DE3036721C2 - Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

ίο Aus den deutschen Offenlegungsschriften 20 29 207 und 21 12 984 sowie aus der DE-PS 23 08 584 sind Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber bekannt, auf deren Arbeitsplatte, und zwar insbesondere im Bereich des Randes dieser Platte, die Flüssigkeitszerstäubung durch

ii Ultraschall-Schwingung erfolgt. Diese Flüssigkeitszerstäuber haben eine axiale Bohrung, durch die hindurch die auf der Arbeitsplatte zu zerstäubende Flüssigkeit auf die Oberfläche dieser Arbeitsplatte transportiert wird. Für die Zerstäubung geringer Flüssigkeitsirengen pro Zeiteinheit, d. h. für geringe Zerstäuberleistung, ist diese Art der Flüssigkeitszufuhr durchaus verwendbar. Ganz erhebliche Probleme ergeben sich aber, wenn eine hohe Zerstäuberleistung gefordert wird und entsprechend große Flüssigkeitsmengen pro Zeiieinheit zuzuführen sind. Es tritt dann der Effekt ein. daß die durch die axiale Bohrung des Schwingerkörpers hindurchgedrückte Flüssigkeit aus dem Loch, in dem die Bohrung endet, als Strahl herausgesprttzt wird, statt auf die Oberfläche und insbesondere in den Randbereich der Arbeitsplatte zu

jo gelangen. Dementsprechend unterbleibt dann auch die Zerstäubung.

Die beiden obengenannten Offenlegungsschriften beschreiben Konstruktionen zur Verwendung und zur Anbringung eines Prallkörpers, der das einfache Herausspritzen der zugeführten Flüssigkeit verhindern und diese Flüssigkeit der zerstäubenden Oberfläche zuführen soll. Auch in der DE-OS 22 15 484 ist eine Vorrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit angegeben. Der dort vorgesehene Prallkörper befindet sich aber an einem solchen Ort vor de' Zerstäuberfläche, an dem dieser Prallkörper nicht mehr bewirken kann, daß in den Bereich seiner Aufprallfiäche gelangte, noch unzerstäubte Flüssigkeit vom Zerstäuber noch nachträglich zerstäubt wird. Der dort vorgesehene Prallkörper ist im wesentlichen ein Element zur bloßen Umlenkung zuvor schon der Zerstäubung unterworfen gewesener Flüssigkeit.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung für einen derartigen Flüssigkeitszerstäuber anzugeben, durch die eine unkomplizierte und dennoch zuverlässige Halterung eines dem Prinzip nach bekannten Prallkörpers gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird für einen Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wahlweise mit den Merkmalen der Kennzeichen der Patentansprüche I bzw. 4 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Verbesserung der vorliegenden Erfindung geht

bo von dem Flüssigkeitszerstäuber nach der DE-PS 23 08 584 aus. der in einer Ausführungsform eine axiale Bohrung zur Flüssigkeitszuführung aufweist.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, anhand der Figuren gegebenen Be-Schreibung zu bevorzugten Ausführungsbeispielen hervor.

F i g. 1 zeigt einen bekannten Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber;

F i g. 2 zeigt eine Teildarstellung, teilweise aufgebrochen, teilweise im Schnitt, mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prallkörpers;

Fig.3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung Hl III* in Teilansicht der Bohrung mit darain befindlichem Stiel des Prallkörpers;

Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform für die Befestigung des Prallkörpers im Utraschall-Flüssigkeitszerstäuber;

F i g. 5 zeigt pinen Prallkörper mit Axialbohrung.

F i g. 1 zeigt mit 1 bezeichnet einen bekannten Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber mit einer Bohrung, die nicht nur im Bereich der Arbeitsplatte 4, sondern durch den ganzen kegelförmigen Schwingerkörper 3 und durch das daran befestigte Wandlerelement 2 hindurch axial verläuft Diese Bohrung ist mit 5 bezeichnet Sie endet im Bereich der Arbeitsplatte 4 als Loch 6 in dieser Platte. Das entgegengesetzte andere Ende der Bohrung 5 geht in einen Rohrstutzen 7 über.

F i g. 2 zeigt die Erfindung in wesentlich vergrößerter Darstellung in einer zum Teil aufgebrochenen Teilansicht. Wie dargestellt ist ein erfindungsgemäßer Prallkörper 10 vorgesehen, der vorzugsweise die Form eines Pilzes hat Der Pilzkopf 11 befindet sich oberhalb der Oberfläche der Arbeitsplatte 4. Der Stiel 12 des Pilzes ragt in die Bohrung 5 hinein und ist dort in noch näher zu beschreibender Weise befestigt Im oberen Bereich der Bohrung 5, nämlich dort wo starke Schwingungsbewegungen im Schwinger 3 und der Platte 4 auftreten, ist darauf zu achten, daß sich der Stie! 12 wenigstens zu einem gewissen Ausmaß zentriert in der Bohrung 5 befindet daß aber keine so starke Berührung zwischen dem Stiel 12 und der Innenwandung der Bohrung 5 vorliegt, daß eine wesentliche Bedämpfung des Schwingers 3 und der Arbeitsplatte eintreten kann. Im Bereich des Schwingungsknotens des Schwingers 3 kann dagegen der Stiel 12 mit dem Schwinger 3, z. B. durch eine Verriegelung oder einen Stift fest verbunden sein.

Generell gilt, daß der Querschnitt der Bohrung 5 nicht derart vollständig vom Querschnitt des Pilzstieles 12 ausgefüllt werden darf, so daß noch genügend Flüssigkeit durch die Bohrung hindurchtransportiert werden kann. Der Stiel 12 kann z. B. eine dreikantige Form haben oder entsprechende Längsnuten aufweisen.

Der Rand des Pilzkopfes 11 greift erheblich weit über den Querschnitt der öffnung 6 hinuus. Vorzugsweise ist die Unterfläche 13 des Pilzkopfes derart konkav geformt, wie dies dem Prinzip nach aus der Darstellung der Fig.2 ersichtlich ist. Insbesondere sollte eine Krümmung am Obei^ang zwischen Stiel 12 und Pilzkopf 1 ί derart vorliegen, daß durch die Bohrung 5 am Pilzsi^:el 12 entlang strömende Flüssigkeit beim Auftreffen auf die Unterfläche 13 des Pilzkopfes 11 eine möglichst laminare Strömungsumlenkung radial nach außen erfährt.

Mit der in seiner prinzipiellen Gestaltung in F i g. 2 dargestellten Form der Unterfläche 13 des Pilzkopfes 11 wird bei entsprechender Bemessung noch ein zusätzlicher vorteilhafter Effekt erzielt. Der gesamte ringförmige Querschnitt 13', der für die über die 360° verteilte radiale Strömung unterhalb der Fläche 13 zur Verfügung steht, wird größer bemessen als der entsprechende gesamte ringförmige Querschnitt, der für die gesamte Strömung unterhalb des Außenrandes 14 ' des Pilzkopfes 11 zur Verfügung steht. Diese Bemessung zwingt die radial strömende Flüssigkeit beim Vorbeiströmen an dem Ranc¹ 14 zu höherer Strömungsge-

schwindigkeit, die infolge des Bernoullischen Effekts eine Kraft auf den Pilzkopf 11 einwirken läßt die derjenigen Kraft entgegenwirkt mit der der gespmte Prallkörper 10 durch die Strömung in der Bohrung 5 aus der Bohrung heraus- und von der Arbeitsplatte 4 weggedrängt wird. Diese am Rande 14 auftretende Kraft unterstützt die von der am unteren Ende vorzusehenden Befestigung des Pilzstieles 12 auszuübende Haltekraft Die in der F i g. 2 eingetragenen Pfeile 15 sollen den voranstehend beschriebenen Strömungsweg andeuten.

Mit den abzweigenden Pfeilen 16 ist ein Flüssigkeitsweg angedeutet der durch die Bohrung 5 hindurch und unter dem Pilzkopf 11 hinweg transportierte Flüssigkeit auf die äußere konvexe Oberfläche 17 des Pilzkopfes gelangen läßt Für den (nicht dargestellten) FaIL daß diese äußere Oberfläche des Pilzkopfes 11 wenigstens nahezu eine Ebene wäre oder gar eine konkave Form hätte, ist in Experimenten beobachtet worden, daß sich dort ganz erhebüche Flüssigkeitsmengen ansammeln können, die große Tropfen bil^n. Diese großen Tropfen werden selbstverständlich nicht zerstäubt sondern tropfen ab. Die wie dargestellte konvexe Form der Oberfläche 17 dagegen verhindert das Entstehen eines jeglichen Tropfens auf der Oberfläche 17. Sie läßt äußerstenfalls zu, daß sich ein dünner Flüssigkeitsfilm auf dieser Oberfläche 17 ausbilden kann.

Von ganz besonderem Vorteil ist es, die Oberfläche 17 des Pilzkopfes 11 zusätzlich noch mit meridianen kapillaren Nuten zu versehen. Die Fig.2 zeigt als Beispiel drei solche Nuten 18. Im praktischen Falle ist die gesamte Oberfläche 17 mit solchen kapillaren Nuten versehen. Diese Nuten bewirken eine ständige Zurückführung auf die Oberfläche 17 gelangter Flüssigkeit, die dann doch noch der zerstäubenden Oberfläche der Platte 4 zugeführt wird.

Im weiteren wird die Halterung des Prallkörpers 10 bzw. des Pilzstieles 12 mit ihren Ausführungsvarianten beschrieben.

Es muß sichergestellt sein, daß die in der Bohrung 5 am Pilzstiel 12 entlang strömende Flüssigkeit radial möglichst gleichmäßig verteilt aus dieser Bohrung in den Raum unterhalb der Fläche 13 des Pilzkopfes 11 eintritt, damit auch die Zerstäuberfläche der Arbeitsplatte 4 von vornherein mit möglichst gleichmäßig verteilter Flüssigkeit benetzt wird. Dies bedingt, daß der Stiel 12 insbesondere im oberen Bereich der Bohrung 5 nahe dem Ende der Bohrung möglichst zentriert gehalten wird. Dies kann, wie schon oben angedeutet, durch dreikantige oder mehrkantige Form des Stiels 12, durch Kanülierung oder durch Abstandshalter bewirkt sein, die noch genügenden freien Querschnitt für den Durchfluß bieten.

F i g. 3 zeigt in einer einfachen Darstellung, wie ein dreikantiger Stiel 12' in der Bohrung 5 zentriert gehalten sein kann. Die Anlage der Dreieckskamen an der Innenfläche der Bohrung 5 ist jedoch derart schwach, daß keine wesentliche Bedämpfung des Schwingers 3 und der Arbeitsplatte 4 erfolgt. Es in sogar ohne Nachteil, wenn die Abmessungen des dreikantigen Stiels 12' bezogen auf den Innenquerschnitt der Bohrung 5 so bemessen sind, daß sich der dreikantige Stiel 12', in der Darstdhingsebene der F i g. 3, in der Bohrung 5 hin- und herbewegen kann, da ein noch nicht übermäßiges Ausweichen des Prallkörpers 10 aus dei zentrierten Lage noch keinen wesentlichen Nachteil mit sich bringt, und im übrigen auch die durchströmende Flüssigkeit eine gewisse

zentrierende Wirkung ausübt.

In der Fig.2 ist des weiteren durch die gestricheile Linie 21 auf die Schwingungsknotenebene des Schwingers 3 hingewiesen. In dieser Ebene kann der Stiel 12 fest in der Bohrung 5 gehalten, und z. B. eingeklemmt ■> oder 122 festgestiftet werden. Mit 22 ist auf eine Verdickung des Stiels IZ z. B. eine Vergrößerung der Dreiecksabmessungen des Stiels 12' nach Fig.3 hingewiesen. Mit Kanülierung 222, Nuten, Bohrungen, und dergl. ist Vorkehrung getroffen, daß diese ■< > Halterung 22 keinen zusätzlichen wesentlichen Strömungswiderstand bewirkt.

Eine alternative Befestigungsform zeigt die Fig.4. Dort hat der Prallkörper IO einen Pilzstiel 12, der entweder zusätzlich einen Halterungsdraht oder dergl. ι > hat oder der zu einem Halterungsdraht ausgebildet ist oder in einen solchen übergeht. Der Stiel bzw. Draht 12" geht durch die ganze axiale Bohrung 5 hindurch und ist erst an derem unteren Ende oder — wie dargestellt — erst an dem Rohrstutzen 7 befestigt. Damit ist die -" Befestigung des Prallkörpers 10 zur Verhinderung axialer Bewegungen desselben weit außerhalb des Schwingungsbereiches des Ultraschall-Schwingers gelegt. Dies trägt im übrigen auch zur Dauerhaftigkeit dieser Befestigung bei, ohne daß diese Befestigung besonders kräftig ausgebildet sein müßte. Der Draht 12" kann z. B. axial durch den Kopf 11 hindurchgeführt sein und mit seinem anderen Ende auf der Oberseite des Pilzkopfes 11 durch Anschweißen, Anlöten oder Einklemmen befestigt sein, wie F i g. 4 zeigt.

Wie dargestellt, kann z. B. vorgesehen sein, daß als Klemmverbindung sich die Querschnitte des beispielsweise 3kantigen Endes 22 des Stiels 12' zum Kopf 11 hin, d. h. in Richtung der Strömung, verjüngen und dieses Ende 22 in den sich ebenfalls nach oben hin verjüngenden Konus 55 der Bohrung 5 eingepreßt ist.

Fig. 5 zeigt eine Ausfühiungsform des Prallkörpers 10' mit einem mit Bohrung 5' versehenen, d. h. hohlen Stiel 12*. Dicht unter der Unterseite 13* des Kopfes IΓ ist ein Kranz Löcher 15' für den radialen Austritt der Flüssigkeit vorhanden. Mit HO ist eine kleine Bohrung im Kopf 11' bezeichnet, durch die hindurch der Haltedraht 12' nach Fig.4. Mit der Außenwandung des Stiels 12'" ist dieser in die Bohrung 5 des Schwingers 3 axial gleitend eingepaßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber mit einem Ultraschall-Schwinger, einer Arbeitsplatte, mit einer axialen Bohrung für die Flüssigkeitszufühning auf die Oberfläche der Arbeitsplatte und mit einem Prallkörper zur Umlenkung und Verteilung der zugeführten Flüssigkeit auf der Arbeitsplatte, gekennzeichnet dadurch,

daß der Prallkörper (10) einen Stiel (12) besitzt, der sich in der axialen Bohrung (5) des Schwingers (3) und der Arbeitsplatte (4) befindet und der wenigstens in demjenigen Bereich der axialen Bohrung (5), der sich nahe der Austrittsöffnung (6) der Bohrung befindet, eine Zentrierung in der Bohrung (5) aufweist,

und daß das dem Kopf (11) des Prallkörpers (10) entgegengesetzte Ende (22) des Stiels (12) in dieser Bohrung (5) im Bereich des Schwingungsknotens (21) des Süiwingers (3) ohne die Flüssigkeitszufühning zu behindern mit dem Schwinger (3) fest verbunden ist.

2. Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber nach Anspruch 1. gekennzeichnet dadurch, daß diese feste Verbindung ein Preßsitz ist

3. Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Stiel (12) und das Befestigungsende (22) dreikantig ausgebildet sind.

4. Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber mit einem Ultraschall-Schwinger, einer Arbeitsplatte, mit einer axialen Bohrung für die Flüssigkeitszuführung auf die Oberfläche der Arbeitsplatte und mit einem Prallkörper zur Umlenkung und Verteilung der zugeführten Flüssigkeit aus der Arbeitsplatte, gekennzeichnet dadurch,

daß der Prallkörper (10) einen Stiel (12) besitzt, der sich in der axialen Bohrung (5) des Schwingers (3) und der Arbeitsplatte (4) befindet, der wenigstens in demjenigen Bereich der axialen Bohrung (5), der sich nahe der Austrittsöffnung (6) der Bohrung (5) befindet, eine Zentrierung in der Bohrung (5) aufweist,

und daß sich der Stiel (12') des Prallkörpers (10) in einem Haltedraht (12") fortsetzt (Fig.4), der in einem der Arbeitsplatte (4) gegenüberliegenden Bereich des Schwingers (3). außerhalb desselben befestigt ist.

5. Ultraschall-Flüssigkeitszersiäuber nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß dieser Haltedraht (12") mit einem die axiale Bohrung (5) fortsetzenden Rohrstutzen (7) verbunden ist (F ig. 4).

6. Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber nach einem der Ansprüche I bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Zentrierung als eine dreikantige Form (12') des Stiels (12) ausgebildet ist (F i g. 3).

7. Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 5. gekennzeichnet dadurch, daß als Zentrierung der Querschnitt des Stiels (12) sternförmig ist.

8. Ultraschall-Flüssigkeitszerstäuber nach einem der Ansprüche I bis 7. gekennzeichnet dadurch, daß zur Unterstützung der am Prallkopf (11) über den Stiel (12 bzw. 12') angreifenden Haltekraft die Unterseite (13) des Kopfes (11) zur Erzeugung einer weitgehend laminaren Radialumlenkung (15) konkave Ausbildungen zum Rand (14) des Kopfes (11) hin aufweist