DE10154237A1

DE10154237A1 - Zerstäuber für manuelle Betätigung

Info

Publication number: DE10154237A1
Application number: DE10154237A
Authority: DE
Inventors: Joachim Eicher; Ralf-Peter Peters; Holger Reinecke; Stephen Terence Dunne
Original assignee: Steag Microparts GmbH
Current assignee: Boehringer Ingelheim Microparts GmbH
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-15
Also published as: EP1312418B1; EP1312418A2; ES2312516T3; DK1312418T3; ATE406215T1; EP1312418A3; DE50212700D1; US7341208B2; US20030209238A1

Abstract

Mit dem Zerstäuber wird eine beliebige Flüssigkeit diskontinuierlich zerstäubt. Die zerstäubte Flüssigkeit ist zum Niederschlagen auf einer Fläche geeignet. Der Zerstäuber enthält eine als Druckfeder wirkende Schraubenfeder, Tellerfeder oder Gasfeder als Energiespeicher sowie einen Zylinder und einen Kolben, zwei Kanäle und zwei Ventile. Das Zerstäuben kann durch Auslösen eines Sperrmechanismus von Hand eingeleitet werden. DOLLAR A Der Energiespeicher befindet sich außerhalb des Vorratsbehälters für die Flüssigkeit. Dem Energiespeicher kann mechanische Energie von Hand zugeführt werden. Die gespeicherte Energie übt über den Kolben einen Druck auf die im Zylinder befindliche Flüssigkeit aus, der von 1 MPa bis 5 MPa (von 10 bar bis 50 bar) beträgt. DOLLAR A Die Verteilung der Tröpfchengröße im zerstäubten Strahl ist unabhängig von der Erfahrung und dem Verhalten der den Zerstäuber betätigenden Person; sie kann reproduzierbar eingestellt werden. Der mittlere Tröpfchendurchmesser ist kleiner als 50 Mikrometer. Der Massenstrom der Flüssigkeit durch die Düse beträgt weniger als 0,4 g/s. DOLLAR A Aufbau und Funktion des Zerstäubers können an die Eigenschaften der Flüssigkeit, an die vorgesehene Verwendung und an die günstigste Handhabung angepaßt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zerstäuber für eine Flüssigkeit, deren Tröpfchen auf einer Fläche niedergeschlagen werden sollen, und der von Hand betätigt wird. Der Zerstäuber ist geeignet zum Zerstäuben von wässrigen oder nicht-wässrigen Flüssigkeiten, Emulsionen und Suspensionen, Lösungen, Farben, Ölen. Der Zerstäuber kann miniaturisiert sein. Er kann mikrostrukturierte Elemente enthalten.
Die Erfindung bezweckt, einen Zerstäuber anzugeben, der ohne Treibgas auskommt, und der an die Eigenschaften unterschiedlicher zu zerstäubender Flüssigkeiten sowie an die vorgesehene Verwendung angepaßt werden kann.
Es sind Zerstäuber bekannt, bei denen die unter Druck stehende Flüssigkeit ein Treibgas oder ein verflüssigtes Treibgas enthält, mit dem die Flüssigkeit beim Austritt aus einer Düse zerstäubt wird, gegebenenfalls unter Mitwirkung des verdampfenden Treibgases. Unter den bisher verwendeten Treibgasen gibt es Gase, die physiologisch bedenklich sind, oder die die Umwelt belasten, oder die brennbar sind. Der Behälter für die Flüssigkeit muß dem Gasdruck, gegebenenfalls auch bei erhöhter Temperatur, standhalten und gegen den Gasdruck dicht sein. Falls während der Lagerzeit des mit Flüssigkeit in der Regel teilweise gefüllten Behälters oder während der Benutzungszeit des Zerstäubers das Ventil am Behälter nicht hinreichend gasdicht ist und der Gasdruck wegen des teilweise entwichenen Gases sinkt, kann die Brauchbarkeit des Behälters oder des Zerstäubers eingeschränkt sein.
Weiter sind Zerstäuber bekannt, bei denen die Flüssigkeit mittels einer durch den Benutzer von Hand betätigten Pumpe durch eine Düse gedrückt und dabei zerstäubt wird. Der auf die zu zerstäubende Flüssigkeit wirkende Druck und damit die Verteilung der Tröpfchengröße ist abhängig von der Kraft, mit der der Benutzer die Pumpe betätigt. Der Druck, mit dem die Flüssigkeit zerstäubt wird, ist von dem Verhalten des Benutzers abhängig. Die Betätigung eines derartigen Zerstäubers kann für ungeübte Personen schwierig sein, wenn die zerstäubte Flüssigkeit zum Beispiel an einer vorgegebenen Stelle auf der Haut des Benutzers niedergeschlagen werden soll.
Ein weiterer bekannter Zerstäuber besteht aus eine Luftpumpe und einem Behälter für die zu zerstäubende Flüssigkeit. Die Luftpumpe besteht aus einem Kolben, der von Hand in einem Zylinder hin und her bewegt wird. Die Luft strömt aus einem Loch am Boden des Zylinders aus. An dem Zylinder ist der Flüssigkeitsbehälter angebracht, der mit einem dünnen Tauchrohr versehen ist, das in die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter hineinragt. Das andere Ende des Tauchrohres befindet sich unmittelbar neben dem Loch im Boden des Zylinders. Die Achse des Tauchrohres steht senkrecht auf der Richtung, in der der Luftstrom den Zylinder verläßt. Die Flüssigkeit wird bei hinreichend großer Geschwindigkeit der ausströmende Luft aus dem Behälter angesaugt, mit dem Luftstrom mitgerissen und zerstäubt. Die bei einem Hub des Kolbens angesaugte Menge der Flüssigkeit und die Verteilung der Tröpfchengröße hängen von der Geschwindigkeit ab, mit der die Luft aus dem Loch im Boden des Zylinder austritt. Beide Merkmale sind nur schwer reproduzierbar.
Bei den bekannten Zerstäubern mit von Hand betätigter Pumpe sind die Austragsmenge und die mittlere Tröpfchengröße vom Benutzer abhängig. Der erreichbare Druck ist relativ gering und beträgt typisch weniger als 0,8 MPa (8 bar). Mit Wirbelkammerdüsen, deren Austrittsöffnung einen Durchmesser von mehr als 250 Mikrometer hat, läßt sich eine für den Verwendungszweck angemessene Austragsmenge bei relativ großer mittlerer Teilchengröße erreichen.
Aus WO-97/12687 ist ein miniaturisierter Hochdruck-Zerstäuber bekannt, mit dem kleine Mengen, zum Beispiel 15 Mikroliter, einer Flüssigkeit bei einem Druck von 5 bis 60 MPa (50 bis 600 bar), bevorzugt 10 bis 60 MPa (100 bis 600 bar) zerstäubt werden können. Der (hydraulische) Durchmesser des Düsenkanals beträgt weniger als 100 Mikrometer, bevorzugt 1 bis 20 Mikrometer. In dem erzeugten Aerosol beträgt der mittlere Tröpfchendurchmesser weniger als 12 Mikrometer. Die Verteilung der Tröpfchengröße ist reproduzierbar einzustellen. Das Aerosol kann zum Beispiel mit der Atemluft in die Lunge gelangen. Die Flüssigkeitströpfchen lassen sich aus dem Luftstrom nur schwer auf einer Fläche niederschlagen, auf die der Aerosol-haltige Luftstrom auftrifft.
In WO-97/20590 ist ein Sperrspannwerk angegeben, das zum Spannen einer Feder in einem mit Federkraft betriebenen Zerstäuber verwendet werden kann. Der Zerstäuber hat zwei gegeneinander drehbar gelagerte Gehäuseteile. Als Energiespeicher wird zum Beispiel eine Schraubenfeder verwendet, die mittels eines Schraub-Schub-Getriebes durch Drehen der beiden Gehäuseteile gegeneinander von Hand gespannt werden kann. Das Sperrspannwerk wird durch Betätigen einer Auslösetaste von Hand ausgelöst und verschiebt einen Kolben in einem Zylinder, wodurch eine Teilmenge einer Flüssigkeit durch eine Düse ausgestoßen und zerstäubt wird.
Damit ergibt sich die Aufgabe, einen Zerstäuber anzugeben, mit dem eine Teilmenge aus einem Flüssigkeitsvorrat diskontinuierlich zerstäubt wird, und der innerhalb eines Gehäuses im wesentlichen folgende Elemente enthält:

- einen Energiespeicher für mechanische oder elektrische Energie und eine Vorrichtung zum Zuführen von mechanischer Energie in den Energiespeicher,
- einen Sperrmechanismus, nach dessen Auslösung das Zerstäuben der im Zylinder befindlichen Flüssigkeit beginnt,
- einen Vorratsbehälter für die zu zerstäubende Flüssigkeit,
- eine Düse, aus der die Flüssigkeit zerstäubt wird,
- einen Zylinder, in dem ein Kolben angeordnet ist, und sich zwischen Kolben und Düse ein Hohlraum befindet,
- eine Vorrichtung zum Auslösen des zerstäubten Strahls,
- einen Ansaugkanal zwischen Vorratsbehälter und Hohlraum innerhalb des Zylinders,
- einen Ausstoßkanal zwischen Hohlraum innerhalb des Zylinders und Düse, ein Ventil mindestens im Ansaugkanal,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Zerstäuber mit folgenden kennzeichnenden Merkmalen:

- Der Energiespeicher ist außerhalb des Vorratsbehälters für die Flüssigkeit angeordnet.
- Die zu zerstäubende Teilmenge der Flüssigkeit befindet sich in dem Hohlraum, der innerhalb des Zylinders zwischen Kolbenende und Düse liegt.
- Der Speicher für mechanische Energie ist von Hand aufladbar.
- Die gespeicherte Energie übt einen Druck auf die Teilmenge der Flüssigkeit in dem Hohlraum aus, der von 0,5 MPa bis 5 MPa (von 5 bar bis 50 bar) beträgt, bevorzugt von 2 MPa bis 3 MPa (von 20 bar bis 30 bar).

Das eine Ventil mindestens im Ansaugkanal ist bevorzugt ein automatisch arbeitendes Ventil. Ein Ventil im Ausstoßkanal kann entweder ein automatisch arbeitendes Ventil sein, oder ein von Hand betätigtes Ventil.
Als Speicher für mechanische Energie ist eine bevorzugt als Druckfeder wirkende Feder geeignet, bevorzugt eine Schraubenfeder oder eine Tellerfeder, die aus Metall oder Kunststoff bestehen kann. Weiter ist eine Gasfeder geeignet, bevorzugt eine hermetisch geschlossene Rollbalg-Gasfeder. Diese Federn können gegebenenfalls beim Einbau in den Zerstäuber vorgespannt werden. Die Schraubenfeder und die Tellerfeder werden später auf die vorgegebene Federspannung gebracht. Die Gasfeder wird später auf den gewünschten Gasdruck zusammengedrückt.
Der Speicher für mechanische Energie wird von Hand geladen. Dazu kann zum Beispiel ein einfacher Handgriff dienen, der von außen zugänglich ist, und der aus dem Gehäuse des Zerstäubers ein vorgegebenes Stück herausgezogen wird, dabei die Feder spannt und Energie in den Energiespeicher lädt. Weiter kann der Speicher für mechanische Energie durch Zusammendrücken beider Gehäuseteile in Längsrichtung, gegebenenfalls mit nur einer Hand, geladen werden.
Weiter ist das oben genannte Schraub-Schub-Getriebe geeignet, mit dem durch Drehen der beiden drehbar miteinander verbundenen Teile des Zerstäubergehäuses gegeneinander diese Federn mit einer relativ kleinen Kraft gespannt werden können.
Ferner kann der Energiespeicher ein Speicher für elektrische Energie sein, zum Beispiel ein elektrochemisches Element oder ein Akkumulator. Ein solcher Speicher wird nach dem Entladen durch ein neues elektrochemische Element ersetzt, oder er wird mit elektrischer Energie wieder aufgeladen. Bei dieser Ausführungsform kann sich der aus dem Zylinder herausragende Teil des Kolbens innerhalb einer Magnetspule befinden. Sobald ein Strom aus dem Speicher für elektrische Energie durch die Magnetspule fließt, wird der Kolben in den Zylinder hineingezogen und die Flüssigkeit im Zylinder unter Druck gesetzt.
Weiter kann ein chemisches System als Speicher für chemische Energie benutzt werden.
Die von dem Speicher für mechanische Energie erzeugte Kraft kann durch einen Sperrmechanismus, zum Beispiel durch den nach dem Ende des Ladevorganges automatisch einrastenden Sperrmechanismus eines Sperrspannwerks, zunächst an der Einwirkung auf den Kolben und damit auf die im Zylinder befindliche Flüssigkeit gehindert werden. Nach dem Auslösen des Sperrmechanismus von Hand wird die Wirkung der Kraft auf den Kolben freigegeben und damit der Druck auf die im Zylinder befindliche Flüssigkeit erhöht. Gleichzeitig kann das im Ausstoßkanal befindliche automatisch arbeitende Ventil durch den erhöhten Druck geöffnet werden, und das Zerstäuben beginnt. Das Zerstäuben endet, sobald der auf die Flüssigkeit im Zylinder wirkende Druck auf den Schließdruck des automatisch wirkenden Ventils im Ausstoßkanal gesunken ist.
Bei einer anderen Ausführungsform des Zerstäubers wird nach beendetem Laden des Speichers für mechanische Energie von Hand die im Zylinder befindliche Flüssigkeit sofort unter Druck gesetzt, jedoch bleibt das Ventil im Ausstoßkanal so lange geschlossen, bis dieses Ventil von Hand geöffnet wird. Damit beginnt das Ausstoßen und das Zerstäuben der im Zylinder befindlichen Flüssigkeit. Bei dieser Ausführungsform kann die im Zylinder befindliche Flüssigkeit zwischen zwei Aufladevorgängen des Energiespeichers in mehreren kleineren Mengen nacheinander zerstäubt werden. Dazu wird das Ventil im Ausstoßkanal mehrmals nacheinander betätigt. Der Benutzer kann damit die bei jeder Betätigung des Ventils im Ausstoßkanal zerstäubte Menge der Flüssigkeit dem momentanen Bedarf auf einfache Weise anpassen. Der Energiespeicher wird spätestens wieder geladen, sobald die im Zylinder befindliche Flüssigkeit vollständig ausgestoßen worden ist. Der Energiespeicher kann jedoch bereits wieder geladen werden, bevor die im Zylinder befindliche Flüssigkeit vollständig ausgestoßen worden ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Zerstäubers kann der Weg des Kolbens kürzer sein als der Weg, um den die Feder beim Spannen zusammengedrückt wird. Dabei stößt der Kolben beim Herausziehen an einen Anschlag, bevor die Feder in vorgegebener Weise zusammengedrückt wird. Im gespannten Zustand der Feder befindet sich zwischen dem beweglichen Ende der Feder und der Außenseite des Kolbens ein Zwischenraum. Beim Auslösen der Feder übt die Feder auf den Kolben einen Stoß aus, sobald das beweglichen Ende der Feder auf der Außenseite des Kolbens aufliegt. Damit kann auf die im Zylinder befindlichen Flüssigkeit ein Druckstoß ausgeübt werden.
Bei einem Zerstäuber, der im Ausstoßkanal mit einem automatisch wirkenden Ventil versehen ist, kann der Sperrmechanismus mit einer Stoppvorrichtung versehen sein, die die Bewegung des Kolbens einmal oder mehrmals anhält, sobald der Kolben einen vorgegebenen Weg zurückgelegt hat und bevor die gesamte im Zylinder enthaltene Flüssigkeit ausgestoßen worden ist. Damit kann die im Zylinder enthaltene Flüssigkeit in mehreren reproduzierbar einstellbaren Teilen nacheinander ausgestoßen und zerstäubt werden. Ein mit dieser Vorrichtung versehener Zerstäuber kann zwischen zwei Aufladevorgängen des Energiespeichers mehrmals betätigt werden. Die Stoppvorrichtung kann die Bewegung des Kolbens an vorher festgesetzten und nachträglich nicht veränderbaren Positionen des Kolbens anhalten. Andererseits kann die Stoppvorrichtung von außen einstellbar und zu betätigen sein. Dann können die Positionen des Kolbens, an denen er von der Stoppvorrichtung angehalten wird, nachträglich eingestellt und verändert werden.
Um die aus dem Vorratsbehälter entnommene Teilmenge der Flüssigkeit unter Druck zu setzen, kann weiter eine Vorrichtung mit einem beweglichen Balg benutzt werden. Der Balg wird durch eine Zugkraft langgezogen, wobei sich sein Volumen vergrößert und aus dem Vorratsbehälter ein Teil der Flüssigkeit über einen Ansaugkanal und ein automatisch wirkendes Ventil angesaugt wird. Beim Zusammendrücken des Balgs in Längsrichtung wird der Druck auf die darin enthaltene Flüssigkeit erhöht, bis sich das im Ausstoßkanal vorhandene automatisch wirkende Ventil öffnet und die Flüssigkeit durch eine Düse ausgestoßen und zerstäubt wird.
Der Druck auf die innerhalb des Zylinders befindliche Flüssigkeit kann durch einen im Zylinder angeordneten Kolben erzeugt werden, der gegen die Zylinderwand abgedichtet ist.
Sobald der Kolben von Hand - gleichzeitig mit dem Laden des Energiespeichers für mechanische Energie und bei geschlossenem Ventil im Ausstoßkanal - aus dem Zylinder teilweise herausgezogen wird, öffnet sich das automatisch arbeitende Ventil im Ansaugkanal, und der Kolben saugt einen Teil der Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Zylinder.
Am Ende des Ladevorganges rastet die Sperre des Sperrspannwerkes ein und hält den Energiespeicher im geladenen Zustand. Wenn das Sperrspannwerk ausgelöst wird und die von der Energie im Energiespeicher hervorgerufenen Kraft auf den Kolben und damit auf die innerhalb des Zylinders befindliche Flüssigkeit wirkt, wird die Flüssigkeit unter Druck gesetzt und durch den Ausstoßkanal bei sich öffnendem Ventil im Ausstoßkanal durch die Düse ausgestoßen und zerstäubt.
Als Zerstäubungsdüse ist eine Einstrahl-Düse mit einem einzigen Düsenkanal, gegebenenfalls mit einem vor der Düse angebrachten Prallkörper, oder eine Mehrstrahl-Düse mit mehreren parallel gerichteten oder mit sich kreuzenden Flüssigkeitsstrahlen und eine Wirbelkammerdüse geeignet.
Die Einstrahl-Düse enthält einen einzigen Düsenkanal, der einen (hydraulischen) Durchmesser von 10 Mikrometer bis 200 Mikrometer hat, und der von 20 Mikrometer bis 1000 Mikrometer lang ist.
Die Mehrstrahl-Düse kann mehrere Düsenkanäle enthalten, deren Achsen parallel zueinander verlaufen können. Dadurch kann die in einer vorgegebenen Zeit zu zerstäubende Flüssigkeitsmenge erhöht werden. Weiter kann dadurch die Querschnittsfläche des zerstäubten Strahls vergrößert werden, oder die Form des Sprühbildes kann an eine vorgegebene Form angepaßt werden. Der (hydraulische) Durchmesser der Düsenkanäle kann bei allen Kanälen einer Mehrkanal-Düse gleich groß sein und von 10 Mikrometer bis 200 Mikrometer betragen, bei einer Kanallänge jeweils von 20 Mikrometer bis 1000 Mikrometer. Andererseits kann es zweckmäßig sein, für die Kanäle einer Mehrstrahl-Düse unterschiedliche Druchmesser zu wählen.
Weiter kann die Mehrstrahl-Düse mindestens zwei gegeneinander geneigte Düsenkanäle enthalten, die die Flüssigkeitsstrahlen auf einen Punkt vor der Außenseite der Düse richten, in dem die Flüssigkeitsstrahlen aufeinander prallen. Der Winkel zwischen zwei geneigten Flüssigkeitsstrahlen kann von 30 Grad bis 120 Grad betragen. Durch den Aufprall mehrerer Flüssigkeitsstrahlen aufeinander kann das Zerstäuben begünstigt werden. Der (hydraulische) Durchmesser der beiden Düsenkanäle einer Zweistrahl-Düse liegt bevorzugt unter 180 Mikrometer, besonders bevorzugt von 70 Mikrometer bis 100 Mikrometer, bei einer Kanallänge jeweils von 20 Mikrometer bis 1000 Mikrometer.
Der Wirbelkammer-Düse wird die zu zerstäubende Flüssigkeit in einer Ebene zugeführt, die im wesentlichen senkrecht zur Achse des Düsenkanals steht. Die Achse des einen Zuleitungskanals oder die Achsen der mehreren Zuleitungskanäle zur Wirbelkammerdüse laufen an der Achse des Düsenkanals vorbei. Der (hydraulische) Durchmesser des Düsenkanals ist bevorzugt kleiner als 250 Mikrometer, besonders bevorzugt von 100 Mikrometer bis 150 Mikrometer, bei einer Kanallänge von 50 Mikrometer bis 300 Mikrometer.
Vor der Düsenöffnung kann in einem Abstand von 0,1 Millimeter bis 5 Millimeter ein Prallkörper angebracht sein, auf den der Flüssigkeitsstrahl aufprallt. Als Prallkörper ist bevorzugt eine Kugel oder ein Halbkugel geeignet, die einen Durchmesser von 0,1 Millimeter bis 2 Millimeter hat. Bei einer Halbkugel prallt der Flüssigkeitsstrahl bevorzugt auf die konvexe Seite. Weiter kann eine Prallplatte oder ein Prallkegel verwendet werden, wobei der Flüssigkeitsstrahl zum Beispiel senkrecht auf die Prallplatte oder auf die Spitze des Prallkegels auftrifft. Ein Prallkörper kann das Zerstäuben der Flüssigkeit begünstigen. Ferner kann durch einen Prallkörper ein im wesentlichen ringförmiges Sprühbild erzeugt werden. Die Richtung des zerstäubten Strahls kann gegen die Achse des Düsenkanals geneigt sein, wenn der noch nicht zerstäubte Strahl unter einem Winkel auf die Prallplatte aufprallt. Bei mehreren parallel zueinander angeordneten Düsenkanälen kann es zweckmäßig sein, eine oder mehrere Prallkörper vorzusehen, mit denen Form und Größe des zerstäugten Strahls und die Richtung des zerstäubten Strahls beeinflußt werden können.
Der Prallkörper kann mittels mindestens einem Befestigungselement an dem Gehäuse des Zerstäubers befestigt sein. Als Befestigungselemente sind ein steifer Draht oder ein Stab geeignet. Ferner kann er mittels zwei oder drei Befestigungselementen an dem Gehäuse befestigt sein. Falls die Länge der Befestigungselemente veränderbar ist, kann der Abstand des Prallkörpers von der Außenseite der Düse verändert werden.
Der bei dem erfindungsgemäßen Zerstäuber im Düsenkanal auftretende Massenstrom beträgt weniger als 0,4 Gramm pro Sekunde. Der mittlere Tröpfchendurchmesser beträgt weniger als 50 Mikrometer.
Der erfindungsgemäße Zerstäuber hat folgende Vorteile:

- Der Ablauf des Zerstäubungsvorganges, der Massenstrom der Flüssigkeit durch den Düsenkanal und die Verteilung der Tröpfchengröße sind unabhängig von der Fingerkraft, die der Benutzer beim Aufladen des Energiespeichers aufbringt. Diese Merkmale sind durch den Aufbau des Zerstäubers festgelegt und werden jederzeit reproduzierbar eingehalten.
- Für das Zerstäuben der Flüssigkeit wird kein Alkohol oder eine andere flüchtige Kohlenwasserstoff-Verbindung benötigt.
- Er kann in unterschiedlichen Ausführungen hergestellt werden und an den beabsichtigten Verwendungszweck und an die günstigste Handhabung angepaßt werden.
- Die Verteilung der Tröpfchengröße und der Massenstrom der aus dem Zerstäuber austretenden Flüssigkeit ergeben einen zerstäubten Flüssigkeitsstrahl, der für das Niederschlagen der Tröpfchen auf einer von dem zerstäubten Flüssigkeitsstrahl getroffenen Fläche geeignet ist.

Der erfindungsgemäße Zerstäuber wird an Hand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch einen Zerstäuber. Als Speicher für die mechanische Energie ist eine Schraubenfeder vorgesehen, die mittels eines außerhalb des Gehäuses angebrachten Handgriffs durch Herausziehen des Handgriffs von Hand gespannt werden kann. In dem Stab, der den Handgriff mit dem Kolben verbindet, ist eine Kerbe vorgesehen, in die am Ende des Spannvorganges der Schraubenfeder ein (federbelasteter) Bolzen eingreift, die den Stab in der erreichten Position hält. Durch Herausziehen des Bolzens aus der Kerbe wird der Zerstäubungsvorgang ausgelöst. Als Vorratsbehälter für die Flüssigkeit wurde ein kollabierbarer Beutel gewählt. In Fig. 1 ist der Zustand des Zerstäubers in einem Zwischenstadium dargestellt, das zwischen dem bis zu einem ersten Anschlag aus dem Gehäuse herausgezogenen Kolben und dem bis zu einem zweiten Anschlag in den Zylinder hineigedrückten Kolben liegt. In dem dargestellten Zustand stößt die Schraubenfeder die Flüssigkeit aus der Düse aus.
Das Gehäuse (1) aus einem steifen Material enthält einen Hohlraum (2), in dem eine vorgespannte Schraubenfeder (6) untergebracht ist. Die Schraubenfeder stützt sich an ihrem einen Ende auf den Boden des Hohlraums (2) und drückt an ihrem anderen Ende auf den Kolben (3). Der dünnere Teil des Stufenkolbens (3) ist im Zylinder verschiebbar angebracht und gegen die Zylinderwand abgedichtet. Vor dem dünnen Ende des Kolbens befindet sich innerhalb des Zylinders der Hohlraum (4), in den Flüssigkeit eingesaugt werden kann. Der Hohlraum (4) ist über den Ansaugkanal (11) mit dem Vorratsbehälter (10) für die zu zerstäubende Flüssigkeit verbunden. Im Ansaugkanal ist ein automatisch arbeitendes Ansaugventil (13) vorhanden, durch das beim Ansaugen die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Hohlraum (4) strömen kann. Der Vorratsbehälter ist ein kollabierbarer Beutel, der in dem Hohlraum (15) innerhalb des Gehäuses (1) untergebracht ist. Der Hohlraum (15) ist mit einer Öffnung (27) versehen, durch die bei abnehmendem Volumen des kollabierbaren Beutels zwecks Ausgleichen des Druckunterschiedes Luft aus der Umgebung einströmen kann. Der Hohlraum (4) ist über den Ausstoßkanal (21) mit der Düse (22) verbunden. Der Ausstoßkanal enthält ein Ventil (23), das sich öffnet, sobald vor dem Ventil die zu zerstäubende Flüssigkeit mit einem hinreichend großen Druck ansteht. Der Kolben (3) ist an seinem dickeren Ende mit dem Stab (31) versehen, der durch die Schraubenfeder hindurch geht und aus dem Boden des Gehäuses herausragt. Am Ende des Stabes (31) ist ein Handgriff (32) vorgesehen, mit dem der Kolben ein vorgegebenes Stück aus dem Zylinder von Hand herausgezogen werden kann, wobei gleichzeitig die Schraubenfeder gespannt wird. Am Boden des Gehäuses ist eine Vorrichtung (33) vorgesehen, die den Stab und damit den Kolben in einer vorgegebenen Position festhält, sobald der Kolben entsprechend weit aus dem Gehäuse herausgezogen worden ist.
Zum erneuten Spannen der Schraubenfeder wird der Stab (31) und der mit dem Stab verbundene Kolben am Handgriff (32) herausgezogen, bis ein Bolzen (35) in eine Kerbe (34) einrastet. Durch Zurückziehen des Kolbens (3) wird der Raum (4) innerhalb des Zylinders vergrößert. Aus dem Vorratsbehälter (10) wird bei geöffnetem Ventil (13) über den Ansaugkanal (11) Flüssigkeit in den Raum (4) gesaugt. Das dabei geschlossene Ventil (23) verhindert das Ansaugen von Luft in den Raum (4).
An Stelle des Handgriffs (32) kann der Stab (34) mittels eines von außen zugänglichen und von Hand zu betätigenden Hebels zurückgezogen werden, wobei die Feder gespannt und der Raum (4) mit Flüssigkeit gefüllt wird. Nach dem Loslassen des Hebels drückt die gespannte Feder sofort die Flüssigkeit aus dem Raum (4) durch die Düse (22) und zerstäubt die Flüssigkeit. Dazu wird weder ein Bolzen (35) noch eine Kerbe (34) benötigt. Bei dieser Betätigungsart verhält sich der Zerstäuber ähnlich wie ein handbetätigter Pumpzerstäuber. Der auf die im Raum (4) innerhalb des Zylinders enthaltene Flüssigkeit wirkende Druck wird bei dem erfindungsgemäßen Zerstäuber jedoch von der gespannten Feder erzeugt, der Benutzer hat darauf keinen Einfluß.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Zerstäubers. Bei dieser Ausführung öffnet sich das Ventil im Ausstoßkanal nicht automatisch, sobald der vor dem Ventil anstehende Druck der Flüssigkeit den Öffnungsdruck des Ventils überschreitet. Zum Auslösen der Zerstäubung wird das Ventil im Ausstoßkanal - bevorzugt durch Hinunterdrücken - von Hand betätigt. Auch in Fig. 2 ist der Zustand des Zerstäubers in einem Zwischenstadium dargestellt, das zwischen dem bis zu einem ersten Anschlag aus dem Gehäuse herausgezogenen Kolben und dem bis zu einem zweiten Anschlag in den Zylinder hineingedrückten Kolben liegt.
Dieser Zerstäuber ist ähnlich wie der in Fig. 1 dargestellte Zerstäuber aufgebaut, er hat jedoch keinen Bolzen (35) und keine Kerbe (34). An Stelle des sich automatisch öffnenden Ventils (23) ist bei dieser Ausführung ein von Hand zu öffnendes Ventil (42) im Ausstoßkanal vorgesehen. Dieser Zerstäuber wird in zwei Schritten betätigt. Zunächst wird durch Herausziehen des Stabes (31) die Feder (6) gespannt. Gleichzeitig wird der Raum (4) sowie der bis zum Ventil (42) führende Kanal (41) mit aus dem Vorratsbehälter (10) angesaugter Flüssigkeit gefüllt. In dem dargestellten Zustand drückt die Schraubenfeder die Flüssigkeit gegen das Ventil (42), so lange dieses geschlossen ist. Sobald und so lange das Ventil (42) zum Beispiel durch Hinunterdrücken der Auslösetaste (46) von Hand geöffnet wird und geöffnet gehalten bleibt, strömt die Flüssigkeit durch die in der Auslösetaste (46) angebrachte Düse (45) und wird zerstäubt. Bei diesem Zerstäuber kann der Benutzer zwischen dem Spannen der Feder und den damit zusammenhängenden Folgevorgängen einerseits sowie dem Betätigen der Auslösetaste (46) eine Zeit verstreichen lassen. Die Aufmerksamkeit des Benutzers kann sich ungestört auf das Niederschlagen der zerstäubten Flüssigkeit auf einer zu behandelnde Fläche richten.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Zerstäuber, der zwischen zwei Spannvorgängen der Feder zweimal betätigt werden kann, und der die innerhalb des Zylinders vorhandene Flüssigkeit im zwei Teilen ausstößt und zerstäubt. Der mit dem Kolben (3) verbundene Stab (31) ist mit zwei Kerben (34) und (36) versehen, die einen vorgegebenen Abstand voneinander haben. Diese Kerben sind bevorzugt sägezahnförmig ausgebildet, die schrägen Flanken der Kerben liegen - vom Handgriff (23) aus betrachtet - hinter den senkrecht zur Achse des Stabes (31) gerichteten Flanken. Der Bolzen (35) hat zum Beispiel ein sägezahnförmiges Ende. Der Bolzen (35) gleitet beim Herausziehen des Stabes über die Kerbe (34) hinweg und rastet erst in die Kerbe (36) ein. Sobald der federbelastete Bolzen aus der Kerbe (36) von Hand herausgezogen und sofort wieder losgelassen wird, drückt die Feder (6) auf die innerhalb des Zylinders befindliche Flüssigkeit und drückt die erste Teilmenge der Flüssigkeit durch das automatisch arbeitende Ventil (23) zur Düse (22), vor der die austretende Flüssigkeit zerstäubt wird. Dieser erste Vorgang ist beendet, sobald der Bolzen (35) in die Kerbe (34) einrastet. Der zweite Vorgang verläuft analog zum ersten Vorgang. Der zweite Vorgang beginnt, sobald der Bolzen (35) aus der Kerbe (34) von Hand herausgezogen wird; er endet, sobald der Kolben seine Endposition erreicht hat.
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Zerstäuber mit einer Feder als Speicher für die mechanische Energie. Die Feder wird mittels eines Sperrspannwerkes, das ein Schraub- Schub-Getriebe enthält, durch Drehen der beiden drehbar miteinander verbundenen Teile des Gehäuses von Hand gespannt. Der Zerstäubungsvorgang wird ausgelöst durch Betätigen einer Auslösetaste für eine Sperrklinke. Fig. 6 stellt den Zustand des Zerstäubers bei bereits gespannter Schraubenfeder und eingerasteter Sperrklinke und vollständig mit Flüssigkeit gefülltem Raum innerhalb des Zylinders vor dem Auslösen des Zerstäubungsvorganges durch Betätigen einer Auslösetaste dar.
Der Zerstäuber hat ein zylindrisch geformtes Gehäuse. Das untere Gehäuseteil (51) ist mittels einer Schnappverbindung (52) mit dem Oberteil des Zerstäubers drehbar verbunden. Das Oberteil enthält einen Zylinder (53) und eine Düse (60). Das Oberteil ist mit einer abnehmbaren Schutzkappe (54) versehen. Durch Drehen der Kappe (54) und des damit verbundenen Oberteils (53) des Zerstäubers wird das im unteren Gehäuseteil (51) axial verschiebbar angebrachte Bauteil (55), das den Kolben (81) enthält, mittels eines Schraub- Schub-Getriebes von dem Zylinder (53) weggedrückt, bis eine im Bauteil (55) angebrachte Sperrklinke (74) hinter einen Vorsprung im unteren Gehäuseteil (51) springt. Dabei wird der Raum (57) innerhalb des Zylinders vergrößert. Gleichzeitig wird ein Teil der Flüssigkeit (64) aus dem als kollabierbarer Beutel ausgebildeten Vorratsbehälter (63) durch den Kanal (68) im Hohlkolben (81) in den Raum (57) gesaugt, und die Schraubenfeder (59) wird gespannt. In dem Kanal, der den Raum (57) mit der Düse (60) verbindet, ist ein automatisch arbeitendes Ventil vorhanden, das aus einer mit einer Feder (71) belasteten Kugel (70) besteht. Dieses Ventil verhindert das Eindringen von Luft in den Raum (57) während des Ansaugens von Flüssigkeit und ermöglicht, den Raum (57) blasenfrei mit Flüssigkeit zu füllen. An dem Ende des Hohlkolbens (81), das sich innerhalb des Zylinders (53) befindet, ist ein Ventil angebracht, das aus einer mit der Feder (62) belasteten Kugel (61) besteht. Die Feder (62) wird durch einen in das Ende des Hohlkolbens gedrückten Stopfen in ihrer Position gehalten. Der Stopfen ist mit einem Kanal versehen, durch den die Flüssigkeit in den Raum (57) strömt. Der obere Rand (56) des Stopfens kann als Dichtung des Kolbens (81) gegen den Zylinder (53) wirken. Das Ventil am inneren Ende des Hohlkolbens öffnet sich beim Ansaugen von Flüssigkeit automatisch und ist beim Ausstoßen der Flüssigkeit aus der Düse geschlossen.
Zum Zerstäuben der im Raum (57) innerhalb des Zylinders enthaltenen Flüssigkeit wird die Schutzkappe (54) abgenommen, und die im unteren Gehäuseteil angebrachte Auslösetaste (58) wird von Hand betätigt, wobei die Sperrklinke (74) ausgerückt wird. Die gespannte Schraubenfeder (59) setzt nun die im Raum (57) enthaltenen Flüssigkeit unter Druck. Dadurch wird das vor der Düse angebrachte Ventil automatisch geöffnet, die Flüssigkeit in dem Raum (57) wird durch die Düse (60) ausgestoßen und zerstäubt. Während des Ausstoßens der Flüssigkeit ist das am Ende des Hohlkolbens angebrachte Ventil geschlossen, wodurch das Zurückströmen von Flüssigkeit aus dem Raum (57) in den Vorratsbehälter (63) verhindert wird. Nachdem das Zerstäuben beendet ist, wird die Schutzkappe (54) wieder auf das Oberteil des Zerstäubers aufgesteckt.
An Stelle der Auslösetaste (58), der Sperrklinke (74) und des automatisch arbeitenden Ventils mit Kugel (70) und Feder (71) kann (analog zu der Darstellung in Fig. 2) eine Auslösetaste vorhanden sein, die die Zerstäubungsdüse enthält, und mit der beim Betätigen von Hand das Ventil vor der Düse geöffnet wird. Diese Auslösetaste ist am oberen Ende des Zerstäubers angebracht.
Statt des kollabierbaren Beutels (63) kann ein nicht verformbarer verschlossener Behälter verwendet werden, der mit einem automatisch arbeitenden Belüftungsventil sowie mit einem in den Behälter hineinragenden Tauchrohr, gegebenenfalls in Form einer Rohrschlange, versehen ist.
Die Dichtung des Hohlkolbens gegen den Zylinder mittels des oberen Randes (56) des Stopfens kann durch einen O-Ring ersetzt werden, der in einer Nut im unteren Ende des Zylinders an der Stelle (80) angebracht ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Zerstäubers kann das den Hohlkolben enthaltende Bauteil (55) mit dem unteren Gehäuseteil verbunden sein, und der Zylinder mit dem Raum (57) können gegenüber dem unteren Gehäuseteil (51) beweglich angeordnet sein.
Zwecks leichterer Handhabung des Zerstäubers kann eine vielzähnige Sperrklinke vorgesehen sein, die beim Spannen der Schraubenfeder ständig eingerastet ist.
Falls zum Spannen der Schraubenfeder eine relativ große Kraft erforderlich ist, kann ein Schraub-Schub-Getriebe verwendet werden, das um mehr als 360 Grad gedreht werden kann. Damit läßt sich die zum Spannen der Schraubenfeder durch Drehen der beiden Gehäuseteile gegeneinander von Hand aufzubringende Kraft hinreichend weit verkleinern.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Düse mit außen vor der Düse angebrachter Kugel als Prallkörper. Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird aus der Düsenöffnung (104) in Form eines geschlossenen Strahls (102) ausgestoßen, der auf einen Prallkörper (106) aufprallt. Dabei geht die Flüssigkeit in den zerstäubten Strahl (107) über.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Düse mit zwei gegeneinander geneigten Düsenkanälen. Die beiden aus der Düse ausgetretenen Flüssigkeitsstrahlen prallen außenhalb der Düse aufeinander. Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird aus den beiden Düsenöffnungen (108) und (109) in Form zweier geschlossener Strahlen (110) ausgestoßen. Beide Strahlen prallen an der Stelle (111) aufeinander. Dabei geht die Flüssigkeit in den zerstäubten Strahl (112) über.
In Fig. 7 ist eine Wirbelkammerdüse dargestellt. Fig. 7a zeigt die Wirbelkammerdüse in der Ansicht von ihrer Innenseite bei abgenommener Deckplatte. Fig. 7b zeigt einen Längsschnitt durch die Wirbelkammerdüse entlang der Linie A-A in Fig. 7a. In Fig. 7c ist der Bereich um den Düsenkanal vergrößert dargestellt.
Bei der Wirbelkammerdüse (121) ist der Düsenkanal (122) in der Achse der Wirbelkammerdüse angeordnet, die zu zerstäubende Flüssigkeit wird durch beispielsweise drei Kanäle (123) tangential in die Wirbelkammer (124) geleitet. Die Achsen der Kanäle (123) laufen an der Achse des Düsenkanals vorbei. Die Deckplatte (125) für die Wirbelkammer und die Kanäle enthält im Bereich des äußeren Endes der Kanäle (123) jeweils eine Öffnung (124), durch die die Flüssigkeit in die Kanäle (123) eintritt.

Claims

1. Zerstäuber für manuelle Betätigung, mit dem eine Teilmenge aus einem Flüssigkeitsvorrat zerstäubt wird, und der innerhalb eines Gehäuses im wesentlichen folgende Elemente enthält:
einen Speicher für mechanische Energie und eine Vorrichtung zum Zuführen von mechanischer Energie in den Energiespeicher,
einen Sperrmechanismus, nach dessen Auslösung das Zerstäuben der im Zylinder befindlichen Flüssigkeit beginnt,
einen Vorratsbehälter für die Flüssigkeit,
eine Düse, aus der die Flüssigkeit zerstäubt wird,
einen Zylinder, in dem ein Kolben angeordnet ist, und sich zwischen Kolben und Düse ein Hohlraum befindet,
eine Vorrichtung zum Auslösen eines zerstäubten Strahls,
einen Ansaugkanal zwischen Vorratsbehälter und Hohlraum innerhalb des Zylinders,
einen Ausstoßkanal zwischen Hohlraum innerhalb des Zylinders und Düse,
ein Ventil mindestens im Ansaugkanal,
wobei
der Energiespeicher außerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist, und
die Teilmenge der Flüssigkeit sich in dem Hohlraum befindet, der innerhalb des Zylinders zwischen Kolbenende und Düse liegt, und
der Speicher für mechanische Energie von Hand aufladbar ist,
die gespeicherte Energie einen Druck auf die Teilmenge der Flüssigkeit in dem Hohlraum ausübt, der von 0,5 MPa bis 5 MPa (von 5 bar bis 50 bar) beträgt.

2. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der auf die Teilmenge der Flüssigkeit ausgeübte Druck bevorzugt von 2 MPa bis 3 MPa (von 20 bar bis 30 bar) beträgt.

3. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei die Düse einen einzigen Düsenkanal enthält, der einen Durchmesser von 10 Mikrometer bis 200 Mikrometer hat, und der von 10 Mikrometer bis 1000 Mikrometer lang ist.

4. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei
je ein Ventil im Ansaugkanal und im Ausstoßkanal vorhanden ist, und
beide Ventile automatisch arbeitende Ventile sind, oder
das Ventil im Ansaugkanal ein automatisch arbeitendes Ventil ist, und das Ventil im Ausstoßkanal ein von Hand betätigtes Ventil ist.

5. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei ein automatisch arbeitendes Ventil im Ansaugkanal und ein von Hand betätigtes Ventil im Ausstoßkanal vorhanden ist.

6. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der Zerstäuber mit einem Schraub-Schub-Getriebe versehen ist, mittels dem der Speicher für mechanische Energie von Hand aufgeladen werden kann.

7. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der Zerstäuber mit einem Sperrmechanismus versehen ist, der ein Sperrglied und eine Auslösetaste enthält und der den Speicher für mechanische Energie im geladenen Zustand festhält.

8. Zerstäuber nach den Ansprüchen 1 und 3, wobei vor der Düsenöffnung ein Prallkörper (106) angebracht ist, auf den der Flüssigkeitsstrahl aufprallt.

9. Zerstäuber nach Anspruch 1 und 8, wobei
der Prallkörper eine Platte ist, auf die der Flüssigkeitsstrahl senkrecht aufprallt, oder
der Prallkörper eine Kugel ist, oder
der Prallkörper eine Halbkugel ist auf deren konvexe Seite der Flüssigkeitsstrahl aufprallt, oder
der Prallkörper ein Kegel ist, auf dessen Spitze der Flüssigkeitsstrahl auftrifft.

10. Zerstäuber nach den Ansprüchen 1 und 8, wobei der Prallkörper in einem Abstand von 0,1 Millimeter bis 5 Millimeter vor der Düsenöffnung angebracht ist.

11. Zerstäuber nach Anspruch 9, wobei der Prallkörper eine Kugel ist die einen Durchmesser von 0,1 Millimeter bis 2 Millimeter hat.

12. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei die Düse zwei gegeneinander geneigte Düsenkanäle enthält, die die beiden Flüssigkeitsstrahlen auf einen Punkt vor der Außenseite der Düse richten, in dem die beiden Flüssigkeitsstrahlen aufeinander prallen.

13. Zerstäuber nach den Ansprüchen 1 und 12, wobei zwischen den Flüssigkeitsstrahlen ein Winkel von 30 Grad bis 120 Grad liegt.

14. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei die Düse eine Wirbelkammerdüse ist.

15. Zerstäuber nach Anspruch 14, wobei die Achsen der Zuleitungskanäle für die Flüssigkeit innerhalb der Wirbelkammerdüse an der Achse der Wirbelkammer vorbei verlaufen.

16. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der Energiespeicher eine - bevorzugt als Druckfeder wirkende - Feder ist, bevorzugt eine Schraubenfeder oder eine Tellerfeder, die von Hand gespannt wird.

17. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der Energiespeicher eine Gasfeder - bevorzugt eine Rollbalg-Gasfeder - ist, die von Hand gespannt wird.

18. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der Energiespeicher ein Speicher für elektrische Energie ist, und der Kolben mittels einer Magnetspule in den Zylinder hineingezogen wird, sobald der elektrische Stromkreis von Hand geschlossen wird.

19. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der Hub des Kolbens in mindestens zwei Stufen einstellbar ist.

20. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der Hub des Kolbens stufenlos einstellbar ist.

21. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der Zerstäuber mit mehreren Anschlägen für den Kolben versehen ist, und der Zerstäubungsvorgang zwischen zwei Ladevorgängen des Energiespeichers mehrfach ausgelösbar ist.

22. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei die Anschläge für den Kolben von außen einstellbar sind.

23. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei der Weg des Kolbens kürzer ist als der Weg, um den die Feder beim Spannen zusammengedrückt wird.

24. Zerstäuber nach Anspruch 1, wobei innerhalb des Hohlraumes im Zylinder ein Balg vorhanden ist, dessen Volumen durch eine Zugkraft in Längsrichtung vergrößert wird und gleichzeitig Flüssigkeit in den Balg angesaugt wird.