DE102018008482A1

DE102018008482A1 - Düse zur Erzeugung eines Flüssigkeits-Gas-Gemisches, insbesondere eines Aerosols

Info

Publication number: DE102018008482A1
Application number: DE102018008482.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-04-30

Abstract

Eine Düse zur Erzeugung eines Flüssigkeit-Gas-Gemischs, insbesondere eines Aerosols, besitzt einen Gasraum, dem ein Gas zur Bildung eines Gasstroms unter Druck zuführbar ist, einen Flüssigkeitskanal, durch den eine Flüssigkeit in den Gasstrom einbringbar ist, und einen Ausgangskanal, durch den das Flüssigkeit-Gas-Gemisch abgebbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Ausgangskanal auf seiner Innenwandung eine Strukturierung in Form umlaufender Rippen und insbesondere ein Innengewinde aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse zur Erzeugung eines Flüssigkeit-Gas-Gemischs, insbesondere eines Aerosols, mit einem Gasraum, dem ein Gas zur Bildung eines Gasstroms unter Druck zuführbar ist, einem Flüssigkeitskanal, durch den eine Flüssigkeit unter Bildung des Flüssigkeit-Gas-Gemischs in den Gasstrom einbringbar ist, und einem Ausgangskanal, durch den das Flüssigkeit-Gas-Gemisch abgebbar ist.
In vielen Bereichen der Industrie werden Flüssigkeit-GasGemische oder sogenannte Aerosole verwendet, wobei beispielhaft auf Inhalatoren in der Medizintechnik, Luftbefeuchter in der Haushaltstechnik oder auf die Aufbringung von Reinigungs- oder Schutzmitteln verwiesen werden soll. Darüber hinaus ist es auch bekannt, Aerosole zur Kühlung und zur Schmierung eines Werkzeugs oder eines Werkstückes bei einer spannenden Bearbeitung zu verwenden, was im Folgenden beispielhaft näher erläutert werden soll.
Bei der sogenannten Minimalschmiertechnik werden ein flüssiges Kühlschmiermittel und Luft in getrennten Leitungen einer Düse zugeführt, in der das Kühlschmiermittel in dem Luftstrom vernebelt wird. Es ist möglich, den so gebildeten Sprühnebel des Kühlschmiermittel-Luft-Gemisches direkt auf die zu behandelnden Oberflächen eines Werkzeugs oder eines Werkstücks aufzubringen, jedoch hat es sich gezeigt, dass in einem entsprechenden Sprühnebel noch relativ große Tropfen des Kühlschmiermittels enthalten sind, die insbesondere in feine Kanäle des Werkzeugs nicht eindringen können.
Um die größeren Öltropfen aus dem Kühlschmiermittel-LuftGemisch zu entfernen, ist es bekannt, mittels der Düse den Sprühnebel des Kühlschmiermittel-Luft-Gemisches in eine Aerosolkammer einzusprühen, wobei die größeren und damit schwereren Öltropfen sich am Boden oder der Wand der Kammer absetzen, während die kleineren und leichteren Öltropfen in der Luft verbleiben. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch diese in der Luft verbleibenden Öltropfen für viele Anwendungsfälle noch zu groß sind, insbesondere wenn das so gebildete Aerosol durch sehr enge, im Werkzeug ausgebildete Kanäle hindurchgeführt werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düse der genannten Art zu schaffen, mit der Flüssigkeit-Gas-Gemisch bzw. ein Aerosol erzeugt werden kann, das Flüssigkeitströpfchen geringer Größe enthält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Düse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Ausgangskanal auf seiner Innenwandung eine Strukturierung in Form umlaufender Rippen aufweist. Nachdem sich die Flüssigkeit und das Gas bzw. die Luft durchmischt haben, durchströmen sie den Ausgangskanal. Dabei prallen die in dem Flüssigkeit-Gas-Gemisch enthaltene Flüssigkeitstropfen auf die strukturierte Oberfläche bzw. die Rippen der Innenwandung und werden dort zerschlagen, bevor sie aus der Düse beispielsweise in eine Aerosolkammer eingesprüht werden. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch bzw. ein Aerosol gebildet werden kann, das sehr kleine Flüssigkeitströpfchen enthält, die auch in sehr enge Kanäle in Werkzeugen zuverlässig eindringen können.
Die Strukturierung kann beispielsweise in konstruktiv einfacher Weise erreicht werden, wenn sie zumindest abschnittsweise von einem Innengewinde gebildet ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ausgangskanal von einer geraden Bohrung gebildet ist und somit einen über seine Länge konstanten Kreisquerschnitt besitzt.
Das Innengewinde kann sich über die gesamte Länge der Bohrung erstrecken, alternativ ist es jedoch auch möglich, dass sich das Innengewinde nur über einen oder mehrere Teilbereiche der Bohrung erstreckt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich das Innengewinde über zumindest 50% der axialen Länge der Bohrung erstreckt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ausgangskanal in seinem stromauf liegenden Endbereich eine glatte, strukturierungsfreie Innenwandung aufweist. Dieser Endbereich erstreckt sich von dem stomauf liegenden Ende des Ausgangskanals vorzugsweise über zumindest 10% der axialen Länge des Ausgangskanals.
Der Gasraum kann beispielsweise ebenfalls von einer geraden Bohrung gebildet sein, d.h. ein über seine gesamte axiale Länge konstanten Kreisquerschnitt aufweisen. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gasraum koaxial zum Ausgangskanal angeordnet ist.
Wenn sowohl der Gasraum als auch der Ausgangskanal einen über ihre Länge konstanten Querschnitt aufweisen, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Durchmesser des Ausgangskanals kleiner als der Durchmesser des Gasraums ist und vorzugsweise etwa den halben Durchmesser besitzt.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Gasraum über einen Verbindungskanal mit dem Ausgangskanal verbunden ist. Auch der Verbindungskanal besitzt vorzugsweise einen über seine Länge konstanten Querschnitt, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Querschnitt des Verbindungskanals geringer als der Querschnitt des Gasraums und/oder als der Querschnitt des Ausgangskanals ist. Vorzugsweise sollte der Durchmesser des Verbindungskanals relativ gering sein, um die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Verbindungskanals zu erhöhen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Verbindungskanal einen Durchmesser im Bereich von 0,8mm bis 2,5mm und insbesondere im Bereich von 0,9mm bis 1,2mm aufweist.
Vorzugsweise sind der Gasraum, der Verbindungskanal und der Ausgangskanal alle koaxial zueinander angeordnet.
Der Gasraum kann direkt, d.h. mit einer Abstufung in den Verbindungskanal münden, alternativ kann zwischen dem Gasraum und dem Verbindungskanal ein konischer Verjüngungsabschnitt angeordnet sein.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flüssigkeit erst in dem Ausgangskanal in den Gasstrom oder Luftstrom eingebracht wird. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass der Flüssigkeitskanal in den Ausgangskanal mündet und insbesondere im wesentlichen senkrecht zu diesem verläuft. Wenn der Gasstrom in den Ausgangskanal eintritt, besitzt er eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit, da die Querschnittsabmessungen des Verbindungskanals relativ klein sind. Vorzugsweise ist deshalb vorgesehen, dass der Flüssigkeitskanal in dem stromauf liegenden Endbereich des Ausgangskanals, der vorzugsweise eine glatte, unstrukturierte Oberfläche aufweist und dem Gasraum zugewandt ist, in dem Ausgangskanal mündet. Die Mündung des Flüssigkeitskanals kann unmittelbar am stromauf liegenden Ende des Ausgangskanals und somit unmittelbar am Eingangsquerschnitt des Ausgangskanals angeordnet sein, alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Mündung des Flüssigkeitskanals in einem geringen Abstand von dem Eingangsquerschnitt des Ausgangskanals angeordnet ist, wobei der Abstand vorzugsweise kleiner als 5mm ist.
Der Flüssigkeitskanals ist vorzugsweise von einer sich radial zum Ausgangskanal erstreckenden geraden Bohrung gebildet und besitzt somit über seine gesamte Länge einen konstanten Kreisquerschnitt. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Flüssigkeitskanals kleiner oder gleich dem Durchmesser des Verbindungskanals.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigt:

1 einen Längsschnitt durch eine Düse zur Erzeugung eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Düse 10 zur Erzeugung eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches. Die Düse 10 weist einen Düsenkörper 11 auf, in dem eine zentrale Bohrung eingebracht ist, die einen Gasraum 12 bildet. In den Gasraum 12 kann in nicht dargestellter Weise ein Gas und insbesondere Luft unter Druck eingefüllt werden, wie es durch den Pfeil L angedeutet ist.
An seinem innerhalb des Düsenkörpers 11 angeordneten inneren Ende geht der Gasraum 12 über eine sich konisch verjüngenden Verjüngungsabschnitt 17 in einen koaxialen Verbindungskanal 14 über, dessen Querschnitt geringer als der Querschnitt des Gasraums 12 ist. Auf der dem Gasraum 12 abgewandten, stromab liegenden Seite mündet der Verbindungskanal 14 in einem Ausgangskanal 15 in Form einer Bohrung. Der Gasraum 12, der Verjüngungsabschnitt 17, der Verbindungskanal 14 und der Ausgangskanal 15 sind koaxial angeordnet und fluchten miteinander.
Der Ausgangskanal 15 besitzt einen kleineren Querschnitt als der Gasraum 12 und weist auf seiner Innenwandung 15a eine Strukturierung 16 in Form umlaufender Rippen auf, die von einem Innengewinde 18 gebildet sind. Wie die 1 zeigt, erstreckt sich das Innengewinde 18 vom stromab liegenden Ende des Ausgangskanals 15 über etwa 80% bis 90% seiner axialen Länge. In seinem stromauf liegenden Endbereich 15b besitzt der Ausgangskanals 15 eine glatte, strukturierungsfreie Innenwandung.
In diesem Endbereich 15b und unmittelbar am Eingangsquerschnitt des Ausgangskanals 15 mündet in dem Ausgangskanal 15 ein Flüssigkeitskanal 13, der von einer senkrecht zur Längsachse des Ausgangskanals 15 angeordneten Bohrung gebildet ist. Der Durchmesser des Flüssigkeitskanals 13 ist kleiner oder gleich dem Durchmesser des Verbindungskanals 14.
Das Gas und insbesondere Luft wird in den Gasraum 12 eingebracht, durchströmt den relativ engen Verbindungskanal 14 und strömt mit hoher Geschwindigkeit in den Ausgangskanal 15 ein. Dabei werden Flüssigkeitsteilchen aus dem Flüssigkeitskanal 13 mitgerissen und in dem Luftstrom zerstäubt. Beim Durchströmen des Ausgangskanals 15 prallen die Flüssigkeitsteilchen auf die hervorstehende Rippen des Innengewindes 18 und werden dort zerschlagen und fein verteilt. Aus der Düse 10 tritt an der Mündung des Ausgangskanals 15 ein Aerosol vorzugsweise in eine Aerosolkammer aus, wie es durch die Pfeile A angedeutet ist.

Claims

Düse (10) zur Erzeugung eines Flüssigkeit-Gas-Gemischs, insbesondere eines Aerosols, mit einem Gasraum (12), dem ein Gas (L) zur Bildung eines Gasstroms unter Druck zuführbar ist, einem Flüssigkeitskanal (13), durch den eine Flüssigkeit (F) unter Bildung des Flüssigkeit-Gas-Gemischs in den Gasstrom einbringbar ist, und einem Ausgangskanal (15), durch den das Flüssigkeit-Gas-Gemisch abgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangskanal (15) auf seiner Innenwandung (15a) eine Strukturierung (16) in Form umlaufender Rippen aufweist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (16) zumindest abschnittsweise von einem Innengewinde (18) gebildet ist.
Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangskanal (15) von einer geraden Bohrung gebildet ist und dass sich die Strukturierung (16) über zumindest die halbe Länge der Bohrung erstreckt.
Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangskanal (15) in seinem stromauf liegenden Endbereich (15b) eine glatte, strukturierungsfreie Innenwandung aufweist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (12) von einer geraden Bohrung gebildet ist.
Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (12) koaxial zum Ausgangskanal (15) angeordnet ist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (12) über einen Verbindungskanal (14) mit dem Ausgangskanal (15) verbunden ist.
Düse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (14) einen kleineren Querschnitt als der Gasraum (12) aufweist.
Düse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (14) koaxial zum Ausgangskanal (15) angeordnet ist.
Düse nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gasraum (12) und dem Verbindungskanal (14) ein konischer Verjüngungsabschnitt (17) angeordnet ist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (13) in dem Ausgangskanal (15) mündet.
Düse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (13) in dem stromauf liegenden Endbereich (15b) des Ausgangskanals (15) in diesen mündet.
Düse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (13) unmittelbar am stromauf liegenden Ende des Ausgangskanals (15) in diesem mündet.