DE4444525A1 - Ultrasonic liquid vaporiser using sonotrode - Google Patents

Ultrasonic liquid vaporiser using sonotrode

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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers

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Abstract

The vaporiser has the liquid to be vaporised supplied to a gap (4) provided between the surface of the sonotrode (1) and a further solid body (2), with a width which varies periodically with the sonotrode oscillation.The sonotrode is rod-shaped and acts as a longitudinal oscillator, or is disc-shaped and acts as a flexure oscillator, with the solid body spring-biased in the direction of the sonotrode. The fixed body can be provided by a further sonotrode which oscillates with an identical frequency in phase opposition to the first sonotrode.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall­ zerstäuber zum Zerstäuben von vorwiegend flüssigen Medien, mit einer schwingenden Sonotrode.The invention relates to an ultrasound atomizer for atomizing mainly liquid Media, with a vibrating sonotrode.

Ultraschallzerstäuber bestehen aus einem Hochfrequenz­ generator, der die elektrische Netzleistung in elek­ trische Hochfrequenzleistung umwandelt, und aus einem Schallwandler, der die elektrische Hochfrequenz­ leistung in mechanische Schwingungen umwandelt. Gebräuchliche Frequenzen liegen dabei zwischen 18 kHz und mehreren MHz. Ultrasonic atomizers consist of a high frequency generator that measures the electrical network power in elec tric high-frequency power converts, and from one Sound transducer that the electrical high frequency power converted into mechanical vibrations. Common frequencies are between 18 kHz and several MHz.  

Ultraschallzerstäuber dienen vorwiegend der Her­ stellung von Aerosolen in verschiedenen Gebieten der Technik.Ultrasonic atomizers are mainly used for manufacturing provision of aerosols in different areas of the Technology.

Bei bekannten Ultraschallzerstäubern wird auf eine schwingende Sonotrode Flüssigkeit aufgetropft oder aufgespritzt. Durch die Bewegung der Sonotrode wird die Adhäsionskraft der Flüssigkeit überwunden, es bilden sich feine Flüssigkeitströpfchen, die - unter­ stützt durch den Schalldruck - sich von der Sonotrode fortbewegen.In known ultrasonic atomizers, a or dripping vibrating sonotrode liquid sprayed on. Through the movement of the sonotrode overcome the adhesive force of the liquid, it fine droplets of liquid are formed which - under is supported by the sound pressure - away from the sonotrode move.

Der Nachteil des gegenwärtigen Standes der Technik besteht darin, daß zum Erreichen hinreichend feiner Tröpfchengrößen Ultraschallzerstäuber verwendet wer­ den, die üblicherweise im Bereich größer als 200 kHz arbeiten und deren Wirkungsgrad und Zerstäubungs­ leistung gering sind.The disadvantage of the current state of the art is that is sufficiently fine to achieve Droplet sizes using ultrasonic atomizers the, usually in the range greater than 200 kHz work and their efficiency and atomization performance are low.

Von daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Mängel zu beseitigen und einen Ultraschallzerstäuber zu entwickeln, der einen hohen Wirkungsgrad bei hoher Zerstäubungsleistung gewährleistet.It is therefore an object of the present invention to eliminate these shortcomings and one To develop ultrasonic atomizers of a high Efficiency with high atomization performance guaranteed.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.The solution to this problem arises from the characterizing features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on in the Drawings shown embodiments closer explained. Show it:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Ultraschallzerstäubers nach der Erfindung mit zwei schwingenden Sonotroden, Fig. 1 a first embodiment of the ultrasonic atomizer according to the invention with two vibrating sonotrodes

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Ultraschallzerstäubers nach der Erfindung mit einer schwingenden Sonotrode und einem festen Körper und Fig. 2 shows a second embodiment of the ultrasonic atomizer according to the invention with a vibrating sonotrode and a solid body and

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform des Ultraschallzerstäubers nach der Erfindung mit einem Biegeschwinger. Fig. 3 shows a third embodiment of the ultrasonic atomizer according to the invention with a bending vibrator.

In der Fig. 1 ist die erste Ausführungsform eines Ultraschallzerstäubers mit einer schwingenden Sonotrode 1 und einer weiteren schwingenden Sonotrode 3 dargestellt, wobei zwischen den Sonotroden 1, 3 eine Phasenverschiebung von 180 Grad und ein definierter Abstand, in Form eines Spaltes 4, bestehen. Die Flüssigkeit F wird hier über die Sonotrode 1 zugeführt, sie kann aber auch über die Sonotrode 3 zugeführt sein. In FIG. 1, the first embodiment is shown of an ultrasonic atomizer with a vibrating sonotrode 1 and another vibrating sonotrode 3, wherein, exist between the sonotrode 1, 3 a phase shift of 180 degrees and a defined distance, in the form of a gap 4. The liquid F is supplied here via the sonotrode 1 , but it can also be supplied via the sonotrode 3 .

Durch die bestehende Phasenverschiebung zwischen den Schwingungen beider Sonotroden 1, 3 entsteht eine periodische Veränderung der Breite des Spaltes 4, die zu einem Herausdrängen und Zerstäuben der Flüssigkeit F aus dem Spalt 4 führt.The existing phase shift between the vibrations of both sonotrodes 1 , 3 results in a periodic change in the width of the gap 4 , which leads to the liquid F being forced out and atomized out of the gap 4 .

Die Fig. 2 zeigt die zweite Ausführungsform eines Ultraschallzerstäubers, bei der ein fester Körper 2 federnd an die Sonotrode 1 gedrückt wird. Durch die Trägheit des an die schwingende Sonotrode 1 gedrückten festen Körpers 2 und der Längenänderung der schwingenden Sonotrode 1 entsteht zwischen der Sonotrode 1 und dem festen Körper 2 ein Spalt 4, der von der Anpreßkraft der federnden Aufhängung 6, der Trägheit des festen Körpers 2 und der Amplitude der Sonotrode 1 abhängt. Fig. 2 shows the second embodiment of an ultrasonic atomizer where a solid body 2 is resiliently pressed against the sonotrode 1. Due to the inertia of the solid body 2 pressed against the vibrating sonotrode 1 and the change in length of the vibrating sonotrode 1 , a gap 4 is formed between the sonotrode 1 and the solid body 2 , which is dependent on the contact pressure of the resilient suspension 6 , the inertia of the solid body 2 and the amplitude of the sonotrode 1 depends.

Durch die Amplitude der Sonotrode 1 entsteht eine periodische Veränderung des Abstandes zwischen dem festen Körper 2 und der Sonotrode 1, was zu dem Herausdrängen und Zerstäuben der Flüssigkeit F aus dem Spalt 4 führt. Die Flüssigkeit F kann sowohl über die Sonotrode 1 als auch über den festen Körper 2 zugeführt werden.The amplitude of the sonotrode 1 results in a periodic change in the distance between the solid body 2 and the sonotrode 1 , which leads to the liquid F being forced out and atomized out of the gap 4 . The liquid F can be supplied both via the sonotrode 1 and via the solid body 2 .

In Fig. 3 ist die dritte Ausführungsform eines Ultraschallzerstäubers dargestellt, bei der die Sonotrode 1 nach dem Prinzip eines scheibenförmigen Biegeschwingers ausgeführt ist. An der Sonotrode 1 ist ein fester Körper 2 mit Schraubverbindungen 5 befestigt. In Fig. 3, the third embodiment is shown of an ultrasonic atomizer, in which the sonotrode 1 is carried out according to the principle of a disc-shaped bending transducer. A fixed body 2 is fastened to the sonotrode 1 with screw connections 5 .

Bei einer Schwingung der Sonotrode 1 entstehen auf der Sonotrode 1 schwingungsfreie Stellen. In diesen Bereichen wird der feste Körper 2 mit der Sonotrode 1 durch die Schraubverbindungen 5 befestigt und eine oder mehrere Flüssigkeitszuführungen F hindurch­ geführt. In den Bereichen, in denen eine Schwingung auftritt, entsteht zwischen dem festen Körper 2 und der Sonotrode 1 ein Spalt 4. Auf Grund der Schwingung entsteht eine periodische Veränderung der Breite des Spaltes 4, die wiederum zu einem Herausdrängen und Zerstäuben der Flüssigkeit F aus dem Spalt 4 führt.When the sonotrode 1 vibrates, there are vibration-free spots on the sonotrode 1 . In these areas, the solid body 2 with the sonotrode 1 is fastened by the screw connections 5 and one or more liquid feeds F are passed through. In the areas where vibration occurs, a gap 4 is formed between the solid body 2 and the sonotrode 1 . Due to the vibration, there is a periodic change in the width of the gap 4 , which in turn leads to the liquid F being forced out and atomized out of the gap 4 .

BezugszeichenlisteReference list

1 Sonotrode
2 Körper
3 Sonotrode
4 Spalt
5 Schraubverbindung
6 Aufhängung
F Flüssigkeit 1 sonotrode
2 bodies
3 sonotrode
4 gap
5 screw connection
6 suspension
F liquid

Claims (8)

1. Ultraschallzerstäuber zum Zerstäuben von vorwiegend flüssigen Medien, mit einer schwingenden Sonotrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der schwingenden Sonotrode (1) und und mindestens eines weiteren festen Körpers (2) einen Spalt (4) bilden, dessen Breite sich periodisch mit der Schwingung der Sonotrode (1) verändert, und in den das zu zerstäubende Medium eingebracht ist, wobei die Flüssigkeit (F) aus den Spalt herausdrängt und dabei zerstäubt.1. Ultrasonic atomizer for atomizing predominantly liquid media, with a vibrating sonotrode, characterized in that the surfaces of the vibrating sonotrode ( 1 ) and and at least one other solid body ( 2 ) form a gap ( 4 ), the width of which periodically changes with that Vibration of the sonotrode ( 1 ) changed, and into which the medium to be atomized is introduced, the liquid (F) being forced out of the gap and atomized in the process. 2. Ultraschallzerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotrode (1) als stabförmiger Longitudinalschwinger ausgeführt ist.2. Ultrasonic atomizer according to claim 1, characterized in that the sonotrode ( 1 ) is designed as a rod-shaped longitudinal oscillator. 3. Ultraschallzerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotrode (1) als stabförmi­ ger, scheibenförmiger oder plattenförmiger Biege­ schwinger ausgeführt ist. 3. Ultrasonic atomizer according to claim 1, characterized in that the sonotrode ( 1 ) is designed as a rod-shaped, disc-shaped or plate-shaped bending oscillator. 4. Ultraschallzerstäuber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Körper (2) federnd an die Sonotrode (1) angedrückt ist.4. Ultrasonic atomizer according to claim 1 to 3, characterized in that the solid body ( 2 ) is pressed resiliently onto the sonotrode ( 1 ). 5. Ultraschallzerstäuber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Körper (2) in einem definierten Abstand zur Sonotrode (1) befestigt ist, der zur Sonotrode (1) einen Spalt (4) bildet.5. Ultrasonic atomizer according to claim 1 to 3, characterized in that the solid body ( 2 ) is fixed at a defined distance from the sonotrode ( 1 ) which forms a gap ( 4 ) to the sonotrode ( 1 ). 6. Ultraschallzerstäuber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Körper (2) aus einer weiteren schwingenden Sonotrode (3) besteht, deren Frequenz mit der ersten Sonotrode (1) identisch ist und deren Phase sich um 180 Grad gegenüber der Sonotrode (1) unterscheidet.6. Ultrasonic atomizer according to claim 1 to 3, characterized in that the solid body ( 2 ) consists of a further vibrating sonotrode ( 3 ) whose frequency is identical to the first sonotrode ( 1 ) and whose phase is 180 degrees with respect to the sonotrode ( 1 ) differs. 7. Ultraschallzerstäuber nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Sonotrode (1) und damit die Spaltweite regelbar ist.7. Ultrasonic atomizer according to claim 1 to 6, characterized in that the amplitude of the sonotrode ( 1 ) and thus the gap width is adjustable. 8. Ultraschallzerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der schwingenden Sonotroden (1) und der weitere feste Körper (2) vorgesehen sind.8. Ultrasonic atomizer according to claim 1, characterized in that several of the vibrating sonotrodes ( 1 ) and the further solid body ( 2 ) are provided.
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