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Die
Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zur Abgabe eines Mediums
an eine Umgebung mit einem Gehäuse,
einer flachen flächig
ausgebildeten Dosierkammer innerhalb des Gehäuses, die durch Wandungsabschnitte
im Wesentlichen gegenüber der
Umgebung abgeschlossen ist, einem ersten Medienzulauf, der mit der
Dosierkammer verbunden und mit einem Medienspeicher verbindbar ist,
und einer Vibrationseinrichtung, die derart angeordnet ist, dass von
ihr erzeugte Vibrationen pulsierende Volumenänderungen eines Innenvolumens
der Dosierkammer bewirken, wobei ein als Auslasswandungsabschnitt ausgebildeter
Wandungsabschnitt Dosieröffnungen aufweist,
mittels derer die Dosierkammer mit der Umgebung verbunden ist.
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Derartige
Dosiervorrichtungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2004 011 726 A1 bekannt. Sie
gestatten die Abgabe eines Mediums in einer nebelartigen Form. Das
Medium wird zur Abgabe aus dem Medienspeicher in die Dosierkammer
verbracht und tritt in Folge der mittels der Vibrationseinrichtung erzeugten
hochfrequenten Volumenänderungen
aus dieser durch die Dosieröffnungen
hindurch aus. Diese Form des Medienaustrags kann sowohl bei pharmazeutischen
als auch bei kosmetischen Substanzen von Vorteil sein.
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Als
nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Dosiervorrichtungen
wird der komplexe Aufbau, der nicht immer zuverlässige und konstante Austrag
des Mediums durch die Dosieröffnungen
und das ungewollte Entweichen von Medium vor Inbetriebnahme angesehen.
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Aufgabe und Lösung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, gattungsgemäße Dosiervorrichtungen in Hinblick
auf geringere Herstellungskosten und höhere Zuverlässigkeit weiterzubilden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Dosiervorrichtung gelöst, bei
der die Vibrationseinrichtung einen Vibrationswandungsabschnitt bildet,
mittels dessen die Dosierkammer begrenzt wird.
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Die
Anordnung der Vibrationseinrichtung derart, dass sie in unmittelbarem
Kontakt zum Medium innerhalb der Dosierkammer steht und die Dosierkammer
nach außen
begrenzt, führt
zu einer besonders guten und ungedämpften Weitergabe der Vibrationen
an das Medium. Der für
den Medienaustrag erforderliche Energieaufwand ist daher gering.
Der Vibrationswandungsabschnitt kann innerhalb der Dosierkammer
auf einem anderen Wandungsabschnitt aufgebracht und an diesem, beispielsweise
durch Verkleben, befestigt sein. Der Vibrationswandungsabschnitt
ist jedoch vorzugsweise an Stelle eines einstückig mit dem Gehäuse vorgesehenen
Wandungsabschnitts vorgesehen und an dessen Position in eine Durchbrechung
des Gehäuses
eingesetzt.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung schließt der Vibrationswandungsabschnitt
die Dosierkammer auf einer dem Auslasswandungsabschnitt gegenüberliegenden
Seite ab.
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Diese
Anordnung ist für
einen idealen Medienaustrag besonders zweckmäßig. Die Vibrationseinrichtung
ist dabei bezüglich
der Vibrationsrichtung derart angeordnet und ausgebildet, dass die Vibrationen
eine Hauptbewegungsrichtung aufweisen, die in Richtung der gegenüberliegenden
Dosieröffnungen
weist. Das Medium, welches durch die Vibrationen verdrängt wird,
kann daher unmittelbar in Verdrängungsrichtung
aus den Dosieröffnungen
des Auslasswandungsabschnitts austreten.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei der das Gehäuse zur
Aufnahme des Vibrationswandungsabschnitts eine Durchbrechung und
vorzugsweise einen umlaufenden Anlagesteg an einem Rand der Durchbrechung
aufweist, der sich radial in die Durchbrechung erstreckt.
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Bei
einer solchen Ausführungsform
bildet der Vibrationswandungsabschnitt einen sowohl von außen als
auch von der Dosierkammer aus zugänglichen Wandungsabschnitt,
was im Hinblick auf die Materialeinsparung und die einfache Konstruktion vorteilhaft
ist. Durch die Zugänglichkeit
von außen wird
erreicht, dass elektrische Leitungen zur Energieversorgung und Ansteuerung
der Vibrationseinrichtung nicht durch dafür gesondert vorgesehene Kabeldurchgänge aus
der Dosierkammer herausgeführt werden
müssen.
Stattdessen können
die entsprechenden Leitungen an einer dosierkammerabwandten Rückseite
der Vibrationseinrichtung vorgesehen sein und durch die Durchbrechung
hinausgeführt werden.
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Durch
das Vorsehen eines Anlagestegs, der sich in die Durchbrechung erstreckt,
ist die Montage besonders einfach, da eine aufwändige Aus richtung des Vibrationswandungsabschnitts
nicht erforderlich ist. Der Vibrationswandungsabschnitt wird gegen
den Anlagesteg gepresst und dort befestigt. Diese Befestigung erfolgt
vorzugsweise formschlüssig,
beispielsweise mittels Rastnuten, oder stoffschlüssig, beispielsweise durch
Klebstoff oder durch eine Kunststoffschweißverbindung.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse mehrteilig ausgebildet
und weist einen Oberteil und einen Unterteil auf, wobei im Oberteil und/oder
im Unterteil ein Aufnahmeraum zur Aufnahme des Vibrationswandungsabschnitts
vorgesehen ist und wobei der Aufnahmeraum durch oberteilseitige
und unterteilseitige Abschnitte begrenzt ist.
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Bei
einem solchen mehrteiligen Gehäuse
ist die Dosierkammer vorzugsweise zwischen den zusammengesetzten
Gehäuseteilen
angeordnet. Der Aufnahmeraum für
den Vibrationswandungsabschnitt, der unmittelbar an die Dosierkammer
angrenzt, ist dabei so angeordnet, dass sowohl Festlegungsabschnitte
des Oberteils als auch Festlegungsabschnitte des Unterteils in Berührkontakt
mit dem eingelegten Vibrationswandungsabschnitt stehen. Ein Zusammenfügen der
beiden Gehäuseteile
führt bei
einer solchen Ausgestaltung gleichzeitig zu einer Festlegung des
Vibrationswandungsabschnitts. Eine gesonderte Festlegung, die über die
Befestigungsmittel zur Befestigung der beiden Gehäuseteile
aneinander hinausgeht, ist nicht erforderlich. Insbesondere vorteilhaft
ist es, wenn im Unterteil eine Aussparung vorgesehen ist, in die
der Vibrationswandungsabschnitt eingelegt wird und in die er nach
Aufsetzen des Oberteils durch oberteilseitige Festlegungsabschnitte,
beispielsweise in Form von Kunststofffortssätzen, eingedrückt wird.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine gattungsgemäße Dosiervorrichtung,
bei der an einer der Dosierkammer zugewandten Innenseite des Auslasswandungsabschnitts
parallel zum Auslasswandungsabschnitt verlaufende Führungsstege
angeformt sind, deren Quer schnitt sich vom Auslasswandungsabschnitt
in die Dosierkammer hinein erstreckt.
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Die
Führungsstege
können
einstückig
mit dem Auslasswandungsabschnitt ausgebildet sein oder insbesondere
durch eine Klebeverbindung mit diesem verbunden sein. Die Führungsstege
dienen einerseits als Stabilisierung des Auslasswandungsabschnitts,
was insbesondere bei Auslasswandungsabschnitten aus empfindlichen
Materialien wie Silizium von Vorteil ist, und sie dienen andererseits
der verbesserten Ableitung von in der Dosierkammer befindlichen
Luft. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Führungsstege in mehrere Erstreckungsrichtungen, insbesondere
im rechten Winkel zueinander stehende Erstreckungsrichtungen, vorgesehen
sind. So können
mehrere Führungsstege,
die zum Teil in Längsrichtung
und zum Teil in Querrichtung verlaufen, gemeinsam ein parallel zum
Auslasswandungsabschnitt ausgebildetes vorteilhaftes Stabilisierungsgitter
bilden. Bei der Ableitung von Luft ist ein Auslasswandungsabschnitt
mit Führungsstegen
einem Auslasswandungsabschnitt ohne Führungsstege überlegen,
da die Luftbläschen
sich an die Führungsstege
anlagern und beim Befüllen
der Dosierkammer mit Flüssigkeit
dann an der Oberfläche
der Führungsstege
zu den Dosieröffnungen
gedrückt
werden und dort aus der Dosierkammer verdrängt werden. Die Führungsstege
verhindern, dass die Luftbläschen
in andere Teile der Dosiervorrichtung entweichen, aus denen sie
nicht gezielt verdrängt
werden können.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung verjüngt sich der Querschnitt der
Führungsstege
ausgehend vom Auslasswandungsabschnitt in Richtung der Dosierkammer.
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Eine
derartige Formung der Führungsstege hat
sich beim Abführen
der Luft aus der Dosierkammer als vorteilhaft erwiesen. Zudem wird
das Volumen der Dosierkammer durch derartige Führungsstege nur geringfügig reduziert.
Die Querschnitte weisen vorzugsweise die Form eines gleichschenkligen
Trapezes oder Dreiecks auf, das mit einer Seite mit dem Auslasswandungsabschnitt
verbunden und an diesem angeformt ist.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Außenseite des Auslasswandungsabschnitts,
die auf der dosierkammerabgewandten Seite des Auslasswandungsabschnitts
angeordnet ist, als ebene Fläche
ausgebildet.
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Hierdurch
wird die Neigung des austretenden Mediums verringert, die Außenseite
mit einem Flüssigkeitsfilm
zu benetzen und somit das Austreten des gewünschten Nebels zu behindern.
Anders als bei aus dem Stand der Technik bekannten Außenseiten,
auf denen Stabilisierungsrippen angeordnet sind, bietet eine ebene
Fläche
als Außenseite
keine Anlagerungsstellen, die die Bildung eines unerwünschten
Flüssigkeitsfilms
begünstigt.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine gattungsgemäße Dosiervorrichtung,
bei der eine Außenseite
des Auslasswandungsabschnitts, die auf der dosierkammerabgewandten
Seite des Auslasswandungsabschnitts angeordnet ist, mit einem Heizelement
versehen ist.
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Ein
solches Heizelement führt
zu einem schnellen Abtrocknen eines unerwünschten Flüssigkeitsfilms auf der Außenseite.
Ein solcher Flüssigkeitsfilm
behindert den Austrag des Mediums in Nebelform, da das durch die
Dosieröffnungen
ausgetragene Medium sich an dem schon bestehenden Flüssigkeitsfilm
anlagert. Durch die Heizeinrichtung kann die Außenseite so weit erwärmt werden,
dass der Entstehung eines Flüssigkeitsfilms
vorgebeugt bzw. ein schnelles Abtrocknen eines schon entstandenen Flüssigkeitsfilms
gewährleistet
ist. Als Heizelement kommt beispielsweise eine Heizwendel in Frage,
die am Außenrand
der Au ßenseite
angeordnet ist und/oder quer über
die Außenseite
des Auslasswandungsabschnitts verläuft.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung ist das Heizelement flächig und
vorzugsweise als auf der Außenseite
des Auslasswandungsabschnitts aufgebrachte Widerstandsschicht ausgebildet.
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Eine
solche Widerstandsschicht stellt eine besonders einfache Form eines
Heizelements dar, die einerseits vorteilhaft in Hinblick auf den
Herstellungsaufwand ist, da sie durch kostengünstiges Bedampfen hergestellt
werden kann, und die andererseits in Hinblick auf eine ganzflächige Trocknung zweckmäßig ist.
Darüber
hinaus erlaubt eine solche Widerstandsschicht eine ebene Ausbildung
der Außenseite
ohne Flüssigkeitsfilm
fördernde
Erhebungen. Die Widerstandsschicht muss nicht die gesamte Außenfläche überziehen.
Zweckmäßig kann
auch eine Widerstandsschicht sein, die nur im Bereich der Dosieröffnungen
vorgesehen ist.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine gattungsgemäße Dosiervorrichtung
bei der auf einer der Dosierkammer abgewandten Seite der Dosieröffnungen
eine Schutzkappe vorgesehen ist, die in einem geschlossenen Zustand
die Dosieröffnungen gegenüber der
Umgebung abschließt
und in einem geöffneten
Zustand die Dosieröffnungen
gegenüber der
Umgebung freigibt.
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Eine
solche Schutzkappe dient einerseits dem Schutz des Auslasswandungsabschnitts
gegen mechanische Einflüsse,
was insbesondere bei einem Auslasswandungsabschnitt aus Silizium
oder einem anderen mechanisch empfindlichen Material zweckmäßig ist.
Sie bietet darüber
hinaus auch einen Schutz gegen eine mikrobiologische Verunreinigung der
Dosierkammer und des austretenden Mediums. Zusätzlich verhindert eine derartige
Schutzkappe auch das unerwünschte
Austreten des Mediums bei Nichtbenutzung der Dosiervorrichtung.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung weist die Schutzkappe ein elastisches
Dichtmittel auf, wobei sich vorzugsweise um eine Dichtlippe handelt,
die im geschlossenen Zustand der Schutzkappe die Dosieröffnungen
gegenüber
der Umgebung abschließt.
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Durch
das elastische Dichtmittel wird mikrobiologischen Verunreinigungen
entgegengewirkt. Die Erfordernisse an die Maßhaltigkeit in Hinblick auf
das Gehäuse
und die Schutzkappe können
durch das Vorsehen eines solchen Dichtmittels gesenkt werden.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schutzkappe als Betätigungsmittel
zur Bedienung der Dosiervorrichtung ausgebildet.
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Die
Schutzkappe übernimmt
bei einer derartigen Ausführungsform
die Doppelfunktion, einen Schutz für die Dosiervorrichtung und
das Medium zu bieten sowie im geöffneten
Zustand einen Austritt des Mediums durch Betätigung zu gestatten. Durch diese
Doppelfunktion ist gewährleistet,
dass eine Betätigung
der Dosiervorrichtung erst nach Öffnen
der Schutzkappe möglich
ist. Besonders vorteilhaft sind Schutzkappen, die als schwenkbeweglich
am Gehäuse
vorgesehene Klappverschlüsse
ausgebildet sind, da solche Schutzkappen unverlierbar und konstruktiv
einfach zu realisieren sind.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schutzkappe am Gehäuse der
Dosiervorrichtung befestigt und zwischen dem geschlossenen Zustand und
dem geöffneten
Zustand beweglich, wobei Erkennungsmittel zur Erkennung mindestens
einer Schutzkappenstellung vorgesehen sind und wobei die Erkennungsmittel
derart mit der Vibrationseinrichtung und/oder einer Fördereinrichtung
zur Förderung des
Mediums wirkver bunden sind, das ein Bewegen der Schutzkappe in diese
Schutzkappenstellung die Vibrationseinrichtung bzw. die Fördereinrichtung
aktiviert oder deaktiviert.
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Bei
einer solchen Dosiervorrichtung wird im Zuge des Öffnens die
Schutzkappe so bewegt, dass sie die Dosieröffnungen der Dosiervorrichtung
frei gibt. Dabei wird die zur Aktivierung der Vibrationseinrichtung
oder der Fördereinrichtung
erforderliche Schutzkappenstellung erreicht und im Zuge dessen die
entsprechende Funktion ausgelöst.
Eine derartige Kopplung der primären
Schutzkappenfunktion als Schutz der Dosiervorrichtung und der sekundären Funktion
als Betätigungsmittel
gewährleistet,
dass erst im geöffneten
Zustand eine Aktivierung der Vibrationseinrichtung bzw. der Fördereinrichtung
erfolgt. Eine Fehlbedienung, beispielsweise eine Aktivierung der
Vibrationseinrichtung bei geschlossenen Dosieröffnungen, ist dadurch ausgeschlossen.
Darüber
hinaus kann eine derartige Gestaltung auch wirtschaftlich zweckmäßig sein,
da ein und dieselbe Handhabe als Schutzkappe und Betätigungsgriff
verwendet werden kann. Die Wirkverbindung zwischen der Schutzkappenstellung
und der Aktivierung der Vibrationseinrichtung und/oder der Fördereinrichtung
kann beispielsweise durch Nocken an der Schutzkappe erreicht werden,
die mit Mikroschaltern zusammenwirken, die ihrerseits wiederum mit
einem Steuergerät verbunden
sind.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel zur Erkennung
mindestens zweier Schutzkappenstellungen ausgebildet und derart
mit der Vibrationseinrichtung und der Fördereinrichtung wirkverbunden,
das in einer ersten Schutzkappenstellung die Fördereinrichtung aktiviert wird
und in einer zweiten Schutzkappenstellung die Vibrationseinrichtung aktiviert
wird.
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Hierdurch
ist es möglich,
die nacheinander durchzuführenden
Schritte des Befüllens
der Dosierkammer durch die Fördereinrichtung
und des Austrags des Mediums durch die Vibrationseinrichtung an
die Bewegung der Schutzkappe zu koppeln. Hierbei bietet sich insbesondere
an, unmittelbar nachdem die Schutzkappe die Dosieröffnungen
freigibt, die Fördereinrichtung
zu aktivieren und sobald die Schutzkappe ihre Endstellung erreicht
hat, die Vibrationseinrichtung zu aktivieren. Alternativ dazu ist
es auch möglich,
beim Schließen
der Schutzkappe für einen
nachfolgenden Austragsvorgang bereits die Fördereinrichtung zu aktivieren
und beim Öffnen
der Schutzkappe die Vibrationseinrichtung zu aktivieren.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine gattungsgemäße Dosiervorrichtung,
welche ein Rückschlagventil
aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass ein Medienzufluss
aus dem Medienspeicher in die Dosierkammer nur bei einem medienspeicherseitigen Überdruck
möglich
ist.
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Ein
solches Ventil gewährleistet,
dass der Medienzufluss nur bei aktivierter Fördereinrichtung erfolgt und
dass ein Medienabfluss in Richtung des Medienspeichers während des
Austragvorgangs vermieden wird. Das Medium, welches nach Beendigung
eines Fördervorgangs
in dem Medienzulauf verbleibt, wird durch das Ventil am Eintritt
in die Dosierkammer gehindert. Während
des durch die Vibrationseinrichtung bewirkten Austragvorgangs erfolgt somit
kein weiterer Zufluss aus dem Medienspeicher bzw. aus dem im medienspeicherseitigen
Zuflusskanal. Auch ein Abfluss des Mediums aus der Dosierkammer
in Richtung des Medienspeichers wird durch ein derartiges Ventil
unterbunden. Hierdurch ist es möglich,
eine genaue Dosiermenge einzuhalten, die sich aus dem Volumen der
Dosierkammer sowie eines etwaigen daran angeschlossenen Vorratspeichers
mit definiertem Volumen zusammensetzt.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse mehrteilig ausgebildet
und weist einen Oberteil und einen Unterteil auf, wobei das Rückschlagventil
zwischen dem Oberteil und dem Unterteil angeordnet ist.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
besonders preisgünstige
und einfach zu montierende Rückschlagventile.
Die Fixierung des Rückschlagventils zwischen
Gehäuseoberteil
und Gehäuseunterteil wird
durch dafür
vorgesehene Ausnehmungen in den beiden Teilen oder in einem davon
gewährleistet.
Das Ventil kann direkt in den Medienzulauf eingelegt werden, der
durch entsprechende Aussparungen im Oberteil und/oder im Unterteil
gebildet wird.
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Als
besonders vorteilhaft wird eine Weiterbildung angesehen, bei der
das Rückschlagventil
einen Absperrkörper
aufweist, der in einer durch eine Aussparung im Oberteil und/oder
im Unterteil definierten Ventilkammer angeordnet ist.
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Hierdurch
wird die Zahl der erforderlichen Teile auf ein Minimum herabgesetzt.
Neben dem Oberteil und dem Unterteil bedarf es nur noch eines Absperrkörpers, dessen
Beweglichkeit durch die Aussparung im Oberteil und/oder im Unterteil
festgelegt ist. Der Absperrkörper
wird während
der Montage zwischen den Teilen eingelegt. Neben dem Absperrkörper kann
zusätzlich
ein separates Federelement vorgesehen sein, um den Absperrkörper in Richtung
seiner Schließlage
mit einer Federkraft zu beaufschlagen. Aufgrund der wenigen erforderlichen Teile
und der einfachen Montage sind diese Weiterbildungen insbesondere
wirtschaftlich interessant.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Absperrkörper elastisch
und vorzugsweise kugelförmig
oder hohlkugelförmig
ausgebildet.
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Ein Öffnungszustand
des Ventils wird dabei dadurch erreicht, dass der Absperrkörper unter
dem medienspeicherseitigen Überdruck
soweit komprimiert wird, dass er den Zugang zur Dosierkammer freigibt.
Im Falle eines kugelförmigen
oder hohlkugelförmigen
Absperrkörpers
ist dieser so angeordnet, dass er einem unkomprimierten Zustand
vorzugsweise an einer Absperrkante eines zum Medienspeicher führenden
Kanals umlaufend anliegt. Diese Gestaltung hat sich als zuverlässig und
preisgünstig
herausgestellt. Die Montage ist besonders einfach, da keine besondere
Ausrichtung des Absperrkörpers
zu beachten ist.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine gattungsgemäße Dosiervorrichtung,
bei der um die Dosierkammer herum ein mit dem ersten Medienzulauf
und der Dosierkammer verbundener Ringraum vorgesehen ist, wobei
die Verbindung zwischen dem Ringraum und der Dosierkammer über einen
Zugangsspalt erfolgt, der die Dosierkammer vollständig umlaufend
umgibt.
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Der
Ringraum stellt dabei einen Speicher dar, aus dem die Dosierkammer
im Zuge des Austragvorgangs ständig
mit Medium versorgt wird. Durch den Zugangsspalt kann dabei allseitig
Medium in die Dosierkammer nachfließen, so dass ein Austragvorgang
mit einheitlichem und gleichbleibendem Sprühbild erreicht wird. Der Ringraum
ist darüber
hinaus geeignet, den Druck zu vermindern, mit dem das Medium vom
Mediumspeicher in die Dosierkammer gelangt, so dass ein Austreten
des Mediums bei deaktivierter Vibrationsvorrichtung vermieden wird.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung mündet der ersten Medienzulauf
tangential in den Ringraum mündet.
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Hierdurch
wird die Gefahr des Austretens von Medium bei deaktivierter Vibrationseinrichtung reduziert.
Das Medium strömt
aufgrund der tangentialen Anbindung des Medienzulaufs an dem Ringraum
in diesen ein, ohne dass es aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit
unmittelbar in die Dosierkammer eindringt. Stattdessen erfolgt ein
Einfließen des
Mediums in die Dosierkammer erst, nachdem das Medium im Ringraum
an Geschwindigkeit und Druck verloren hat.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine gattungsgemäße Dosiervorrichtung,
bei der sich der erste Medienzulauf in einem mit der Dosierkammer verbundenem
Abschnitt in Richtung der Dosierkammer stetig aufweitet.
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Im
Verlauf dieser Aufweitung verliert das einströmende Medium an Druck, da der
Querschnitt des Zugangskanals stetig größer wird. Mit dem Druckverlust
geht auch ein Geschwindigkeitsverlust einher. Wenn das Medium die
Dosierkammer erreicht, sind seine Geschwindigkeit und sein Druck
derart vermindert, dass ein Austreten durch die Dosieröffnungen ohne
aktivierte Vibrationseinrichtung weitgehend vermieden wird. Die
Ausgestaltung mit sich stetig aufweitendem Zugangskanal ist darüber hinaus
besonders gut geeignet, um Luftbläschen aus dem Zugangskanal
in die Dosierkammer hineinzudrücken, von
wo aus sie durch die Dosieröffnungen
entweichen können.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, dass der erste
Medienzulauf über
einen Umfangsabschnitt in die Dosierkammer mündet, dessen Länge mindestens
20 Prozent der Gesamtlänge
des Umfangs der Dosierkammer beträgt.
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Hierdurch
wird neben der Reduzierung des Drucks des einströmenden Mediums auch erreicht, dass
das Medium mit einer breiten Front in die Dosierkammer einströmt und diese
dadurch homogen füllt.
Ein über
die Dosieröffnungen
einheitlicher Medienaustrag ist dadurch erzielbar.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine gattungsgemäße Dosiervorrichtung,
bei der an einer Innenfläche
der Wandungsabschnitte, die die Dosierkammer begrenzen und/oder
an einer Außenfläche des
Auslasswandungsabschnitts eine Oberfläche vorgesehen ist, die durch
Anlegen einer Spannung bezüglich
ihrer Benetzbarkeit einstellbar ist.
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Die
Einstellbarkeit erlaubt es, die entsprechende Oberfläche fallweise
hydrophil, also wasserfreundlich, und fallweise hydrophob, also
wasserabweisend, auszubilden. Durch diese Einstellbarkeit kann stets
der ideale Benetzbarkeitszustand insbesondere innerhalb der Dosierkammer
geschaffen werden. Während
des Befüllens
der Dosierkammer vor dem Austragvorgang ist es von Vorteil, wenn
die Oberfläche
hydrophil ist, da dadurch vermieden wird, dass Luft in der Dosierkammer
verbleibt. Stattdessen wird die Luft, die aufgrund der hydrophilen
Oberfläche
vom einströmenden
Medium von der Oberfläche verdrängt wird,
durch die Dosieröffnungen
herausgedrückt,
bis die Dosierkammer vollständig
mit Medium gefüllt
ist. Während
des Austragvorgangs hingegen ist eine hydrophile Oberfläche innerhalb
der Dosierkammer nicht wünschenswert,
da sie dem vollständigen
Austrag des Medium entgegensteht. Daher wird die Oberfläche während des
Austrags in einen hydrophoben Zustand versetzt, der den Austragvorgang unterstützt, da
das Medium nicht an der Innenfläche der
Dosierkammer haften bleibt und somit nur geringe Kräfte nötig sind,
um das Medium aus der Dosierkammer durch die Dosieröffnungen
hindurch an die Umgebung abzugeben.
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Besonders
vorteilhaft wird die Einstellbarkeit der Benetzbarkeit dadurch erreicht,
dass die Oberfläche
eine äußere Schicht
aufweist, die hydrophob ausgebildet ist, und eine innere Schicht
aufweist, die als Elektrode ausgebildet ist, wobei zwischen der
inneren Schicht und der äußeren Schicht
vorzugsweise eine Isolatorschicht vorgesehen ist.
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Ein
solcher Schichtaufbau der Oberfläche
ermöglicht
einen Effekt, der als „Elektrowetting" bekannt ist. Die
Oberfläche,
die an sich hydrophob ist, wird durch Anlegen einer Spannung an
der Elektrode hydrophil. Eine solche Oberfläche ist einfach und günstig herzustellen.
Die bevorzugt vorzusehende Isolatorschicht zwischen der hydrophoben äußeren Schicht
und der inneren Elektrodenschicht lässt die Notwendigkeit ent fallen,
die hydrophobe Schicht selbst als nicht leitende Schicht auszubilden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie
der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind. Dabei
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
als Teil einer schematisch dargestellten Austragvorrichtung,
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2 die
in 1 dargestellte Dosiervorrichtung in einer vergrößerten Ansicht
als Schnittdarstellung,
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3 eine
zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
als Schnittdarstellung,
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3a einen
Ausschnitt aus einem Auslasswandungsabschnitt der in 3 dargestellten
Dosiervorrichtung,
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3b eine
Draufsicht auf die in 3 dargestellte Dosiervorrichtung
bei entferntem Auslasswandungsabschnitt,
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4 eine
Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
bei entferntem Auslasswandungsabschnitt und
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5 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
bei entferntem Auslasswandungsabschnitt.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung 20,
die Teil einer nur schematisch dargestellten Austragvorrichtung 10 ist.
Neben der Dosiervorrichtung 20 verfügt die Austragvorrichtung 10 über einen
Medienspeicher 12, der über
einen Zuführkanal 13 mit
einem ersten Medieneinlass 32a der Dosiervorrichtung 20 verbunden
ist. Im Zuführkanal 13 ist
eine Fördereinrichtung 11 vorgesehen,
bei der es sich im vorliegenden Fall um eine elektrisch betriebene
Pumpe handelt. An einem zweiten Medieneinlass 32b der Dosiervorrichtung 20 ist
ein Vorratsspeicher 14 angeschlossen, der als serpentinenartiger
Kanal ausgebildet ist und dessen Ende 14a offen ist. Die Austragvorrichtung 10 verfügt weiterhin über ein Steuergerät 16,
welches zur Steuerung der Medienförderung in die Dosiervorrichtung
und zur Steuerung des Austragvorgangs vorgesehen ist. Dieses Steuergerät 16 ist über eine
Signalleitung 17a mit der Fördereinrichtung 11 verbunden.
Weiterhin ist das Steuergerät 16 über eine
Signalleitung 17b mit einer Vibrationseinrichtung 40 der
Dosiervorrichtung 20 verbunden. Eine dritte Signalleitung 17c verbindet
das Steuergerät 16 mit
einem Betätigungsmittel 70 der Dosiervorrichtung.
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Das
Steuergerät
steuert über
die Signalleitungen 17a, 17b die Fördereinrichtung 11,
deren Aufgabe die Befüllung
der Dosiervorrichtung 20 mit Medium ist, sowie die Vibrationseinrichtung 40,
deren Aufgabe der Medienaustrag aus der Dosiervorrichtung 20 ist.
Dies geschieht in Abhängigkeit
einer durch einen Benutzer mittels des Betätigungsmittels 70 ausgelösten Aktivierung
und wird im Folgenden noch detaillierter erläutert.
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2 zeigt
die Dosiervorrichtung 20 der 1 in einer
detaillierten Ansicht. Die Dosiervorrichtung weist ein Gehäuse 30 auf,
welches aus einem Gehäuseunterteil 32 und
einem Gehäuseoberteil 34 besteht. Über Rastmittel 34a in
Form von Rastnasen ist der Gehäuseoberteil 34 mit
dem Gehäuseunterteil 32 verbunden.
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Im
Gehäuseunterteil 32 ist
eine Durchbrechung 32c vorgesehen, in die die Vibrationseinrichtung 40 in
Form eines Vibrationswandungsabschnitts 40 eingelegt ist.
Die Durchbrechung 32c weist einen Durchmesser auf, der
in etwa dem der Vibrationswandungsabschnitts 40 entspricht.
Zusätzlich
sind im unteren Gehäuseteil 32 Anlagestege 32d vorgesehen,
auf denen der Vibrationswandungsabschnitt 40 aufliegt,
so dass dieser lediglich von oben aus dem Gehäuseunterteil 32 entnommen
werden kann. Am Gehäuseoberteil 34 sind
Sicherungsstege 34a angeformt, die sich in Richtung des
Vibrationswandungsabschnitts 40 erstrecken und diesen gegen
die Anlagestege 32d drücken,
so dass dieser in der dargestellten Lage vollständig fixiert ist.
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Im
Gehäuseoberteil 34 ist
darüber
hinaus dem Vibrationswandungsabschnitt 40 gegenüberliegend
ein Auslasswandungsabschnitt 50 eingesetzt und mit dem
oberen Gehäuseteil 34 in
nicht näher dargestellter,
beispielsweise stoff- oder kraftschlüssiger Art und Weise in einer
dafür vorgesehenen Durchbrechung 34b gehalten.
Der Zwischenraum zwischen dem Auslasswandungsabschnitt 50 und dem
Vibrationswandungsabschnitt bildet eine Dosierkammer 60.
Der Auslasswandungsabschnitt 50 ist als Siliziumplatte
ausgebildet, die angeformte Stabilisierungsstege 50a aufweist,
die sich parallel zur flächigen
Erstreckung der Siliziumplatte auf der Dosierkammerseite erstrecken.
Zwischen diesen Stabilisierungsstegen 50a sind Ausnehmungen 50b angeordnet,
die sich in Richtung der Dosierkammer 60 aufweiten. Im
Grund 50c dieser Ausnehmungen 50b sind jeweils
Dosieröffnungen 62 vorgesehen,
die als dünne
Durchbrechungen des Auslasswandungsabschnitts 50 ausgebildet
sind. Durch die Dosieröffnungen 62 kann
in der Dosierkammer 60 befindliches Medium in die Umgebung
ausgetragen werden. Die Dosierkammer 60 ist über zwei
Mediumzuläufe 60a, 60b mit
dem Medienspeicher 12 einerseits und dem Vorratsspeicher 14 andererseits
verbunden. Der Medienkanal 60a unterscheidet sich vom Medienkanal 60b dadurch,
dass in seinem Verlauf ein Rückschlagventil 62 vorgesehen
ist, welches sich aus einer Ventilkammer 64 und einem in
der Dosierkammer angeordneten Absperrkörper 66 zusammensetzt.
Die Ventilkammer 64 wird dabei durch Ausnehmungen 32e, 34c gebildet,
die im Unterteil 32 und im Oberteil 34 vorgesehen
sind. Der Absperrkörper 66 ist
als hohlkugelförmiger
und elastischer Körper
ausgebildet.
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Auf
einer Außenseite
des oberen Gehäuseteils 32 ist
im Bereich der Durchbrechung 34b ein kombiniertes Schutz-
und Betätigungsmittel 70 vorgesehen.
Dieses Schutz- und Betätigungsmittel 70 umfasst
eine Schutzkappe 72, die in einem geschlossenen in 2 dargestellten
Zustand die Dosieröffnungen 62 gegenüber der
Umgebung abdeckt. Zu diesem Zweck ist an der Schutzkappe 72 ein
umlaufender Dichtungsabschnitt 74 befestigt, der im geschlossenen
Zustand am Gehäuseoberteil 34 anliegt und
jegliches Austreten von Medium aus der Dosiervorrichtung 20 sowie
jegliches Eintreten von Verunreinigungen von außen wirksam verhindert. Die Schutzkappe 72 ist
mittels zweier Achszapfen 72a in Lagern 34d gelagert,
welche am Gehäuseoberteil 34 angeformt
sind. Die Schutzkappe 72 kann um die Lager 74 derart
verschwenkt werden, dass sie die gestrichelt dargestellte Endlage 72' einnimmt. In
einem derart verschwenkten Zustand liegen die Dosieröffnungen 62 offen
und gestatten einen Austrag des Mediums.
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Die
Funktionsweise der Austragvorrichtung und insbesondere der Dosiervorrichtung,
die in den 1 und 2 dargestellt
sind, wird im Folgenden erläutert:
Vor
einem Austragvorgang werden die Dosierkammer 60, der Vorratsspeicher 14 sowie
die dazwischenliegenden Kanalabschnitte mittels der Fördereinrichtung 11 mit
Medium aus dem Medienspeicher 12 befüllt.
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Wenn
die Menge an Medium, die über
den Medieneinlass 32a in die Dosiervorrichtung 20 eingepumpt
wurde, größer wird
als das zu befüllende
Volumen von Dosierkammer 60 und Vorratsspeicher 14, wird überschüssiges Medium
am Ende 14a des Vorratsspeichers 14 an die Umgebung
abgegeben. Nach Ende des Fördervorgangs
ist somit eine definierte Medienmenge in der Dosierkammer 60,
dem Vorratsspeicher 14 und den Kanalabschnitten jenseits
des Rückschlagventils 63.
Die vor dem Fördervorgang
dort befindliche Luft wird zum Teil aus dem Ende 14a des
Vorratsspeichers 14 herausgedrückt, zum Teil durch die Dosieröffnungen 62 aus
der Dosierkammer ausgestoßen.
Dabei sorgen die Stabilisierungsstege 50a dafür, dass
die Luft nicht in einen Bereich der Dosierkammer 60 entweichen
kann, aus dem ein Austritt nach außen nicht möglich ist, sondern stattdessen
zuverlässig
zu den Dosieröffnungen 62 geführt wird.
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Nach
Beendigung des Fördervorgangs
wird die Vibrationseinrichtung 40 aktiviert. Durch ihre
Vibrationen wird das Volumen in der Dosierkammer zyklisch mit hoher
Frequenz vergrößert und
verkleinert, wobei das in der Dosierkammer 60 befindliche
Medium durch die Dosieröffnungen 62 hindurchgedrückt wird
und dort als feiner Nebel seiner Anwendung zugeführt wird. Während des Austragvorgangs wird
die Dosierkammer 60 mit weiterem Medium aus dem Vorratsspeicher 14 gespeist.
Dagegen kann während des
Austragvorgangs kein Medium durch den Einlass 32a in das
System eindringen, da das Rückschlagventil 63 einen
weiteren Zulauf verhindert. Die austragbare Medienmenge ist dadurch
auf ein gewolltes Maß begrenzt
und setzt sich aus dem Medium zusammen, welches nach der Befüllung in
der Dosierkammer 60 und dem Vorratsspeicher 14 vorliegt.
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Die
Steuerung der Fördereinrichtung 11 und der
Vibrationseinrichtung 40 erfolgt durch das in 1 dargestellte
Steuergerät 16,
welches wiederum verbunden ist mit einem nicht dargestellten Sensor
innerhalb der Lagerung 34d. Dieser Sensor nimmt die Schwenkstellung
der Lagerung 34d. Dieser Sensor nimmt die Schwenkstellung
der Schutzkappe 72 wahr und löst abhängig von dieser Schwenkstellung
die verschiedenen Funktionen aus. Die Programmierung des Steuergeräts 16 kann
für unterschiedliche
Verhaltensweisen ausgebildet sein. So ist beispielsweise eine Programmierung
denkbar, bei der schon ein leichtes Anheben der Schutzkappe 72 zur
Auslösung
der Fördereinrichtung 11 und
damit zur Befüllung
der Dosierkammer 60 und des Vorratsspeichers 14 führt. Eine
Auslösung
des Austragvorgangs durch Aktivierung der Vibrationseinrichtung 14 kann
bei Erreichen der Schwenkendlage 72' folgen. Bei einer alternativen
Programmierung des Steuergeräts 16 erfolgt
die Befüllung
der Dosierkammer und des Vorratsspeichers im Zuge des Schließens der Schutzkappe 72,
so dass die Dosierkammer und der Vorratsspeicher nach der Verwendung
der Austragvorrichtung unmittelbar wieder befüllt werden.
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung.
Diese Dosiervorrichtung 120 weist ein Gehäuse 130 auf, welches
einstückig
ausgebildet ist. In ähnlicher
Art und Weise wie bei der Dosiervorrichtung 20 ist bei der
Dosiervorrichtung 120 in einer Ausnehmung 130c des
Gehäuses 130 ein
Vibrationswandungsabschnitt 140 eingefügt. Das Gehäuse 130 ist oben abgeschlossen
durch einen Auslasswandungsabschnitt 150, in dem Dosieröffnungen 162 vorgesehen
sind. Diese Dosieröffnungen 162 befinden
sich in einem Bereich oberhalb des Vibrationswandungsabschnitts 140.
Zwischen dem Vibrationswandungsabschnitt 140 und dem Auslasswandungsabschnitt 150 befindet
sich eine Dosierkammer 160, die von einem umlaufenden Ringkanal 168 umgeben
wird. Zwischen der Dosierkammer 160 und dem Ringkanal 168 ist über den
vollständigen
Umfang des Vibrationswandungsabschnitts 140 ein Medienzulauf
durch einen Zulaufspalt 168a möglich.
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3a zeigt
in vergrößerter Ansicht
einen Ausschnitt aus dem Auslasswandungsabschnitt 150, in
dem die Dosieröffnungen 150c vorgesehen sind. Die
Struktur des Auslasswandungsabschnitts 150 weist eine Trägerschicht 152a auf,
die dem Auslasswandungsabschnitt 150 seine Stabilität verleiht.
Es kann sich dabei z. B. um eine Schicht aus Metall oder Silizium
handeln. An der Außenseite
ist auf dem Substrat 152 eine Heizwiderstandsschicht 152b vorgesehen,
die durch Anlegen einer Spannung erwärmt werden kann. An der Innenseite
der Struktur des Auslasswandungsabschnitts sind auf dem Substrat 152a eine
Elektrodenschicht 152c, eine Isolatorschicht 152d,
die vorzugsweise als dielektrische Schicht ausgebildet ist, und
eine hydrophobe Schicht 152e vorgesehen.
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Dieser
Schichtverbund des Auslasswandungsabschnitts 150 hat zweierlei
Funktionen. Die Heizschicht 152b erlaubt es, die Außenoberfläche des
Auslasswandungsabschnitts 150 zu erwärmen, so dass der Bildung eines
Flüssigkeitsfilms
auf der Oberfläche
und der damit einhergehenden Behinderung der Medienabgabe vorgebeugt
wird. Sobald Medium, welches durch die Dosieröffnungen 162 austritt,
an der Außenfläche haften
bleibt, erfolgt binnen kurzer Zeit eine Verdunstung, so dass nachfolgendes
Medium wieder unbehindert in bestimmungsgemäßer Art und Weise als Nebel
austritt. Die Schichten 152c, 152d, 152e an
der Innenseite des Auslasswandungsabschnitts erlauben eine fallweise Umschaltung
der Innenoberfläche
zwischen hydrophobe und hydrophil. Wenn keine Spannung angelegt
ist, ist die Oberfläche
des Auslasswandungsabschnitts 150 an seiner Innenseite
aufgrund der hydrophoben Schicht 150e hydrophob. Dies wird
durch eine beispielsweise silanisierte Oberfläche in Form der Schicht 152e erreicht.
Fallweise kann durch Anlegen einer Spannung and der Elektrode 152c jedoch auch
ein hydrophiles Verhalten der Innenoberfläche erzielt werden.
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Diese
Möglichkeit,
die Innenoberfläche
bezüglich
ihrer Benetzbarkeit umzuschalten, ist im Hinblick auf die verschiedenen
Stadien des Befüllens
der Dosierkammer und des Austragens sowie die verschiedenen Anforderungen
zweckmäßig. Während die
Dosierkammer 160 mit Medium befüllt wird, wird die Oberfläche auf
hydrophil gestellt, so dass Luft aus der Dosierkammer 160 leicht
verdrängt
werden kann. Sobald der Austragvorgang beginnt, ist eine starke Haftung
zwischen der Flüssigkeit
und dem Auslasswandungsabschnitt 150 nicht mehr erwünscht, da diese
Haftung den erforderlichen Energieaufwand zum Austragen des Mediums
erhöht.
Daher wird während
des Austragens die Oberfläche
auf hydrophob gestellt.
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3b zeigt
das Gehäuse 130 sowie
den Vibrationswandungsabschnitt 140 von oben, wobei zum
besseren Verständnis
der Auslasswandungsabschnitt 150 entfernt ist. Zu erkennen
ist, dass Medienzuläufe 160a und 160b zur
Zuführung
des Mediums aus dem Medienspeicher und einem eventuell vorhandenen
Vorratsspeicher in den Ringkanal 168 münden, der die Dosierkammer
und den Vibrationswandungsabschnitt 140 vollständig umgibt.
Der Ringkanal 168 stellte im Betrieb ein Medienreservoir zur
Verfügung,
welches beim kontinuierlichen Austragen des Mediums die Dosierkammer 160 kontinuierlich
und allseitig mit Medium versorgt. Darüber hinaus wird durch den allseitig
möglichen
Zufluss erreicht, dass ein weitgehend gleichmäßiger Austrag durch alle Dosieröffnungen 160 erfolgt.
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Die 4 und 5 zeigen
zwei weitere Ausführungsform
von erfindungsgemäßen Dosiervorrichtungen
in Darstellungen, die der 3b entsprechen.
Diese Ausführungsformen
unterscheiden sich von der Ausführungsform
der 3 bis 3b lediglich durch Unterschiede
in der Formgebung des Gehäuses,
während
alle anderen Merkmale weitgehend identisch ausgebildet sind.
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4 zeigt
eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung,
wobei von dieser Dosiervorrichtung 220 lediglich das Gehäuse 230 sowie
der Vibrationswandungsabschnitt 240 dargestellt sind. Das
Gehäuse 230 unterscheidet sich
von dem Gehäuse 130 der
zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
dadurch, dass Medienzuläufe 260a, 260b tangential
auf den Ringkanal 268 treffen. Dies führt dazu, dass das einströmende Medium
nicht unmittelbar in die Dosierkammer gelangt, wo es aufgrund des
erhöhten
Einstromdruckes unmittelbar durch Dosieröffnungen an die Umgebung austreten
könnte.
Stattdessen wird es in den Ringkanal 268 derart eingeführt, dass
seine hohe Geschwindigkeit erhalten bleiben und sich nach und nach
verringern kann.
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5 zeigt
eine vierte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung,
wobei wiederum lediglich das Gehäuse 330 sowie
der Vibrationswandungsabschnitt 340 dargestellt sind. Abweichend
von den Ausführungsformen
der 3b und 4 weist diese vierte Ausführungsform
keinen Ringkanal auf. Stattdessen weiten sich die Medienzuläufe 360a, 360b in
Richtung der Dosierkammer und des Vibrationswandungsabschnitts 340 kontinuierlich
auf, so dass der Druck des einströmenden Mediums vermindert wird.
Durch diesen verminderten Druck wird verhindert, dass das Medium
unmittelbar, nachdem es in der Dosierkammer gelangt ist, durch die
Dosieröffnungen
austritt. Stattdessen verteilt es sich in der Dosierkammer, bis
diese vollständig
gefüllt ist
und ein Austragvorgang begonnen wird. Besonders vorteilhaft an dieser
Gestaltung ist, dass in den Medienzuläufen 360a, 360b vor
dem Fördervorgang befindliche
Luft durch die Front des einströmenden Mediums
in die Dosierkammer weitergedrückt
wird, wo sie durch die Dosieröffnungen
nach außen
entweichen kann.