-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Wirbeldüse, insbesondere zur Ausgabe
oder Zerstäubung
einer Flüssigkeit,
vorzugsweise einer Arzneimittelformulierung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bzw. 14, eine Verwendung der Wirbeldüse zur Zerstäubung einer
flüssigen
Arzneimittelformulierung sowie Verfahren zur Herstellung einer Wirbeldüse.
-
Bei
der Zerstäubung
einer flüssigen
Arzneimittelformulierung soll eine möglichst genau definierte Menge
an Wirkstoff in ein Aerosol zur Inhalation überführt werden. Das Aerosol soll
sich durch einen kleinen Mittelwert der Tropfengröße bei einer
schmalen Tropfengrößenverteilung
und durch einen niedrigen Impuls (geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit) auszeichnen.
-
Unter
dem Begriff "Arzneimittelformulierung" sind bei der vorliegenden
Erfindung über
Medikamente hinaus auch Therapeutika oder dergleichen, insbesondere
also jede Art von Mitteln zur Inhalation oder sonstigen Anwendung,
zu verstehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die
Zerstäubung von
Mitteln zur Inhalation beschränkt,
sondern kann insbesondere auch für
kosmetische Mittel oder sonstige Zwecke – insbesondere für kleine
Abgabe- bzw. Durchflußmengen – verwendet
werden, auch wenn die nachfolgende Beschreibung primär auf die
bevorzugte Zerstäubung
einer Arzneimittelformulierung zur Inhalation gerichtet ist.
-
Der
Begriff "Flüssigkeit" ist in einem breiten Sinn
zu verstehen und umfaßt
insbesondere auch Dispersionen, Suspensionen, sogenannte Suslutionen
(Mischungen aus Lösungen
und Suspensionen) oder dergleichen.
-
Unter
dem Begriff "Aerosol" ist bei der vorliegenden
Erfindung eine vorzugsweise wolkenartige Ansammlung einer Vielzahl
von Tropfen der zerstäubten
Flüssigkeit
mit vorzugsweise im wesentlichen ungerichteter bzw. breiter räumlicher
Verteilung der Bewegungsrichtungen und vorzugsweise geringen Geschwindigkeiten
der Tropfen zu verstehen.
-
Die
US 5,435,884 A ,
US 5,951,882 A und
die
EP 0 970 751 B1 sind
auf die Herstellung von Wirbelkammerdüsen gerichtet. Eine flache,
schüsselförmige Wirbelkammer
wird zusammen mit tangential in die Wirbelkammer mündenden
Einlaßkanälen ausgehend
von einer Flachseite in ein plattenförmiges Materialstück geätzt. Weiter
wird in der Mitte der Wirbelkammer durch den dünnen Boden der Wirbelkammer
hindurch ein Auslaßkanal
geätzt.
Die Einlaßkanäle sind
einlaßseitig
an ein ringförmigen
Zuführkanal
angeschlossen, der ebenfalls in das Materialstück geätzt wird. Das Materialstück mit der
genannten Ätzstruktur
wird von einem Einlaßstück abgedeckt
und in einen Träger
eingebaut. Diese Wirbelkammerdüsen
sind nicht optimal für
höhere
Drücke und
die Ausgabe geringer Mengen bzw. die Erzeugung sehr feiner Tröpfchen geeignet.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wirbeldüse, eine
Verwendung einer Wirbeldüse
und Verfahren zur Herstellung von Wirbeldüsen anzugeben, so daß einfacher
Düsenaufbau und/oder
eine einfache Herstellung ermöglicht
wird bzw. werden, insbesondere wobei die Wirbeldüse zur Ausgabe sehr kleiner
Flüssigkeitsmengen
und/oder für
sehr feine Zerstäubungen
geeignet ist.
-
Die
obige Aufgabe wird durch eine Wirbeldüse gemäß Anspruch 1 oder 14, eine
Verwendung gemäß Anspruch
18 oder ein Verfahren gemäß Anspruch
20 oder 22 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Einlaßkanäle unmittelbar und/oder
tangential in den Auslaßkanal
münden.
Die beim Stand der Technik vorgesehene Wirbelkammer entfällt. Dies
gestattet einen besonders kompakten und einfachen Aufbau. Außerdem ermöglicht dies
einen robusteren Aufbau, der insbesondere höheren Drücken standhält, da eine Wirbelkammer mit
einem im Hinblick auf eine geringe Länge des Auslaßkanals dünnen Boden
entfällt.
Vielmehr ist eine bessere Materialversteifung und Abstützung um
den Auslaßkanal
herum möglich.
-
Der
Entfall einer Wirbelkammer gestattet eine wesentliche Verringerung
des von der Düse
aufzunehmenden Volumens an Flüssigkeit.
Dies ist beispiels weise bei der Ausgabe von Arzneimittelformulierungen
vorteilhaft, wenn sehr kleine Mengen sehr genau dosiert werden sollen.
Weiter sind möglichst geringe
Volumina in der Wirbeldüse
vorteilhaft, beispielsweise um einer möglichen Verkeimung der Arzneimittelformulierung
in der Wirbeldüse
und/oder einer Verschmutzung der Wirbeldüse durch Abscheidung von Feststoffen
entgegenwirken zu können.
-
Zur
Zerstäubung
einer flüssigen
Arzneimittelformulierung wird die Arzneimittelformulierung durch
die vorschlagsgemäße Wirbeldüse unter
hohem Druck geleitet, so daß die
Arzneimittelformulierung – insbesondere
unmittelbar, wenn sie aus dem Auslaßkanal austritt – in ein
Aerosol bzw. einen feinen Sprühnebel
zerstäubt
wird. Die entstehende Wolke wird insbesondere im wesentlichen kegelförmig abgegeben.
-
Gemäß einem
weiteren, auch unabhängig realisierbaren
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Wirbeldüse eine
Filterstruktur mit geringeren Durchlaßquerschnitten als die Einlaßkanäle stromauf
der Einlaßkanäle auf.
Dies gestattet wiederum eine sehr kleine, insbesondere mikrofeine
Ausbildung der Wirbeldüse
und eine sehr feine Zerstäubung
auch bei kleinen Flüssigkeitsmengen,
da eventuell in der zu zerstäubenden
Flüssigkeit
enthaltende Partikel ausgefiltert werden können, die ansonsten die Einlaßkanäle oder
gar den Auslaßkanal
verstopfen könnten.
Dementsprechend wird eine hohe Funktionssicherheit auch bei sehr
kleiner Dimensionierung der Wirbeldüse erreicht.
-
Ein
erstes vorschlagsgemäßes Verfahren zur
Herstellung einer Wirbeldüse
zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens
ein Einlaßkanal
auf einer Flachseite eines ersten, plattenförmigen Materialstücks und
ein sich in das Materialstück
hinein erstreckender, zunächst
einseitig noch geschlossener Auslaßkanal gebildet werden. Anschließend wird
das erste Materialstück
mit einem zweiten, vorzugsweise ebenfalls plattenförmigen Materialstück verbunden, so
daß das
zweite Materialstück
die mit dem Einlaßkanal
versehene Flachseite des ersten Kanalstücks zumindest teilweise abdeckt.
Erst nach dem Verbinden der beiden Materialstücke wird das erste Materialstück auf der
dem zweiten Materialstück
abgewandten Flachseite abgetragen, insbesondere abgeschliffen, wodurch
der Auslaßkanal
auf dieser Seite geöffnet
wird. Das zweite Materialstück
stabilisiert das erste Materialstück bereits während des
Abtragens und danach. Dies gestattet auf einfache Weise die Herstellung
verhältnismäßig dünner bzw.
kleiner Strukturen, insbesondere eines kurzen Auslaßkanals,
bei hoher Stabilität
und damit auch Widerstandsfähigkeit
der Wirbeldüse
gegen hohe Flüssigkeitsdrücke oder
sonstige Belastungen.
-
Ein
zweites vorschlagsgemäßes Verfahren zur
Herstellung einer Wirbeldüse
zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens
ein Einlaßkanal
in einem ersten, vorzugsweise plattenförmigen Materialstück ausgehend
von einer Flachseite gebildet wird, daß der Auslaßkanal zumindest teilweise
in einem zweiten, vorzugsweise plattenförmigen Materialstück ausgehend
von einer Flachseite und insbesondere quer dazu verlaufend gebildet
wird und daß die
beiden Materialstücke
miteinander verbunden werden, so daß das zweite Materialstück die mit
dem Einlaßkanal
versehene Flachseite des ersten Materialstücks zumindest teilweise abdeckt.
Dies gestattet eine vereinfachte Herstellung auch sehr feiner Strukturen.
Die unabhängige
Herstellung des mindestens einen Einlaßkanals und des Auslaßkanals
voneinander gestattet dabei die Optimierung der jeweiligen Herstellungsabläufe.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung wird der Auslaßkanal vor dem Verbinden der
Materialstücke
nur einseitig offen in dem zweiten Materialstück – insbesondere durch Ätzen – gebildet.
Danach werden die beiden Materialstücke zunächst miteinander verbunden,
so daß die Öffnung des
Auslaßkanals zum
ersten Materialstück
weist. Erst danach wird das zweite Materialstück auf der dem Materialstück abgewandten
Flachseite abgetragen, insbesondere abgeschliffen, wodurch der Auslaßkanal auf
dieser Seite geöffnet
wird. Entsprechend kann das erste Materialstück das zweite Materialstück bereits
während
des Abtragens und danach stabilisieren.
-
Weitere
Aspekte, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus den Ansprüchen
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung.
Es zeigt
-
1 eine
schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Wirbeldüse gemäß einer ersten Ausführungsform;
-
2 einen
schematischen Schnitt der Wirbeldüse gemäß 1; und
-
3 einen
zu 2 korrespondieren schematischen Schnitt einer
vorschlagsgemäßen Wirbeldüse gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
-
In
den Figuren werden für
gleiche oder ähnliche
Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte
Beschreibung weggelassen ist.
-
1 zeigt
in einer schematischen Draufsicht eine vorschlagsgemäße Wirbeldüse 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform
ohne Abdeckung. Die Wirbeldüse 1 weist
mindestens einen Einlaßkanal 2, vorzugsweise
mehrere und insbesondere zwei bis zwölf Einlaßkanäle 2 auf. Beim Darstellungsbeispiel sind
vier Einlaßkanäle 2 vorgesehen.
-
Die
Wirbeldüse 1 weist
ferner einen Auslaßkanal 3 auf,
der sich bei der Darstellung gemäß 1 quer – also zumindest
geneigt und insbesondere senkrecht – zur Zeichenebene erstreckt.
Die Einlaßkanäle 2 verlaufen
beim Darstellungsbeispiel in der Darstellungsebene, insbesondere
also in einer gemeinsamen Ebene. Dementsprechend verläuft der Auslaßkanal 3 quer
(schräg
oder geneigt), insbesondere senkrecht, zu den Einlaßkanälen 2 bzw.
umgekehrt. Die Einlaßkanäle 2 können jedoch
auch auf einer sonstigen Fläche
beispielsweise einer Kegelmantelfläche verlaufen.
-
Vorschlagsgemäß münden die
Einlaßkanäle 2 unmittelbar
und/oder tangential in den Auslaßkanal 3. Insbesondere
ist also keine (zusätzliche)
Wirbelkammer wie beim Stand der Technik üblich vorgesehen. Dies gestattet
einen vereinfachten, kompakten und besonders robusten Aufbau der
Wirbeldüse 1, wie
sich auch aus den weiteren Erläuterungen
noch ergibt.
-
Die
Wirbeldüse 1 dient
der Ausgabe und insbesondere Zerstäubung einer nicht dargestellten Flüssigkeit,
insbesondere einer Arzneimittelformulierung oder dergleichen. Bei
entsprechender Abdeckung der in 1 gezeigten
Struktur bzw. Anordnung wird die Flüssigkeit über die Einlaßkanäle 2 dem
Auslaßkanal
zugeführt,
so daß direkt
im Auslaßkanal 3 ein
Wirbel entsteht. Die Flüssigkeit
wird vorzugsweise nur über
den Auslaßkanal 3 – insbesondere
also ohne nachgeordnete Leitungen, Kanäle oder dergleichen – ausgegeben und
dabei bzw. unmittelbar danach in ein nicht dargestelltes Aerosol
bzw. feine Tröpfchen
oder Partikel zerstäubt.
-
Die
Einlässe
der Einlaßkanäle 2 weisen
vorzugsweise einen Abstand von vorzugsweise 50 bis 300 μm, insbesondere
90 bis 120 μm,
von der Mittelachse M des Auslaßkanals 3 auf.
Insbesondere sind die Einlässe
auf einem Kreis um den Auslaßkanal 3 bzw.
dessen Mittelachse M gleichmäßig verteilt
angeordnet.
-
Die
Einlaßkanäle 2 erstrecken
sich im wesentlichen radial oder gekrümmt, vorzugsweise mit konstanter
oder zum Auslaßkanal 3 hin
kontinuierlich zunehmende Krümmung,
zum Auslaßkanal 3 hin. Die
Krümmungsrichtung
der Einlaßkanäle 2 entspricht
der Wirbelrichtung der Wirbeldüse 1 bzw.
der nicht dargestellten Flüssigkeit
im Auslaßkanal 3.
-
Die
Einlaßkanäle 2 verjüngen sich
vorzugsweise jeweils zum Auslaßkanal 3 hin,
insbesondere mindestens um den Faktor 2 bezogen auf die durchströmbare Querschnittsfläche.
-
Die
Einlaßkanäle 2 sind
vorzugsweise als Vertiefungen, insbesondere zwischen Leiteinrichtungen,
Trennwänden,
Erhebungen 4 oder dergleichen gebildet. Beim Darstellungsbeispiel
sind die Einlaßkanäle 2 bzw.
die diese bildenden oder begrenzenden Erhebungen 4 zumindest
im wesentlichen sichelförmig
oder halbmondförmig
ausgebildet.
-
Die
Tiefe der Einlaßkanäle 2 beträgt jeweils vorzugsweise
5 bis 35 μm.
Die Auslässe
der Einlaßkanäle 2 weisen
jeweils vorzugsweise eine Breite von 5 bis 30 μm, insbesondere 10 bis 20 μm, auf.
-
Die
Auslässe
der Einlaßkanäle 2 weisen
jeweils vorzugsweise einen Abstand von der Mittelachse M des Auslaßkanals 3 auf,
der dem 1,1 bis 1,5-fachen Durchmesser des Auslaßkanals 3 entspricht. Den
schematischen Schnitten gemäß 2 und 3 ist
zu entnehmen, daß der
Auslaßkanal 3 in seinem
durch die Auslässe
der Einlaßkanäle 2 bzw. Endbereiche
der Erhebungen 4 radial begrenzten bzw. gebildeten Einlaßbereich
im Querschnitt bzw. Durchmesser etwas vergrößert sein kann. Diese Vergrößerung ist
primär
herstellungstech nisch bedingt und vorzugsweise derartig gering,
daß sie
strömungstechnisch
nicht relevant ist. Die Durchmesservergrößerung beträgt vorzugsweise höchstens
20 μm, insbesondere
im wesentlichen nur 10 μm
oder weniger. Der Übergang
zur Vergrößerung kann
stufig der gegebenenfalls konisch sein.
-
Der
Auslaßkanal 3 ist
vorzugsweise zumindest im wesentlichen zylindrisch ausgebildet.
Dies gilt insbesondere auch für
seinen vorgenannten Einlaßbereich.
Der Auslaßkanal 3 weist
vorzugsweise einen zumindest im wesentlichen konstanten Querschnitt
auf. Die gesamte (geringfügige)
Vergrößerung im
Einlaßbereich
wird in diesem Sinne als nicht wesentlich angesehen. Jedoch ist
es auch möglich,
daß der
Auslaßkanal 3 – insbesondere
herstellungsbedingt – eine
leichte Konizität über seine
Länge und/oder
im Einlaßbereich
oder Auslaßbereich
aufweist.
-
Der
Durchmesser des Auslaßkanals 3 beträgt vorzugsweise
10 bis 100 μm,
insbesondere 25 bis 45 μm.
-
Die
Länge des
Auslaßkanals 3 beträgt vorzugsweise
10 bis 100 μm,
insbesondere 25 bis 45 μm,
und/oder entspricht vorzugsweise dem 0,5 bis 2-fachen Durchmesser
des Auslaßkanals 3.
-
Die
Wirbeldüse 1 weist
vorzugsweise stromauf der Einlaßkanäle 2 eine
Filterstruktur auf, die beim Darstellungsbeispiel durch Erhebungen 5 gebildet
ist und insbesondere geringere Durchlaßquerschnitte als die Einlaßkanäle 2 aufweist.
Die in 1 nicht maßstabsgerecht
dargestellte Filterstruktur verhindert, daß Partikel von den Einlaßkanälen 2 aufgenommen,
die die Einlaßkanäle 2 und/oder
den Auslaßkanal 3 verstopfen
können.
Solche Partikel werden von der Filterstruktur aufgrund der geringeren Durchlaßquerschnitte
herausgefiltert. Die Filterstruktur kann auch unabhängig von
dem voranstehend beschriebenen und bevorzugten Aufbau der Wirbeldüse 1 bei
sonstigen Wirbeldüsen
realisiert werden.
-
Hinsichtlich
der Filterstruktur ist anzumerken, daß diese eine Vielzahl von parallelen
Strömungskanälen mit
dem geringeren Querschnitt aufweist, es werden vorzugsweise also
wesentlich mehr Strömungswege
als Einlaßkanäle 2 vorgesehen,
so daß der
Strömungswiderstand
der Filterstruktur vorzugswei se geringer als der Strömungswiderstand
der parallelen Einlaßkanäle 2 ist.
Dies stellt außerdem eine
einwandfreie Funktion auch darin sicher, wenn einzelne Strömungswege
der Filterstruktur beispielsweise durch Partikel blockiert sind.
-
Die
Einlaßkanäle 2 sind
einlaßseitig
an einen gemeinsamen Zuführkanal 6 angeschlossen,
der der Verteilung und Zuführung
der zu zerstäubenden Flüssigkeit
dient. Beim Darstellungsbeispiel ist der Zuführkanal 6 vorzugsweise
ringförmig
ausgebildet und umgibt die Einlaßkanäle 2 peripher. Insbesondere
ist der Zuführkanal 6 radial
zwischen der Filterstruktur bzw. den Erhebungen 5 einerseits
und den Einlaßkanälen 2 bzw.
Erhebungen 4 andererseits angeordnet. Der Zuführkanal 6 sorgt
insbesondere für eine
ausreichende Versorgung aller Einlaßkanäle 2 mit der zu zerstäubenden
Flüssigkeit,
beispielsweise auch wenn die Flüssigkeit
nur von einer Seite in der Darstellung gemäß 1 zugeführt wird
oder wenn die Filterstruktur teilweise verstopft ist.
-
Nachfolgend
die bevorzugte Herstellung der vorschlagsgemäßen, voranstehend beschriebenen Wirbeldüse 1 näher erläutert. Jedoch
sind die erläuterten
Herstellungsverfahren grundsätzlich
auch bei sonstigen, gegebenenfalls sogar mit einer Wirbelkammer
versehenen Wirbeldüsen
einsetzbar.
-
Die
Einlaßkanäle 2 und
der Auslaßkanal 3 – vorzugsweise
auch der gemeinsame Zuführkanal 6 und/oder
die Filterstruktur – werden
vorzugsweise in einem einstückigen
oder mehrteiligen Düsenkörper 7 gebildet.
Nachfolgend werden zwei vorschlagsgemäße Verfahren und Ausführungsformen
näher erläutert.
-
Der
Düsenkörper 7 ist
bei der ersten Ausführungsform
zweiteilig ausgebildet. Er umfaßt
ein erstes, vorzugsweise plattenförmiges Materialstück 8 und
ein zweites, vorzugsweise ebenfalls plattenförmiges Materialstück 9.
-
1 zeigt
lediglich das erste Materialstück 8,
die Wirbeldüse 1 also
ohne das eine Abdeckung bildende zweite Materialstück 9. 2 zeigt
in einem schematischen Schnitt entlang Linie II-II von 1 die
Wirbeldüse 1 mit
beiden Materialstücken 8 und 9 im
noch nicht vollständig
fertig gestellten Zustand.
-
Bei
der ersten Ausführungsform
werden zunächst
die gewünschten
Strukturen zumindest teilweise, insbesondere zumindest im wesentlichen
vollständig
im ersten Materialstück 8 ausgehend
von einer Flachseite gebildet, insbesondere durch Ätzen, wie
beispielsweise im eingangs beschriebenen Stand der Technik erläutert. Insbesondere
werden mindestens ein Einlaßkanal 2,
vorzugsweise alle Einlaßkanäle 2,
und der Auslaßkanal 3 ausgehend
von der Flachseite in dem ersten Materialstück 8 ausgenommen,
insbesondere als Vertiefungen durch Ätzen gebildet. Die Einlaßkanäle 2 verlaufen
hierbei insbesondere parallel zur Flachseite. Der Auslaßkanal 3 verläuft insbesondere
quer zur Flachseite und wird zunächst
nur als einseitig geschlossene Vertiefung (Sackloch) ausgenommen
bzw. ausgebildet.
-
Zusätzlich können gleichzeitig
auch alle weiteren gewünschten
Strukturen oder dergleichen in dem ersten Materialstück 8 gebildet
werden, insbesondere der gemeinsame Zuführkanal 6, die Filterstruktur
und/oder sonstige Zuleitungen oder dergleichen.
-
Das
erste Materialstück 8 besteht
vorzugsweise aus Silizium oder einem sonstigen geeigneten Werkstoff.
-
Anschließend wird
das erste Materialstück 8 mit
dem zweiten Materialstück 9 verbunden,
so daß das
zweite Materialstück 9 die
mit dem Einlaßkanal 2 bzw.
den Einlaßkanälen 2 versehene
Flachseite des ersten Materialstücks 8 zumindest
teilweise abdeckt, um die gewünschten
geschlossenen Hohlstrukturen der Wirbeldüse 1 zu bilden.
-
Das
Verbinden der Materialstücke 8 und 9 erfolgt
insbesondere durch sogenanntes Bonden bzw. Verschweißen. Jedoch
ist hier auch grundsätzlich jede
sonstige geeignete Art der Verbindung möglich.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante
wird ein nicht dargestelltes Plattenstück, insbesondere ein Silizium-Wafer,
verwendet, aus dem eine Vielzahl von ersten Materialstücken 8 für eine Vielzahl
von Wirbeldüsen 1 hergestellt
wird. Vor einer Zerlegung in einzelne Materialstücke 8 bzw. Wirbeldüsen 1 werden
vorzugsweise zunächst
die Strukturen, insbesondere Vertiefungen, ausgehend von einer Flachseite
des Plattenstücks
für die
Viel zahl von ersten Materialstücken 8 bzw.
Wirbeldüsen 1 hergestellt.
Dies erfolgt insbesondere durch das bei der Halbleiterherstellung übliche Behandeln
bzw. Ätzen
feiner Strukturen, so daß diesbezüglich auf
den Stand der Technik für
das Ätzen
von Silizium oder dergleichen verwiesen werden darf.
-
Besonders
bevorzugt wird das zweite Materialstück 9 ebenso wie das
erste Materialstück 8 aus einem
Plattenstück
hergestellt, das in eine Vielzahl von zweiten Materialstücken 9 zerlegt
bzw. aufgetrennt wird. Für
die Herstellung der ersten Materialstücke 8 wird besonders
bevorzugt ein Silizium-Wafer als Plattenstück verwendet, wie bereits erläutert. Für das Plattenstück zur Herstellung
der zweiten Materialstücke 9 kann
ebenfalls ein Silizium-Wafer oder sonstiger Wafer, eine Glasscheibe
oder dergleichen eingesetzt werden.
-
Wenn
sowohl für
die Herstellung der ersten Materialstücke 8 als auch für die Herstellung
der zweiten Materialstücke 9 jeweils
ein Plattenstück
eingesetzt werden, erfolgt besonders bevorzugt das Verbinden der
Plattenstücke
miteinander vor dem Zerlegen in die einzelnen Materialstücke 8 bzw. 9. Dies
erleichtert den Zusammenbau und die Positionierung wesentlich.
-
Zur
Erleichterung der Positionierung der Plattenstücke relativ zueinander werden
besonders bevorzugt Plattenstücke
gleicher Größe und Form eingesetzt.
Wenn beispielsweise ein kreisscheibenförmiger Silizium-Wafer zur Bildung
der ersten Materialstücke 8 verwendet
wird, bietet es sich an, ein kreisscheibenförmiges Plattenstück gleicher
Größe, beispielsweise
aus Glas, für
die Bildung der zweiten Materialstücke 9 zu verwenden.
Selbstverständlich können auch
andere Plattenformen verwendet und miteinander verbunden werden,
beispielsweise rechteckige Plattenstücke. Kreisscheiben bieten sich jedoch
besonders an, weil Wafer aus Silizium oder anderen Materialien besonders
preisgünstig
erhältlich
sind. Es ist anzumerken, daß die
Plattenstücke, die
miteinander verbunden werden, bedarfsweise auch unterschiedliche
Formen bzw. Größen aufweisen
können.
-
Nach
dem Verbinden der beiden Materialstücke 8 und 9 bzw.
der diese bildenden Plattenstücke – wahlweise
vor oder nach dem Auftrennen bzw. Zerlegen der Plattenstücke in die
einzelnen Materialstücke 8 bzw. 9 bzw.
in die Wirbeldüsen 1 – wird das
erste Materialstück 8 bzw.
das entsprechende Plat tenstück auf
der dem zweiten Materialstück 9 bzw.
dessen Plattenstück
abgewandten Flachseite abgetragen, insbesondere abgeschliffen. Hierdurch
wird die Dicke des ersten Materialstücks 8 wesentlich reduziert.
Bei einem üblichen
Silizium-Wafer beträgt
die Ausgangsdicke D1 üblicherweise
etwa 600 bis 700 μm.
Diese Dicke wird D1 wesentlich reduziert, beispielsweise auf eine
Dicke D2 von etwa 150 μm
oder weniger. Hierdurch erfolgt ein Öffnen der zunächst noch
einseitig geschlossenen Auslaßkanäle 3 von
der Abtragungsseite her. Die Länge
der Auslaßkanäle 3 wird also
durch die Dicke D2 bestimmt, auf die das erste Materialstück 8 bzw.
das die Materialstücke 8 bildende
Plattenstück
abgetragen wird.
-
Die
vorstehend erläuterte
Herstellung gestattet es, auf einfache Weise das erste Materialstück 8 sehr
dünn auszubilden
und dabei eine sehr hohe Stabilität und Widerstandskraft der
Wirbeldüse 1,
insbesondere gegen hohe Flüssigkeitsdrücke, zu
erreichen, da das zweite Materialstück 9 einen Verbund mit
dem ersten Materialstück 8 bildet
und für
die notwendige Stabilität
bzw. Stabilisierung des ersten Materialstücks 8 – auch bei
sehr geringer Dicke – sorgt.
-
Des
weiteren ist es einer hohen Stabilität bzw. Belastbarkeit des ersten
Materialstücks 8 auch bei
sehr geringer Dicke D2 zuträglich,
daß vorzugsweise
keine Wirbelkammer zwischen den Einlaßkanälen 2 und dem Auslaßkanal 3 vorgesehen
ist. Stattdessen können
sich die die Einlaßkanäle 2 begrenzenden
bzw. definierenden Erhebungen 4 oder sonstige Stege oder
dergleichen unmittelbar bis zu dem Auslaßkanal 3 erstrecken,
der gegenüber
einer normalen Wirbelkammer einen wesentlich geringeren Durchmesser
aufweist. Dementsprechend ist der in diesem Bereich freitragende
Abschnitt des ersten Materialstücks 8 im
wesentlichen auf den Durchmesser des Auslaßkanals 3 reduziert.
-
Die
verbundenen Plattenstücke
werden schließlich
in die vorzugsweise rechteckigen oder quadratischen Materialstücke 8 bzw. 9,
also in die fertigen Wirbeldüsen 1,
zerlegt, insbesondere durch Sägen
oder sonstige Bearbeitung.
-
Nachfolgend
wird eine zweite Ausführungsform
der vorschlagsgemäßen Wirbeldüse 1 und
eine zweite Ausführungsvariante
des bevorzugten Herstellungsverfahrens anhand von 3 näher erläutert. 3 zeigt
in einem zu 2 korrespondierenden Schnitt
die Wirbeldüse 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
Nachfolgend werden lediglich wesentliche Unterschiede der zweiten
Ausführungsform gegenüber der
ersten Ausführungsform
erläutert.
Die bisherigen Ausführungen
gelten ansonsten ergänzend
oder entsprechend.
-
Bei
der zweiten Ausführungsform
ist der Auslaßkanal 3 zumindest
teilweise – insbesondere
zumindest im wesentlichen – im
zweiten Materialstück 9 gebildet.
Die sonstige Struktur der Wirbeldüse 1, insbesondere
mindestens ein Einlaßkanal 2,
ist im ersten Materialstück 8 gebildet.
Folglich wird eine zumindest weitgehend unabhängige Herstellung des Auslaßkanals 3 von
der Herstellung der sonstigen Struktur der Wirbeldüse 1,
insbesondere vom Einlaßbereich
der Wirbeldüse 1,
ermöglicht.
-
Der
Auslaßkanal 3 wird
bei der zweiten Ausführungsform
vor dem Verbinden der beiden Materialstücke 8 und 9 zumindest
teilweise in dem zweiten Materialstück 9 ausgehend von
einer Flachseite und insbesondere quer zur Flachseite verlaufend
als Vertiefung ausgenommen, vorzugsweise geätzt. Jedoch ist es grundsätzlich auch
möglich,
den Auslaßkanal 3 erst
nach dem Verbinden der beiden Materialstücke 8 und 9 zu
bilden bzw. auszunehmen.
-
Besonders
bevorzugt wird der Auslaßkanal 3 vor
dem Verbinden der beiden Materialstücke 8 und 9 zunächst nur
einseitig offen in dem zweiten Materialstück 9 – insbesondere
durch Ätzen – ausgenommen,
insbesondere also als Sackloch wie bei der ersten Ausführungsform,
jedoch jetzt im zweiten Materialstück 9 und nicht im
ersten Materialstück 8.
-
Anschließend werden
die beiden Materialstücke 8 und 9 miteinander
verbunden. Vorzugsweise erfolgt dies wiederum dadurch, daß Plattenstücke miteinander
verbunden werden, die jeweils eine Vielzahl der Materialstücke 8 bzw. 9 bilden.
-
Schließlich wird
dann das zweite Materialstück 9 bzw.
das die zweiten Materialstücke 9 bildende
Plattenstück
auf der dem ersten Materialstück 8 abgewandten
Flachseite abgetragen, insbesondere wiederum abgeschliffen. Hierdurch
erfolgt ein Öffnen des
Auslaßkanals 3 bzw.
der Auslaßkanäle 3 von
der Abtragungsseite her.
-
Die
Abtragung des zweiten Materialstücks 9 bzw.
des entsprechenden Plattenstücks
erfolgt vorzugsweise auf die Dicke D2 wie bereits bei der ersten Ausführungsform
erläutert,
so daß die
diesbezüglichen
Ausführungen
entsprechend gelten.
-
Bei
der zweiten Ausführungsform
wird für das
zweite Materialstück 9 vorzugsweise
auch Silizium verwendet. Insbesondere wird ein Silizium-Wafer oder
dergleichen als Plattenstück
zur Bildung der zweiten Materialstücke 9 eingesetzt.
-
Die
erläuterten
vorschlagsgemäßen Herstellungsverfahren
sind nicht auf die Herstellung der vorschlagsgemäßen bzw. dargestellten Wirbeldüse 1 beschränkt, sondern
können
generell auch für
sonstige Wirbeldüsen 1 und
auch für
Wirbelkammerdüsen – also Wirbeldüsen mit
Wirbelkammern – eingesetzt werden.
-
Bei
der Herstellung wird bevorzugt Ätzen
zur Materialbearbeitung, insbesondere zum Materialabtrag, eingesetzt.
Hierdurch lassen sich sehr präzise sehr
feine Strukturen, insbesondere Vertiefungen, Kanäle und dergleichen erzeugen,
ganz besonders bevorzugt in dem μm-Bereich
von 50 μm,
insbesondere 30 μm
und weniger, herstellen. Jedoch können zusätzlich oder alternativ auch
sonstige Verfahren zur Materialbearbeitung und/oder Formgebung,
wie Laserbearbeitung, mechanische Bearbeitung, Gießen und/oder
Prägen,
eingesetzt werden.
-
Die
vorschlagsgemäße Wirbeldüse 1 wird besonders
bevorzugt zur Zerstäubung
einer flüssigen
Arzneimittelformulierung verwendet, wobei die Arzneimittelformulierung
unter hohem Druck durch die Wirbeldüse 1 geleitet wird,
so daß die
aus dem Auslaßkanal 3 austretende
Arzneimittelformulierung in ein nicht dargestelltes Aerosol zerstäubt wird,
insbesondere mit Partikeln bzw. Tropfen mit einem mittleren Durchmesser
von weniger als 10 μm,
vorzugsweise 1 bis 7 μm,
insbesondere im wesentlichen 5 μm
oder weniger.