Die &findung betrifft eine Wirbelvorrichtung mit wenigstens einer Wirbelkammer zum Zerstäuben von Fluiden, zum Dispergieren flüssiger oder gasförmiger M edien, zum Tren- nen unterschiedlicher Phasen eines flüssigen oder gasförmigen Gemisches sowie zur M odifikation der Qust erstruktur von Wasser oder wässrigen Lösungen.

Wirbelkammern sind u. a. unter der Bezeichnung Flüssigkeitszerstäubervorrichtung in ihrer einfachsten Form bekannt aus der WO 95/ 1 6521 A1 sowie in deren weiterentwickelten Formen aus der DE 1 0200801 9930 A1 . Die bekannte Flüssigkeitszerstäubervorrichtung WO 95/ 1 6521 A1 besitzt eine zylinderförmige Wirbelkammerwandung, die durch einen Zylindermantel und zwei diesen end- seitig verschließende ebene Ratten gebildet wird. Die Flüssigkeitszerstäubervorrichtungen nach DE1 0200801 9930 A1 weisen eine oder mehrere Wirbel kämm ern auf , deren Seitenwandungen sowie Wirbelkammerdeckel- und/ oder -böden entweder konkav oder konvex ausgeformt sind. Beide Erfindungen weisen jeweils an der Wirbelkammerwandung eine oder mehrere gegeneinander versetzte tangentiale Enlauföffnungen auf. Im Boden der Wirbelkammer ist jeweils eine zentrixhe Auslaßöffnung vorgesehen.

Bei den bekannten Flüssigkeitszerstäubervorrichtungen tritt die Flüssigkeit über die Enlauföffnungen tangential in die annähernd rotationssymmetrixhe Wirbelkammer ein und wird in Rotation versetzt. Dadurch entstehen in der Wirbelkammer zwei ineinander liegende, gegenläufige Wirbel, ein au ßen aufsteigender sowie ein innen absteigender Wirbel. Unter Beibehaltung dieser Rotation tritt die Rüssigkeit wieder aus der unteren Auslaßöffnung aus. Bei geeigneter Auslegung der Wirbelkammer entsteht im Inneren des absteigenden Wirbels ein Unterdruck, der das Umgebungsfluid ( Luft) in die Wirbelkammer einsaugt und mit der Flüssigkeit vermixht. Die Zerstäubervorrichtung dient zur Erhöhung des Sauerstoffgehalts in Wasser.

Bei diesen Flüssigkeitszerstäubervorrichtungen besteht eine begrenzte Verweildauer in der Kammer, die die Sauerstoffanreicherung beeinträchtigt. Auf Grund der Geometrie der Wirbelkammern sind die Flüssigkeitszerstäubervorrichtungen wenig zum Trennen von Komponenten, zum Reinigen von Flüssigkeiten oder zum Vermischen verschiedener M edien geeignet. Die DE1 0200801 9930A1 zeigt eine Wirbelkammerwandung mit einer nur allgemein konkaven, also maximal Rchtung Blipsoid oder Bform gehenden oder konvexen, bis hin zu einem einxhaligen Rotationshyperboloid gehenden Ausgestaltung. Bei den Boden- oder Deckelflächen ist ebenfalls nur die allgemein konkav gestaltete, maximal bis zur Bform gehende oder konvexe, nach Art eines zweixhaligen Rotationshyperboloids geformte Ausgestaltung offenbart. Die hierbei zugrundeliegenden mathematischen Kurven sind jeweils einfach gekrümmte Kurven. Übergangsradien, Krümmungswechsel oder irgendeine besondere Art der Ausgestaltung im Übergangsbereich zwi- xhen Wandung und Deckel bzw. Boden der Wirbelkammer sind in der DE1 0200801 9930A1 nicht definiert. Bei den bekannten Zerstäubungsvorrichtungen WO 95/ 1 6521 A1 und DE1 0200801 9930A1 erfolgt die Bnspritzung des Fluids mit Druck durch tangentiale Bohrungen, um den nötigen Drall zu erzeugen und das Fluid intensiv zu zerstäuben. Weiter ist z. B. aus der DE 3325952 A1 eine Vorrichtung zur Herstellung von Feststoff- Flüssig keits- Gern i xhen mit einer Wirbelkammer bekannt, bei der ein M edium in Spiralwirbeln durch die Kammer strömt. Die Kammer besteht aus einem Innenbehälter und einem Aussenbehälter, die jeweils eine hyperbelförmigen M antellinie in vertikaler Rchtung aufweisen. Das M edium kann mehrfach durch die Wirbelkammer geleitet werden bis ein Kolloid oder ein Koagulat als Endprodukt erreicht ist. Bne solche Vorrichtung weist eine lange Bauform auf und ist nicht zur Kombination mit weiteren Einrichtungen geeignet.

Zudem ist aus der DE 3738223 eine Vorrichtung zur Energieanreicherung von Wasser oder anderen Fluiden bekannt, bei der ein Fluid mittels eines Accelerators spiralförmig durch eine Kammer strömt. Durch Richtungsänderungen der Strömung wird erreicht, dass eine turbulenzfreie Strömung entsteht und über einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Zur Herstellung der Strömung und zur Erhöhung der Verweildauer ist bei dieser Vorrichtung ein aktiver Antrieb erforderlich.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wirbelvorrichtung zu xhaffen, wel- che u. a. die Herstellung feiner Dispersionen, die M ischung von Hüssigkeiten und anderen M edien, die Zerstäubung von Hüssigkeiten ermöglicht und die Herstellung von M edien mit homogener und exakt definierter Teilchen grosse ermöglicht, welche die Sauerstoff- anreichung von Wasser verbessert und die Lockerung von Wassermolekül- Clustern unterstützt, die eine verbesserte Formgebung zur Unterstützung der Huiddynamik bei der Verwirbelung aufweist und die Verweildauer eines M ediums in der Wirbelvorrichtung und die dabei zurück gelegte Wegstrecke erhöht.

Diese Aufgabe wird durch eine Wirbelvorrichtung zur Verwirbelung eines flüssigen und/ oder gasförmigen M ediums mit einer oder mehreren Wirbelkammern nach dem Hauptanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und unterxhiedliche Varianten gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Bei einer Wirbelvorrichtung zur Verwirbelung eines flüssigen und/ oder gasförmigen M ediums mit einer oder mehreren Wirbelkammern nach der vorliegenden Erfindung weist eine Wirbelkammer wenigstens einen Enspritzkanal und wenigstens einen Auslasskanal auf . Die Wirbelkammer ist im Inneren von einer Begrenzungsfläche begrenzt. Nach der Erfindung umfasst die Begrenzungsfläche wenigstens eine rotationssymetrisch gekrümmte Wandung, deren Krümmung mathematixh zumindest annähernd einer Besselfunktion folgt. Als Bnspritzkanal sollen grundsätzlich alle Zugänge in das Innere der Wirbelkammer verstanden werden, die der Zuleitung eines M ediums dienen können. Bei bestimmten Anwendungen der Wirbelkammer kann zwixhen Zuleitungen für eine Hauptphase, nachfolgend primär als Bnspritzkanal bezeichnet, und Zuleitungen für Dispergierphasen, nachfolgend als Zulauf kanal bezeichnet, unterschieden werden. Nach einer Ausführungsform umfasst die Wirbelkammer eine Umfangswand, einen Deckel und einen Boden, die gemeinsam die Begrenzungsfläche im Innenraum der Kammer bilden. Dabei können die Umfangswand, der Deckel und/ oder der Boden mit der gekrümmten Wandung ausgebildet sein. Die Krümmung der Wandung an Deckel und/ oder Boden kann zumindest annähernd einer Sombrero- Funktion folgen. Vereinfacht kann diese durch konzentrixh um eine M ittelachse verlaufende Wellen bexhrieben werden, deren Krümmungen, bzw. deren Abfolge von M axima und M inima, einer Besselfunktion folgen. Die Umfangswand ist im Wesentlichen um die M ittelachse der Wirbelkammer rotationssymmetrixh vorgesehen. Die Krümmung der Wandung der Wirbelkammer an der Umfangswand kann eine einfach oder mehrfach taillierte Form aufweisen, die zu- mindest annähernd einer Besselfunktion folgt. Weiter können auch die Bnspritzkanäle und/ oder die Auslaxkanäle zumindest annähernd gemäx einer Besselfunktion, insbe- xndere gemäx einer modifizierten Besselxhen Differentialgleichung zweiter Art, gekrümmt sein. Die Krümmung einer Wandung der Begrenzungsfläche der Wirbelkammer kann durch eine einfache Besselxhe Differentialgleichung erster Art oder durch eine modifizierte Besselxhe Differentialgleichung zweiter Art gebildet werden. Dabei können die Wandungen von Umfangswand, Boden und Deckel unterxhiedlichen Besselfunktionen fol- gen. Auch die Bnspritz- und Auslaxkanäle können nach unterxhiedlichen Besselfunktionen gekrümmt sein.

In den Übergangsbereichen zwixhen Umfangswand und Deckel oder zwixhen Umfangswand und Boden können rundlich gekrümmte Kavernen ausgebildet sein. Diese sind beispielsweise als konzentrixh um die M ittelachse umlaufende Auswölbungen vor- gesehen sein, deren Wölbung sich wiederum nach einer Besselfunktion richtet. Die Übergangsbereiche xllen möglichst ohne Grate ausgebildet sein. Die Kavernen dienen dazu die Ausbildung von spiralförmig um die M ittelachse umlaufenden Ringwirbeln zu ermögliche, die sich zusätzlich zu den um die M ittelachse ausbildenden Hauptwirbeln aufbauen. Zur Ausbildung der Kavernen weist ein Übergangsbereich zwixhen Umfangswand und Deckel oder zwixhen Umfangswand und Boden einen Übergangsradius von um etwa 1 0% bis 40% einer Höhe der halben Wirbelkammer auf, vorzugsweise von 1 4% bis 33% .

Bei der Wirbelkammer der Wirbelvorrichtung können Boden und Deckel durch eine form- xhlüssige Verbindung an der Umfangswand befestigt werden. Dies kann z. B. durch ei- nen Rasxitz, etwa eine Rastverbindung, oder eine Gewindeverbindung erfolgen. Auch eine reibxhlüxige Verbindung ist denkbar, sofern die Verbindung dem Druck innerhalb der Kammer Stand hält. Grundsätzlich kann die Wirbelkammer aber auch derart gestaltet sein, dass der Deckel oder der Boden in der Umfangswand integriert sind, beispielsweise als einstückiges Teil ausgebildet sind.

Die Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann ein Gehäuse mit wenigstens einem Zuführ- und Abführkanal aufweisen. Das kann dient dazu eine oder mehrere Wirbelkammern aufzunehmen. Dabei ist zwixhen Gehäuse und Wirbelkammer ein Zulauf für ein Medium zur Wirbelkammer ausgebildet, der das M edium den Bnspritzkanälen zuleitet. Das Wirbelkammergehäuse kann innen rund sein und ausreichend dimensioniert, um die Wirbelkammer oder -kammern unter zu bringen, oder zumindest so ausgeformt, dass ein möglichst freier Enstrom des zu dispergierenden M ediums in die Wirbelkammerzuläufe gewährleistet ist. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand zwixhen Wirbelkammeraußenwand und Gehäuseinnenwand mindestens etwa dem zweifachen maximalen Durchmesser eines Bnspritzkanals der Wirbelkammer entspricht.

Die Wirbelkammer kann z. B. eine Höhe, bzw. einen Durchmesser, von 3mm bis 1 0cm und ein Bnspritzkanal kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa 1 mm bis 1 cm aufweisen. Andere Abmessungen sind je nach Verwendung der Wirbelvorrichtung denkbar. Grundsätzlich können eine Wirbelvorrichtung auch für Wasserrohre im M eter- Bereich ausgelegt werden.

Bn Bnspritzkanal, respektive ein Zulaufkanal, kann einfach als Bohrung durch die Umfangswand der Wirbelkammer vorgesehen sein. M eist wird ein Kanal tangential an die Begrenzungsfläche anxhliessend vorgesehen. Er kann aber auch als Rohrstutzen ausgebildet sein, der innerhalb einer Bohrung in der Umfangswand angeordnet ist. Für bestimmte Anwendung ist es vorteilhaft, wenn der Rohrstutzen frei in den Innenraum der Wirbelkammer steht. Vorzugsweise ist die Bntauchtiefe eines derart frei in den Innen- räum stehenden Bnspritzkanals variabel einstellbar. Hierfür kann zwixhen Bohrung und Rohrstutzen beispielsweise ein Gewinde vorgesehen sein.

Grundsätzlich kann eine Wirbelkammer mehrere Bnspritzkanäle oder Zulauf kanäle aufweisen, die unterxhiedlich ausgebildet sein und xmit unterxhiedliche Funktionen über- nehmen.

Die Bnspritz- und Zulaufkanäle können an unterxhiedlichen Orten der Wirbelkammer verteilt angeordnet sein. Vorzugsweise mündet ein Kanal an einem Scheitelpunkt der Besselkurve in die Wirbelkammer. Dies kann an einem Maximum oder einem M inimum der gekrümmten Wandung erfolgen. Insbesondere können die Kanäle in die Kavernen der Wirbelkammer münden.

Bei einer Ausführungsform der Wirbelvorrichtung können mehrere Bnspritz-, bzw. Zulauf kanäle wendelartig um die Umfangswand der Wirbelkammer verteilt sein, so dass sie an unterxhiedlichen Höhen und unterxhiedlichen Winkelpositionen angeordnet sind.

Bei einer Ausführungsform einer Wirbelvorrichtung ist ein Zulaufkanal z. B. zum Bnbrin- gen einer Dispergierphase in die Wirbelkammer vorgesehen, der bis zu einer Bntauchtie- fe von 1 4% - 90% der maximalen Wirbelkammerhöhe durch einen Auslaxkanal im Boden in die Wirbelkammer hineinragt. Dadurch kann die Vermixhung der Dispergierphase mit der Hauptphase vorteilhaft unterstützt werden.

Die Krümmung der Begrenzungsfläche der Wirbelkammer der Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung folgt vorzugsweise einer Bexelf unktion erst oder zweiter Art wie oben bexhrieben. Es ist jedoch auch denkbar, dax die Krümmung entsprechend einer solchen mathematixh Besself unktion näherungsweise durch Kreise und/ oder Blip- sen realisiert wird. Die Wahl der Rundungen und der Übergänge zwixhen positiver und negativer Krümmung bei den Kreisen und Ellipsen sollten dabei im Wesentlichen den Vorgaben der Besselfunktion entsprechen.

Nach der Erfindung kann eine Wirbelvorrichtung wie vorher bexhrieben als Zerstäu- bungs- , M isch-, Trenn- oder Wasseraufbereitungsvorrichtung verwendet werden. Je nach Anwendungsgebiet können die Abmessungen der Wirbelkammer, die Ausgestaltung von Bnspritzkanälen und Auslasskanälen, die Anzahl von Wirbelkammern im Gehäuse, etc. angepasst werden, um eine gewünxhte Wirbelentwicklung innerhalb der Kammer zu erzeugen. Nachfolgend werden unterxhiedliche Ausführungsformen für unterxhiedliche Anwendungsgebiete erläutert. Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Weiterentwicklung der Wirbelkammern über den Bereich der Zerstäubung hinaus dar, die nun dank optimierter Formgebung der Wirbelkammer und zusätzlicher Applikationen zur intensiven M ixhung von Flüssigkeiten und anderen M edien wie beispielsweise Suspensionen verwendet werden können, mit dem Ziel der Herstellung bexnders feiner Dispersionen. Auch die M öglichkeit, Wasser oder wässrige Lösungen z. B. Trink- , Brauch- oder Abwasxr mit Sauerstoff oder anderen Gaxn anzureichern xwie insbexndere durch Lockerung bzw. Verkleinerung der Struktur der Cluster aus H20-M olekülen im Wasxr desxn Hieß- und Lösungsfähigkeit ( Kapil- largängigkeit) zu steigern, ist Teil diexr Erfindung. Außerdem werden Informierungsmöglichkeiten von Wasxr und wässrigen Lösungen, wie sie in der DE 1 0200801 9930 A1 erwähnt sind, mittels harmonixh abgestimmter Abmessungen sämtlicher relevanter Bauteile zur positiven Beeinflussung des Stoffwechxls von M enxhen, Tieren und Pflanzen erweitert.

Sofern die Wirbelkammer nicht in einem Gehäux untergebracht ist kann sie auch freistehend vorgesehen werden und mit entsprechenden Zuführxhläuchen verxhen sein und über mindestens einen Bnspritzkanal mit mindestens einem druckbeaufxhlagten Fluid gespeist werden.

Bne weitere Fortentwicklung stellt die von einem Rührwerk betriebene Wirbel kämm erva- riante mit Innenkontur dar, bei der eine konstante oder durchlaufende Fluidmenge be- handelt wird.

Der zum Betrieb der Wirbelkammern benötigte Druck und die dabei zu erreichende Durchflussmenge variiert stark. Große Unterxhiede bestehen naturgemäß ohnehin zwi- xhen gasförmigen und flüssigen M edien. Bei wässrigen M edien nicht übermäßiger Viskosität werden in Wirbelkammern mit Höhen bzw. Durchmessern um 3mm bis 1 0mm bei Bnspritzbohrungen von etwa 2x1 mm bis 3x3mm und bei Wasserdrücken zwixhen 2 und 5 bar Durchflussmengen von 3 bis 1 0 Litern pro M inute erreicht.

Der Größe der Wirbelkammern sind prinzipiell weder nach oben, noch nach unten hin Grenzen gesetzt. M iniaturwirbelkammern von unter etwa 3 M illimetern lassen sich allerdings nicht mehr mittels gewöhnlicher CNC-M axhinen hinreichend exakt fertigen. Grö- ßen von über 1 0cm Höhe bzw. Durchmesser sind denkbar.

Für eine optimale Ausgestaltung der Wirbelkammern hinsichtlich Strömungsmechanik und Dispersionsqualität einerseits sowie Bioverträglichkeit andererseits spielen die zu verwendenden Abmessungen eine entxheidende Rolle. Bei den Wirbelkammerformen nach der Erfindung haben sich für die verxhiedenen Durchmesxr und Bauhöhen stets die folgenden Zahlenverhältnisx als günstig herausgestellt:

D _min : D _max = 1 : 1 ,27 ( = 4/ pi) sowie 1 : 1 ,62 (= (v5)/ 2± 0,5 = Goldener Schnitt) H _min : H _max = 1 : 1 ,27 ( = 4/ pi)

D _U nten : D _mitte : D _oben = 1 : 1 ,62 : 2,62 = (= Goldener Schnitt) Abkürzungen:

D _oben = Durchmesser im oberen Bereich am Scheitelpunkt

D _mitte = Durchmesser im mittleren Bereich am Scheitelpunkt

D _U nten = Durchmesser im unteren Bereich am Scheitelpunkt

D _max = maximaler Durchmesser

D _min = minimaler Durchmesser

H _min = minimale Höhe

H _max = maximale Höhe

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen dargestellt, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. Aus den Zeichnungen offenbar werdende M erkmale der Erfindung sollen einzeln und in jeder Kombination als zur Offenbarung der Erfindung gehörend betrachtet werden. In den Zeichnungen zeigen: Hg. 1 : xhematixhe Darstellung einer Trennwirbelkammer ,

Hg. 2 : xhematixhe Darstellung einer Trennwirbelkammer mit Rückführung,

Hg. 3a : Graph einer einfachen Besselxhen Differentialgleichung erster

Art (Gattung) ,

Hg. 3b: Graph einer modifizierten Besselxhen Differentialgleichung zweiter

Art (Gattung) ,

Hg. 4a: Darstellung von Krümmungswechseln des Graphen einer einfachen Besselxhen Differentialgleichung erster Art (Gattung) ,

Hg. 4b: Darstellung von Krümmungswechseln eines Graphen einer modifizierten

Besselxhen Differentialgleichung zweiter Art (Gattung) , Hg. 4c: Schnitt durch eine Variante einer Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung,

Hg. 5: xhematixhe Darstellung von Strömungen durch eine Variante einer

Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung im Längsxhnitt,

Hg. 6: xhematixhe Darstellung von Strömungen durch die Variante einer

Wirbelkammer nach Hgur 5 im Querxhnitt,

Hg. 7a + 7b: xhematixhe Darstellung von Ringwirbeln in Kavernen einer Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung,

Hg. 8a + 8b: allgemeine xhematixhe Darstellung einer Wirbelkammer einer

Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung als Längs- und als Querxhnitt,

Hg. 9 : xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Umfangswand einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 1 0 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer

Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 1 1 : xhematixhe Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 1 2 : xhematixhe Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 1 3 : xhematixhe Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 1 4a:xhematixhe Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 1 4b: xhematixhe Darstellung einer Ausführungsform einer Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung,

Hg. 1 5 : xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Deckels einer erf indungsgemässen Wirbelkammer, Hg. 1 6 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Deckels einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 1 7: xhematixhe Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Deckels einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 1 8: xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Bodens mit

Auslaxkanal einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 1 9 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Bodens mit Auslasskanal einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 20 : xhematixhe Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Bodens mit

Auslaxkanal einer erf indungsgemäxen Wirbelkammer,

Hg. 21 : xhematixhe Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Bodens mit

Auslaxkanal einer erf indungsgemäxen Wirbelkammer,

Hg. 22 : xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Auslaxkanals einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 23 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Auslasskanals einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 24: xhematixhe Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Auslaxkanals einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 25a + 25b: xhematixhe Darstellung einer vierten Ausführungsform von Auslaxkanälen einer erf indungsgemäxen Wirbelkammer,

Hg. 26a + 26b: xhematixhe Darstellung einer fünften Ausführungsform von Auslaxkanälen einer erf indungsgemäxen Wirbelkammer,

Hg. 27a-e: xhematixhe Darstellung verxhiedener Ausführungsformen von

Bnspritzkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 28 : xhematixher Läng chnitt einer ersten Ausführungsform von Bnspritzkanälen in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, xhematixher Querxhnitt dreier verxhiedener Ausführungsformen von Bnspritzkanälen in der Wirbelkammer nach Figur 28,

xhematixher Längsxhnitt einer Ausführungsform von Bnspritz kanälen in einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,

b: xhematixher Längs- und Querxhnitt einer dritten Ausführungsform von Bnspritzkanälen in einer erf indungsgemässen Wirbelkammer, xhematixhe Darstellung einer Wirbelkammer mit sieben Bnspritzkanälen, xhematixhe Darstellung zweier Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, xhematixhe Darstellung einer zweier weiterer Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

xhematixhe Darstellung noch zweier weiterer Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

xhematixhe Darstellung einer vierten Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, xhematixhe Darstellung einer fünften Ausführungsformen von Zulaufkanälen in einer Umfangswand einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, xhematixhe Darstellung einer ersten Variante von Bntrittxrten von Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

xhematixhe Darstellung einer zweiten Variante von Bntrittsorten von Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen mit einer Dispergierphase in eine erfindungsgemässen Wirbelkammer, Hg. 39b: xhematixhe Darstellung einer dritten Variante von Bntrittsorten von Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 40a: xhematixhe Darstellung einer vierten Variante von Bntrittsorten von

Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen mit einer Dispergierphase in eine erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 40b: xhematixhe Darstellung einer fünften Variante von Bntrittxrten eines

Bnspritzkanals in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 41 a + 41 b: xhematixhe Darstellung als Vertikal- und Horizontalxhnitt einer sechsten Variante von Bntrittxrten von Bnspritz- , bzw. Zulaufkanälen mit einer Dispergierphase in einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 42a: xhematixhe Darstellung einer siebten Variante von Bntrittxrten von

Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen mit einer Dispergierphase in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 42b: xhematixhe Darstellung einer achten Variante von Bntrittxrten von

Bnspritz-, bzw. Zulaufkanälen in einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 43a - 43c: xhematixhe Darstellungen von Varianten von Zulaufkanälen durch einen Deckel einer erf indungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 44a + 44b: xhematixhe Darstellungen von Varianten von Zulauf kanälen durch einen Boden einer erfindungsgemässen Wirbelkammer,

Hg. 45a + 45b: xhematixhe Darstellungen von Varianten koaxial zu Bnspritzkanälen angeordneter Zulauf kanäle einer erfindungsgemässen Wirbelkammer, Hg. 46: xhematixhe Darstellungen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wirbelkammer mit einer Innenkontur, Hg. 47 : xhematixhe Darstellungen einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wirbelkammer mit einer Innenkontur, Hg. 48 : xhematixhe Darstellung einer erfindungsgemässen Wirbelvorrichtung mit einer Vakuumeinreichtung,

Hg. 49 : xhematixhe Darstellung einer erfindungsgemässen Wirbelvorrichtung mit einem Rührwerk,

Hg. 50 : xhematixhe Detailansicht einer Wirbelvorrichtung mit einem einzelnen

Rührwerk,

Hg. 51 : xhematixhe Detailansicht einer Wirbelvorrichtung mit zwei gegenläufigen Rührwerken,

Hg. 52 : xhematixhe Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Wirbelvorrichtung mit zwei Rührwerken und zwei Antriebsquellen, und

Hg. 53 : xhematixhe Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Wirbelvorrichtung mit zwei Rührwerken und zwei Antriebsquellen.

In den Hguren werden zahlreiche Ausführungsformen verxhiedener M erkmale einer Wirbelvorrichtung nach der Erfindung bexhrieben. Zur Vereinfachung xllen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden. Natürlich können auch in verxhiedenen Hguren gezeigte M erkmale mit in einer Wirbelvorrichtung mit einander kombiniert werden.

In Rgur 1 wir dargestellt, dass Wirbelkammern mittels verxhiedener Abxheidemecha- nismen auch zum Trennen von Komponenten von Gemixhen unterxhiedlicher Bexhaf- fenheit verwendet werden können. Hierbei ist die Trennung der Komponenten nach deren spezifixhen Gewicht wie auch nach deren Teilchengröße zum Beispiel bei dispergier- ten bzw. suspendierten Partikeln in einer Hüssigkeit oder in einem Gas (Aeroxle) möglich. In Figur 1 ist eine Wirbel kämm er 1 als Trennwirbelkammer als xhematixher Querxhnitt gezeigt. Die Wirbelkammer dient zum Sortieren eines inhomogenen Gemisches unter- xhiedlich grosser suspendierter Teilchen. Se weist zwei Zuführungen 2 für ein inhomogenes Gemixh, zwei äussere Abführungen 3 für feine Partikel und eine mittige Abfüh- rung 4 für grobe Partikel umfasst. Um eine M ittelachse der Kammer ist ein spiralförmiger Strom 5 des Gemixhes gezeigt. Bei flüssigen oder gasförmigen suspendierten Partikeln kann die Wirbelkammer zusätzlich die Partikelgrösse verkleinern.

In Figur 2 ist als xhematixher Querxhnitt eine Wirbelkammer gezeigt, die als Zerkleine- rungs- und Trennwirbel kam mer dient gezeigt, wobei links im Bild eine erste Variante ge- zeigt ist, bei der grosse Teilchen in einem Rückführkanal 7 zurückgeführt und erneut vom entstehenden Sog mit eingesaugt werden, und rechts im Bild ist eine zweite Variante gezeigt ist, bei der grosse Teilchen zurückgeführt und mit einer Pumpe 5 erneut in die Kammer eingespritzt werden. Bei dieser Wirbelkammer wird ein inhomogenes Gemixh mit grossen Teilchen durch zwei Zuführungen 2 zugeführt und feine Teilchen, z. B. Nanopa- rikel, werden mittig durch eine Abführung 4 abgeführt. Der zentral in der Wirbelkammer entstehende Hauptwirbelstrom 5 zerkleinert und sortiert die Teilchen.

Damit ist eine Kombination des M ixhens von M edien und des Trennens von Partikeln in einer oder mehreren Wirbelkammern möglich. So kann beispielsweise eine Phase zunächst in der Wirbelkammer dispergiert werden und am Ende von einer Trennvorrichtung - gegebenenfalls unter Zwixhenxhaltung einer weiteren Wirbelkammer - nach der Partikelgröße sortiert werden. Die noch nicht genügend fein dispergierten Partikel können wiederum in die erste Kammer zurückgeführt werden, um sie nochmals zu verwir- beln und zu dispergieren. Auf diese Weise lassen sich Gemixhe mit besonders homogener, exakt definierter Teilchengröße herstellen. Anwendungsbereiche dieser Technologie liegen im Bereich extrem feiner Zerstäubung von Flüssigkeiten z. B. für L iftbefeuchtung oder zum Farbauftrag, bis hin zur Kraftstoffeinspritzung in M otoren, weiter im Bereich intensiver Gemischbildung durch eine Dispersionsgüte der Tropfen bis in den Nanometerbereich zur Herstellung homogener Gemi- xhe verxhiedener Komponenten z. B. Suspensionen und Emulsionen - hier unter anderem die Herstellung eines Hybridtreibstoffes ( Diesel- Wasser- Gern ixh) - , aber auch zur Aeroxlbildung oder zur Luftbläxhenflotation. En weiterer Bereich ist die Trennung verxhiedener M edien nach deren Partikelgröße oder spezifixhem Gewicht z. B. bei Suspensionen von Partikeln in einem Lösungsmittel oder von Aeroxlpartikeln, aber auch im Be- xnderen die Reinigung von Rüssigkeiten und Gasen von unerwünxhten Partikeln z. B. zur Luft- oder Wasserreinigung. Durch die M odifikation der Wasserstruktur kann auch eine Qualitätsverbesserung von Zement und anderen mineralixhen Werkstoffen mit diesen Wirbelkammern ermöglicht werden.

Die in den Rguren 1 und 2 erläuterten M echanismen können durch eine Ausgestaltung der Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung weiterentwickelt und optimiert werden. Die vorliegende Erfindung sieht grundsätzlich Wirbelkammern vor, die gänzlich weiche, rundliche, alx organixh geformte, allxits harmonixh gekrümmte Begrenzungsflächen aufweisen. Ebene oder parallele Rächen, rechte Winkel und andere unnatürliche Formen sollen konxquent vermieden werden.

Sofern z. B. aus Gründen der Zeit- und Kostenersparnis da, wo es nicht auf extreme Leistung ankommt, zylindrixh gestaltete Wirbelkammern zum Ensatz kommen, können auch diese mit M erkmalen der vorliegenden Erfindung weiterentwickelt werden, wie nachfolgend ausgeführt wird. Es bleibt daher vorbehalten auch auf zylindrixh geformte Wirbelkammern einen Patentxhutz richten. Durch die Ausgestaltung der Wirbelkammer nach der vorliegenden Erfindung wird zum einen der Flüssigkeits- oder Gasstrom besonders harmonisch - Turbulenzen und Kavitation können völlig vermieden werden. Dies äu ßert sich unter anderem in einer höheren Strömungsgeschwindigkeit, größeren Durchflussmenge und erheblich größeren Laufruhe bei ansonsten gleichen Bedingungen. Zum anderen werden die stets auftretenden Hohlresonanzen im Inneren der Wirbelkammer, die gerade das Wasser in ungünstiger Weise informieren und so für den Stoffwechsel von Pflanzen, Tieren und M enxhen negative Wirkungen zeitigen können, deutlich reduziert und bezüglich ihrer Obertonreihen ganz natürlich gestimmt. Egal ob einfache Pflanzen keim versuche oder die die M essung der physiologixhen Reaktion von menxhlichen Probanden - gemessen mit Bioresonanzgeräten - sämtliche Versuche ergaben bei den organisch geformten Wirbelkammern ausschließlich positive Reaktionen - zumindest bei Herstellung der Wirbelkammern aus neutralem M aterial, wie etwa Keramik oder nickelfreier Edelstahl. Die vorliegende Erfindung erreicht durch ihre optimierte Formgebung der Wirbelkammern eine erhebliche Intensivierung des in den Hguren 1 und 2 gezeigten Wirbelprozesses und stellt so bereits eine Fortentwicklung der bestehenden Zerstäubungskammern dar. Dies wird, erreicht durch nach den mathematischen Kurven der Besselxhen Differentialgleichung, geformte, mehrfach gekrümmte Umfangswand der Wirbelkammer xwie Wirbelkammerdeckel und -bodenflächen und außerdem durch vergleichsweise große Übergangsradien zwixhen Umfangswand und Deckel bzw. Boden.

In Hgur 3a ist eine erste Besselxhe Differentialgleichung als mathematixhe Kurve dargestellt. Es werden Graphen einer einfachen Besselxhen Differentialgleichung erster Art (Gattung) für reelle n gezeigt, gemäss der Formel: ₂ d y dy _{2 2}

x— - + x— + (x - n ) y = 0

dx dx

Der Graph stellt als mathematische Kurve die Krümmung einer Begrenzungsfläche der Wirbel kammer dar. In Figur 3b ist eine zweite Besseische Differentialgleichung als mathematixhe Kurve dargestellt. Eswerden Graphen einer modifizierten Besseischen Differentialgleichung zweiter Art (Gattung) für imaginäre n gezeigt, gemäss der Formel: x ² y" + xy' - (x ² + n ² ) y = 0

Der Graph stellt als mathematische Kurve die Krümmung einer Begrenzungsfläche der Wirbelkammer, insbesondere aber auch die Krümmung von Bnspritz- und Auslasskanälen dar.

Es werden jeweils verschiedene Graphen für verxhiedene Parameter gezeigt.

In Figur 4a ist eine Besselxhe Differentialgleichung erster Art gezeigt, aus der verxhie- dene Krümmungswechsel K ersichtlich sind, wie sie bei der Krümmung einer Begrenzungsfläche der erfindungsgemässen Wirbelkammer ausgebildet sein können. Die Kurve ist mit einer periodixhen Schwingung, z. B. einer Snus-Schwingung, vergleichbar, die einer Dämpfung, z. B. einer Logarithmusfunktion, unterworfen ist. In Figur 4b ist die Besselxhe Differentialgleichung als 3-dimensionaler Graph gezeigt. Damit ergibt sich, wie in den Figuren 4a und 4b dargestellt, in der einfachsten Form für Boden- und Deckelbegrenzungsflächen der Wirbelkammer die Form einer xgenannten „Sombrero- Funktion", sowie für die Begrenzungsf lache an einer Umfangswand ein einfach bis mehrfach taillierter Rotationskörper.

In Figur 4c ist eine Wirbelkammer 1 einer erfindungsgemässen Wirbelvorrichtung gezeigt, die eine 8, einen Deckel 9 und einen Boden 1 0 umfasst. Die Umfangswand 8, der Deckel 9 und der Boden 1 0 bilden jeweils einen Teil einer Wandung der Begrenzungsfläche im Inneren der Wirbelkammer. Die Umfangswand 8 weist eine um eine M ittelachse rotationssymmetrische entlang der Längsrichtung der Achse gekrümmte Umfangsfläche auf. Die Umfangsfläche ist in dieser Variante zweifach tailliert, wobei die Krümmung einer Besselxhen Differentialgleicher erster Art entspricht. Der Deckel 9 und der Boden 1 0 sind ebenfalls rotationxymmetrixh gekrümmt und weisen um die M ittelachse ringförmig verlaufende Krümmungsmaxima und -minima auf, analog der Figur 4b. In den Übergangsbereichen von Umfangswand 8 und Deckel 9 sowie von Umfangswand 8 und Boden 1 0 sind xhematixh die vergleichsweise grossen Übergangsradien dargestellt. An dieser Position könnten auch Bnspritzkanäle 1 1 vorgesehen werden. Im Boden 1 0 ist zentral angeordnet ein Auslaxkanal 1 2 vorgesehen.

Bne Gegenkrümmung der Bexelfunktion Übergangsbereich von Wandung xwie Deckel und Boden der Wirbelkammer läuft stets in vergleichsweise große Übergangsradien aus - wie in Fig. 4c eingezeichnet ist. Dadurch bekommen die Wirbelkammern stets orga- nixh gekrümmte Innenformen, die die extreme Fluiddynamik beim Betrieb nicht mehr stören, sondern optimal unterstützen.

In Figur 5 ist die komplexe Strömung in einer Wirbelkammer nach der Erfindung dargestellt. Es wird ein Vertikalxhnitt durch eine einfache Form einer Wirbelkammer 1 mit zwei versetzten Bnspritzkanälen 1 1 (tangentiale Bohrungen) gezeigt. Durch die beiden Bnspritzkanäle 1 1 strömt M edium in die Kammer ein. Dies kann als Bnstrom einer Haupt- phase 1 4, ggf . aktiv mit Druck, erfolgen (xhwarze Pfeile) . Ausserdem besteht ein Zustrom durch den Auslasskanal 1 2. Dieser kann durch eine Dispersionsphase 1 4 gegeben sein und passiv- saugend ausgebildet sein (weisser Reil) . Innerhalb der Wirbelkammer erfolgt eine äussere aufsteigende spiralförmige Strömung, die in eine innere absteigende spiralförmige Strömung übergeht und zumindest teilweise durch den Auslasskanal 1 2 austritt.

In Figur 6 ist ein Horizontalxhnitt, als Aufsicht auf Höhe der Bnspritzkanäle in Hgur 5 gezeigt. Dort sind wiederum der äussere aufsteigende Wirbelstrom und der inneren absteigende Wirbelstrom ersichtlich. M ittig innerhalb des absteigenden Wirbels erfolgt der Zustrom der Dispergierphase 1 5 z. B. aus feinsten Tröpfen oder Bläxhen. Durch die Bnspritzkanäle 1 1 erfolgt die Zufuhr der Hauptphase 1 4.

Durch die alternierende Form der Besselkurve ergeben sich in den Übergangsbereichen der Wirbelkammer mehrere Kavernen 1 3, die als umlaufende Ausbuchtungen ausgebildet sind, in welchen umlaufende toroidale Rngwirbel entstehen. Neben den zwei inein- ander liegenden, gegenläufigen Hauptwirbeln bilden sich also mindestens zwei weitere toroidale Rngwirbelströmungen parallel zum Deckel bzw. Boden der Wirbelkammer aus, deren Rotationsachse identisch mit der Rotationsachse der Wirbelkammergeometrie ist.

Die in den Kavernen 1 3 der Wirbelkammer umlaufenden toroidalen Rngwirbel sind keine gewöhnlichen Toroidalwirbel (siehe Hgur 7a) , wie man sie beispielsweise von einem mit dem M und geformten Rauchring oder beim Bntreten eines Hüssigkeitsstromes in eine stehende Hüssigkeit kennt. Se stellen vielmehr eine überlagerte Bewegungsform dar, die sich aus dem herkömmlichen Rngwirbel und der Drehung des Rngwirbels um die M ittelachse zustande kommt. Es ergibt sich also eine ringförmige Spiralbewegung, da sich auch der gesamte Rng um seine eigene Achse dreht. Die toroidalen Ringwirbel bestehen daher jeweils aus einem Bewegungsanteil, der kreisenden Bewegung des Fluids entlang eines großen, waagrechten Kreises, sowie aus einem zweiten Bewegungsanteil, einer Bewegung entlang eines kleinen senkrechten Kreises, des Querschnittes durch den Kreisring. Dadurch ergibt sich eine überlagerte Bewe- gung in Form einer räumlichen Spirale, die sich um diesen Kreisring herumwindet. Ebenso wie bei den senkrechten Hauptwirbeln wird auch bei diesen toroidalen Wirbeln ständig ein Teil des umlaufenden Fluids durch neu nachströmendes Fluid bzw. aus der Wirbelkammer austretendes Fluid ausgewechselt.

Durch diese zwei oder mehr zusätzlichen Toroidalwirbel wird die mittlere Verweildauer der Fluidpartikel in der Wirbelkammer sowie deren dabei zurückgelegte Wegstrecke bei ansonsten gleichen Bedingungen erheblich gesteigert. Dadurch wird sowohl die Größe der dispergierten Partikel drastixh reduziert, als auch die M enge an angesaugter Disper- gierphase deutlich gegenüber dem Stand der Technik erhöht.

In den Figuren 8 bis 1 4 werden verxhiedene Ausführungsformen von Umfangswänden 8 einer erfindungsgemässen Wirbelkammer gezeigt. Die dargelegten Wirbelkammerwandungen ermöglichen in Verbindung mit den im Anschluß daran niedergelegten Wirbelkammerdeckeln ( Figuren 1 5 bis 1 7) und Wirbelkammerbodenformen ( Figuren 1 8 bis 21 ) die Herstellung gänzlich organixh geformter - nach den mathematixhen Kurven der Besselxhen Differentialgleichung - mehrfach gekrümmter Wirbelkammern. &findungsgemäß läuft die Gegenkrümmung der Besselfunktion von Wandung sowie Deckel und Boden der Wirbelkammer stets in vergleichsweise große Übergangsradien aus - sie liegen im Bereich von etwa 1 4 - 33% des maximalen Wirbelkammerhalbmessers bzw. der halben Wirbelkammerhöhe. In den Rguren 8a und 8b ist eine einfache Ausführungsform einer Wirbelkammer 1 dargestellt. Diese Ausführungsform kann als Standardausführungsform zur Wasseraufbrei- tung betrachtet werden. In Figur 8a ist ein Vertikalschnitt durch die rotationssymmetri- xhe Wirbel kämm er 1 gezeigt. Alle Wandungen von Umfangswand 8, Deckel 9 und Boden 1 0 weisen einen Krümmungswechsel gemäss einer Besselfunktion erster Art auf . Die Taillierung der Umfangswand 8 weist einen maximalen Durchmesser und einen minimalen Durchmesser auf, die zu einander im Verhältnis 0,7 : 1 stehen. Die Wölbung des Deckels 9 und des Bodens 1 0 weist eine minimale Höhe und eine maximale Höhe auf, die zu einander im Verhältnis 0,7 : 1 stehen. Die Kavernen 1 3 weisen einen Übergangsbereich mit grossem Radius auf, wie vorher beschrieben. Der Boden 1 0 ist an der Umfangswand 8 angeformt und weist einen zylindrixhen Auslasskanal 1 2 auf.

In Rgur 8b ist ein Horizontalschnitt als Aufsicht auf Höhe der tangentialen Bnspritzkanäle 1 1 entlang der Schnittlinie A-B-C- D gezeigt. Darin ist ersichtlich, dass drei Bnspritzkanäle 1 1 vorgesehen sind. Die Bnspritzkanäle sind im radial äusseren Bereich mit einer Krümmung gemäss einer modifizierten Besselfunktion zweiter Art ausgebildet und gehen über in eine zylindrische Bohrung, die sich tangential an die Umfangswand 8 anxhliesst.

Die gezeigte Ausführungsform stellt lediglich die allgemeine Form der im Inneren der Wirbelkammer liegenden Begrenzungsfläche dar. Zum Betrieb ist es selbstverständlich nötig, dass die Wirbelkammerwandung von Bnspritzbohrungen oder -kanälen xwie Auslauföffnungen durchdrungen wird, so dass das Ruid in die Wirbelkammer ein- und wieder ausströmen kann. Bne solche Öffnung für einen Bnspritzkanal ist in Rg. 8a auf der linken Seite - xhematixh, nicht exakt - dargestellt. Ferner sind mögliche Bntrittspunkte für weitere Bnspritzkanäle in den nachfolgenden Rguren als Kreis dargestellt. Se xllen eine orthogonale Aufsicht auf die innen sichtbare Durchtrittsöffnung einer Bnspritzbohrung an der gegenüberliegenden Wandung darstellen - analog der Schnittlinien bzw. Blickrichtung von Fig 8b.

Für das Verständnis der folgenden Ausführungen ist es sinnvoll, sich den Graph der in Fig. 3a bzw. 4a dargestellten Besselfunktion jeweils um 90 Grad gedreht vorzustellen, so dass die y-Achse in der Horizontalen liegt, die positive x-Achse senkrecht steht. Dann bildet die - gestreckte - Kurve der Besselfunktion jeweils entweder die rechte oder die linke Begrenzungslinie der Wirbelkammer in der Schnittzeichnung. Näherungsweise sind die bexhriebenen Ausführungformen mit Kreisen und Ellipsen realisierbar.

In Figur 9 ist eine erste Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand 8 weist eine oben- unten-symmetrische, taillierte Form auf, wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, äußeren Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt. Durch Kreise sind die Orte für Bnspritz- und Zulaufkanäle angedeutet. Ferner ist eine Bohrung für einen Bnspritzkanal 1 1 durch die Umfangswand gezeigt. Am oberen Ende weist die Umfangswand 8 eine Aussparung 1 6 für einen Deckel und am unteren Ende eine Aussparung 1 7 für einen Boden auf . In Hgur 1 0 ist eine zweite Ausführungsform einer Umfangswand einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand 8 weist eine oben- unten-symmetrische, in der M itte ausgebauchte Form auf , wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem zweiten Krümmungswechsel am dritten, äußeren Scheitelpunkt in ei- nen Radius übergeht, der zwischen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.

In Figur 1 1 ist eine dritte Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand weist eine oben- unten-symmetrische, in der M itte taillierte Form auf, wobei die zugrunde liegende ma- thematixhe Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem dritten Krümmungswechsel am vierten, äußeren Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt. Sowohl am Taillenpunkt als auch an den anderen M axima und M inima der Krümmungen sind Bnspritz-, bzw. Zulaufkanäle 1 1 angedeutet.

In Hgur 1 2 ist eine vierte Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand weist eine oben- unten-asymmetrische, im unteren Teil enge und im oberen Teil weite Form auf, wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph im oberen Teil nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, äu ßeren Scheitelpunkt, im unteren Teil bereits an einem beliebigen früheren Punkt in einen Radius übergeht. Die beiden Übergangsradien oben und unten liegen zwischen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammer- halbmessers.

In Hgur 1 3 ist eine fünfte Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand weist eine oben- unten-asymmetrische, im unteren Teil enge und im oberen Teil weite Form auf, wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve der x> O-Teilast einer einfachen Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph im oberen Teil nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, äußeren Scheitelpunkt, im unteren Teil am x= 0- Punkt in einen Radius übergeht. Die beiden Übergangsradien oben und unten liegen zwischen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmes- sers.

In Figur 1 4a ist eine Ausführungsform einer Umfangswand 8 einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wirbelkammer gezeigt. Die Umfangswand weist im Querxhnitt die Gestalt einer Snuskurve auf, deren Graph oben und unten jeweils an einem äußeren Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwischen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt. In Hgur 1 4b ist die Umfangswand 8 gemäss einer verkürzten Zykloide gekrümmt. Ferner ist sie mit einem Deckel 9 und einem Boden 1 0 verschlossen.

Grundsätzlich kann die Umfangswand vereinfacht auch nur aus der M antelfläche eines Zylinders bestehen. Die übrigen Wandungen von Deckel und Boden oder die Bnspritz- und Zulauf kanäle können dabei gemäss einer Besseischen Funktion gekrümmt sein.

In den Hguren 1 5 bis 1 7 sind Ausführungsformen von Deckeln der Wirbelkammer, jeweils mit großem Übergangsradius zur Wandung, gezeigt. Die Umfangswand der Wirbelkammer wird an ihrem oberen Ende durch den Wirbelkammerdeckel verschlossen. Idealerweise werden beide Teile so hergestellt, dass der Deckel formgenau entweder in eine Presspassung eingexhoben oder durch ein Gewinde in die Umgangswandung ein- gexhraubt werden kann. En möglichst nahtloser und gratfreier Übergang zwixhen den einzelnen Teilen ist unabdingbar für leistungsfähige Wirbelkammern. In Figur 1 5 ist eine erste Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerdeckels 9 gezeigt, dessen Querxhnitt eine mittige Ausbuchtung 1 8 nach innen in die Kammer aufweist, wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve eine einfache Bes- sel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, oberen Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt. Ferner sind durch Kreise Bnspritzkanäle 1 1 angedeutet

In Figur 1 6 ist eine zweite Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerdeckels 9 gezeigt, dessen Querxhnitt eine mittige Bnbuchtung 1 9 nach oben aufweist, wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem zweiten Krümmungswechsel am dritten, oberen Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.

In Hgur 1 7 ist eine dritte Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerdeckels 9 gezeigt, dessen Querxhnitt einen mittigen, mit einem Radius abgerundeten Zapfen 20 nach unten aufweist, wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve im Wesentlichen eine modifizierte Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) ist, deren Graph im Randbereich in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbel kammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.

Grundsätzlich kann der Deckel der Wirbelkammer vereinfacht auch nur aus einer Ranfläche oder nur aus großen Übergangsradien bestehen, wobei die übrigen Wandungen Krümmungen gemäss einer Besselxhen Funktion aufweisen können. Die Umfangswand der Wirbelkammer wird an ihrem unteren Ende durch den Wirbelkammerboden verschlossen. Idealerweise werden beide Teile so hergestellt, dass der Boden formgenau entweder in eine Presspassung eingexhoben oder durch ein Gewinde in die Umfangswand eingexhraubt wird. En möglichst nahtloser und gratfreier Übergang zwischen den einzelnen Teilen ist unabdingbar für leistungsfähige Wirbelkammern.

In Figur 1 8 ist eine erste Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerbodens 1 0 gezeigt, durchbrochen von einer oder mehreren Auslasskanälen oder Auslauföffnungen 1 2. Der Querxhnitt des Bodens weist eine mittige Ausbuchtung 21 nach innen in die Kammer auf , wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem ersten Krümmungswechsel am zweiten, unteren Scheitelpunkt in einen Fiadius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wi rbel kam m erhal bm essers bet rägt .

In Figur 1 9 ist eine zweite Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerbodens 1 0 gezeigt, durchbrochen von einer oder mehreren Auslasskanälen oder Auslauföffnungen 1 2. Der Querxhnitt des Bodens weist eine mittige Bnbuchtung 22 nach unten auf , wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) ist, deren Graph jeweils nach dem zweiten Krümmungs- wechxl am dritten, unteren Scheitelpunkt in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammer- halbmesxrs beträgt.

In Hgur 20 ist eine dritte Ausführungsform eines rotationssymmetrixhen Wirbelkammerbodens 1 0 gezeigt, durchbrochen von einer oder mehreren Auslaxkanälen oder Auslauföffnungen 1 2. Der Querxhnitt des Bodens weist eine mittige, gegebenenfalls am Rand des Kanals mit einem Radius abgerundete Erhebung 23 nach innen auf, wobei die zugrunde liegende mathematische Kurve im Wesentlichen eine modifizierte Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) ist, deren Graph im Randbereich in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größ- ten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.

In Figur 21 ist eine vierte Ausführungsform eines rotationxymmetrixhen Wirbelkammerbodens 1 0 gezeigt, dessen Querxhnitt in etwa der Form eines natürlichen entstehenden Wirbeltrichters 24 entspricht, wobei die zugrunde liegende mathematixhe Kurve im Wesentlichen entweder eine modifizierte Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) , eine Exponentialfunktion oder Hyperbelfunktion ist, deren Graph im Randbereich in einen Radius übergeht, der zwixhen 1 4% und 33% der halben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers beträgt.

Grundsätzlich kann der Boden der Wirbelkammer vereinfacht auch nur aus einer Ranfläche mit Übergangsradien oder ausxhließlich aus den, zwixhen 1 4% und 33% der hal- ben größten Höhe der Wirbelkammer oder des größten Wirbelkammerhalbmessers betragenden Übergangsradien bestehen.

Durch den Auslaxkanal tritt das Fluid wieder aus der Wirbelkammer aus. Au ßer bei reinen Zerstäubungsdüsen oder einigen speziellen Anwendungen, wo eine freie Abstrah- lung erwünxht ist, geht das Fluid danach entweder in eine weitere Wirbelkammer bzw. in eine speziell gestaltete Nachwirbelkammer über oder es wird in einer Brems-, Bündel- und Auffangeinrichtung der Wirbelvorrichtung gesammelt. Die Form des Auslaxkanals bestimmt das Strahlverhalten des mit hoher Gexhwindigkeit und erheblichem Drall aus der Wirbelkammer austretenden Fluides. Je nach der weiteren Verwendung sind fünf verxhiedene Ausführungsformen möglich. In Figur 22 ist eine Wirbelkammer 1 mit einem Auslasskanal 1 2 in Form einer koaxialen zylindrixhen Bohrung gezeigt, die den Boden 1 0 der Wirbelkammer durchdringt. Gegebenfalls mit Verrundungsradien oder Fasen versehen.

In Figur 23 ist eine Wirbel kämm er 1 mit einem rotationssymmetrixhen AuslasskanaM 2 mit einer, sich nach einer modifizierten Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) nach aussen verjüngenden Bohrung gezeigt, die den Boden 1 0 der Wirbelkammer durchdringt.

In Figur 24 ist eine Wirbel kämm er 1 mit einem rotationssymmetrixhen Auslaxkanal 1 2 mit, sich nach einer modifizierten Bexel- Funktion zweiter Art (Gattung) erweiternden Bohrung, die den Boden 1 0 der Wirbelkammer 1 durchdringt. In Figur 25a ist eine Aufsicht von unten auf einen Boden 1 0 einer Wirbelkammer 1 mit mehreren Auslasskanälen 1 2 in Form von auf konzentrixhen Kreisen angeordneten zylindrixhen Bohrungen gezeigt, die den Boden der Wirbelkammer mit einem xhrägen Winkel, z. B. 45 ° von unten derart durchdringen, da sie der Hauptströmungsrichtung des Fluides in der Wirbelkammer tangential entgegenstehen. Diese zylindrixhen Bohrun- gen können auf konzentrixhen Kreisen liegen und gehen in Rohrstutzen 25 oder andere Abführmechanismen über, die die jeweils auf einem der konzentrixhen Kreise gelegenen Kanäle zusammenführen, diese jedoch von den, auf einem anderen der konzentrixhen Kreisen gelegenen Kanälen trennen. Der innere Kreis weist vier um 90 °versetzte Bohrungen und der äuxere Kreis zwei um 1 80 ° versetzte Bohrungen auf. In Figur 25b ist eine Seitenansicht des Bodens aus Figur 25a gezeigt, so dax die gekrümmte Form der inneren Wandung des Bodens ersichtlich ist und die xhräg abstehenden Rohrstutzen zu sehen sind. Diese Ausführungsform der Auslasskanäle nach Figur 25a und 25b ist vor allem für den Bnsatz in Trennwirbelkammern konzipiert und dient der Abführung der unterxhiedlich fein dispergierten Partikel aus den verxhiedenen Bereichen des Wirbels. Bei mit Druck betriebenen Wirbelkammern befinden sich die größeren Partikel weiter innen, nahe der Rotationsachse, die kleineren Partikel dagegen eher in den Randbereichen der Wirbelkammer. Bei mit Unterdruck betrieben Wirbelkammern ist es umgekehrt.

In Figur 26a ist eine Aufsicht von unten auf eine weitere Ausführungsform eines Bodens 1 0 einer Wirbelkammer 1 mit mehreren Auslaxkanälen 1 2 in Form von auf konzentrixhen Kreisen angeordneten länglichen, kreisförmigen Schlitzen 26 gezeigt, die den Bo- den 1 0 der Wirbelkammer durchdringen. Diese Sbhiitze 26 können auch nur teilweise ausgeführt bzw. abxhnittsweise unterbrochen sein. In Figur 26b ist ein Längsxhnitt entlang der Schnittline A- B-C- D gezeigt. Die Schlitze 26 gehen in entsprechende Abführmechanismen über, die die jeweils auf einem der konzentrixhen Kreise gelegenen Kanäle zusammenführen, diese jedoch von den, auf einem anderen der konzentrixhen Kreisen gelegenen Kanälen trennen.

Auch diese Ausführungsform ist vor allem für den Bnsatz in Trennwirbelkammern konzipiert und dient der Abführung der unterxhiedlich fein dispergierten Partikel aus den verxhiedenen Bereichen des Wirbels analog Ausführungsform nach Figur 25a.

Sowohl der Ort der Bnf ührung in die Wirbelkammer als auch die geometrixhe Ausges- taltung der Bnspritzöffnung haben großen Bnflu ß auf die Strömungsverhältnisse und xmit auf die Qualität des &gebnixes etwa hinsichtlich der Größe der dispergierten Partikel bei M ixhkammern oder der Homogenität der abgexhiedenen Partikel bei Trennkammern. Bei einer Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die als M ixhvorrichtung verwendet wird, dient die tangentiale Einspritzung des Lösungsmittels, der Hauptphase, mit Druck dazu, die Dispergierphase oder die Dispergierphasen in den in der Einführung dargelegten komplexen Wirbelströmungen so zu zermahlen, dass sie bis in den Nanome- terbereich hinein dispergiert werden. Bei geeigneter Auslegung sämtlicher Bauteile werden hierbei die Dispergierphasen ausschließlich eingesaugt, eine Druckbeaufschlagung kann in der Regel entfallen.

Im Falle der Verwendung der Wirbelvorrichtung als Trennvorrichtung dient die in der Wirbelkammer entstehende Wirbelströmung dem räumlichen Sortieren der dispergierten Teilchen nach deren Größe oder deren spezifischem Gewicht, so dass sie durch die entsprechenden Abxheidemechanismen getrennt werden können.

Das mit Druck über die Bnspritzkanäle in die Wirbelkammer eintretende Fluid erzeugt den bzw. die Hauptwirbelströmungen. Art und Welse des Übertrittes der Lösungsmittel- phase aus dem Bnspritzkanal in die Wirbelkammer beeinflusst das Strömungsbild erheb- lieh. Daher kommt der geometrixhen Form der Bnspritzkanäle eine wichtige Rolle bei. Durch die Ausgestaltung der Bnspritzkanäle können einzelne Parameter gezielt beeinflusst werden.

Generell lässt eine die Umfangswand durchdringende Bohrung das eintretende Fluid sich xhneller in der Höhe verteilen und sorgt so dafür, daß es sich enger an die Wand an- xhmiegt. Dadurch wird der Hauptwirbelstrom weniger gestört und verläuft gleichmäßiger. Das wirkt sich positiv auf die zu erreichende Ehdgröße der dispergierten Partikel aus. Andererseits bietet ein frei in den Raum stehender Rohstutzen den Vorteil einer höheren Wirbelgexhwindigkeit und sorgt bei geeigneter Auslegung der Zulaufkanäle für einen höheren Bntrag an Dispergierphase. Ausführungsformen mit einem, in das Lumen der Wirbelkammer hineinragenden Rohrstutzen verstärken - je nach Bntrittsort in die Wirbelkammer - entweder die Geschwindigkeit der ineinander liegenden Hauptwirbel und helfen so, die Fluiddynamik insgesamt erheblich zu steigern. Damit helfen sie, die M enge an einzutragender Dispergierphase zu steigern - dies gilt für den Fall der Fünf ührung des Fluids an einem inneren Scheitelpunkt der Besselkurve (an einer Taille der Wirbelkammerwandung) oder aber sie steigern die Geschwindigkeit des Toroidalwirbels in der betreffenden Kaverne und helfen so, die Größe der dispergierten Partikel weiter in den Nanometerbereich hinunter zu drücken - dies gilt für den Fall des Eintrittes in die Kaverne selbst (am äu ßeren Scheitelpunkt der Bessel- Kurve) .

Die Bnspritzkanäle können z. B. gemäss fünf verxhiedener Ausführungsformen nach den Figuren 27a - e ausgeformt sein. Für alle Formen gilt, dass der Kanal jeweils etwa bis zur M itte der Wirbelkammer hindurchreicht, im Fall Figur 27e auch etwas drüber hinaus.

In Figur 27a ist ein sich nach einer modifizierten Besselfunktion zweiter Art (Gattung) , einer Exponentialfunktion oder einer Hyperbelfunktion von außen nach innen verjüngender rotationssymmetrischer Bnspritzkanal 1 1 durch die Umfangswand 8 der Wirbelkammer gezeigt, der sich innen tangential an die Wirbelkammerwandung anschmiegt. Alternativ kann dieser Kanal in Form der sich verjüngenden Bohrung auch in ein zylindrisches Bohrungsstück übergehen. Diese Ausführung bedarf eines druckfesten Wirbel- kammergehäuses.

Vorzugsweise weist der Bnspritzkanal Durchmesser mit folgenden Verhältnissen auf : grösster Durchmesser zum kleinsten Durchmesser im Bereich von 1 ,62 : 1 oder 1 ,9 : 1 oder 2 ,73 : 1 . In Figur 27b ist ein zylindrixher, die Wandung der Wirbelkammer durchdringender Bn- spritzkanal mit möglichst großem Verrundungsradius gezeigt, der sich tangential an die Wirbelkammerwandung anxhmiegt. Diese Ausführung bedarf eines druckfesten Wirbelkammergehäuses. In Figur 27c ist ein in die Umfangswand 8 der Wirbelkammer in eine Aufnahmeöffnung 27 eingepresster oder eingeschraubter Rohrstutzen 28 gezeigt, der nahtlos in eine zy- lindrixhe, die Wandung der Wirbelkammer durchdringende Bohrung mit identixhem Innendurchmesser übergeht, die sich innen tangential an die Wirbelkammerwandung anxhmiegt. In Figur 27d ist ein durch die Wirbelkammerwandung ungefähr bis auf Höhe der Rotationsachse hindurchreichender Rohrstutzen 28 gezeigt, der in eine entsprechende Aufnahmeöffnung eingepresst oder eingexhraubt ist, diese dicht verxhließt und der sich der inneren Wandung der Wirbelkammer weitestgehend tangential anxhmiegt.

In Figur 27e ist ein durch die Wirbelkammerwandung ungefähr bis auf Höhe der Rotati- onsachse hindurchreichender Rohrstutzen 28 gezeigt, der in eine entsprechende Aufnahmeöffnung eingepresst oder eingexhraubt ist und diese dicht verxhließt, der jedoch um einen Abstand von bis zu 33% des Wirbelkammerradius weiter ins Innere der Wirbelkammer versetzt ist und folglich ein Stück weit frei in den Raum hineinsteht.

In einer bevorzugten Ausführung nach den Figuren 27c bis e, besteht der Bnspritzkanal aus einem Rohrstutzen, der mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung verstellbar in der Wandung der Wirbelkammer montiert werden kann, so dass die Bntauchtiefe des Bnspritzkanals in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann. Zur Ausbildung der Bnspritzkanäle in die Wirbelkammer verfügen diese nach dem Stand der Technik über mindestens eine sogenannte Wirbelkammerzulaufbohrung in der Um- fangswand, bevorzugt jedoch zwei oder mehr, über den Umfang gleichmäßig verteilte Wirbelkammerzuläufe, die entweder zylindrisch oder konisch gestaltet sind oder einen sich nach einer Hyperbelfunktion verengenden oder erweiternden Durchmesser haben. Ihre Lage ist in der Höhe ungefähr mittig oder ungefähr im Verhältnis 62% : 38% (Goldener Schnitt) ober- und/ oder unterhalb der M itte angeordnet.

Bei Trennkammern kann die Zuführung eines weiteren Huids jedoch ganz entfallen, wenn das eine Fluid bereits alle - grob und inhomogen - disepergierten Partikel enthält. Der Klarheit halber wird nachfolgend für die normalerweise aktiven, druckbeaufxhlagten, in der Regel relativ großen Bnlauföffnungen der Hauptphase (des Lösungsmittels) die Bezeichnung Bnspritzkanal verwendet. Für die in der Regel kleineren Zulaufkanäle der zu dispergierenden Phase, durch die im Idealfall das Huid eingesaugt wird, oder alternativ ebenfalls mit Druck eingespritzt, wird hier stets die Bezeichnung Zulauf kanal benutzt. Dennoch ist zu bedenken, dass die Grenzen hier nicht immer eindeutig sind. Wenn nicht der Bntrag einer geringen M enge Dispergierphase in eine verhältnismäßig große M enge Lösungsmittel, sondern eine Dispersion mehrerer Bestandteile mit etwa gleichen M engenanteilen, also ungefähr 50% : 50% oder 33% : 33% : 33% erwünxht ist, können auch alle Phasen durch druckbeaufschlagte Bnspritzdüsen in die Wirbelkammer einge- bracht werden.

Bei der Verwendung der erfindungsgemässen Wirbelvorrichtung in einem nur saugenden Betrieb der Wirbelkammern mittels einer Unterdruckpumpe verxhwindet der Unter- xhied zwixhen Bnspritz- und Zulaufkanal ohnehin gänzlich. Die Enspritzkanäle sollen sich in der Regel weitestgehend tangential an die innere Wandung der Wirbelkammer anschmiegen bzw. grat- und versatzfrei in diese übergehen, um die bereits in der Wirbelkammer rotierenden Flüssigkeitsmassen so wenig wie möglich zu stören. Nur in einzelnen Fällen kann ein Nach-innen-versetzen der Enspritzkanäle um maximal etwa 33% des Radius sinnvoll sein (siehe z. B. Figur 27e) .

Vorteilhafte Orte der Enspritzung sind grundsätzlich die umlaufenden Kavernen der Wirbelkammer, also die äu ßeren Scheitelpunkte der Besselfunktionen bzw. die Orte, wo Um- fangswand und Deckel oder Umfangswand und Boden der Wirbelkammer in großen Radien ineinander übergehen. Aber auch die jeweils inneren gelegenen Scheitelpunkte bie- ten bei bestimmten Anwendungen Vorteile.

Die Enspritzung der Hauptphase in eine Kaverne stört den Hauptwirbelstrom weniger und bewirkt damit, dass die vorhandenen Partikel feiner dispergiert werden. Die Enspritzung der Hauptphase an einem Grat (an einem inneren Scheitelpunkt) bringt dagegen den Vorteil einer höheren Wirbelgexhwindigkeit - bei geringfügig mehr Turbulenz - und sorgt - bei geeigneter Auslegung der Zulauf kanäle - dafür, eine größere M enge an Dispergierphase einzutragen.

In Hgur 28 ist eine Wirbelkammer mit mindestens einem, etwa auf halber Höhe der Wirbelkammer gelegenen Enspritzkanal 1 1 gezeigt, bei mehreren Enspritzkanälen müssen diese nicht zwangsläufig paarweise oder in regelmäßigen Winkelabständen gegenüber- liegend angeordnet sein, sondern können in beliebigen Winkelstellungen zueinander stehen und mit Zulaufkanälen auf derselben Ebene, mit beliebigen Winkeln zueinander, kombiniert sein. Wie bexhrieben ist der Enspritzkanal mittig auf dem Scheitelpunkt der Besselfunktion angeordnet und xhliesst sich tangential an die Scheitellinie an. En weiterer Enspeiztkanal ist als Kreis schematisch dargestellt. En solcher seitlicher Enspritzkanal kann auch durch Bohrungen 29 von oben der Wirbelkammern her gespeist werden. Diese Variante ist in Figur 30 dargestellt. In Figur 29 ist ein Horizontalschnitt entlang der Schnittlinien A-B-C- D der Wirbelkammer der Figur 28 gezeigt. Daraus ist ersichtlich, dass die Krümmung der Wandungen in Längsrichtung des Bnspritzkanals 1 1 einer modifizierten Besselfunktion zweiter Art folgt. Weiter sind zwei Zulaufkanäle gezeigt, die einen Rohrstutzen 28 umfassen.

Bei Flüssigkeiten von unterxhiedlicher Viskosität und spezifixhem Gewicht erfolgt die Kompensation der unterxhiedlichen pro Zeit fließenden Volumina durch Abstimmung des Bnspritzdrucks und des Durchmessers der Bnspritzkanäle auf den resultierenden dynamixhen Fließdruck.

In Figur 31 a ist eine Wirbelkammer mit mindestens einem, auf beliebiger Höhe der Wirbelkammer gelegenen Bnspritzkanal gezeigt. Im Fall von mehreren Bnspritzkanälen müssen diese nicht zwangsläufig paarweise oder in regelmäßigen Winkelabständen einander gegenüber liegend, xndern können in beliebigen Winkelstellungen zueinander angeordnet sein und auch mit Zulaufkanälen auf derselben Ebene, mit beliebigen Winkeln zueinander, kombiniert sein. Auch bei dieser Ausführungsform kann alternativ - analog zu Figur 30 - der oder die Bnspritzkanäle durch Bohrungen oder Schlitze von oben, am Deckel vorbei, erfolgen. In Hgur 31 b ist ein Horizontalxhnitt entlang der Schnittlinien A-B-C-D der Wirbelkammer der Hgur 31 a gezeigt. Die Krümmung der Wandungen der Bnspritzkanäle folgt in Längsrichtung einer modifizierten Besselfunktion zweiter Art.

Bne bevorzugte Ausführung einer Wirbelkammer ist außerdem die in Hgur 32 dargestellte, bei der alle, vorzugsweise sieben, jeweils gleich große Bohrungen für Bnspritzkanäle bezüglich ihres Versatzwinkels auf der ganzen Rundung gleichmäßig verteilt xwie be- züglich ihrer Versatzhöhe der Reihenfolge nach aufsteigend auf der Höhe ein Achtel, zwei Achtel, drei Achtel usw. der inneren Wirbelkammerhöhe angeordnet sind. Bne weiter bevorzugte Reihenfolge der Höhen ist eine statistixhe Verteilung der Höhen zueinander, analog der Zündreihenfolge von Verbrennungsmotoren: 1 , 5, 2, 6, 3, 7, 4. Die Bn- spritzkanäle sind somit wendelartig entlang der Umfangswand der Wirbelkammer verteilt. Grundsätzlich können dabei auch verschiedene Versatzwinkel und Versatzhöhen vorgesehen werden.

Wie auch die Bnspritzkanäle sollen die Zulauf kanäle die in der Wirbel kammer rotierenden Flüssigkeitsmassen so wenig wie möglich stören und sich daher weitestgehend tangential an die Wandung der Wirbelkammer anschmiegen. Dennoch sind hier - wie bereits bei den Bnspritzkanälen auch - Varianten beschrieben, bei denen ein Rohrstutzen ein Stück weit frei in das Innere der Wirbelkammer ragt. Des Weiteren sind angexhrägte Rohrstutzen vorgesehen, die dank ihrer Anstellungswinkel gegenüber der Hauptströmungsrichtung einen deutliche Strömungswiderstand darstellen und erhebliche Turbulenzen hinter sich erzeugen. Dies kann einen ausreichenden Sog im Zulaufkanal erzeugen. Dieses Prinzip ist von der sogenannten Lenzklappe bei Schiffen her bekannt. Die Turbulenzen durch die Zulaufkanäle halten sich jedoch - zumindest bei den organisch geformten Wirbelkammern - gegenüber dem bei weitem überwiegenden laminaren Hauptstrom in vertretbaren Grenzen. Dennoch zeigen vor allem die einfacheren und strömungsmechanisch ungünstigeren zylindrischen Wirbelkammern nach dem Stand der Technik bezüglich der einzutragenden M enge an Dispergierphase enge Grenzen. Die durch rein passive Bnsau- gung maximal einzutragende M enge an Dispergierphase reicht hier bis maximal etwa 20% bei annähernd gleicher Viskosität. Bei den Wirbelvorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung lässt sich diese Menge auf rund 40% steigern. Die Zufuhr mit Druck kann hilfreich sein, um die Dispersionsgüte weiter zu steigern. Bestimmende Faktoren für die zu erreichenden Dispersionsgüten sind der Ort in der komplexen Flüssigkeitsströmung, an dem der Zulaufkanal endet, seine Bntauchtiefe und der Bntrittswinkel in den Flüssigkeitsstrom, der absolute Durchmesser des Rohres sowie das Verhältnis von Innen- zu Außenquerxhnitt, seine Größe im Vergleich zur Wirbelkam- mergröße, und sein Anstellwinkel gegenüber der Wandung bzw. dem Flüssigkeitsstrom, seine Anschrägung sowie die räumliche Stellung der Schräge gegenüber dem Flüssigkeitsstrom und natürlich die Druck- und Strömungsverhältnisse des M ediums in der Wirbelkammer sowie die Viskositäten und Partikelgrößen aller beteiligten Fluide.

Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Zulaufkanäle ermöglichen in der Regel das aktive Bnsaugen einer zu dispergierenden Phase an verschiedenen Orten der Wirbelkammer, ohne daß hierzu ein äußerer Überdruck nötig ist. Hierbei kann die M enge sowie der Dispersionsgrad des zu dispergierenden M ediums anhand der Ausgestaltung der eintretenden Rohrstutzen eingestellt werden. In der Praxis haben sich hier für Wirbelkammern unter etwa 20 mm Größe medizinische Injektionsnadeln bestens bewährt. In Hgur 33 ist eine Wirbelkammer mit einem Rohrstutzen 28 als Zulaufkanal gezeigt, der durch die Wirbelkammerwand 8 ungefähr bis auf Höhe der Rotationsachse hindurchreicht. & ist in einer entsprechenden Aufnahmeöffnung eingepresst oder eingeschraubt und verxhließt diese dicht. Der obere Rohrstutzen 28 xhmiegt sich der Außenwandung der Wirbelkammer von innen weitestgehend tangential an. Der Rohrstutzen ist im Inne- ren der Kammer gerade abgexhnitten. Vorzugsweise ist der Rohrstutzen mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung verstellbar in der Umfangswand der Wirbelkammer montiert, so dass die Bntauchtiefe des Zulaufkanals in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann. Der untere Rohrstutzen 28 ist um einen Abstand von bis zu 33% des Wirbelkammerradius weiter ins Innere der Wirbelkammer ver- setzt und ragt folglich ein Stück weit frei in den Raum hinein. In Figur 34 ist eine Wirbelkammer mit einem Rohrstutzen 28 als Zulaufkanal gezeigt, der ungefähr bis auf Höhe der Rotationsachse durch die Umfangswand 8 hindurch reicht, im Inneren etwa in einem Winkel von 45 °angexhrägt ist und in einer entsprechenden Aufnahmeöffnung eingepresst oder eingeschraubt ist. Der Rohrstutzen 28 schmiegt sich der Begrenzungsfläche der Umfangswand der Wirbelkammer von innen weitestgehend tangential an, wobei die angexhrägte Öffnung der Umfangswand zugeneigt ist. Vorzugsweise ist der Rohrstutzen mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung verstellbar in der Umfangswand der Wirbelkammer montiert, so dass die Bntauch- tiefe des Zulauf kanals in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann. Der untere Rohrstutzen 28 ist wiederum weiter ins Innere der Wirbelkammer versetzt und ragt folglich ein Stück weit frei in den Raum hinein.

In Figur 35 ist eine Wirbelkammer mit einem Rohrstutzen 28 als Zulaufkanal gezeigt, der durch die Umfangswand maximal etwa bis auf Höhe der Rotationsachse hindurch reicht, etwa in einem Winkel von 45 ° angeschrägt ist und in einer entsprechenden Aufnahme- Öffnung eingepresst oder eingexhraubt ist, wobei er diese dicht verschließt. & schmiegt sich der Begrenzungsfläche der Wirbelkammer von innen weitestgehend tangential an, wobei die angexhrägte Öffnung von der Wirbelkammerwandung abgeneigt ist. Vorzugsweise ist der Rohrstutzen mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung verstellbar in der Umfangswand der Wirbelkammer montiert, so dass die Bntauchtiefe des Zulauf kanals in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann. Der unter Rohrstutzen 28 ist wiederum weiter ins Innere der Wirbelkammer versetzt und ragt folglich ein Stück weit frei in den Raum hinein. Dabei ist die angexhrägte Öffnung von der Begrenzungsfläche abgeneigt.

Für nicht von der Seite sondern von oben oder unten eintretende, Zulaufkanäle gilt ana- log dasselbe. Die einzelnen Ausführungsformen gemäss den Hguren 33 bis 35 sind in Figuren 36 und 37 nochmals graphixh dargestellt. Dabei wird zusätzlich deren Ausrichtung bezüglich eines in der Wirbelkammer bestehenden Wirbelstroms gezeigt, der durch xhwarze Pfeile angedeutet ist. Demnach sind die Zulaufkanäle in Strömungsrichtung ausgerichtet, z. B. unter einem Winkel von ungefähr 45 ° wobei auch andere Winkel möglich sind. In Figur 36 ist von links nach rechts ein gerader Rohrstutzen, ein abge- xhrägter Rohrstutzen mit einer in Stromrichtung weisenden Öffnung und ein abge- xhrägter Rohrstutzen mit einer zur Umfangswand ebenen Öffnung gezeigt. In Figur 37 sind von links nach rechts vergleichbare Rohrstutzen gezeigt, die jedoch frei in die Wirbelkammer hineinstehen. Bne weitere Neuerung dieser Erfindung gegenüber dem Stand der Technik betrifft die Bntrittxrte der Zulauf kanäle. In der DE 1 0200801 9930 A1 ist ein Zulauf kanal gezeigt, der bis maximal an die Auslaßöffnung der Wirbelkammer heran reicht, aber nicht in die Umfangwand oder gar in die Wirbelkammer hinein reicht. Dieser Zulaufkanal hat den Nachteil, daß die zuzuführende Phase aufgespalten wird in zwei Teilströme: nur ein ge- ringer Teil wird durch den in der Wirbelkammermitte entstehenden Sog bis tief in die Wirbelkammer eingesaugt und dort intensiv verwirbelt und effektiv dispergiert ( Prozeß 1 ) . En großer Teil des zu dispergierenden M ediums wird jedoch lediglich von dem aus der Wirbelkammer austretenden M edium nach au ßen unten mitgerissen und so nicht intensiv verwirbelt und folglich auch nicht ausreichend fein dispergiert ( Prozeß 2) . Dies wird bei der vorliegenden Erfindung durch die Verlängerung des Zulauf kanals 30 für die Dispergierphase bis in die Wirbelkammer hinein verhindert, wie in Figur 38 gezeigt. Die derartige Anordnung eines Zulaufkanals ist auch bei einfach geformten, aus dem Stand der Technik bekannten, Wirbel kam mern, etwa mit zylindrixhen Umfangswänden, vorteilhaft. Es bleibt daher vorbehalten, auf dieses M erkmal der Erfindung einen eigenen Patentxhutz zu richten. Nachfolgend sind eine Reihe weiterer Entrittsorte für Zulaufkanäle in die Wirbelkammer aufgeführt. Bei den Varianten mit seitlicher Zuführung sind die umlaufenden Kavernen der Wirbelkammer vorteilhafte Orte der Zuführung, also die äu ßeren Scheitelpunkte der Besselfunktionen bzw. die Orte, wo Umfangswand und Deckel oder Umfangswand und Boden der Wirbelkammer in großen Radien ineinander übergehen. Aber auch die jeweils inneren gelegenen Scheitelpunkte bieten für einzelne Anwendungen Vorteile. Generell kann gesagt werden, dass bei der Zuführung der Dispergierphase in eine Kaverne die eingesaugte Menge an Dispergierphase geringer ist, dafür aber die Dispersionsgüte steigt. Umgekehrt sorgt die Zuführung der Dispergierphase im freien Raum - bevorzugt an ei- nem inneren Scheitelpunkt der Besselkurve - für einen höheren Bntrag an Dispergierphase, bei geringerer zu erreichender Teilchengröße.

In Figur 38 ist eine Wirbel kämm er 1 in einem Gehäuse 31 gezeigt. M it xhwarzen Pfeilen ist das aus dem Gehäuse 31 in die Wirbelkammer 1 eintretende M edium gezeigt, das im Inneren der Wirbelkammer verwirbelt wird. Im Boden 1 0 der Wirbelkammer ist ein Aus- lasskanal 1 1 gezeigt, der von einem Zulauf kanal 30 durchragt wird, der bis in die Wirbelkammer 1 hineinreicht. Zwischen Zulaufkanal 30 und der Öffnung des Auslasskanals 1 2 tritt das modifizierte M edium aus der Wirbelkammer in einen Auslass des Gehäuses aus, wie mit grauen Pfeilen angedeutet ist. Der Zulaufkanal 30 tritt von unten zentrixh durch den Auslasskanal 1 2 der Wirbelkammer 1 in Form eines im Querxhnitt deutlich kleineren koaxialen Rohrstutzens ein. Die Bntauchtiefe des Zulaufkanals 30 in die Wirbelkammer beträgt 1 4% - 90% der maximalen Wirbel kämm erhöhe.

Bne vorteilhafte Ausführung sieht einen koaxialen Zulauf kanal von unten vor, der mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung höhenverstellbar im Auffangbecken der Wirbelkammer montiert ist, so dass die Bntauchtiefe des Zulauf kanals 30 in die Wirbelkammer 1 variabel eingestellt werden kann. Dadurch lässt sich sowohl das M ischungsverhältnis als auch die Dispersionsgüte durch stufenloses Bnschieben des Zuführrohres in die Wirbelkammer oftmals so fein regulieren, dass auf aufendige Dosiermechanismen und ähnliches verzichtet werden kann.

In Figur 39a ist eine weitere Ausführungsform einer Wirbelkammer mit einem Zulaufka- nal 30 gezeigt, der koaxial von oben durch den Deckel 9 der Wirbelkammer in Form eines Rohres hineinragt. Der Zulauf kanal ist paßgenau in der Bohrung des Deckels 9 vorgesehen und verxhließt den Deckel. Die Bntauchtiefe des Zulauf kanals 30 in die Wirbelkammer beträgt 0% - 50% der maximalen Wirbel kämm erhöhe. Der Auslass ragt daher in das Zentrum des Hauptwirbels in der Kammer hinein, vorzugweise höchstens bis zu 20% der Höhe des Hauptwirbels. Eine vorteilhafte Ausführung sieht einen koaxialen Zulauf kanal von oben vor, der mittels eines Feingewindes oder einer anderen dichten Verbindung höhenverstellbar im Deckel 9 der Wirbelkammer montiert ist, so dass die Bntauchtiefe des Zulauf kanals 30 in die Wirbelkammer variabel eingestellt werden kann.

In Figur 39b ist eine weitere Ausführungsform einer Wirbelkammer mit einem Zulauf ka- nal 30 gezeigt, bei der der Deckel 9 der Wirbelkammer z. B. wie in Figur 1 7 mit einem Zapfen 20 ausgebildet ist. Der Zulauf kanal 30 geht nahtlos in eine zylindrixhe Bohrung im Zapfen 20 über, die den nach unten weisenden Zapfen so durchdringt, dass sich eine xharfkantige Rohrspitze als Auslax ergibt. Dabei ist eine aktive Bnsaugung der Disper- gierphase möglich. In Figur 40a ist eine alternative Ausführungsform zu Figur 39a gezeigt, bei der der Zulaufkanal 30 stirnseitig unten verxhlossen ist, jedoch eine oder mehrere Öffnungen 32 seitlich in seiner Wand aufweist, durch die die Disperghierphase in radialer Rchtung nach au ßen in die Wirbelkammer fließen kann. In dieser Variante ragt der Zulauf kanal bis höchstens etwa 66% der Höhe der Wirbelkammer in diese hinab. Analog in Figur 40b eine Alternative zur Ausführung aus Figur 39b gezeigt, bei der Zulaufkanal 30 nahtlos in eine zylindrische Bohrung über geht, die den nach unten weisenden Zapfen 20 des Wirbelkammerdeckels jedoch nicht durchdringt, sondern mit einer oder mehreren radialen Bohrungen versehen ist, durch die die Dispergierphase radial nach außen in die Wirbelkammer fließen kann. Auch hier ist eine aktive Bnsaugung möglich.

In Figur 41 a ist eine Wirbelkammer mit einem oder mehreren Zulauf kanälen 30 auf derselben Höhe wie die Bnspritzkanäle 1 1 gezeigt. Die Zulauf kanäle 30 reichen von der Seite durch die Umfangswand der Wirbelkammer und sitzen paßgenau in der Bohrung der Wirbelkammerwand, so dass sie diese verxhliessen. Die Zulaufkanäle können in der Höhe nicht nur etwa mittig, sondern in beliebiger Anordnung vorgesehen sein.

In Hgur 41 b ist eine vorteilhafte Ausführungsform gezeigt, die zwei seitliche Zulauf kanäle 30 für zwei unterxhiedliche Dispergierphasen und einen Bnspritzkanal 1 1 vorsieht. Die einzelnen Volumina, die durch die Kanäle zugeführt werden, xllen pro Zeiteinheit in et- wa gleich sein. Dabei kann eine Anpassung gemäss der Viskosität auch durch unterxhiedliche Drücke erfolgen. Die Hauptphase wird durch den Bnspritzkanal 1 1 eingebracht, dessen Innenwand gemäss einer Besselfunktion gekrümmt ist. Bn Zulaufkanal

30.1 mit grossem Durchmesser ist für eine erste Dispergierphase und ein Zulaufkanal

30.2 mit kleinem Durchmesser ist für eine zweite Dispergierphase vorgesehen. Bei Wirbelkammern ohne Innenkontur ist insbesondere bei der Zuführung von höherviskosen Dispergierphasen oder bei größeren Mengen an zu dispergierenden Huiden die Anbringung der Zulaufkanäle im oberen Teil der Wirbelkammer zu bevorzugen, da der Hauptwirbel in diesem Teil stabiler ist. Im unteren Teil der Wirbelkammer könnten die Teile der zugeführten Dispergierphase vorzeitig von dem aus der Wirbelkammer austre- tenden Strom erfaßt werden und den Hauptwirbelprozeß nicht ganz durchlaufen und so nicht fein genug dispergiert werden.

In Hgur 42a ist eine Wirbelvorrichtung mit einem Gehäuse 31 gezeigt, bei der Zulauf ka- näle 30 auf unterschiedlichen Höhen einmal über und einmal unter einem Bnspritzkanal 1 1 angeordnet sind. Die Dispersion tritt durch einen Auslasskanal 1 2 aus. In Hgur 42b ist ein Vertikalschnitt durch eine Wirbelkammer mit gemäss einer Besself unktion gekrümmten Wandungen gezeigt, wie zu den Hguren 9, 1 5 und 1 8 beschrieben. Auf der einen Seite sind drei über einander liegende Bnspritzkanäle 1 1 und gegenüberliegend drei über einander angeordnete Zulauf kanäle 30 vorgesehen. Dabei sind zumindest der obere und unter Bnspritzkanal in die Kavernen gerichtet.

In Hgur 43a ist eine Wirbelkammer mit einem Zulauf kanal 30 von oben xhräg tangential durch den Deckel 9 der Wirbelkammer 1 gezeigt, das paßgenau in der Bohrung des Deckels sitzt und diesen umseitig verschließt. Es können auch mehrere solcher Zulaufkanäle vorgesehen sein, die beispielsweise zu einander versetzt gegenüberliegend angeordnet sind, wie in Hgur 43c als Aufsicht auf den Deckel gezeigt ist. Dabei ist eine aktive Bnsau- gung möglich. In Hgur 43b ist eine Variante mit einer Wirbelkammer mit erfindungsge- mäss harmonixh gekrümmten Wandungen gezeigt, die ebenfalls von oben xhräg tangential durch den Deckel 9 eingeführt Zulauf kanäle aufweist.

In Hgur 44a ist eine Wirbelkammer mit mehreren Zulaufkanälen 30 gezeigt, die von un- ten xhräg tangential durch den Boden 1 0 der Wirbelkammer 1 eingeführt werden und paßgenau in der Bohrung des Bodens sitzen und diesen umseitig verxhließen. Hgur 44b zeigt eine Ansicht von unten auf den Boden 1 0 der Wirbelkammer. M ittig ist ein Auslaxkanal 1 2 vorgesehen und am Rand sind die Zulauf kanäle einander gegenüberliegend ersichtlich. In Figur 45a ist eine Wirbelvorrichtung mit einem Gehäuse 31 gezeigt, bei der ein oder mehrere Zulauf kanäle 30 auf beliebiger Höhe der Wirbelkammer 1 , z. B. mittig, von der Seite durch die Umfangswand 8 der Wirbelkammer 1 reichen, so dass sie jeweils genau koaxial in einem sich konisch nach innen verjüngenden Bnspritzkanal 1 1 in die Wirbel- kammer enden. Daraus ergibt sich der Effekt, dass die Dispergierphase aus dem Zulaufkanal 30 wie bei einer Wasserstrahlpumpe von der, in die Wirbelkammer eintretenden Hauptphase mit in die Wirbelkammer gerissen wird.

In Hgur 45b ist eine vergleichbare Wirbelvorrichtung gezeigt, bei der sowohl die Außenkontur des Zulauf kanals 30 als auch die Außenkontur des Bnspritzkanals nach einer mo- difizierten Besselfunktion zweiter Art (Gattung) , nach einer Exponentialfunktion oder einer Hyperbelfunktion gestaltet ist, so dass die Außenkontur des Zulauf kanals und die Innenkontur des Bnspritzkanals eine analog verlaufende Form besitzen. Dadurch erfolgt zum einen der Bntritt der beiden Phasen in die Wirbelkammer besonders laminar und turbulenzfrei, zum anderen wird eine besonders große M enge an Dispergierphase mit in die Wirbelkammer gesaugt. Die schwarzen Pfeile deuten den Zustrom der Hauptphase und die weissen Pfeile den Zustrom der Dispergierphase an.

In weiteren Ausführungsformen können dünnwandige Bnbauten innerhalb der Wirbelkammer vorgesehen sein. Die hier bexhriebenen Bnbauten dünnwandiger Innenkonturen in die Wirbelkammer erfüllen mehrere Funktionen. Se dienen dazu, die Wirbelströ- mungen im Inneren der Wirbelkammer optimal zu führen sowie die von dem Huid zurückzulegende Wirbelstrecke zu verlängern und somit die Leistung der Wirbelkammer zu erhöhen. Außerdem können sie bei geeigneter Auslegung helfen, durch zunehmende Verringerung des Abstandes zur Umfangswand die Hüssigkeit zusätzlich laminar zu be- xhleunigen und bei geeigneter Anbringung eines Zulauf kanals an der engsten Stelle ähn- lieh wie bei einer Venturi-Düse die M enge an einzusaugender Dispergierphase zu steigern. Die in der Praxis aus tiefgezogenen Blechen, durch Spritzgussverfahren oder durch CNC- Bearbeitung hergestellten Innenkonturen werden mit klein zu dimensionierenden und strömungsmechanixh zu optimierenden Halterungsstegen so an Umfangswand, Deckel oder Boden der Wirbelkammer befestigt, dass der Flüssigkeitsstrom in der Wirbelkammer möglichst wenig beeinflußt wird. Diese Halterungsstege sind in den Hguren nicht ersichtlich.

In Hgur 46 ist eine Wirbelkammer mit einer rotationssymmetrischen, die Wirbelkammer 1 annähernd ausfüllenden, dünnwandigen Innenkontur 33 gezeigt. Die Innenkontur weist im Längsschnitt eine oben- unten-asymmetrische, taillierte Form auf , deren Durch- messer im mittleren Teil am geringsten, im unteren Teil größer und im oberen Teil am größten ist. Die zugrunde liegende mathematixhe Kurve ist eine einfache Bessel- Funktion erster Art (Gattung) , wie vorher erläutert. Die Innenkontur 33 bildet einen Trichter über dem Auslaxkanal 1 2. Als Deckel 9 der Wirbelkammer wird ein Deckel ge- mäx Figur 1 6 verwendet. Der Innenumfang des Auslaxkanals 1 2 bildet eine Verlänge- rung der Innenkontur 33 und ist gemäx einer modifizierten Bexelfunktion zweiter Art geformt.

In Figur 47 ist eine Wirbelkammer mit einer weiteren Ausführungsform einer rotations- symmetrixhen, die Wirbelkammer 1 annähernd ausfüllenden, dünnwandigen Innenkontur 33 gezeigt. Die Wandung der Innenkontur entspricht in etwa der Form eines natürlich entstehenden Wirbeltrichters und ihr Durchmesxr ist sich nach unten verjüngend und im oberen Teil wesentlich größer ausgebildet. Die zugrunde liegende mathematixhe Kurve ist eine modifizierte Bessel- Funktion zweiter Art (Gattung) , eine Exponentialfunktion oder eine Hyperbelfunktion. Grundsätzlich sind alle Kombinationen der hier niedergelegten Ausführungsformen von Wandung, Deckel, Boden und Innenkontur möglich und mit beansprucht. In der Praxis bestehen jedoch Enxhränkungen beim Bnbau von Innenkonturen. Hier sind Umfangs- wände gemäss den Ausführungsformen nach den Figuren 9, 1 0, 1 2 und 1 3 als vorteil- haft anzusehen, da in ihnen die oben weitere und innen deutlich schmalere Innenkontur in etwa den Wirbelkammerbegrenzungen folgt.

Nachfolgend wird eine Wirbelvorrichtung mit einer Vakuumeinrichtung, einer Umwälzpumpe und/ oder einem oder mehreren Rührwerken beschrieben. Bne solche Wirbelvorrichtung bildet unabhängig von einer Wirbelkammer mit einer Wandung, die nach einer Besselfunktion gekrümmt ist, eine erf inderixhe Weiterbildung der bekannten Wirbelvorrichtungen. Es bleibt daher vorbehalten auf eine derartige Wirbelvorrichtung unabhängigen eigenen Schutz zu richten.

In einer Ausführungsform weist die Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine externe Vakuumeinrichtung auf . Die Hauptphase wird dabei nicht durch Druck durch die Bnspritzkanäle 1 1 in die Wirbelkammer 1 gepreßt, sondern alle Phasen können durch Sog durch den oder die unteren Auslasskanäle 1 2 in die Wirbelkammer eingesaugt werden. Das hierzu nötige Vakuum kann durch die externe Vakuumpumpe erzeugt werden und dem Auslasskanal der Wirbelkammer über Kanäle zugeführt werden. Alternativ kann das Vakuum durch einen hand- oder motorbetriebenen Propeller in oder unterhalb der Auslasskanäle oder einer Auslauföffnung erzeugt werden.

In einer weiteren Ausführungsform nach Figur 48 weist die Wirbelvorrichtung eine Umwälzpumpe 34 ausserhalb der Wirbelkammer auf . Das durch eine oder mehrere Auslasskanäle abgesaugte Huid kann mittels der externen Umwälzpumpe der Wirbelkammer über den oder die Bnspritzkanäle 1 1 erneut zugeführt werden und so dieselbe M enge Fluid immer wieder von neuem verwirbelt. Wie in Figur 48 gezeigt ist, ist die Umwälzpumpe 34 zwischen einen Auslasskanal 1 2 und einen Bnspritzkanal 1 1 eingesetzt. Durch einen weiteren Auslasskanal 1 2 kann das Fluid abgelassen werden. Ferner ist ein weiterer Bnspritzkanal vorgesehen, um weitere Fluide zu zu führen. Die Wirbel kämm er 1 kann dabei nach einer der oben bexhriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein, d. h. eine Wandung mit einer Krümmung gemäss einer Besselfunktion aufweisen.

In noch einer weiteren Ausführungsform nach Figur 49 kann eine Wirbelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ein Rührwerk innerhalb der Wirbelkammer aufweisen. Das Rührwerk dient dazu, dass das Fluid nicht oder nicht ausxhließlich passiv durch druckbe- auf xhlagte Bnspritzung des Fluids oder der Fluide verwirbelt wird, sondern dass das Fluid oder die Fluide dabei zusätzlich oder ausschließlich von einem oder mehreren propellerartigen Rührwerken in eine Wirbelbewegung gebracht werden. Dabei kann über Bnspritz- und Auslasskanäle Fluid zu- und abgeführt werden. Alternativ kann der ständige Durchlauf über Bnspritz- und Auslasskanäle dabei ganz unterbleiben und nur eine konstante Menge an Fluid anfangs eingefüllt, anxhließend das konstante Volumen verwirbelt und nach Beendigung das gesamte Volumen durch die Auslassöffnung wieder abgelassen werden. Bnspritz- und Auslaßöffnung sind dann jeweils mit einem Ventil ver- xhließbar und bleiben während des Wirbelvorgangs verxhlossen.

In einer Variante der kann die Wirbelvorrichtung kann sich über dem Rührwerk zentriert eine Innenkontur 33 anxhliessen. Die Innenkontur kann in ihrem oberen, wesentlich größeren Teil gemäss Figur 47 und in ihrem unteren, wesentlich kleineren Teil, wie der sich vom Scheitelpunkt nach unten wieder erweiternde Teil gemäss Figur 46 gestaltet sein. Am unteren Ende der Wirbelkammer 1 kann, ganz oder teilweise überstülpt von der Innenkontur 33 koaxial zur Wirbelkammer und Innenkontur das eine oder mehrere propel- lerartige Rührwerke 35 angebracht sein. Das Rührwerk kann von au ßen über ein gas- und flüssigkeitsdichtes Wellenlager durch einen Motor 36 oder eine Handkurbel - gegebenenfalls mit Zahnrad- oder Riemenübersetzung - über eine senkrechte Achse angetrieben werden.

En alleinstehendes oder ein unteres von zwei propellerartigen Rührwerken am unteren Ende der Innenkontur kann das oder die Fluide so verdrängen, dass diese von unten an der Wandung der Wirbelkammer in spiralförmigen Bewegungen nach oben befördert werden und dank der gekrümmten Form von Umfangswand und Deckel im oberen Teil der Wirbelkammer wieder einen radial nach innen weisenden Bewegungsimpuls erhalten, so dass sie über den Rand der Innenkontur treten und in ebenfalls spiralförmigen Bahnen im Inneren der Innenkontur wieder nach unten laufen, wo sie erneut auf das eine oder beide propellerartige Rührwerke treffen.

Grundsätzlich kann nur ein Rührwerk die Fluide in der Wirbelkammer in Bewegung setzen, so dass dessen Drehbewegung den Drall, den das oder die Fluide durch die Bn- spritzkanäle erhalten, unterstützt, indem es in derselben Drehrichtung umläuft oder aber das Fluid zerstäubt, indem es entgegen dem Drall rotiert, der sich durch die tangentialen Bnspritzkanäle ergibt, wie in Figur 50 erläutert ist.

Es können aber auch zwei propellerartige Rührwerke am unteren Ende der Innenkontur in der Wirbelkammer koaxial übereinander angeordnet sein, wobei die beiden sich in gegenläufiger Richtung bewegen. Wie in Figur 51 erläutert ist, läuft das obere Rührwerk 35.1 der beiden propellerartigen Rührwerke am unteren Ende der Innenkontur in einem solchen Drehsinn, dass es den, am unteren Ende innen aus der Innenkontur austretenden Fluiden entgegenläuft und diese daher besonders intensiv zerstäubt, während das untere propellerartige Rührwerk 35.2 sich hierzu wieder entgegengesetzt dreht - und damit gleichsinnig zu dem sich im Inneren der Innenkontur umlaufenden Fluid - und dieses wieder nach oben in den Innentrichter befördert.

Die beiden propellerartigen Rührwerke können z. B. mit einem Planetengetriebe verbunden sein und somit mit einem konstanten gegenläufigen Umdrehungsverhältnis betrie- ben werden.

Wie in den Figuren 52 und 53 gezeigt ist, können die beiden propellerartigen Rührwerke von zwei verxhiedenen Antriebsquellen 36.1 und 36.2, z. B. Bektromotoren, getrennt voneinander mit beliebigen Umdrehungszahlen, die sich auch jederzeit ändern können, angetrieben werden. Die beiden verxhiedenen M otoren können koaxial zur Wirbelkam- merrotationsachse montiert sein ( Figur 52) , oder aber einer davon oder beide können unten, über oder neben der Wirbelkammer ( Figur 53) angeordnet sein. Die propellerartigen Rührwerke können z. B. über einen Riemen- oder Zahnradantrieb angetrieben werden.

Das obere der beiden zwei propellerartigen Rührwerke 36.1 kann von dem oberen M otor 35.1 mittels einer langen Achse angetrieben werden, die durch das innere der Wirbelkammer 1 bzw. der Innenkontur 33 hindurchreicht, wobei das obere Rührwerk zur Vermeidung einer Unwucht koaxial, aber frei drehbar mit der Achse des unteren Rührwerkes verbunden sein kann, wie in Figur 52 dargestellt. BEZUGSZBCHENUSTE

1 Wirbel kammer 34 Umwälzpumpe

2 Zuführung 35 Rührwerk

3 Abführung 36 M otor

4 Abführung

5 Strom

6 Pumpe

7 Rückführkanal

8 Umfangswand

9 Deckel

1 0 Boden

1 1 Bnspritzkanal

1 2 Auslasskanal

1 3 Kaverne

1 4 Hauptphase

1 5 Dispergierphase

1 6 Aussparung

1 7 Aussparung

1 8 Ausbuchtung

1 9 Bnbuchtung

20 Zapfen

21 Ausbuchtung

22 Bnbuchtung

23 Erhebung

24 Wirbeltrichter

25 Rohrstutzen

26 Schlitze

27 Aufnahmeöffnung

28 Rohrstutzen

29 Bohrung

30 Zulaufkanal

31 Gehäuse

32 Öffnungen

33 Innenkontur

K Krümmungswechsel