DE4441553C2

DE4441553C2 - Device for dropping a liquid

Info

Publication number: DE4441553C2
Application number: DE4441553A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Ing Brenn; Franz Prof Dr Dr Durst
Original assignee: Guenter Dr Ing Brenn; Durst Franz Prof Dr Dr H C
Current assignee: FMP TECHNOLOGY GMBH FLUID MEASUREMENTS & PROJE, DE
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1994-11-22
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2014-11-23
Also published as: DE9318818U1; DE4441553A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zertropfen einer eine Schallge schwindigkeit c aufweisenden Flüssigkeit unter Vordruck mit einem Gehäuse, durch das die Flüssigkeit von einem Flüssigkeitseinlaß zu einem Flüssigkeitsauslaß geführt wird und in dem die Flüssigkeit durch geeignete Schwingungsanregung mit einer Frequenz größer als einer Minimalfrequenz f_MIN beaufschlagbar ist, wobei die Schwin gung der Flüssigkeit ein Zertropfen der Flüssigkeit an mindestens einer am Flüssig keitsauslaß liegenden Austrittsöffnung steuert.The invention relates to a device for dropletizing a Schallge speed c liquid under admission pressure with a housing through which the liquid is guided from a liquid inlet to a liquid outlet and in which the liquid by suitable vibration excitation with a frequency greater than a minimum frequency f _{MIN can be} acted upon, the vibration of the liquid controlling dropletization of the liquid at at least one outlet opening located at the liquid outlet.

Eine eingangs genannte Vorrichtung ist aus der DE 37 13 253 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Ultraschallanlage zum Zertropfen von Kraftstoff in Verbrennungsmaschinen. Der Kraftstoff wird in ein Gehäuse geführt, in dessen Inneren sich ein Schwingungserzeuger befindet. Der zu Schwingungen angeregte Kraftstoff wird aus mehreren Ausgängen entnommen und zu Düsen an mehreren Spritzöffnungen geführt. Der zu Schwingungen angeregte Kraftstoff wird an den Düsen aufgrund der Schwingungen zu einem monodispersen Zerfall angeregt.A device mentioned at the outset is known from DE 37 13 253 A1. These Document describes an ultrasound system for dropping fuel in Internal combustion engines. The fuel is fed into a housing, inside it there is a vibrator. The fuel that vibrates is taken from several outlets and to nozzles at several spray openings guided. The fuel excited to vibrate is at the nozzles due to the Vibrations stimulated to monodisperse decay.

Diese spezielle für Kraftstoffe gelehrte Tropfenerzeugung genügt aber für andere Anwendungen in der Industrie den erwünschten technischen Anforderungen nicht, denn in dieser Vorrichtung werden nur sehr große Tropfen mit wenig gut definierten Tropfengrößen erreicht. Für das Kraftstoffzertropfen zum Betrieb eines Verbren nungsmotors reichen die so erzeugten Tropfen aber völlig aus.This special drop generation, which is taught for fuels, is sufficient for others Industrial applications do not meet the desired technical requirements, because in this device only very large drops with little well-defined are Drop sizes reached. For dropping fuel to run a cremation motor, the drops generated in this way are completely sufficient.

Für eine Vielzahl technischer Anwendungen, insbesondere Meß- und Kalibrierungsauf gaben, werden Tropfen bekannten und konstanten Durchmessers benötigt. Auch in der Serienfertigung, beispielsweise beim Kleben, ist eine möglichst gleichmäßige Belegung von Oberflächen erforderlich, damit eine optimale Haftung bei geringem Klebstoffver brauch gewährleistet ist. Eine gleichmäßige Belegung von Oberflächen ist ferner beim Zertropfen von Lacken oder vergleichbaren, in der industriellen Fertigung verwendeten Stoffen aus ähnlichen Gründen erwünscht. Es besteht daher ein großer Bedarf an Geräten zur Erzeugung gleich großer Tropfen mit einstellbarem Durchmesser.For a variety of technical applications, especially measurement and calibration drops of known and constant diameter are required. Also in the Series production, for example when gluing, is a uniform allocation as possible of surfaces required so that optimal adhesion with low adhesive ver is guaranteed. A uniform coverage of surfaces is also important Dripping of paint or comparable, used in industrial production Fabrics wanted for similar reasons. There is therefore a great need for Devices for generating drops of the same size with an adjustable diameter.

Handelsübliche Geräte arbeiten nach dem Prinzip des Schwingblendengenerators (vibrating orifice generator), bei dem eine Schwingung auf eine Blende aufgebracht wird, der die zu zertropfende Flüssigkeit zugeführt wird. Die Schwingungen auf der Blende regen den Flüssigkeitsstrom zum Zerfall in gleich große Tropfen an, wenn die Frequenzen der Schwingungen geeignet gewählt sind.Commercially available devices work on the principle of the oscillating aperture generator (vibrating orifice generator), in which a vibration is applied to an aperture which is supplied with the liquid to be dripped. The vibrations on the Aperture stimulates the liquid flow to disintegrate into drops of equal size when the Frequencies of the vibrations are chosen appropriately.

Ein solches Gerät ist beispielsweise in der DE 35 24 701 A1 beschrieben. Sein Einsatz für das Kraftstoffzertropfen bei Verbrennungsmaschinen ist jedoch begrenzt, da die Schwingungsanregung direkt an der die Tropfen erzeugenden Blende erfolgt. Dies führt zu Wechselwirkungen mit dem Ansaugrohr des Verbrennungsmotors. Zusätzlich entstehen Einbauprobleme durch den Schwingquarz selbst, der sich wegen des zugrundeliegenden Arbeitsprinzips am Auslaß des Gerätes befinden muß.Such a device is described for example in DE 35 24 701 A1. His use for fuel droplets in internal combustion engines is limited, however, because the Vibration excitation takes place directly on the aperture generating the drops. This leads to interactions with the intake pipe of the internal combustion engine. In addition Installation problems arise from the quartz crystal itself, which is due to the underlying working principle must be at the outlet of the device.

Außerdem sind die im Handel erhältlichen Geräte der beschriebenen Bauart durch kleine Querschnitte der Flüssigkeitszuführleitungen gekennzeichnet. Dadurch benötigt das Gerät nach der Inbetriebnahme lange Zeit, die sogar bis zu 10 Minuten betragen kann, bis sich ein stabiler stationärer Betriebszustand eingestellt hat.In addition, the commercially available devices of the type described are through marked small cross sections of the liquid supply lines. As a result needed the device for a long time after commissioning, even up to 10 minutes can until a steady steady state of operation has been established.

Das verfügbare kleine Flüssigkeitsreservoir begrenzt außerdem die mögliche Betriebs dauer für viele Anwendungen auf 30 min. Dadurch ist die Anwendbarkeit solcher Geräte in der industriellen Fertigung sehr begrenzt. Weiter stellt ihr hoher Preis einen nicht vernachlässigbaren Nachteil dar.The small liquid reservoir available also limits the possible operation takes 30 minutes for many applications. This makes the applicability of such Devices in industrial manufacturing very limited. Furthermore, their high price is one non-negligible disadvantage.

Wie aus der vorangehenden Diskussion deutlich wird, liegt die Hauptschwierigkeit bei handelsüblichen Geräten darin, daß die Schwingungsanregung an der Austrittsöffnung erfolgt. Bei der Vorrichtung des eingangs genannten Stands der Technik ist es jedoch möglich, die Schwingungen weitab von der zertropfenden Austrittsöffnung aufzubrin gen. Jedoch ist aus der genannten Druckschrift nicht erkennbar, wie dieses Gerät für geeignetes Zertropfen bezüglich Reproduzierbarkeit der Tropfengröße und Rate im großindustriellen Anwendungsbereich nutzbar ist.As is clear from the previous discussion, the main difficulty is commercially available devices in that the vibration excitation at the outlet opening he follows. However, it is in the device of the prior art mentioned at the beginning possible to apply the vibrations far from the dripping outlet gen. However, it is not apparent from the cited document how this device for suitable dropping with regard to reproducibility of the drop size and rate in the large industrial application is usable.

Ähnliche Vorrichtungen, die keine direkte Schwingungsanregung der Blende beinhal ten sind aus den folgenden Druckschriften bekannt:
Die DE 22 59 521 C3 zeigt ebenfalls einen Schwinger in einem Gehäuse, der den Ultraschall auf eine Austrittsöffnung fokussiert. Auch hier ist nur eine begrenzte Tropfengröße möglich, da die Fokussierungseigenschaften stark von der Wellenlänge abhängen. Ein Austausch der Düsenpartie bei Änderung von Prozeßparametern ist aber sehr kompliziert, so daß dieser Tropfengenerator nur für spezielle Anwendungen optimierbar ist. Die Druckschrift lehrt die Anwendung für Erosionsversuche an Metallen. Für die vorgenannten industriellen Anwendungen wird diese Vorrichtung kaum wirtschaftlich einsetzbar sein.Similar devices that do not include direct vibration excitation of the diaphragm are known from the following publications:
DE 22 59 521 C3 also shows an oscillator in a housing, which focuses the ultrasound on an outlet opening. Here, too, only a limited drop size is possible, since the focusing properties strongly depend on the wavelength. However, replacing the nozzle section when changing process parameters is very complicated, so that this drop generator can only be optimized for special applications. The document teaches the application for erosion tests on metals. This device will hardly be economically usable for the aforementioned industrial applications.

Bei den in den Druckschriften DE 39 12 524 A1, SU 11 71 117 A und der SU 13 88 104 A1 beschriebenen Vorrichtungen werden Schwingungen direkt oberhalb des Flüssigkeitsauslasses in die Flüssigkeit eingebracht. Dadurch werden aber beispielswei se die genannten Einbauschwierigkeiten nicht merklich reduziert. Weiter werden gemäß den Druckschriften zum Zertropfen auch empfindliche Kapillaren eingesetzt. Diese können sich leicht zusetzen, und verhindern ebenfalls eine stabile, gleichmäßige Tropfenerzeugung.In the case of the documents DE 39 12 524 A1, SU 11 71 117 A and SU 13 88 Devices described in A1 104 are vibrations directly above the Liquid outlet introduced into the liquid. This will, for example se the installation difficulties mentioned are not noticeably reduced. Be further sensitive capillaries are used according to the publications for droplets. These can easily clog and also prevent a stable, even Drop generation.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die reproduzierbare Tropfengrößen variabel einstellbaren Durchmessers bei gleichzeitig geringem Ferti gungsaufwand ermöglicht.The object of the invention is to provide a device that is reproducible Droplet sizes of variably adjustable diameter with low ferti allows effort.

Ausgehend vom gattungsgemäßen Stand der Technik wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Schwingungsanregung ein Schwingungserzeuger außerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist, dessen Schwingungen in einem größeren Abstand als c/(2f_MIN) von der mindestens einen Austrittsöffnung über das Gehäuse zwischen Flüssigkeitseinlaß und Flüssigkeitsauslaß in die Flüssigkeit eingekoppelt sind, und daß bei der Vorrichtung ferner das Innere des Gehäuses so ausgestaltet ist, daß eine laminare Strömungsführung auftritt sowie transversale Schwingungsmoden der Flüssigkeit unterbunden sind.Starting from the generic state of the art, the object is achieved in that a vibration generator is arranged outside the liquid for vibration excitation, the vibrations of which are at a greater distance than c / (2f _MIN ) from the at least one outlet opening via the housing between the liquid inlet and the liquid outlet into the Liquid are injected, and that in the device the interior of the housing is also designed such that laminar flow guidance occurs and transverse oscillation modes of the liquid are prevented.

Unerwarteterweise mußte zur Lösung der Aufgabe nicht der gegenwärtig industriell zur Erzeugung von gleichen Tropfengrößen über Schwingungen einer Blende verwen dete Stand der Technik herangezogen werden. Dagegen liefert der eingangs genannte nachteilige Stand der Technik eine Lösung, wenn die erfindungsgemäßen Merkmale berücksichtigt werden. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein wesentlich einfacherer Aufbau, der zugleich auch die vorgenannten Einbauschwierigkeiten vermeidet, da sich der Schwingungserzeuger bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung weitab von dem Ort des Zerfalls der Flüssigkeit in Tropfen anordnen läßt.Unexpectedly, the solution to the problem did not have to be that which was currently industrial use to generate equal droplet sizes via vibrations of an aperture State of the art can be used. In contrast, the one mentioned at the beginning provides disadvantageous prior art a solution when the features of the invention be taken into account. This advantageously results in an essential simpler structure, which also the aforementioned installation difficulties avoids, since the vibration generator in a device according to the Invention can be arranged far from the location of the decay of the liquid in drops.

Dies ist erfindungsgemäß durch die Erkenntnis möglich geworden, daß es völlig ausreichend ist, die Schwingungen so weit von der Austrittsöffnung entfernt einzukop peln, daß sich mehr als die Hälfte der Schallwellenlänge c/f bei Anregung mit der Frequenz f zwischen dem Schwingungserzeuger und dem Zertropfungsort befinden kann, wenn stehende Wellen in der Flüssigkeit erzeugt werden, deren Amplitude an der Austrittsöffnung praktisch gleich der am Ort der Schwingungseinkopplung ist.This has become possible according to the invention by the knowledge that it is completely it is sufficient to couple the vibrations so far from the outlet opening peln that more than half of the sound wavelength c / f when excited with the Frequency f are located between the vibration generator and the drop point can be generated when standing waves in the liquid, whose amplitude at the Outlet opening is practically the same as that at the location of the vibration coupling.

Dadurch, daß sich der Schwingungserzeuger außerhalb des Gehäuses befindet, kann dieser die Strömung nicht stören. Störungen einer gleichmäßigen Strömung könnten andernfalls zu Totwasserzonen und Zirkulationen führen. Derartige Strömungsunsta bilitäten und das dadurch verursachte ungleichmäßige Zertropfen sind aufgrund des erfindungsgemäßen Merkmals ausgeschlossen. Aus dem gleichen Grund wird bei der Gestaltung des Innenraums des Gehäuses darauf geachtet, daß bei praxisgerechten Betriebsbedingungen eine laminare Strömung der Flüssigkeit erreicht wird.The fact that the vibrator is located outside the housing can this does not disturb the flow. Disturbances of an even flow could otherwise lead to dead water zones and circulation. Such flow art and the resulting uneven droplets are due to the feature according to the invention excluded. For the same reason Design of the interior of the housing made sure that when practical Operating conditions a laminar flow of the liquid is achieved.

Weiter ist das Gehäuse senkrecht zum Flüssigkeitsstrom so gestaltet, daß transversale Schwingungen unterbunden sind. Wie aus der Schwingungslehre bekannt ist, können bei einem dreidimensionalen Resonator unterschiedliche Schwingungsmoden auftreten, die je nach Art der transversalen Schwingungen unterschiedliche longitudinale Schwingungsmoden zur Folge haben. Bei Unterbindung derartiger transversaler Schwingungen wird die Flüssigkeit nur in einer Richtung, und zwar in Strömungsrich tung, angeregt, so daß auch die an der Austrittsöffnung auftretenden Flüssigkeits schwingungen sehr stabil sind. Dies fördert die Gleichmäßigkeit der Tropfenerzeugung besonders. Furthermore, the housing is designed perpendicular to the liquid flow so that it is transverse Vibrations are prevented. As is known from vibration theory, can different vibration modes occur in a three-dimensional resonator, the different longitudinal depending on the type of transverse vibrations Result in vibration modes. If such transverse is prevented The liquid only vibrates in one direction, namely in the direction of flow tion, excited so that the liquid occurring at the outlet opening vibrations are very stable. This promotes the uniformity of the drop generation especially.

Außerdem ergibt sich ein weiterer Vorteil aufgrund der Unterdrückung transversaler Schwingungen. Beim Auftreten transversaler Schwingungen würde sich nämlich ein Schwingungsprofil am Flüssigkeitsauslaß ergeben, das sich als Überlagerung von Besselfunktionen bzw. bei stark von runden Querschnitten abweichenden Formen als Summe von noch komplizierteren Funktionen darstellen läßt. Das Schwingungsprofil in Transversalrichtung auf der Blende bei Auftreten transversaler Schwingungskompo nenten wäre dann nicht konstant. Die Unterdrückung transversaler Schwingungen erlaubt dagegen ein gleichmäßiges Schwingungsprofil am Flüssigkeitsauslaß, so daß für höhere Tropfraten, beispielsweise, weil eine größere Klebermenge beim Kleben oder mehr Kraftstoff bei Betrieb eines Motors benötigt wird, mehrere Austrittsöffnun gen am Flüssigkeitsauslaß vorgesehen werden können.There is also another advantage due to the suppression of transverse Vibrations. If transverse vibrations occur, a Vibration profile at the liquid outlet result, which is a superposition of Bessel functions or in the case of shapes that deviate greatly from round cross sections Sum of even more complicated functions. The vibration profile in the transverse direction on the diaphragm when transverse vibration compo would then not be constant. The suppression of transverse vibrations allows, however, a uniform vibration profile at the liquid outlet, so that for higher drip rates, for example because there is a larger amount of glue when gluing or more fuel is needed to run an engine, multiple outlets gene can be provided at the liquid outlet.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist am Flüssigkeitsauslaß eine mit der mindestens einen Austrittsöffnung versehene Blende oder Düse angeordnet.In a preferred development of the invention, one is at the liquid outlet the at least one outlet orifice or nozzle arranged.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann unter anderem als Austrittsöffnung auch eine Kapillare verwendet werden. Die betreffend der Ausbildungsart der Aus trittsöffnung gegenüber dem Stand der Technik getroffene Auswahl hat den Vorteil, daß die Verstopfungsgefahr verringert ist. Durch die Verwendung von Blenden und Düsen statt Kapillaren wird also ebenfalls eine sehr gleichmäßige Tropfenerzeugung sichergestellt.As is known from the prior art, it can be used, inter alia, as an outlet opening a capillary can also be used. The regarding the type of training of the Aus opening compared to the prior art has the advantage that the risk of constipation is reduced. By using panels and So nozzles instead of capillaries also become a very uniform drop generation ensured.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Blenden auswechselbar am Gehäuse angeordnete Blendenplättchen, insbesondere mit Mikrobohrungen versehene Pinhole-Plättchen oder lasergebohrte Plättchen.In a further advantageous development, the screens are replaceable on Aperture plates arranged in the housing, in particular provided with micro-bores Pinhole platelets or laser-drilled platelets.

Aufgrund der Ausbildung der Blenden als dünne Plättchen ist die Verstopfungsgefahr gering. Außerdem ist es durch dünne Plättchen möglich, eine unabhängig von den Abmessungen des Gehäuses senkrecht zur Strömungsrichtung gleichmäßige Längen abmessung in Strömungsrichtung vorzusehen. Das hat eine gleichmäßige Schwin gungsanregung und eine bei mehreren Austrittsöffnungen gleiche Tropfenbildung an den verschiedenen senkrecht zur Strömungsrichtung angeordneten Öffnungen zur Folge.Due to the design of the screens as thin plates, there is a risk of constipation low. It is also possible with thin plates, one independent of the Dimensions of the housing perpendicular to the direction of flow uniform lengths dimensions in the direction of flow. That has a steady swing excitation and the same drop formation with several outlet openings the various openings arranged perpendicular to the direction of flow Episode.

Aufgrund der Auswechselbarkeit ist eine mögliche Verstopfung bei längerem Betrieb leicht zu beseitigen, da die Blendenplättchen nicht mit dem Gehäuse integriert sind. Due to the interchangeability, there is a possibility of constipation during prolonged operation easy to remove as the cover plates are not integrated with the housing.

Pinhole-Plättchen oder lasergebohrte Plättchen sind heute für verschiedene Anwen dungen kommerziell verfügbar. Durch die Massenherstellung ist der Preis für solche Blendenplättchen gering. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf die industrielle Einsetzbarkeit der Vorrichtung aus. Außerdem gestatten die angewandten Techniken zur Herstellung dieser Blendenplättchen eine sehr reproduzierbare Lochgröße, weshalb in vorteilhafter Weise auch mehrere Löcher in den Blenden zur Erhöhung der erreich baren Tropfenanzahl pro Zeit möglich sind, ohne daß die Reproduzierbarkeit in der Tropfengröße verringert ist.Pinhole platelets or laser-drilled platelets are today for different applications commercially available. Due to mass production, the price is for such Aperture plates small. This has a particularly beneficial effect on the industrial Applicability of the device. In addition, the techniques used permit to produce these aperture plates a very reproducible hole size, which is why Advantageously, several holes in the panels to increase the reach baren number of drops per time are possible without the reproducibility in the Drop size is reduced.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse ein gerades Rohr mit kreisförmigem Querschnitt, an dessen einem Ende der Flüssigkeits einlaß und an dessen anderem Ende der Flüssigkeitsauslaß vorgesehen ist.According to another preferred development of the invention, the housing is a straight tube with circular cross-section, at one end of the liquid inlet and at the other end of the liquid outlet is provided.

Mit dieser Gehäuseausbildung ist ein besonders einfacher Aufbau möglich, durch den das Gehäuse kostengünstig fertigbar ist, da Rohre unterschiedlicher Außen- und Innendurchmesser in verschiedensten Ausführungen als Massenware im Handel erhältlich sind. Der kreisförmige Querschnitt eignet sich besonders vorteilhaft gegen über anderen Querschnittsformen zur Unterdrückung transversaler Schwingungen:
Einerseits soll die Querschnittsfläche so groß wie möglich sein, da dies die Konstanz des Flüssigkeitsstromes und damit die Gleichmäßigkeit bezüglich der Tropfenerzeu gung fördert. Die Abmessungen senkrecht zur Strömungsrichtung, wie hier der Radius bei der Kreisform, sind andererseits aber so gering wie möglich auszulegen, damit transversale Schwingungen so gut wie möglich unterdrückt werden. Der gemäß der Weiterbildung verwendete kreisförmige Querschnitt stellt bezüglich beider Anforde rungen das Optimum dar.With this housing design, a particularly simple construction is possible, by means of which the housing can be manufactured inexpensively, since pipes of different outer and inner diameters in various designs are commercially available in bulk. The circular cross-section is particularly advantageous compared to other cross-sectional shapes for suppressing transverse vibrations:
On the one hand, the cross-sectional area should be as large as possible, since this promotes the constancy of the liquid flow and thus the uniformity with respect to the generation of drops. On the other hand, the dimensions perpendicular to the direction of flow, such as the radius in the case of a circular shape, must be designed as small as possible, so that transverse vibrations are suppressed as much as possible. The circular cross-section used according to the training represents the optimum with regard to both requirements.

Außerdem ist die gerade Form des Rohres besonders zur wirkungsvollen Unterdrüc kung transversaler Schwingungen in der Nähe der Blende geeignet, denn transversale Schwingungen, die bei anderen Gehäuseformen durch Reflexion an den Gehäusewän den entstehen könnten, treten hier gar nicht auf. Bei anderen Gehäuseformen müßten derartige Anteile durch spezielle Fokussiereinrichtungen für die Schwingungen, beispielsweise durch Überlagerung mittels destruktiver Interferenz, ausgeglichen werden. Derartige Maßnahmen entfallen bei einem geraden Rohr. Die gemäß der Weiterbildung verwendete Gehäuseform fördert somit vorteilhafterweise den einfachen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In addition, the straight shape of the tube is particularly effective for suppressing suitable for transverse vibrations near the aperture, because transverse Vibrations caused by other housing shapes due to reflection on the housing walls that could arise do not occur here. With other housing shapes such shares by special focusing devices for the vibrations, compensated for, for example, by superimposition using destructive interference become. Such measures are not necessary for a straight pipe. The according to the The shape of the housing used thus advantageously promotes simple Structure of a device according to the invention.

Die transversalen Schwingungen könnten auch durch besondere Ausgestaltung der Gehäusewand, beispielsweise durch eine schwingungsdämpfende Beschichtung, unterdrückt werden, oder dadurch, daß der verwendete oder ein anderer Schwin gungserzeuger so angeordnet wird, daß die Wand in Gegenphase mit möglichen transversalen Schwingungen der Flüssigkeit angeregt wird. Eine vorzugsweise Weiterbildung der Erfindung ermöglicht aber einen besonders einfachen Aufbau durch Wahl der Abmessungen. Gemäß dieser ist die Vorrichtung mit Frequenzen unterhalb einer Maximalfrequenz f_MAX betreibbar, und der Innendurchmesser des Rohres wird geringer als c/f_MAX gewählt. Bei dieser Weiterbildung können also transversale Schwingungen durch die geometrischen Abmessungen gar nicht erst entstehen, so daß weitere Maßnahmen zum Unterbinden transversaler Schwingungskomponenten vorteilhafterweise unnötig sind.The transverse vibrations could also be suppressed by a special design of the housing wall, for example by a vibration-damping coating, or by the fact that the vibration generator used or another is arranged so that the wall is excited in opposite phase with possible transverse vibrations of the liquid. A preferred development of the invention, however, enables a particularly simple construction by choosing the dimensions. According to this, the device can be operated at frequencies below a maximum frequency f _MAX , and the inner diameter of the tube is chosen to be less than c / f _MAX . With this further development, transverse vibrations cannot even arise due to the geometric dimensions, so that further measures to prevent transverse vibration components are advantageously unnecessary.

Bei sehr hohen Frequenzen und bei Verwendung von Flüssigkeiten mit sehr geringer Schallgeschwindigkeit müßte der Durchmesser allerdings sehr klein gewählt werden. Es ist dann zu befürchten, daß die Gleichmäßigkeit der Tropfenerzeugung durch den kleinen Durchmesser, weil der Strömungswiderstand erhöht ist oder das Rohr schneller verstopft, negativ beeinflußt wird.At very high frequencies and when using liquids with very low frequencies The speed of sound would have to be chosen very small. It is then to be feared that the uniformity of the drop generation by the small diameter because the flow resistance is increased or the pipe faster clogged, negatively affected.

Dies ist vermeidbar, wenn der Innendurchmesser des Rohres gemäß einer bevorzugten Weiterbildung so gewählt wird, daß er größer als 1 mm ist und insbesondere 4 mm beträgt. Dieser Durchmesser erlaubt dann bei den meisten gebräuchlichen Flüssigkeiten eine ausreichende Flußrate. Die transversalen Schwingungen der Flüssigkeit werden mittels der geometrischen Abmessungen dann bei praktisch verwendbaren Frequenzen bis zu mehreren 100 kHz bei üblichen Schallgeschwindigkeiten in Flüssigkeiten wirkungsvoll unterdrückt.This can be avoided if the inside diameter of the tube is according to a preferred one Further training is chosen so that it is larger than 1 mm and in particular 4 mm is. This diameter then enables most common liquids an adequate flow rate. The transverse vibrations of the liquid will be then by means of the geometric dimensions at practically usable frequencies up to several 100 kHz at normal sound speeds in liquids effectively suppressed.

Diese Auswahl des Innendurchmessers hat auch noch weitere positive Auswirkungen in Bezug auf den praktischen Einsatz, da der Abstand der Schwingungseinkopplung wie beschrieben erfindungsgemäß von der Frequenz und der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit abhängt. Um den Aufwand für den Schwingungsgenerator gering zu halten, ist außerdem ein Frequenzbereich, dessen Grenzen f_MIN und f_MAX durch ein Verhältnis f_MIN/f_MAX ungefähr 10-20 bestimmt sind, zweckmäßig. Der gemäß der Weiterbildung angegebene Rohrdurchmesser garantiert deswegen auch Längenabmes sungen des Gehäuses in der Größenordnung von einigen Dezimetern. Dies sind handliche Größen, die auch einen entsprechend großen Abstand des Schwingungser zeugers von der Blende bzw. Düse gewährleisten. Dadurch ist zum Beispiel ein einfacher Einbau der Vorrichtung zur Kraftstoffversorgung in einem Motor möglich. Weiter wird der zu erwartende negative Temperatureinfluß auf den Schwingungser zeuger bei der Aufbringung von Tropfen auf sehr heißen Oberflächen vernachlässigbar. Für den letztgenannten Fall steht sogar noch genügend Platz zur Verfügung, damit die Wärmestrahlung durch einen zusätzlichen Schirm oder eine zusätzliche Kühlung von dem Schwingungserzeuger ferngehalten werden kann.This selection of the inner diameter also has further positive effects with regard to practical use, since the distance of the vibration coupling, as described, depends on the frequency and the speed of sound in the liquid. In order to keep the expenditure for the vibration generator low, a frequency range, the limits f _MIN and f _{MAX of which are} determined by a ratio f _MIN / f _{MAX of} approximately 10-20, is also expedient. The pipe diameter specified according to the training therefore also guarantees Längenabmes solutions of the housing in the order of a few decimeters. These are handy sizes that also ensure a correspondingly large distance between the vibration generator and the orifice or nozzle. This enables, for example, simple installation of the fuel supply device in an engine. Furthermore, the expected negative temperature influence on the vibration generator is negligible when droplets are applied to very hot surfaces. In the latter case, there is even enough space available so that the heat radiation can be kept away from the vibration generator by an additional screen or additional cooling.

Die Zuführung von Flüssigkeit zum Gehäuse erfolgt zur Erhöhung der Gleichmaßigkeit und der Reproduzierbarkeit der Tropfenerzeugung zweckmäßigerweise möglichst kontinuierlich. Um dies sicherzustellen, sieht eine bevorzugte Weiterbildung vor, daß der Flüssigkeitseinlaß für Anschlußleitungen großer Querschnitte, insbesondere mit Durchmessern größer gleich 6 mm, ausgestaltet ist. Bei praktischen Versuchen hat sich gezeigt, daß dieser Durchmesser für einen genügend stabilen Betrieb mit Wasser oder leichten Ölen völlig ausreichend ist.The liquid is supplied to the housing to increase uniformity and the reproducibility of droplet generation is expediently possible continuously. To ensure this, a preferred further training provides that the liquid inlet for connecting lines of large cross-sections, especially with Diameters greater than or equal to 6 mm. In practical trials shown that this diameter for a sufficiently stable operation with water or light oils is completely sufficient.

Aus dem genannten Durchmesser von 6 mm ergibt sich zusammen mit dem Innen durchmesser von 4 mm des oben genannten Rohres auch der Vorteil, daß der Außen durchmesser des Rohres gleich dem Innendurchmesser der Anschlußleitung gewählt werden kann. Dann ist es möglich, den Anschluß bei nicht zu hohen Drücken auf einfache Weise mit einer Schraubklemme zu befestigen. Das verringert insbesondere den Aufwand zur Fertigung des Gehäuses, wodurch die Erfindung für den großtechni schen Einsatz, insbesondere aus Kostengründen, in erhöhtem Maße verwertbar ist.From the mentioned diameter of 6 mm results together with the inside diameter of 4 mm of the above tube also the advantage that the outside Diameter of the tube selected equal to the inside diameter of the connecting line can be. Then it is possible to open the connection if the pressure is not too high easy to fix with a screw clamp. That particularly reduces the effort to manufacture the housing, whereby the invention for large-scale use, especially for reasons of cost, can be used to an increased extent.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist der Abstand des Ortes der Schwingungseinkopplung von der mindestens einen Austrittsöffnung größer als 100 mm und beträgt insbesondere 140 mm. Die genannten Abstände beruhen auf prakti schen Versuchen. Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Abstand für verschiedene Flüssigkeiten, wie Wasser und leichten Ölen, über einen weiten Frequenzbereich von 8 kHz bis 100 kHz verschiedene Tropfengrößen und Raten reproduzierbar einstellbar sind.According to another preferred development, the distance of the location is Vibration coupling from the at least one outlet opening greater than 100 mm and is in particular 140 mm. The distances mentioned are based on praxis attempts. It has been shown that at this distance for different Liquids, such as water and light oils, over a wide frequency range of 8 kHz to 100 kHz different drop sizes and rates reproducibly adjustable are.

Bei den folgenden beiden bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wurde vor allem der gleichmäßigen Flüssigkeitsversorgung Aufmerksamkeit geschenkt.In the following two preferred developments of the invention, above all paid attention to the constant fluid supply.

Bei der ersten diesbezüglich zu nennenden Weiterbildung ist zur Zufuhr der Flüssigkeit ein Reservoir einer Größe vorgesehen, die einen gleichmäßigen Betrieb über mehrere Tage erlaubt. In der Praxis hat sich gezeigt, daß dafür Reservoirs in der Größenord nung zwischen 1 l bis 20 l völlig ausreichen. Derartige Volumina von Reservoirs sind leicht zu verwirklichen, garantieren aber den stabilen Betrieb über Tage, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem teilweise sogar nur Betriebszeiten von maximal 30 min erreicht werden. Die gemäß der Weiterbildung erzielbare lange Betriebszeit macht sich insbesondere im industriellen Einsatz vorteilhaft bemerkbar.The first further development to be mentioned in this regard is to supply the liquid a reservoir of a size is provided which allows smooth operation over several Days allowed. In practice it has been shown that there are reservoirs of the order of magnitude between 1 l and 20 l are sufficient. Such volumes of reservoirs are easy to implement, but guarantee stable operation for days, in contrast to the state of the art, which sometimes only has operating times of up to 30 min can be reached. The long operating time achievable according to the further training makes is particularly noticeable in industrial use.

Bei der zweiten bevorzugten, die Flüssigkeitszufuhr betreffenden Weiterbildung ist eine kontinuierlich arbeitende Pumpe vorgesehen. Wie das Reservoir kann auch eine kontinuierlich arbeitende Pumpe einen hinreichend gleichmäßigen Betrieb über Tage garantieren.In the second preferred development relating to the supply of fluid a continuously operating pump is provided. Like the reservoir, one can continuously operating pump a sufficiently uniform operation for days to guarantee.

Zum Ausgleich von Druckschwankungen, die durch den Pumpvorgang entstehen können, ist gemäß einer Weiterbildung auch ein Pufferbehälter zwischen Pumpe und Flüssigkeitseinlaß vorgesehen. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit der Tropfenerzeu gung weiter erhöht.To compensate for pressure fluctuations caused by the pumping process a buffer tank between the pump and Liquid inlet provided. This will make the drops even tion further increased.

Falls jedoch direkt gepumpt werden soll, ist besonders auf den Gleichlauf zu achten. Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung ist die Pumpe eine Zahnradpumpe oder Drehkolbenpumpe mit einer höheren Genauigkeit als 5% und insbesondere 1% Genauigkeit bezüglich der geförderten Flüssigkeit pro Umdrehung. Mit derartigen Pumpen wurde in der Praxis eine ausreichend gleichmäßige Flüssigkeitszufuhr erreicht. Insbesondere ließ sich mit Zahnradpumpen eine besonders gleichmäßige Flüssigkeits zufuhr sicherstellen.However, if pumping is to be carried out directly, special attention must be paid to synchronism. According to a preferred development, the pump is a gear pump or Rotary lobe pump with a higher accuracy than 5% and especially 1% Accuracy with regard to the liquid conveyed per revolution. With such In practice, pumps have been given a sufficiently uniform fluid supply. In particular, gear pumps made it possible to have a particularly uniform liquid ensure supply.

Um die Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit der Tropfenerzeugung einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung weiter zu erhöhen, ist eine Entlüftungseinrichtung im Gehäuse vorgesehen. Aufgrund dieser ist es möglich, die Vorrichtung vor Betrieb mit der Flüssigkeit zu durchspülen, um Luft und Verunreinigungen aus dem Gehäuse zu beseitigen. Dann wird schon bei Beginn des Zertropfens eine gleichmäßige und reproduzierbare Tropfengröße und Rate erzielt. Lange Anfahrzeiten von 10 min, wie aus dem Stand der Technik bekannt, entfallen damit.In order to ensure the uniformity and reproducibility of drop generation To further increase the device according to the invention is a venting device in Housing provided. Because of this, it is possible to use the device before operation flush the liquid to remove air and contaminants from the housing remove. Then an even and reproducible drop size and rate achieved. Long start-up times of 10 minutes, like known from the prior art, are thus eliminated.

Vorzugsweise ist gemäß einer weiterführenden Weiterbildung der Erfindung eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche die Entlüftungseinrichtung beim Anfahren der Vorrichtung öffnet. Durch die Steuereinrichtung erfolgt das Entlüften automatisch, und es wird vermieden, daß ein Benutzer der Vorrichtung das Entlüften vor Inbetriebnah me vergißt, wodurch dann beim großindustriellen Einsatz Ausschuß produziert werden könnte. Mit Hilfe des Merkmals dieser Weiterbildung wird also ebenfalls der sichere reproduzierbare Betrieb gewährleistet.According to a further development of the invention, a Control device is provided, which the venting device when starting The device opens. Venting takes place automatically, and it is avoided that a user of the device venting before commissioning Forgets me, which then produces rejects in large-scale industrial use could. With the help of the feature of this further training, the safe one too reproducible operation guaranteed.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Schwin gungseinkopplung in Strömungsrichtung über eine das Gehäuse umgebende Schulter erfolgt. Über die Schulter lassen sich Schwingungen besonders effektiv in die Flüssig keit einkoppeln. Als Gehäuseformen ohne Schulter verwendet wurden, haben sich dagegen bei praktischen Versuchen extreme Schwierigkeiten bezüglich der Schwin gungseinkopplung ergeben.According to another preferred development, the Schwin supply coupling in the direction of flow via a shoulder surrounding the housing he follows. Vibrations can be transferred into the liquid particularly effectively over the shoulder coupling. When housing shapes without a shoulder have been used on the other hand, in practical tests, extreme difficulties with regard to the pig result coupling.

Dadurch, daß die Schulter das Gehäuse umgibt, wird die Schwingung auch allseitig auf das Gehäuse aufgebracht. Damit werden die Schwingungen in Strömungsrichtung sehr gleichmäßig und effektiv in die Flüssigkeit eingekoppelt. Wie aus den vorstehenden Diskussionen schon deutlich wurde, trägt dieses Merkmal somit zur Gleichmäßigkeit der Tropfenerzeugung bezüglich Durchmesser und Rate wesentlich bei.Because the shoulder surrounds the housing, the vibration is also on all sides applied the housing. So the vibrations in the flow direction become very evenly and effectively coupled into the liquid. As from the above Discussions have already become clear, this characteristic contributes to uniformity the drop generation in terms of diameter and rate.

Die Schwingungsanregung erfolgt über die Schulter in Strömungsrichtung. Dadurch werden die erwünschten longitudinalen Schwingungen ebenfalls besonders effektiv angeregt.The vibrations are excited via the shoulder in the direction of flow. Thereby the desired longitudinal vibrations are also particularly effective excited.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung enthält der Schwingungserzeuger einen Quarzschwinger. Ein Quarzschwinger läßt eine flächenmäßig wesentlich homogenere Schwingungsanregung zu, als beispielsweise bei einer magnetischen Schwingungsan regung mit vertretbarem Aufwand möglich wäre. Dies erlaubt ebenfalls bei einfachem Aufbau eine gleichmäßige Schwingungsübertragung auf die Flüssigkeit.According to a preferred further development, the vibration generator contains one Quartz oscillator. A quartz oscillator leaves a much more homogeneous area Vibration excitation than, for example, with a magnetic vibration excitation excitement would be possible with reasonable effort. This also allows for simple Build up an even transmission of vibrations to the liquid.

Vorzugsweise ist gemäß einer Weiterbildung für das Erzeugen der Schwingungen ein Signalgenerator für rechteckige Schwingungen, insbesondere in einem Frequenzbereich von 8 kHz bis 100 kHz, vorgesehen.According to a further development, one is preferably for generating the vibrations Signal generator for rectangular vibrations, especially in a frequency range from 8 kHz to 100 kHz.

Zur reproduzierbaren Tropfenerzeugung sollten die Oberwellen der anregenden Frequenz möglichst gut bestimmt sein, damit sich die Schwingungen immer in gleicher Weise ausbilden. Technisch einfach zu realisierende Generatoren zur Anregung einer Quarzschwingung mit definiertem Oberwellengehalt sind Sinus- und Rechteckgenera toren. For reproducible drop generation, the harmonics of the stimulating Frequency should be determined as well as possible so that the vibrations are always the same Train wise. Technically easy to implement generators to excite a Quartz vibrations with a defined harmonic content are sine and rectangular genera goals.

Der Fachmann würde Signalgeneratoren mit sinusförmiger Schwingungsform aufgrund ihrer Oberwellenfreiheit vorziehen, damit eine Anregung von transversalen Schwin gungsmoden aufgrund von Oberschwingungen vermieden wird. Unerwarteterweise hat sich aber gezeigt, daß mit rechteckförmiger Anregung ein wesentlich effektiveres Zertropfen erreicht wird. Die physikalischen Grundlagen für diesen unerwarteten Effekt sind unbekannt. Zur Erklärung könnte vielleicht die höhere Energie im Puls dienen, die bei Rechteckschwingungen effektiver in die Flüssigkeit eingebracht wird. Andererseits ist der Mechanismus des Zertropfens theoretisch physikalisch nicht gut erfaßt. Es ist deshalb auch denkbar, daß das Zertropfen selbst durch Rechteckpulse günstig beeinflußt wird.Those skilled in the art would rely on signal generators with a sinusoidal waveform prefer their harmonic freedom so that an excitation of transverse vibr is avoided due to harmonics. Unexpectedly has but it has been shown that with rectangular excitation a much more effective Drop is achieved. The physical basis for this unexpected Effects are unknown. Perhaps the higher energy in the pulse could explain this serve, which is more effectively introduced into the liquid in the case of rectangular oscillations. On the other hand, the mechanism of dropping is theoretically not physically good detected. It is therefore also conceivable that the droplet itself through rectangular pulses is influenced favorably.

Der Frequenzbereich von 8 kHz bis 100 kHz ergab sich aus praktischen Versuchen und ist auch durch die weiter oben angegebenen Abmessungen bestimmt. Dieser Wahl liegen typische Schallgeschwindigkeiten in Flüssigkeiten im Bereich von 1000-2000 m/s zugrunde.The frequency range from 8 kHz to 100 kHz resulted from practical tests and is also determined by the dimensions given above. That choice Typical sound velocities in liquids are in the range of 1000-2000 m / s based.

In diesem Frequenzbereich können Schwingungen technisch einfach erzeugt werden. Deshalb ist der Aufwand für die Vorrichtung auch aufgrund des gewählten Frequenz bereichs niedrig.In this frequency range, vibrations can be generated in a technically simple manner. Therefore, the effort for the device is also due to the frequency chosen area low.

Die Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:The features of the invention also result from the following description an embodiment in connection with the drawings. Show it:

Fig. 1 ein Tropfengenerator für eine Vorrichtung, die nachfolgend als Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wird; Fig. 1 is a droplet generator for a device which will be described below as an embodiment of the invention;

Fig. 2 eine schematische Zeichnung der gesamten Vorrichtung. Fig. 2 is a schematic drawing of the entire device.

In Fig. 1 ist ein Teil der Vorrichtung gezeigt. Die Ausgestaltung dieses Teils bestimmt wesentlich das Zertropfen von Flüssigkeiten. Es wird auch als Tropfengenerator 1 bezeichnet.In Fig. 1 a part of the device is shown. The design of this part essentially determines the dripping of liquids. It is also referred to as a drop generator 1 .

Der Tropfengenerator 1 besteht beim Ausführungsbeispiel aus einem rohrförmigen Gehäuse 2, mit einem zylindrischen Innenraum 3, dessen Länge wesentlich größer als der Durchmesser ist. In the exemplary embodiment, the drop generator 1 consists of a tubular housing 2 with a cylindrical interior 3 , the length of which is substantially greater than the diameter.

Die Flüssigkeit wird am rechten Ende bezüglich Fig. 1 über einen Flüssigkeitseinlaß 4 zugeführt. Zur Befestigung eines geeigneten, die Flüssigkeit leitenden Rohres oder Schlauches ist ein Anschluß 5 vorgesehen. Der Anschluß 5 ist beim Ausführungsbei spiel für 6 mm Schläuche ausgelegt. Dieser Schlauchdurchmesser erlaubt eine gleich mäßige Zufuhr von Flüssigkeit.The liquid is supplied via a liquid inlet 4 at the right end with reference to FIG. 1. A connection 5 is provided for fastening a suitable pipe or hose which conducts the liquid. The connection 5 is designed for 6 mm hoses in the exemplary embodiment. This hose diameter allows an even supply of liquid.

Ein Flüssigkeitsauslaß 6 befindet sich am gemäß Fig. 1 linken Ende des Gehäuses. Dort ist eine Blende 7 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel wird die Blende 7 mit einer Kappe 8 auf dem Außendurchmesser des Gehäuses 2 festgehalten, die mit einer Überwurfmutter 9 am Gehäuse 2 fixiert ist. Diese Konstruktion am Flüssigkeitsauslaß 6 erlaubt einen schnellen Wechsel der Blende 7. Dadurch kann die Vorrichtung schnell und auf einfache Weise an spezielle Anforderungen bezüglich Tropfengröße und Tropfrate angepaßt werden.A liquid outlet 6 is located at the left end of the housing according to FIG. 1. An aperture 7 is arranged there. In the embodiment, the diaphragm is held in 7 with a cap 8 on the outer diameter of the housing 2, which is fixed with a nut 9 on the housing. 2 This construction at the liquid outlet 6 allows the diaphragm 7 to be changed quickly. As a result, the device can be adapted quickly and easily to special requirements with regard to drop size and drop rate.

Die Flüssigkeit wird über den Flüssigkeitseinlaß 4 eingeführt und steht unter Druck an den Blendenöffnungen der Blende 7 an. Die Blende 7 ist als Blendenplättchen ausge führt. Dieses kann eine oder mehrere Öffnungen zur Tropfenerzeugung haben. Die Blendenöffnungen waren in einigen Versuchsläufen mit der als Ausführungsbeispiel dienenden Vorrichtung sehr klein, mit Durchmessern von nur 20 Mikrometern. Wegen der guten Reproduzierbarkeit bezüglich der Formen der Blendenöffnungen und damit der Tropfengröße ist es empfehlenswert, solche kleinen Blendenöffnungen als Pinholes auszubilden oder mittels Laserbohrung in die Blendenplättchen einzubrin gen. Im Handel sind auch Materialien mit definierter Anzahl und Größe von laserge bohrten Löchern oder Pinholes erhältlich, so daß es auch günstig ist, die Blendenplätt chen aus diesen auszuschneiden oder auszustanzen.The liquid is introduced via the liquid inlet 4 and is under pressure at the diaphragm openings of the diaphragm 7 . The aperture 7 is out as an aperture plate. This can have one or more openings for generating drops. In some test runs with the device serving as an exemplary embodiment, the diaphragm openings were very small, with diameters of only 20 micrometers. Because of the good reproducibility with regard to the shapes of the aperture openings and thus the drop size, it is advisable to design such small aperture openings as pinholes or to insert them into the aperture plates by means of laser drilling. Materials with a defined number and size of laser-drilled holes or pinholes are also commercially available, so that it is also favorable to cut out or punch out the aperture plates from these.

Um den Innenraum schnell entlüften zu können, ist ein Entlüftungsanschluß 10 vorgesehen, durch den der Tropfengenerator 1 vor Inbetriebnahme entlüftet werden kann. Der Entlüftungsanschluß 10 führt über einen Ringspalt 11 zu einer in der Nähe der Blende 7 liegenden Entlüftungsbohrung 12. Diese ist zweckmäßigerweise nahe beim Flüssigkeitsauslaß 6 vorgesehen, damit der Innenraum 3 des Gehäuses möglichst wirkungsvoll entlüftet werden kann. Mit Hilfe der Entlüftung über den Entlüftungsan schluß 10 und den Flüssigkeitseinlaß 4 ist auch ein Durchspülen des Tropfengenera tors 1 möglich. Beim Durchspülen wird der Tropfengenerator 1 gereinigt. Das ist beispielsweise nach Auswechseln der zu zertropfenden Flüssigkeit gegen eine andere zweckmäßig. In order to be able to vent the interior quickly, a vent connection 10 is provided, through which the drop generator 1 can be vented prior to start-up. The vent connection 10 leads via an annular gap 11 to a vent hole 12 located in the vicinity of the diaphragm 7 . This is expediently provided near the liquid outlet 6 so that the interior 3 of the housing can be vented as effectively as possible. With the help of the venting through the venting circuit 10 and the liquid inlet 4 , rinsing of the drop generator 1 is also possible. When flushing through, the drop generator 1 is cleaned. This is useful, for example, after replacing the liquid to be dripped with another.

Das Zertropfen der im Innenraum anstehenden Flüssigkeit wird über einen weitab von der Blende 7 am Gehäuse 2 angeordneten Quarzschwinger 13 gesteuert. Der Quarz schwinger 13 ist zwischen zwei Elektroden 14 und 15 befestigt. Dabei wirkt die Elektrode 14 bei der Schwingungserzeugung als Gegengewicht. Die Schwingungen werden auf die andere Elektrode 15 übertragen. Die Elektrode 15 dient nicht nur zur Schwingungsübertragung auf die Flüssigkeit sondern auch zur Befestigung des Quarzschwingers 13 am Gehäuse 2 mit Hilfe eines Gewindes.The dropping of the liquid present in the interior is controlled via a quartz oscillator 13 arranged far from the diaphragm 7 on the housing 2 . The quartz oscillator 13 is fixed between two electrodes 14 and 15 . The electrode 14 acts as a counterweight when generating the vibrations. The vibrations are transferred to the other electrode 15 . The electrode 15 serves not only to transmit vibrations to the liquid but also to fasten the quartz oscillator 13 to the housing 2 by means of a thread.

Um die Schwingungen in Längsrichtung effektiv auf die Flüssigkeit zu übertragen, ist eine Schulter 16 am Gehäuse vorgesehen, gegen welche die Elektrode 15 anliegt. Die Schulter 16 umgibt das Gehäuse 2 vollständig, wodurch eine gleichmäßige Schwin gungsanregung transversal zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit erfolgt.In order to effectively transmit the vibrations in the longitudinal direction to the liquid, a shoulder 16 is provided on the housing, against which the electrode 15 rests. The shoulder 16 surrounds the housing 2 completely, whereby a uniform vibration excitation takes place transversely to the direction of flow of the liquid.

Bei Versuchen mit einem Tropfengenerator 1 ohne die Schulter 16 konnten die Schwingungen in die Flüssigkeit nicht effektiv genug eingekoppelt werden. Das zeigt, daß die Schulter 16 der Ort ist, an dem die Schwingungen beim Ausführungsbeispiel eingekoppelt werden. Der Abstand der Schulter 16 von der Blende 7 bestimmt also wesentlich die Schwingungsfrequenzen zur Anregung der Flüssigkeitsschwingungen.In experiments with a drop generator 1 without the shoulder 16 , the vibrations could not be coupled into the liquid effectively enough. This shows that the shoulder 16 is the place where the vibrations are coupled in the embodiment. The distance of the shoulder 16 from the diaphragm 7 thus essentially determines the vibration frequencies for the excitation of the liquid vibrations.

Die zwischen Blende und Quarz im Innenraum 3 befindliche Flüssigkeit bildet das Ausbreitungsmedium eines Resonators. Der Innenraum 3 hat nur einen Durchmesser von 4 mm. Das bedeutet, bei Frequenzen unter 100 kHz und Schallgeschwindigkeiten c in der Flüssigkeit größer als 10³ m/s, also bei Wellenlängen über 1 cm, können transversale Schwingungen der Flüssigkeit nicht angeregt werden und es treten nur longitudinale Schwingungen auf. Durch die rein longitudinale Schwingungsanregung im Innenraum 3 wird eine besonders gute Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit der Tropfenerzeugung erreicht.The liquid located between the diaphragm and the quartz in the interior 3 forms the propagation medium of a resonator. The interior 3 has a diameter of only 4 mm. This means that at frequencies below 100 kHz and sound velocities c in the liquid greater than 10³ m / s, ie at wavelengths above 1 cm, transverse vibrations of the liquid cannot be excited and only longitudinal vibrations occur. Due to the purely longitudinal vibration excitation in the interior 3 , a particularly good uniformity and reproducibility of the drop generation is achieved.

Die Schwingungsanregung erfolgt über die gesamte Oberfläche der Blende 7 gleich maßig. Dadurch ist auch eine gute Reproduzierbarkeit von Tropfen, die in verschiede nen voneinander beabstandeten Öffnungen gleicher Größe in der Blende 7 erzeugt werden, sichergestellt.The vibration excitation takes place uniformly over the entire surface of the diaphragm 7 . This also ensures good reproducibility of drops which are produced in various openings of the same size in the diaphragm 7 which are spaced apart from one another.

Die Flüssigkeit wird besonders effektiv zur Schwingung angeregt, wenn Resonanz von der über den Quarzschwinger 13 eingekoppelten Schwingung mit der Flüssig keitsschwingung erreicht wird. Im stationären Zustand, also wenn die Flüssigkeit ruht, ist die erste Resonanzschwingung durch die Hälfte der durch c/f berechneten Wellen länge gegeben. Dies ergibt bei Frequenzen über ungefähr 10 kHz und einer Schallge schwindigkeit von ungefähr 1000 m/s einen minimalen Abstand von 50 mm zwischen der Schulter 16, dem Ort der Schwingungseinkopplung, und der Blende 7. Zum Erzielen von Resonanz kann der Abstand aber ein ganzzahliges Vielfaches dieses Wertes sein, also 50 mm, 100 mm, 150 mm usw.The liquid is particularly effectively excited to oscillate when resonance of the oscillation coupled in via the quartz oscillator 13 is achieved with the liquid oscillation. In the steady state, i.e. when the liquid is at rest, the first resonance vibration is given by half the wavelength calculated by c / f. At frequencies above approximately 10 kHz and a speed of approximately 1000 m / s, this results in a minimum distance of 50 mm between the shoulder 16 , the location of the vibration coupling, and the aperture 7 . To achieve resonance, the distance can be an integral multiple of this value, i.e. 50 mm, 100 mm, 150 mm etc.

Bei dem Ausführungsbeispiel wurde ein Abstand von 140 mm gewählt, und die Resonanz über eine je nach Anwendung erfolgende Frequenzwahl eingestellt, damit einerseits kleinere Schallgeschwindigkeiten c und andererseits auch der Resonanzfre quenzverschiebung einer strömenden Flüssigkeit Rechnung getragen werden kann. Der Abstand von 140 mm hat sich für leichte Öle und Wasser bei Verwendung eines Frequenzbereichs der Schwingungsanregung von 8 kHz bis 100 kHz als besonders günstig herausgestellt.In the exemplary embodiment, a distance of 140 mm was chosen, and the Resonance is set via a frequency selection depending on the application, so on the one hand smaller sound velocities c and on the other hand also the resonance frequency sequence shift of a flowing liquid can be taken into account. The distance of 140 mm has been proven for light oils and water when using a Frequency range of the vibration excitation from 8 kHz to 100 kHz as special exposed favorably.

In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gezeigt, in welcher der anhand von Fig. 1 beschriebene Tropfengenerator 1 eingesetzt wird. Der Tropfenge nerator 1 wird von einer Versorgungseinrichtung 17 aus über eine Schlauchleitung 18 mit Flüssigkeit versorgt. Die Förderung der Flüssigkeit erfolgt mit einer Zahnradpum pe 19, die bezüglich ihrer Eigenschaften insbesondere für eine gleichmäßige Flüssig keitsversorgung ausgesucht wurde. FIG. 2 shows a schematic illustration of a device in which the drop generator 1 described with reference to FIG. 1 is used. The Tropfenge generator 1 is supplied with liquid from a supply device 17 via a hose line 18 . The liquid is conveyed with a Zahnradpum pe 19 , the properties of which were selected in particular for a uniform liquid supply.

Im Ausführungsbeispiel wird die Pumpe Modell-Nr. 186 des Herstellers Ismatec GmbH verwendet. Diese Pumpe wird mit einem Gleichstrommotor betrieben und ihre Umdrehungszahl über die Höhe der Gleichspannung eingestellt. Die Pumpe arbeitet nach Angabe des Herstellers pulsationsfrei und liefert 17 µl Flüssigkeit pro Umdre hung.In the exemplary embodiment, the pump model no. 186 from the manufacturer Ismatec GmbH used. This pump is operated with a DC motor and its Number of revolutions set via the level of the DC voltage. The pump is working according to the manufacturer, pulsation-free and supplies 17 µl liquid per revolution hung.

Aus der Drehzahl n der Pumpe und aus dem bekannten Fördervolumen V_f pro Umdrehung kann dann der Volumenstrom dV/dt der Flüssigkeit gleich n·V_f berechnet werden.The volume flow dV / dt of the liquid equal to n · V _f can then be calculated from the speed n of the pump and from the known delivery volume V _f per revolution.

Für den gleichmäßigen Betrieb ist es wichtig, daß pro Umdrehung eine genau definier te Flüssigkeitsmenge, besser als wenige Prozent (< 5%), gefördert wird. Der Hersteller der Pumpe gibt eine bis auf 1% genau definierte Flüssigkeitsmenge ab 20 Umdrehun gen/min an. Dies ergibt eine für übliche praktische Anwendungen ausreichende kleinstmögliche Durchflußmenge von 0,34 ml/min. Der dynamische Bereich des Flüssigkeitsdurchflusses durch die Pumpe ist aber groß genug, damit auch für Mehr lochblenden ausreichend Flüssigkeit gefördert werden kann.For smooth operation it is important that you define one per revolution te amount of liquid, better than a few percent (<5%). The manufacturer the pump delivers a precisely defined amount of liquid from 20 revolutions up to 1% gen / min. This is sufficient for common practical applications smallest possible flow rate of 0.34 ml / min. The dynamic range of the Liquid flow through the pump is large enough, therefore, for more pinhole enough liquid can be pumped.

Durch die Zahnradpumpe 19 werden lange stationäre Betriebszeiten von mehreren Tagen möglich.The gear pump 19 enables long stationary operating times of several days.

Die Zahnradpumpe 19 fördert die Flüssigkeit aus einem Reservoir 20. Es hat sich gezeigt, daß auch ohne Zahnradpumpe 19 bei entsprechender Reservoirgröße ein stabiler stationärer Betrieb zur Tropfenerzeugung erreichbar war. Die benötigte Reservoirgröße lag dabei zwischen 1 l und 20 l je nach Anwendung. Das Reservoir wurde mit Druckluft beaufschlagt, welche die Flüssigkeit in geeigneter Weise zum Tropfengenerator 1 beförderte.The gear pump 19 conveys the liquid from a reservoir 20 . It has been shown that even without a gear pump 19 and with a corresponding reservoir size, stable stationary operation for drop generation was achievable. The required reservoir size was between 1 l and 20 l depending on the application. Compressed air was applied to the reservoir, which conveyed the liquid to the drop generator 1 in a suitable manner.

Die genannten kleinen, leicht zu realisierenden Volumina verdeutlichen, daß der Betrieb des Tropfengenerators 1 aus dem Reservoir 20 bei nicht zu hohen Zertrop fungsraten eine gute Alternative zum Pumpbetrieb darstellt. Zur Bestimmung des Tropfendurchmessers ist allerdings dann eine Messung des Volumenstroms dV/dt durch die Schlauchleitung erforderlich. Dieser ergibt mit der Anregungsfrequenz f den Tropfendurchmesser d nach der Gleichung:The small, easy-to-implement volumes mentioned make it clear that the operation of the drop generator 1 from the reservoir 20 is a good alternative to the pumping operation if the certification rate is not too high. To determine the drop diameter, however, a measurement of the volume flow dV / dt through the hose line is required. With the excitation frequency f, this gives the drop diameter d according to the equation:

d = [(6 dV/dt)/(π f)]^1/3 d = [(6 dV / dt) / (π f)] ^1/3

In einem anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wurde zwi schen der Pumpe und dem Tropfengenerator 1 auch ein Pufferbehälter eingefügt. Mit diesem wurden noch geringe Lautungenauigkeiten der Zahnradpumpe 19 aufgefan gen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel konnten gute Ergebnisse bezüglich gleich mäßiger Tropfengröße und Reproduzierbarkeit erzielt werden.In another embodiment, not shown in the drawing, a buffer container was also inserted between the pump and the drop generator 1 . With this, slight inaccuracies in the pitch of the gear pump 19 were caught. Good results with regard to uniform droplet size and reproducibility could also be achieved in this exemplary embodiment.

Die Versorgungseinrichtung 17 enthält auch einen Signalgenerator zur Erzeugung rechteckförmiger Schwingungen, mit denen der Quarzschwinger 13 über eine Leitung 21 beaufschlagt wird. Der im Ausführungsbeispiel verwendete Signalgenerator war zur Abgabe von Signalen mit über 30 V Amplitude im Frequenzbereich von 8 kHz bis 100 kHz ausgelegt.The supply device 17 also contains a signal generator for generating rectangular vibrations with which the quartz oscillator 13 is acted upon via a line 21 . The signal generator used in the exemplary embodiment was designed to emit signals with over 30 V amplitude in the frequency range from 8 kHz to 100 kHz.

Weiter enthält die Versorgungseinrichtung 17 auch eine Automatik zum Entlüften des Tropfengenerators 1 über eine Leitung 22 bei Inbetriebnahme. Mit der automatischen Entlüftung wird sehr schnell ein stationärer Zustand im Innenraum 3 des Tropfengene rators 1 erreicht, so daß dieser schon nach kurzer Zeit stabil arbeitet. Die Entlüftung bewirkt auch ein Durchspülen, so daß beim Wechsel der zu zertropfenden Flüssigkei ten eine hohe Reinheit sichergestellt ist.Furthermore, the supply device 17 also contains an automatic system for venting the drop generator 1 via a line 22 during commissioning. With the automatic ventilation, a steady state in the interior 3 of the drop generator 1 is very quickly achieved, so that it works stable after a short time. The ventilation also causes rinsing, so that a high level of purity is ensured when changing the liquids to be dripped.

Optional ist eine LED vorgesehen, welche über die Leitung 23 mit der Betriebsfre quenz beaufschlagt ist. Diese beleuchtet die entstehenden Tropfen stroboskopisch. Dadurch ist dem Bedienpersonal eine leichte Kontrolle der Tropfenerzeugung, insbesondere über ihre Gleichmäßigkeit, möglich.An LED is optionally provided, which is supplied with the operating frequency via line 23 . This illuminates the resulting drops stroboscopically. This enables the operating personnel to easily control the droplet generation, in particular with regard to their uniformity.

Die Vorrichtung des Ausführungsbeispiels gestattet eine gleichmäßige Tropfenerzeu gung mit hoher Reproduzierbarkeit. Trotzdem ist sie sehr einfach aufgebaut und läßt sich preisgünstig herstellen. Deshalb ist sie insbesondere für den industriellen Einsatz geeignet. Der prinzipielle Aufbau des Tropfengenerators 1 kann aber, besonders wegen des großen Abstands des Quarzschwingers 13 vom Ort der Tropfenerzeugung, auch zum Zertropfen von Kraftstoffen bei dem Betrieb von Verbrennungsmaschinen vorteilhaft verwendet werden. Für die Vorrichtung ist somit ein großer technischer Einsatzbereich gegeben.The device of the embodiment allows a uniform drop generation with high reproducibility. Nevertheless, it is very simple and can be manufactured inexpensively. That is why it is particularly suitable for industrial use. The basic structure of the drop generator 1 can, however, particularly because of the large distance of the quartz oscillator 13 from the location of the drop generation, also be used advantageously for dropping fuel when operating internal combustion engines. There is thus a large technical field of application for the device.

Claims

1. Device for dropletizing a liquid having a sound velocity c under pre-pressure with a housing ( 2 ) through which the liquid is guided from a liquid inlet ( 4 ) to a liquid outlet ( 6 ) and in which the liquid is excited by a suitable vibration excitation at a frequency greater can be acted upon as a minimum frequency f _MIN , the oscillation of the liquid controlling dripping of the liquid at at least one outlet opening for the drops at the liquid outlet ( 6 ), characterized in that an oscillation generator ( 13 , 14 , 15 ) outside the liquid for excitation of the oscillation is arranged, the vibrations of which are coupled into the liquid at a greater distance than c / (2f _MIN ) from the at least one outlet opening via the housing ( 2 ) between the liquid inlet ( 4 ) and liquid outlet ( 6 ), and furthermore the interior of the housing ( 2 ) so designed et is that laminar flow guidance occurs and transverse oscillation modes of the liquid are prevented.

2. Device according to claim 1, characterized in that at the liquid outlet ( 6 ) is provided with the at least one outlet opening ne aperture ( 7 ) or nozzle.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the diaphragm ( 7 ) is designed as an interchangeable on the housing ( 2 ) arranged diaphragm plate, in particular with micro-bore pinhole plate or laser-drilled plate.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing ( 2 ) is a straight tube with a circular cross-section, at one end of the liquid inlet ( 4 ) and at the other end of the liquid outlet ( 6 ) is provided .

5. The device according to claim 4, characterized in that the device can be operated at frequencies below a maximum frequency f _MAX and the inner diameter of the tube is smaller than c / f _MAX .

6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that that the inner diameter of the tube is greater than 1 mm and in particular 4 mm is.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the liquid inlet ( 4 ) for connecting lines of large cross-sections, in particular with diameters greater than or equal to 6 mm, is designed.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the distance of the location of the vibration coupling from the at least one Outlet opening is greater than 100 mm and in particular is 140 mm.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a reservoir ( 20 ) of a size is provided for supplying the liquid, which allows smooth operation over several days.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that a continuously operating pump is provided for the supply of liquid.

11. The device according to claim 10, characterized in that a Pufferbehäl ter between the pump and liquid inlet ( 4 ) is provided.

12. The apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the pump is a gear pump ( 19 ) or rotary lobe pump with a higher accuracy than 5% and in particular 1% accuracy of the liquid conveyed per revolution.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that a ventilation device ( 10 , 11 , 12 ) is provided in the housing ( 2 ).

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that a control device ( 17 ) is provided which opens the venting device when starting the device.

15. The device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the vibration coupling in the flow direction via a housing ( 2 ) surrounding the shoulder ( 16 ).

16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the vibration generator ( 13 , 14 , 15 ) contains a quartz oscillator ( 13 ).

17. The device according to one of claims 1 to 16, characterized in that that for generating a vibration signal generator for rectangular vibrations gene, in particular in a frequency range from 8 kHz to 100 kHz, is provided.