply in a device having a reversed cone;

Fig. 9 lineare Anordnung von mehreren Zerstäubern mit umgedrehtem Hohlkonus als Biegeresonator; Fig. 9 is linear array of a plurality of atomizers with inverted hollow cone as bending resonator;

Fig. 10 eine kaskadenartige Verbindung mehrerer konischer Biegeresonatoren für eine Vorrichtung mit einem gemeinsamen Anregungssystem;10 shows a cascade-like connection of several conical bending resonators for an apparatus having a common excitation system.

Fig. 11 einen Zerstäuber mit konischem Biegeresonator, der eine axiale Flüssigkeitszuführung von hinten aufweist;11 shows an atomizer with a conical bending resonator, which has an axial liquid supply from the rear.

Fig. 12 eine Ausführungsform mit Heizung und Kühlung, die sich zur Zerstäubung von Metallschmelzen eignet. Fig. 12 shows an embodiment with heating and cooling, which is suitable for atomizing metal melts.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Ultraschallzerstäuber einen mittels zweier Piezo-Keramikscheiben 1 angeregten Koppelschwinger 2 auf, der als ein im Schnelleknoten 3 abgestufter Amplitudentransformator ausgebildet ist. Solche Koppelschwinger sind z. B. in der DE-OS 29 06 823 beschrieben. Der Biegeresonator 4 ist in diesem Beispiel in Form eines Hohlkonus ausgebildet und befindet sich an dem der Stufe 3 gegenüberliegenden Ende des schlanken, zylindrischen Teils 5 des Anregungssystems. Erfindungsgemäß kann die Gesamtlänge eines solchen Anregungssystems (2n + 1) λ /4 betragen, wobei n = 0 oder eine andere ganze Zahl ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Länge 3λ /4, wobei der Abstand zwischen der Stufung 3 und der Spitze des Biegeresonators 4, d. h. die Länge des zylindrischen, schmaleren Teils 5 g /2 ist, so daß sich im Bereich der Konusspitze ein Schnelleknoten befindet. Die Abmessungen des Biegeresonators 4, d. h. die Dicke, der Durchmesser und der Konuswinkel werden so gewählt, daß sich bei der gewünschten Arbeitsfrequenz Biegeresonanzen mit mehr oder weniger vielen Knotenradien und/oder Knotenkreisen ergeben. Vorzugsweise wird eine Eigenresonanz gewählt, bei der der Biegeresonator 4 mit Knotenradien und mit einer vom Zentrum, d. h. Konusspitze, zur Peripherie zunehmenden Amplitude schwingt, so daß die auf die Konusspitze geleitete Flüssigkeit sich zum peripheren Bereich hin mit abnehmender Filmdicke ausbreiten kann.In the embodiment shown in FIG. 1, the ultrasonic atomizer according to the invention has a coupling oscillator 2 excited by means of two piezo-ceramic disks 1 , which is designed as an amplitude transformer graded in the fast node 3 . Such coupling oscillators are e.g. B. described in DE-OS 29 06 823. In this example, the bending resonator 4 is designed in the form of a hollow cone and is located at the end of the slim, cylindrical part 5 of the excitation system opposite the step 3 . According to the invention, the total length of such an excitation system can be (2 n + 1) λ / 4, where n = 0 or another integer. In the embodiment shown in Fig. 1, the length is 3λ / 4, the distance between the step 3 and the tip of the bending resonator 4 , ie the length of the cylindrical, narrower part is 5 g / 2, so that in the range Cone tip is a quick knot. The dimensions of the bending resonator 4 , ie the thickness, the diameter and the cone angle are chosen so that bending resonances with more or less many node radii and / or node circles result at the desired working frequency. A natural resonance is preferably selected in which the bending resonator 4 oscillates with node radii and with an amplitude increasing from the center, ie cone tip, to the periphery, so that the liquid directed onto the cone tip can spread towards the peripheral area with decreasing film thickness.

Fig. 2 macht die Biegeschwingung des Hohlkonus-Resonators 4 deutlich. Fig. 2 shows the bending vibration of the hollow cone resonator 4 clearly.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß die zu vernebelnde Flüssigkeit 6 axial auf die Spitze des Biegeresonators 4 als ein relativ dicker Strahl von oben zugeführt werden kann. Da sich im Bereich der Spitze des Hohlkonus 4 ein Schnelleknoten befindet, findet dort keine Anregung von Kapillarwellen statt. Es kann auch keine Schwingungskaviatation auftreten, wie dies bei den zur Zerstäubung erforderlichen Amplituden bei größerer Flüssigkeitsfilmdicke der Fall wäre. Die Flüssigkeit läuft demzufolge ungestört über die Konusfläche ab, wobei sich mit zunehmendem Abstand zum Zentrum die Filmdicke bei gleichzeitig zunehmender Schnelleamplitude des Zerstäubers stetig verringert. Auf diese Weise stellt sich automatisch eine für die Zerstäubung optimale Filmdicke ein. Die Zerstäubung erfolgt dann in herkömmlicher Weise durch Abschürung von Tröpfchen aus dem Kapillarwellengitter. Durch die Neigung der Konusfläche werden die Tröpfchen axialsymmetrisch vom Zerstäuber weggeschleudert, wobei sich annähernd parabelförmige Flugbahnen ergeben, deren Abstand von Zentrum etwa proportional zur Schnelleamplitude ν des Wandlers zur Dichte ρ der zerstäubten Flüssigkeit und zum Quadrat des Tröpfchendurchmessers d ist. Der mittlere Tröpfchendurchmesser d _m folgt in bekannter Weise aus der KapillarwellenformelFrom Fig. 3 it is apparent that can be axially of nebulized liquid 6 supplied onto the tip of the Biegeresonators 4 as a relatively thick beam from above. Since there is a quick knot in the area of the tip of the hollow cone 4 , there is no excitation of capillary waves. No vibration cavitation can occur, as would be the case with the amplitudes required for atomization with a larger liquid film thickness. The liquid consequently runs undisturbed over the conical surface, the film thickness steadily decreasing as the distance from the center increases while the atomizer's rapid amplitude increases. In this way, an optimal film thickness for atomization is automatically set. The atomization then takes place in a conventional manner by dropping droplets from the capillary wave grid. Due to the inclination of the conical surface, the droplets are thrown axially symmetrically away from the atomizer, resulting in approximately parabolic trajectories, the distance from the center of which is approximately proportional to the rapid amplitude ν of the transducer to the density ρ of the atomized liquid and to the square of the droplet diameter d . The mean droplet diameter d _m follows in a known manner from the capillary wave formula

mit
σ = Oberflächenspannung
λ = Kapillarwellenlänge
f = Frequenz des AnregungssystemsWith
σ = surface tension
λ = capillary wavelength
f = frequency of the excitation system

Das Tröpfchenspektrum wird durch eine relativ schmale logarithmische Normalverteilung beschrieben.The droplet spectrum is characterized by a relatively narrow logarithmic Normal distribution described.

Aus Fig. 3 geht ferner hervor, daß der Biegeresonator 4 über ein Ankopplungsteil 7 an dem Anregungssystem befestigt wird.From Fig. 3 further shows that the bending resonator 4 is fixed via a coupling part 7 to the excitation system.

Die Flüssigkeitszuführung kann in Variation der in Fig. 3 gezeigten Anordnung auch horizontal erfolgen, wie es in Fig. 4 dargestellt wird. Es ist auch möglich, die Flüssigkeit durch eine axiale Bohrung im Anregungssystem auf die Konusspitze zu leiten.In a variation of the arrangement shown in FIG. 3, the liquid supply can also take place horizontally, as is shown in FIG. 4. It is also possible to direct the liquid through an axial hole in the excitation system to the cone tip.

Bei einer Schwingung des Biegeresonators 4 mit mehreren Knotenkreisen könnte erfindungsgemäß auch erforderlich sein, daß Flüssigkeitszuführungen nicht nur zentral auf die Konusspitze, sondern auch in den Bereich der Knotenkreise gerichtet sind. If the bending resonator 4 vibrates with a plurality of knot circles, it could also be necessary according to the invention that liquid supplies are directed not only centrally onto the cone tip, but also into the area of the knot circles.

In den Fig. 5a) bis e) wird eine Auswahl möglicher Ausführungsformen für den Biegeresonator gezeigt. Wesentlich ist, daß mindestens eine geneigte bzw. gekrümmte Zerstäubungsfläche vorhanden ist und daß die Flüssigkeit auf den Bereich eines Schnelleknotens bzw. einer Schnelleknotenlinie zugeführt wird. Im Fall der in Fig. 5b) dargestellten Ausführungsform kann die Flüssigkeit entlang der gesamten Schnittkante beider Flächen z. B. durch eine spaltförmige Öffnung eingeleitet werden.In FIGS. 5a) to e) a selection of possible embodiments is shown for the bending resonator. It is essential that at least one inclined or curved atomizing surface is present and that the liquid is supplied to the area of a quick knot or a quick knot line. In the case of the embodiment shown in Fig. 5b), the liquid along the entire cutting edge of both surfaces z. B. initiated through a slit-shaped opening.

In Fig. 6 wird eine gedrungene Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Zerstäubers mit konischem Biegeresonator 4 dargestellt. In diesem Fall beträgt die Gesamtlänge des Anregungssystems λ /4 (n = 0), so daß sich an der Spitze des Biegeresonators 4 ein Schnelleknoten befindet. Diese Ausführungsform wird bevorzugt, da sie relativ einfach durch einen Einstich in das zylindrische Anregungssystem herstellbar ist. Um eine Abstrahlung von Luftschall auf der Rückseite des Biegeresonators 4 zu vermeiden (sie würde unnötig Leistung verbrauchen) sollte die Breite des Einstichs, d. h. der Abstand zwischen dem peripheren Ende des Konus 4 und dem Anregungsteil 2 etwa λ _(Luft)/4 betragen. FIG. 6 shows a compact embodiment of the atomizer shown in FIG. 1 with a conical bending resonator 4 . In this case, the total length of the excitation system is λ / 4 (n = 0), so that there is a quick knot at the tip of the bending resonator 4 . This embodiment is preferred because it can be produced relatively simply by a puncture into the cylindrical excitation system. In order to avoid radiation of airborne sound on the rear side of the bending resonator 4 (it would consume power unnecessarily), the width of the recess, ie the distance between the peripheral end of the cone 4 and the excitation part 2, should be approximately λ _(air) / 4.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform kann in einfacher Weise an einer Halterungseinrichtung 8 befestigt werden. Hierzu wird, wie in Fig. 7 gezeigt, die Konusspitze mit einer Bohrung versehen, durch die ein Halterungselement 9, z. B. ein Stift, Röhrchen, Draht oder dergleichen, geführt ist. Die Flüssigkeitszuführung 10 kann in diesem Fall das Halterungselement 9 konzentrisch umgeben. Auch andere Variationen des erfindungsgemäßen Zerstäubers können in analoger Weise fixiert werden. Die feste Halterungseinrichtung 8 kann auch eine Flüssigkeitsleitung sein, aus der die Flüssigkeit durch Kanal 10 in den Bereich der Konusspitze geführt wird.The embodiment shown in FIG. 6 can be attached to a mounting device 8 in a simple manner. For this purpose, as shown in Fig. 7, the cone tip is provided with a hole through which a mounting element 9 , for. B. a pen, tube, wire or the like is guided. In this case, the liquid supply 10 can surround the holding element 9 concentrically. Other variations of the atomizer according to the invention can also be fixed in an analogous manner. The fixed mounting device 8 can also be a liquid line, from which the liquid is guided through the channel 10 into the region of the cone tip.

Bei der in Fig. 8a) bzw. b) gezeigten Vorrichtung wird ein konischer Biegeresonator 4 mit der Spitze bzw. mit dem Ankoppelteil 7 an dem Anregungssystem 2 befestigt, so daß diese Ankopplung eine Umkehrung der eingangs erwähnten Ausführungsformen darstellt. Die Flüssigkeitszuführung erfolgt gemäß Fig. 8a) über eine Ringdüse 11, die um das Ankopplungsteil 7 des Biegeresonators, d. h. in der Übergangszone zwischen dem Biegeresonator 4 und dem Anregungssystem 2, angebracht ist. Die Flüssigkeit kann aber auch in beliebig anderer Weise in den Bereich des Schnelleknotens eingeleitet werden, z. B. durch axiale Bohrung 12 im Anregungssystem mit seitlichen Austrittsöffnungen am Konusmantel, d. h. in der Übergangszone zum Biegeresonator 4, wie es in Fig. 8b) dargestellt ist.In the device shown in Fig. 8a) or b), a conical bending resonator 4 is attached to the excitation system 2 with the tip or with the coupling part 7 , so that this coupling represents a reversal of the embodiments mentioned at the beginning. According to FIG. 8 a), the liquid is supplied via an annular nozzle 11 which is fitted around the coupling part 7 of the bending resonator, ie in the transition zone between the bending resonator 4 and the excitation system 2 . However, the liquid can also be introduced into the area of the quick knot in any other way, e.g. B. through axial bore 12 in the excitation system with lateral outlet openings on the cone jacket, ie in the transition zone to the bending resonator 4 , as shown in Fig. 8b).

In Fig. 9 wird gezeigt, daß mehrere in Fig. 8a) und 8b) dargestellten Zerstäuber an einer gemeinsamen Flüssigkeitsversorgungsleitung befestigt werden können. Andere Arten von Anordnungen, z. B. kreisförmige, sind ebenfalls möglich. Eine solche Ausführungsform ist insbesondere für größere Flüssigkeitsdurchsätze geeignet.In Fig. 9 it is shown that several atomizers shown in Fig. 8a) and 8b) can be attached to a common liquid supply line. Other types of arrangements, e.g. B. circular, are also possible. Such an embodiment is particularly suitable for larger liquid throughputs.

Die Biegeresonatoren können aber auch kaskadenförmig miteinander verbunden und gemeinsam angeregt werden. Diese Ausführungsform wird in Fig. 10 schematisch verdeutlicht. Die Kaskadenelemente bestehen aus dimensions- und materialmäßig gleichen konusförmigen Biegeresonatoren 4 mit Ankoppelteilen 14. Die Gesamtlänge eines Kaskadenelements beträgt λ /2 und die Verbindung der Kaskadenelemente erfolgt jeweils in Schnellebäuchen z. B. durch Schrauben 15. Die einzelnen Kaskadenelemente können auch durch Leitung miteinander befestigt werden oder durch eine andere geeignete Maßnahme. Ein weitere Variante besteht in der Herstellung der Kaskade an einem Stück. Das den Kaskadenelementen gemeinsame Anregungssystem (hier nicht gezeigt) kann sich sowohl oberhalb als auch unterhalb der Kaskade befinden. Die Flüssigkeitszuführung kann in bereits oben erläuterter Weise erfolgen. Hier werden die Ankoppelteile 14 in der Übergangszone zur Konusspitze mit einem ringförmigen Rohr 16 versehen, welches Flüssigkeitsaustrittsöffnungen enthält.The bending resonators can, however, also be cascaded together and excited together. This embodiment is illustrated schematically in FIG. 10. The cascade elements consist of cone-shaped bending resonators 4 with coupling parts 14 that are the same in terms of dimension and material. The total length of a cascade element is λ / 2 and the connection of the cascade elements takes place in quick bellies z. B. by screws 15 . The individual cascade elements can also be attached to one another by conduction or by some other suitable measure. Another variant consists in the production of the cascade in one piece. The excitation system common to the cascade elements (not shown here) can be located either above or below the cascade. The liquid supply can take place in the manner already explained above. Here, the coupling parts 14 are provided in the transition zone to the cone tip with an annular tube 16 which contains liquid outlet openings.

Die in Fig. 11 dargestellte λ /4-Ausführung mit konischem Biegeresonator, die in Fig. 6 näher beschrieben wurde, eignet sich wegen der Art der Flüssigkeitszuführung insbesondere für einen Einsatz bei Ölbrennern. Das Anregungssystem 2 besitzt eine axiale Bohrung 17 bis zu Spitze des Resonators 4. Durch diese Bohrung 17 wird ein auf Resonanz abgestimmtes Röhrchen 18 geführt, das im Schnelleknotenbereich mit dem System, z. B. durch Verschrauben 19, fest verankert wird. Die Öffnung an der Spitze des Resonators ist etwa abgerundet, um eine optimale Verteilung der durch das Röhrchen 18 geleiteten und an der Spitze austretenden Flüssigkeit auf der Konusfläche zu bewirken.The λ / 4 version shown in FIG. 11 with a conical bending resonator, which was described in more detail in FIG. 6, is particularly suitable for use in oil burners because of the type of liquid supply. The excitation system 2 has an axial bore 17 up to the tip of the resonator 4 . Through this bore 17 , a tube 18 tuned to resonance is guided, which in the fast node area with the system, for. B. is firmly anchored by screwing 19 . The opening at the tip of the resonator is approximately rounded in order to achieve an optimal distribution of the liquid passed through the tube 18 and emerging at the tip on the conical surface.

In Fig. 12 wird eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Biegeresonator 4 geheizt und die temperaturempfindliche Teile des Anregungssystems 2 gekühlt werden. Die Heizung erfolgt z. B. durch eine Induktionsspule 20, durch die die Metallschmelze 21 geleitet wird. Die Kühlung wird zwischen zwei benachbarten Schnelleknotenbereichen des schlanken Teils 5 bewirkt. Hierfür kann dieser Bereich z. B. konzentrisch mit einer Flüssigkeits- oder Gaskühlung 22 versehen sein. Die Kühlstrecke 22 wird vorzugsweise am unteren Bereich des schlanken Teils 5 angebracht. Die Kühlstrecke 22 und das Anregungssystem 2 können ferner mit einer Ummantelung 23 versehen sein, wodurch jegliche Beeinträchtigung durch Überhitzung ausgeschlossen ist.An embodiment is shown in FIG. 12 in which the bending resonator 4 is heated and the temperature-sensitive parts of the excitation system 2 are cooled. The heating is done e.g. B. by an induction coil 20 through which the molten metal 21 is passed. The cooling is effected between two adjacent fast node areas of the slim part 5 . For this area, for. B. be provided concentrically with a liquid or gas cooling 22 . The cooling section 22 is preferably attached to the lower region of the slim part 5 . The cooling section 22 and the excitation system 2 can also be provided with a casing 23 , as a result of which any impairment due to overheating is excluded.

Claims

1. Device for atomizing liquids consisting essentially of an ultrasound excitation system and a bending resonator vibrating with ultrasound frequencies, which has a surface inclined with respect to the axis of the excitation system, and devices for the liquid supply, characterized in that the liquid supply in the quick-knot area of the bending resonator ( 4 ) and that the length of the excitation system (2 n + 1) is λ / 4, where n = 0 or an integer.

2. Device according to claim 1, characterized in that the bending resonator ( 4 ) is designed in the form of a hollow pyramid.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the bending resonator ( 4 ) has two surfaces at an angle to one another and the liquid can be supplied along the cutting edge of these surfaces.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the atomization of melts, a heater ( 20 ) for the bending resonator ( 4 ) is present and that between two adjacent fast node areas of the cylindrical, slender part ( 5 ) of the axial excitation system ( 1,2,5 ) a cooling section ( 22 ) is provided.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the liquid to be atomized can be fed axially in a jet ( 6 ) to the tip of the bending resonator ( 4 ).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that for the liquid supply, the excitation system ( 2 ) has an axial bore ( 17 ) through which a resonant tube ( 18 ) is guided and in the fast knot area with the bending resonator ( 4 ) is attached and the tip of the bending resonator is rounded in the area of the opening.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the tip of the bending resonator ( 4 ) is provided with a bore and can be fixed by means of a mounting element ( 9 ) and that the liquid supply ( 10 ) surrounds the mounting element ( 9 ) concentrically.

8. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cylindrical, slender part ( 5 ) of the excitation system attaches from the outside to the tip of the bending resonator ( 4 ).

9. The device according to claim 7, characterized in that for the liquid supply, the excitation system ( 2,5,7 ) has an axial bore ( 12 ) which is provided in the transition zone to the bending resonator ( 4 ) with liquid outlet openings.

10. The device according to claim 8, characterized in that for supplying liquid in the transition zone between the bending resonator ( 4 ) and the excitation system ( 2,7 ) an annular tube ( 11 ) is provided which contains a plurality of liquid access openings.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that a plurality of atomizers are attached to a common liquid supply line ( 13 ) in a linear or circular arrangement.

12. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that a plurality of identical bending resonators ( 4 ) are connected to one another in a cascade manner with a common excitation system, and in that the coupling ( 15 ) of the cascade elements takes place in the rapid bellies.