DE9318818U1

DE9318818U1 - Generator zur Erzeugung monodisperser Tropfen einstellbaren Durchmessers aus Flüssigkeiten unter Vordruck

Info

Publication number: DE9318818U1
Application number: DE9318818U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2003-12-09
Also published as: DE4441553A1; DE4441553C2

Description

Generator zur Erzeugung gleichgroßer Tropfen einstellbaren Durchmessers aus Flüssigkeiten unter Vordruck

2 Stand der Technik

Für eine Vielzahl technischer Anwendungen, Meß- oder Kalibrieraufgaben werden Tropfen bekannten und konstanten Durchmessers gebraucht. Zur Belegung von Oberflächen mit gleichgroßen Tropfen ebenso wie zur Zerstäubung von Lacken oder anderen Flüssigkeiten um nur wenige Beispiele zu nennen - besteht heute Bedarf an Generatoren zur Erzeugung gleichgroßer (monodisperser) Tropfen mit einstellbaren Durchmessern. Die handelsüblichen Geräte, die die Herstellung solcher Tropfen ermöglichen, werden aber bislang nicht für diese Anwendungen eingesetzt. Diese Geräte arbeiten nach dem Prinzip des Schwingblendengenerators (vibrating orifice generator) und weisen eine Reihe von Nachteilen auf, die ihre Verwendbarkeit in technischen Prozessen einschränkt. Dem Gerät wird Flüssigkeit unter Druck zugeführt, die den Generator als Strahl durch eine feine Bohrung in einer Austrittsblende verläßt. Diese Blende wird durch ein piezoelektrisches Quarzelement zu Schwingungen angeregt, die dem austretenden Flüssigkeitsstrahl periodische Störungen gegebener Wellenlänge aufprägen. Für geeignete Wellenlängen führen diese Störungen zum Zerfall des Flüssigkeitsstrahles in genau gleichgroße Tropfen.

Ein solches Gerät wurde nach Patentanmeldung DE 35 24 701 Al bereits zur Einbringung von monodispersen Kraftstofftropfen in das Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine verwendet, befindet sich aber derzeit nicht im technischen Einsatz. Durch den Aufbau des dazu verwendeten, oben beschriebenen Tropfengenerators ergeben sich im Betrieb und im technischen Einsatz eine Reihe von Problemen: Die piezokeramische Quarzeinheit sitzt bei dem genannten Gerät vorzugsweise in der Nähe des Flüssigkeitsaustritts und regt die Austrittsblende zu Schwingungen an. Dies führt einerseits zu Wechselwirkungen mit dem Gehäuse, an dem der Generator angebracht ist, und wirft wegen der Bauabmessungen des Piezoquarzes ferner Einbauprobleme auf. So ist etwa an eine Verwendung eines solchen Geräts als Einspritzkopf eines Mehrpunkt-Einspritzsystems an einem Otto-Motor nicht zu denken. Schwierigkeiten mit den Bauabmessungen des Generators ergeben sich auch bei anderen Anwendungen des Geräts, etwa im Bereich der experimentellen Forschung. Ferner sind die käuflichen Geräte der genannten Bauart durch kleine Querschnitte der Flüssigkeitszufuhrleitungen gekennzeichnet. Dadurch benötigt das Gerät nach der Inbetriebnahme lange Zeit (bis zu einigen zehn Minuten), bis sich ein stabiler, stationärer Betriebszustand eingestellt hat. Das verfügbare kleine Flüssigkeitsreservoir begrenzt die mögliche Betriebsdauer für manche Betriebsfälle damit auf nur etwa 30 Minuten. Der hohe Verkaufspreis handelsüblicher Geräte stellt eine weitere Schwierigkeit dar.

Problemstellung

Die in Anspruch 1 angegebene Erfindung zielt auf die Lösung der Aufgabenstellung, aus einer Flüssigkeit unter Vordruck gleichgroße Tropfen einstellbaren Durchmessers zu erzeugen, wobei zur Erzielung kleiner Geräteabmessungen am Flüssigkeitsaustritt und höherer Flexibilität des Generators die Aufbringung der erforderlichen (Ultraschall-) Schwingung nicht am Flüssigkeitsaustritt, sondern stromauf direkt in die Flüssigkeit erfolgt. Der Betrieb des Geräts soll stationär einen Tag lang und länger möglich sein.

4 Erfindung

Der Tropfengenerator nach den näher bezeichneten Ansprüchen erfüllt die genannte Problemstellung.

5 Vorteilhafte Wirkung der Erfindung

Mit der Erfindung wird erreicht, daß ein in seiner Betriebssicherheit, Betriebsstabilität und Kompaktheit verbessertes Gerät zur Erzeugung gleichgroßer (monodisperser) Tropfen bereitgestellt werden kann. Durch Anordnung der Schwingquarzeinheit in typisch 140 mm Entfernung stromauf der Stelle des Flüssigkeitsaustritts werden austrittsseitig kleine Geräteabmessungen und damit verbesserte Einbaubedingungen für den Generator in technischen Anwendungen erzielt. Der Generator wird durch Leitungen großen Querschnitts mit Flüssigkeit versorgt und erreicht daher nach Inbetriebnahme sehr schnell (mit Wasser typisch in wenigen Sekunden) einen stationären, stabilen Betriebszustand. Durch Verwendung großer druckluftbeaufschlagter Reservoirs zur Versorgung des Generators mit Flüssigkeit kann eine prinzipiell beliebig lange stationäre Betriebszeit erzielt werden.

Blendenplättchen, die die Mikrobohrung/en tragen, durch die die Flüssigkeit ausströmt, können, durch die Bauabmessungen des Generators bedingt, auf dem Markt erworben werden. Ferner aber können auch lasergebohrte Plättchen mit vielen Bohrungen Verwendung finden (Multiloch-Düsen).

6 Darstellung der Erfindung

Eine Übersichtszeichnung des Tropfengenerators ist in Abbildung 1 dargestellt. Der Flüssigkeitszutritt zum Generator erfolgt rechts durch den Anschluß 13. Der Bereich des Austritts (linkes Ende des Generators, Austrittsblende: Teil 2) kann durch den Anschluß 10 entlüftet werden. An dem Anschluß wird zum Betrieb ein Schlauch mit Absperrhahn angebracht,

der nur während des Entlüftungsvorganges geöifnet* ist*. Die Luft*wird bei Inbetriebnahme des Geräts über den Ringspalt zwischen Teil 5 und Teil 6 ausgetrieben.

Die Schwingungen, mit denen der austretende Flüssigkeitsstrahl geeignet gestört wird, um monodisperse Tropfen zu erhalten, werden durch die Quarzeinheit 7,8,9 erzeugt und direkt über den Generator körper 6 in die Flüssigkeit eingekoppelt. Zur Anregung der (Ultraschall-) Schwingung der Quarzeinheit wird ein Signalgenerator verwendet, dessen Rechteck- oder Sinussignale Amplituden bis über 30 V und Frequenzen zwischen 8 kHz und 100 kHz aufweisen. Das Wechselspannungssignal wird zwischen den Teilen 7 und 9 angelegt.

Claims

7 Schutzansprüche

1. Generator zur Erzeugung gleichgroßer Tropfen einstellbaren Durchmessers aus einer Flüssigkeit unter Vordruck,

dadurch gekennzeichnet,

daß die (Ultraschall-) Schwingungen, die zur Erzeugung der gleichgroßen Tropfen benutzt werden, weit stromauf des Flüssigkeitsaustritts in die Flüssigkeit eingebracht werden.

2. Tropfengenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Leitungen für die Flüssigkeitszufuhr große Querschnitte (typisch Innendurchmesser 6 mm) haben und dadurch ein schnelles Erreichen des stationären Betriebszustandes ermöglichen.

3. Tropfengenerator nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß zur Versorgung des Geräts mit Flüssigkeit große Reservoirs verwendet werden können, die einen stationären Betrieb bis zu mehreren Tagen ermöglichen.

4. Tropfengenerator nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Blendenplättchen mit Mikrobohrung, durch die die Flüssigkeit austritt, preisgünstig erhältliche Pinhole-Plättchen ebenso wie lasergebohrte Plättchen mit mehreren Bohrungen (Multiloch-Düse) verwendet werden können.