DE10217927A1

DE10217927A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Aerosolen und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung

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Publication number: DE10217927A1
Application number: DE10217927A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: DE10217927B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Erzeugen von Aerosolen, bei dem ein Medium, vorzugsweise Öl, durch ein Gas, vorzugsweise Luft, mittels Verwirbelungsdüsen zu einem Aerosol verwirbelt wird und bei dem der Druck in einem das Aerosol enthaltenden Druckbehälter (1) als Differenzdruck zum Druck der zugeleiteten Druckluft überwacht wird, ist ein Register (4) hinsichtlich ihres Durchsatzvolumens abgestufter Verwirbelungsdüsen (5) vorgesehen, die nach Maßgabe des Meßsignals einer Differenzdruck-Fühlvorrichtung (22) über den einzelnen Verwirbelungsdüsen zugeordnete, von einer Steuereinheit (18) beaufschlagbare Ventile (21) unabhängig voneinander zu- und abschaltbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen von Aerosolen, in der ein flüssiges Medium, vorzugsweise Öl, durch ein Gas, vorzugsweise Luft, mittels einer Verwirbelungsdüse zu einem Aerosol verwirbelt wird, mit einem das Medium, das Aerosol und die Düse enthaltenden Druckbehälter, einer Differenzdruck-Fühlvorrichtung, die den Unterschied zwischen dem Druck im Druckbehälter und dem Druck der zugeführten Druckluft fühlt, und mit einer Steuervorrichtung, die zumindest die Zufuhr von Druckluft zur Düse nach Maßgabe des Meßwertes der Differenzdruck-Fühlvorrichtung verändert.
Bisher sind derartige Vorrichtungen so ausgeführt worden, daß der für ein ausreichendes Verwirbeln des Öls erforderliche Mindest-Differenzdruck an einer Diffenzdruck-Fühlvorrichtung eingestellt worden ist, die bei Unterschreiten dieses Mindest-Differenzdruckes das Einstellen des Erzeugens von Aerosol durch Einstellen der Zufuhr von Druckluft bewirkt hat. Dies dient einer Selbstregulierung der Aerosolvorrichtung, indem sie das Erzeugen von Aerosol einstellt, wenn bei keiner oder zu geringer Entnahme von Aerosol der Druck im Aerosol-Druckbehälter steigt.
Insbesondere dann, wenn die Druckluftversorgung aus einem Netz erfolgt, aus dem auch andere Verbraucher wechselnde Mengen von Druckluft entnehmen und der Versorgungsdruck daher häufig abrupt schwankt, hat diese Anordnung jedoch zur Folge, daß die Differenzdruck- Fühlvorrichtung die Aerosolerzeugung nicht ausregeln kann und diese instabil wird. So hat sich gezeigt, daß der Behälterinnendruck bei geringen Entnahmevolumina um etwa 1,5 bar schwanken kann, so daß er zwischen 2,5 bar und 4 bar liegen kann. Um die gleiche Spanne schwankt aber die einem Verbraucher allein durch diesen Innendruck zugeführte Aerosolmenge.
Es ist daher schon ein Aerosolgerät vorgeschlagen worden (DE 101 39 950 A1), das eine Steuervorrichtung mit einer Differenzdruck-Fühlvorrichtung aufweist, die die Druckdifferenz zwischen der Druckluftzuleitung und dem Innern des Druckbehälters abtastet und in Abhängigkeit von der gefühlten Druckdifferenz die Zufuhr von Druckluft und/oder von Medium zu der Verwirbelungsdüse im Sinne eines Anpassens der Erzeugung von Aerosol an den Bedarf verändert. Hierfür sind steuerbare Drosseln sowohl für die Druckluft als auch für das Medium in deren Zuleitungen vorgesehen.
Es wird also nicht nur die Zufuhr von Druckluft verändert, durch die der Innendruck des Druckbehälters und die Druckdifferenz zwischen der Druckluftzuleitung und diesem Innendruck in etwa gleich gehalten wird, sondern es wird auch die Erzeugung von Aerosol durch Anpassen der Zufuhr von Medium an eine veränderte Zufuhr von Druckluft angepaßt und in dem optimalen Verhältnis gehalten.
Der Bedarf an Aerosol schwankt je nach Betrieb der Aerosol entnehmenden Verbraucher. Wenn kein Aerosol entnommen wird, steigt der Druck im Druckbehälter an bzw. die Druckdifferenz zwischen zugeführter Druckluft und Innendruck des Druckbehälters sinkt ab.
Die optimale Versprühwirkung einer Verwirbelungsdüse, bei der Aerosol mit minimaler Teilchengröße erzeugt wird, hängt von der Bauart der Verwirbelungsdüsen ab und wird bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit der Verwirbelungsluft bzw. bei einen bestimmten Luftdurchsatz erreicht. Im vorliegenden Falle arbeitet die Verwirbelungsdüse gegen den Innendruck des Druckbehälters, der Luftdurchsatz wird daher von der Druckdifferenz zwischen zugeführter Druckluft und Innendruck des Druckbehälters bestimmt, ändert sich also mit dieser Druckdifferenz. Es hat sich gezeigt, daß bei der beschriebenen Vorrichtung, insbesondere bei stark schwankender Entnahme von Aerosol, die Verwirbelungsdüse sehr oft nicht in ihrem optimalen Bereich, also bspw. bei einer Druckdifferenz von etwa 2 bar arbeitet. Das führt dazu, daß das erzeugte Aerosol nicht die angestrebte, geringe Teilchengröße aufweist und sich daher auf dem Weg zur Einsatzstelle zum Teil entmischt. Das hat zur Folge, daß sich Medium in den Leitungen niederschlägt, in Leitungssenken die Strömung des Aerosols absperrende Mediumstopfen bildet und an der Einsatzstelle nicht oder nicht in der erforderlichen Menge zur Verfügung steht.
Der Erfindung war demgemäß die Aufgabe gestellt, eine Möglichkeit anzugeben, mit der in allen Betriebsbedingungen des Aerosolgerätes optimales Aerosol erzeugbar ist. Sie löst diese Aufgabe dadurch, daß sie ein Register hinsichtlich ihres optimalen Durchsatzvolumens abgestufter, unabhängig voneinander einzeln oder gemeinsam betreibbarer Verwirbelungsdüsen vorsieht und die ungedrosselte Beaufschlagung der Verwirbelungsdüsen mit Druckluft durch Ventile steuert. Damit wird der Vorteil erreicht, daß

- über die Steuervorrichtung jeweils nur diejenige Verwirbelungsdüse oder -düsen in Betrieb setzbar ist/sind, durch deren Durchsatzvolumen der angestrebte Innendruck im Druckbehälter auch bei wechselnder Entnahme von Aerosol aufrecht erhalten wird, die Verwirbelungsdüsen also stets bei zumindest annähernd optimaler Druckdifferenz arbeiten,
- die Verwirbelungsdüsen stets mit dem vollen Versorgungsdruck der Druckluft beaufschlagt werden und demgemäß stets in ihrem optimalen Arbeitsbereich arbeiten und optimales Aerosol mit geringster Teilchengröße erzeugen.

Die Figur der Zeichnung zeigt das Schaltbild der Aerosolvorrichtung.
Kernstück der Vorrichtung zum Erzeugen von Aerosol ist ein Aerosol-Druckbehälter 1, der bis zu einer gewissen Höhe mit dem flüssigen Medium 2, vorzugsweise Öl, gefüllt ist, aus der das Aerosol hergestellt werden soll. In dem Raum 3 über dem Flüssigkeitsspiegel ist erfindungsgemäß ein Register 4 von Verwirbelung-(Venturi-, Injektor-)düsen 5 angeordnet, in denen unter Zufuhr von Druckgas, vorzugsweise Druckluft, das Medium zu feinen Tröpfchen verwirbelt wird, die vom Druckgas getragen werden und das Aerosol bilden. Im dargestellten Beispiel besteht das Register 4 aus fünf Verwirbelungsdüsen 5 - es versteht sich, daß es auch aus weniger oder mehr Düsen bestehen kann.
Der Aerosol-Druckbehälter 1 kann einen Füllstandsfühler 6 aufweisen, der bei einem Absinken des Medium-Spiegels im Druckbehälter über eine Steuervorrichtung 7 einen Motor 8 einschaltet, der über eine Pumpe 9 Medium aus einem Vorratsbehälter 10 in den Druckbehälter fördert.
Das Register 4 von Verwirbelungsdüsen 5 besteht aus Düsen unterschiedlichen, auf den optimalen Arbeitspunkt der Düsen bezogenen Nenn-Durchsatzvolumens. Die Nenn-Durchsatzvolumina der Düsen entsprechen vorzugsweise einer geometrischen Folge, sie stehen bspw. im Verhältnis 1 : 2 : 4 : 8 : 16. Mit diesem Register 4 von Verwirbelungsdüsen 5 können durch Zu- oder Abschalten von Düsen 31 Stufen von Erzeugungsvolumina des Aerosols eingestellt werden.
Das Medium wird aus dem Aerosol-Druckbehälter 1 über eine Zuleitung 11, in der ein Durchflußmesser 12 angeordnet sein kann, durch die Injektorwirkung der Verwirbelungsdüsen 5 in der jeweils benötigten Menge angesaugt. Der Zufluß von Medium wird also in der Regel nicht gedrosselt, die Verwirbelungsdüsen saugen die für ihre Verwirbelungsarbeit optimale Mediummenge selbst und selbstregulierend an.
Die benötigte Druckluft kann von einer Druckquelle 15 über eine Druckluftleitung 16 zugeführt werden, die hier durch einen Motor 13 und eine Pumpe 14 angedeutet ist. Meist ist jedoch ein Druckluftnetz vorhanden, aus dem die Aerosolvorrichtung gespeist wird.
Eine Steuervorrichtung 17 enthält eine Steuereinheit 18, mittels der über Steuerleitungen 19 eine Batterie 20 gesonderter und getrennt steuerbarer, gleichartiger 2/2-Wegeventile 21 beaufschlagbar ist. Die Steuereinheit 18 wird ihrerseits von einer Differenzdruck-Vorrichtung 22 beaufschlagt, die über Leitungen 23 mit einem mit dem Inneren des Druckbehälters 1 in Verbindung stehenden Druckfühler 24 und einem mit der Druckluftleitung 16 in Verbindung stehenden Druckfühler 25 verbunden ist. Die Steuereinheit 18 enthält einen Steuerungs- Algorithmus, mittels dessen aus dem Meßsignal der Differenzdruck-Vorrichtung 22, also der Druckdifferenz zwischen der Druckluftleitung 16 und dem Druckbehälter 1 diejenige Zusammenstellung in ihrem optimalen Arbeitsbereich wirksamer Verwirbelungsdüsen 5 ermittelt und über die 2/2-Wegeventile 21 angesteuert werden, mittels denen der Innendruck im Druckbehälter auch bei wechselnder Entnahme von Aerosol auf dem angestrebten Niveau gehalten werden kann. Die Zufuhr von Druckluft zu den Düsen 5 erfolgt ungedrosselt, sie werden also stets mit dem vollen, optimalen Druck beaufschlagt, so daß sie stets in ihrem optimalen Arbeitsbereich wirksam sind.
Das erzeugte Aerosol steht im Aerosol-Druckbehälter 1 über dem Flüssigkeitsspiegel unter Druck zum Einsatz zur Verfügung, bspw. zum Schmieren und Kühlen von spanenden Werkzeugen in Dreh- oder Fräsmaschinen. Es kann über eine oder mehrere Entnahmeleitungen 26 abgeführt werden. Den Entnahmeleitungen 26 sind gitterkorbartige Abscheidevorrichtungen 27 vorgeschaltet, in denen zu große Aerosolpartikel abgeschieden werden.
Wenn der Steuereinheit 18 der Steuervorrichtung 17 von der Differenzdruck-Vorrichtung 22 ein Ansteigen des Innendruckes im Druckbehälter 1 über den vorgesehenen Sollwert oder ein Unterschreiten der Mindest-Druckdifferenz gemeldet wird, paßt sie den Betrieb der Verwirbelungdüsen 5 durch Umsteuern der 2/2-Wegeventile 21 über die Leitungen 19 an. So schaltet sie bspw. bei ansteigendem Druck im Druckbehälter 1 Verwirbelungdüsen 5 ab oder geht vom Betrieb von Verwirbelungdüsen mit größerem Durchsatzvolumen auf solche geringeren Durchsatzvolumens über oder umgekehrt. Dadurch kann eine Erzeugung von Aerosol möglichst gleichbleibender Sättigung und gleichbleibender, geringer Teilchengröße bei möglichst konstantem Innendruck des Druckbehälters erreicht werden.
Wie erwähnt, arbeiten die Düsen 5 stets mit optimalem Durchsatz von Medium. Wenn hierbei eine Aerosol-Konzentration entsteht, die für bestimmte Anwendungsfälle zu hoch ist, kann den Entnahmeleitungen 26 aerosolfreie Zusatzluft zugeführt werden, durch die die Aerosol- Konzentration herabgesetzt wird.
Hierfür ist eine Einrichtung 28 zum steuerbaren Zuführen von Druckluft vorgesehen, die Ventile 29 und Drosseln 30 sowie eine Steuervorrichtung 31 umfaßt. Über eine von der Druckluftzuleitung 16 ausgehende Zweigleitung 32 wird den - im vorliegenden Falle drei - in Teilleitungen 33 parallel liegenden Ventilen 29 und den mit ihnen jeweils in Reihe liegenden drei Drosseln 30 Druckluft zugeführt. Die Drosselwirkung der drei Drosseln 30 ist abgestuft. An der Steuervorrichtung 31 kann eingestellt werden, welcher Volumenstrom aerosolfreier Zusatzluft den Entnahmeleitungen 26 zugeführt werden soll, die Steuervorrichtung beaufschlagt dementsprechend eines oder mehrere der Ventile 29 und öffnet damit den mengenspezifischen Zustrom von Druckluft über eine oder mehrere der Teilleitungen 33. Stromab der Drosseln 30 vereinigen sich die Teilleitungen 33 wieder und damit die Teilströme und fließen durch Zweigleitungen 34 zu den Entnahmeleitungen 26.
Es versteht sich, daß ein Herabsetzen der Mediumkonzentration im Aerosol anstelle des Beimischens von Luft auch dadurch erreicht werden kann, daß das Ansaugen von Medium über die Düsen mittels in deren Zuleitung eingeschalteter, verstellbarer oder zu- und abschaltbarer Drosseln vermindert und das Aerosol dadurch abgemagert werden kann. Auch eine Kombination des Beimischens von Luft und der Drosselung der Mediumzufuhr zu diesem Zweck ist möglich. Bezugszahlenliste 1 Aerosol-Druckbehälter
2 Medium (Öl)
3 Raum in 1
4 Register von Verwirbelungsdüsen
5 Verwirbelungsdüsen
6 Füllstandsfühler
7 Steuervorrichtung
8 Motor
9 Pumpe
10 Vorratsbehälter
11 Zuleitung
12 Durchflußmesser
13 Motor
14 Pumpe
15 Druckquelle
16 Druckluftleitung
17 Steuervorrichtung
19 Steuerleitungen
20 Batterie von Wegeventilen
21 Wegeventile
22 Differenzdruck-Vorrichtung
23 Leitungen
24, 25 Druckfühler
26 Entnahmeleitungen
27 Abscheidevorrichtungen
28 Einrichtung zum Zuführen von Druckluft
29 Ventile
30 Drosseln
31 Steuervorrichtung
32 Zweigleitung
33 Teilleitungen
34 Zweigleitungen

Claims

1. Einrichtung zum Erzeugen von Aerosolen, in der ein flüssiges Medium, vorzugsweise Öl, durch ein Gas, vorzugsweise Luft, mittels einer Verwirbelungsdüse (5) zu einem Aerosol verwirbelt wird, mit einem das Medium, das Aerosol und die Düse enthaltenden Druckbehälter (1), einer Differenzdruck-Fühlvorrichtung (22), die den Unterschied zwischen dem Druck im Druckbehälter und dem Druck der zugeleiteten Druckluft fühlt, und mit einer Steuervorrichtung (17), die zumindest die Zufuhr von Druckluft zur Düse nach Maßgabe des Meßwertes der Differenzdruck-Fühlvorrichtung verändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (17) eine Batterie (20) von unabhängig voneinander ansteuerbaren Ventilen (21) aufweist und im Druckbehälter (1) angeordnet ist, wobei jeder Verwirbelungsdüse ein steuerbaren Ventil zugeordnet ist.

2. Einrichtung zum Erzeugen von Aerosolen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nenn-Durchsatzvolumina der Verwirbelungsdüsen (5) gemäß einer geometrischen Folge abgestuft sind.

3. Einrichtung zum Erzeugen von Aerosolen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Druckluft den Verwirbelungsdüse (5) ungedrosselt zugeführt wird.

4. Einrichtung zum Erzeugen von Aerosolen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (28) zum wahlweisen Zuführen von aerosolfreier Zusatzluft zu den Entnahmeleitungen (26) der Einrichtung vorgesehen ist.

5. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung zum Erzeugen von Aerosolen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen schwankender Volumina von Aerosol diese Erzeugung nach Maßgabe der Druckdifferenz zwischen der zugeleiteten Druckluft und dem Innendruck des Aerosolbehälters auf eine oder mehrere einer Mehrzahl von Verwirbelungsdüsen mit abgestuften Nenn-Durchsatzvolumina verteilt wird.