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EP0217744A1 - Sprühvorrichtung zum Aufsetzen auf einen zusammenpressbaren Behälter - Google Patents

Sprühvorrichtung zum Aufsetzen auf einen zusammenpressbaren Behälter Download PDF

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Publication number
EP0217744A1
EP0217744A1 EP86810380A EP86810380A EP0217744A1 EP 0217744 A1 EP0217744 A1 EP 0217744A1 EP 86810380 A EP86810380 A EP 86810380A EP 86810380 A EP86810380 A EP 86810380A EP 0217744 A1 EP0217744 A1 EP 0217744A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
nozzle
air
mixture
spray device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP86810380A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0217744B1 (de
Inventor
George Edgar Callahan
Harald Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AT86810380T priority Critical patent/ATE47334T1/de
Publication of EP0217744A1 publication Critical patent/EP0217744A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0217744B1 publication Critical patent/EP0217744B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0416—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B11/00—Single-unit hand-held apparatus in which flow of contents is produced by the muscular force of the operator at the moment of use
    • B05B11/0005—Components or details
    • B05B11/0027—Means for neutralising the actuation of the sprayer ; Means for preventing access to the sprayer actuation means
    • B05B11/0029—Valves not actuated by pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B11/01—Single-unit hand-held apparatus in which flow of contents is produced by the muscular force of the operator at the moment of use characterised by the means producing the flow
    • B05B11/04—Deformable containers producing the flow, e.g. squeeze bottles
    • B05B11/042—Deformable containers producing the flow, e.g. squeeze bottles the spray being effected by a gas or vapour flow in the nozzle, spray head, outlet or dip tube
    • B05B11/043—Deformable containers producing the flow, e.g. squeeze bottles the spray being effected by a gas or vapour flow in the nozzle, spray head, outlet or dip tube designed for spraying a liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/10—Spray pistols; Apparatus for discharge producing a swirling discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/12—Spray pistols; Apparatus for discharge designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages
    • B05B7/1209—Spray pistols; Apparatus for discharge designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the controlling means for each liquid or other fluent material being manual and interdependent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B11/0005—Components or details
    • B05B11/0027—Means for neutralising the actuation of the sprayer ; Means for preventing access to the sprayer actuation means
    • B05B11/0032—Manually actuated means located downstream the discharge nozzle for closing or covering it, e.g. shutters

Definitions

  • the invention relates to a spray device according to the preamble of claim 1.
  • Such devices have been known and used for a long time. Today they are often attached to disposable plastic containers and thrown away together with the container after the contents of the container have been used up.
  • the best fine atomizers would be the double-piston aerosol pumps with a spring-loaded valve that only releases the liquid when the excess pressure exceeds about 5 bar. With larger dispensing quantities of more than 0.2 ml per stroke, the aerosol is noticeably coarser, because otherwise the pressure required would make manual operation more difficult.
  • Piston pumps are relatively expensive because they have to be manufactured from several moving parts.
  • the atomizers, in which the pressure is applied by compressing the container, can therefore be significantly simpler in construction.
  • DE-B-059 363 shows an atomizer head for plastic bottles, in which a tube extension serving as a liquid nozzle projects into a mixing chamber. The air enters the mixing chamber through bores and the liquid / air mixture leaves the mixing chamber through a spray nozzle arranged coaxially with the pipe socket.
  • the purpose of the invention is to create a spray device without moving parts, which, with the low and irregular overpressures of the compressible plastic bottle, has the performance characteristics of the pump atomizers mentioned above. With the smaller delivery quantities, it should work drop-free and generate an aerosol that is not inferior in fineness, uniformity and quantity to that of the complicated and expensive double-piston pumps.
  • the spray device should enable dispensing quantities of up to 1 ml per stroke, but - as is also the case with single-piston pumps - with less fine atomization.
  • production in a modular design should be possible in such a way that the essential performance parameters can be determined in each case by the use of components which can be interchanged.
  • the spray device should be easy to manufacture in the form of a reclosable bottle cap. This object is achieved by a spray device which has the features in the characterizing part of claim 1.
  • the application range of the device can be further improved by arranging a swirl chamber in front of the liquid nozzle, which is connected to the riser pipe via a tangential inlet channel.
  • the annular chamber can also be provided with a tangential inlet channel.
  • the inlet channels are advantageously arranged in such a way that the same direction of rotation of the liquid or air flow is achieved. Thereby the radial velocity component of the mixture is increased, which leads to an expansion of the beam angle.
  • the aerosol is distributed more evenly over a larger area.
  • annular chamber and the mixture nozzle are assigned to an air-guiding component and the swirl chamber and the liquid nozzle are assigned to a fluid-guiding component, and if these components can be fixed in a holding part at the same axis one behind the other.
  • These components can be inexpensively manufactured, for example, from plastic material and assembled in the simplest way.
  • the performance characteristics of the spraying device can be adapted to the respective intended use.
  • the distance between the components arranged coaxially in the pot-shaped holding part can be changed by spacing elements, different performance characteristics of the spray device can be achieved with the same components.
  • the components arranged in the holding part are rotationally symmetrical and are rotatably mounted about their axis in such a way that, together with the side wall of the pot-shaped holding part, they form a shut-off device for interrupting the inlet channels.
  • the container can be closed by simply rotating the component group.
  • One of the components is advantageously provided with a turning handle.
  • the holding part is advantageously formed in one piece with a closure device for the container mouth, for practical reasons the spray axis is approximately transverse to the axis of the container.
  • FIG. 1 shows a spraying device which consists of three components, which can be produced, for example, from plastic material using the injection molding process.
  • the Liquid-carrying component 23 with the liquid nozzle 1 and the air-carrying component 29 with the mixture nozzle 4 are essentially designed as rotationally symmetrical components and fixed in the holding part l2, which is approximately cup-shaped.
  • the holding part l2 is provided with the closure device l9, which can be designed, for example, as a screw cap with a screw thread 25. This screw cap can be screwed onto a standard plastic bottle.
  • a sealing sleeve 26 is used, which seals on the inner wall of the container mouth.
  • the riser pipe 2 is plugged onto a connecting piece 27, which opens into the swirl chamber 9 of the liquid-carrying component 23 via an inlet duct 10.
  • the inlet duct 10 leads tangentially into the swirl chamber 9, as can be seen in particular from FIG. 2.
  • the inlet opening 24 of the inlet channel 10 is visible in FIG.
  • the liquid nozzle 1 has an approximately conical inner wall section 5.
  • the liquid is supplied to the liquid nozzle 1 via the riser pipe 2, the nozzle 27, the inlet channel 10 and the swirl chamber 9.
  • the outer wall 6 of the liquid nozzle 1 is also conical, which has an influence on the flow parameter of the air, as will be shown below.
  • the mixing nozzle 4 also has a conical inner wall section 5 '.
  • the liquid-carrying component 23 connects directly to the air-carrying component 29 and, together with the outer wall 6 of the liquid nozzle, forms an annular chamber 3 which surrounds the liquid nozzle 1.
  • An inlet channel 11 leads into the annular chamber 3 and is connected via an air opening 30 to the air space of the container lying above the liquid. As FIG. 3 shows, in the exemplary embodiment shown the inlet channel 11 is guided radially into the annular chamber 3, the inlet opening 28 being still visible in FIG.
  • the liquid-carrying component 23 and the air-carrying component 29 are arranged on a common axis 20, which is also the spray axis.
  • the opening 7 of the liquid nozzle is, however, arranged in the spray direction in front of the opening 8 for the mixture nozzle.
  • the liquid nozzle 1 projects into the mixture nozzle 4 in such a way that a conical annular gap 34 is formed which leads from the annular chamber 3 into the mixture nozzle 4.
  • the liquid-carrying component 23 and the air-carrying component 29 can be fastened, for example, by latching or by welding in the cup-shaped holding part 12.
  • a hinged lid 3l with a film hinge 32 can be pivotally attached to the closure device l9.
  • a plug 22 is arranged on the hinged lid 3l, which in the folded-up position penetrates into the opening 8 of the mixture nozzle and closes it.
  • a cap can also be used instead of the stopper.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment in which the inlet channel l0 is divided into two separate channels l0 'and l0' ', which likewise lead tangentially to diametrically opposite inlet openings 24 and 24' on the swirl chamber 9.
  • FIG. 5 shows an inlet duct 11 for the air, which also leads tangentially into the annular chamber 3 instead of radially.
  • the liquid nozzle 1 and the mixture nozzle 4 are configured and arranged similarly to those in the exemplary embodiment according to FIG.
  • the liquid-carrying component 23 consists of two components, namely the chamber part 14 and the nozzle part 35.
  • the swirl chamber 9 becomes predominant formed by the chamber part l4.
  • the holding part l2 is provided with an opening l8.
  • a rotary handle l7 projects through opening l8 and is firmly connected to chamber part l4. All components in the holding part are rotationally symmetrical and connected to one another to form a package. The whole package is rotatably mounted in the holding part.
  • the components 23 and 29 together with the side wall l6 of the holding part l2 form a shut-off device for the inlet channels l0 and ll.
  • the entire component group on pivot handle l7 is pivoted until side wall l6 completely closes the ducts.
  • the cross section of the inlet channels can also only be reduced, so that a smaller amount of liquid flows out.
  • the holding part l2 is made of an elastic plastic material, the package consisting of the chamber part, liquid nozzle and mixing nozzle can be bumped into the cup-shaped holding part against a holder shoulder 33.
  • FIG. 6 also shows a spacer element l5, which is arranged between the liquid-carrying component 23 and the air-carrying component 29 in order to enlarge the axial distance.
  • spacer elements above all facilitate the standardization of the components, so that, for example, the same components 23, 29 can be used for different atomization characteristics.
  • FIG. 1 and FIG. 6 which are shown approximately on the same scale 10: 1.
  • the liquid flow is determined by the design of the Inlet channel l0, the inlet opening 24, the swirl chamber 9 and the inner wall portion 5 of the liquid nozzle l influenced.
  • the air flow is influenced by the configuration of the inlet channel 11 of the inlet opening 28, the annular chamber 3 and the annular gap 34, and the individual diameter ratios to one another. It is therefore necessary to compare FIGS. 1 and 6 with regard to these parts.
  • FIG. 1 shows a spray device for the drop-free delivery of a relatively small amount of liquid in the form of a fine aerosol.
  • a plastic bottle with a volume of approx. 200 ml and a delivery quantity of 0.1 to 0.15 ml per stroke would be common. This amount would have to be dispensed within about 0.25 seconds if the flow rate was sufficient for fine atomization.
  • an average excess pressure of 0.2 to 0.3 bar would be required during this time. The flow cross-sections of both media are therefore comparatively small.
  • the diameter of the swirl chamber 9 is relatively large in relation to the diameter of the opening 7 on the liquid nozzle 1. This causes a steep pressure gradient between the inlet opening 24 and the opening 7, which accelerates the liquid flow on this route. At the same time, the amount of liquid or the yield per pressure surge is reduced by the relatively high counterpressure at the inlet opening 24.
  • the diameter of the annular chamber 3 is larger than the diameter of the opening 8 at the mixture nozzle 4.
  • the air flow in the annular chamber 3 is slowed down and the air pressure is increased, so that the hollow conical annular gap 34 is flowed about symmetrically.
  • the cone angle of the Outer wall section 6 on the liquid nozzle 1 is equal to or smaller than that of the inner wall section 5 'on the mixing nozzle 4, so that the cross-sectional area of the annular gap 34 is continuously reduced in the exit direction. This accelerates the air flow in the annular gap 34.
  • FIG. 6 shows a spray device for coarse atomization of approximately 1.2 ml of liquid per stroke.
  • bottle volumes of up to 500 ml are common.
  • the flow cross-sections are larger, the flow speeds are lower and the average pressure is only approx. 0.1 bar.
  • the diameter of the swirl chamber 9 in relation to the diameter at the opening 7 is reduced in comparison to FIG. 1, since a high back pressure at the inlet opening 24 would reduce the amount of liquid.
  • the statements made with regard to FIG. 1 also apply to the remaining dimensions in this exemplary embodiment.
  • the spraying device in the plane of the opening 7 at the liquid nozzle the two media meet at their own maximum speed. Because of the upstream vortex chamber 9, the liquid emerges from the opening 7 as a hollow-conical jet, which promotes the mixing of the media. Both media experience individually and then together a speed increase with a corresponding pressure drop until the opening 8 at the mixing nozzle 4 is reached. The further the opening 7 is set back in the exit direction, the greater the overpressure at the opening 7 of the liquid nozzle 1. In this way, the performance characteristics of the spray device can be changed by changing the nozzle position while the flow paths are otherwise unchanged. It has already been pointed out that this is particularly advantageous for spacing elements for manufacturing reasons he follows. Of course, however, it is also possible, for example, to provide the components in the holding part 12 with a suitable thread, so that the distance between the two nozzles can be adjusted continuously by screwing them in to different depths.

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Abstract

Beim Zusammenpressen des Behälters gelangt Flüssigkeit über ein Steigrohr (2) und einem Einlasskanal (l0) tangen­tial in eine Wirbelkammer (9), wo eine rotierende Strömung erzeugt wird. An der konischen inneren Wandpartie (5) der Flüssigkeitsdüse (l) wird die Flüssigkeit beschleunigt, bis sie aus der Oeffnung (7) der Flüssigkeitsdüse (l) austritt. Beim Zusammenpressen des Behälteres wird gleich­zeitig über einen Einlasskanal (ll) Luft in die Ringkammer (3) gepresst, welche die Flüssigkeitsdüse (l) umgibt. Gleichachsig mit der Flüsigkeitsdüse ist eine Gemischdüse (4) angeordnet, deren innere Wandpartie (5') ebenfalls konisch ausgebildet ist. Die Oeffnung (8) der Gemischdüse (4) ist in Strömungsrichtung nach der Oeffnung (7) der Flüssigkeitsdüse (l) angeordnet, so dass die beiden sich durchmischenden Medien noch gemeinsam beschleunigt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sprühvorrichtung gemäss dem Oberbegriff von Anspruch l. Derartige Vorrichtungen sind bereits seit längerer Zeit bekannt und gebräuchlich. Sie werden heute oft an an Einwegbehältern aus Kunststoff ange­bracht und nach dem Aufbrauchen des Behälterinhalts zusam­men mit dem Behälter weggeworfen.
  • Die besten Feinzerstüber wären an sich die Doppelkolben-­Aerosolpumpen mit einem federbelasteten Ventil, das die Flüssigkeit erst dann abgibt, wenn der Ueberdruck etwa 5 bar übersteigt. Bei grössren Abgabemengen über 0,2 ml je Hub ist das Aerosol jedoch merklich gröber, weil der erforderliche Druck die Handbetätigung sonst erschweren würde.
  • Schon bei den einfacheren Einkolben-Pumpen ist eine tropfenfreie Abgabe nicht gewährleistet und die Feinheit des Aerosols ist weitgehend vom Betätigungsdruck abhängig. Da der Pumpenhebel mit einer Kraftübersetzung versehen ist, können Mengen bis zu l ml je Hub abgegeben werden.
  • Kolbenpumpen sind relativ aufwendig, da sie aus mehreren beweglichen Teilen gefertigt werden müssen. Wesentlich einfacher im Aufbau können daher die Zerstäuber sein, bei denen der Druck durch Zusammenpressen des Behälters aufge­bracht wird.
  • Ein Problem bei den letztgenannten Vorrichtungen besteht darin, dass es schwierig ist, eine gleichmässige Feinzer­stäubung zu erzielen, da der durchschnittliche Ueberdruck im Behälter bei der Handbetätigung weniger als 0,3 bar beträgt. Dies liegt daran, dass auch Luft aus dem Behälter ausströmen muss, um die Flüssigkeit überhaupt zerstäuben zu können. Wiel die Luft sehr schnell entweicht, ist der Ueberdruck ausserdem unregelmässig und nur von kurzer Dauer, so dass eine begrenzte Flüssigkeitsmenge in der Regel nur grob zerstäubt wird. Bei bekannten Vorrichtungen wird versucht, die Zerstäubung dadurch zu verbessern, dass Flüssigkeit und Luft in einer Mischkammer bei turbulenter Strömung gemischt werden, bevor sie durch die gemeinsame Gemischdüse austreten. So zeigt beispielsweise die DE-B-­l 059 363 einen Zerstäuberkopf für Kunststoff-Flaschen, bei dem ein als Flüssigkeitsdüse dienender Rohransatz in eine Mischkammer hineinragt. Die Luft tritt durch Bohrun­gen in die Mischkammer und das Flüssigkeits-/Luftgemisch verlässt die Mischkammer durch eine gleichachsig mit dem Rohransatz angeordnete Sprühdüse.
  • Eine ähnliche Vorrichtung, bei der die Flüssigkeitsdüse und die Gemischdüse zusammenwirken und ein Verschlussele­ment bilden, ist aus der DE-A-28 07 204 bekannt geworden. Hier werden die Düsen erst freigegeben, wenn der Innen­druck einen bestimmten Wert erreicht hat. Die Durchmi­schung erfolgt jedoch ebenfalls bei turbulenter Strömung. Gerade diese angestrebte Turbulenz verschlechtert bei dem ohnehin schwachen Ueberdruck jedoch die Leistung, weil der dadurch bedingte Impulsverlust relativ gross ist.
  • Zweck der Erfinding ist es, eine Sprühvorrichtung ohne bewegliche Teile zu schaffen, die mit den niedrigen und unregelmässigen Ueberdrücken der zusammendrückbaren Kunst­stoffflasche die Leistungsmerkmale der oben genannten Pumpen-Zerstäuber aufweist. Bei den kleineren Abgabemengen soll sie tropfenfrei arbeiten und ein Aerosol erzeugen, das in Feinheit, Gleichmässigkeit und Menge dem der kom­plizierten und teuren Doppelkolben-Pumpen nicht nachsteht.
  • Andererseits soll sie Abgabemengen bis zu l ml je Hub ermöglichen, allerdings - wie es auch bei den Einkolben-­Pumpen der Fall ist - bei weniger feiner Zerstäubung. Ferner soll - um das breite Leistungsspektrum der Sprüh­vorrichtung im Rahmen einer wirtschaftlichen Fertigung realisieren zu können - die Herstellung in Modulbauweise derart möglich sein, dass die wesentlichen Leistungspara­meter durch die Verwendung von gegeneinander austauschba­ren Bauteilen jeweils bestimmt werden können. Schliesslich soll die Sprühvorrichtung in Form eines wiederverschliess­baren Flaschenverschlusses einfach herstellbar sein. Diese Aufgabe wird durch eine Sprühvorrichtung gelöst, welche die Merkmale im Kennzeichen von Anspruch l aufweist.
  • Diese Anordnung erlaubt es, die getrennten Strömungswege beider Medien jeweils optimal zu gestalten, so dass ein wesentlicher Teil der im schnelleren Luftstrom enthaltenen kinetischen Energie auf die Flüssigkeit übertragen wird. Dies erhellt aus typischen Zahlenwerten: bei einem Ueber­druck im Flascheninneren von rund 0,25 bar beträgt die Strömungsgeschwindigkeit an der Auslassöffnung der Flüs­sigkeitsdüse etwa 3,2 m/s, während die Aerosoltröpfchen mit Geschwindigkeiten bis zu 60 m/s aus der Gemischdüsee austreten. Wahlweise können mit der Anordnung grössere Mengen bei herabgesetzter Geschwindigkeit abgegeben wer­den, so dass unterschiedliche Anforderungen bezüglich Abgabemenge und Aerosolfeinheit erfüllt werden können.
  • Die Anwendungsbreite der Vorrichtung kann noch dadurch verbessert werden, dass vor der Flüssigkeitsdüse eine Wirbelkammer angeordnet ist, die über einen tangentialen Einlasskanal mit dem Steigrohr verbunden ist. Zusätzlich kann auch die Ringkammer mit einem tangentialen Einlass­kanal versehen werden. Vorteilhaft werden dabei die Ein­lasskanäle so angeordnet, dass ein gleicher Drehsinn des Flüssigkeits- bzw. des Luftstromes erzielt wird. Dadurch wird die radiale Geschwindigkeitskomponente des Gemisches vergrössert, was zu einer Erweiterung des Strahlwinkels führt. Das Aerosol wird gleichmässiger über eine grössere Fläche verteilt.
  • Eine besonders zweckmässige Bauweise ergibt sich, wenn die Ringkammer und die Gemischdüse einem luftführenden Bauteil und die Wirbelkammer und die Flüssigkeitsdüse einem flüs­sigkeitsführenden Bauteil zugeordnet sind, und wenn diese Bauteile gleichachsig hintereinander in einem Halteteil fixierbar sind. Diese Bauteile lassen sich preiswert bei­spielsweise aus Kunststoffmaterial herstellen und auf einfachste Weise montieren.
  • Durch Kombination von verschiedenen Bauteilen miteinander kann die Leistungscharakteristik der Sprühvorrichtung dem jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden.
  • Wenn die Distanz zwischen den im topfförmigen Halteteil gleichachsig angeordneten Bauteilen durch Distanzelemente veränderbar ist, können mit den gleichen Bauteilen ver­schiedene Leistungscharakteristiken der Sprühvorrichtung erzielt werden.
  • Eine zusätzliche Funktion der Sprühvorrichtung ergibt sich, wenn die im Halteteil angeordneten Bauteile rota­tionssymmetrisch ausgebildet sind und gemeinsam derart um ihre Achse drehbar gelagert sind, dass sie zusammen mit der Seitenwand des topfförmigen Halteteils ein Absperror­gan zum Unterbrechen der Einlasskanäle bilden. Durch ein­faches Drehen der Bauteilgruppe kann dadurch der Behälter verschlossen werden. Vorteilhaft wird dabei eines der Bauteile mit einem Drehgriff versehen.
  • Das Halteteil wird vorteilhaft einstückig mit einer Ver­schlussvorrichtung für die Behältermündung ausgebildet, wobei aus praktischen Gründen die Sprühachse etwa quer zur Achse des Behälters verläuft. Bei dieser Anordnung wird auch ein einfacher und direkter Verlauf der Einlasskanäle in die Wirbelkammer bzw. in die Ringkammer erzielt, womit Strömungsverluste verhindert werden. Diese Anordnung erleichtert zudem wesentlich die Bedienung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen:
    • Figure l einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Sprühvorrichtung,
    • Figur 2 eine Draufsicht auf das flüssigkeitsführende Bauteil gemäss Figur l aus Pfeilrichtung A,
    • Figur 3 eine Draufsicht auf das luftführende Bauteil gemäss Figur l aus der gleichen Richtung,
    • Figur 4 eine Draufsicht auf eine alternative Ausfüh­rungsform eines flüssigkeitsführenden Bauteils,
    • Figur 5 eine Draufsicht auf eine alternative Ausfüh­rungsform eines luftführenden Bauteils,
    • Figur 6 eine Querschnitt durch eine alternative Ausfüh­rungsform einer Sprühvorrichtung mit Drehschie­ber und
    • Figure 7 einen Teilschnitt durch eine andere Ebene der Ausführungsform gemäss Figur 6.
  • Figur l zeigt eine Sprühvorrichtung, welche aus drei Bau­teilen besteht, die beispielsweise aus Kunststoffmaterial im Spritzgussverfahren hergestellt werden können. Das flüssigkeitsführende Bauteil 23 mit der Flüssigkeitsdüse l und das luftführende Bauteil 29 mit der Gemischdüse 4 sind im wesentlichen als rotationssymmetrische Bauteile ausge­bildet und im Halteteil l2 fixiert, das etwa topfförmig ausgebildet ist. Das Halteteil l2 ist mit der Verschluss­vorrichtung l9 versehen, die beispielsweise als Schraub­kappe mit einem Schraubgewinde 25 ausgebildet sein kann. Diese Schraubkappe kann auf eine handelsübliche Kunst­stoff-Flasche aufgeschraubt werden. Zur Abdichtung dient eine Dichtmanschette 26, die an der Innen wand der Behäl­termündung dichtet. Das Steigrohr 2 ist auf einen Stutzen 27 aufgesteckt, der über einen Einlasskanal l0 in der Wirbelkammer 9 des flüssigkeitsführenden Bauteils 23 mün­det. Der Einlasskanal l0 führt tangential in die Wirbel­kammer 9, wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist. In Figur l ist die Eintrittsöffnung 24 des Einlasskanals l0 sichtbar.
  • Die Flüssigkeitsdüse l hat eine etwa konisch verlaufende innere Wandpartie 5. Die Flüssigkeit wird über das Steig­rohr 2, den Stutzen 27, den Einlasskanal l0 und die Wir­belkammer 9 der Flüssigkeitsdüse l zugeführt. Die Aussen­wand 6 der Flüssigkeitsdüse l ist ebenfalls konisch ausge­bildet, was einen Einfluss auf das Strömungsparameter der Luft hat, wie nachstehend noch aufgezeigt wird.
  • Die Gemischdüse 4 hat ebenfalls eine konische innere Wand­partie 5'. Das flüssigkeitsführende Bauteil 23 schliesst direkt an das luftführende Bauteil 29 an und bildet zusam­men mit der Aussenwand 6 der Flüssigkeitsdüse eine Ring­kammer 3, welche die Flüssigkeitsdüse l umgibt. In die Ringkammer 3 führt ein Einlasskanal ll, der über eine Luftöffnung 30 mit dem über der Flüssigkeit liegenden Luftraum des Behälters verbunden ist. Wie Figur 3 zeigt, ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Einlass­kanal ll radial in die Ringkammer 3 geführt, wobei in Figur l die Eintrittsöffnung 28 noch sichtbar ist.
  • Das flüssigkeitsführende Bauteil 23 und das luftführende Bauteil 29 sind auf einer gemeinsamen Achse 20 angeordnet, welche gleichzeitig die Sprühachse ist. Die Oeffnung 7 der Flüssigkeitsdüse ist jedoch in Sprührichtung vor der Oeff­nung 8 für die Gemischdüse angeordnet. Die Flüssigkeits­düse l ragt derart in die Gemischdüse 4 hinein, dass ein kegeliger Ringspalt 34 entsteht, der von der Ringkammer 3 in die Gemischdüse 4 führt.
  • Das flüssigkeitsführende Bauteil 23 und das luftführende Bauteil 29 können beispielsweise durch Einrasten oder durch Einschweissen im topfförmigen Halteteil l2 befestigt werden. Um die Vorrichtung wieder verschliessbar zu machen, kann beispielsweise ein Klappdeckel 3l mit einem Filmscharnier 32 verschwenkbar an der Verschlussvorrich­tung l9 befestigt sein. Am Klappdeckel 3l ist ein Stopfen 22 angeordnet, der in hochgeklappter Stellung in die Oeff­nung 8 der Gemischdüse eindringt und diese verschliesst. Anstelle des Stopfens kann auch eine Kappe verwendet wer­den.
  • Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der der Einlasskanal l0 in zwei separate Kanäle l0' und l0'' aufgeteilt wird, welche ebenfalls tangential zu einander diametral gegenüberliegenden Eintrittsöffnungen 24 und 24' an der Wirbelkammer 9 führen. Figur 5 zeigt einen Einlass­kanal ll für die Luft, der anstatt radial ebenfalls tan­gential in die Ringkammer 3 führt .
  • Im alternativen Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 sind die Flüssigkeitsdüse l und die Gemischdüse 4 ähnlich aus­gebildet und angeordnet wie im Ausführungsbeispiel gemäss Figur l. Hier besteht das flüssigkeitsführende Bauteil 23 jedoch aus zwei Komponenten, nämlich aus dem Kammerteil l4 und dem Düsenteil 35. Die Wirbelkammer 9 wird vorwiegend durch das Kammerteil l4 gebildet. Anstelle des in Figur l dargestellten Bodens l3 ist das Halteteil l2 mit einer Oeffnung l8 versehen. Durch die Oeffnung l8 ragt ein Dreh­griff l7, der fest mit dem Kammerteil l4 verbunden ist. Alle Bauteile im Halteteil sind rotationssymmetrisch aus­gebildet und miteinander zu einem Paket verbunden. Das ganze Paket ist drehbeweglich im Halteteil gelagert.
  • Wie insbesondere aus Figur 7 ersichtlich ist, bilden die Bauteile 23 und 29 zusammen mit der Seitenwand l6 des Halteteils l2 ein Absperrorgan für die Einlasskanäle l0 und ll. Zum Absperren der Einlasskanäle wird die ganze Bauteilgruppe am Drehgriff l7 solange verschwenkt, bis die Seitenwand l6 die Kanäle völlig verschliesst. Auf gleiche Weise kann der Querschnitt der Einlasskanäle auch ledig­lich reduziert werden, so dass eine geringere Flüssig­keitsmenge ausströmt. Wenn das Halteteil l2 aus einem elastischen Kunststoffmaterial gefertigt ist, kann das aus Kammerteil, Flüssigkeitsdüse und Gemischdüse bestehende Paket gegen eine Halterschulter 33 in das topfförmige Hal­teteil eingeprellt werden.
  • In Figur 6 ist auch noch ein Distanzelement l5 sichtbar, welches zwischen dem flüssigkeitsführenden Bauteil 23 und dem luftführenden Bauteil 29 zur Vergrösserung der axialen Distanz angeordnet ist. Derartige Distanzelemente erleich­tern vor allem die Normung der Bauteile, so dass bei­spielsweise für unterschiedliche Zerstäubungscharakteri­stiken die gleichen Bauteile 23, 29 verwendet werden kön­nen.
  • Anschliessend werden noch verschiedene Sprühcharakteristi­ken durch Vergleich der Ausführungsbeispiele gemäss Figur l und Figur 6 erläutert, welche etwa im gleichen Massstab l0:l dargestellt sind. Offensichtlich wird die Flüssig­keitsströmung massgeblich durch die Ausgestaltung des Einlasskanals l0, der Eintrittsöffnung 24, der Wirbelkam­mer 9 und der inneren Wandpartie 5 der Flüssigkeitsdüse l beeinflusst. Analog wird die Luftströmung durch die Ausge­staltung des Einlasskanals ll der Eintrittsöffnung 28, der Ringkammer 3 und des Ringspaltes 34, sowie der einzel­nen Durchmesser-Verhältnisse zueinander beeinflusst. Es gilt somit, die Figuren l und 6 in bezug auf diese Teile zu vergleichen.
  • Figur l zeigt eine Sprühvorrichtung zur tropfenfreien Abgabe einer relativ kleinen Flüssigkeitsmenge in Form eines Feinaerosols. Bei dieser Verwendung (z.B. für kosme­tische Produkte) wäre eine Kunststoff-Flasche mit ca. 200 ml Volumen und einer Abgabemenge von 0,l bis 0,l5 ml je Hub üblich. Diese Menge müsste innerhalb etwa 0,25 Sekun­den abgegeben werden, wenn die Strömungsgeschwindigkeit zur Feinzerstäubung ausreichen sollte. Bei Flüssigkeits­dichten um l g/ml wäre ein durchschnittlicher Ueberdruck von 0,2 bis 0,3 bar während dieser Zeit erforderlich. Die Strömungsquerschnitte beider Medien sind daher vergleichs­weise klein.
  • Der Durchmesser der Wirbelkammer 9 ist relativ gross im Verhältnis zum Durchmesser der Oeffnung 7 an der Flüssig­keitsdüse l. Dies bewirkt einen steilen Druckgradienten zwischen der Eintrittsöffnung 24 und der Oeffnung 7, der die Flüssigkeitsströmung auf dieser Strecke beschleunigt. Gleichzeitig wird die Flüssigkeitsmenge, bzw. die Ergie­bigkeit pro Druckstoss durch den relativ hohen Gegendruck an der Eintrittsöffnung 24 herabgesetzt.
  • Der Durchmesser der Ringkammer 3 ist grösser als der Durchmesser der Oeffnung 8 an der Gemischdüse 4. Dadurch wird die Luftströmung in der Ringkammer 3 verlangsamt und der Luftdruck erhöht, so dass der hohlkegelige Ringspalt 34 etwa symmetrisch angeströmt wird. Der Kegelwinkel der äusseren Wandpartie 6 an der Flüssigkeitsdüse l ist gleich oder kleiner als derjenige der inneren Wandpartie 5' an der Gemischdüse 4, so dass sich die Querschnittsfläche des Ringspaltes 34 in Austrittsrichtung stetig verkleinert. Dadurch wird der Luftstrom im Ringspalt 34 beschleunigt.
  • Im Vergleich zu Figur l zeigt Figur 6 eine Sprühvorrich­tung zur Grobzerstäubung von ca. l,2 ml Flüssigkeit je Hub. Für solche Verwendungen (z.B. Reinigungsmittel) sind Flaschenvolumina bis 500 ml üblich. Hier sind die Strö­mungsquerschnitte grösser, die Strömungsgeschwindigkeiten niedriger und der durchschnittliche Ueberdruck beträgt nur ca. 0,l bar. Der Durchmesser der Wirbelkammer 9 im Ver­hältnis zum Durchmesser an der Oeffnung 7 ist im Vergleich zu Figur l herabgesetzt, da ein hoher Gegendruck an der Eintrittsöffnung 24 die Flüssigkeitsmenge reduzieren würde. Für die übrigen Massverhältnisse gilt das in bezug auf Figur l Gesagte auch bei diesem Ausführungsbeispiel.
  • Für alle Ausführungsformen der Sprühvorrichtung gilt, dass in der Ebene der Oeffnung 7 an der Flüssigkeitsdüse die beiden Medien mit jeweils grösster Eigengeschwindigkeit zusammentreffen. Wegen der vorgeschalteten Wirbelkammer 9 tritt die Flüssigkeit als hohlkegeliger Strahl aus der Oeffnung 7, was die Durchmischung der Medien fördert. Beide Medien erfahren zunächst einzeln und dann gemeinsam einen Geschwindigkeitsanstieg mit entsprechendem Druckab­fall bis zum Erreichen der Oeffnung 8 an der Gemischdüse 4. Je weiter die Oeffnung 7 in Austrittsrichtung zurück­versetzt wird, umso grösser ist der Ueberdruck an der Oeffnung 7 der Flüssigkeitsdüse l. Auf diese Weise kann bei sonst unveränderter Gestaltung der Strömungswege die Leistungscharakteristik der Sprühvorrichtung durch Aende­rung der Düsenstellung verändert werden. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass dies aus herstellungstechnischen Gründen besonders vorteilhaft durch Distanzelemente erfolgt. Selbstverständlich ist es aber beispielsweise auch möglich, die Bauteile im Halteteil l2 mit einem geeigneten Gewinde zu versehen, so dass die Distanz der beiden Düsen zueinander durch verschieden tiefes Ein­schrauben stufenlos verstellt werden kann.
  • Bei praktisch allen Anwendungen gilt übrigens auch, dass bei grösseren Behältervolumen grössere Abgabemengen üblich sind. Letztere bedingen, wie oben beschrieben, grössere Strömungsquerschnitte. Daher sind die Strömungsquer­schnitte der verschiedenen Ausführungsformer der Sprühvor­richtung gross genug, um die schnelle Wiederauffüllung des jeweiligen Flaschenluftraumes zu ermöglichen. Eine hinrei­chend schnelle Betätigungsfolge ist somit auch ohne den Einbau zusätzlicher Lufteinlassventile gewährleistet.

Claims (16)

1. Sprühvorrichtung zum Aufsetzen auf einen zusammen­pressbaren Behälter mit einer Flüssigkeitsdüse (l) für die zu zerstäubende Flüssigkeit und mit einem ins Behälterinnere ragenden Steigrohr (2), welches zu der Flüssigkeitsdüse (l) führt, sowie mit einer um die Flüssigkeitsdüse angeordneten Ringkammer (3), welche mit dem über der Flüssigkeit liegenden Luftraum des Behälters verbunden ist, wobei die Ringkammer (3) in eine gleichachsig zur Flüssigkeitsdüse (l) angeordnete Gemischdüse (4) für das Flüssigkeits-/Luftgemisch mündet dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeits­düse (l) und die Gemischdüse (4) eine etwa kegelförmi­ge innere Wandpartie (5, 5') aufweisen, dass die Flüs­sigkeitsdüse eine etwa kegelförmige Aussenwand (6) aufweist und derart in die Gemischdüse (4) hineinragt, dass die Ringkammer (3) hohlkegelförmig in die Gemischdüse mündet, und dass die Oeffnung (7) der Flüssigkeitsdüse auf einer Ebene liegt, welche in Austrittsrichtung zur Oeffnung (8) der Gemischdüse zurückversetzt ist.
2. Sprühvorrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeich­net, dass vor der Flüssigkeitsdüse (l) eine Wirbelkam­mer (9) angeordnet ist, die über einen tangentialen Einlasskanal (l0) mit dem Steigrohr (2) verbunden ist.
3. Sprühvorrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeich­net, dass die Ringkammer (3) und die Gemischdüse (4) einem luftführenden Bauteil (29) zugeordnet sind.
4. Sprühvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­net, dass die Ringkammer (3) mit einem tangentialen Einlasskanal (ll) versehen ist.
5. Sprühvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, dass die Wirbelkammer (9) und die Flüssigkeits­düse (l) einem flüssigkeitsführenden Bauteil (23) zugeordnet sind.
6. Sprühvorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssigkeitsführende Bauteil (23) und das luftführende Bauteil (29) gleichachsig hintereinander in einem Halteteil (l2) fixierbar sind.
7. Sprühvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­net, dass das flüssigkeitsführende Bauteil (23) und/oder das luftführende Bauteil (29) aus wenigstens zwei Komponenten besteht.
8. Sprühvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssigkeitsführende Bauteil (23) und/oder das luftführende Bauteil (29) auswechselbar im Halteteil (l2) angeordnet sind.
9. Sprühvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen den im Halteteil (l2) gleichachsig angeordneten Bauteilen (l, 4, l4) durch Distanzelemente (l5) bestimmbar ist.
l0. Sprühvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen den im Halteteil (l2) gleichachsig angeordneten Bauteilen (l, 4, l4) mittels an den Bauteilen angebrachten Gewinden stufenlos verstellbar ist.
11. Sprühvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis l0, dadurch gekennzeichnet, dass die im Halteteil (l2) angeordneten Bauteil (l, 4, l4) zylindrisch ausgebil­det sind und gemeinsam derart um ihre Achse drehbar gelagert sind, dass sie zusammen mit der Seitenwand (l6) des Halteteils ein Absperrorgan zum Drosseln bzw. Unterbrechen der Einlasskanäle (l0, ll) bilden.
12. Sprühvorrichtung nach Anspruch ll, dadurch gekenn­zeichnet, dass eines der im Halteteil angeordneten Bauteile mit einem Drehgriff (l7) zum Betätigen des Absperrorgans versehen ist.
13. Sprühvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis l2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (l2) mit einer Verschlussvorrichtung (l9) für die Behältermün­dung verbunden ist.
14. Sprühvorrichtung nach Anspruch l3, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Achse (20) des Halteteils etwa quer zur Achse (2l) des Behälters (l9) verläuft.
15. Sprühvorrichtung nach Anspruch l3 oder l4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnung (8) der Gemischdüse (4) mit einem verschwenkbar befestigten Stopfen (22) oder einer Kappe verschliessbar ist.
16. Sprühvorrichtung insbesondere nach Anspruch l, die vorzugsweise mit einer zusammendrückbaren Kunststoff­flasche eine Verpackungseinheit bildet, aus der mit­tels Druck auf die Flaschenwand flüssiges Füllgut portionsweise in Form eines Aerosols dadurch abgegeben wird, dass Flüssigkeit und Luft aus dem Flascheninne­ren ein Gemisch bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit über ein Steigrohr einem flüssigkeits­führenden Bauteil (23) zugeführt wird, wo sie nachein­ ander einen Flüssigkeitskanal (l0) mit mindestens einem tangentialen Einlass, eine Wirbelkammer (9) und eine kegelige Flüssigkeitsdüse durchfliesst, und dass die Luft aus dem Flascheninneren einem luftführenden Bauteil (29) zugeführt wird, wo sie nacheinander einen Luftkanal (ll) mit Lufteinlass, eine Ringkammer (3) und eine hohlkegelige Gemischdüse (4) durchfliesst, und dass diese Bauteile (23, 29) auf einer gemeinsamen Achse hintereinander so angeordnet sind, dass die kegelige Düse (l) des flüssigkeitsführenden Bauteils (23) die Ringkammer (3) des luftführenden Bauteils (29) zentrisch durchdringt und teilweise in den Hohl­kegel der Gemischdüse (4) hineinragt und mit diesem einen Ringspalt (34) bildet, dessen Querschnittsfläche von einem Grösstmass in seine zuinnerst liegende Ebene sich nach aussen hin stetig verkleinert bis zu der Ebene, in der die Auslassöffnung (7) der Flüssigkeits­düse (l) sich befindet, wo die Luft und die Flüssig­keit aufeinandertreffen und in dem zwischen der Aus­lassöffnung (7) der Flüssigkeitsdüse (l) und der Aus­lassöffnung (8) der Gemischdüse (4) verbleibende hohl­kegelige Teil der Gemischdüse (4) das Gemisch bilden, das durch die Auslassöffnung der Gemischdüse abgegeben wird.
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