Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Düsenanordnung zur Verwendung
in einer Zerstäubungseinrichtung,
die ein Spray erzeugt, wobei wenigstens zwei Flüssigkeitsstrahlen zur Kollision
gebracht werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere
eine miniaturisiert ausgebildete vorstehende Düsenanordnung.The
The present invention relates to a nozzle assembly for use
in an atomizing device,
which produces a spray, wherein at least two liquid jets for collision
to be brought. The present invention particularly relates
a miniaturized trained projecting nozzle assembly.
Aus
dem Stand der Technik sind Düsenanordnungen
zur Zerstäubung
einer Flüssigkeit
mittels Kollision von Flüssigkeitsstrahlen
beispielsweise aus der EP
0664733 B1 bekannt. Derartige bekannte Kollisionszerstäubungsdüsen umfassen
wenigstens zwei Kanäle,
die auf einer Seite in fluidischem Kontakt mit einem Reservoir stehen
und auf der anderen Seite die Einzelstrahlen so aufeinander zulaufen
lassen, dass sie sich in einem bestimmten Abstand vor der Düse treffen
und zur Kollision kommen. Die Kanäle der herkömmlichen Düsen sind planar in einer Ebene
ausgebildet, die dann von einer zweiten Ebene gedeckelt wird. Die
planare Ausführung
der Düsen führt insbesondere
bei miniaturisierter Ausbildung zur Zerstäubung von mikrofluidischen
Einheiten beispielsweise in den Bereichen Lifesciences oder Kosmetik
jedoch zu Problemen bei der Herstellung, da die Kanäle und insbesondere
auch die Düsenöffnung (der
Düsenaustritt)
für eine
zufriedenstellende Arbeitsweise der Düse mit ausreichend hoher Präzision ausgebildet
sein müssen.
Bei der Ausbildung von Kanälen
mittels 3D-Laserbohrung in Kunststoff oder Metallelemente wird zwar
eine hinreichend hohe Präzision
der Ausbildung und Anordnung der Kanäle erreicht. Derartige Verfahren
sind allerdings aufwendig und mit entsprechend hohen Kosten verbunden
Bei dem 2D-Schichtaufbau
kommt es außerdem
bei der Verbindung des kanalführenden.
Unterteils mit dem Deckelteil zu Problemen bei der exakten Positionierung
der Bauteile, was zu unkontrolliertem Abreissen der Einzelstrahlen
mit nur ungenügender
oder überhaupt
keiner Kollision führt.
Zur Behebung und genauen Positionierung kann ein daran anschließender Polierschritt
der Austrittsseite erfolgen, der wiederum zeitaufwendig und kostspielig
ist.From the prior art nozzle arrangements for atomizing a liquid by collision of liquid jets, for example from the EP 0664733 B1 known. Such known collision sputtering nozzles comprise at least two channels which are in fluidic contact with a reservoir on one side and on the other side the individual jets converge so that they meet at a certain distance in front of the nozzle and come to collision. The channels of the conventional nozzles are formed planar in a plane which is then capped by a second plane. However, the planar design of the nozzles leads in particular in miniaturized training for atomization of microfluidic units, for example in the fields of life sciences or cosmetics to manufacturing problems, since the channels and in particular the nozzle opening (the nozzle outlet) for a satisfactory operation of the nozzle with sufficiently high Precision must be trained. In the formation of channels by means of 3D laser drilling in plastic or metal elements, although a sufficiently high precision of the formation and arrangement of the channels is achieved. However, such methods are complex and associated with correspondingly high costs. In the 2D layer structure, it is also in the connection of the channel-leading. Bottom parts with the lid part to problems in the exact positioning of the components, resulting in uncontrolled tearing of the individual jets with insufficient or no collision. To remedy and accurate positioning, a subsequent polishing step of the exit side can be done, which in turn is time consuming and costly.
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist daher eine Düse anzugeben, die auch miniaturisiert
zuverlässig
und kostengünstig
hergestellt werden kann, und die auch in miniaturisierter Bauform
mit vertretbarem Ausschuß hergestellt
werden kann. Hierbei ist außerdem
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine miniaturisierbare Kollisionsdüse anzugeben,
die auch in hoher Präzision
kostengünstig
herstellbar ist und zufriedenstellend arbeitet. Hierbei ist außerdem Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Düse geeignetes Verfahren
anzugeben.task
The present invention is therefore a nozzle to specify, which also miniaturized
reliable
and cost-effective
can be produced, and also in miniaturized design
produced with justifiable committee
can be. Here is also
The object of the present invention is to specify a miniaturizable collision nozzle,
which also in high precision
economical
can be produced and works satisfactorily. This is also a task
of the present invention, a method suitable for the production of a nozzle according to the invention
specify.
Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung sind in den Merkmalen der Unteransprüche und/oder
der nachfolgenden Beschreibung erwähnt, die von schematischen Zeichnungen
begleitet ist. Hierzu zeigt:The
The object is achieved by the features of the independent claims. advantageous
versions
the present invention are in the features of the subclaims and / or
mentioned in the following description, that of schematic drawings
is accompanied. This shows:
1a eine
Draufsicht auf den Düsenauslass
und 1c eine Draufsicht auf den Düseneinlass einer Düse einer
ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung, 1b einen
Schnitt durch die Düse
von 1a und 1c entlang
der Linie A-A von 1a; 1d eine
Explosionsdarstellung der Düse
von 1a bis 1c; und 1e die
Düse von 1a bis 1d in
perspektivischer opaker Darstellung; 1a a plan view of the nozzle outlet and 1c a top view of the nozzle inlet of a nozzle of a first embodiment of the present invention, 1b a section through the nozzle of 1a and 1c along the line AA of 1a ; 1d an exploded view of the nozzle of 1a to 1c ; and 1e the nozzle of 1a to 1d in perspective opaque representation;
2a eine
Draufsicht auf den Düsenauslass
einer Düse
nach einer zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung, 2c eine
Draufsicht auf den Düseneinlass
von der Düse
von 2a, 2b einen Schnitt durch die Düse von 2a entlang
der Linie A-A von 2a; 2d eine
Explosionsdarstellung der Düse
von 2a bis 2c; und 2e eine
perspektivische opake Darstellung der Düse von 2a bis 2d; 2a a top view of the nozzle outlet of a nozzle according to a second embodiment of the present invention, 2c a plan view of the nozzle inlet from the nozzle of 2a . 2 B a section through the nozzle of 2a along the line AA of 2a ; 2d an exploded view of the nozzle of 2a to 2c ; and 2e a perspective opaque representation of the nozzle of 2a to 2d ;
3a eine
Draufsicht auf den Düsenauslass
einer Düse
einer dritten Ausführung
der vorliegenden Erfindung; und Fig. b einen Schnitt durch die Düse von 3a entlang
der Linie A-A von 3a; und 3d eine
Explosionsdarstellung der Düse von 3a und 3b;
und 3e eine perspektivische opake Darstellung der
Düse von 3a bis 3d; und 3a a plan view of the nozzle outlet of a nozzle of a third embodiment of the present invention; and Fig. B is a section through the nozzle of 3a along the line AA of 3a ; and 3d an exploded view of the nozzle of 3a and 3b ; and 3e a perspective opaque representation of the nozzle of 3a to 3d ; and
4a eine
Draufsicht auf den Düsenauslass
einer Düse
nach einer vierten Ausführung
der vorliegenden Erfindung; und 4c eine
Draufsicht auf den Düseneinlass
der Düse
von 4a; und 4b einen
Schnitt durch die Düse
von 4a und 4c entlang
der Linie A-A von 4a; und 4d eine
Explosionsdarstellung der Düse
von 4a bis 4c; und 4e eine
perspektivische opake Darstellung der Düse von 4a bis 4d; und 4a a plan view of the nozzle outlet of a nozzle according to a fourth embodiment of the present invention; and 4c a plan view of the nozzle inlet of the nozzle of 4a ; and 4b a section through the nozzle of 4a and 4c along the line AA of 4a ; and 4d an exploded view of the nozzle of 4a to 4c ; and 4e a perspective opaque representation of the nozzle of 4a to 4d ; and
5a und 5b stark
schematisierte vergrößerte Darstellungen
des Düsengrundkörpers einer
erfindungsgemäßen Düse im Bereich
der Düsenöffnung 5a and 5b highly schematic enlarged representations of the nozzle body of a nozzle according to the invention in the region of the nozzle opening
Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Düse zum Zerstäuben einer
Flüssigkeit durch
Kollision von Flüssigkeitsstrahlen
mit einem Grundkörper,
in dem eine Ausnehmung ausgebildet ist und mit einem Einsatz, der
derart korrespondierend zu der Ausnehmung ausgebildet ist, dass
der Einsatz form- oder kraftschlüssig
in die Ausnehmung paßt.
Der Einsatz umfasst außerdem
wenigstens eine Oberfläche,
in der wenigstens zwei Kanäle
derart ausgebildet sind, dass sich eine Verlängerung der Kanäle in einem
Kollisionspunkt schneidet, wobei der Einsatz derart in die Ausnehmung
eingesetzt ist, dass der Grundkörper
die Kanäle
auf der Oberfläche des
Einsatzes abdeckt und lediglich jeweils ein Einlass und ein Auslass
der Kanäle
frei liegt.The present invention relates in particular to a nozzle for atomizing a liquid by collision of liquid jets with a base body, in which a recess is formed and with an insert which is formed corresponding to the recess so that the insert fits positively or non-positively into the recess , The insert also comprises at least one surface in which at least two channels of the are formed such that an extension of the channels intersect at a collision point, wherein the insert is inserted into the recess such that the base body covers the channels on the surface of the insert and only one inlet and one outlet of the channels is exposed.
Eine
abgewandelte erfindungsgemäße Düse zum Zerstäuben einer
Flüssigkeit
durch Kollision von Flüssigkeitsstrahlen
umfasst insbesondere einen Grundkörper in dem eine Ausnehmung
ausgebildet ist und außerdem
einen Einsatz, der korrespondierend zu der Ausnehmung ausgebildet
ist, so dass der Einsatz form- oder
kraftschlüssig
in die Ausnehmung paßt,
wobei die Ausnehmung derart ausgebildet ist, und in der Oberfläche der
Ausnehmung wenigstens zwei Kanäle
derart ausgebildet sind, dass sich eine Verlängerung der Kanäle in einem
Kollisionspunkt schneidet. Bei der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist der Einsatz außerdem
derart in die Ausnehmung eingesetzt, dass der Einsatz die Kanäle auf der
Oberfläche
der Ausnehmung abdeckt, so dass die Kanäle lediglich jeweils an ihrem
Einlass und an ihrem Auslass frei liegen.A
modified nozzle according to the invention for atomizing a
liquid
by collision of liquid jets
in particular comprises a base body in which a recess
is formed and besides
an insert which is formed corresponding to the recess
is, so the use form or
force fit
fits in the recess,
wherein the recess is formed in such a way, and in the surface of the
Recess at least two channels
are formed such that an extension of the channels in one
Collision point intersects. In the second embodiment of the present invention
is the use as well
inserted into the recess such that the use of the channels on the
surface
the recess covers, so that the channels only at their respective
Inlet and be exposed at its outlet.
Insbesondere
durch die vorteilhafte passgenaue Ausbildung von Einsatz und Grundkörper und deren
vorteilhafte form- oder kraftschlüssige Verbindung werden die
Nachteile bei der Herstellung der Düsen herkömmlicher Bauart und insbesondere
bei der Herstellung miniaturisiert ausgebildeter Düsen herkömmlicher
Bauart, die insbesondere bei der Positionierung von Grund- und Deckschicht
auftreten vorteilhaft vermieden.Especially
by the advantageous tailor-made training of use and body and their
advantageous positive or non-positive connection are the
Disadvantages in the production of nozzles of conventional design and in particular
in the manufacture of miniaturized trained nozzles conventional
Type of construction, especially in the positioning of ground and top layer
occur advantageous avoided.
Nach
einer besonderes vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung
kann der Einsatz einer erfindungsgemäßen Düse nach der ersten und der
zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung kegelförmig und/oder pyramidenförmig und/oder halbmondförmig und/oder
keilförmig
ausgebildet sein.To
a particular advantageous embodiment of the present invention
the use of a nozzle according to the invention after the first and the
second embodiment
of the present invention conical and / or pyramidal and / or crescent-shaped and / or
cuneiform
be educated.
Eine
erfindungsgemäße Düse umfasst
geeigneter Weise wenigstens zwei Flüssigkeitskanäle.A
comprises nozzle according to the invention
suitably at least two fluid channels.
Eine
erfindungsgemäße Düse kann
insbesondere in miniaturisierter Bauform vorteilhaft mittels Fräsen, Heißprägen, Abformverfahren
oder Spritzguß hergestellt
werden.A
inventive nozzle can
especially in miniaturized design advantageous by means of milling, hot stamping, molding
or injection molded
become.
Eine
erfindungsgemäße Düse kann
insbesondere vorteilhaft in der Pharmazie und Kosmetik insbesondere
auch zum Mischen verschiedener Flüssigkeiten verwendet werden.A
inventive nozzle can
especially advantageous in pharmacy and cosmetics in particular
also be used for mixing different liquids.
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen
Zeichnungen detailliert beschrieben.The
The present invention will be described below with reference to the schematic
Drawings described in detail.
1 zeigt eine Düse 1 einer ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung mit einem Grundkörper 2, in dem eine
geeignete Ausnehmung durch den Grundkörper 2 durchgehende
Ausnehmung 3 ausgebildet ist, die sich geeigneter Weise
von der Düseneinlasseite
bis zur Düsenauslasseite
hin verjüngt,
wobei durch die Verjüngung
der Ausnehmung ein Winkel vorgegeben ist, in dem sich zwei aus den in
dem Einsatz 4 ausgebildeten Kanälen 5 austretenden
Flüssigkeitsstrahlen
aufeinandertreffen. Es ist klar, dass hierdurch auch der Abstand
des Kollisionspunktes der Flüssigkeitsstrahlen
von der Unterseite des Grundkörpers 2 (der
Düsenaustrittseite),
die in 1a dargestellt ist, vorgegeben
ist. Erfindungsgemäß ist der
Einsatz 4 derart ausgebildet, dass er form- oder kraftschlüssig in
die Ausnehmung 3 paßt, wobei
an wenigstens einer geeigneten Oberfläche des Einsatzes 4 geeignete
Kanäle 5 ausgebildet
sind. Bei der Ausführung
der vorliegenden Erfindung in 1 ist
der vorteilhafte Einsatz 4 geeigneter Weise keilförmig bzw.
in Form eine flache Pyramide ausgebildet, und korrespondiert mit
der Ausbildung der Ausnehmung 3 in dem Grundkörper 2. 1 shows a nozzle 1 a first embodiment of the present invention having a base body 2 in which a suitable recess through the body 2 through recess 3 is formed, which tapers in a suitable manner from the nozzle inlet side to the nozzle outlet side, wherein by the taper of the recess an angle is predetermined, in which two of the in the insert 4 trained channels 5 Exiting fluid jets meet. It is clear that this also the distance of the collision point of the liquid jets from the bottom of the body 2 (the nozzle exit side), which in 1a is shown, is given. According to the invention is the use 4 designed such that it positively or non-positively into the recess 3 fits on at least one suitable surface of the insert 4 suitable channels 5 are formed. In the practice of the present invention in 1 is the advantageous use 4 suitably wedge-shaped or in the form of a flat pyramid, and corresponds to the formation of the recess 3 in the main body 2 ,
2 zeigt eine Abwandlung der Ausführung der
vorliegenden Erfindung von 1a mit
einem Grundkörper 2,
einer Ausnehmung 3 und einem pyramidenförmigen Einsatz 4 mit
Kanälen 5.
Wie bei der Ausführung
aus 1 ist bei der Ausführung von 2 durch die Geometrie des Einsatzes 4 bzw.
der Ausnehmung 3 und der Anordnung der Kanäle 5 der Kollisionspunkt
K von Flüssigkeitsstrahlen,
die aus den Kanälen 5 austreten,
vorgegeben und außerdem der
Abstand von der Düsenöffnung vorgegeben.
Vorteilhaft ist bei der Ausführung
von 2 Grundkörper 2 und Einsatz 4 form-
oder kraftschlüssig
verbunden. 2 shows a modification of the embodiment of the present invention of 1a with a basic body 2 , a recess 3 and a pyramidal insert 4 with channels 5 , As with the execution 1 is in the execution of 2 through the geometry of the insert 4 or the recess 3 and the arrangement of the channels 5 the collision point K of liquid jets coming out of the channels 5 emerge, given and also specified the distance from the nozzle opening. It is advantageous in the execution of 2 body 2 and use 4 positively or non-positively connected.
3 zeigt eine dritte Ausführung der
vorliegenden Erfindung mit einem Grundkörper 2 und einem Einsatz 4,
der geeigneter Weise kegelförmig ausgebildet
ist, und in dessen Kegelmantel wenigstens zwei geeignete Kanäle 5 ausgebildet
sind. Der kegelförmige
Einsatz 4 hat die Form eines Kegelstumpfes mit abgeschnittener
Spitze, wobei die Kanäle 5 derart
im Mantel des Kegels ausgebildet sind, dass sich aus den Kanälen austretende
Flüssigkeitsstrahlen
in einem Kollisionspunkt K treffen, der etwa der Kegelspitze (Kegelscheitel)
entspricht, und der außerdem
durch die Mittelachse des Kegels bestimmt ist. Der erfindungsgemäße Einsatz 4 ist
vorteilhaft derart korrespondierend mit der Ausnehmung 3 des
Grundkörpers 2 ausgebildet,
dass er form- und/oder kraftschlüssig
in die Ausnehmung 3 paßt und
auf einfacher Weise dauerhaft mit dem Grundkörper 2 verbunden werden
kann, wobei die Kanäle 5 von
der Wand der Ausnehmung 3 bestimmten Wand des Grundkörpers 2 derart
abgedeckt sind, dass die Kanäle 5 lediglich
an der Einlasseite und der Auslasseite der Düse 1 frei liegen.
Dies gilt natürlich auch
für die
zuvor anhand von 1 und 2 beschriebenen
Ausführungen. 3 shows a third embodiment of the present invention with a main body 2 and a mission 4 , which is suitably cone-shaped, and in whose conical surface at least two suitable channels 5 are formed. The cone-shaped insert 4 has the shape of a truncated cone with a cut tip, the channels 5 are formed in the mantle of the cone, that emerge from the channels emerging fluid jets in a collision point K, which corresponds approximately to the apex of the cone (cone vertex), and which is also determined by the central axis of the cone. The use according to the invention 4 is advantageously so corresponding to the recess 3 of the basic body 2 designed so that it positively and / or non-positively into the recess 3 fits easily and permanently with the body 2 can be connected, the channels 5 from the wall of the recess 3 certain wall of the main body 2 are covered so that the channels 5 only on the inlet side and the outlet side of the nozzle 1 lie free. Of course, this also applies to the previously based on 1 and 2 beschrie give explanations.
4 zeigt eine vierte Ausführung der
vorliegenden Erfindung mit einem Grundkörper 2 und einem geeigneter
Weise halbmondförmig
ausgebildeten Einsatz 4 an dessen gegenüberliegenden und nicht parallelen
Wandflächen
geeignete Kanäle 5 ausgebildet
sind. Der halbmondförmige
Einsatz 4 mit den Kanälen 5 ist
außerdem
derart ausgebildet und mit der Ausnehmung 3 in dem Grundkörper 2 korrespondierend
ausgebildet, dass der halbmondförmige Einsatz 4 vorteilhaft
form- und/oder kraftschlüssig in die
Ausnehmung 3 des Grundkörpers 2 paßt, so dass der
Einsatz 4 und der Grundkörper 2 dauerhaft miteinander
verbunden sind, und die Kanäle 5 von
dem Grundkörper 2 derart
abgedeckt sind, dass sie lediglich an der Einlasseite und der Auslasseite
des Düsenkörpers 1 frei
liegen, und aus den Kanälen 5 austretende
Flüssigkeitsstrahlen
sich in einem vorbestimmten Kollisionspunkt K in vorbestimmtem Abstand
von der Düsenauslasseite
des Grundkörpers 2 treffen.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Einsatz 4 ähnlich wie
der kegelstumpfförmige
Einsatz 4 der Ausbildung von 3 an
der Düsenauslasseite
um einen vorbestimmten Betrag abgeschnitten ist. 4 shows a fourth embodiment of the present invention with a main body 2 and a suitably crescent-shaped insert 4 on the opposite and non-parallel wall surfaces suitable channels 5 are formed. The crescent-shaped insert 4 with the channels 5 is also designed and with the recess 3 in the main body 2 formed corresponding to that of the crescent-shaped insert 4 advantageous positive and / or non-positive in the recess 3 of the basic body 2 fits, so the use 4 and the main body 2 permanently connected, and the channels 5 from the main body 2 are covered so that they only on the inlet side and the outlet side of the nozzle body 1 lie free, and out of the channels 5 exiting liquid jets at a predetermined point of collision K at a predetermined distance from the nozzle outlet side of the body 2 to meet. This can be achieved, for example, that the use 4 similar to the frusto-conical insert 4 the education of 3 is cut off at the nozzle outlet side by a predetermined amount.
Es
ist klar, dass die vorliegenden Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele
gemäß von 1 bis 4 beschränkt ist,
die auf vielfältiger
Weise modifiziert und abgewandelt werden können. Beispielsweise kann die
Ausführung
von 3 drei oder mehr Kanäle 5 auf
den Mantel des Kegelstumpfs 4 aufweisen, oder die Pyramide 4 von 2 kann an der Einlasseite der Düse 1 eine
dreieckige oder mehreckige bzw. sechseckige Grundfläche mit
drei oder mehr Kanälen 5 aufweisen.It is clear that the present invention is not limited to the embodiments according to FIG 1 to 4 is limited, which can be modified and modified in many ways. For example, the execution of 3 three or more channels 5 on the mantle of the truncated cone 4 exhibit, or the pyramid 4 from 2 can be on the inlet side of the nozzle 1 a triangular or polygonal or hexagonal base with three or more channels 5 exhibit.
Mit
der vorteilhaften form- und kraftschlüssigen Ausbildung von Einsatz 4 und
Grundfläche 2 werden
die beim Stand der Technik auftretenden Nachteile insbesondere bei
der Positionierung von Grund- und Deckschicht vorteilhaft vermieden.With the advantageous positive and non-positive training of use 4 and footprint 2 the disadvantages occurring in the prior art are advantageously avoided, in particular in the positioning of the base and cover layers.
Ein
Einsatz 4 einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung kann geeigneter Weise außerdem in
einer korrespondierenden Ausnehmung 3 des Grundkörpers 2 geklebt
und/oder gepreßt
werden, wobei Grundkörper 2 und
Einsatz 4 jeweils aus identischem, gleichartigem oder verschiedenartigem
Materialien mit geeigneten gleichen oder verschiedenen Elastizitätskoeffizienten
bestehen können.A mission 4 an embodiment of the present invention may suitably also in a corresponding recess 3 of the basic body 2 glued and / or pressed, wherein basic body 2 and use 4 may each consist of identical, similar or diverse materials with suitable same or different coefficients of elasticity.
Die
Kanäle 5 eines
erfindungsgemäßen miniaturisiert
ausgebildeten Düsenelements
haben vorteilhaft einen hydraulischen Durchmesser von etwa 1 μm bis 2 mm,
wobei hydraulischer Durchmesser Dh hier als Dh = 4·A/U verstanden
wird, mit A als Querschnittsfläche
des Kanals und U als dessen Umfang. Die Kanallänge ist hierbei geeigneter
Weise wenigstens doppelt so lang wie der hydraulische Durchmesser
Dh und kann natürlich
auch ein beliebiges Vielfaches des Durchmessers Dh betragen. Die
Kanäle 5 können geeigneter
Weise außerdem
in einem Winkel von etwa 10° bis
180° und
vorteilhaft in einem Winkel von etwa 60° bis 120° zueinander angeordnet sein, wobei
sich ein Kollisionspunkt etwa in einem Abstand von etwa 2 μm bis 10
cm von dem Düsenauslass
ergeben kann. Es ist klar, daß sich
die Bauhöhe
von Grundkörper 2 und
Einsatz 4 aus der Kanallänge ergibt.The channels 5 a miniaturized nozzle element according to the invention advantageously have a hydraulic diameter of about 1 .mu.m to 2 mm, wherein hydraulic diameter Dh is understood here as Dh = 4 · A / U, with A as the cross-sectional area of the channel and U as its circumference. The channel length is suitably at least twice as long as the hydraulic diameter Dh and, of course, can also be any multiple of the diameter Dh. The channels 5 may also suitably be arranged at an angle of about 10 ° to 180 ° and advantageously at an angle of about 60 ° to 120 ° to each other, which may result in a collision point approximately at a distance of about 2 μm to 10 cm from the nozzle outlet , It is clear that the height of basic body 2 and use 4 from the channel length.
5a zeigt
zum besseren Verständnis
der vorstehend beschriebenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung
eine stark schematisierte Darstellung eines Düsengrundkörpers 2 mit einer
Ausnehmung 3 und zwei Flüssigkeitsstrahlen (Pfeile),
die sich in einem Kollisionspunkt K treffen. Die Düse 1 kann
geeigneter Weise derart ausgebildet sein, daß die Flüssigkeitsstrahlen in einem
Winkel aufeinandertreffen, der durch die Geometrie der Ausnehmung 3 und
der Kanäle 5 vorgegeben
ist, wobei der Kollisionspunkt K auf der Winkelhalbierenden des
Winkels zwischen den Flüssigkeitsstrahlen
liegt und ausserdem wie im Fall etwa der Ausführung von 3 auf der
Verlängerung
der Kegelachse A des Einsatzes 4 liegt. 5a shows a highly schematic representation of a nozzle body to better understand the embodiments of the present invention described above 2 with a recess 3 and two liquid jets (arrows) meeting at a collision point K. The nozzle 1 may suitably be designed such that the liquid jets meet at an angle which is determined by the geometry of the recess 3 and the channels 5 is given, wherein the collision point K is located on the bisector of the angle between the liquid jets and also as in the case of about the execution of 3 on the extension of the cone axis A of the insert 4 lies.
Es
ist jedoch klar, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf die Geometrie von 5a mit
der zu der Achse A symmetrischen Ausnehmung 3 beschränkt ist
und beispielsweise entsprechend der Geometrie von 5b abgewandelt
werden kann, auf deren detaillierte Beschreibung hier der Einfachheit
halber verzichtet wird.However, it is understood that the present invention is not limited to the geometry of 5a with the symmetrical to the axis A recess 3 is limited and, for example, according to the geometry of 5b can be modified, whose detailed description is omitted here for the sake of simplicity.
Zur
Fertigung des Düsengrundkörpers 2 und der
Düse 2 stehen
geeigneter Weise die nachfolgenden vorteilhaften Verfahren zur Verfügung:For the production of the nozzle body 2 and the nozzle 2 Suitably, the following advantageous methods are available:
Fräsenmill
Die
Form des Düsengrundkörpers 2 kann
relativ leicht mittels Fräsen
hergestellt werden. Bei rotationssymmetrischen Teilen kann der Düsengrundkörpers 2 auch
mittels Drehen hergestellt werden. Die Kanäle 5 können ebenfalls
mittels Fräsen
oder eines verwandten Verfahrens (z.B. Sägen, Ritzen) hergestellt werden.
Die Ausnehmung 3 im Grundkörper 2 kann, wenn
sie rotationssymmetrisch verläuft,
mittels eines Formfräsers
hergestellt werden. Bei anderen Formen kann auf Standardfräser und
ein entsprechendes Fräsprogramm
zurückgegriffen
werden. Bei sich ergebenden abgerundeten Ecken werden diese vorteilhaft
durch eine entsprechende Düsenkörperform 2 mit
geeigneter Ausnehmung 3 ausgeglichen werden. Solange an
den Ecken keine relevanten Strukturen verlaufen (Kanäle), wird
das Zusammenspiel der des Grundkörpers 2 mit
dem Einsatz 4 nicht beeinträchtigt.The shape of the nozzle body 2 can be made relatively easily by milling. In rotationally symmetrical parts of the nozzle body 2 also be made by turning. The channels 5 can also be made by milling or a related process (eg sawing, scribing). The recess 3 in the main body 2 can, if it is rotationally symmetric, are produced by means of a form milling cutter. For other shapes, standard cutters and a corresponding milling program can be used. For resulting rounded corners, these are advantageously provided by a corresponding nozzle body shape 2 with a suitable recess 3 be compensated. As long as there are no relevant structures (channels) at the corners, the interaction of the main body becomes 2 with the use 4 not impaired.
Heißprägenhot stamping
Um
den Grundkörper 2 und/oder
den Einsatz 4 Heißprägen zu können, wird
zunächst
vorteilhaft ein Negativ-Master verwendet. Geeignet sind hierbei sowohl
klassische Fräsverfahren,
bei denen direkt im Zielmaterial (Werkzeugstahl) gearbeitet wird,
als Verfahren der Stereolithographie, bei denen aus einem formlosen
Stoff (Flüssigkeit)
unter Zuhilfenahme von z.B. Laserstrahlung ein dreidimensionaler
Körper aufgebaut
wird. Dieser Körper
kann, insofern sein Material für
das Heißprägen ungeeignet
ist, z.B. mittels galvanischer Abscheidung auf seiner Oberfläche entsprechend
verstärkt
werden.To the main body 2 and / or the use 4 To be able to hot embossing, a negative master is first advantageously used. Both classic milling methods, in which work is carried out directly in the target material (tool steel), are suitable as methods of stereolithography, in which a three-dimensional body is built up from an informal substance (liquid) with the aid of, for example, laser radiation. This body can, insofar as its material is unsuitable for hot stamping, for example, be strengthened by means of electrodeposition on its surface accordingly.
Abformverfahrenmolding process
Außerdem bieten
sich geeigneter Weise Abformverfahren an, bei denen zunächst ein
(positiver und somit leicht herzustellender) Düsenkörper 2 mittels Fräsen erstellt
wird. Dieser kann dann beispielsweise als Werkzeugelektrode beim
Senkerodieren dienen, so dass eine exakt passende Negativ-Kopie des
Düsenkörpers 2 im
Düsengehäuse erzeugt
wird, und zwar vorzugsweise direkt im (metallischen) Zielmaterial.
Ansatzweise ist aber heute auch die Strukturierung keramischer Substrate
mittels Senkerodieren möglich.In addition, suitable molding methods are suitable in which first a (positive and thus easy to manufacture) nozzle body 2 is created by milling. This can then serve, for example, as a tool electrode during sinking EDM, so that a precisely fitting negative copy of the nozzle body 2 is generated in the nozzle housing, preferably directly in the (metallic) target material. As an approach, however, structuring of ceramic substrates by means of die sinking is also possible today.
Spritzgußinjection
Stehen
Negativ-Master aus temperaturfestem Stahl für den Grundkörper und/oder
den Einsatz 4 zur Verfügung,
so bietet sich das Spritzgußverfahren
zur Herstellung größerer Stückzahlen
besonders an. Kommerziell erhältliche
Spritzgußmaschinen können heute
schon Schussgewichte von wenigen Milligramm herstellen, so dass
auch miniaturisierte Formen des Düsenkörpers 2 mit dem Einsatz 4 ohne Schwierigkeiten
abformbar sind.Stand negative master made of temperature-resistant steel for the base body and / or the insert 4 available, so offers the injection molding process for the production of larger quantities especially. Commercially available injection molding machines can today already produce shot weights of a few milligrams, so that even miniaturized forms of the nozzle body 2 with the use 4 can be molded without difficulty.
Nachfolgend
werden geeignete vorteilhafte Verfahren insbesondere zur Verbindung
von Einsatz 4 und Grundkörper 2 einer erfindungsgemäßen und insbesondere
miniaturisiert ausgebildeten Düse 1 beschrieben.Below are suitable advantageous methods in particular for the connection of use 4 and basic body 2 an inventive and in particular miniaturized trained nozzle 1 described.
Klebenglue
Unstrukturierten
Flächen
(miteinander kommunizierende Oberflächen von Grundkörper 2 und Einsatz 4),
werden einseitig mit geeignetem Klebstoff versehen. Dies kann mittels
Bestreichen, und vorteilhaft mittels Besprühen oder Kapillarkräften durchgeführt werden,
unter Verwendung von beispielsweise UB-härtenden Klebern oder Lösungsmittelklebern.Unstructured surfaces (communicating surfaces of basic body 2 and use 4 ), are provided on one side with suitable adhesive. This can be done by brushing, and advantageously by spraying or capillary forces, using, for example, UB-curing adhesives or solvent adhesives.
Selbsthemmendes KlemmenSelf-locking clamping
Bei
geeigneter Wahl der Winkel von Einsatz 4 und Ausnehmung 3 und
der Reibzahlen ihrer Oberflächen
kann der Einsatz 4 nach Eindrücken in den Grundkörper 2 dort
vorteilhaft ohne weitere Fügemittel
verbleiben (Keilwirkung), was besonders vorteilhaft durch geeignete
Materialwahl von Einsatz 4 und Grundkörper 2 mit vorbestimmten
physikalischen Eigenschaften, wie insbesondere Elastizität der Fügepartner
erzielt wird.With a suitable choice of angle of use 4 and recess 3 and the friction of their surfaces can be the use 4 after pressing into the body 2 There advantageous without further joining agents remain (wedge effect), which is particularly advantageous by suitable choice of material of use 4 and basic body 2 is achieved with predetermined physical properties, in particular elasticity of the joining partners.
Außerdem kann
beispielsweise bei metallischen Materialien oder solchen größerer Temperaturausdehnungskoeffizienten
ein Schrumpfverbund hergestellt werden, indem der innere Körper gekühlt, und
der äußere erwärmt wird.
Bei Erreichen der Umgebungstemperatur haben sich die beiden Körper einander
soweit angenähert,
dass sie durch die Flächenpressung
dicht aufeinander gehalten werden.In addition, can
for example, metallic materials or such larger thermal expansion coefficients
a shrinkage bond can be made by cooling the inner body, and
the outside is heated.
Upon reaching the ambient temperature, the two bodies have each other
as far as approximated,
that they through the surface pressure
be held close together.
Formschlüssiges KlemmenPositive locking
Mit
Hilfe entsprechender Formgebung, beispielsweise einer umlaufenden
Wulst an der düsenaustrittsabgewandten
Seite des Grundkörpers 2 und einer
damit kommunizierenden Ausnehmung am Einsatz 4, kann dieser
nach dem Eindrücken
in den Grundkörper 2 in
seiner Endstellung gehalten werden. Eine derartige vorteilhafte
Fügehilfe
kann außerdem
gleichzeitig als Anschlag dienen, der Einsatz 4 und Grundkörper 2 vorteilhaft
axial in einer vorbestimmten Position hält.With the help of appropriate shaping, for example, a circumferential bead on the nozzle outlet side facing away from the body 2 and a recess communicating therewith on the insert 4 , this can be done after pressing into the main body 2 be held in its final position. Such an advantageous joining aid can also serve as a stop, the use 4 and basic body 2 advantageously holds axially in a predetermined position.
Ultraschall-ReibschweißenUltrasonic friction welding
Mittels
hochfrequenter Schwingungen, die in den Grundkörper 2 während des
Eindrückens
des Einsatzes 4 eingekoppelt werden, kann dessen Oberfläche an definierten
Berührungspunkten
mit dem Grundkörper 2 in
erweichten oder schmelzflüssigen
Zustand gebracht werden. Großflächigere
Areale, die mittels einer speziellen Formgebung eines Fügewerkzeuges
(z.B.: Sonotrode) hart bleiben, können geeigneter Weise als Anschläge dienen,
um eine vorbestimmte Position von Grundkörper 2 und Einsatz 4 am
Ende des Fügevorganges
zu gewährleisten.By means of high-frequency vibrations, which in the basic body 2 while impressing the insert 4 can be coupled, its surface at defined points of contact with the main body 2 be brought into a softened or molten state. Larger areas that remain hard by means of a special shaping of a joining tool (eg sonotrode) can suitably serve as stops to a predetermined position of the base body 2 and use 4 to ensure at the end of the joining process.
Laserschweißenlaser welding
Mittels
Laserschweiß – Verfahren
können
die Grundkörper 2 und
Einsatz 4 Grundkörper 2 und
Einsatz 4 auf ihren miteinander kommunizierenden Flächen miteinander
durch Wärmestrahlung
aufgeschmolzen und verschweißt
werden, was vorteilhaft zu sehr dauerhaften und stabilen Verbindungen.Using laser welding procedures, the basic bodies 2 and use 4 body 2 and use 4 be melted together by heat radiation on their communicating surfaces with each other and welded, which is advantageous to very durable and stable connections.
Eine
erfindungsgemäße Düse 1 kann
insbesondere in miniaturisierter Bauform vorteilhaft in den nachfolgenden
Anwendungen eingesetzt werden:A nozzle according to the invention 1 can be used advantageously in the following applications, especially in a miniaturized design:
Pharmakologiepharmacology
Hier
geht es um die Vernebelung von flüssigen Substanzen in Luft,
die beispielsweise lungengängig
sein soll. Im Allgemeinen ist jedoch weder eine zu große noch
eine zu geringe Tröpfchengröße vorteilhaft,
da nur Tröpfchen
eines relativ schmalen Bandes (ca. 5 μm ± 3 μm) in die gewünschten
Partien der Lunge vordringen, jedoch nicht weiter. Dieses Ziel wird
durch eine große
Anzahl der am Markt befindlichen Zerstäuber z.B. gegen Asthma nur
unzureichend erreicht. Lediglich unter hohem Aufwand, den insbesondere
der Genauigkeit einer erfindungsgemäßen Düse 1, das Vernebelungsprinzip
und die Gleichmäßigkeit
des Ausbringdruckes bedingt, ist eine Erzeugung von Tröpfchen gewünschter
Größe erreichbar.This is about the nebulisation of liquid substances in air, which should be respirable, for example. In general, however, neither too great nor too small a droplet size is advantageous, since only droplets of a relatively narrow band (about 5 microns ± 3 microns) penetrate into the desired parts of the lung, but not further. This goal is only insufficiently achieved by a large number of nebulizers on the market, for example against asthma. Only at great expense, in particular the accuracy of a nozzle according to the invention 1 , The fogging principle and the uniformity of Ausbringdruckes conditional, a generation of droplets of desired size is achievable.
Kosmetikcosmetics
Vielfältige Anwendung
findet eine erfindungsgemäße Düse 1 als
Zerstäuber
in den Bereichen Kosmetik, z.B. für Parfümflüssigkeiten, Sprühcremes
(Sonnenschutz, Lippenstift, Rouges). Im Allgemeinen reicht die Qualität herkömmlicher
Zerstäubertypen
aus, wobei insbesondere bei (oft sehr teuren) Parfüms eine
genauere Kontrolle der Tröpfchengröße wünschenswert,
jedoch unter Maßgabe
der Kosten entsprechender Zerstäuber
nicht durchführbar
ist. Da die Komposition von komplexen Düften auf der exakten Abstimmung
von Grunddüften
beruht, ist das Verhalten eines großen Tropfens, der auf der Haut
verdampft, unter Umständen
sehr unterschiedlich von einem kleineren Tropfen, der bereits nach
Verlassen der Sprühdüse verdampft,
ohne die Haut zu berühren,
oder auch mit Bestandteilen der Umgebungsluft reagiert (Sauerstoff,
Luftfeuchte).Diverse application finds a nozzle according to the invention 1 as atomizers in the fields of cosmetics, eg for perfume liquids, spray creams (sunscreen, lipstick, rouges). In general, the quality of conventional nebulizer types is sufficient, in particular for (often very expensive) perfumes, a more precise control of the droplet size desirable, but not feasible given the cost of corresponding atomizer. Since the composition of complex fragrances is based on the exact balance of basic fragrances, the behavior of a large drop that evaporates on the skin may be very different from a smaller drop that evaporates after leaving the spray nozzle without touching the skin. or also reacts with components of the ambient air (oxygen, air humidity).
LandwirtschaftAgriculture
Zum
insbesondere gezieltem dosiertem Versprühen von Pflanzenschutz, Düngemittel,
u.ä.To the
in particular targeted metered spraying of crop protection, fertilizers,
etc.
MischenMix
Auch
das Mischen unterschiedlicher Flüssigkeiten
außerhalb
der getrennten Reservoire ist besonders vorteilhaft mit einer zwei-
oder mehrstrahligen erfindungsgemäßen Düse 1 zu erreichen.
Getrennte Aufbewahrung kann z.B. aufgrund von Ausflockungs- oder
Oxidationsproblemen notwendig sein; das Mischen und gleichzeitig
in Bezug auf die Tropfengröße eng kontrollierte
Ausbringen von inkompatiblen Flüssigkeiten
kann sowohl in pharmakologischen als auch kosmetischen Anwendungsfällen von
besonderem Interesse sein.Also, the mixing of different liquids outside the separate reservoirs is particularly advantageous with a two- or multi-jet nozzle according to the invention 1 to reach. Separate storage may be necessary, for example, due to flocculation or oxidation problems; mixing and, at the same time, droplet size tightly controlled dispensing of incompatible liquids may be of particular interest in both pharmacological and cosmetic applications.
Eine
erfindungsgemäße ist insbesondere
geeignet zum Ausbringen eines Sprays in Tropfen kleinster Tropfengröße für beispielsweise
Inhalationsanwendungen bis hin zu sichtbaren Tropfen fürbeispielsweise
Farbe, Parfüm,
Haarspray, etc.A
in particular according to the invention
suitable for dispensing a spray in drops of the smallest droplet size for example
Inhalation applications to visible drops for example
Color, perfume,
Hair spray, etc.
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11
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Düsejet
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22
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Grundkörperbody
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33
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Ausnehmungrecess
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44
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Einsatzcommitment
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55
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Kanalchannel