EP1718414A1 - Gerät und anordnung zum vertropfen von flüssigkeiten unterschiedlicher viskosität - Google Patents
Gerät und anordnung zum vertropfen von flüssigkeiten unterschiedlicher viskositätInfo
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- EP1718414A1 EP1718414A1 EP05743578A EP05743578A EP1718414A1 EP 1718414 A1 EP1718414 A1 EP 1718414A1 EP 05743578 A EP05743578 A EP 05743578A EP 05743578 A EP05743578 A EP 05743578A EP 1718414 A1 EP1718414 A1 EP 1718414A1
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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
- 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
- B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
- B05B7/06—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane
- B05B7/062—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane with only one liquid outlet and at least one gas outlet
- B05B7/066—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane with only one liquid outlet and at least one gas outlet with an inner liquid outlet surrounded by at least one annular gas outlet
-
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- 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
- B05B7/24—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 with means, e.g. a container, for supplying liquid or other fluent material to a discharge device
- B05B7/2489—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 with means, e.g. a container, for supplying liquid or other fluent material to a discharge device an atomising fluid, e.g. a gas, being supplied to the discharge device
- B05B7/2494—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 with means, e.g. a container, for supplying liquid or other fluent material to a discharge device an atomising fluid, e.g. a gas, being supplied to the discharge device a liquid being supplied from a pressurized or compressible container to the discharge device
Definitions
- the invention relates to a device by means of which drops can be generated from liquids of different viscosities.
- drops can be generated from liquids of different viscosities.
- At the heart of this arrangement are air nozzles of various types with no moving parts. Due to its modular structure, the apparatus can be rubbed with each of the nozzles and different individual components as required, which guarantees maximum flexibility.
- the jet is resolved by centrifugal forces or by resonance vibrations, in the second by the axial action of additional, usually gaseous media.
- additional, usually gaseous media in the first category, the jet is resolved by centrifugal forces or by resonance vibrations, in the second by the axial action of additional, usually gaseous media.
- the present invention joins the second group.
- the invention is based on the object of describing a device which, due to its modular structure, is able for the first time without the above. Disadvantages from liquids of different viscosities to produce drops in a wide range with a narrow distribution.
- the individual components and the devices for droplet generation are matched to one another in such a way that they can be exchanged within the arrangement.
- the device or the arrangement is divided into two sections of the nozzle, which can be of different types and the periphery with additional control components which serve to supply media and control the nozzle.
- FIG. 1 and 2 show different types of nozzles, all of which can be used in the device with appropriate peripherals. They consist for example of stainless steel, another metal or plastics that can be processed accordingly and / or a combination of metals and plastics.
- Fig. 4a, FIG. 4b, and FIG. 5 show several arrangements of additional components of the device which serve to supply media and to control the nozzles.
- 3 shows the measuring tube in detail, with the aid of which air flows are measured in the interior of the arrangement.
- Fig. 1 shows a so-called two-component nozzle.
- the principle of operation of this nozzle is known from the literature. According to the invention, however, it was modified so that an extremely precise adjustment of the central capillary is possible. In this way, an extremely narrow size distribution of the drops is achieved.
- the nozzle works as follows: The material to be dripped is pressed through a centrally arranged capillary, which creates a liquid jet at the lower end of the nozzle. Before this, the adjusting screw D ⁇ e capillary outlet opening in relation to the nozzle body (part A) and fixed with the locking ring C. The capillary is centered using the 3 centering screws.
- the periphery belonging to this nozzle is matched to the nozzle and is shown in FIG. 4a.
- a regulating and control device which contains a pressure regulating valve DR, a manometer and a shut-off valve BV, we pressurize a storage container.
- This container contains the liquid material to be dripped. Due to the pressure, the liquid is pressed through the capillary of the nozzle.
- the air flow that controls the tear-off at the capillary is set with the control valve RV and measured with the measuring tube from FIG. 3.
- a cross-sectional constriction creates a pressure difference that depends on the air flow that flows through the tube. This pressure difference is recorded by a differential pressure measuring device, which is connected to the two measuring sockets of the pipe.
- the liquid flow coming from the storage container can also be pulsed, as shown in FIG. 4b.
- This is achieved by means of a valve interposed in the supply line (normal state open) that is controlled by a frequency generator. In this way a clean droplet tear-off is achieved with media with an unfavorable surface tension.
- the nozzle shown in FIG. 2 is used in the arrangement, it is possible to generate drops that have a second inside, but not with the drops contain miscible liquid.
- This principle of operation is also described several times in the literature. Due to the modifications according to the invention and the overall structure which is derived from the nozzle from FIG. 1, the nozzle gains reliability and flexibility.
- the nozzle body A from FIG. 1 was changed so that it forms a tube in its front part, inside which the capillary is located.
- a further part G was placed into which the air is blown in via F, which controls the tear-off as in FIG. 1. If the first liquid is pressed through the capillary and the second liquid is formed through the hose connection to part A, drops with the second liquid inside the outlet openings of the two concentric tubes.
- the device on which this invention is based must be expanded by a second pressure vessel and a second control and stereoscopic device compared to the arrangement described in FIG. 4a.
- This new structure is shown in FIG. 5.
- the functioning of the individual parts corresponds to that of Fig. 4a.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät mit dessen Hilfe Tropfen aus Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität erzeugt werden können. Kernstück dieser Anordnung sind Luftdüsen verschiedener Bauart ohne bewegte Teile. Durch seinen modularen Aufbau kann die Apparatur je nach Bedarf mit jeder der Düsen und unterschiedlichen Einzelkomponenten berieben werden was eine maximale Flexibilität gewährleistet.
Description
Gerät und Anordnung zum Vertropfen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät mit dessen Hilfe Tropfen aus Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität erzeugt werden können. Kernstück dieser Ano rdnung sind Luftdüsen verschiedener Bauart ohne bewegte Teile. Durch seinen modularen Aufbau kann die Apparatur je nach Bedarf mit jeder der Düsen und unterschiedlichen Einzelkomponenten berieben werden was eine maximale Flexibilität gewährleistet.
In der technologischen Praxis ist es häufig erforderlich, Einzeltropfen aus verschi edenen Flüssigkeiten zu erzeugen. Die einfachste und verbreitetste Methode dies zu erreichen, ist das Versprühen mittels geeigneter Düsen. Solche Düsen werden in einer sehr großen konstruktiven Vielfalt kommerziell angeboten. Die Palette reicht vom einfachen Brausenkopf oder Rasensprenger bis hin zu den Hightech Entwicklungen aus den Bereichen Maschinenbau oder Farben und Lacke. Alle diese Systeme sind so konstruiert, das sie einen Sprühnebel oder zum indest einen Sprühstrahl erzeugen, der aus unzähligen Tropfen besteht, die jedoch einzeln weder beeinflussbar noch näher definierbar sind.
Will man jedoch genau definierte Tropfen erzeugen, um auf diese Weise durch chemisches oder physikalisches Aushärten sphärische Partikel zu erhalten, sind die o.g. Systeme aufgrund ihrer Ungenauigkeit im Hinblich auf die generierten Einzeltropfen unbrauchbar. Für solche Zwecke werden Anordnungen eingesetzt, die in der Lage sind, präzise Flüssigkeitsstrahlen zu erzeugen, die nachträg lich in Einzeltropfen definierter Größen aufgelöst werden.
Bei all diesen Systemen werden die Flüssigkeitsstrahlen durch Pressen der flüssigen Ausgangsstoffe durch Kapillaröffnungen erzeugt. Unterschiede tauchen lediglich bei den Verfahren auf, durch die diese Strahlen in Einzeltropfen zerlegt werden.
Die Methoden hierfür können in zwei große Gruppen unterteilt werden:
1. Verfahren bei denen der Flüssigkeitsstrahl außer seiner axialen auch noch andere Bewegungen wie Rotation oder Schwingung erfährt und 2. Verfahren bei denen der Flüssigkeitsstrahl außer seiner axialen Fließbewegung keine zusätzliche Bewegung erfährt.
Bei der ersten Kategorie wird der Strahl durch Zentrifugalkräfte bzw. durch Resonanzschwingungen aufgelöst, bei der zweiten durch die axiale Einwirkung zusätzlicher in der Regel gasförmiger Medien. Die vorliegende Erfindung reiht sich die zweite Gruppe ein.
In der Fachliteratur findet man an vielen Stellen Systeme, die der Erzeugung von Einzeltropfen aus Flüssigkeiten dienen. Nachfolgend seien nur einige stellvertretend erwähnt.
So beschreiben beispielsweise F. Lim und A. Sun in der Zeitschrift "Science" Band 210, Seiten 908-910, Jahrgang 1980 eine Methode, die Kapillaren verwendet, bei denen der Tropfen über einen Luftstrom abgerissen wird. Man erhält so Kapselgrößen zwischen ca. 200 um und ca. 2 mm mit einer sehr engen Größenverteilung. In dieser Veröffentlichung geht es jedoch in erster Linie um eine Methode zur Verkapselung von Zellen, eine komplette Laborapparatur zur Tropfenerzeugung ist darin nicht enthalten
Ein anderes Verfahren zur Tropfenerzeugung ist jenes, das in der Patentanmeldung DE 3836894 beschrieben wird. Hier werden mehrere Kapillaren in Schwingung versetzt, was zu einem Zerteilen der Flüssigkeitsstrahlen in Einzeltropfen führt. Die erhaltenen Kapseln haben auch hier Durchmesser zwischen ca. 200 um und ca. 2 mm, wobei die Produktivität deutlich höher als bei den o.g. Düsen ist, jedoch bei einer viel breiteren Größenverteilung. Auch erfordert das System bei jeder neuen Anwendung eine Neujustierung.
Alle diese Systeme bedienen sich immer nur einer Vorrichtung zur Tropfenerzeugung, die oft auch bewegte Teile enthält. Dadurch wird die Flexibilität stark eingeschränkt oder der -Aufwand für Wartung und Handhabung steigt.
Ausgehend von dieser Sachlage liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, ein Gerät zu beschreiben, das es aufgrund seines modularen Aufbaus erstmals in der Lage ist, ohne die o.g. Na chteile aus Flüssigkeiten unterschied licher Viskosität Tropfen in einem weiten Großenbereich mit einer engen Verteilung herzustellen. Die einzelnen Komponenten und die Vorrichtungen zur Tro pfenerzeugung sind so aufeinander abg estimmt, dass sie innerhalb der Anordnung ausgetauscht werden können.
Erfindungsgemäß gliedert sich das Gerät oder die Anordnung in zwei Abschnitte der Düse, die unterschiedli cher Bauart sein kann und der Peripherie mit zusätzlichen Steuerungskomponenten, die der Medienversorgung und Ansteuer- ung der Düse dient.
In Fig. 1 und Fig. 2 sind unterschiedliche Typen von Düsen dargestellt, die alle mit entsprechender Peripherie im Gerät eingesetzt werden können. Sie bestehen beispielsweise aus Edelstahl, einem anderen Metall oder Kunststoffen, die entsprechend bearbeitet werden können und/oder aus einer Kombi nation von Metallen und Kunststoffen. Fig . 4a, Fig. 4b, und Fig. 5 zeigen mehrere Anordnungen von Zusatzkomponenten des Gerätes, die der Medienversorgung und der Ansteuerung der Düsen dienen. In Fig. 3 ist das Messrohr im D etail widergegeben, mit dessen Hilfe Luftströme im Inneren der Anordnung gemessen werden.
Fig. 1 zeigt eine sogenannte Zweistoffdüse. Das Funktionsprinzip ieser Düse ist literaturbekannt. Erfindung sgemäß wurde sie jedoch so modifizi ert, dass eine äußerst präzise Justierun der zentralen Kapillare möglich ist. Auf diese Weise wird eine extrem enge Größenverteilung der Tropfen erreicht. Die Düse funktioniert folgendermaßen : Das zu vertropfende Material wird du rch eine zentral angeordnete Kapillare gepresst wodurch am unteren Düsenende ein Flüssigkeitsstrahl entsteht. Zu vor wird mit der Justierschraube D dϊ e Kapillar-
austrittsöffnung in Bezug auf den Düsenkörper (Teil A) eingestellt und mit dem Feststellring C fixiert. Eine Zentrierung der Kapillare wird durch die 3 Zentrierschrauben erreicht. Bläst man über den Zuleitungsstutzen F Luft oder ein anderes Gas in den Düsenkörper wird diese konzentrisch zur Kapilla re am unteren Düsenende austreten, da die Dichtung E den Hohlraum im Inneren des Düsenkörpers nach oben hin verschließt. Dieser Luftstrom bewirkt einen definierten Tropfenabriss wobei die Tropfengroße im umgekehrten Verhältn is zum Luftstrom steht. Durch Herausdrehen von Teil B und Entfernen der Dichtung E erhält man Zugang zum Hohlraum im Inneren des Teils A wodurch die Düse einfach gereinigt werden kann.
Die zu dieser Düse gehörende Peripherie ist auf die Düse abgestimmt u nd in Fig. 4a dargestellt. Über ein Regel- und Steuergerät, das ein Druckregelventil DR, ein Manometer und eine Absperrventil BV enthält wir ein Vorratsbehälter mit Druck beaufschlagt. Dieser Behälter enthält das zu vertropfende flüssige Material. Durch die Druckeinwirkung wird die Flüssigkeit durch die Kapil lare der Düse gepresst. Der Luftstrom, der den Tropfenabriss an der Kapillare steuert wird mit dem Regelventil RV eingestellt und mit dem Messrohr a us Fig. 3 gemessen. Im Inneren des Messrohres wird durch eine Querschnittsverengung ein Druckunterschied erzeugt, der abhängig vom Luftfluss ist, der d as Rohr durchströmt. Dieser Druckunterschied wird von einem Differenzdru ck- messgerät erfasst, das an die beiden Messstutzen des Rohres angeschlossen ist.
Alternativ zu der in 4a beschriebenen Anordnung, die mit einem kontinu ierlichen Flüssigkeitsstrahl arbeitet ist, kann wie in Fig. 4b dargestellt der aus dem Vorratsbehälter kommende Flüssigkeitsstrom auch gepulst werden. Dies wird durch ein in der Zuleitung zwischengeschaltetes Ventil (Normazustand offen) erreicht, das von einem Frequenzgenerator angesteuert wird. Auf diese Weise wird bei Medien mit ungünstiger Oberflächenspannung eine saube rerer Tropfenabriss erreicht.
Verwendet man in der Anordnung die in Fig. 2 dargestellte Düse ist es möglich Tropfen zu erzeugen, die in ihrem Inneren eine zweite, mit den Tropfen nicht
mischbare Flüssigkeit enthalten. Auch dieses Funktionsprinzip ist mehrfach in der Literatur beschrieben. Durch die erfindungsgemäßen Modifikationen und den Gesamtaufbau der aus der Düse aus Fig. 1 abgeleitet ist, gewinnt die Düse an Zuverlässigkeit und Flexibilität. Zu diesem Zweck wurde der Düsenkörper A aus Fig. 1 so verändert, dass er in seinem vorderen Teil ein Rohr bildet in dessen Inneren sich die Kapillare befindet. Um diese beiden konzentrischen Röhren (Kapillare und Teil A) wurde ein weiteres Teil G gelegt in das über F die Luft eingeblasen wird, die den Tropfenabriss wie bei Fig. 1 steuert. Presst man nun durch die Kapillare die erste Flüssigkeit und durch den Schlauchan- schluss an Teil A die zweite Flüssigkeit entstehen an der den Austrittöffnungen der beiden konzentrischen Röhren Tropfen mit der zweiten Flüssigkeit in ihrem Inneren.
Um eine solche Düse ansteuern zu können, muss das Gerät, das dieser Erfindung zu Grunde liegt gegenüber der in Fig. 4a beschriebenen Anordnung um einen zweiten Druckbehälter und ein zweites Regel- und Stergerät erweitert werden. Dieser neue Aufbau ist in Fig. 5 gezeigt. Die Funktionsweise der einzelnen Teile entspricht der aus Fig. 4a.
Claims
1. Gerät zur Erzeugung von Einzeltropfen aus Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität mit austauschbaren Düsen d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zu vertropfende Material aus mindestens einem Behälter mittels Druckluft durch mindestens eine Kapillare im inneren einer Düse gepresst wird und der Tropfenabriss über eine Luftstrom erfolgt, der in der Düse konzentrisch zur Kapillaren geleitet wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, das nach einem Verfahren nach Anspruch 1 arbeitet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dieses eine oder mehrere der folgenden Hauptkomponenten aufweist: - Düse - Vorratsbehälter für das zu vertropfende Material - Regel und Steuergerät für das Beaufschlagen des Vorratsbehälters mit Druckluft - Regel und Steuerelemente zur Regulierung des konzentrischen Luftstroms der in den Düse den Tropfenabriss bewirkt.
3. Gerät nach Anspruch 1 bis 2 d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass dieses gemäß Fig.4a arbeitet und/oder seine Komponenten gemäß Fig.4a angeordnet und/oder miteinander verbunden sind.
4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3 d a d u r c h g e ke n nz e i c h n et , dass dieses gemäß Fig.4b arbeitet und/oder seine Komponenten gemäß Fig.4b angeordnet und/oder miteinander verbunden sind.
5. Gerät nach Anspruch 1 bis 4 d a d u r c h g e ke n n ze i c h n e t , d a s s dieses gemäß Fig.5 arbeitet und/oder seine Komponenten gemäß Fig.5 angeordnet und/oder miteinander verbunden sind.
6. Gerät nach Anspruch 1 bis 5 d a d u rc h g e k e n n z e i c h n et, dass dieses eine Düse enthält, die gemäß Fig.1 arbeitet und/oder deren Komponenten gemäß Fig.1 aufgebaut, angeordnet und/oder miteinander verbunden sind.
7. Gerät nach Anspruch 1 bis 6 d a d u r c h g e ken n z e i c h n et, dass dieses eine Düse enthält, die gemäß Fig.2 arbeitet und/oder deren Komponenten gemäß Fig.2 aufgebaut, angeordnet und/oder miteinander verbunden sind.
8. Gerät nach Anspruch 1 bis 7 d a d u rc h g e ke n n z e i c h n e t, dass dieses ein Messrohr enthält, das gemäß Fig.3 arbeitet und/oder dessen Komponenten gemäß Fig.3 aufgebaut, angeordnet und/oder miteinander verbunden sind.
9. Gerät nach Anspruch 1 bis 8 d a d u r c h g e ke n n z e i c h n et, dass die gebildeten Tropfen chemisch, z. B. durch den Einfluss von Salzen gefällt werden können.
10. Gerät nach Anspruch 1 bis 9 d a d u rc h g e k e n n z e i c h n et, dass die gebildeten Tropfen physikalisch', z.B. durch Temperaturänderung gefällt werden können.
11. Gerät nach Anspruch 1 bis 10 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass die gefällten Tropfen das zu immobilisierende Material enthalten.
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