EP0264689B1

EP0264689B1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Schaum

Info

Publication number: EP0264689B1
Application number: EP87114387A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Brandstetter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1992-10-07
Anticipated expiration: 2007-10-02
Also published as: EP0264689A1; DE3634361A1; DE3782133D1; ATE81306T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Schaum mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Eine nach dem Prinzip der Strahlpumpe arbeitende gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE-A-26 38 000 bekannt und enthält eine Mischkammer, in der insgesamt drei Rohre münden. Von diesen Rohren sind zwei unter Ausbildung eines Spaltes in Verlängerung und koaxial zueinander angeordnet. Dabei dient das eine dieser Rohre der Zufuhr von Druckluft, um über das dritte Rohr Wasser in die Mischkammer einzusaugen, das aus der Mischkammer über den Spalt in die Verlängerung des Luftzufuhrrohres angeordnete Auslaßrohr angesaugt wird.
Das so erhaltene Luft-Wasser-Gemisch strömt durch das Auslaßrohr weiter in Richtung auf eine Reihe von quer zur Strömung ausgerichteten Sieben, die die Schaumqualität verbessern sollen und zusätzliche Turbulenzen in dem strömenden Gas-Luft-Gemisch erzeugen.
Die Praxis hat gezeigt, daß mit solchen Vorrichtungen sich nur dann Schäume hinreichender Qualität erzeugen lassen, wenn dem Wasser Schaumbildner in ausreichender Menge zugesetzt sind.
Wasser-Wachs-Gemische, wie sie für die Oberflächenkonservierung von Metallteilen, beispielsweise Kraftfahrzeugkarosserien, benötigt werden, lassen sich mit der bekannten Vorrichtung praktisch nicht aufschäumen. Es wird zwar eine Art Schaum erzeugt, doch haben die darin enthaltenen Gasblasen stark unterschiedliche Größe, was zu einem stark ungleichmäßigen Schaumstrahl führt. Außerdem ist der Schaum demzufolge auch wenig stabil.
Dies ist besonders nachteilig dann, wenn der erzeugte Schaum zwecks Verteilung durch ein längeres anschließendes Rohrleitungsnetz geleitet werden muß.
Unbefriedigend bei der bekannten Vorrichtung ist schließlich auch die Lageabhängigkeit, und zwar ändert sich die Schaumqualität, je nach dem, ob die Strömung in dem Auslaßrohr entsprechend der Lage der Vorrichtung mehr nach oben oder mehr nach unten gerichtet ist.
Schließlich ist auch die Wurfweite der bekannten Vorrichtung nur verhältnismäßig kurz.
Um die Schaumqualität zu verbessern, ist es aus der US-A-4 394 289 bekannt, Flüssigkeit und Gas unter Druck einer Schaumerzeugungsvorrichtung zuzuführen, die in einem rohrförmigen Gehäuse untergebracht ist. Das Gemisch aus Flüssigkeit und Gas strömt durch ein Sieb und anschließend durch mehrere koaxial ineinander steckende Kanäle, ehe es als Schaum über einen Auslaß das Gehäuse verläßt.
Bei dieser bekannten Anordnung soll der Schaum an einem schaumerzeugenden Füllmaterial und Sieben entstehen.
Bei dieser Anordnung erhöht sich wegen des enthaltenen Füllmaterials, das ein Strömungshindernis darstellt, der Strömungswiderstand, weshalb die Wurfweite und der am Ausgang der Vorrichtung nutzbare Strömungsdruck entsprechend niedrig ist.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Schaum zu schaffen, um bei geringem Strömungswiderstand eine möglichst gute Schaumqualität zu schaffen, wobei die Vorrichtung lageunabhängig arbeiten soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst.
Aufgrund der Abstimmung der Fließgeschwindigkeit des Flüssigkeitsgasgemisches in der zweiten Kammer entstehen dort Turbulenzen, die in dem Gemisch Scherkräfte erzeugen. Die Scherkräfte verkleinern die in der Flüssigkeit enthaltenen Gasblasen, während diese durch den Kanal hindurchströmen. Gleichzeitig damit entsteht ein Druckabbau, der verhindert, daß die Gasblasen des Schaums bei dessen Austritt aus der Vorrichtung platzen und den Schaum zerstören.
Da die Scherkräfte über die gesamte Länge des Kanals wirksam sind, entsteht ein sehr gleichmäßiger Schaum, bei dem die Gasblasen einen sehr kleinen Durchmesser haben. Durch einfache Regulierung der Druckverhältnisse am Einlaß kann die Schaumqualität des erzeugten Schaums zwischen der Einstellung "naß" und "trocken" weitgehend beliebig reguliert werden.
Besonders ginstige Verhältnisse stellen sich ein, wenn die Oberfläche des spaltförmigen Kanals pro Längeneinheit möglichst groß gegenüber dem Durchtrittsquerschnitt ist. Am einfachsten läßt sich dies bei kleiner Bauform durch einen ringspaltförmigen Kanal erreichen, weil hierbei sowohl an der Außenseite der Strömung als auch an der Innenseite Wände vorhanden sind, an denen die Strömungsgeschwindigkeit null sein muß. Trotz eines verhältnismäßig großen Durchtrittsquerschnittes hat eine solche Anordnung eine große wirksame Fläche, was hinsichtlich des auftretenden Strömungswiderstandes und der entstehenden Turbulenzen günstig ist insofern, als der Strömungswiderstand relativ klein ist, während andererseits zuverlässig auch bei niedrigen Drücken auf der Einlaßseite große Turbulenzen entstehen.
Bei Vorrichtungen, die große Mengen von Schaum pro Zeiteinheit erzeugen sollen, ist es günstig, wenn hinter dem ringspaltförmigen Kanal eine Expansionskammer angeordnet ist, in der der Druck in den Gasblasen abgebaut werden kann.
Wenn mit der Vorrichtung ein ins Freie austretender Schaumstrahl erzeugt werden soll, kann eine gute Bündelung des Strahls erreicht werden, wenn der Auslaß eine Lavaldüse enthält. Hierdurch wird ein Aufplatzen des Schaumstrahls infolge des noch nicht auf Atmosphärendruck abgebauten Innendrucks weitgehend vermieden. Mit Hilfe der Lavaldüse kann der im Schaumstrahl vorhandene Druck in Geschwindigkeit umgesetzt werden.
Eine Verkürzung der Vorrichtung läßt sich erreichen, wenn der ringspaltförmige Kanal in sich zurückgefaltet ist, so daß mehrere koaxial ineinander verlaufende Abschnitte entstehen, die an Umlenkstellen miteinander verbunden sind. Außerdem ist hierdurch eine Anpassung des Querschnittes des Ringspaltes an den in Richtung auf den Auslaß abnehmenden Druck möglich. Wenn an den Umlenkstellen, an denen die ringspaltförmigen Kanäle ineinander übergehen, scharfe Kanten vorhanden sind, wird hierdurch die Entstehung von Turbulenzen weiter verbessert.
Ein günstiger Kompromiß zwischen Strömungswiderstand einerseits und Schaumqualität andererseits entsteht, wenn das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser bei einem ringspaltförmigen Kanal zu dem Außendurchmesser zwischen 1,2 und 2, vorzugsweise zwischen 1:1,5 bis 1:1,8 liegt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat sich als günstig ein Verhältnis von 1:1,67 herausgestellt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem schematisierten Längsschnitt,
Fig. 2: die Vorrichtung nach Fig. 1 in einem Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1,
Fig. 3: eine Vorrichtung zum Erzeugen von Schaum mit einer Expansionskammer vor dem Auslaß,
Fig. 4: eine Vorrichtung zum Erzeugen von Schaum gemäß der Erfindung mit einem in sich gefalteten Ringkanal, und
Fig. 5 bis 7: Querschnitte durch die Vorrichtung nach Fig. 4 entsprechend der Schnitte V-V, VI-VI und VII-VII.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Schaum, die ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 2 aufweist, in dem zwei zueinander koaxiale, hintereinander angeordnete Kammern 3 und 4 mit ebenfalls zylindrischer Gestalt enthalten sind. Die erste Kammer 3, die sich in Längsrichtung des Gehäuses 2 erstreckt, ist über eine durch eine Rückseite 5 des Gehäuses 2 verlaufende Bohrung 6 mit einem Anschlußstutzen 7 verbunden. Über den Anschlußstutzen 7 ist die Vorrichtung 1 mit einer nicht veranschaulichten Quelle für eine unter Druck stehende Flüssigkeit verbindbar. Ein weiterer Kanal 8 mündet seitlich oder radial in die erste Kammer 3 und verbindet die Kammer 3 mit einem Anschlußstutzen 9, über den die Vorrichtung 1 mit einer ebenfalls nicht veranschaulichten Quelle für unter Druck stehendes Gas verbindbar ist
An die erste Kammer 3 schließt sich die zweite wiederum zylindrische Kammer 4 mit einer durchgehend glatten zylindrischen Innenwand 10 an. Die Kammer 4 hat bis zu ihrem Auslaß 11 einen konstanten Durchmesser, der nennenswert größer ist als der Durchmesser der Kammer 3 und außerdem hat sie eine beträchtliche Länge, verglichen mit der axialen Erstreckung der Kammer 3.
Im Inneren der Kammer 4 befindet sich ein zylindrischer Füllkörper 12, der zwei plane Stirnseiten 13 und 14 aufweist. Er ist mit Hilfe von jeweils drei speichenartigen Streben 15, die in der Nähe der stirnseitigen Enden 13 und 14 angeordnet sind, im Inneren der Kammer 4 abgestützt, so daß er koaxial zu der zylindrischen Innenwand 10 verläuft. Seine plane Stirnseite 13 steht in einem kurzen axialen Abstand der Mündung der Kammer 3 in die Kammer 4 gegenüber, während sich die Stirnseite 14 dem Auslaß 11 gegenüberliegend befindet. Es entsteht auf diese Weise zwischen der zylindrischen Innenwand 10 und der Außenwand des zylindrischen Füllkörpers 12 ein ringspaltförmiger Kanal 16, der sich nahezu über die gesamte Länge der Kammer 4, nämlich beginnend bei der Einmündung der Kammer 3 bis hin zu dem Auslaß 11 erstreckt.
An den Auslaß 11 schließt sich eine Lavaldüse 17 an, die in bekannter Weise zwei etwa kegelstumpfförmige Kanalabschnitte 18 und 19 enthält, die mit ihrem jeweils kleineren Durchmesser bei 21 ineinander übergehen. Der größere Durchmesser des kegelstumpfförmigen Abschnittes 19 bildet einen Auslaß 22, über den ein erzeugter Schaum die Vorrichtung 1 verläßt.
Die insoweit beschriebene Vorrichtung arbeitet in der Weise, daß beispielsweise über den Einlaßanschluß 7 Wasser mit einem Druck von ca. 2 bar zugeführt wird, und über den Einlaßanschluß 9 Luft etwa mit dem gleichen Druck eingespeist wird. Das zugeführte Wasser und die zugeführte Luft mischen sich unter Bildung von großen Blasen in der Kammer 3, aus der das Wasser-/Luft-Gemisch in die Kammer 4 einströmt. Die Spaltweite des ringspaltförmigen Kanals 16 ist so bemessen, daß bei den Speisedrücken von Luft und Wasser eine turbulente Strömung entsteht, in der Scherkräfte auftreten, die die Gasblasen immer weiter verkleinern, bis die entstandene Zähigkeit des Schaumes eine weitere Verkleinerung der Gasblasen verhindert. Der entstandene Schaum strömt schließlich über die Lavaldüse 17 als kompakter Schaumstrahl ins Freie.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 liegt wegen der anderen Längenverhältnisse die Stirnseite 14 des Füllkörpers 12 in einem beträchtlichen Abstand von dem Auslaß 11, so daß eine Expansionskammer 24 entsteht, in die der erzeugte Schaum aus dem Ringspalt 16 einmündet. Der Schaum kann in der Expansionskammer 24 weiter entspannen, ehe er durch die Lavaldüse 17 austritt.
Bei praktischen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die lichte Weite der Kammer 4 etwa 30,5 mm beträgt, während der Außendurchmesser des Füllkörpers 12 im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 etwa 18 mm und im Falle des Ausführungsbeispieles nach Fig. 3 ca. 15,5 mm ist. Dies gibt ein Durchmesserverhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Füllkörpers 12 und dem Innendurchmesser der Kammer 4 von ca. 1:1,67. Die Längen betragen hierbei etwa 30 mm für die Kammer 3 und 200 mm für die Kammer 4, jeweils gemessen bis zu der Stirnseite 14 des Füllstückes 12, während die Expansionskammer 24 eine ungefähre Länge von 100 mm aufweist. Die Lavaldüse 17 hat schließlich eine Länge von etwa 60 mm.
In den Fig. 4 bis 7 ist eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Schaum gezeigt, bei der der ringspaltförmige Kanal 16 mehrfach in sich gefaltet ist, so daß insgesamt eine Verkürzung der Anordnung zustandekommt. Auch bei dieser Anordnung ist, wie bei den v orherigen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung 1, der ringspaltförmige Kanal 16 weitgehend frei von Strömungshindernissen, abgesehen von denjenigen Verstrebungen, die notwendig sind, um die einzelnen Rohrabschnitte und Füllkörper koaxial zueinander zu haltern.
Teile, die denjenigen aus den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Schaum, die im wesentlichen vier koaxial ineinander steckende zylindrische Rohre 25, 26, 27 und 28 aufweist, von denen das Rohr 28 gleichzeitig das äußere Gehäuse 2 darstellt, in dessen eines Ende von der Stirnseite her ein Verschlußstück 29 abgedichtet eingesetzt ist. Das andere Ende des bis dahin zylindrisch glatten Rohres 28 ist ab einer Stelle 31 unter Ausbildung einer Düse 32 konisch oder kegelig sich verjüngend ausgebildet und geht jenseits der Düse 32 in einen Auslaß 33 über, dessen Durchmesser wesentlich geringer als der Innendurchmesser des Rohres 28 ist.
Das Verschlußstück 29 besteht aus einer Kappe 34, an die ein zylindrischer Fortsatz 35 angeformt ist, der in dem Rohr 28 steckt und dort beispielsweise mittels Kaltschweißung unlösbar befestigt ist. In der Kappe 34 enthält das Verschlußstück 29 eine konzentrische Bohrung 36, in die ein im wesentlichen rohrförmiger Einspeisekopf 37 abgedichtet eingesetzt ist. Der Einspeisekopf 37 hat, wie gezeigt, etwa T-förmige Gestalt und besteht aus einstückig miteinander verbundenen Rohrabschnitten 38, 39 und 41, von denen die Rohrabschnitte 38 und 41 koaxial und in Verlängerung zueinander verlaufen, während der Rohrabschnitt 39 rechtwinklig dazu abgeht.
Das Rohrstück 41 ist abgedichtet in die Bohrung 36 des Verschlußstückes 29 eingesteckt und ragt im Inneren geringfügig über den Boden der Kappe 34 hinaus. In das Rohrstück 41 ist abgedichtet das Rohr 26 eingesetzt, das an einer planen Stirnseite endet, die einen Auslaß 47 bildet, der kurz vor dem Beginn der düsenförmigen Verjüngung 32 liegt. Das Rohr 26 steht auf diese Weise strömungsmäßig mit dem Rohrstück 39 in Verbindung, auf dessen freies Ende ein Fitting 43 abgedichtet aufgesetzt ist, an den eine Flüssigkeitszuführungsleitung 44 anschließbar ist.
Auf dem Rohrstück 38 sitzt abgedichtet ebenfalls ein Fitting 45, der einerseits das Rohrstück 38 nach außen abdichtet und in den andererseits das Rohr 25 einenends abgedichtet eingesetzt ist. Der Fitting 45 bildet einen Anschluß für eine Gaszufuhrleitung 46, durch die Gas bzw. Luft in das Rohr 25 einzuspeisen ist, das koaxial durch die Rohrstücke 38 und 41 hindurch in das Rohr 26 hineinführt und das an einer Mündung 47 endet. Die Mündung 47 springt, wie dargestellt, ein beachtliches Stück gegenüber dem Auslaß 42 des Rohres 26 zurück.
Das Rohr 27 schließlich befindet sich ausschließlich im Inneren des Rohres 28 und umgibt konzentrisch einen im Inneren des Rohres 28 befindlichen Teil des Rohres 26. An dem dem Auslaß 42 benachbarten Ende ist das Rohr 27 durch ein Verschlußstück 48 verschlossen, das aus einem Gewindeansatz 49 sowie eine einstückig daran angeformte sechseckige Kappe 51 besteht. Die Kappe 51 steht zumindest mit ihren Ecken über die Außenumfangsfläche des Rohres 27 radial vor, wie dies die Fig. 6 und 7 erkennen lassen.
Mit dem zylindrischen Gewindeansatz 49 ist das Verschlußstück 48 abgedichtet in das Rohr 27 eingeschraubt, während die Kappe 51 an der kegelstumpfförmigen Innenfläche der konisch sich verjüngenden Düse 32 anliegt. Das das Verschlußstück 48 enthaltende Ende des Rohres 7 ist auf diese Weise in der Vorrichtung 1 radial bezüglich dessen Längsachse fixiert.
Zwischen der Kappe 51 und der Innenwand der Düse 32 entstehen sechs segmentförmige Drosselöffnungen 52, durch die der zu erzeugende Schaum in Richtung auf die Austrittsöffnung 33 die Düse 32 verläßt.
Das andere Ende des Rohres 27 ist in der Nähe des Verschlußstück 29 mit Hilfe zweier Streben in radialer Rich tung fixiert, die zwischen der Außenumfangsfläche des Rohres 27 und der Innenumfangsfläche des Rohres 28 sich erstrecken. Die Streben 53 und 54 haben etwa die Gestalt von Ringsektoren. Sie haben einen Erstreckungswinkel von etwa 90° und liegen bezüglich der Längsachse der Vorrichtung 1 einander diametral gegenüber. Gleichzeitig erfolgt mit Hilfe dieser Streben 53 und 54 die axiale Fixierung des Rohres 27, das mit den Streben 53 und 54 unlösbar verbunden ist. Die Streben 53 und 54 sind ihrerseits unlösbar an dem Rohr 28 befestigt.
Zwischen der Außenumfangsfläche des Rohres 26 und der Innenumfangsfläche des Rohres 27 entsteht auf diese Weise ein zylindrischer Spalt 56, der in der Höhe des Auslasses 42 beginnt und der an einem Auslaß 57 endet, der von entsprechenden planen Stirnsei ten des Rohres 26 begrenzt ist.
Sowohl in der Nähe des Auslasses 42 als auch in der Nähe des Auslasses 57 können in dem Ringspalt oder Ringkanal 56 Drosselstellen in Gestalt ringsektorförmiger Streben 58 und 59 bzw. 61 und 62 vorgesehen sein. Diese Streben 58 ... 62 legen außerdem das Rohr 26 in radialer Richtung gegenüber dem Rohr 27 fest.
Die insoweit beschriebene Vorrichtung 1 wird folgendermaßen betrieben: Über die Leitung 44 wird mit einem Schaumbildner und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen, wie Wachs, versehenes Wasser mit einem Druck zwischen 3 und 10 bar zugeführt, bei entsprechender Wahl des Materials auch höher, bis zur Bruchfestigkeit. Das eingespeiste Wasser strömt durch den zwischen dem Rohr 25 und dem Rohr 26 gebildeten Ringspalt in Richtung auf den Auslaß 42. Gleichzeitig wird über die Leitung 46 ein Gas, vorzugsweise Luft, mit einem Druck größer als 0,5 bar zugeführt. Die eingespeiste Luft strömt durch das Rohr 25 hindurch und gelangt an der Mündung 47 in den das Rohr 25 umgebenden Flüssigkeitsstrom, um sich mit diesem unter Blasenbildung zu vermischen. Das entstandene Gas-Flüssigkeitsgemisch bzw. Luft-Wasser-Gemisch strömt weiter durch das Rohr 26 in Richtung auf den Auslaß 42. An dem Auslaß 42, der von der Stirnseite des Rohres 26 gebildet ist, wird die Strömung omniazimutal bezüglich der Längsrichtung der Vorrichtung 1 zweimal um 90° scharfkantig abgelenkt, nämlich einmal an der Innenkante 63, d.h. derjenigen Kante, an der die Innenwand des Rohres 26 in die plane Stirnfläche übergeht und ein zweites Mal an der Außenkante 64, d.h. an derjenigen Kante, an der die plane Stirnfläche in die Außenwand übergeht.
Nach der zweiten Umlenkung um 90° strömt das Gas-Flüssigkeitsgemisch durch den verhältnismäßig engen Ringspalt 56 zurück in Richtung auf den Speisekopf 37, d.h. entgegen der Strömungsrichtung in der von dem Rohr 26 begrenzten Kammer. Hierbei trifft das Gemisch zunächst auf die Drosselstelle aus den beiden sektorförmigen Streben 58 und 59, die die Querschnittsfläche des Ringspaltes 56 um die Häfte reduzieren, während sich dahinter die Strömung wieder auf die gesamte Querschnittsfläche des Ringspaltes 56 ausdehen kann.
Im Abstand von den beiden sektorförmigen Streben 53 und 54 trifft die Strömung vor Erreichen der Austrittsöffnung 57, d.h. vor dem Ende des Ringspaltes 56, erneut auf zwei sektorförmige Streben, nämlich die sektorförmigen Streben 61 und 62, die wiederum den Strömungsquerschnitt auf die Hälfte reduzieren. Nach Verlassen dieser Drosselstelle gelangt das Gemisch, in dem zwischenzeitlich die Gas-oder Luftblasen sehr fein und gleichmäßig verteilt sind, zu der Austrittsöffnung 57, an der die Strömung wiederum zweimal um 90° scharfkantig umgelenkt wird. Die eine innenliegende scharfe Kante ist die Kante 66, an der die Innenwand des Rohres 27 in dessen Stirnfläche übergeht, während die zweite radial weiter außen liegende scharfe Kante 67 diejenige ist, an der die Stirnfläche in die Außenwand eben desselben Rohres 27 übergeht. Der aus dem Gas-Wasser-Gemisch entstandene Schaum strömt nach der zweimaligen Umlenkung hinter der Austrittsöffnung 57 wiederum in dieselbe Richtung wie in dem Rohr 26, und zwar in einem zylindrische n Ringspalt 68, der von der Außenwand 27 und der Innenwand des Rohres 28 begrenzt ist. Da dieser Ringspalt 68 eine größere Querschnittsfläche aufweist als der Ringspalt 56, tritt nach dem Umlenken hinter der Austrittsöffnung 57 zunächst eine Beruhigung in der Strömung auf.
Der durch den Ringspalt 68 fließende Schaum wird schließlich im Bereich der Düse 32 durch die segmentförmigen Drosselöffnungen 52 gepreßt, so daß auf der Abströmseite, d.h. zwischen der Kappe 51 und der Austrittsöffnung 33 eine erneute starke Verwirbelung auftritt, die sich im Anschluß daran wieder beruhigt.
Der entstandene Schaum kann entweder an der Austrittsöffnung 33 ins Freie gelangen oder es kann, wie dargestellt, an der Austrittsöffnung 33 ein Rohrleitungssystem 69 angeschlossen sein, um den erzeugten Schaum an die jeweils gewünschte Stelle zu transportieren.
Die Feinzelligkeit und Gleichmäßigkeit des Schaumes läßt sich noch verbessern, wenn der Schaum durch einen Drosselspalt mit scharfer Strömungsabrißkante hindurchströmen muß. Ein solcher Drosselspalt ist bei der Vorrichtung 1 nach Fig. 1 im Bereich des Auslasses 57 bei 71 vorgesehen. Der Drosselspalt 71 wird einerseits begrenzt durch die Kante 67 und andererseits durch eine Kante 72, die, bezogen auf die Längsachse der Vorrichtung 1, auf der gleichen Höhe wie die Kante 67 liegt und an dem zylindrischen Fortsatz 35 ausgebildet ist. Der zylindrische Fortsatz 35 ist hierzu, wie die Figur zeigt, mit einem entsprechenden Hohlraum versehen, so daß der aus dem Auslaß 57 austretende Schaum in den Hohlraum des zylindrischen Fortsatzes 35 gelangt und von dort in Richtung auf den Drosselspalt 71 umgelenkt wird. Damit der Strömungsabriß auftreten kann, ist der Durchmesser der Strömungsabrißkante 72 beträchtlich kleiner als die lichte Weite des Rohres 28, in der der zylindrische Fortsatz 35 steckt, so daß an der Strömungsabrißkante 72 erhebliche Turbulenzen im Schaum entstehen können. Im Bereich der Strömungsabrißkante 72 springt der umgebende Rand des zylindrischen Fortsatzes 35 rechtwinklig nach außen radial zurück.
Wenn die Vorrichtung 1 freistrahlend Schaum erzeugen soll, ist es von Vorteil, wenn die als Drosselkörper wirkende Kappe 51 dem Schaumstrahl einen Drall erteilt, was dadurch erreicht werden kann, daß die Seitenflächen der im Querschnitt hexagonalen Kappe 51 leicht schraubenförmig deformiert sind.
Es versteht sich, daß der Strömungsweg für den Schaum, der bei der gezeigten Vorrichtung zwei Mal gefaltet ist, durch Anordnung weiterer Kammern, die dann ebenfalls durch Drosselstellen und Umlenkstellen miteinander verbunden sind, weiter gefaltet werden kann.

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Schaum, bei dem eine Flüssigkeit und ein Gas jeweils unter Druck in eine Mischeinrichtung eingespeist und in der Mischeinrichtung zunächst gemischt und dann durch Mittel (16) zur Erzeugung einer Turbulenz in dem Flüssigkeitsgasgemisch aufgeschäumt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das zunächst gebildete Flüssigkeitsgasgemisch durch einen von Strömungshindernissen freien, spaltförmigen kanal (16) geleitet wird und daß die Drücke, mit denen die Flüssigkeit und das Gas eingeleitet werden derart sind, daß in dem Kanal zumindest abschnittsweise eine turbulente Strömung entsteht.
Vorrichtung zum Erzeugen von Schaum, mit einer ersten Kammer (3), die einen Flüssigkeitseinlaß (7), einen Gaseinlaß (9) sowie einen Auslaß aufweist, wobei über den Flüssigkeitseinlaß (7) eine Flüssigkeit unter Druck sowie über den Gaseinlaß (9) ein Gas unter Druck in die Kammer (3) einzuleiten ist und das entstandene Gas-Flüssigkeitsgemisch die Kammer (3) über den Auslaß verläßt, und mit einer an den Auslaß der ersten Kammer (3) angeschlossenen und einen Auslaß (11) aufweisenden zweiten Kammer (4), welche in Richtung auf den Auslaß (11) unter Bildung von Turbulenzen von dem Flüssigkeitsgasgemisch durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (4) einen von Strömungshinternissen im wesentlichen freien spaltförmigen Kanal (16) enthält, dessen Spaltweite derart dimensioniert ist, daß bei den Speisedrücken von Flüssigkeit und Gas eine turbulente Strömung entsteht, welche das Aufschäumen des Flüssigkeitsgasgemisches bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16) ringspaltförmig ist und von einer äußeren zylindrischen Wand (10) sowie einer dazu koaxialen inneren zylindrischen Wand (12) begrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der äußeren zylindrischen Wand (10) um den Faktor 1,2 bis 2,0, vorzugsweise um den Faktor 1,5 bis 1,8 größer ist als der Durchmesser der inneren zylindrischen Wand (12).
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem spaltförmigen Kanal (16) und dem Auslaß (11) der zweiten Kammer (4) eine Expansionskammer (24) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16) in Längsrichtung einem konstanten Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der zweiten Kammer (4) eine Lavaldüse (17) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringspaltförmige Kanal (16) in sich gefaltet ist und mehrere koaxial zueinander verlaufende Abschnitte (25 ... 28) aufweist, die an Umlenkstellen (63, 64; 66, 67) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Gas einleitende Rohr koaxial in der ersten Kammer (3) verläuft und daß das Gas konzentrisch in einen Flüssigkeitsstrom in der ersten Kammer (3) eingeleitet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umlenkstelle (63) an dem Auslaß (17) der ersten Kammer (3) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkstelle (63) derart ausgebildet ist, daß die Strömung, bezogen auf die Strömungsrichtung in der ersten Kammer (3), omniazimutal um wenigstens 70° umgelenkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkstelle zumindest eine scharfe Kante (63) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfe Kante (63) an dem Auslaß (42) der ersten Kammer (3) ausgebildet ist und den Auslaß (42) begrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkstelle (63, 64) derart ausgebildet ist, daß die Strömung um 180° abgelenkt ist und außerhalb der ersten Kammer (3) entgegen der Strömungsrichtung innerhalb der Kammer (3) strömt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkstelle eine erste kreisförmig verlaufende Kante (63) sowie eine dazu koaxial kreisförmig verlaufende zweite Kante (64) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige erste Kammer (26) eine zylindrische Außenumfangsfläche aufweist und die erste Kammer (26) koaxial in einer zweiten rohrförmigen Kammer (27) angeordnet ist, die an der dem Auslaß (42) gegenüber befindlichen Stirnseite verschlossen ist und an der anderen Stirnseite einen Kanalauslaß (57) bildet, und daß die Innenwand der Kammer (26) und die Außenwand der Kammer (27) den ringförmigen Kanal begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereiche des Kanalauslasses (57) eine zweite Umlenkstelle (66, 67) vorgesehen ist, an der die Strömung um wenigstens 70° gegenüber der Strömung in dem ringförmigen Kanal (56) abgelenkt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umlenkstelle (66, 67) derart ausgebildet ist, daß die Strömung, bezogen auf die Strömungsrichtung in dem ringförmigen Kanal (56) omniazimuthal um wenigstens 70° abgelenkt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umlenkstelle wenigstens eine scharfe Kante (66) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die scharfe Kante (66) an dem Kanalauslaß (57) der zweiten Kammer (27) ausgebildet ist und den Kanalauslaß (57) begrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkstelle (66, 67) derart ausgebildet ist, daß die Strömung um 180° abgelenkt ist und außerhalb der zweiten Kammer (27) entgegen der Strömungsrichtung innerhalb der Kammer (27) strömt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umlenkstelle eine erste kreisförmig verlaufende Kante (66) sowie eine dazu koaxial kreisförmig verlaufende zweite Kante (67) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß strömungsmäßig im Anschluß an die zweite Umlenkstelle (66, 67) ein Kanal (68) angeordnet ist, der ringförmig ausgebildet ist und der in Längsrichtung zumindest abschnittsweise einen konstanten Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige zweite Kammer (27) eine zylindrische Außenumfangsfläche aufweist und diese Kammer (27) koaxial in einer dritten rohrförmigen Kammer (28) steckt, die an der dem Kanalauslaß (57) gegenüberliegenden Stirnseite verschlossen ist und an der anderen Stirnseite die Austrittsöffnung (33) bildet, und daß die beiden Kammern (27, 28) einen ringförmigen Kanal (68) begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalauslaß des zweiten ringförmigen Kanals (68) eine Auslaßdüse (32) enthält, deren Querschnitt der lichten Weite in Richtung auf ihren Auslaß (33) kontinuierlich abnimmt und deren größter Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des zweiten ringförmigen Kanals (68) ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zweite Kanal (56, 68) in Strömungsrichtung kurz hinter bzw. vor der ersten bzw. zweiten Umlenkstelle (63, 64; 66, 67) wenigstens eine Drosselstelle (53, 54; 61, 62) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle von zwei oder mehr Ringsektoren (53, 54; 61, 62) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßdüse (32) ein Drosselkörper (51) angeordnet ist, der den Querschnitt der Auslaßdüse (32) bis auf eine Reihe kleiner Öffnungen (52), die von dem Drosselkörper (51) und der Innenwand der Auslaßdüse (32) begrenzt sind, verschließt
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (51) Leitflächen aufweist, die dem vorbeiströmenden Schaum einen Drall erteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand in Strömungsrichtung zwischen dem Flüssigkeitseinlaß (39) und der Mündung (47) des das Gas zuführenden Rohres (25) groß gegenüber der lichten Weite der ersten Kammer (26) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Mündung (47) des das Gas zuführenden Rohres (25) und der ersten Umlenkstelle (63, 64) etwa das Zehnfache der lichten Weite der ersten Kammer (26) beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter wenigstens einer Umlenkstelle (63, 64) eine Drosselstelle (71) vorgesehen ist, die einen Spalt (71) mit wenigstens einer scharfen Strömungsabrißkante (72) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (71) als ringförmiger Drosselspalt ausgebildet ist.