DE2129665C3

DE2129665C3 - Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit einem piezoelektrisch angeregten Schwingungssystem

Info

Publication number: DE2129665C3
Application number: DE2129665A
Authority: DE
Inventors: Max Dr.Rer.Nat. 8000 Muenchen Guntersdorfer; Walter Prof. Dr.Rer.Nat. 8011 Neukeferloh Heywang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1971-06-15
Publication date: 1981-02-12
Also published as: DE2129665A1; DE2129665B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein wie im Oberbegriff erwähntes Schwingungssystem für die Verwendung als Zerstäuber für Flüssigkeiten ist in der DE-PS 20 32 433 beschrieben. Ein anderes piezoelektrisch angeregtes Schwingungssystem, das sich in der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwenden läßt, ist in der DE-PS 13 03 171 beschrieben. Bei diesem Schwingungssystem erfolgt eine Anregung des Koppelschwingers jedoch zu Longitudinalschwingungen anstelle von Biegeschwingungen wie beim Schwingungssystem nach der PS ^w 32 433. Noch ein weiteres Schwingungssystem für Flüssigkeitszerstäubung, das mit Hilfe eines piezoelektrischen Wandlers anzuregen ist, ist aus der US-PS 03 310 bekannt. Bei diesem zur Zerstäubung vorgesehenen Schwingungssystem ist ein besonderer Schirm für ^w die Flüssigkeitszufuhr vorhanden.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, das beschriebene Schwingungssystem nach einem betriebsbedingten Aussetzen der Schwingung möglichst schnell wieder in den Zustand zu ^b0 versetzen, der ein erneutes Anschwingen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei der im Oberbegriff des Patentanspruches I angegebenen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst. ^M

Die Erfindung wird in der Beschreibung der Figuren eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt und erläutert.

F i g, 1 zeigt ein verwendetes Schwingungssystem nach dem DE-Patent 20 32 433;

F i g. 2 zeigt die Vorrichtung mit dem Schwingungssystem und die Fördervorrichtung für die zu zerstäubende Flüssigkeit;

F ί g, 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit Selbsterregung für das Schwingungssystem und mit der Steuereinrichtung zur Steuerung der Tätigkeit der Fördervorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein im Prinzip in dem obengenannten älteren Patent bereits beschriebenes Schwingungssystem mit einem Koppelschwinger, der im wesentlichen aus dem Wandler 1, bestehend aus einer piezoelektrischen Keramik, und dem Kegelstumpf 5 gebildet ist An der stumpfen Spitze des Kegelstumpfes 5 ist die gekoppelte zweite Platte 4 befestigt. Auf der Oberfläche 41 der Platte 4 wird die Flüssigkeit zerstäubt Die Keramik des Wandlers 1 ist in Richtung der Dicke des Wandlers polarisiert.

Auf dem Wandler 1 sind zwei Elektroden vorgesehen, und zwar eine kreisförmige Elektrode 221 in der Mitte und darum herum eine ringförmige Elektrode 121. Die Gegenelektrode wird durch die Fläche zwischen dem Kegelstumpf 5 und dem Wandler gebildet Mit 11 sind die Anschlüsse für die Elektrode 121 und die Gegenelektrode und mit Ul ist der Anschluß für die Elektrode 221 bezeichnet Der Anschluß 11 dient zur Zuführung der Wechselspannung, mit der das Schwingungssystem angeregt werden soll. Zwischen der Elektrode 221 und der Gegenelektrode kann eine Rückkopplungsspannung abgegriffen werden. Für den Betrieb der Selbsterregung soll die Rückkopplungsspannung bevorzugt phasenentgegengesetzt der an den Anschlüssen 11 anliegenden Spannung sein. Diese Phasendrehung um 180° kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die piezoelektrische Keramik im Bereich der Elektrode 221 einerseits und im Bereich der Elektrode 121 andererseits zueinander entgegengesetzt gerichtet polarisiert ist.

Anstelle des in Fig. 1 dargesteKicn Schwingungssystems kann auch ein solches verwendet werden, bei dem anstelle des Kegelstumpfes 5, wie oben erwähnt, eine Platte mit einem Steg vorgesehen ist. Dabei hat die Platte im wesentlichen den Durchmesser des Wandlers 1 und der Steg einen demgegenüber wesentlich kleineren Durchmesser. Mittels des Steges wird die Koppelverbindung zwischen dieser Platte und der Platte 4 hergestellt.

Fi g. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Flüssigkeitszerstäubung mit einem, wie in F i g. 1 dargestellten Schwingungssystem. Mit 70 ist ein Trog für die Flüssigkeit 75 bezeichnet. Aus diesem Trog wird Flüssigkeit mittels Her Fördervorrichtung 73 auf die Oberfläche 41 der Platte 4 des Schwingungssystems mit dem Konus 5 und dem Wandler 1 zugeführt. Zur Steuerung der Flüssigkeitszufuhr ist eine Steuereinrichtung 71 funktionell zwischen dem Schwingungssystem und der Fördervorrichtung 73 eingeschaltet. Die Steuervorrichtung ist derart ausgebildet, daß die die Tätigkeit der Fördervor* richtung 73 bei Abbrechen der Schwingungsbewegung des Schwingungssystems oder schon bei Verringerung der Schwingungsamplitude und daraus folgender Verkleinerung der Amplitude der Rückkopplungsspannung infolge übermäßiger Flüssigkeitszufuhr auf die Oberfläche 41 unterbricht. Es ist vorgesehen, daß die Unterbrechung so lange anhält, bis die übermäßige Beladung der Oberfläche 41 mit Flüssigkeit beseitigt ist.

Zur Beseitigung übermäßiger Flüssigkeitsmenge auf

der Oberfläche 41 sind gemäß Weiterbildungen der Erfindungen spezielle Maßnahmen vorgesehen. Insbesondere wird die Oberfläche 41 bzw. das gesamte erfindungsgemäße Schwingungssystem in einer zur Schwerkraftrichtung geneigten Richtung angeordnet '> Dies begünstigt ein Ablaufen der Flüssigkeit von der Oberfläche 41. Um insbesondere bei Flüssigkeiten mit relativ großer Kohäsion und/oder Adhäsion dieses Ablaufen zu begünstigen, wird ein Vorsprung in der Nähe des Randes der Oberfläche 41 der Platte 4 in vorgesehen. Sobald die überhängende Flüssigkeit diesen Vorsprung erreicht, wird sie an diesem abgeleitet Als besonders günstig hat sich die Verwendung eines Dochtes 77 als wie eben beschriebener Vorsprung erwiesen. Vorzugsweise sind die Elektroden des ι ^ Schwingungssystems mit einem elektrisch isolierenden, vorzugsweise feuchtebeständigen Überzug versehen.

Mit der Erfindung tritt bei einem piezoelektrisch angeregten Schwingungssystem noch ein weiterer Vorteil auf, der darin besteht, daß durch die infolge der Anregungsenergie und der mechanischen Schwingungsveriuste auftretende Erwärmung des Schwingungssystems ein Abdampfen, insbesondere übermäßiger Flüssigkeitsmenge von der Oberfläche 41 erfolgt Dieses Abdampfen tritt vorteilhafterweise dann besonders hervor, wenn die Flüssigkeitszufuhr bereits unterbrochen ist und die sonst ständige Kühlung des Schwingungssystems durch neuzugeführte Flüssigkeit ausbleibt.

Fig.3 zeigt eine Schaltungsanordnung für die Erzeugung einer selbsterregten Wechselspannung, wobei die Selbsterregung durch Rückkopplung von der erwähnten dritten Elektrode 221 des Schwingungssystems, z. B. eines Schwingungssystems nach F i g. 1, bzw. in der Vorrichtung nach F i g. 2, gesteuert ist

In dem gestrichelt umrahmten Teil der Schaltungsanordnung nach Fig.3 ist der Schcltungsteil 71 zur Steuerung der Fördervorrichtung 73 wiedergegeben.

Die am Emitterwiderstand 87 des Transistors 84 anliegende Rückopplungsspannung wird mit Hilfe der Diode 91 gleichgerichtet und erzeugt eine Gleichspannung am Kondensator 92. Solange diese Spannung kleiner ist als die Betriebsspannung 93 ist der Transistor 94 leitend, so daß an den Klemmen 95 und 96 keine Spannung anliegt Steigt die an 92 anliegende Gleichspannung auf den Wert der Batteriespannung, so wird der Transistor '94 sperrend und 95 und 96 liegen auf verschiedem Potential. Es hat sir-*; gezeigt, daß im Normalzustand der Zerstäubung am Widerstand 87 eine Amplitude auftritt, die der Batteriespannung entspricht, bei übergelaufenem Schwinger sinkt die Spannung dagegen auf etwa ³U ihres normalen Wertes ab. Schließt man an die Klemmen 95 und 96 die Vorrichtung 74 an, so erfolgt die Regelung gerade in der vorgesehenen Weise.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Betrieb eines zum Zerstäuben von Flüssigkeiten verwendeten, mit einer elektrischen Wechselspannung in Resonanz zu erregenden piezoelektrischen Schwingungssystems mit Amplitudentransformation, das aus einem Koppelschwinger mit einem piezoelektrischen Wandler und einer zu Biegeschwingungen anzuregenden, die Zerstäubung bewirkenden Platte besteht, dadurch "» gekennzeichnet, daß zum Aufbringen der zu zerstäubenden Flüssigkeit auf die Oberfläche (41) der gekoppelten Platte (4) des Schwingungssystems eine Fördervorrichtung (73) vorgesehen ist und daß eine Steuereinrichtung (71) funktionell zwischen- ^|S dem Schwingungssystem und der Fördervorrichtung (73) vorgesehen ist, die bei Abbrechen der Schwingungsbewegung des Schwingungssystems infolge übermäßiger Flüssigkeitszufuhr die Tätigkeit der Fördervorrichtung unterbricht, bis die Schwingung des fortlaufend elektrisch angeregten Schwingungssystems wieder einsetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Zerstäubung bestimmte Oberfläche (41) der gekoppelten Platte (4) zur ^ Schwerkraftrichtung geneigt angeordnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in geringem Abstand dem Rand der für die Zerstäubung bestimmten Oberfläche (91) der gekoppelten Platte (4) eine die übermäßige ^M Menge Flüssigkeit ableitende Vorrichtung zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung ein Docht (77) ist

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