DE2236035A1

DE2236035A1 - Verfahren und vorrichtung zum verspruehen von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2236035A1
Application number: DE2236035A
Authority: DE
Inventors: Donald Roger Hastings; Eric Thomas Nord; Jun Peter William Runstadler; Don Ross Scarbrough; Frederick Robert Wilhelm
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-07-22
Publication date: 1973-02-08
Also published as: AU475688B2; AU4372872A; NL7210337A; BE786900A; US3764069A; JPS547961B1; FR2149149A5; CA963509A; IT961729B; GB1404984A; SE394858B

Description

NORDSON CORPORATION, Jackson Street, Amherst, Ohio 44001 (V. St. A.)

Verfahren und Vorrichtung zum Versprühen von Flüssigkeiten . "

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Zerstäuben und Sprühen verschiedener Flüssigkeiten, z. B. Farbe, Dieselöl, Wasser, verschiedene geschmolzene Klebstoffe und andere Materialien o.dgl., insbesondere ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Erzeugung eines feinen und gleichmäßigen Flüssigkeitsnebels durch das Zusammenwirken der Flüssigkeit mit Luft oder einem anderen Gas, wobei sowohl die Flüssigkeit als auch die Luft unter einem relativ niedrigen Druck von z.B. 2 bis 7 atü steht.

Gegenwärtig gibt es viele verschiedene Anwendungsbereiche, in denen es wünschenswert ist, einen feinen Flüssigkeitssprühnebel mit Tropfengrößen von z.B. 2 bis 100 /um zu erzeugen und zum Zerstäuben der Flüssigkeit nur kleine Luftmengen zu benötigen. Beim Spritzen der Endbeschichtung von Gegenständen, z.B. Apparaten, Geräten, Möbeln o.dgl., ist es z.B. wünschenswert Farbe, Lack oder andere flüssige Beschichtungsmaterialien in Form eines feinen, gleichmäßig

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zerstäubten SpUhnebels aufzutragen. Gleichzeitig ist es wünschenswert, die benötigte Luftmenge zu minimieren und dadurch die Farbverluste durch "überschußspritzen¹¹ und "Rückspritzen" zu reduzieren. Bei den konventionellen, große Luftmengen mit hoher Geschwindigkeit benötigenden Druckluftspritzverfahren treten unerwünscht große Verluste durch Uberschußspritzen und Rückspritzen auf. Diese Verluste sind nicht nur eine Materialverschwendung, sondern stellen auch ein schwieriges Problem für die Reinhaltung der Luft dar. Daher ist es üblich, in Farbspritzanlagen mit mehreren Spritzpistolen ein Lüftungssystem großer Leistung zu installieren, das in der Lage ist, in einer grossen Luftmenge mit hoher Geschwindigkeit, d.h. mit Einfanggeschwindigkeiten von z.B. 45 m/min., mltgefUhrte Farbpartikel einzufangen. Darüber hinaus sind, da die Luft eine nennenswerte Menge überschüssig gespritzter und rückgespritzter Farbe mit sich führt, Filter verschiedener Arten oder Wasserschleier erforderlich um die Verschmutzung der Atmosphäre zu minimieren. Ferner erhöhen die zur Lieferung großer Druckluftmengen erforderlichen Kompressoren die Anlage und die Betriebskosten wesentlich.

Als Alternative zu den konventionellen Druckluftspritzverfahren existieren bisher nur die sogenannten "luftlos en" Spritzverfahr en. Diese Verfahren benötigen keine Druckluft, da die Farbe unter einem sehr hohen Druck von 20 bis 200 atü aus einer Düse ausgestoßen wird. Die luftlosen Spritzverfahren eliminieren zwar die beim Druckluftspritzverfahren erforderlichen großen Luftmengen, dafür benötigen sie jedoch kostenintensive Hochdruck-Farbpumpen-, Farbleitungen und das zugeordnete Gerät. Ferner ist oft eine Beheizung der Farbe erforderlich, um Bndanstriche hoher Qualität zu erzeugen. Durch diese Komponenten sind die Kosten eines luftlosen Spritzsystemes relativ hoch; sie Erhöhen natürlich auch die Betriebskosten des Systemes.

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In vielen anderen Anwendungsbereichen ist es aus den unterschiedlichsten Gründen wünschenswert, einen feinen Flüssigkeitsnebel mit einem minimalen Luftstrom zu erzeugen. Z.B. ist es bei kommerzielles öl verbrennenden ölbrennern wünschenswert Tropfen gleicher Größe von unter 100 /Um zu erzeugen, um eine schnelle und vollständige Verbrennung zu erzielen und damit die Bildung von luftverschmutzenden chemischen Oxydationsprodukten zu verhindern. In solchen Systemen ist es ferner wünschenwert, die zur Zerstäubung des Brennstoffes erforderliche Luftmenge zu minimieren und sowohl den Brennstoffdruck als auch den Luftdruck so niedrig wie möglich zu halten, um dadurch die Anlage- und die Betriebs-Kosten gering zu halten.

In gleicher Weise 1st es bei Brennstoffversorgungssystemen von Maschinen mit geschlossenem Rankine-Prozess oder Dampfmaschinen wünschenwert, einen feinen, gleichmäßigen Brennstoffnebel (bei Kraftfahrzeugen mit einer Tropfengröße von 5 bis 30 /um) mit einer einer geringen Luftmenge bei minimalen Luft- und Brennstoff-Drücken zu erzeugen. Die Feinheit des Sprühnebels bewirkt auch hier eine schnelle und vollständige Verbrennung des Brennstoffes und minimiert die Bildung von schadhaften Luftverschmutzungsstoffen. Durch die minimale Luftmenge bei relativ niedrigen Luft- und Brennstoff-Drücken wird die Größe und der Leistungsbedarf der Hilfsmaschinen, d.h. der Luftkompressoren und der Brennstoffpumpen minimiert.

Eine andere Geräteart, bei der es wünschenswert ist, einen feinen Sprühnebel kleiner Tropfengröße von z.B. 100 /um zu erzeugen, sind Gaswäscher. In diesen Geräten wird ein feiner Wassernebel in einen Gasstrom, z.B. einen Rauchgasstrom, gesprüht, um von dem Gas mitgeführte Partikel zu entfernen, bevor das Gas in die Atmosphäre abgegeben wird. Es ist wünschenswert, daß in diesen Geräten die Wassertropfen klein

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und gleichmäßig sind, um eine gute Vermischung des Wasser« nebeis mit dem Gas und damit eine optimale Wahrscheinlichkeit zu erzielen, das ein Partikel einen Wassertropfen trifft und daran haften bleibt. Auch bei diesen Geräten ist es Wünschenwert, daß die zur Zerstäubung des Wassers erforderliche Luftmenge minimal ist, um einen wirtschaftlich optimalen Gaswäscherbetrieb zu erzielen.

In Klimaanlagen wird ebenfalls Wasser als Sprühflüssigkeit verwendet; hinsichtlich der Tropfengröße und der erforderlichen Luftmenge bestehen hier die gleichen Forderungen. In vielen Gegenden ist es z.B. wünschenswert,einen feinen Nebel aus Wasserpartikeln mit einer Größe von 2 bis 15 /Um zu bilden, um Früchte während der Nacht vor Frost zu schützen. Ein solcher Sprühnebel wird ferner verwendet, um in Gegenden mit einem trockenen Klima eine Umgebung mit höherer relativer Luftfeuchte zu schaffen. Auch bei diesen Anlagen ist es wünschenswert, die erforderliche Luftmenge, den Luftdruck und den Flüssigkeitsdruck zu minimieren, um die Anlagekosten und die Betriebskosten niedrig zu halten. Die gleichen allgemeinen Überlegungen gelten für Verdampfungskühler, in denen Wasser zur Wärmeabgabe verprUht wird, statt es durch einen Kühlturm zu leiten.

Eine weitere Anlagenart, bei der es wünschenswert ist, einen feinen FlUssigkeitsnebel mit geringer Tropfengröße mit einer minimalen Luftmenge zu erzeugen, sind Zerstäubungstrockner, in denen Lebensmittel in flüssiger Form in einem Turm zum Zerstäubungs- oder Gefrier-Trocknern zerstäubt werden, um die Flüssigkeit in ein Granulat oder ein Pulver umzuwandeln. Diese Anlagen werden bei der Herstellung vieler Lebensmittel, z.B. Gelatine-Desserts, Pulverkaffee o.dgl., eingesetzt. Bei diesen Anlagen ist es wünschenswert, einen Flüssigkeitsnebel gleichmäßig feiner Tropfengröße zu erzeugen, um ein Endprodukt optimaler Qualität zu erhalten. Gleichzeitig ist es wünschens-

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wert, nur eine geringe Luftmenge zu verwenden, um sowohl die Anlagekosten als auch die Betriebskosten zu minimieren. -

Aufgabe der Erfindung ist, ein'neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Erzeugung eines feinen Sprühnebels aus Flüssigkeitstropfen unter Verwendung geringer Luftmengen bei niedrigem Druck als Zerstäubungshilfsmittel vorzuschlagen.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Zerstäubung und Versprühung von Flüssigkeiten durch die in zahlreichen Mikroblasen gespeicherten Kraft,die vorher in die Flüssigkeit injeziert wurden, um sie in einen Schaum zu verwandeln. Der Schaum strömt durch einen Kanal und wird dann durch eine Blende ausgestoßen. Beim Austritt des Schaumes aus der Blende expandieren die komprimierten Gasblasen explosionsartig und zerreißen den die Blasen umgebenden Flüssigkeitsfilm derart, daß die Flüssigkeit in kleine Tropfen zerstäubt wird, deren Durchmesser vorzugsweise im Bereich von 2 bis 100 /um liegt. Der Zerstäubungsmechanismus beruht allein auf der Wirkung der explodierenden Blasen, d.h. es wird weder eine interne Zerstäubung in der Düse, noch eine externe Scherzerstäubung durchgeführt, abgesehen von einer evtl. auftretenden geringen Scherzerstäubung, die aus der Bewegung des Sprühfächers relativ zur ruhenden Luft resultiert. Bei den herrschenden Druckverhältnissen ist die Blende selbst, z.B. mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt, zur Zerstäubung eines nlchtschaumförmigen Flüssigkeitsstromes ungeeignet. .

Die Zerstäubung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, daß der Schaum in einer Düse erzeugt und anschließend derart aus einer Düse ausgestoßen wird, daß die expandierenden Blasen zur Zerstäubung der Flüssigkeit

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maximal ausgenutzt werden.

Es hat sich gezeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen Sprühverfahren Luft als Zerstäubungshilfsmittel optimal wirksam ist, wenn der Schaum vor dem Ausstoßen aus der Düse so homogen wie möglich gemacht wird. Erfindungsgemäß wird eine optimale Injektion der Luftblasen in die Flüssigkeit dadurch erzielt, daß die Flüssigkeit im Bereich der Luftinjektion als Film geführt wird.

Die Homogenität des Schaumes läßt sich weiter erhöhen, wenn der Schaum durch einen Raum strömt, in dem eine geringe interne Turbulenz herrscht, wie sie z.B. bei einer Strömung durch einen glattwandigen Kanal auftritt, und in dem der Druck absinkt, so daß sich die Blasen ausdehnen. Durch diese zweifache Wirkung verringert sich der Abstand zwischen den Blasen, so daß nur noch dünne Flüssigkeitswände zwischen ihnen bestehen bleiben. Diese dünnen Wände platzen leichter, wenn die Blasen nach dem Austritt aus der Düse explosionsartig expandieren; dadurch wird kein meßbares Flüssigkeitsvolumen ohne Luftblasen aus der Düse ausgestoßen, das übergroße Tropfen erzeugen könnte.

Es hat sich ferner gezeigt, daß die zerstäubende Wirkung ^v der explodierenden Blasen optimiert wird, wenn die Blasen unter einem relativ zum Eintrittsdruck der Flüssigkeit und der Luft möglichst hohen Druck stehen. Insbesondere steht, wie später erläutert wird, der Druck des Schaumes an der Austrittsblende in einem kritischen Verhältnis zum Eintritts- oder Staudruck. Es hat sich gezeigt, daß für die versprühten Materialarten im Bereich der verwendeten Eintrittsdrücke das kritische Verhältnis einen maximalen Wert annimmt (woraus ein maximaler Druck der Gasblasen an der Blende resultiert), wenn das Massenverhältnis der eingeschlossenen Luft zur Flüssigkeit im Bereich von 0,1

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bis 1,6 liegt. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß der Schaum in dem Kanal hinter der Düse keiner nennenswerten Turbolenz ausgesetzt sein sollte, da sonst der Austrittsdruck abfällt und die Wirksamkeit der explodierenden Blasen abnimmt.

Ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß nur relativ niedrige Luft- und Flüssigkeits-Drücke erforderlich sind; der erforderliche Flüssigkeitsdruck liegt im Bereich von 2 bis 7 atü und der Luftdruck liegt nur geringfügig über dem Flüssigkeitsdruck im Injektionsbereich, z.B. um 0,03 bis 0,15 at. Darüberhinaus benötigt das Verfahren nur relativ geringe Luftmengen, z.B.l/10 der bei konventionellen Druckluftspritzdüsen erforderlichen Luftmenge . Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren in allen oben beschriebenen Umgebungen vorteilhaft einsetzbar.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes Farbsprühsystem ist z.B. in Anlagen einsetzbar, die von einer Werksdruckluftleitung mit Druckluft konventionellen Druckes, z.B. 3»5 atü versorgt werden. Die Färb- oder Beschichtungsmaterial-Versorgung kann durch eine Niederdruckpumpe oder aus einem Druckbehälter erfolgen. Dadurch sind sowohl die Anlagekosten als auch die Betriebskosten des Systemes relativ niedrig. Darüberhinaus ist das versprühte Beschichtungsmaterial nicht in einer großen Menge mit hoher Geschwindigkeit strömender Luft eingeschlossen. Dadurch werden ungewünschte übersprüh- und Rücksprüh-Verluste entweder minimiert oder weitgehend eliminiert. Dies hat nicht nur eine nennenswerte Materialeinsparung zur Folge sondern ermöglicht auch den Einsatz weitgehend kleinerer, zur Verhinderung von Luftverschmutzung erforderlicher Lüftungsund Filtersysteme.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß nicht nur relativ kleine Tropfen sondern auch Tropfen

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relativ gleichmäßiger Große erzielt werden. Auch diese Tatsache ist für den Betrieb vieler der oben beschriebenen Systemarten von Vorteil.

Ein weiterer Vorteil des eriindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es beim Einsatz weniger komplizierter Sprühdüsen als bisher erforderlich gute Sprühcharakteristiken erzielt. Da die Düsenblende selbst im Gegensatz zu einer konventionellen Druckluft-Sprühdüse keine Zerstäubungswirkung ausübt, ist die Düsengeometrie weniger kritisch, d.h. sie kann größer sein und läßt sich leichter herstellen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen ausführlich beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen partiellen vertikalen Schnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spritzpistole;

Flg. 2 einen vergrößerten vertikalen Schnitt des Düsenendes der Spritzpistole gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt 3-3 gemäß Fig. 2; Fig. 4 einen Querschnitt 4-4 gemäß Fig. 2;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Ringelementes der Spritzpistole gemäß Fig. Ij

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Blendenplatte der Spritzpistole gemäß Fig. 1;

Fig. 7 eine Endansicht der Düse der Spritzpistole gemäß Fig. 1;

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Fig. 8 eine Draufsicht einer modifizierten"Ausfühnsngsform einer erfindungsgemäßen Sprühdüse;

Fig. 9 eine Endansicht der Düse gemäß Fig„ 85 Fig.10 einen Querschnitt 10-10 gemäß Figo 8₀

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Zerstäuben und zum Versprühen verschiedener Flüssigkeiten in zahlreichen unterschiedlichen Anwendungsgebieten einsetzbar₉ bei denen es wünschenswert ist_p- einen feinen Sprühnebel mit einer nur geringen Menge' LMft ©dar eines anderen Gases bei relativ niedrigem Luft- und Flüssigkeits-Druck zu erzeugen» Das erfindiaagsgemäße Verfahren ist Z₀B₀ zi» Versprühen von kommerziellem Brennstoff'in Ölbrennern, geschmolzenen Flüssigkeiten me Klebstoff 0οdgl»ρ Masser in Gaswäschern, Verdampfungskühlern und Klimaanlagen oder Geräten zur Erzeugung ■ ©ines M©b©ls zum Schutz von Zitrus-Früchten O₀OgI₀ vor Hachtfrost_p Brennstoff in Kraft= fahrzeug-Verbremiimgsiäsiseliinenj flüssigen Lebensmitteln wie z.B.. Gelatine in Gefriertrocknern 0_odgl_o einsetzbaPa In allen diesen Fällen ist die zu versprühende Flüssigkeit weitgehend inkonpressibel und wird mittels ©ines kospr©s~ siblen Gases, z.B. Luft, zerstäubt»

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zu versprühende Flüssigkeit zunächst gezwungen in Fora ©ines nen Filmes mit einer Dicke' von ungefähr O₅I bis l_s( zu fließen. Die Flüssigkeit steht unter eine» Druck in der Größenordnung von 2 bis 7 atü. Danach wird durch eine kleine Blende ein kompressibles Gas in den Flüssigkeitsfilm injeziert. Der Gasdruck ia der Blend© liegt vorzugsweise geringfügig über dem Flüssigkeitsdruck im Film, z.B. um 0,03 bis O₅15 at, so daß der Flüssigkeitsfilm das Gas in zahlreichen Mikroblasen abschert, die von

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dem Film eingeschlossen werden, so daß er in Schaum verwandelt wird.

Danach wird der Schaum in einem eingeschlossen Bereich zu einer Düsenblende geleitet. Auf dem Weg zur Düse fällt der Druck im Schaum etwas ab, so daß sich die eingeschlossenen Blasen geringfügig ausdehnen und dadurch eine homogenere Mischung im Schaum schaffen. Wie jedoch später ausführlich erläutert wird, darf der Druck im Schaum vor dem Austritt aus der Düse einen bestimmten kritischen Druck, z.B. 60 % des Flüssigkeitsdruckes am Eintritt, nicht unterschreiten.

Wenn dann der Schaum durch eine Düse in eine Umgebung niedrigeren Druckes» z.B. Atmosphärendruck, ausgestoßen wird, expandieren die in dem Schaum eingeschlossenen unter Druck stehenden Blasen explosionsartig. Dabei zerstäuben sie die Flüssigkeitsmatrix in eine große Anzahl:· sehr kleiner Tropfen, z.B. in Tropfen mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von 2 bis 100 /um. Diese Tropfen bewegen sich mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit von der Düse weg, in drei Meter Entfernung von der Düse z.B. mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 70 m/min. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zerstäubung von Flüssigkeiten ist der explodierende Schaum der einzige Zerstäubungsmechanismus. Aus später beschriebenen Grüdnen ist es wünschenswert, daß in der Düse keine Zerstäubung durch Turbulenz auftritt. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich dadurch mit Düsen mit kleinen Blenden kreisförmigen oder rechteckigen Querschnittes durchführen, die an sich zur Zerstäubung eines reinen Flüssigkeitsstromes ungeeignet sind, wie hoch sein Druck auch sein mag.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zerstäubung von Flüssigkeiten wird Luft oder ein anderes Gas derart mit

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der Flüssigkeit vermischt, da6 das Massenverhältnis der Luft zur Flüssigkeit im Schaum in Bereich von O₉I bis 1,6 liegt. Die Verwendung von Luft und Flüssigkeit in diesem Verhältnis ergibt eine optimale Sprühwirkiang bei minimaler Luftmenge. Die Gründe dafür sind aus den "hydrodynamischen Eigenschaften der am Prozess beteiligten Materialien ersichtlich. Die Eigenschaften eines homogenen Zweiphasen-Geaisches bzw. Schaumes aus einem inkompressible!! Medium und einem Gas, bei dem die Flüssigkeit die Yerbundphase bildet, entsprechen den Eigenschaften eines kompressiblen Mediums. D.h., wenn eine solche Mischung unter einem über Atmosphärendruck liegenden Druck, z_aB, von 2 bis 7 atü, gebildet und durch eine Blende in die Atmosphäre ausgestoßen wird, zeigt die Strömung kompressible Eigenschaften einer Drosselströmung, wenn das Blendendruckverhältnis ausreichend hoch ist. Die Austrittsgeschwindigkeit ist gleich der Schallgeschwindigkeit. Jedoch ist die Schallgeschwindigkeit der Mischung relativ zur Schallgeschwindigkeit in Luft bei Normzustand sehr niedrig, so daß die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse in der Größenordnung von 30 m/sec liegte Wenn der Prozeß so durchgeführt wird, daß der Druck der Mischung in der Blende nennenswert über dem kritischen Wert liegt, expandieren die eingeschlossenen Blasen plötzlich und "explodieren" beim Eintritt in das Umgebungs-Druckfeld. Durch diese heftige Expansion wird der die Blasen umgebende Flüssigkeitsfilm zerrissen und in einen gleichmäßig feinen Sprühnebel umgeformt.

Zur theoretischen Analyse einer Zweiphasenmischung, z.B. einer Flüssigkeits-Luft-Mischung müssen gewisse vereinfachende Annahmen getroffen werden: (1) die Flüssigkeit ist inkompressibel, (2) Einflüsse der Viskosität und des Dampfdruckes der Flüssigkeit sind vernachlässigbar, (3) das Gas ist ein ideales Gas mit konstanter spezifischer Wärme,

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die Mischung ist wirklich homogen, d.h. #s wird angenommen, daß die Gasblasen so klein sind, daß eine beliebig kleine Probe das gleiche Massenverhältnis Gas zu Flüssigkeit enthält wie die Gesamtmischung, (5) die Strömung ist adiabatisch und das Gas und die Flüssigkeit haben immer die gleiche Temperatur, (6) die Strömung ist eindimensional und Trägheitstransienten sind vernachlässigbar-und (7) in der Mischung wird ein Drucksignal mit einer definierten Schallgeschwindigkeit übertragen.

Mit diesen Annahmen kann gezeigt werden, daß, wenn der Versorgungs- bzw. Staubdruck relativ zum Umgebungsdruck ausreichend hoch ist, die Austrittsgeschwindigkeit an der Blende gleich der Schallgeschwindigkeit und die Strömung durch die Blende gedrosselt ist. Unter diesen Bedingungen mit Schallgeschwindigkeit in der Blende herrscht in der Düse ein kritisches Druckverhältnis R. Das kritische Druckverhältnis R 1st gleich dem Quotienten aus dem Blendenaustrittsdruck P* dividiert durch den Eintrittsbzw. Stau-Druck P_Q, d.h. R = P*/P ;das bedeutet, der Druck in der Düse und an der Blende wird niemals unter den kritischen Druck P* absinken, der gleich dem Produkt aus dem kritischen Druckverhältnis R und dem Staudruck P ist, d.h. P* = R P_Q. Je höher der Druck an der Blende ist, desto heftiger ist die Expansion und desto heftiger platzen die eingeschlossenen Luftblasen beim Austritt aus der BeInde, wenn sie dem atmosphärischen Druck ausgesetzt werden; und desto wirksamer wird die zu versprühende Flüssigkeit zerstäubt. Es hat sich gezeigt, daß in dem in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Druckbereich, d.h. 2 bis 7 atü, bei den versprühten Flüssigkeitsarten das optimale kritische Druckverhältnis ungefähr 0,6 beträgt, wenn das Massenverhältnis Luft zu Flüssigkeit in dem Bereich von 0,1 bis 1,6 gehalten wird. In diesem Bereich tritt die Luft bei gegebenem Eintrittsdruck mit dem höchstmöglichen Druck aus, so daß Jede individuelle Luftblase ei-

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ne maximale Zerstäubung der Flüssigkeit erzielt. Darüberhinaus ist ausreichend Luft eingeschlossen, um die gesamte Flüssigkeitsmatrix wirksam zu zerstäuben. Gleichzeitig besteht kein nennenswerter Luftüberschuß, der zu unerwünschten Resultaten führen könnte, z.B. Sprühen mit Farbüberschuß in einem Farbspritzsystem oder Umwandlung eines Schaumes mit Flüssigkeit als kontinuierliche Phase in einen Schaum mit Luft als kontinuierliche Phase.

Die weitgehend einheitliche Tropfengpöße des erfindungs« gemäßen Verfahrens wird durch einen homogenen Schaum an der Austrittsblende erzielt. Diese Homogenität wird durch einen zwischen dem Bereich,in dem Luftblasen in den Schaum injeziert werden,und der Blende angeordneten kurzen Strömungsraum erzielt. Die Strömung des Schaumes durch diesen Raum besitzt eine geringe Turbulenz, die zur Homogenisierung des Schaumes beiträgt; darüberhinaus stellt sich in diesem Raum ein kontinuierlicher Druckabfall ein, der eine Vergrößerung der einzelnen Blasen bewirkt. Durch diese Ausdehnung der Blasen werden die Blasenwände dünner; dadurch wird die Flüssigkeitsmenge zwischen einzelnen Blasen reduziert und damit verhindert, daß nennenswerte Flüssigkeitspakete ohne eingeschlossene Luftblasen aus der Blende austreten und dann nicht zerstäubt werden.

Gleichzeitig wird jedoch die interne Turbulenz auf einem niedrigen Wert gehalten, da jede nennenswerte Turbulenz im Innenraum der Düse den Staudruck P_Q herabsetzt. Da sich der Blendendruck P* nach der Formel P* = R · P einstellt, bewirkt jede Absenkung des Staudruckes P eine Senkung des Blendendruckes P*. Durch eines Absenkung des Blendendruckes wird der nach dem Austritt aus der Blende an den Blasen anliegende Differenzdruck reduziert und dadurch die Explosions- und Zerstäubungswirkung der Blasen erniedrigt. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren ist die Explosionswirkung der in dem Schaum eingeschlossenen BIa-

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sen der Hauptzerstäubungsmechanismus. Ein geringer sekundärer Zerstäubungseffekt wird durch die Scherwirkung der Umgebungsluft auf die sich von der Düse wegbewegenden Flüssigkeitspartikel erzielt. In der Düse findet keine interne mechanische Zerstäubung statt; auch findet keine externe mechanische Zerstäubung durch extern auf den Schaumstrahl gerichtete Luftstrahlen o.dgl. statt. Bei dem relativen niedrigen Druck, mit dem das Material aus der Düse ausgestoßen wird, bewirkt die Düsenblende selbst keine nennenswerte mechanische Zerstäubung.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit Vorrichtungen der Verschiedensten Ausführungsformen durchführen. Die verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtungen besitzen jedoch verschiedene gemeinsame Grundelemente, d.h. eine Flüssigkeitseintrittsleitung, Einrichtungen zur Bildung eines dünnen Flüssigkeitsfilmes, Einrichtungen zur Injektion eines Luftstromes in den Flüssigkeitsfilm zur Bildung eines Schaumes, in dem zahlreiche Luft-Mikroblasen in der Flüssigkeit eingeschlossen sind, einen begrenzten Raum durch den der Schaum vor seinem Austritt aus der Düse strömt und eine Blende, durch die der Schaum ausgestossen wird.

Zur Erläuterung des Zusammenwirkens dieser Komponenten wird die Erfindung zunächst ausführlich anhand einer bevorzugten Ausführungsform einer in einer Farbspritzpistole einsetzbaren Sprühdüse beschrieben. Die aus der Spritzpistole ausgebaute Zerstäubungskonstruktion läßt sich jedoch auch zum Versprühen anderer, bereits genannter Medien, z.B. Brennstoff-öl, einsetzen. Die Erfindung wird ferner anhand einer modifizierten Ausführungsform der Austrittsblende beschrieben. Weitere geeignete AusfUhrungsformen von zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtungen sind in der gleichzeitig

eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin P

(Anwaltsaktenzeichen N 41) mit dem Titel "Verfahren

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und Vorrichtung zum -Erzeugen eines flachen Farb-Fächerstrahle.s¹¹ beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine typische, zum Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignete Spritzpistole 10 zum Versprühen von Farbe. Eine typische Anwendung ist der Einsatz der Spritzpistole 10 zum Aufbringen einer dekorativen oder schützenden Beschichtung auf ein Produkt, z.B. auf einen Kühlschrank, auf Automobilteile, auf Möbel, auf Behälter o.dgl. Die zu verspritzenden Beschichtungsmaterialien sind nicht nur Farben sondern auch Eaailien₉ Lacke, Beizen, Firnisse, Emulsionen^ Wachse, Klebstoffe o.dgl. Zur Vereinfachung der Beschreibimg wird das Wort "Farbe" als Gattungsname für.die verschiedenen Arten der Beschichtungsmaterialien verwendete Ferner ist zu beachten, daß die Spritzpistole 10 nur als Beispiel verwendet wird und die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung in viele verschiedene Geräte einsetzbar ist. Z.B., obwohl die Spritzpistole 10 eine vonhand zu bedienende, nicht elektrostatische Spritzpistole ist, ist die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung auch vorteilhaft in nicht vonhand bedienbaren automatischen Spritzpistolen der im US-Patent 3.169.883 beschriebenen Art einsetzbar.

Obwohl die Spritzpistole 10 ohne elektrostatische Farbladeeinrichtungen dargestellt ist, ist die erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung auch vorteilhaft in elektrostatischen Spritzpistolen einsetzbar, die mit geeigneten Einrichtungen zum Laden des Farbsprühnebels ausgerüstet sind. Eine generell geeignete Ausführungsform einer Farbladeeinrichtung ist im US-Patent 3.169.882 beschrieben. Wie bereits erwähnt wird die Spritzpistole 10 gemäß Fig. 1 also nur beispielhaft verwendet, der Einsatz der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung ist nicht auf diese Spritzpistole beschränkt.

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Die Spritzpistole 10 besitzt ein Gehäuse 11, einen Handgriff 12 und einen am vorderen Ende eines Laufes 14 befestigten Sprühkopf 13. Der Sprühkopf 13 ist an seinem vorderen Ende mit einer Düse 15 ausgerüstet. Der Griff 12 besitzt einen geeigneten Anschluß 16 für eine Druckluftleitung, z.B. eine Werks-Druckluftleitung mit einem Druck von 3,5 atü. Der Lauf 14 ist mit einem Farbeintrittskanal 17 ausgerüstet. Der Kanal 17 läßt sich mittels einer geeigneten Kupplung mit einer Farb-Versorgungsleitung verbinden. Es wird unterstellt, daß die Farb-Versorgungsleitung üblicherweise mit unter Druck aus einem Farbvorratsbehälter gepumpter Farbe oder alternativ aus einem unter Druck stehenden Farbvorratsbehälter gespeist wird. Der Farbdruck an der Spritzpistole ist relativ niedrig; er liegt unmittelbar stromaufwärts vom Luftinjektionsbereich vorzugsweise im Bereich von 2 bis 7 atü.

In der Spritzpistole 10 wird der Zufluß von Farbe durch die Pistole zum Sprühkopf 13 und der Zufluß von Luft mittels eines Auslösehebels 18 gesteuert. Der Hebel 18 ist mittels eines Gelenkstiftes 20 an das Gehäuse 11 angelenkt.

In der Pistole 10 strömt die Luft aus einem Eintrittskanal 21 in eine Kammer 22, die normalerweise durch einen Ventilteller 23 verschlossen ist. Der Ventilteller 23 legt sich im geschlossenen Zustand an einen kegelringförmigen Sitz 24 an. Der Ventilteller 23 wird von einem Ventilstift 25 getragen, der sich vom Griff 12 aus nach vorn in Berührung mit einer an der Rückseite des Hebels 18 gebildeten Druckplatte 26 erstreckt. Der Ventilteller 23 wird von einer in der Kammer 22 angeordneten Druckfeder 27 in seine Geschlossen-Stellung gedrückt. Über den Ventilstift 25 drückt die Feder .27 damit gleichzeitig den Auslösehebel 18 in seine vordere Stellung.

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Eine den Sitz 24 für den Ventilteller 23 bildende Kegelhülse 28 ist mit mehreren radialen Kanälen 30 ausgerüstet, die, wenn der Ventilteller 23 vom Sitz 24 abhebt, die Kammer 22 iind damit den Lufteintrittskanal 21 mit einem Kanal 31 verbindet. Der Kanal 31 steht seinerseits durch eine Bohrung 32 mit einem Kanal 33 in Verbindung. Durch den Kanal 33 nach vorn strömende Luft strömt von einem Nadelventil 35 gesteuert durch eine Blende 34. Das Nadelventil 35 ist in das Gehäuse 11 eingeschraubt und wird durch eine Kontermutter in seiner eingestellten Position gehalten.

Die Blende 34 steht durch eine Bohrung 36 mit einer Ringnut 37 in Verbindung. Die Ringnut 37 steht mit mehreren in eine Kammer 40 mündenden Längskanälen 38 in Verbindung. Wie später ausführlich beschrieben wird, wird Luft aus der Kammer 40 durch Luftinjektionsschlitze 41 in einem Ringelement 42 der Zerstäubungsvorrichtung der Spritzpistole 10 zugeführt.

Mittels des Auslösehebels 18 wird ferner auch der Farbzufluß zu der Zerstäubungsvorrichtung gesteuert. Gemäß Fig. 1 und 2 tritt Farbe durch den Eiritrittskanal 17 in die Spritzpistole 10 ein. Aus dem Kanal 17 strömt die Farbe durch einen einen Ventilstift 44 umgebenden Kanal 43 nach vorn. Der Ventilstift 44 besitzt eine Kegelspitze 45,die sich in ihrer Geschlossenstellung in einen Sitz 46 eines Flüssigkeits-Kopfelementes 47 legt. Der Ventilstift 44 erstreckt sich nach hinten durch eine im Lauf 14 angeordnete Stopfbuchse 48 und durch eine erweiterte öffnung im Auslösehebel 18. An seinem hinteren Ende trägt der Ventilstift 44 eine Hülse 50, die gleitend im Gehäuse 11 gelagert ist. Die Hülse 50 besitzt an ihrem vorderen Ende einen Kopf 51, der an einer an der Rückseite des Hebels 18 gebildeten Druckplatte 52 anliegt.

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Wenn der Hebel 18 gedruckt wird, wird der Ventilteller 23 nach hinten aufler Eingriff mit dem Kegelsitz 24 geschoben, so daß Luft aus dem Eintrittskanal 21 durch die Kammer 22, die radialen Bohrungen 30, den Kanal 31, die Bohrung 32, den Kanal 33 und die Blende 34 strömen kann. Wenn der Hebel 18 weiterdurchgedrückt wird, wird das Farbnadelventil 44 zurückgezogen, so daß seine Kegelspitze 45 aus dem Ventilsitz 46 des Kopfelementes 47 herausgezogen wird. Dadurch strömt Farbe aus dem Farbeintrittskanal 17 durch den Kanal 43 und eine am vorderen Ende des Kopfelementes 47 gebildete öffnung 53· Auf diese Art werden ein Luftstrom und ein Farbstrom separat der Zerstäubungsvorrichtung der Spritzpistole 10 zugeführt. Wenn der Hebel 18 freigegeben wird, bewegt sich der Ventilstift 44 nach vorn, um den Farbstrom abzusperren; danach sperrt der Ventilteller 23 den Luftstrom ab.

Die Zerstäubungsvorrichtung der Spritzpistole 10 ist mit einem Blendenelement 54 gemäß Fig. 5 u. 6 ausgerüstet.Das Blendenelement 54 besitzt eine Basis 55 mit einem ringförmigen Rand 56 und drei radial nach innen ragenden Speichen 58. Die Speichen 58 verbinden den Rand 56 mit einer zylindrischen Nabe 57, die sich von der Basis 55 aus nach vorn erstreckt. Das Blendenelement ist derart in der Spritzpistole 10 angeordnet, daß die Rückseite 61 der Basis 55 an der Frontseite 62 des Kopfelementes 47 anliegt. Der Rand 56 des Blendenelementes 54 ist teilweise teleskopartig von einem sich nach hinten erstreckenden Flansch 63 des Ringelementes 42 aufgenommen.

Das Ringelement 42 besitzt eine Querwand 64 mit einer zentralen Bohrung 65, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser der zylindrischen Nabe 57. Die Bohrung 65 überdeckt teilweise einen von der Innenfläche des Randes 56, den Speichen 58 und der Nabe 57 gebildeten Strömungskanal 60; die Wand der Bohrung 65 bildet zusam-

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men mit der äußeren Peripherie der Nabe 57 einen einen ringförmigen Film bildenden Strömungskanal 68. Die Dicke dieses Kanales beträgt vorzugsweise 0,13 bis 1,3 mm.

In die-Frontseite des Ringelementes 42 sind zwei diametrale Kreuzschlitze 41 eingefräst. Die Schlitze 41 erstrecken sich über den gesamten Durchmesser des Ringelementes 42 und sind vollständig durch einen nach vorn ragenden Flansch 71 geschnitten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Schlitz 3,3 mm breit und 0,38 mm tief, gemessen von der Frontseite der Querwand 64. Bei der gleichen Ausführungsform besitzt die Nabe .57 einen Durchmesser von 3 mm, während die Bohrung 65 einen Durchmesser von 4 mm besitzt, so daß die Dicke des ringförmigen, filabildenden Kanales 68 0,5 mm beträgt» Es ist offensichtlich, daß bei dieser Konfiguration sich die Schlitze 41 als nach innen gerichtete Luftkanäle verwenden lassen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Länge der Nabe 57 so gewählt, daß sie unmittelbar vor der Querwand 64 endet, wenn das Ringelement 42 und das Düsenelement 54 zusammengebaut sind. Die Nabe 57 kann sich jedoch auch weiter vor die Querwand 64 erstrecken, kann bündig mit der Frontseite der Querwand 64 abschließen oder kann geringfügig hinter der Frontseite der Querwand 64 enden.

An der Frontseite des Ringelementes 42 liegt ein Ring 72 an, der seinerseits an der Düse 15 anliegt. Der Ring 72 ist relativ zum Ringelement 42 durch die Berührung seiner Peripherie mit der Innenwand des nach vorn ragenden Flansches 71 des Ringelementes 42 zentriert. Die Rückseite 73 des Ringes 72 liegt an vier kreisquadrantenförmigen, auf der Frontseite 64 des Ringelementes 42

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zwischen den Kreuzkanälen 41 gebildeten Anschlagplatten 74 an. Durch das Zusammenwirken des Ringes 72 mit dem Ringelement 42 entstehen vier radiale die Kammer 40 mit dem ringförmigen Strömungskanal 68 für Farbe verbindende Luftinjektionskanäle. Es ist offensichtlich, daß der Ring 72, falls gewünscht, integrales Bestandteil der Düse 15 sein kann. Die Düse 15 ist teleskopartig von einem Rand 69 des Ringes 72 aufgenommen..

Die Düse 15 besitzt ferner einen sich nach vorn erstrekkenden Kanal 75, der sich von einem Querschnitt 89 maximalen Durchmessers auf die Größe der Blende 78 verjüngt. Der Durchmesser des Querschnittes 89 ist gleich dem Durchmesser der zentralen Bohrung 65 im Ringelement 42 und dem Durchmesser einer Öffnung 79 im Ring 72. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Blende 78 einen Durchmesser von 0,9 mm und erstreckt sich durch eine Wand mit einer Dicke von 0,9 mm. Die Düse 15 ragt derart durch eine zentrale öffnung 76 in einer Überwurfmutter 77, daß die Blende 78 vor dem vorderen Ende der überwurfmutter 77 nach vorn gerichtet ist.

Die Überwurfmutter 77 drückt die Düse 15, den Ring 72, das Ringelement 42 und das Blendenelement 54 aneinander gereiht gegen das Kopfelement 47. Das vordere Ende der überwurfmutter 77 ist mit einem hinterdrehten Bund 82 ausgerüstet, der an einem auf dem vorderen Teil der DU-senbasis 87 gebildeten ringförmigen Bund 83 anliegt. Das entgegengesetzte Ende der überwurfmutter 77 ist mit einem Innengewinde 84 ausgerüstet, das auf ein Außengewinde 85 des Laufes 14 aufgeschraubt ist.

Funktionsgemäß wird der Auslösehebel 18 gedrückt, um das Luftventil 23 und das Farbventil 44 zu öffnen. Unter einem Druck von 2 bis 6 atü stehende Farbe strömt dann durch das offene Ventil 44 und die Austrittsöffnung des Kopfelementes 47. Die Farbe strömt durch die öffnungen 60 im

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Blendenelement 54 und tritt in den von der Nabe 57 und der sie mit Abstand umgebenden Wand des Ringelementes 42 gebildeten, ringförmigen, fumformenden Kanal 68 ein. Durch das geöffnete Ventil 35 strömt Druckluft durch die Kanäle 36 und 38 in die Kammer 40 und damit durch vier von den Kreuzschlitzen 41 gebildete Kanäle radial nach innen. Der Druck der zugeführten Druckluft wird von dem Nadelventil 35 so geregelt, daß der Druck der Luft am Ende der Luftinjektionsschlitze 41, d.h. wo der Luftstrom den Farbfilm im Kanal 68 schneidet, geringfügig größer ist, z.B. um 0,15 at, als der Farbdruck in dem Kanal 68.

Aus den inneren Enden der Schlitze 41 austretende Luft schneidet den ringförmigen Farbfilm und wird in Form von zahlreichen von der Farbe eingeschlossenen Mikroblasen abgeschert. Die Farbe mit den eingeschlossenen Luftblasen strömt als Schaum vorwärts durch eine von der Öffnung 79 im Ring 72 gebildete Kammer und durch den in der Düse 15 geformten Kanal 75. Entlang des Weges des Schaumes zur Blende 78 in der Düse 15 nimmt der Druck im Schaum stetig ab, so daß sich die Blasen geringfügig ausdehnen und dadurch die Homogenität des Schaumes vergrößern. Obwohl in der Düse eine leichte Turbulenz herrscht, die die Homogenisierung des Schaumes unterstützt, nimmt die Turbulenz jedoch keine Werte an, die eine nennenswerte Erniedrigung des Staudruckes bewirken.

Wenn der Schaum aus der Blende 78 austritt, werden die Blasen, die noch unter dem ungefähr 6/10 des Farbdruckes im Kanal 68 betragenden kritischen Druck stehen, dem Atmosphärischen Druck ausgesetzt; die Blasen expandieren schlagartig und zerreißen dabei die sie umgebende Farbe in kleine Tropfen gleichmäßiger Größe, deren Durchmesser ungefähr 10 bis 100 /um beträgt. Der dadurch erzeugte Farbnebel bewegt sich von der Düse weg auf das zu be-

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schichtende Werkstück zu. Dieser Sprühnebel enthält eine relativ geringe Luftmenge; das Massenverhältnis Luft zu Farbe liegt z.B. im Bereich von 0,5 bis 1,6.

Wie bereits erwähnt ist die eigentliche Zerstäubungskonstruktion, d.h. der ringförmige filmformende Kanal, die nach innen gerichteten Luftinjektionskanäle, die Düse mit der Blende und die zwischen dem Luftinjektionsbereich und der Blende angeordnete, den Schaum homogenesierende Kammer, ohne die restlichen Elemente der Spritzpistole einsetzbar, um andere Mediumarten zu zerstäuben, z.B. Brennstofföl in einem kommerziellen Brenner, Brennstofföl in einer Kraftfahrzeugmas.ch.ine, Wasser in Vorrichtungen zur Umgebungsbeeinflussung, Flüssigkeiten zur Zerstäubungstrocknung o.dgl.

Eine weitere modifizierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Versprühen der o.g. Medien ist in Fig. 8, 9 und 10 dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein aus einem Oberteil 102 und einem Unterteil 101 gebildetes Gehäuse 100. Das Unterteil 101 ist mit einem weitgehend rechteckigen Einschnitt 103 an seiner an der ebenen Unterseite 104 des Oberteiles anliegenden Innenfläche ausgerüstet.

Der Einschnitt 103 bildet zusammen mit der Unterseite 104 einen Strömungskanal 106 mit einem fUmformenden Bereich, einem Luftinjektionsbereich, einem homogenisierenden Raum und einer Austrittsblende. Der Kanal 106 erstreckt sich aus dem inneren des Gehäuses 100 zu seiner Frontseite; seine Dicke liegt vorzugsweise im Bereich von 0,13 bis 1,3 mm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Breite des Kanales 106 ungefähr AO mm, während die Länge des Kanales 106 von dem Luftinjektionsbereich bis zur Austrittsöffnung ungefähr θ am beträgt.

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Gemäß Fig. 8 können die inneren Enden des Kanales 106 mit Radien 107 ausgerüstet sein. Im Oberteil 102 sind ein Flüssigkeitseintrittskanal 108 und ein Lufteintrittskanal 110 geformt. Diese Kanäle sind auf eine geeignete Art mit Flüssigkeits- bzw. Luft-Versorgungsleitungen verbunden. Diese Versorgungsleitungen (nicht dargestellt) werden mit Flüssigkeit, z.B. Brennstofföl, Wasser, o.dgl. unter einem Druck von 2 bis 7 atü bzw. mit Druckluft oder Druckgas gespeist.

Bei der dargestellten Ausführungsform strömt die Flüssigkeit durch den Eintrittskanal zu Bohrungen 111 mit einem Durchmesser von 1,5 mm, die in den Kanal 106 öffnen; der Kanal 106 besitzt eine Dicke von 0,25 mm. Die Flüssigkeit breitet sich in dem Kanal 106 aus, um einen Film zu bilden und tritt aus der Austrittsblende aus.

Durch den mit einer geeigneten Druckluftquelle verbundenen Kanal 110 wird Luft zugeführt. Die Luft strömt aus dem Kanal 110 durch einen Luftinjektionsschlitz 112, der 0,75 mm breit.ist.-Der Schlitz 112 verbindet den Eintrittskanal 110 mit dem Strömungskanal 106 zwischen dem Eintrittskanal 108 und der Austrittsblende 113..

Der Luftdruck im Kanal 118 ist so geregelt, daß der Luftdruck im Schlitz 112 geringfügig, z.B. um 0,14 at, über dem Farbdruck am Austrittsende des Injektionsschlitzes 112 liegt. Dadurch wird Luft aus dem Infektionsschutz 112 in den Farbfilm gedrückt. Die Luft wird in Form von zahlreichen Mikroblasen abgeschert, die von dem Farbfilm eingeschlossen werden und ihn in Schaum verwandeln. Der Schaum strömt nach außen zur Austrittsblende 113. Entlang seines Weges nimmt der Druck des Schaumes ab; er fällt jedoch nicht unter den ungefähr 6/10 des Flüssigkeitsdruckes in der Bohrung 111 betragenden kritischen Druck ab.

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Auf seinem Weg zum Düsenschlitz wird der Schaum homogenisiert. Wenn der Schaum die Austrittsblende verläßt, werden die eingeschlossenen und unter dem kritischen Druck gehaltenen Luftblasen plötzlich dem Atmosphärendruck ausgesetzt. Da bei dehnen sich die Blasen schlagartig aus und blatzen und zerreißen dadurch den Flüssigkeitsfilm in einen feinen Sprühnebel, der sich von der Austrittsblende wegbewegt.

Die beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich auf die manigfaltigsten Arten modifizieren. Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 8 bis 10 kann es sich z.B. in einigen Fällen als wünschenswert erweisen, einen zweiten von der Unterseite her in den Strömungskanal 106 öffnenden Luftinjektionskanal vorzusehen. Wenn ein zweiter Luftinjektionskanal vorgesehen wird, wird er in dem Unterteil 101 gebildet; er ist dann dem Luft in j ektionskanal 112 identisch und liird durch einen zweiten Eintrittskanal versorgt. Der zweite Injektionskanal erstreckt sich quer zum Strömungskanal 106, parallel zum Injektionsschlitz 112; er ist in geringem Abstand hinter oder vor dem Injektionsschlitz 112 angeordnet; die beiden Injektionsschlitze überlappen einander nicht.

Die Erfindung besteht also im wesentlichen in einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Zerstäubung und zum Versprühen von Flüssigkeiten, z.B. Brennstoff, Farbe, Wasser o.dgl. in der Form von kleinen Tropfen unter Verwendung einer kleinen Luftmenge, die die zerstäubenden Kräfte liefert. Flüssigkeit unter einem Druck von 2 bis 7 atü wird gezwungen, in einem dünnen Film zu strömen. Gasströme eines geringfügig höheren Druckes sind derart gegen den Flüssigkeitsfilm gerichtet, daß das Gas in Mikroblasen abgeschert wird, die von der Flüssigkeit eingeschlossen werden, um einen Schaum zu bilden; in dem Schaum

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ist die Flüssigkeit die kontinuierliche Phase und das Massenverhältnis Luft zu Flüssigkeit liegt im Bereich von 0,1 bis 1,6. Auf dem Weg zu einer Düse strömt der Schaum durch einen Raum, in dem der Drupk abnimmt. Auf diesem Strömungsweg wird der Schaum homogenisiert. Der Schaum wird durch eine Düse ausgestoßen, wobei die Luftblasen explodieren und den Flüssigkeitsfilm derart zerreißen, daß die Flüssigkeit in feine Tropfen zerstäubt wird.

Die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt einen mit einem mit unter Druck stehender Flüssigkeit versorgten Eintrittskanal verbundenen, einen Flüssigkeitsfilm bildenden Strömungskanal, einen in der Nähe des Flüssigkeitsströmungskanales endenden Luftinjektionskanal, und einen den Flüssigkeitsfilm bildenden Kanal mit einer Düsenblende verbindenden Strömungsraum. Bei einer bevorzugten Ausführungsfown .ist der filmbildende Kanal ringförmig und die Luft wird von außen in den Kanal injeziert. Bei einer iaodifizierten Ausführungsform ist der filmbildende Kanal eben und Luft wird von einer oder von beiden Seiten in den Kanal injeziert.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Zerstäuben und Versprühen von Flüssigkeiten dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche Mikroblasen eines Gases in einen Flüssigkeitsstrom injeziert werden, um einen Schaum zu bilden? daß der Schaum eine Mischung aus Gas und Flüssigkeit enthält, in dem das Massenverhältnis Gas zu Flüssigkeit in einem Bereich von 0,1 bis 1,6 eingestellt wird; daß der Schaum durch einen begrenzten Raum zu einer Austrittsblende geleitet wird; und daß der Schaum derart, durch eine Austrittsblende ausgestoßen wird, daß danach die eingeschlossen Blasen expandieren und platzen, so daß die Flüssigkeit in einen Sprühnebel feiner Partikel zerrissen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der begrenzte Raum von glatten Wänden gebildet wird, so daß in dem Schaum keine nennenswerte Turbulenz induziert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit unmittelbar vor der Bildung des Schaumes unter einem Druck von 2 bis 7 atü gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Gas bei der Injektion in die Flüssigkeit auf einem geringfügig über dem Flüssigkeitsdruck liegenden Druck gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Schaumes entlang seines Strömungsweges durch den begrenzten Raum stetig

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geringfügig reduziert wird. ■

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom als dünne Filmströmung geführtwird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch .gekennzeichnet, daß dem Flüssigkeitsfilm eine ringförmige Konfiguration gegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas von der Außenseite des ringförmigen Flüssigkeitsfilmes her Injiziert wird.

9.. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flüssigkeitsfilm eine ebene Konfiguration gegeben wird und daß das Gas senkrecht zu der Filmebene inj'i^· ziert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge-

kennzeichnet, daß als Flüssigkeit Farbe versprüht wird.

11. Vorrichtung zum Zerstäuben und Versprühen von Flüssigkeiten nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche bis 10 mit einem Gaseintrittskanal und einem Flüssigkeitseintrittskanal und einer Düse, gekennzeichnet durch einen mit dem Flüssigkeitseintrittskanal (17) verbundenen, von Einrichtungen (42, 54; 101, 102) gebildeten, einen Flüssigkeitsfilm erzeugenden Kanal (68; 106); durch Einrichtungen (41; 112) zur Injektion von Gasblasen aus dem Gaseintrittskanal (21; 110) in den im Kanal (68;

106) erzeugten Flüssigkeitsfilm, um einen Schaum zu bilden; durch eine,der Düse ( 15;103) zugeordnete Blende (78; 113); und durch einen zwischen den Schaum bildenden Einrichtungen (41, 68) und der Blende (78)

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angeordneten begrenzten Raun (75), durch den der Schaum alt dem unter Druck bleibenden eingeschlossenen Gasblasen derart strömt, daß» wenn der Schaum durch die Blende (70) austritt die Gasblasen expandieren, um die Flüssigkeit in einen Sprühnebel feiner Partikel zu zerreißen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß der begrenzte Raum (75) so ausgeführt ist, daß der Druck des Schaumes auf seinem Weg zur Blende (78) abnimmt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, daß der filmbildende Kanal (68) ringförmig ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (41) zur Injektion von Gasblasen quer angeordnete nach innen auf den Flüssigkeitsfilm gerichtete Kanäle sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der begrenzte Raum (75) von glatten Wänden gebildet ist, so daß in dem Schaum keine nennenswerte Turbulenz entsteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß der filmbildende Kanal (106) ein gerader Kanal mit einem der Blende (113) gegenüberliegenden geschlossenen Ende (107) ist, in den Flüssigkeit in der Nähe des geschlossenen Endes (107) eintritt; und daß das in den Film injezierte Gas zwischen der Blende(113) und dem Flüssigkeitseinspeisebereich (111) in den Kanal (116) in Querrichtung (112) in den Kanal (106) eintritt.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (112) eine sich über die gesamte Breite des Kanales (106) erstreckende Öffnung ist.

18. Vorrichtung zum Zerstäuben und Versprühen von Flüssigkeiten nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche bis 10 mit einem Gehäuse, einem Luftkanal und einem Flüssigkeitskanal durch das Gehäuse, gekennzeichnet durch ein Blendenelement (54) mit einer zylindrischen Erhebung (57); durch ein Ringelement (42) mit einer Querwand (64) mit einer die Erhebung (57) aufnehmenden und mit dieser einen Flüssigkeitsfilm formenden ringförmigen Kanal (68) bildenden zentralen Öffnung (65); durch eine sich durch das Blendenelement (54) erstreckende, den Flüssigkeitsfilm formenden Kanal (68) in Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitskanal (43) bringende Öffnung (60); durch einen in der Nähe des flüssigkeitsfumbildenden Kanales (68) mündenden Luftinjektionskanal (41) bildende Einrichtungen (42, 72); durch eine Strömungsverbindung (34, 38, 40) zwischen dem Luftkanal (33) und dem Luftinjektionskanal (41); durch ein Düsenelement (15) mit einer Blende (78); und durch zwischen dem flüsslgkeitsfUmformenden Kanal (68) und der Blende (78) einen begrenzten Raum (75) bildende Einrichtungen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, daß der Luftinjektionskanal (41) ein sich nach innen erstreckender Schlitz im Ringelement (42) ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des begrenzten Raumes glatt sind, so daß in dem Schaum keine nennenswerte Turbulenz entsteht.

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21. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 18 bis 20 dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Farbe ist; und daß die Vorrichtung eine Farbspritzpistole ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21 dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal (43) in einem Kopfelement (47) mit einer Flüssigkeitsaustritt söffnung (53) endet; daß das Blendenelement (54) eine Basis (55) mit einer mit dem Kopfelement (47) in Berührung stehenden Rückseite (61) besitzt; daß die zylindrische Erhebung (57) von der Basis (55) aus nach vorn ragt; daß das Ringelement (42) einen nach rückwärts ragenden, die Peripherie der Blendenbasis (55) umfassenden Flansch (63) besitzt; daß die Öffnung (60) in dem Blendenelement (54) eine Strömungsverbindung zwischen dem flüssigkeitsfilmbildenden Kanal (68) und der Flüssigkeitsaustrittsöffnung (53) des Kopfelementes (47) bildet; daß das Ringelement (42) einen vorwärtsragenden periphären Flansch (71) besitzt; daß die Vorderseite entweder der Querwand (64) oder des Ringelementes (42) mit einem sich nach innen erstreckenden mit der zentralen Öffnung (65) in Verbindung stehenden und den vorwärts ragenden Flansch (71) durchdringenden Schlitz (41) ausgerüstet ist; daß die Frontseite des Ringelementes (42) an einem den Schlitz (41) überdeckenden und dadurch einen Luftinjektionskanal bildenden Ring (72) anliegt; daß Einrichtungen (34, 36, 38, 40) das äußere Ende des Schlitzes (41) mit dem Luftkanal verbinden; daß das Düsenelement (15) intern den begrenzten Raum (75) und die Austrittsblende (78) bildet; daß in den FlUssigkeitefilm injezierte Luft durch den Raum (75) strömenden Schaum bildet; und daß beim Austritt des Schaumes aus der Blende (78) die Luftblasen expandieren, um die Flüssigkeit in einen Sprühnebel feiner

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Partikel zu zerreißen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (42) an seiner Frontseite mit zwei diametralen Luftinjektionsschlitzen (41) ausgerüstet ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 oder 23 dadurch gekennzeichnet, daß eine überwurfmutter (77) das Kopfelement (47), das Blendenelement (54), das Ringelement (42) und die Basis des Düsenelementes (15) umgibt; und daß die Überwurfmutter (77) eine den Luftinjektionskanal (41) mit dem Luftkanal (33) verbindende Kammer (40) bildet.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, daß die überwurfmutter (44) einen mit der Basis des Düsenelementes (15) im Eingriff stehenden Bund (82) besitzt, um aneinander gereiht das Düsenelement (15), das Ringelement (42) und das Blendenelement (54) gegen das KopXelement (47) zu drücken.

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