EP0946305B1 - Vorrichtung zur aerosolerzeugung - Google Patents

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EP0946305B1
EP0946305B1 EP97953853A EP97953853A EP0946305B1 EP 0946305 B1 EP0946305 B1 EP 0946305B1 EP 97953853 A EP97953853 A EP 97953853A EP 97953853 A EP97953853 A EP 97953853A EP 0946305 B1 EP0946305 B1 EP 0946305B1
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EP
European Patent Office
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gas jet
impactor
outlet
injector
aerosol
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EP97953853A
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English (en)
French (fr)
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EP0946305A1 (de
Inventor
Jens Hesselbach
Heinz Karle
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Willy Vogel AG
Original Assignee
Willy Vogel AG
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Publication date
Application filed by Willy Vogel AG filed Critical Willy Vogel AG
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Publication of EP0946305B1 publication Critical patent/EP0946305B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/26—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means with means for mechanically breaking-up or deflecting the jet after discharge, e.g. with fixed deflectors; Breaking-up the discharged liquid or other fluent material by impinging jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B1/26—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means with means for mechanically breaking-up or deflecting the jet after discharge, e.g. with fixed deflectors; Breaking-up the discharged liquid or other fluent material by impinging jets
    • B05B1/262—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means with means for mechanically breaking-up or deflecting the jet after discharge, e.g. with fixed deflectors; Breaking-up the discharged liquid or other fluent material by impinging jets with fixed deflectors
    • B05B1/265—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means with means for mechanically breaking-up or deflecting the jet after discharge, e.g. with fixed deflectors; Breaking-up the discharged liquid or other fluent material by impinging jets with fixed deflectors the liquid or other fluent material being symmetrically deflected about the axis of the nozzle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/21—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media
    • B01F23/213—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids
    • B01F23/2132—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids using nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/25—Mixing by jets impinging against collision plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B01F25/3141—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit with additional mixing means other than injector mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/16—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling the spray area
    • B05B12/18—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling the spray area using fluids, e.g. gas streams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/0012—Apparatus for achieving spraying before discharge from the apparatus

Definitions

  • the invention relates to a device for aerosol generation, in particular in a Cooling lubrication device for tools or workpieces, with an injector device, which can be supplied with a carrier gas and a liquid and which are at an outlet emits a gas jet with liquid droplets contained therein, the Gas jet onto a conical or frustoconical impact body with a step structure is directed and flows along this and the impact body one has a tapered shape in the direction facing the gas jet.
  • Aerosols are used in many areas of technology, for example on inhalers in medical technology, humidifiers in household technology Applying cleaning or protective agents, etc. should be pointed out. About that In addition, it is also known to use aerosols for cooling or lubricating a tool or to use a workpiece, which is assumed in the following as an example becomes.
  • the cooling lubricant mist generated in the above-mentioned manner is relatively inhomogeneous with regard to the droplet size.
  • a device according to the preamble of claim 1 is known, with the stable, ultra-fine fog can be generated from a liquid / gas mixture. This is the liquid / gas flow passed along a central packing, at the end a single step is attached. This stage comes with a head start the device together so that a flow is generated with which the ultrafine fog is generated.
  • a spray device is shown through which a spray mist directly aimed at parts of a machine tool or at the tool or the workpiece becomes.
  • a diffuser in the form of a GB 816,992 stepped cylindrical block provided from the outlet of a mixing chamber, in which a cooling liquid and air are mixed together, spaced apart is.
  • the invention has for its object to a device for aerosol generation with which an aerosol with a small particle size can be reliably obtained.
  • This object is achieved in a generic device for Aerosol generation solved in that the impact body is arranged in a pressure vessel and that the step structure on the lateral surface of the impact body is a Has a staircase structure with a large number of successive steps.
  • the lubricating fluid is known Sucked in by means of a vacuum and in a jet of a carrier gas, preferably air, atomized.
  • the carrier gas is placed under pressure in a chamber Injector device initiated, due to the increase in cross section Vacuum sets the lubricant from it also into the chamber promotes mouth and feeds the carrier gas stream at high speed.
  • the lubricant is carried along with the carrier gas flow and strikes finely distributed on the structured surface of the impact body. Because the carrier gas flow at high speed over the structured surface of the impact body Flowing away, it atomizes what is formed on the structured surface Lubricant film in an aerosol of smaller particle size.
  • the size of the particles and the amount of aerosol in the invention Device for aerosol generation are preferably changed in that both the supply of the lubricating liquid and the supply of the carrier gas via Valves can be controlled separately. It can also be done this way the greasiness of the aerosol can vary continuously.
  • the impact body is arranged in front of the outlet of the injector device and is preferably designed as a rotationally symmetrical body with a structured lateral surface. It has proven particularly useful if the impact body has a tapered shape has, preferably conical at its end facing the gas jet tapers. A cone or truncated cone can thus be used as the impact body Find.
  • the tip of the cone or the narrow end of the truncated cone is preferred arranged directly at the outlet of the injector device so that the gas jet on it Place hits the cone or truncated cone.
  • the outlet of the injector device is widened conically in the direction of flow of the gas jet. So can the conical or truncated cone-shaped baffle partially protrude into the outlet, so that between the inner wall of the outlet and the outer wall of the Impact body a flow channel is formed.
  • the distance between the impact body and the Outlet of the injector device for the gas jet is changeable. It can be done also change the dimension of the aforementioned flow channel. It has shown that the particle size can be varied by varying the distance, because this also changes the speed of the gas jet. The higher the speed of the gas jet is adjusted, the finer the particle size of the aerosol generated.
  • the concentration of the aerosol in the gas jet from the Shape of the structured surface, for example the step structure, of the impact body is dependent.
  • the steps each have an acute angle Have tear-off edge, which causes the lubricant droplets in very small size are carried away by the gas flow.
  • the steps below their tear-off edge have an undercut, to get a particularly sharp tear-off edge.
  • the steps on their tear-off edge have a tapered projection, which preferably is directed against the incoming gas jet.
  • the aerosol-containing gas stream after overflowing the impact body preferably filtered one or more times.
  • a sharp deflection of the Gas flow can be viewed as a result of the heavy and therefore larger particles can be separated.
  • the structured Gas stream flowing along the surface from a jacket gas jet in particular is enveloped in air.
  • the jacket gas jet with a known per se Ring nozzle can be generated, accelerates the aerosol and thus supports the Separation of larger particles, while the finest particles block the jacket gas jet can penetrate.
  • a sieve filter and / or a cyclone can also be provided as the filter device his.
  • the latter can also be designed as a buffer for the aerosol to be able to compensate for fluctuations in withdrawal.
  • the generation of the aerosol does not require moving parts, so that high process reliability is guaranteed.
  • the amount of the aerosol produced depends on the amount withdrawn by the consumer. Becomes If a lot of aerosol is removed, the corresponding amount of air flows into the aerosol chamber after, the internal pressure in the chamber remains constant and that at one Pressure reducing valve corresponds to the set operating pressure upstream of the chamber is. The amount of aerosol that can be generated is therefore dependent on the amount of air which is fed into the system.
  • a cooling lubrication device 30 has a container 31, which in in its lower area a supply 32 of liquid cooling lubricant, for example Contains oil.
  • the container 31 is closed by a lid 33 and as Pressure vessel trained.
  • Container 31 is an aerosol that is formed by a stream of compressed air via a line 35, in which a control valve 18 is arranged, and a further one Line 17 is fed to an injector device 16.
  • an adjusting device 37 which is a control valve 37b and a shutdown device 37a for quick shutdown, and a further line 36 is sucked into the injector device 16 from the supply 32 becomes.
  • the volume flow of the Control the oil in the suction line 34 continuously.
  • a connection line 38 is provided in the cover 33 of the container 31 via which can be removed from the container 31 aerosol, for example for Use internal cooling.
  • the promotion of the aerosol through the connecting line 38 can be done by the internal pressure in the container 31. 1 is additional a suction nozzle 39 is provided, via a line, not shown, with compressed air is supplied. The air is introduced into the suction nozzle 39 in the conveying direction, so that the air flow sucks in the aerosol, whereby the oil particles swirl again and be accelerated.
  • the aerosol flow A can - as indicated in Fig. 1 - on several branch lines 27 distributed and in these different machine tools 28 with corresponding Tools 29 are supplied.
  • internal cooling is shown as an example in FIG. 1 is shown, in which the aerosol through channels running in the tool 29 is conveyed through and emerges at the tool tip, alternatively or in addition, the known external cooling can also be used.
  • the device 10 for aerosol generation is shown in detail in FIG. 2. It includes the injector device 16 with an injector block 11, inside of which one Injector chamber 22 is formed.
  • the injector chamber 22 is compressed air G via the Line 35, the control valve 18 and the further line 17 can be fed.
  • At Entry into the injector chamber 22 occurs as a result of the cross-sectional enlargement Negative pressure, as a result oil F via the suction line 34, the adjusting device 37 and the further line 36 is sucked into the injector chamber 22.
  • the injector chamber 22 is flared.
  • a conical baffle 13 is arranged below the outlet 23
  • the lateral surface 13a is a staircase structure with a large number of successive steps 13c.
  • the cone is oriented so that its tip 13b to the outlet 23 of the injector device 16 points and partially into the flared outlet 23 protrudes.
  • the cone-shaped baffle 13 is via holding rods 12 on the lid 33 of the container 31 held.
  • the injector block 11 has one in its upper section Lid 33 of the container 31 penetrating adjusting device 15, by means of which Injector block 11 (as indicated by the double arrow V) at a distance from it Impact body 13 can be changed.
  • the injector block is during the adjustment movement 11 guided on a plurality of guide pins 14 arranged on the impact body 13, which can be moved into corresponding recesses 24 of the injector block 11 intervention.
  • An annular nozzle 21 is arranged over the circumference of the injector block 11 emits downward directed air jet 26, which envelops the gas jet 25.
  • the gas jet 25 formed in the injector chamber 22 with liquid droplets contained therein strikes the stepped surface 13a of the impact body 13, whereupon the liquid droplets initially settle on the step surfaces.
  • the inflowing air of the gas jet 25 then tears at the one shown in FIG. 3 Tear-off edges 13d of the steps 13c with the finest droplets of the oil, so that overall an aerosol with very fine oil particles.
  • the aerosol flow is directed laterally outwards and experiences a strong deflection, which the heavy particles do not can follow, which fall further down into the oil reservoir 32. This is also through favors the outer jacket air jet 26, which entrains the larger particles and in returns the oil supply 32. The fine particles can coat the air jet 26 penetrate and accumulate in the space above the oil reservoir 32.
  • the injector block 11 can be relative to the Baffle 13 are moved. If the between the tip 13b of the impact body 13 and the conical outlet 23 flow channel formed by one another to directed movement of the injector block 11 and the impact body 13 in its cross section is reduced, the flow velocity of the gas jet 25 increases, resulting in an aerosol with smaller particles.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aerosolerzeugung, insbesondere in einer Kühlschmiervorrichtung für Werkzeuge oder Werkstücke, mit einer Injektorvorrichtung, der ein Trägergas und eine Flüssigkeit zuführbar sind und die an einem Auslass einen Gasstrahl mit darin enthaltenen Flüssigkeitströpfchen abgibt, wobei der Gasstrahl auf einen kegel- oder kegelstumpfförmigen Prallkörper mit einer Stufenstruktur gerichtet ist und an dieser entlang strömt und wobei der Prallkörper eine sich in der dem Gasstrahl zugewandten Richtung verjüngende Form aufweist.
Aerosole finden in vielen Bereichen der Technik Anwendung, wobei beispielsweise auf Inhalatoren in der Medizintechnik, Luftbefeuchter in der Haushaltstechnik das Aufbringen von Reinigungs- oder Schutzmitteln etc. hingewiesen sein soll. Darüber hinaus ist es auch bekannt, Aerosole zum Kühlen oder Schmieren eines Werkzeuges oder eines Werkstücks zu verwenden, wovon im folgenden beispielhaft ausgegangen wird.
Werkzeuge und Werkstücke unterliegen bei einer spanenden Bearbeitung hohen Reibungskräften, was zu einer starken Wärmeentwicklung führt. Es ist deshalb notwendig, die Reibung der genannten Teile durch Aufbringen eines Kühlschmiermittels herabzusetzen, wodurch gleichzeitig die Teile gekühlt werden. Früher wurde in der Regel die seit langem bekannte Vollstrahlkühlung angewendet, bei der das Kühlschmiermittel in relativ großer Menge in einem Flüssigkeitsvollstrahl auf die zu kühlenden Flächen aufgebracht wird. Dabei ergibt sich einerseits jedoch ein sehr hoher Verbrauch an Kühlschmiermittel, wodurch der Betrieb der Kühlschmiervorrichtung teuer ist, andererseits ist es aus ökologischen Gründen notwendig, das benutzte Kühlschmiermittel umweltverträglich zu entsorgen, was aufwendig und ebenfalls kostenintensiv ist.
Bei der in den letzten Jahren entwickelten sogenannten Minimalschmiertechnik wird ein flüssiges Kühlschmiermittel in einer Düse in einem Luftstrom vernebelt. Zu diesem Zweck wird der Düse das flüssige Kühlschmiermittel und die Luft in getrennten Leitungen zugeführt, wobei der aus der Düse mit relativ hoher Geschwindigkeit austretende Luftstrom sich mit dem Kühlschmiermittel nach Austritt aus der Düse vermischt. Es sind auch Systeme bekannt, bei denen die Erzeugung des Gemischnebels innerhalb der Düse erfolgt. Der Sprühnebel des Kühlschmiermittel-Luft-Gemisches wird direkt auf zu behandelnden Flächen aufgebracht, wodurch sich eine gute Kühl- und Schmierwirkung an den Werkzeugen und Werkstücken erzielen lässt. Des weiteren ergibt sich der Vorteil, dass der Verbrauch an Kühlschmiermittel wesentlich verringert und damit auch das Problem der Entsorgung gemindert ist. Jedoch ist der in genannter Weise erzeugte Kühlschmiermittel-Nebel relativ inhomogen hinsichtlich der Tröpfchengröße. Dies ist zwar bei der sogenannten Außenkühlung, bei der das Kühlschmiermittel von außen auf die zu kühlenden Teile aufgebracht wird, relativ unproblematisch, jedoch treten Probleme bei der sogenannten Innenkühlung auf, bei der der Kühlschmiermittel-Nebel durch im Werkzeug verlaufende, innere Kanäle bis direkt in die Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück gefördert wird. Größere Tröpfchen des Kühlschmiermittel-Nebels werden infolge der Drehung des Werkzeuges ebenfalls in Drehung versetzt und radial nach außen beschleunigt, so dass sie sich an der Wandung der Kanäle niederschlagen. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Förderung des Kühlschmiermittels und insbesondere zu Spritzerbildung. Gleichartige Probleme treten auf, wenn der Kühlschmiermittel-Nebel durch relativ lange Rohr- oder Schlauchleitungen gefördert werden soll.
Aus der WO 91/16991 ist eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, mit der stabile, ultrafeine Nebel aus einem Flüssigkeits-/Gasgemisch erzeugt werden können. Dabei wird die Flüssigkeits-/Gasströmung entlang eines zentralen Füllkörpers geleitet, an dessen Ende eine einzelne Stufe angebracht ist. Diese Stufe wird mit einem Vorsprung am Ausgang der Vorrichtung zusammen, so dass eine Strömung erzeugt wird, mit der der ultrafeine Nebel erzeugt wird.
In der GB 816,992 ist eine Sprühvorrichtung gezeigt, durch die direkt ein Sprühnebel auf Teile einer Werkzeugmaschine oder auf das Werkzeug bzw. das Werkstück gerichtet wird. Um diese Vorrichtung für Feuerlöscher einsatzfähig zu machen und den Sprühnebel weiträumig zu verteilen, ist bei der GB 816,992 ein Diffusor in Form eines abgestuften, zylindrischen Blockes vorgesehen, der vom Auslass einer Mischkammer, in der eine Kühlflüssigkeit und Luft miteinander vermischt werden, beabstandet ist.
Aus der DE 30 34 941 A1 ist es bekannt, zur Kühlung und Schmierung von drehenden Teilen neben einer herkömmlichen Ölschmierung zusätzlich ein Aerosol zu verwenden, das sehr feine,im Luftstrom schwebende Ölpartikel enthält. Zu diesem Zweck wird mittels eines durch eine Injektordüse strömenden Luftstroms Öl aus einem Vorrat angesaugt und zusammen mit der Luft in einer Aerosolkammer zerstäubt, wobei die schweren ölpartikel, die sich am Boden oder der Wand der Aerosolkammer absetzen, in den Vorrat zurückfließen. Trotz der Abscheidung der schweren Ölpartikel verbleiben jedoch im Aerosol noch Partikel unterschiedlicher Größe, wobei sich darüber hinaus gemäß der DE 30 34 941 A1 die Partikelzusammensetzung und -größe nicht verändern lässt. Somit ist auch eine Anpassung des Kühlungs- bzw. Schmierungsverhaltens an die jeweilige Anforderung, die je nach Werkstoll- und Bearbeitungsart verschieden sein können, nicht gegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aerosolerzeugung zu schaffen, mit der ein Aerosol mit kleiner Partikelgröße zuverlässig zu erhalten ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Aerosolerzeugung dadurch gelöst, dass der Prallkörper in einem Druckbehälter angeordnet ist und dass die Stufenstruktur an der Mantelfläche des Prallkörpers eine Treppenstruktur mit einer Vielzahl aufeinanderfolgender Stufen aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Schmierflüssigkeit in bekannter Weise mittels eines Unterdruckes angesaugt und in einem Strahl eines Trägergases, vorzugsweise Luft, zerstäubt. Das Trägergas wird unter Druck in eine Kammer der Injektorvorrichtung eingeleitet, wobei sich infolge der Querschnittsvergrößerung ein Unterdruck einstellt, der die Schmierflüssigkeit aus ihrer ebenfalls in die Kammer mündenden Leitung fördert und dem Trägergasstrom hoher Geschwindigkeit zuführt. Die Schmierflüssigkeit wird mit dem Trägergasstrom mitgerissen und schlägt sich fein verteilt auf der strukturierten Oberfläche des Prallkörpers nieder. Da der Trägergasstrom mit hoher Geschwindigkeit über die strukturierte Oberfläche des Prallkörpers hinwegströmt, zerstäubt er dabei den sich an der strukturierten Oberfläche bildenden Schmierflüssigkeitsfilm in ein Aerosol geringerer Partikelgröße. Durch entsprechende Ausbildung der strukturierten Oberfläche, die insbesondere eine Stufenstruktur besitzt, kann eine sehr hohe Aerosolkonzentration bei geringem Partikeldurchmesser erreicht werden.
Die Größe der Partikel sowie die Aerosolmenge kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aerosolerzeugung vorzugsweise dadurch geändert werden, dass sowohl die Zufuhr der Schmierflüssigkeit als auch die Zufuhr des Trägergases über Ventile getrennt gesteuert werden kann. Darüber hinaus lässt sich auf diese Weise die Fettigkeit des Aerosols stufenlos variieren.
Der Prallkörper ist vor dem Auslass der Injektorvorrichtung angeordnet und vorzugsweise als rotationssymmetrischer Körper mit strukturierter Mantelfläche ausgestaltet. Insbesondere hat es sich bewährt, wenn der Prallkörper eine sich verjüngende Form besitzt, wobei er an seinem dem Gasstrahl zugewandten Ende vorzugsweise konisch zuläuft. Als Prallkörper kann somit ein Kegel oder auch Kegelstumpf Verwendung finden.
Die Spitze des Kegels bzw. das schmale Ende des Kegelstumpfes ist vorzugsweise direkt am Auslass der Injektorvorrichtung angeordnet, so dass der Gasstrahl an dieser Stelle auf den Kegel bzw. Kegelstumpf auftrifft.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Auslass der Injektorvorrichtung in Strömungsrichtung des Gasstrahls konisch aufgeweitet ist. Somit kann der kegel- oder kegelstumpfförmige Prallkörper teilweise in den Auslass hineinragen, so dass zwischen der Innenwandung des Auslasses und der Außenwandung des Prallkörpers ein Strömungskanal gebildet ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem Prallkörper und dem Auslass der Injektorvorrichtung für den Gasstrahl veränderbar ist. Dabei lässt sich auch die Abmessung des vorgenannten Strömungskanals verändern. Es hat sich gezeigt, dass durch Variation des Abstandes die Partikelgröße variiert werden kann, da sich auf diese Weise auch die Geschwindigkeit des Gasstrahls verändert. Je höher die Geschwindigkeit des Gasstrahls eingestellt wird, desto feiner wird die Partikelgröße des erzeugten Aerosols.
Es hat sich gezeigt, dass die Konzentration des Aerosols in dem Gasstrahl von der Form der strukturierten Oberfläche, beispielsweise der Stufenstruktur, des Prallkörpers abhängig ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Stufen jeweils eine spitzwinkelige Abrisskante aufweisen, wodurch die Schmierflüssigkeitströpfchen in sehr kleiner Größe von der Gasströmung mitgerissen werden. Dabei können in Weiterbildung der Erfindung die Stufen unterhalb ihrer Abrisskante eine Hinterschneidung besitzen, um eine besonders scharfe Abrisskante zu erhalten.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stufen an ihrer Abrisskante einen spitz zulaufenden Vorsprung aufweisen, der vorzugsweise dem anströmenden Gasstrahl entgegengerichtet ist.
Zur Erlangung eines Aerosols mit annähernd gleichmäßiger Partikelgröße wird der das Aerosol enthaltende Gasstrom nach Überströmen des Prallkörpers vorzugsweise ein- oder mehrmals gefiltert. Als Filter kann dabei auch eine scharfe Umlenkung des Gasstromes angesehen werden, infolge der die schweren und somit größeren Partikel abgeschieden werden können. Neben dieser Massen- bzw. Schwerkraftabscheidung kann in Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der die strukturierte Oberfläche entlangströmende Gasstrom von einem Mantelgasstrahl insbesondere aus Luft umhüllt ist. Der Mantelgasstrahl, der mit einer an sich bekannten Ringdüse erzeugt werden kann, beschleunigt das Aerosol und unterstützt somit die Abscheidung größerer Partikel, während die feinsten Partikel den Mantelgasstrahl durchdringen können.
Als Filtervorrichtung kann altemativ auch ein Siebfilter und/oder ein Zyklon vorgesehen sein. Letzterer kann zusätzlich auch als Zwischenspeicher für das Aerosol ausgebildet sein, um Entnahmeschwankungen ausgleichen zu können.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfordert die Erzeugung des Aerosols keine beweglichen Teile, so dass eine hohe Prozesssicherheit gewährleistet ist. Die Menge des erzeugten Aerosols hängt von der Entnahmemenge der Verbraucher ab. Wird viel Aerosol entnommen, so strömt die entsprechende Menge an Luft in die Aerosolkammer nach, wobei der Innendruck in der Kammer konstant bleibt und dem an einem Druckminderventil eingestellten Betriebsdruck entspricht, das der Kammer vorgeschaltet ist. Die erzeugbare Aerosolmenge ist daher von der Luftmenge abhängig, die dem System zugeführt wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1
eine teilweise geschnitten dargestellte perspektivische Ansicht eines Behälters einer Kühlschmiervorrichtung mit mehreren zugeordneten Werkzeugen,
Fig. 2
einen Querschnitt einer Vorrichtung zur Aerosolerzeugung,
Fig. 3
das Detail III in Fig. 2,
Fig. 4
eine erste alternative Ausgestaltung der Stufen gemäß Fig. 3 und
Fig. 5
eine zweite alternative Ausgestaltung der Stufen gemäß Fig. 3.
Gemäß Fig. 1 weist eine Kühlschmiervorrichtung 30 einen Behälter 31 auf, der in seinem unteren Bereich einen Vorrat 32 an flüssigem Kühlschmiermittel, beispielsweise Öl, enthält. Der Behälter 31 ist durch einen Deckel 33 verschlossen und als Druckbehälter ausgebildet. In dem oberhalb des Ölvorrats 32 gebildeten Raum des Behälters 31 befindet sich ein Aerosol, das dadurch gebildet ist, dass ein Druckluftstrom über eine Leitung 35, in der ein Steuerventil 18 angeordnet ist, und eine weiterführende Leitung 17 einer Injektorvorrichtung 16 zugeführt wird. Aufgrund des durch die Injektorvorrichtung 16 strömenden Luftstroms entsteht ein Unterdruck, mittels dessen Öl über eine Saugleitung 34, eine Einstellvorrichtung 37, die ein Steuerventil 37b und eine Abschaltvorrichtung 37a zur Schnellabschaltung umfasst, und eine weiterführende Leitung 36 aus dem Vorrat 32 in die Injektorvorrichtung 16 eingesaugt wird. Mit Hilfe der Einstellvorrichtung 37 lässt sich der Volumenstrom des Öls in der Saugleitung 34 stufenlos steuern.
In dem Deckel 33 des Behälters 31 ist eine Anschlussleitung 38 vorgesehen, über die dem Behälter 31 Aerosol entnommen werden kann, um es beispielsweise zur Innenkühlung zu verwenden. Die Förderung des Aerosols durch die Anschlussleitung 38 kann durch den Innendruck im Behälter 31 erfolgen. Gemäß Fig. 1 ist zusätzlich eine Saugdüse 39 vorgesehen, die über eine nicht dargestellte Leitung mit Druckluft versorgt wird. Die Luft wird in Förderrichtung in die Saugdüse 39 eingeleitet, so dass die Luftströmung das Aerosol ansaugt, wobei die Ölpartikel nochmals verwirbelt und beschleunigt werden.
Die Aerosolströmung A kann - wie in Fig. 1 angedeutet ist - auf mehrere Zweigleitungen 27 verteilt und in diesen unterschiedlichen Werkzeugmaschinen 28 mit entsprechenden Werkzeugen 29 zugeführt werden. Obwohl in Fig. 1 beispielhaft eine Innenkühlung dargestellt ist, bei der das Aerosol durch im Werkzeug 29 verlaufende Kanäle hindurch gefördert wird und an der Werkzeugspitze austritt, kann alternativ oder zusätzlich dazu auch die an sich bekannte Außenkühlung Verwendung finden.
Die Vorrichtung 10 zur Aerosolerzeugung ist in Fig. 2 im Detail dargestellt. Sie umfasst die Injektorvorrichtung 16 mit einem Injektorblock 11, in dessen Innerem eine Injektorkammer 22 ausgebildet ist. Der Injektorkammer 22 ist Druckluft G über die Leitung 35, das Steuerventil 18 sowie die weiterführende Leitung 17 zuführbar. Bei Eintritt in die Injektorkammer 22 entsteht infolge der Querschnittsvergrößerung ein Unterdruck, infolgedessen Öl F über die Saugleitung 34, die Einstellvorrichtung 37 und die weiterführende Leitung 36 in die Injektorkammer 22 angesaugt wird.
An ihrem Auslass 23, an dem die Druckluft als Gasstrahl 25 mit darin enthaltenen Flüssigkeitströpfchen austritt, ist die Injektorkammer 22 konisch erweitert.
Unterhalb des Auslasses 23 ist ein kegelförmiger Prallkörper 13 angeordnet, dessen Mantelfläche 13a eine Treppenstruktur mit einer Vielzahl aufeinanderfolgender Stufen 13c aufweist. Der Kegel ist so ausgerichtet, dass seine Spitze 13b zum Auslass 23 der Injektorvorrichtung 16 weist und teilweise in den konisch erweiterten Auslass 23 hineinragt.
Der kegelförmige Prallkörper 13 ist über Haltestangen 12 am Deckel 33 des Behälters 31 gehalten. Der Injektorblock 11 besitzt in seinem oberen Abschnitt eine den Deckel 33 des Behälters 31 durchdringende Einstellvorrichtung 15, mittels der der Injektorblock 11 (wie durch den Doppelpfeil V angedeutet) in seinem Abstand zu dem Prallkörper 13 verändert werden kann. Während der Verstellbewegung ist der Injektorblock 11 an mehreren, am Prallkörper 13 angeordneten Führungsstiften 14 geführt, die in entsprechende Ausnehmungen 24 des Injektorblocks 11 verschieblich eingreifen.
Über den Umfang des Injektorblocks 11 ist eine Ringdüse 21 angeordnet, die einen nach unten gerichteten Mantelluftstrahl 26 abgibt, der den Gasstrahl 25 umhüllt.
Der in der Injektorkammer 22 gebildete Gasstrahl 25 mit darin enthaltenen Flüssigkeitströpfchen trifft auf die abgestufte Oberfläche 13a des Prallkörpers 13 auf, woraufhin sich die Flüssigkeitströpfchen zunächst auf den Stufenoberflächen absetzen. Die nachströmende Luft des Gasstrahls 25 reißt dann an den in Fig. 3 dargestellten Abrisskanten 13d der Stufen 13c feinste Tröpfchen des Öls mit, so dass sich insgesamt ein Aerosol mit sehr feinen Ölpartikeln ergibt.
Am unteren Ende des Prallkörpers 13 wird der Aerosolstrom seitlich nach außen gelenkt und erfährt dadurch eine starke Umlenkung, der die schweren Partikel nicht folgen können, die weiter nach unten in den Ölvorrat 32 fallen. Dies wird auch durch den äußeren Mantelluftstrahl 26 begünstigt, der die größeren Partikel mitreißt und in den Ölvorrat 32 zurückführt. Die feinen Partikel können den Mantelluftstrahl 26 durchdringen und sammeln sich in dem Raum oberhalb des Ölvorrats 32 an.
Zur Veränderung der Größe der Ölpartikel kann der Injektorblock 11 relativ zum Prallkörper 13 verschoben werden. Wenn der zwischen der Spitze 13b des Prallkörpers 13 und dem konischen Auslass 23 gebildete Strömungskanal durch eine aufeinander zu gerichtete Bewegung des Injektorblocks 11 und des Prallkörpers 13 in seinem Querschnitt verkleinert wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstrahls 25 erhöht, wodurch sich ein Aerosol mit kleineren Partikeln ergibt.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur Aerosolerzeugung insbesondere in einer Kühlschmiervorrichtung für Werkzeuge oder Werkstücke, mit einer Injektorvorrichtung (16), der ein Trägergas und eine Flüssigkeit zuführbar sind, und die an einem Auslass (23) einen Gasstrahl (25) mit darin enthaltenen Flüssigkeitströpfchen abgibt, wobei der Gasstrahl (25) auf einen kegel- oder kegelstumpfförmigen Prallkörper (13) mit einer Stufenstruktur gerichtet ist und an dieser entlang strömt und wobei der Prallkörper (13) eine sich in der dem Gasstrahl (25) zugewandten Richtung verjüngende Form aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (12) in einem Druckbehälter angeordnet ist und dass die Stufenstruktur an der Mantelfläche (13a) des Prallkörpers (13) eine Treppenstruktur mit einer Vielzahl aufeinanderfolgender Stufen (13c) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (23) in Strömungsrichtung des Gasstrahls (25) konisch aufgeweitet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (13) an seinem dem Gasstrahl (25) zugewandten Ende konisch zuläuft.
  4. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (13) einen Kegel bildet, dessen Spitze (13b) zum Auslass (23) der Injektorvorrichtung (16) weist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelspitze (13c) direkt am Auslass (23) der Injektorvorrichtung (16) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl (25) nach Überströmen des Prallkörpers (13) scharf umgelenkt ist.
  7. Vorrichtung nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Prallkörper (13) und dem Auslass (23) der Injektorvorrichtung (16) veränderbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (13c) jeweils eine spitzwinklige Abrisskante aufweisen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (13c) unterhalb ihrer Abrisskante (13d) eine Hinterschneidung (13e) besitzen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (13c) an ihrer Abrisskante (13d) einen spitz zulaufenden Vorsprung (13f) aufweisen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (13f) dem anströmenden Gasstrahl entgegengerichtet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die strukturierte Oberfläche (13a) entlangströmende Gasstrahl (25) von einem Mantelgasstrahl (26) umhüllt ist.
  13. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl (25) nach Überströmen des Prallkörpers (13) scharf umgelenkt ist.
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