DE2405584C3

DE2405584C3 - System zum impulsweisen Ausstoßen von Tröpfchen

Info

Publication number: DE2405584C3
Application number: DE2405584A
Authority: DE
Inventors: John P. Cleveland Ohio Arndt (V.St.A.)
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1973-02-07
Filing date: 1974-02-06
Publication date: 1981-01-22
Also published as: FR2216029A1; US3832579A; GB1448293A; CA1000344A; DE2405584B2; DE2405584A1; AU6531674A; FR2216029B1; JPS5432572B2; AU472397B2; IT1002860B; JPS49118334A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum impulsweisen Ausstoßen von Tröpfchen nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Aus der US-PS 3683212 ist ein derartiges System bekannt, bei dem eine Leitung durch eine Düse abgeschlossen ist und ein elektroakustischer Wandler zur Erzeugung von Druckwellen die Leitung umgibt. Die Leitung ist über ein Zwischenstück mit reduziertem Durchmesser und über eine elastische Leitung mit wiederum erweitertem Durchmesser an einen Flüssig- v> keits-Vorratsbehälter angeschlossen. Durch das Zwischenstück mit reduziertem Durchmesser ergeben sich Impedanzdiskontinuitäten und somit Reflexionen der erzeugten Druckwellen, die sich in unkontrollierbarer Weise der primären Druckwelle überlagern. Die Tröpfchenfolgefrequcn/ wird hierdurch herabgemindert-

Die US-PS 2512743 zeigt ein System, bei dem der clektroakusfische Wandler im Rohrquerschnitt liegt und den Durchtritt von Flüssigkeit verhindert, so daß die Flüssigkeit von der Seite zugeführt werden muß* Zur Verhinderung von Reflexionen ist das Rohr auf der der Düse abgewandten Seite durch einen Kegel abgeschlossen, an dem sich die Welle totläuft. Eine derartige Lösung verbietet sich jedoch bei dem eingangs genannten gattungsgemäßen System, da dort die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter unmittelbar über eine Leitung der Düse zugeführt wird, wobei der elektroakustische Wandler die Leitung umgibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei dem eingangs genannten System die Tröpfchenfolgefrequenz durch Vermeidung von Druckwellenreflexionen zu erhöhen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Uiiteranspruch entnehmbar.

Die Verwendung von elastischen Leitungen ist zwar aus der US-PS 3708798 bekannt; dem dort dargestellten und beschriebenen System liegt jedoch ein völlig anderes Problem zugrunde. Es handelt sich um eine Mehrdüsenanordnung, wobei Rückwirkungen von einer Düse auf die andere unterbunden werden sollen. Zu diesem Zweck wird hinsichtlich der elastischen Leitungen eine hohe und keine an den Wandler angepaßte Impedanz verlangt. Dieser Entgegenhaltungist daher keine Lehre im Hinblick auf die Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes System teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Versuchsanordnung, um gewisse System-Parameter auszuwählen, und

Fig. 3 ein Diagramm, das mit der Versuchsanordnung von Fig. 2 erhalten wurde.

In Fig. 1 ist ein Vorratsbehälter schematisch bei

I gezeigt, der Tinte oder eine andere Flüssigkeit 2 enthält. Eine Leitung 4 ist mit der Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter verbunden und mit der Flüssigkeit gefüllt. Die Leitung 4 endet an der Düse 10, die ebenfalls mit Flüssigkeit 2 gefüllt ist. Tröpfchen 13 der Flüssigkeit können auf Kommando durch die Öffnung

II der Düse herausgeschleudert werden, wie es im folgenden beschrieben wird.

Leitung 4 besteht aus einer Zone 5, die ein Eintrittsende 7 hat. Zone 5 ist aus einem Material wie z. B. Glas gebildet, welches eine glatte innere Oberfläche und relativ steife Wände schafft. Der innere Querschnitt ist im wesentlichen längs der Länge der Zone 5 konstant. Bei der gestrichelten Linie 8 beginnt eine allmähliche Reduzierung des Querschnitts, um die Düse 10 zu bilden, die eine Austrittsöffnung 11 besitzt. Daher kann Zone 5 betrachtet werden, als ob sie ein Austrittsende bei 8 hat, und dieses Ende wird durch die Düse 10 begrenzt.

Die Leitung 4 besteht weiter aus einer Flüssigkeits-Versorgungszone 14, die aus einem viskoelastischem Material gebildet ist, wie z. B. einem verformbaren Polyvinylchlorid.

Der innere Durchmesser der Versorgungszone 14 ist kleiner als der innere Durchmesser der Zone 5. Die Zone 14 ist an dem einen Ende vergrößert und über die Außenseite der Zone 5 an dem Eintrittsende 7 geschoben Die Versöfgüngszöne 14 kann bis zu dem Vorratsbehälter 1 fortgeführt werden, wo sie unter der Oberfläche der Flüssigkeit 2 enden kann, öder kann mit einem zweiten zusätzlichen Abschnitt 16 verbunden werden, der von dem Vorratsbehälter 1 kommt.

Ein rohrförmiger akustischer Wandler 17 umgibt die Leitungszone 5 und ist hieran in spannungsübertragendem Eingriff durch einen Epoxydharz-Klebstoff 19 befestigt. Vorzugsweise besteht der Wandler 17 aus einem piezoelektrischen Rohr 20 aus Bleizirkonat-BIeititanat enthaltendem keramischen Material, das Elektroden 22, 23 auf der zylindrischen Oberfläche hat und rad'al polarisiert ist. Ein Metallfolienstreifen 25 wird vor der Einführung des Harzes 19 eingebracht, um einen elektrischen Kontakt mit ι ο der Elektrode 22 zu schaffen.

Die Enddrähte 26 werden um die Leitungszone 5 in Kontakt mit den Folienstreifen 25 gewickelt und in elektrischem Koniakt durch das leitende Harz 28 hiermit befestigt. Der Enddraht 29 wird um die Elektrade 23 gewickelt und in elektrischem Kontakt damit durch das leitende Harz 31 befestigt.

Aufgrund des bekannten piezoelektrischen Effekts nimmt der innere Durchmesser des Wandlers 17 augenblicklich ab, wenn eine Spannung geeigneter PoIa- -'o rität zwischen den Enddrähten 26 und 29 angebracht wird. Die Abnahme des Durchmesser? bewirkt eine Abnahme des Durchmessers der Zone des Durchgangsgliedes 5, weiche von dem Wandler 17 umgeben ist. Die Flüssigkeit innerhalb der Zone 5 wird daher 2% verdrängt. Wenn die Spannung zwischen den Enddrähten 26 und 29 auf Null zurückgeführt wird, kehren der Wandler 17 und die Leitung 5 zu ihren ursprünglichen Abmessungen zurück, wodurch wieder eine Druckänderung in der Flüssigkeit 2 oder eine jo Verschiebung hervorgerufen wird. Auf diese Weise ist der Wandler 17 mit der Flüssigkeit in der Leiturgszone 5 verbunden.

Der Vorratsbehälter 1 wird in einer Höhe gehalten, die wenig oder gar keinen Druck auf die Flüssigkeit 2 J5 in der Düse 10 bewirkt. Ein geringer negativer Druck in der Größenordnung von 2 bis 3 Zentimetern erscheint vorteilhaft. Im Ruhezustand verhindert die Oberflächenspannung der Flüssigkeit in der Düse 11 ein Ausfließen der Flüssigkeit 2 in jeder Richtung.

Wenn es gewünscht wird, daß ein Tröpfchen von der Düse 10 herausgeschleudert wird, wird ein Spannungsimpuls einer Polarität, die ein Zusammenziehen des Wandlers bewirkt, zwischen den Enddrähten 26 und 29 aufgebracht. Der Übertrager zieht sich aufgrund des Impulses zusammen wodurch eine leichte Abnahme des inneren Volumens der Leitung 5 bewirkl wird. Dies drückt für einen Moment den Teil der Flüssigkeit 2 zusammen, der sich in dem Wandler 17 befindet und bewirkt, daß Druckwellen in der Flüssigkeit sich in Richtung des Austritts 8 und der Düse 10 und ebenso in Richtung des Eintrittes 7 und des Vorratsbehälters 1 fortpflanzen.

Die Leitungszone 5, die teilweise über ihre Länge durch den Wandler 17 umgeben ist, kann als eine akustische Übertragungsleitung betrachtet werden. Aufgrund der relativ steifen Wände und des gleichmäßigen Querschnitts der eingeschlossenen Flüssigkeit längs der Länge der Zone pflanzen sich die Druckwellen in der Flüssigkeit im wesentlichen ohne das Auftreten einer Reflexion in der Zone fort. Die Druck= welle, die sich in der Flüssigkeit in Richtung des Austritts 8 der Zone 5" "fortpflanzt, bewirkt ein Herausschleudern eines Tröpfchens aus der Düse 10.

Wenn die Versorgungszone 14 der Leitung 4 aus geeignetem Material gefertigt und geeignet dimensioniert ist, wie es hiernach beschrieben wird, entspricht die charakteristische Schallimpedanz beim Übergang vom Eintrittsende 7 der Zone 5 in die Flüssigkeit der Zone 14 ungefähr der charakteristischen SchaHimpedanz der Zone 5. Auf diese Weise geht die Druckwelle, die sich in der Flüssigkeit yon dem Wandler 17 in Richtung des Eintrittsendes 7 der Leitungszone 5 fortpflanzt, in der Flüssigkeit ohne ungünstige Reflexion in die Zone 14 über" Die Welle pflanzt sich in der Flüssigkeit in der Zone 14 in Richtung des Vorratsbehälters 1 fort. Wenn die Welle fortschreitet, bewirkt sie eine elastische längs der Länge fortschreitende Verformung des viskoelastischen Materials d,-Versorgungszone 14. Da das Material viukoelaslisch ist, wird ein Teil der von der Flüssigkeit auf das Material übertragenen Energie zur Bewirkung der Verformung in Wärme umgewandelt. Auf diese Weise wird die Energie der Welle nacheinander durch die Leitungszone 14 absorbiert, wenn sich die Welle in Richtung des Vorratsbehälters 1 fortpflanzt.

Wenn die gedämpfte Welle das Vorratsbehälterende der Leitungszone 14 erreicht, trifft sie auf eint uneinheitliche Impedanz, weicht eine darauffolgende Reflexion zurück in Richtung des Lintrittsendes 7 der Leitungszone 5 bewirkt. Wenn sich die reflektierte Welle durch die Zone 14 in Richtung des Eintritts 7 üer Zone 5 fortpflanzt, wird sie durch Absorption des visl.oelastischen Materials in der oben beschriebenen Weise gedämpft. Die Zuführungsleitungszone 14 wird lang genug gemacht, so daß die Energie der reflektierten Welle, wenn sie die Düse 10 erreicht, zu niedrig ist, um einen wesentlichen Einfluß auf das Herausschleudern eines neuen Tröpfchens zu haben, wenn ein neuer Spannungsimpuls auf die Leitungen 26 und 29 aufgebracht wird. Auf diese Weise kann das viskoelastische Material der Versorgungszone 14 als eine energieabsorbierende Vorrichtung angesehen werden, die mit der Flüssigkeit in der Leitung 4 verbunden ist und im wesentlichen die gesamte Energie der Welle absorbiert, die sich von dem Wandler 17 in Richtung des Eintrittsendes 7 der Leitungszone 5 fortpflanzt.

Am Ende eines Antriebsimpulses kehren der Wandler 17 und die Leitungszone 5 zu ihren ursprünglichen Abmessungen zurück. Nachdem ein Tröpfchen herausgeschleudert wurde, -ieht sich die Flüssigkeit von dem Ende der Dü*ve 10 zvriick, wodurch ein leerer Zwischenraum zurückgelassen wird, der dann aufs neue durch Flüssigkeit aus der Leitung aufgrund der Kapillarkräfte in der Düse gefüllt wird. Nach dem erneuten Füllen der Düse überwiegen die Ruhebedingungen, bis ein anderer elektrischer Antriebsimpuls auf den Wandler 17 aufgebracht wird. Wenn ein neuer impuls aufgebracht wird, wiederholt sich der oben besch.iebene Prozeß. Auf diese Weise kennen auf Kommando Tröpfchen herausgeschleudert werden, wobei jedes Kommando durch dns Aufbringen eines elektrischen Impulses zu dem Wandler 17 gegeben wird.

Die Anfoiderungen an die Impulsform sind nicht kritisch. Es wurde als vorteilhaft herausgefunden, eine Anstiegszeit von weniger als 2 Mikrosekunden, eine Haltezeit von 5 bis 50 Mikrosekunden und eine Abfallzeit größer als zwei Mikrosekunden vorzugeben. Gute Ergebnisse wurden auch mit einer quadratischen Kosinüs-Impulsform mit einer Periode von 10 bis 100 Mikrosekunden erzielt.

Viele elektrische Schaltkreisänordnüngen können für das Erzeugen und Aufbringen eines geeigneten elektrischen Antriebsimpulses verwendet werden.

Damit das System so arbeitet, wie es beschrieben wurde, ist es notwendig, eine geeignete Beziehung zwischen den Eigenschaften des Materials, das die Versorgungszone 14 bildet, den Abmessungen der Zone 14, dem inneren Durchmesser der Zone 5 und s den Eigenschaften der Flüssigkeit 2 zu haben. Wenn eine geeignete Beziehung nicht erreicht wird, wird eine sich in der Flüssigkeit von dem Wandler 17 sich fortpflanzende Druckwelle zumindest teilweise reflektiert, wenn sie das Eintrittsende 7 der Zone 5 erreicht. Wenn diese reflektierte Welle die Düse 10 erreicht, kann sie das Herausschleudern eines zusätzlichen unerwünschten Tröpfchens bewirken oder die gewünschte Ejektion eines neuen Tröpfchens stören, das herausgeschleudert werden soll, wenn die Reflexion die Düse erreicht. Wenn die reflektierte Welle die Düse erreicht, wird sie zumindest teilweise zurück in Richtung des Eintritts 7 reflektiert und nach dem Eintreffen bei Pint?·" 1 ^WA Hif» prnpiil rpflpktiprtp Welle wiederum reflektiert, ebenso wie die Ursprungliehe Welle von dem Wandler 17 reflektiert wurde. In ernsten Fällen einer ungenauen Abstimmung der Versorgungszone 14 mit der Zone 5 finden eine große Anzahl Reflexionen auf diese Weise statt, bevor die Energie so weit abgenommen hat, daß sie das Herausschleudern eines anderen Tröpfchens, das durch einen neuen Kommandoimpuls bewirkt wird, stört. Auf diese Weise muß, abhängig von der Stärke der Reflexion, das Zeitintervall, bevor ein neues Tröpfchen ohne Störung durch die reflektierten Wellen herausgeschleudert werden kann, entsprechend langer sein.

Die Auswahl eines geeigneten viskoelastischen Materials und die Abmessungen der Leitungszone 14, um störende Reflexionen am Eintritt 7 des Rohres 5 zu verhindern, kann durch Versuche erreicht werden. J5 wie es hiernach durch eine Reihe von Versuchen mit verschiedenen Materialien mit einem gewissen Bereich in den Abmessungen für jedes Material, beschrieben wird. Für die Verwendung in solchen Versuchsreihen wird die Anordnung der Fig. 1 mit einem zusätzlichen Wandler 32 versehen, der an der Zone 5 in der Nähe der Düse 10 befestigt ist. Der Wandler 32 kann mit dem Wandler 1 T identisch sein, ausgenommen, daß er vorzugsweise viel kürzer ist. Ein Folienstreifen 34 wird eingeführt und Enddrähte 35, 37 werden durch leitendes Epoxydharz 38,40 ebenso wie der Streifen 25 und die Enddrähte 26, 29 durch Epoxydharz 28, 31 mit dem Wandler 17 befestigt.

Die Versuche können durchgeführt werden, indem der Dualwandler von Fig. 1 in einer Versuchsanordnung nach Fig. 2 verwendet wird. In Fig. 2 ist die Flüssigkeits-Versorgungszone 14' unter Versuchsbedingungen an dem einen Ende erweitert und über das Eintrittsende 7 der Zone 5 in Fig. 1 geschoben. Eine Spritze 41, die mit einer stumpfen Nadel 43 verbunden ist, die für einen guten Sitz in der Zone 14' ausgesucht wurde, dient als Vorratsbehälter. Die Spritze 41 ist mit einer Flüssigkeit 2 gefüllt, die in dem Tröpfchen-Herausschleudersystem verwendet wird; die Flüssigkeit wird durch die Leitung gedrückt, um einen Strom to aus der Düse 10 herauszuschleudern, bis die gesamte Luft aus dem System herausgespült ist. Daraufhin wird während des Versuchs kein Druck benötigt; es muß jedoch darauf geachtet werden, daß ein Zurückziehen der Flüssigkeit aus der Düse 10 in die Leitungszone 5

Ein Oszillator für Sinuswellen variabler Frequenz 44 ist über ein koaxiales Kabel 46 mit den Enddrähten 26,29 verbunden. Der Oszillator 44 hat Vorzugsweise einen kontinuierlichen Frequenzbereich von 1000 Hz bis 50 kHz. Eine konstante Ausgangsspannung ist Wünschenswert, wobei ein Niveau von ungefähr 2 Volt befriedigend ist.

Ein Antriebsmotor 47 ist mechanisch mit der Fre* quenzkontrollarizeige 49 des Oszillators 44 verbunden, um den Oszillator langsam über den gesamten Frequenzbereich zu fahren. Ein Potentiometer 5Oj das von einer Gleichstromquelle 52 mit Strom versorgt wird, ist ebenso mit dem Motor 47 verbünden. Der Ausgang des Potentiometers 50 geht auf die X-Achsenanschlüsse 52 eines X-Y-Aufzeichnungsgerätes 53. Auf diese Weise wird die Feder 55 des X-Y-Aufzeichnungsgerates 53 quer über das Aufzeichnungspapier 56 gefahren, wenn der Oszillator 44 über seinen Frequenzbereich gefahren wird.

Die Spannung bei der ausgesuchten Frequenz des Oscillator« 44 hewirlit_; HaR r|pr Wnndlrr 17 und ein Teil der Leitungszone 5, die mit dem Wandler 17 umgeben ist, abwechselnd den Durchmesser im Gleichtakt mit der Oszillatorspannung vergrößert oder vermindert. Diese abmessungsmäßigen Änderungen besvirken entsprechende Druckänderungen in der Flüssigkeit 2. Die Amplitude der Druckänderungen ist zu gering, um ein Herausschleudern von Tröpfchen aus det Düse 10 zu bewirken. Die Druckänderungen In dem Wandler 32 benachbart zur Düse 10 spannen den Wandler jedoch genügend, um eine meßbare Wechselspannung zwischen den Ausgängen 35, 37 hervorzurufen, die den Druckänderungen entspricht. Diese Spannung liegt im Bereich von 1 bis 10 Millivolt, wenn die Leistungszone 14 in geeigneter Weise der Zone 5 entspricht und ist viel höher, wenn sie nicht richtig abgestimmt ist.

Das Drucksignal, das zwischen den Ausgängen 35 und 37 entwickelt wird, wird auf ein elektronisches Wechselstrom-Voltmeter 58 über ein koaxiales Kabel 59 aufgegeben. Das Voltmeter 58 hat Ausgänge 62, zwischen denen ein Gleichstromsignal proportional dem Meßgeräteausschlag gebildet wird. Die Ausgänge 62 sind mit den Y-Achsen-Ausgängen 64 des X-Y-Autzeichnungsgerats verbunden. Auf diese Weise zeichnet das X-Y-Aufzeichnungsgerät, wenn der Oszillator 44 über seinen Frequenzbereich gefahren wird, ein Diagramm des Drucks hinter der Düse 10 über der Frequenz. Eine Druckeichung des Systems wird nicht benötigt, es ist jedoch wünschenswert, eine grobe Eichung der Frequenzachse (X-Achse) vorzunehmen.

Vorzugsweise ist das Meßgerät 58 ein abgestimmtes Voltmeter mit einer Abstimmanzeige 65, die mit der Oszillatoranzeige 49 in einer Weise verbunden ist, die eine genaue Fehlereingrenzüng ermöglicht. Die Verwendung eines abgestimmten Meßgerätes vermindert die Schwierigkeiten, die andererseits mit der Aufnahme des Geräusches und der Streusignale verbunden sein können. Es sind im Handel Instrumente erhältlich, die in einer Einheit die Funktionen des Oszillators 44, des für die Fehlerabgrenzung abgestimmten Voltmeters 58, des Antriebs 47, des Potentiometers 50 und der Gleichstromversorgung 52 aufweisen.

Im folgenden soll bei der Beschreibung der Versuche auf eine besondere Serie von Versuchen Bezug genommen v/erden, die als Ergebnis die Aaswahl des Materials und die Abmessungen der Leitungszone 14 hatten und später gute Ergebnisse bei der durch Im-

pulse betätigten Tröpfcheninjektion ergäben, ίιί Pig; I sind die ungefähren Spezifikationen'und Abmessungen wie folgt:
LeitungszoiiC 5 kalkglas

Länge 2,5 cril

Innendurchmesser 0,051 eiTi

Wanddickc ».01 cm

Wandler 17

Länge

Innendurchmesser

Wanddickc

Wandler 32

Länge

Innendurchmesser

W;vnd<iu-ke

BleizirkonaUBIeitiianat-

Kerämik

i.25 ein

0.07ft cm

0.025 cm

Blci/irkonat-Bleititanat-Keramik
0.1 ft cm
0.07ft cm

Ι» (Os nm

Düse 10

nffnungsdurchmesser 0.007 cm

Flüssigkeit 2 destilliertes Wasser

Fig. 3 ist eine Kopie einer X-Y-Aufzcichnung für verschiedene Lcitungsproben 14'. Kurve 67 wurde mit einer Leitungszone 14' aus weichem Vinylmaterial erhalten. Der innere Durchmesser betrug 0,063 cm und der äußere Durchmesser 0,1 ft cm. Die Druckspitze bei ungefähr 15 kHz trat auf. weil die Leitungszonc 14' ^inen zu großen inneren Durchmesser hatte und zu weich war. wodurch eine sehr geringe Schallimpedanz geschaffen wurde, welche meistens eine vollständige Reflexion am Eintrittsendc 7 der Leitungszone 5 erlaubt. Eine fast vollständige Reflexion fand ebenso an der Düse 10 wegen der sehr hohen Schallimpedanz der Düse statt, die einen fast völlig gesperrten Zustand darstellt. Die 15 kHz-Spitze kann daher als eine Viertel-Wellenresonanz in der Leitungszone 5 angesehen werden. Die Spitze von ungefähr 40 kHz kann als eine Dreiviertel-Wellenresonanz betrachtet werden. Das Fehlen einer exakten Übereinstimmung von 3 zu 1 beruhi wahrscheinlich auf der Impedanz der Leitung 14', die nicht Null ist, und auf der Impedanz der Düse, die nicht unendlich ist.

Kurve 68 in Fig. 3 wurde mit einer Leitungszonc 14' eines viel steiferen Materials erhalten. Der Innendurchmesser betrug 0,063 cm und der Außendurchmesser 0,18 cm. Die reduzierte Höhe der Spitze bei 15 kHz und bei 40 kHzzeigt an, daß sich ein beträchtlicher Teil der Energie der sich in der Flüssigkeit von dem Wandler 17 in Richtung der Leitungszone 14' fortpflanzenden Welle in der Flüssigkeit der Zone 14' fortsetzt.

Kurve 70 in Fig. 3 wurde mit einer Leitungszone 14' aus dem gleichen Material mit dem gleichen äußeren Durchmesser wie bei der Kurve 68, jedoch mit einem Innendurchmesser von 0,041 cm, erhalten. Diese Kurve zeigt eine im wesentlichen reflexionsfreie Übertragung von der Leitungszone S zur Zone 14' und stellt eine zufriedenstellende Auswahl des Materials und der Abmessungen dar. Der leichte Hocker in der Kurve bei ungefähr 23 kHz legt die Vermutung nahe, daß vielleicht ein etwas größerer innerer Durchmesser vorzuziehen wäre. Impulsversuche eines Systems, das jedoch diese Leitungszone verwendete, ergaben eine im wesentlichen einheitliche Tröpfcheninjektion bei Frequenzen bis zu 10 kHz, wobei dies eine Verbesserung um eine Größenordnung gegenüber den Ergebnissen einer bekannten Vorrichtung darstellt.

Kurve 71 in Fig. 3 wurde mit einer Leitungszone

') 14' aus dem gleichen Material und dem gleichen äußeren Durchmesser der Kurven 68 Und 70 erhalten, jedoch betrug der innere Durchmesser 0,025 cm. Die geringe Ansprechbarkeit bei 15 kHz. und der ausgesprochene flocker bei 25 kHz zeigen, daß der innere

lii Durchmesser zu klein war.

Fiiie zusätzliche Versuchsreihe liefert einen nützlichen Hinweis, um die minimale Länge der Leitungszone 14' /χι bestimmen. Nachdem ein geeignetes Material und geeignete Durchmesser für die Zone 14'

r> ausgewählt sind, wie es beispielsweise in Hg. 3 gezeigt wurde, wird die ausgewählte Probe in der Hälfte durchgeschnitten und eine neue Kurve ermittelt, die mit der Kurve der ursprünglichen Länge verglichen

" " " ' """ ** ^*" ···"*· £5** ·*/.*·*. «*- ^tJ""¹' ΨΨ M* \J ITIW^JW(UtH III

2Ii der Hälfe Jurchgeschnilten und eine neue Kurve wird ermittelt und wiederum mit der ursprünglichen Kurve verglichen. Dieses Verfahren wird so oft wiederholt, bis eine neue Kurve erhalten wird, die sich von der ursprünglichen Kurve entscheidend unterscheidet. Bei diesem Punkt kann angenommen werden, daß die Länge zu kurz ist und die vorhergegangene Länge kann als die ungefähr minimale Länge angesehen werden.

Die Leitungszone 14', die in den Kurven 68. 70 und 71 in Fig. 3 gezeigt ist, wurde aus einer im folgenden dargestellten Kunststoffmischung hergestellt:
Zutaten und Bezugsquellen Gewichtsteile

Kunstharz-homopolymcres
Vinylchlorid 70

Wcichmacher-Diacetylphthalat 30

Stabilisator I

Der Weichmacher und der Stabilisator werden dem Kunstharzpuder in einem Bechcrglas zugegeben und 30 Minuten lang mit der Hand gerührt. Hierdurch wird eine sehr steife Mischung gebildet, die dann in eine Schüttelbirnc gegeben und evakuiert wurde und für 24 Stunden darin verblieb.

Die Leitungszone wurde gegossen, indem die dicke Mischung in dem Zwischenraum rund um die mit einem weichen Draht vorgespannte und in einem Glasrohr zentrierte Leitungszone eingebracht wurde, und dann bei einer Temperatur von 160° C etwa 3 Minuten ausgehärtet wurde. Der Draht wurde dann über seine elastische Grenze hinaus gedehnt, um den Durchmesser zu reduzieren, und herausgezogen. Das viskoelastische Rohr wurde dann aus dem umgebenden Glasrohr herausgezogen, das einen Teil der Form bildet.

Zufriedenstellende Impulströpfcheninjektionen über einen weiten Impulsfrequenzbereich wurden mit einem System erhalten, das die oben aufgezeigten Parameter hatte, eine Leitungszone 14' nach der beschriebenen Mischung aufwies, und einen inneren Durchmesser von 0,041 cm und eine Länge von 10 cm aufwies. Dies war das Leitungsstück, das die Kurve 70 in Fig. 3 ergab.

Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn man eine extrudierte Zone eines plastifizieren Polyvinylchlorid-Rohres verwendete. Der äußere Durchmesser betrug 0,178 cm, der innere Durchmesser 0,041 cm inri Hi

T 5ησ

I Π

Vorzugsweise wird die Leitungszone 5 aus Glas gebildet, jedoch wurden auch Metall und Plastikzonen

erfolgreich verwendet. Vorzugssveise wird die Düse 10 aus einem Stück mit der Leitungszoiic 5 in einer Weise ausgebildet, die einen weichen Übergang gewährleistet, wie in Fig. I dargestellt. Ein plötzlicher Übergang von dem relativ großen Durchmesser der Leitungszönc 5 zu dem schmalen Durchmesser der Öffnung 11 beeinträchtigt nicht eine zufriedenstellende Arbeitsweise der Erfindung.

In der Konstruktion von Fig. 1 ist es vorteilhaft, den Wandler 17 in eine Hülle eines federnden Materials wie zum Beispiel Gummi öder plastiziertes Vinyl einzuschließen.- Die Anordnung kann an der Vorrichtung, an welcher sie verwendet wird, durch Anklammern an dem Überzug befestigt werden. Mit einer solchen Anordnung besteht eine geringe Gefahr,

10

Hochspaimungpn auf die Anordnung aufzubringen, und die Schelle hat keinen besonderen Einfluß auf die Impulströpfchendurchmesser der Anordnung, Wenn Tröpfchen herausgeschleudert Werden. Der Überzug kann die Form eines Rohres haben, das so bemessen ist, daß ei; genau über den Wandler paßt, eider er kann rund um die Anordnung gegossen werden, im letzteren Fall kann er sich über das Ende des Wandlers erstrecken, um ebenso die zum Teil darum gewickelten Ausgangscliähte 26, 29 und die ol'fenlicgeridcn Teile der Leitungszone S einzubetten. Ein andere f Vorteil eines solchen Überzugs ist, daß er eine Dämpfung mechanischer Resonanzen der Anordnung liefert^ die auf andere Weise störende Effekte besvirkeii können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. System zum impulsweisen Ausstoßen von Tröpfchen mit einem Flüssigkeits-Vorratsbehälter, mit einer an den Vorratsbehälter angeschlossenen mit Flüssigkeit gefüllte Leitung, die einen ersten ein Eintritts- und ein Austrittsende aufweisenden Abschnitt bildet und geeignet ist, Druckwellen in der Flüssigkeit zwischen den Enden im wesentlichen frei von innerer Reflexion fortzuleiten, mit einer das Austrittsende dieses Abschnittes begrenzenden Düse, mit einem elektroakustischen Übertrager zur Erzeugung von Flüssigkeit-Druckimpulsen in diesem Abschnitt, wobei sich eine erste Druckwelle in der Flüssigkeit zu der Düse fortpflanzt und einen Ausstoß eines Tröpfchens bewirkt, und wobei sich eine zweite Druckwelle in Richtung des Eintrittsendes des ersten Abschnittes fortpflanzt und mit einem zweiten sich ^o in Rieb rung zum Vorratsbehälter an das Eintrittsende des ersten Abschnittes anschließenden Abschnitt, der eine elastische Leitung umfaßt, dadurch gekennzeichnet,daß die elastische Leitung (14) unmittelbar auf das Eintrittsende (7) des ersten Abschnittes (5) aufgeschoben ist und daß ihre Dimensionicrung im Hinblick auf die Eigenschaften der verwendeten Flüssigkeit und des viskoelastischen Materials der Leitung (14) so getroffen ist, daß ihre akustische Impedanz mit der Jo akustischen Impedanz des ersten Abschnittes (5) übereinstimmt, so daß sekundäre Druckwellen vollständig absorbiert vrden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der viskoela- J5 stischen Leitung (14) kleiner als der Innendurchmesser des Eintrittsendes (7) des ersten Abschnittes (5) ist und der Innendurchmesser der Leitung (14) an der Stelle vergrößert ist, wo die Leitung (14) auf das Eintrittsende (7) aufgeschoben ist. ·ιο