DE3838558C2 - Einweg-Airless-Sprühdose mit elektrischem Antrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einweg-Airless-Sprühdose gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für Einweg-Airless-Sprühdosen verwendet man sehr häufig Treibmittel in Form sogenannter Aerosole. Das Treibmittel ist einphasig in dem zu versprühenden Fluid gelöst. Bei Betätigung des Betätigungsorganes entspannt es sich hinter der Spritzdü­ se, wodurch der Flüssigkeitsnebel abgekühlt wird und die Viskosität der Flüssigkeitströpfchen entsprechend zunimmt, was beim Sprühen, etwa von Reparaturlack auf eine Autokarosserie, den Glanz und die Haftfähigkeit des Auftrags verschlechtert. Auch geht der größte Teil der Energie des Treibmittels durch die Entspannung hinter der Spritzdüse verloren, so daß aus diesem Grunde zulasten der zu versprühenden Flüssigkeit relativ viel Treibmittel aufgewendet werden muß. Im übrigen besteht das Bedürfnis, die Verwendung von Aerosolen wegen ihrer Umweltschädlichkeit, ihrer Feuergefährlichkeit und ihrer Explosionsgefahr überhaupt zu vermeiden.

In dem DE-GM 69 23 398 ist daher bereits eine Airless- Sprühdose für flüssige Auftragsmittel vorgeschlagen worden, die aus einem Vorratsbehälter für das Sprühmedium besteht, auf dem ein Oberteil aufgebracht ist, in dem sich die Austritts­ düse sowie die gesamte Zerstäubermechanik befindet. Mittels einer Batterie wird ein Motor angetrieben, der seine Leistung auf eine Pumpe überträgt, die aus einem Zylinder besteht, in dem ein Kolben geführt ist. Der Zylinderraum steht dabei mit der Behälterflüssigkeit über ein Saugröhrchen in Verbindung, so daß beim Zurückfahren des Kolbens das Sprühmedium in den druckbeaufschlagbaren Zylinderraum gesaugt wird. Die Be­ tätigung des Kolbens wird dabei durch einen astabilen Multivibrator oder eine anderen Frequenz-Generator gesteuert, der mit einer Stromverstärkerstufe als integrierte Schaltung gekoppelt sein kann. Mit dieser Ausbildung und Anordnung einer Pumpe und eines Motors läßt sich weder ein für eine feine Zerstäubung des Sprühmediums benötigter hoher Pumpendruck erreichen, noch wird die für einen kontinuierlichen Sprüh­ vorgang erforderliche hohe Kolbenhupfrequenz erreicht.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einweg-Airless- Sprühdose so auszubilden, daß ein möglichst kontinuierlicher gleichmäßiger Sprühvorgang mit hohem Überdruck und feinster Zerstäubung des Sprühmediums erreicht wird, wobei die Sprühdose besonders einfach und aus wenigen Bauelementen aufgebaut sein soll.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Die erfindungsgemäße Einweg-Airless-Sprühdose besitzt den Vorteil, daß zum Versprühen des Sprühmediums kein Aerosol oder Treibgas benötigt wird. Dadurch ist eine hohe Umweltfreund­ lichkeit gegeben. Die Verwendung eines Schwingmagneten zum Antrieb des Pumpenkolbens ergibt einen hohen Pumpendruck bei hoher Pumpfrequenz. Dadurch wird besonders einfach ein kontinuierlicher Sprühvorgang erreicht, bei dem das Sprühmedi­ um als feiner Sprühnebel aus der Spritzdüse austritt. Die erfindungsgemäße Einweg-Airless-Sprühdose erfordert keinen unter Überdruck stehenden Druckmittelbehälter. Dadurch kann man die Einweg-Airless-Sprühdose auch erhöhter Wärmeeinwirkung ohne Gefahr einer Explosion aussetzen. Die Dose kann auch lange gelagert werden, weil keine Druckverluste eintreten können. Der Einsatz einer elektronischen Schaltung zur Umwandlung einer von einer Batterie gelieferten Gleichspannung in eine periodische Folge von Impulsen hat gegenüber einfachen Unterbrecherschaltungen, z. B. bekannten "Klingel-Schaltungen", den Vorteil, daß bei der Umschaltung keine Funken auftreten können. Dadurch kann die Einweg-Airless-Sprühdose auch zum Versprühen von leicht entzündbaren und feuergefährlichen Sprühmedien eingesetzt werden. Alle zum Versprühen des Sprühmediums benötigten Einrichtungen sind im Gehäuse der Einweg-Airless-Sprühdose enthalten, welches wie ein Sprühkopf auf den Vorratsbehälter aufgesetzt und von ihm abnehmbar ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Sprühdose. Die mechanische Kraftübertragung von Schwing­ magneten auf den Pumpenkolben mittels einer Blattfeder oder eines Hebels erlaubt eine günstige Übersetzung eines kleinen Hubes des Schwingmagneten in einen großen Hub des Pumpenkol­ bens und einen besonders einfachen Aufbau. Die Batterie ist vom Gehäuse hermetisch abgekapselt und kann diesem entnommen werden. Dadurch ist sie getrennt von der Einweg-Airless- Sprühdose entsorgbar. Damit wird die Umweltbelastung durch eine ausgediente Einweg-Airless-Sprühdose deutlich vermindert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen sind den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer erfindungsgemäßen Einweg-Airless-Sprühdose,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der in der Einweg-Airless- Sprühdose gemäß Fig. 1 verwendeten Impulserzeuger- Schaltung und

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einweg- Airless-Sprühdose. Die in Fig. 1 dargestellte Einweg-Airless-Sprühdose besteht aus einem Vorratsbehälter 14 für das zu versprühende Sprühme­ dium 15 und aus einem vom Vorratsbehälter 14 abnehmbaren Sprühkopf 1, in dem alle zum Versprühen des Sprühmediums 15 benötigten Einrichtungen integriert sind, um eine räumliche und funktionale Trennung der den Sprühvorgang bewirkenden Einrichtungen vom Vorratsbehälter 14 zu erzielen. Der Vorratsbehälter 14 kann nach dem Befüllen mit dem Sprühmedium 15 einfach durch Aufsetzen des Sprühkopfes 1 verschlossen werden.

Am Boden des Sprühkopfes 1 ist ein Schwingmagnet 3 angeordnet, welcher über Leitungen (nicht gezeigt) mit dem Ausgang einer Impulserzeuger-Schaltung 2 verbunden ist. Die Impulserzeuger- Schaltung 2 wird aus einer Batterie 12 über einen im Deckel des Sprühkopfes 1 angebrachten Schaltknopf 17 gespeist. Die Batterie 12 ist hermetisch gegen den Sprühkopf 1 abgekapselt und derart ausgeführt, daß sie dem Gehäuse des Sprühkopfes 1 leicht entnommen werden kann. Dadurch ist es möglich, die Batterie getrennt von der Einweg-Airless-Sprühdose zu entsorgen, wodurch eine besondere Umweltverträglichkeit der Sprühdose gegeben ist. Die Batterie 12 ist ferner so ausge­ bildet, daß alle Hohlräume des Sprühkopfes 1 ausgenutzt werden. Dies erfolgt durch Ausfüllen der Hohlräume des Sprühkopfes mit Trockenbatteriemasse bei der Herstellung. Es ermöglicht, in den Sprühkopf 1 eine Spannungsquelle auf­ zunehmen, die trotz geringen Platzbedarfes eine hohe Kapazität abgibt. Im einen Luftspalt bildenden Innenraum 33 des Schwing­ magneten 3 ist ein Schwinganker 4 hin- und herbeweglich ange­ ordnet. Mit dem Schwinganker 4 ist eine vorgekrümmte Blatt­ feder 5 gelenkig verbunden, welche an ihrem anderen Ende 27 fest im oberen Bereich des Sprühkopfes 1 eingespannt ist. Sie trägt an einer punktförmigen Befestigung 24 einen Schlaghammer 6. Der Schwingmagnet 3, der Schwinganker 4, die Blattfeder 5 und der Schlaghammer 6 bilden eine Antriebsvorrichtung für den Pumpenkolben 8, welche durch die Impulserzeuger-Schaltung 2 angesteuert wird. Der Pumpenkolben 8 ist in einer zylin­ drischen Bohrung 20 des Sprühkopfes 1 hin- und herbeweglich geführt. Am Amboß 8a des Pumpenkolbens 8 greift eine koaxial angeordnete Druckfeder 7 an, welche in Verbindung mit der oben erwähnten Antriebsvorrichtung eine periodische Pumpbewegung des Kolbens 8 der Pumpe 30 ergibt. In die Bohrung 20 mündet senkrecht ein Steigrohr 13, welches sich in den Vorrats­ behälter 14 hineinerstreckt und in das Sprühmedium 15 eintaucht. Das links von der Mündung 21 liegende Airless- Sprühventil 25 besteht aus einer Spritzdüse 11 und einem Rückschlagventil 9 mit einer Rückstellfeder 10.

Der Vorratsbehälter 14 weist ferner ein Belüftungsventil (nicht gezeigt) zum Ausgleich des durch das Versprühen des Sprühmediums 15 entstehenden Unterdrucks im Vorratsbehälter 14 auf.

Die Funktionsweise der Einweg-Airless-Sprühdose ist nun wie folgt: Der eingangsseitige Stromkreis der elektronischen Impulserzeuger-Schaltung 2 wird durch das Drücken des Schaltknopfes 17 geschlossen. Die elektronische Impulser­ zeuger-Schaltung 2 wandelt die Gleichspannung in eine periodische Folge von Spannungsimpulsen um (z. B. in eine Folge von Rechteckimpulsen). Jeder Spannungsimpuls hat zur Folge, daß im Schwingmagneten 3 ein Magnetfeld induziert wird. Der im Innenraum 33 des Schwingmagneten 3 geführte Schwinganker 4 wird dadurch aus seiner Ruhestellung in Richtung 34 bewegt. Die Führung des Schwingankers 4 im Innenraum 33 des Schwing­ magneten 3 besitzt den Vorteil, daß durch das darin vorhandene annähernd homogene Magnetfeld 33 größere Hubkräfte erzielt werden können als bei Anordnung des Schwingankers 4 im Außenraum der Spule, in dem das Magnetfeld mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt. Die Bewegung des Schwingankers 4 wird von der vorgekrümmten Blattfeder 5 aufgenommen. Die Vorkrümmung der Blattfeder 5 hat zur Folge, daß diese aus ihrer Ruhelage durch die Hubbewegung des Schwingankers 4 nur in die Richtung 35 (Fig. 2) auslenkbar ist. Die Blattfeder 5 bewirkt eine Umsetzung der vertikalen Hubbewegung des Schwingankers 4 in eine horizontale Bewegung des Schlaghammers 6 und eine mechanische Kraftuntersetzung. Von der Vorkrümmung der Blattfeder 5 hängt die Wegverstärkung des Hubes des Schwingan­ kers 4 ab. Die durch die Anordnung des Schwingankers 4 im Innenraum 33 des Schwingmagneten 3 erzielte große Hubkraft und deren mechanische Untersetzung durch die Blattfeder 5 erlauben es, mit kurzen Hüben des Schwingankers 4 entsprechend große Hübe des Pumpenkolbens 8 zu erzielen und dennoch eine zur Ausbildung des benötigten Pumpendruckes genügend große Kraft auf den Schlaghammer 6 zu übertragen. Der Amboß 8a des Pumpenkolbens 8 wird vom Schlaghammer 6 beaufschlagt. Dadurch wird der Pumpenkolben 8 nach links getrieben. Der Vorlauf des Schlaghammers 6 bewirkt, daß dessen Massenträgheit bei der Kraftübertragung auf den Pumpenkolben 8 ausgenutzt wird. Damit wird schlagartig die eigentliche Pumpbewegung eingeleitet. Der erzielte Pumpendruck ist dadurch höher als bei einer reinen Druckeinwirkung des Schlaghammers 6. Das in der zylindrischen Bohrung 20 befindliche Sprühmedium 15 wird komprimiert und strömt mit hohem Druck durch das Airless-Sprühventil 25. Der hohe Pumpendruck bewirkt in Verbindung mit der Spritzdüse 11 eine feine Zerstäubung des Sprühmediums 15. Nachdem der Pumpenkolben 8 die ihm durch den Schlag erteilt Energie in eine Kompression des Sprühmediums 15 und eine Stauchung der Druckfeder 7 umgesetzt hat, wird er durch die Druckfeder 7 wieder in seine Ausgangslage zurückgedrückt. Währenddessen wird der Schlaghammer 6 gleichzeitig durch die Rückstellkraft der Blattfeder 5 in seine Ausgangslage geführt. Da in dieser Phase die zylindrische Bohrung 20 durch das Rückschlagventil 9 verschlossen ist, entsteht durch das Zurückweichen des Pumpenkolbens 8 in der Bohrung 20 ein Unterdruck, der über das Steigrohr 13 aus dem Vorratsbehälter 14 wieder eine gewisse Menge Sprühmedium 15 ansaugt. Der nächste Sprühtakt wird anschließend wie beschrieben durchgeführt.

Es ist auch möglich, anstelle des Schwingmagneten 3 und des Schwingankers 4 ein Piezo-Element zu verwenden. Das Piezo- Element wird durch die von der Impulserzeuger-Schaltung 2 gelieferten Ausgangsspannung zu Schwingungen angeregt, welche auf die mit dem Piezo-Element gelenkig verbundene Blattfeder 5 übertragen werden.

Die durch den Schwingmagneten 3, den Schwinganker 4, die Blattfeder 5 und den Schlaghammer 6 realisierte und durch die Impulserzeuger-Schaltung 2 angesteuerte Antriebsvorrichtung für den Pumpenkolben 8 arbeitet mit hoher Kolbenhubfrequenz. Dadurch wird ein kontinuierlicher Sprühvorgang erreicht. Der hohe erreichte Pumpendruck bewirkt eine feine Zerstäubung des Sprühmediums 15.

Die Impulserzeuger-Schaltung 2 wird anhand der Fig. 2 erläutert. An den Eingängen 41a und 41b einer Gegentaktstufe 42 liegt die von der Batterie 12 abgegebene Gleichspannung an. Ein Oszillator 43, der ein R/C-Glied oder durch einen Schwingquarz als frequenzbestimmendes Element hält, steuert die Gegentaktstufe 42, die die an den Eingängen 41a und 41b anliegende Gleichspannung in eine Folge von Rechteckimpulsen umwandelt, deren Frequenz durch den Oszillator 43 vorgegeben wird. Um die zum Betrieb des Schwingmagneten 3 nötige Spannung von z. B. 30 bis 40 Volt zu erzeugen, ist der Gegentaktstufe 42 ein Transformator 45 nachgeschaltet. Dadurch ist es möglich, auch mit einer einzelligen Batterie 12 mit üblicher­ weise 1,5 Volt die zur Erzeugung des erforderlichen Magnet­ felds nötige Spannung zu erzielen. Anstelle des Transformators kann jedoch auch z. B. ein Operationsverstärker vorgesehen sein. Der Transformator 45 kann jedoch entfallen, wenn die Platzverhältnisse im Sprühkopf 1 die Verwendung einer genügend großen Batterie 12 erlauben. Die Ausgänge 46a und 46b des Transformators 45 werden an den Schwingmagneten 3 geführt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 3 gezeigt. Es sieht vor, daß die Blattfeder 5 direkt mit dem Amboß 8a des Schwingkolbens 8 verbunden ist. Neben der oben beschriebenen Umlenkung der Hubbewegung des Schwingankers 4 und der Untersetzung der Hubkraft bewirkt nun die Blattfeder 5 auch die Rückstellung des Pumpenkolbens 8 in seine Ausgangslage. Dadurch kann die im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehene Druckfeder 7 (vgl. Fig. 1) entfallen, so daß mehr Energie zur Kompression des Sprühmediums 15 zur Verfügung steht.

Claims (8)

1. Einweg-Airless-Sprühdose, insbesondere für Lacke, mit einem Vorratsbehälter (14) für das Sprühmedium (15), einer Spritzdüse (11), einer Batterie (12) und einer bei Betätigung eines Schaltknopfes (17) kontinuierlich arbeitenden und einen Pumpenkolben (8) aufweisenden Pumpe (30), wobei der Pumpenkol­ ben (8) von einem Schwingmagneten (3) angetrieben wird und der Schwingmagnet (3) durch eine Impulserzeuger-Schaltung (2) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem einen Luftspalt bildenden Innenraum (33) des Schwingmagneten (3) hin- und herbeweglich angeordneter Schwinganker (4) mit einer an einer Seite eingespannten vorgekrümmten Blattfeder (5) gelenkig verbunden und in einen Zustand stärkerer Krümmung auslenkbar ist und daß die Blattfeder (5) direkt oder mittels eines an ihr vorgesehenen Schlaghammers (6) den Pumpenkolben (8) beaufschlagt.

2. Einweg-Airless-Sprühdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeuger-Schaltung (2) eine von der Batterie (12) abgegebene Gleichspannung in eine Folge von Impulsen umwandelt.

3. Einweg-Airless-Sprühdose nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeuger-Schaltung (2) eine Gegentaktstufe (42) aufweist, die von einem Oszillator (43) gesteuert wird.

4. Einweg-Airless-Sprühdose nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegentaktstufe (42) ein Tranformator (45) nachgeschaltet ist.

5. Einweg-Airless-Sprühdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellung des Pumpenkolbens (8) durch eine Druckfeder (7) erfolgt.

6. Einweg-Airless-Sprühdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Schwingmagneten (3) ein Piezo-Element vorgesehen ist.

7. Einweg-Airless-Sprühdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (30) mit dem Pumpenkolben (8), der Schwingmagnet (3) mit dem Schwinganker (4) und die Batterie (12) in einem auf den Vorratsbehälter (14) für das Sprühmedium (15) aufsetzbaren Sprühkopf (1) angeordnet sind.

8. Einweg-Airless-Sprühdose nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (12) im Sprühkopf (1) abgekapselt und entnehmbar angeordnet ist.