Vorrichtungen und Verfahren zur Aerosolerzeugung werden in einer Vielzahl von An- wendungsbereichen eingesetzt, beispielsweise bei Sprühanlagen, mit denen Lacke oder Klebstoffe über Sprühköpfe als Aerosolverbraucher versprüht werden, oder bei moder- nen Minimalmengenschmieranlagen, bei denen Aerosolverbraucher wie Werkzeuge, Maschinen oder Maschinenteile mittels eines Sprühnebels aus Schmiermittel, beispiels- weise einem Öl oder einer Öl-Emulsion, geschmiert und gegebenenfalls gekühlt werden.

Vorrichtung und Verfahren zur erzeugung mit den eingangs genannten Merkma- len sind aus dem Stand der Technik bekannt.

So ist in DE 196 54 321 A1 eine Vorrichtung zur Aerosolerzeugung beschrieben, bei der das Aerosol zur Kühlschmierung von Werkzeugen verwendet wird. Die Vorrichtung der DE 196 54 321 A1 umfasst eine als Injektorvorrichtung ausgebildete Mischkammer so- wie einen Prallkörper. Das in der Injektorvorrichtung vernebelte Öl wird über eine Ein- stellvorrichtung dosiert, die der Injektorvorrichtung zugeführte Druckluft wird über ein Steuerventil dosiert. Über eine Aerosolleitung wird das in der Injektorvorrichtung erzeug- te Aerosol an die Aerosolverbraucher geleitet.

Eine weitere Vorrichtung zur Aerosolerzeugung ist in der DE 197 21 650 A1 beschrie- ben, die eine Weiterentwicklung der Vorrichtung der DE 196 54 321 A1 darstellt. Die Vorrichtung der DE 197 21 650 A1 weist eine zweite Injektorvorrichtung zur Erzeugung eines zweiten Aerosols auf. Die Zusammensetzung der Aerosole kann durch Einstellung von Durchflusssteuerventilen vom Benutzer in gewünschter Weise beeinflusst werden, wobei ein Durchflusssteuerventil jeweils in einer Flüssigkeitsleitung zur Injektorvorrich- tung und ein anderes Durchflusssteuerventil in einer Gasleitung zur Injektorvorrichtung angeordnet ist.

Eine weitere Aerosolvorrichtung ist in der EP 0 941 769 A1 beschrieben, bei der eben- falls in einer Mischkammer eine Flüssigkeit und ein Gasstoff zu einem Aerosol vermischt werden. Bei der Vorrichtung der EP 0 941 769 A1 ist lediglich für die Druckluftleitung ein Steuerventil vorgesehen.

In der EP 0 943 861 B1 ist eine Vorrichtung zur Versorgung von Schmierstellen mit flui- dem Schmiermittel beschrieben, bei der die am Injektor in den Luftstrom eintretende Ölmenge mittels einer Lichtschranke abgetastet wird, bevor das Öl in den Luftstrom ein- tritt, was zu einer nur ungenauen Bestimmung der tatsächlich an eine Schmierstelle ge- leiteten Ölmenge führt.

Die WO 00/58016 betrifft eine Vorrichtung, mit der pharmazeutische Aerosole kontrolliert abgegeben werden, wobei zunächst eine vorbestimmte Dosis des Aerosols in einen Zwischenbehälter zwischengelagert wird. Zunächst wird ein Aerosol erzeugt und dann wird dann die Aerosolmasse in einem Abgabebereich gelagert. Über elektrooptische Sensoren wird die Massenkonzentration vor und hinter dem Ablagerungsbereich ge- messen.

Beim Betrieb dieser aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen hat sich gezeigt, dass die Eigenschaften des Aerosols sich von Anlage zu Anlage und auch bei einer An- lage abhängig vom Aerosolverbraucher ändern können. Dies ist unerwünscht, da unter diesen Bedingungen keine gleichbleibenden Eigenschaften des Aerosols erzeugt wer- den und unter Umständen eine mangelhafte Schmierung oder ein mangelhafter Farbauf- trag entsteht. Dies kann letzten Endes zu Beschädigungen des Werkzeuges oder der Maschinen oder zu einer ungenügenden Beschichtung eines Werkstückes mit Klebstoff oder Lack und damit zu Ausschuss führen.

Ursache für die Schwankungen der Aerosoleigenschaften scheinen herstellungs-und alterungsbedingte Abweichungen der Vorrichtung und der Verfahrensführung vom Soll- zustand sowie Schwankungen des Strömungswiderstandes der Aerosolverbraucher zu sein.

Um wenigstens die gröbsten Abweichungen vom Sollzustand abzufangen, sind im Stand der Technik druckgesteuerte Systeme entwickelt worden, die auf den oben beschriebe- nen, herkömmlichen Vorrichtungen beruhen.

So ist beispielsweise in der WO 98/10217 eine Kühlschmiervorrichtung zum Aufbringen von Kühlschmiermittel auf ein Werkzeug und/oder ein Werkstück beschrieben, die zur Anpassung an unterschiedliche Schmierungs-und Kühlungserfordernisse eine Steuer- vorrichtung vorsieht. Über die Steuervorrichtung wird einer Düse das Aerosol und/oder das flüssige Kühl-Schmiermittel und/oder ein Gas über eine Leitungsanordnung zuge- führt. Die Steuervorrichtung dient dabei zur Einstellung der Fettigkeit der Aerosols, d. h. des Anteils des flüssigen Kühl-Schmiermittels im Gas. An der Steuervorrichtung steht bei der WO 98/10217 einerseits Druckluft an und andererseits kann Aerosof aus dem Luftraum eines Aerosolbehälters angesaugt werden. Zusätzlich kann die Steuervorrich- tung über eine Steigleitung Öl aus einem Ölvorrat entnehmen. Bei der Steuervorrichtung bei der WO 98/10217 handelt es sich folglich um eine rein mechanische Steuerung, die nach vom Benutzer vorgegebenen Werten die Fettigkeit des Aerosols bestimmt.

Eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosol ist aus der EP 1 106 902 A1 be- kannt. Bei dieser Vorrichtung kann der in einem Vorratsbehälter für das Aerosol herr- schende Druck durch ein Druckregelventil in Abhängigkeit vom Strömungswiderstand des Verbrauchers eingestellt werden. Bei einem Aerosolverbraucher mit einem hohen Strömungswiderstand wird weniger Aerosol verbraucht, so dass der Druck im Inneren des Aerosolbehälters ansteigt und kein Aerosol mehr erzeugt werden kann. Diesem Druckanstieg wird durch das Druckregelventil bei der Vorrichtung der EP 1 106 902 A1 vorgebeugt.

In der nachveröffentlichten DE 101 04 012 A1 ist schließlich eine mengengesteuerte Zufuhr von Trägergas und/oder Flüssigkeit über ein Drosselsystem an eine Injektorvor- richtung beschrieben. Das Drosselsystem ist über eine Steuereinheit angesteuert, wobei als Eingangsgröße für die Steuereinheit der Differenzdruck zwischen einerseits einem Versorgungsdruck, mit dem das Trägergas zugeführt wird, und andererseits dem Druck in einem Aerosolbehälter dient.

Bei den druckgesteuerten Vorrichtungen und Verfahren zur Aerosolerzeugung können lediglich grobe Schwankungen bei der Aerosolerzeugung ausgeglichen werden ; eine Feinjustierung der Aerosoleigenschaften in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Vor- richtung, vor allem eine Vergleichmäßigung der Aerosolqualität unabhängig vom Aero- solverbraucher ist nach wie vor nicht möglich.

In Anbetracht der Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Aerosolerzeugung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, bei denen die Eigenschaften des Aerosols besser an die jeweiligen Anforderungen der Aerosolverbraucher angepasst werden können bzw. bei denen unabhängig vom Betriebszustand und Anwendungsfall eine gleichbleibende Aerosolqualität erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Steuereinrichtung mit einem Aerosolsensor, durch den im Betrieb wenigstens eine für den zu dem wenigstens einen Aerosolverbraucher geleiteten Aerosolvolumenstrom repräsentative Zustandsgröße erfassbar ist, und mit einem durch wenigstens eine signalübertragende Verbindung mit der Dosiereinrichtung verbundenen Regler vorgesehen ist, durch den der Aerosolvolumenstrom durch Veränderung des Volumenstroms der Flüssigkeit und/oder des Gasstoffes in Abhängigkeit von der Zu- standsgröße auf einen Sollwert regelbar ist.

Diese Lösung ist einfach und ermöglicht es, durch den Aufbau eines Regelkreises, im Gegensatz zu den herkömmlichen Steuerungen, eine gleichbleibende Aerosolqualität und einen gleichbleibenden Aerosolvolumenstrom zu erhalten. Durch die Messung der für den Aerosolvolumenstrom repräsentativen Größe aus der Mischkammer durch die Aerosolleitung wird genau die an den Aerosolverbraucher gelieferte Menge an Aerosol bestimmt. Dies ist bei den oben beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung und Verfahren nicht möglich, da sich herausgestellt hat, dass die im Stand der Technik gemessenen Druckdifferenzen keine für den Aerosolvolumenstrom reprä- sentative Größe und keinen Rückschluss auf den zum Aerosolverbraucher geleiteten Aerosolvolumenstrom zulassen. Der Aerosolvolumenstrom ist dabei die pro Zeiteinheit durch die wenigstens eine Aerosolleitung geleitete Menge an Aerosol. Abweichungen oder Änderungen dieser Menge von einer Sollmenge werden durch Änderungen in den Volumenströmen des in die Mischkammer geleiteten Gasstoffvolumenstroms und/oder Flüssigkeitsvolumenstroms ausgeregelt oder durch Änderungen dieses bzw. dieser Vo- lumenströme in der Mischkammer selber.

Hierbei ist zu beachten, dass der der Mischkammer zugeführte Volumenstrom an Flüs- sigkeit bei herkömmlichen Aerosolerzeugern, wie dem der DE 196 54 321 A1, nicht gleich den im Aerosol-Volumenstrom enthaltenen Volumenstrom an Flüssigkeit ist : In einem üblichen Aerosolerzeuger befinden sich normalerweise Vorrichtungen, die nur eine bestimmte Tröpfchengröße passieren lassen und zu kleine oder zu große Tröpf- chen aus dem Aerosol filtern. Je nach dem Betriebszustand des Aerosolerzeugers kön- nen mehr oder weniger Tröpfchen herausgefiltert werden. Dieser herausgefilterte Flüs- sigkeitsvolumenstrom führt zu einem Unterschied zwischen dem der Mischkammer zu- geführten und dem durch die Aerosolleitung geleiteten Flüssigkeits-Volumenstrom. Die- ser Unterschied ist jedoch bei der erfindungsgemäßen Regelung berücksichtigt.

Neben der direkten Messung des Aerosolvolumenstroms sind repräsentative Zustands- größen des Aerosolvolumenstroms, die als Eingangsgrößen für eine Regelung des Gasstoff-und/oder Flüssigkeitsvolumenstroms zur Mischkammer dienen können, bei- spielsweise die Anzahl der im Gasstoffstrom gelösten Tröpfchen pro Zeiteinheit, deren Geschwindigkeit und/oder die Dichte des Aerosols-die Anzahl der Tröpfchen pro Volu- meneinheit-, oder eine repräsentative Geschwindigkeit und Zusammensetzung des Ae- rosols an einer Stelle der Aerosolleitung, mit deren Hilfe dann durch empirisch ermittelte und gespeicherte Charakteristika und/oder Gleichungen der gesamte durch die Aerosol- leitung geleitete Aerosolvolumenstrom unter Zuhilfenahme von Strömungsmodellen wie einer Hagen-Poiseuille-Strömung oder einer turbulenten Rohrströmung zumindest nähe- rungsweise berechnet oder nachgeschlagen werden kann.

Für den Aerosolsensor zur Erfassung der den Aerosolvolumenstrom repräsentierenden Zustandsgröße können verschiedene Ausführungsformen verwendet werden. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Sensoren bekannt, mit denen einzelne Aerosol- eigenschaften auf kapazitivem Wege erfasst werden können.

Ein Aerosolsensor, der auf einer solchen Kapazitätsmessung beruht, ist beispielsweise in der DE 30 49 035 A1 beschrieben. In dieser Druckschrift ist ein kapazitiver Geber für Aerosolstromkennwerte sowie eine Vorrichtung zur Fernmessung solcher Werte be- schrieben, der zur kontaktlosen Messung von Aerosolmassenkonzentrationen sowie von Durchsatzmengen verwendet werden kann. Allerdings ist dieser Geber komplex aufge- baut und nur für eine feste dispergierte Phase geeignet. Auch optische Sensoren zur Erfassung einer festen dispergierten Phase sind beispielsweise aus der Verwendung in Rauchmeldern bekannt. Allerdings scheint ein Einsatz dieser Geräte für die erfindungs- gemäßen Vorrichtungen zur Aerosolerzeugung nicht bekannt zu sein, da die dazu in der Signalauswertung erhebliche Anpassungen und Änderungen vorzunehmen sind.

Die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Aerosolsensoren können ge- mäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vermieden werden, wenn der Aerosolsensor ge- mäß einer vorteilhaften Ausgestaltung auf optischer Basis arbeitet.

Dabei kann der Aerosolsensor einen Lichtsensor umfassen, durch den im Betrieb Streu- licht, also vom Aerosol reflektiertes, gebrochenes oder gestreutes Licht, erfassbar ist.

Über die Menge des Streulichts lässt sich bei einem solchen Sensor die Aerosoldichte als repräsentative Zustandsgröße der Aerosolvolumenstrom zuverlässig erfassen. Dabei kann in einer Weiterbildung der Aerosolsensor eine Lichtquelle umfassen, durch die im Betrieb ein vorzugsweise eng begrenzter Lichtstrahl auf das Aerosol gerichtet ist, des- sen Licht dann gestreut wird.

Die Lichtquelle kann insbesondere ein bestimmtes, auf wenige Lichtwellenlängen be- schränktes Spektrum aufweisen, wie dies beispielsweise bei Natriumdampflampen oder bei Lasern der Fall ist. Mittels eines solchen Spektrums lassen sich über Lichtfrequenz- verschiebungen aufgrund des Dopplereffekts, d. h. der geschwindigkeitsabhängigen Frequenzänderung des von Aerosolteilchen gestreuten, gebrochenen oder reflektierten Streulichtes, die Geschwindigkeiten der Aerosolteilchen und damit der Aerosolvolumen- strom effizient erfassen. Von Vorteil ist es dabei ferner, wenn der Lichtsensor außerhalb des direkten Lichtstrahles der direkten Lichtquelle angeordnet ist, so dass seine Sensiti- vität größer ausgelegt werden kann. In diesem Zusammenhang kann es sinnvoll sein, den direkten Lichtstrahl nach dem Durchqueren des Aerosols bzw. der Aerosolleitung zu absorbieren, was beispielsweise in einer Lichtfalle geschehen kann. Anstelle eines opti- schen Sensors kann auch ein Ultraschallsensor mit einer entsprechenden Ultraschall- quelle verwendet werden. Um den an den Aerosolverbraucher tatsächlich abgegebenen Aerosolstrom so genau wie möglich zu erfassen, ist es von Vorteil, wenn der Aerosol- sensor so nahe wie möglich an die Aerosolverbraucher platziert wird. Bei der Verwen- dung mehrerer Aerosolverbraucher, die über parallele Zweigleitungen der Aerosolleitung mit Aerosol versorgt werden, kann auch in jeder Zweigleitung ein Aerosolsensor vorge- sehen sein. Durch Aufsummierung der einzelnen Messwerte der einzelnen Aerosolsen- soren lässt sich dann die Gesamtproduktion an Aerosol erfassen.

Vorteilhaft kann der Aerosolsensor auch direkt im Aerosolverbraucher angeordnet sein, wobei der Aerosolverbraucher als Werkzeugaufnahme und/oder Werkzeug ausgeführt werden kann. Werden spanabhebende Werkzeuge, wie Bohrer oder Fräser, als Aero- solverbraucher verwendet, die sich im Betrieb drehen, dann kann in einer weiteren vor- teilhaften Weiterbildung eine berührungslose Datenübertragung zur Steuereinheit sowie eine drahtlose Energiezufuhr-insbesondere über Magnetfelder und sich im Magnetfeld rotierenden Spulen des Aerosolsensors-vorgesehen sein.

Der Volumenstrom der Flüssigkeit und/oder des Gasstoffes zur Mischkammer hin oder in der Mischkammer wird in einer vorteilhaften Weiterbildung jeweils durch eine Dosier- einrichtung eingestellt. Die Dosiereinrichtungen können jeweils in den Flüssigkeits- und/oder Gasstoffleitungen oder aber in der Mischkammer selbst angeordnet sein. Die Dosiereinrichtung kann jeweils als ein zwischen einem vollständig geschlossenen und vollständig geöffneten Schaltzustand in mehreren Schaltstufen schaltbares Ventil, ins- besondere als Proportionalventil, ausgestaltet sein. Dieses Ventil kann von der Steuer- einrichtung in Abhängigkeit vom erfassten Aerosolvolumenstrom bzw. der dafür reprä- sentativen Zustandsgröße in einen Schaltzustand überführt werden, durch den die Ab- weichung des erfassten Aerosolvolumenstroms vom Sollvolumenstrom verringert wird.

In Abhängigkeit vom Schaltzustand des Ventils und dem diesem Schaltzustand zuge- ordneten Strömungswiderstand des Ventils kann so der Volumenstrom der Flüssigkeit und/oder des Gasstoffes entsprechend angepasst werden.

Neben oder anstelle solcher Proportionalventile kann die Dosiereinrichtung zur Dosie- rung der Volumenflüssigkeit und/oder die Dosiereinrichtung zur Einstellung des Volu- menstroms des Gasstoffes auch eine Blendenanordnung umfassen. Eine solche Anord- nung weist eine vorbestimmte Anzahl von Blenden auf, die vorzugsweise unterschiedli- chen Durchmesser haben und für einen wohldefinierten Volumenstrom sorgen. Jeder Blende ist ein Schaltventil zugeordnet. Durch Kombination der verschiedenen Blenden können die Volumenströme zur Mischkammer eingestellt werden Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aerosolerzeugung nicht nur der Aerosolvolumenstrom auf einen Sollwert geregelt, sondern auch die mittlere Tropfengröße des Aerosols. Dies kann beispielswei- se dadurch geschehen, dass bei einer als Düse ausgestalteten Mischkammer eine Ver- stelleinrichtung oder ein Aktuator vorgesehen ist, durch den die Geometrie der Düse unter Einfluss der Steuereinrichtung veränderbar ist. Die Aktuatoren können beispiels- weise als Mikromotoren oder Schrittmotoren oder Piezoaktoren oder elektromagnetische oder pneumatische bzw. hydraulische Verstelleinrichtungen ausgestaltet sein, die den engsten Querschnitt und/oder die Krümmungs-und Querschnittsverhältnisse der Düse verändern können. Bei dieser Ausgestaltung wird durch den Aerosolsensor auch eine für die mittlere Tropfengröße des Aerosols repräsentative Zustandsgröße sowie, in einer Weiterbildung, auch die Streuung der Tropfengröße um die mittlere Tropfengröße er- fasst und in der Steuereinrichtung die Abweichung von einer Soll-Tröpfchengröße bzw.

Soll-Streuung bestimmt. Diese Abweichung dient dann als Stellgröße zur Regelung der Geometrie der Mischkammer.

Um zusätzliche Eingangsgrößen für die Regelung der Aerosolerzeugung bereitzustellen, können in einer weiteren Ausgestaltung Sensoren vorgesehen sein, die den Volumen- strom des Gasstoffes zur oder in die Mischkammer oder in der Aerosolleitung und/oder den Volumenstrom der Flüssigkeit zur oder in die Mischkammer erfassen. Diese können als Flügelradanemometer oder Hitzdrahtanemometer, Heißfilmsensoren oder Lasera- nemometer sowie Uttraschattdopptermesser ausgestattet sein. Auch Differenzdruckmes- ser können zur Volumenstrombestimmung von jeweils Flüssigkeit und/oder Gas einge- setzt werden.

Auf ähnliche Weise kann auch der Gasstrom-Durchfluss durch die Aerosolleitung erfasst werden. Hier kann auch ein Differenzdruckmesser zum Einsatz kommen, wobei in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch einen Druckaufnehmer der Druck innerhalb der Mischkammer und durch den anderen Druckaufnehmer der Druck an einer beliebigen Stelle entlang der Aerosolleitung, vorzugsweise aber am Ende der Aerosolleitung er- fassbar und der Differenzdruck zwischen diesen beiden Drücken bestimmbar ist.

Mit Hilfe des gemessen Volumenstroms des Gasstoffes durch die Aerosolleitung und mit Hilfe der durch den Aerosolsensor erfassten Aerosoldichte als repräsentative Zustands- größen für den Aerosolvolumenstrom kann durch die Steuereinrichtung der tatsächliche Aerosolvolumenstrom berechnet werden.

Eine Möglichkeit zur Berechnung des Aerosolvolumenstroms qA aus dem Gasstoffvolu- menstrom qG und der Aerosoldichte PA führt über die Formel qA = A x qG x PA, wobei A ein konstanter Wert ist.

Anstelle dieser Formel können jedoch auch durch Versuchsreihen bestimmte Charakte- ristikenfelder mit der vom Aerosolsensor gemessenen wenigstens einen Zustandsgröße als Variable verwendet und in der Steuereinrichtung gespeichert werden, so dass für eine ermittelte repräsentative Zustandsgröße der dieser Zustandsgröße zugeordnete Aerosolvolumenstrom durch Nachschlagen in der gespeicherten Charakteristika (z. B. in Form einer look-up Tabelle) oder durch eine abgespeicherte, an empirische Versuchs- reihen angepasste Gleichung direkt bestimmt werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung findet eine Überwachung des Be- triebszustandes der Vorrichtung dahingehend statt, ob fehlerhafte oder untypische Kombinationen der erfassten Parameter vorliegen, die auf eine Betriebsstörung, auf eine fehlerhaften Bedienung oder auf eine mangelhafte Qualität der Aerosolerzeugung hin- weisen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass durch die Steuereinrichtung die aktuell erfassten Zustandsgrößen mit Referenzwerten verglichen werden und bei starken Abweichungen oder bestimmten Kombinationen Fehler-oder Alarmsignale aus- gegeben werden. Die Referenzwerte können in der Steuereinrichtung abgespeichert und vorher durch Versuche ermittelt worden sein. Gemäß einer anderen Variante kann in der Steuereinrichtung ein Lernalgorithmus implementiert sein, der dynamisch die Re- ferenzwerte an die bisher fehlerfrei durchlaufenen Betriebszustände anpasst. Durch die- se Ausgestaltungen lassen sich Systemfehler oder fehlerhafte Benutzereinstellungen erfassen und Ausschuss vermeiden.

Der Aerosofsensor kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung als Doppleranemome- ter ausgestaltet sein und die Teilchengeschwindigkeit, Teilchenanzahl und Teilchengrö- ße der im Gasstoff als Teilchen gelösten Flüssigkeit simultan erfassen. Die Doppler- nemometer können auf Laserbasis oder auf Ultraschallbasis arbeiten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben.

Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische und schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aerosolerzeugung ; Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Aerosolleitung ; Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aerosolerzeugung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ; Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aerosolerzeugung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Zunächst wird, mit Bezug auf die Fig. 1, der Aufbau einer Vorrichtung 1 zur Aerosoier- zeugung beschrieben. Die Vorrichtung 1 kann funktionell unterteilt werden in einen Ae- rosolerzeuger 2, in dem Aerosol erzeugt wird, und eine Steuereinrichtung 3 unter deren Kontrolle der Aerosolerzeuger 2 das Aerosol erzeugt.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Aerosol schematisch durch Punkte 4 dargestellt, das zu Aerosolverbrauchern 5 geleitet wird, wobei die Vor- richtung 1 als Kühl-Schmiervorrichtung für spanabhebende Werkzeuge als Aerosol- verbraucher 5 verwendet wird. Andere Arten von Aerosolverbrauchern 5 umfassen Sprühköpfe für beispielsweise Lacke oder Klebstoffe.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 werden als Aerosolverbraucher 5 Bohrer 6 verwen- det, die auf Werkzeugmaschinenspindeln 7 angebracht sind. Die Aerosolverbraucher 5 selbst sind nicht Bestandteil der Vorrichtung 1 zur Aerosolerzeugung.

Der Aerosolerzeuger 2 weist einen Flüssigkeitsbehälter 8 auf, der einen Vorrat 9 der Flüssigkeit enthält. Je nach Anwendungsfall kann die Flüssigkeit ein Farbstoff, Lack, Klebstoff oder ein Kühischmierstoff oder Schmierstoff, wie beispielsweise ein Öl oder eine Öl-Emulsion, sein. Die Flüssigkeit ist im Aerosol 4 als Sol in Form von Tröpfchen gelöst.

Der Behälter 8 ist durch einen Deckel 10 druckdicht verschlossen und als Druckbehälter ausgebildet, in dem ein von der Umgebung des Aerosolerzeugers 2 unterschiedlicher Druck, vorzugsweise ein Überdruck, herrscht.

Der Raum 11 oberhalb des Flüssigkeitsvorrats 9 im Behälter 8 enthält Aerosol 4, das durch Vermischung eines Gasstoffvolumenstroms, schematisch durch den Pfeil 12 dar- gestellt, und eines Flüssigkeitsvolumenstroms, schematisch durch den Pfeil 13 darge- stellt, in einer Mischkammer 14 erzeugt wird.

Als Gasstoffe können inerte Gase, beispielsweise Edelgas, oder Gasgemische wie Luft, beispielsweise Druckluft, verwendet werden.

Der Gasvolumenstrom 12 wird unter Druck durch eine Gasleitung 15 über eine Dosier- einrichtung 16 und eine weiterführende Gasleitung 17 zur Mischkammer 14 geführt.

Durch die Gasstoffströmung wird in der Mischkammer 14 ein Unterdruck erzeugt, durch den Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsvorrat 9 über eine Flüssigkeitsleitung 18, eine Do- siereinrichtung 19 und eine weiterführende Leitung 20 in die Mischkammer gesaugt wird.

In der Mischkammer 14 wird die Flüssigkeit im Gasstoffstrom 12 tröpfchenweise gelöst und, noch unter Druck stehend, auf einen Prallkörper 21 geleitet. Durch die mechani- sche Wechselwirkung zwischen dem Prallkörper 21 und dem Aerosolstrom können fei- nere Tröpfchen gleichbleibender Größe erzeugt werden. Als Prallkörper kann beispiels- weise der in der DE 196 54 321 A1 beschriebene, stufenpyramidenförmige Prallkörper verwendet werden. Zu große Tropfen fallen in den Flüssigkeitsvorrat 9 zurück. t Das Aerosol 4 sammelt sich im Raum 11 an und wird über eine Aerosolleitung 21 aus dem Aerosolerzeuger 2 geleitet. Die Förderung des Aerosols durch die Aerosolleitung 21 kann durch den im Behälter 8 herrschenden Innendruck erfolgen. Alternativ können in der Aerosolleitung 21 auch Fördereinrichtungen wie Pumpen vorgesehen sein.

Zusätzlich kann die Aerosolleitung 21 im Bereich ihrer Eingangsöffnung 22 eine Saug- düse (nicht gezeigt) aufweisen, mit der über Druckluft Aerosol aus dem Raum 11 aktiv in die Aerosolleitung 21 gesaugt wird.

Im Bereich der Aerosolleitung 21 ist ein Aerosolsensor 23 angeordnet, durch den we- nigstens eine für den Aerosolvolumenstrom durch die Aerosolleitung repräsentative Größe erfasst wird, beispielsweise die Aerosoldichte und die Aerosolgeschwindigkeit, die in etwa der Geschwindigkeit der Gasstoffphase des Aerosols entspricht.

Der Aerosolsensor 23 ist so nahe wie möglich an den Aerosolverbrauchern 5 ange- bracht und vorzugsweise in den Aerosolverbrauchern 5 selbst angeordnet. Beim Aus- führungsbeispiel der Fig. 1 kann beispielsweise in jedem Werkzeug wie dem Bohrer 6 oder in jeder Werkzeugaufnahme wie der Spindel 7 ein Aerosolsensor vorzugsweise auswechselbar integriert sein. Bei dieser Anordnung kann der Aerosolsensor direkt den Aerosolstrom am Aerosolverbraucher erfassen. Aufgrund der sich drehenden Werk- zeugspindel kann durch eine Energieübertragungseinrichtung (nicht dargestellt) eine berührungslose Energieübertragung zum Aerosolsensor beispielsweise über ein in der Spindel herrschendes Magnetfeld erfolgen, in dem sich eine Spule des Aerosolsensors dreht und so Strom erzeugt. Um eine möglichst lange Lebensdauer zu gewährleisten erfolgt bei dieser Ausgestaltung die Datenübertragung ebenfalls berührungslos auf opti- schem oder funktechnischem Wege mittels einer in Fig. 1 nicht dargestellten Datenüber- tragungseinheit.

Von der Aerosolleitung 21 wird der durch die Aerosolleitung 21 geleitete Aerosolvolu- menstrom 24 auf Zweigleitungen 25 verteilt, die zu den Aerosolverbrauchern 5 führen.

An eine Vorrichtung 1 zur Aerosolerzeugung können dabei beliebig viele Aerosolver- braucher 5 angeschlossen werden, solange die von der Vorrichtung 1 erzeugte Aerosol- menge zur Versorgung der Aerosolverbraucher 5 ausreicht.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 werden die auf die Zweigleitungen 25 verteilten Aerosolströme durch eine Leitung (nicht gezeigt) in der rotierenden Werkzeugmaschi- nenspindel 7 zu den Bohrern 6 bis an die Schneiden bzw. den Ort der Spanabhebung geführt.

Die Steuereinrichtung 3 regelt die Funktion des Aerosolerzeugers 2. Sie umfasst ein Eingabegerät 26a und ein Ausgabegerät 26b, beispielsweise einen herkömmlichen Computer 26 mit Bildschirm und Tastatur sowie Datenlesegeräten wie CD-ROMs, Flop- pies, Wechselplatten, Bänder u. dgl. Über die Ein-und Ausgabeeinrichtung 26a, 26b kann ein Benutzer in Wechselwirkung mit der Vorrichtung 1 treten und die für die Aero- solerzeugung wichtige Parameter und Sollgrößen einstellen. Derartige Parameter sind beispielsweise der von den Aerosolverbrauchern 5 geforderte Aerosolvolumenstrom 24, die mittlere Tröpfchengröße des Aerosols sowie die Fettigkeit des Aerosols, d. h. der Anteil der Flüssigkeitsphase im Aerosol. Weitere Parameter bzw. Zustandsgrößen, die durch die Ein-/Ausgabeeinrichtung durch Bedienpersonal eingegeben werden können, sind beispielsweise die Aerosoltemperatur sowie die Stoffgrößen, wie die Viskosität, der zur Erzeugung des Aerosols verwendeten Ausgangsstoffe. In Abhängigkeit von diesen Stoffgrößen bestimmt sich der in der Mischkammer 14 einzustellende Mischvorgang, d. h. die der Mischkammer zuzuführenden Volumenströme, die Geschwindigkeiten der Volumenströme sowie die Temperaturen der Volumenströme.

Über die Ein-/Ausgabeeinrichtung 26b wird der Zustand des Aerosolerzeugers 2 sowie Abweichungen vom Sollzustand sowie Betriebsstörungen dem Bedienperson angezeigt.

Die Regelung der Aerosolerzeugung selbst findet in einem Regler 27 statt, der in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Der Regler 27 kann einen Mikroprozessor umfassen, der als Teil eines herkömmlichen Computers oder aber auch als ein speziell für Regelungsauf- gaben ausgebildeter elektronischer Schaltkreis ausgebildet sein kann.

Der Regler 27 ist über einen ersten Signalweg 28 mit der Dosiereinrichtung 16 für den Gasstoffvolumenstrom 12 verbunden. Über einen zweiten Signalweg 29 ist der Regler 27 mit der Dosiereinrichtung 19 für den Flüssigkeitsvolumenstrom 13 verbunden. Über einen dritten Signalweg 30 ist der Regler 27 mit einer Verstellvorrichtung 31 verbunden, über die direkt in den Aerosolerzeugungsprozess in der Mischkammer 14 eingegriffen werden kann. Beispielsweise umfasst die Verstellvorrichtung 31 einen Motor, über den die Geometrie einer Zerstäuberdüse (nicht gezeigt) verändert werden kann.

Über einen vierten Signalweg 32 schließlich ist der Regler 27 mit dem Aerosol 23 ver- bunden.

Die Signalwege 28,29, 30,32 können als elektrische Signalleitung, lichtleitende Fasern oder Funkübertragungsstrecken zur uni-und/oder bidirektionalen Datenübertragung ausgebildet sein.

Des Weiteren können im Bereich der Dosiereinrichtungen 16 und 19 Volumenstrom- messeinrichtungen vorgesehen sein, durch die die Volumenströme 12,13 durch die Lei- tungen 15,17 bzw. 18,20 eingestellt werden können. Derartige Volumenstrommessein- richtungen können Flügelradonemometer, Heißfilm-oder Hitzdrahtsonden, Laser-oder Ultraschalldoppelsensoren oder Differenzdrucksensoren umfassen.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Aerosolsensors 23, durch den eine für den Aerosolvolumenstrom 24 durch die Aerosolleitung 21 reprä- sentative Zustandsgröße erfassbar ist.

Der Aerosolsensor 23 der Fig. 2 arbeitet auf optischer Basis und nutzt die Tatsache aus, dass die im Gasstoff gelösten Flüssigkeitstropfen Licht streuen. Die Menge des gestreu- ten Lichtes ist dabei repräsentativ für die Aerosoldichte PA, d. h. der Tröpfchenanzahl pro Volumen : je mehr Tröpfchen im Aerosol gelöst sind, umso mehr Licht wird gestreut.

Die Aerosolleitung 21 weist zumindest einen durchsichtigen Abschnitt 33 auf, der das Licht einer Lichtquelle 34 durchlässt, oder ist zur Gänze durchsichtig ausgestaltet.

Die Lichtquelle 34 erzeugt einen möglichst gebündelten und sich vorzugsweise über den gesamten Querschnitt der Aerosolleitung 21 erstreckenden Lichtstrahl 35, der den transparenten Bereich 33 der Aerosolleitung 21 durchquert und in einer Lichffalle 36 absorbiert wird.

In einem Bereich außerhalb des direkten Lichtstrahles 35 ist ein Streulichtsensor 37 an- geordnet, dessen Messbereich auf den vom Lichtstrahl 35 durchquerten Strömungs- querschnitt der Aerosolleitung 21 gerichtet ist.

Der Streulichtsensor 37 ist über die Datenleitung 32 mit dem Regler 27 verbunden ; er ist vorzugsweise so justiert, dass das Ausgangssignal, beispielsweise in Form einer analo- gen Spannung, proportional zur Aerosoldichte ist.

Die Lichtquelle 34 erzeugt vorzugsweise Licht, das nur Wellenlängen bestimmter Fre- quenzen enthält, und ist beispielsweise als Natriumdampflampe oder Laser ausgestaltet.

Die im Aerosol 4 dispergierten Flüssigkeitstropfen streuen das Licht 35 und über die Frequenzverschiebung des gestreuten Lichts kann die Geschwindigkeit der Flüssigkeits- teilchen im Aerosol 4 bestimmt werden. Diese Geschwindigkeitsbestimmung kann punktweise an einem kleinen Messvolumen innerhalb des Strömungsquerschnittes der Aerosolleitung 21 erfolgen oder flächig simultan über den gesamten Querschnitt. Bei einer nur punktweisen Erfassung der Strömungsgeschwindigkeiten kann über strö- mungstechnische Modelle der Aerosol-Rohrströmung von einem repräsentativen Mess- volumen auf den gesamten Aerosolvolumenstrom durch die Aerosolleitung geschlossen werden, oder aber der Strömungsquerschnitt und wird sequentiell abgetastet.

Anstelle eines Lichtstrahles 35 kann auch ein Ultraschallstrahl verwendet und analog ausgewertet werden.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm des Aufbaus der Vorrichtung 1 zu. Mit Hilfe der Fig. 3 soll die Funktion der Steuereinrichtung 3, insbesondere des Reglers 27 erläutert werden.

Durch die Steuereinrichtung 3 bzw. den Regler 27 soll der Aerosolvolumenstrom 24 auf einen konstanten Wert geregelt werden.

Hierzu wird zunächst vom Aerosolsensor 23 über den Signalweg 32 eine den Aerosolvo- lumenstrom 24 repräsentierende Zustandsgröße, beispielsweise die Aerosoldichte PA, ausgegeben und an ein Durchflussberechnungsmoduf 39 des Reglers 27 geleitet.

Über einen Durchflusssensor 40 wird außerdem eine für den Gasstromdurchsatz qG repräsentative Größe erfasst und ebenfalls an das Durchflussberechnungsmodul 39 des Reglers 27 geleitet. Das Durchflussberechnungsmodul bestimmt aus den Zustandsgrö- ßen qG und pA den Volumenstrom qF der dispergierten Flüssigkeit in der Aerosolleitung 21 mittels der folgenden Gleichung : qp = A x pA x qc, wobei A eine Proportionalitätskonstante ist.

Die gemessenen oder berechneten Volumenstromgrößen qG und qF werden vom Regler 27 über Ausgangsleitungen 41 an weitere Geräte ausgegeben, beispielsweise an das Ausgabegerät 26b (vgl. Fig. 1).

Im Regler 27 ist des Weiteren eine Speichereinheit 42 vorgesehen, in der Regelgrößen, insbesondere Sollgrößen, abgespeichert werden. Die Speichereinheit 42 ist über eine Signalleitung 41 mit externen Geräten verbunden, beispielsweise dem Eingabegerät 26a, über das die in der Speichereinheit 42 abgelegten Größen durch einen Benutzer geändert werden können. Als Sollgrößen sind in der Speichereinheit 42 beispielsweise der Soll-Gasvolumen-strom qGR und ein Soll-Flüssigkeitsvolumenstrom qFR abgespei- chert. Die Soll-Volumenstromgrößen qGR und qFR werden an ein Berechnungsmodul 43 des Reglers 27 geleitet, wo die Differenz zu den Ist-Volumenströmen qG und qF in der Aerosolleitung 21 berechnet und als Stellgrößen UG und UF an eine Ausgabeeinheit 44 weitergeleitet werden. Die Ausgabeeinheit 44 wandelt die Stellgrößen in Signale um, die an die Dosiereinrichtungen 16 und 19 weitergeleitet werden. Die Ausgabeeinheit 44 konvertiert hierzu die Stellgrößen in ein geeignetes Format, beispielsweise ein analoges Spannungssignal oder ein digitales Signal gemäß einem Datenaustausch-Protokoll, das direkt an die Dosiereinrichtungen angegeben werden kann.

Die Dosiereinrichtungen 16,19 können jeweils als Proportionalventile ausgestaltet sein, deren Öffnungsgrad proportional zu einer über die Signalwege 28,29 ausgegebenen analogen Spannung ist. In diesem Fall erzeugt die Ausgabeeinheit 44 Signal, das einen Strömungswiderstand an dem Proportionalventil 16,19 so einstellt, dass die Abwei- chung zwischen dem jeweiligen Ist-Volumenstrom und Soll-Volumenstrom verringert bzw. auf Null geregelt wird.

Alternativ können die Dosiereinrichtungen 16,19 auch jeweils als eine Blendenanord- nung ausgestaltet sein, die mehrere Blenden unterschiedlichen Strömungsquerschnittes umfasst, wobei jede Blende durch ein vor-und nachgeschaltetes Schaltventil geöffnet oder verschlossen wird. In diesem Fall erzeugt die Ausgabeeinheit 44 Schaltsignale für die jeweils den unterschiedlichen Blendenöffnungen zugeordneten Schaltventile, um eine Kombination von geöffneten und geschlossenen Blenden zu erreichen, durch die die Abweichung des jeweiligen Volumenstroms 12,13 vom Soll-Wert verringert wird.

Der Regler 27 umfasst schließlich noch ein Fehlerüberwachungsmodul 45, durch das die aktuellen Zustandsgrößen der Aerosolerzeugung, die Ist-Volumenströme und die Sollgrößen überwacht werden. Diese Zustandsgrößen werden vom Fehlerüberwa- chungsmodul 45 mit Referenzwerten verglichen, die in der Speichereinheit 42 abgelegt sind. Die Zustandsgrößen in der Speichereinheit 42 werden herstellerseits vorgegeben und über die Eingabeeinheit 26a verändert oder aber durch einen Lernalgorithmus an die laufenden Betriebsbedingungen angepasst. Bei einer untypischen Kombination der Zustandsgrößen, beispielsweise wenn der Flüssigkeitsvolumenstrom 13 in einem be- stimmten Verhältnis zum Gasvolumenstrom 12 steht, wird durch das Fehlerüberwa- chungsmodul 45 über die Leitung 41 ein Alarmsignal ausgegeben, das beispielsweise an der Ausgabeeinheit 26b optisch zur Information von Bedienpersonal ausgegeben werden kann. Außerdem kann durch das Fehlerüberwachungsmodul 45 über eine Lei- tung 46 ein Stoppsignal an die Ausgabeeinheit 44 ausgegeben werden, durch das die Aerosolerzeugung durch den Aerosolerzeuger 2 bei Vorliegen eines Alarmsignals unter- brochen wird.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung 3, insbesondere des Reglers 27, dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und Elemente dieselben Bezugszeichen wie bei den Fig. 1 bis 3 verwendet. Im Folgenden wird der Einfachheit halber lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der Fig. 3 eingegangen.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig.

3 durch den Typ des verwendeten Aerosolsensors 23. Der Aerosolsensor 23 der Fig. 4 ermittelt simultan die Teilchengeschwindigkeit VF, die Teilchenanzahl nF und die mittlere Teilchengröße dA in der Aerosolleitung 21. Ein solcher Aerosolsensor 23 kann bei- spielsweise ein Laseranemometer oder Laser-Doppler-Anemometer oder ein Ultraschal- lanemometer sein.

Das Berechnungsmodul 43 berechnet aus der Teilchenanzahl nF und der Teilchenge- schwindigkeit VF die Aerosoldichte PA den Aerosolvolumenstrom qA, den Gasstoff- Volumenstrom qG und dem Flüssigkeitsvolumenstrom qF. Außerdem werden durch das Berechnungsmodul 43 der durchschnittliche Teilchendurchmesser dAv sowie die Streu- ung der Teilchendurchmesser berechnet.

Die Stellgrößen U und UF für den Gasstrom-Volumenstrom bzw. Flüssigkeits-Volumen- strom werden wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 berechnet und an die Dosierein- richtungen 16,19 weitergegeben.

Zusätzlich wird beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 aus dem durchschnittlichen Teil- chendurchmesser dAv und dem in der Speichereinheit 42 abgelegten Sollwert für den durchschnittlichen Teilchendurchmesser dAVR eine Stellgröße Ud berechnet und über die Ausgabeeinheit 44 an die Mischkammer 14 ausgegeben. Die Stellgröße Ud kann bei- spielsweise den an einer Zerstäuberdüse einzustellenden Durchmesser an einer Stelle darstellen. Ein Aktuatorbereich 14'der Mischkammer 14 verändert dann die Geometrie der Mischkammer in Abhängigkeit von der Stellgröße Ud derart, dass der Aerosolvolu- menstrom 24 die gewünschten mittleren Teilchendurchmesser dAvR bzw. die gewünsch- te Streuung der Teilchendurchmesser aufweist.

Wie bereits beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ein Fehlerüberwachungsmodul 45 vorgesehen, über das die Zustandsgrößen der Aerosolerzeugung überwacht und Fehlermeldungen bzw. Warnungen bei untypischen Kombinationen von Zustandsgrößen ausgegeben werden.