DE102022104802A1 - METHOD OF MAKING A NOZZLE BODY AND NOZZLE BODY MADE WITH THE METHOD - Google Patents
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Abstract
Eine Suspension von Quarzglaspartikeln in einem Gemisch aus polymerisierbaren Binder und einem Lösungsmittel sowie einem Radikalinitiator wird UV-Licht ausgesetzt, und der Binder dadurch polymerisiert. Aus dem entstehenden thermoplastischen Material mit eingelagerten Glaspartikeln wird mithilfe eines Formwerkzeugs eine den äußeren Abmessungen des gewünschten Düsenkörpers ungefähr entsprechende Primärstruktur spritzgegossen. Durch mehrstündiges Erhitzen werden zunächst Reste der nichtaushärtbaren Komponente und schließlich der Polymer-Binder entfernt (Entbindern). Die entstandene poröse Sekundärstruktur wird mit einem Füllstoff gefüllt und thermisch gesintert. Es entsteht dabei ein Quarzglas aufweisender Rohkörper (1), aus dem mittels Lasereinwirkung ein Düsenkörper (14) hergestellt wird, in dem mindestens eine Düse ausgebildet ist.A suspension of quartz glass particles in a mixture of polymerizable binder and a solvent and a radical initiator is exposed to UV light and the binder is thereby polymerized. A primary structure that roughly corresponds to the outer dimensions of the desired nozzle body is injection molded from the resulting thermoplastic material with embedded glass particles using a mold. By heating for several hours, first residues of the non-curable component and finally the polymer binder are removed (debinding). The resulting porous secondary structure is filled with a filler and thermally sintered. The result is a raw body (1) comprising quartz glass, from which a nozzle body (14) is produced by means of a laser, in which at least one nozzle is formed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers, in dem mindestens eine Düse ausgebildet ist, und einen mit dem Verfahren hergestellten Düsenkörper.The present invention relates to a method for producing a nozzle body in which at least one nozzle is formed, and a nozzle body produced using the method.
Düsenkörper werden in der Technik häufig eingesetzt, wenn Fluide wie Flüssigkeiten und Aerosole von einer Zuleitung oder einem Vorlagebehälter aus zerstäubt, d.h. in ein (bei einem Aerosol als Ausgangsstoff ggf. feineres) Aerosol überführt, und dosiert, d.h. mit einem innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegenden Durchsatz, ausgetragen werden sollen. Auch Dosiersysteme, die bei hohem Druck flüssig vorgelegte Stoffe durch die Expansion beim Ausströmen in Gase umwandeln, sind mit geeigneten Düsenkörpern ausgestattet.Nozzle bodies are often used in technology when fluids such as liquids and aerosols are atomized from a supply line or a storage container, i.e. converted into an aerosol (possibly finer if an aerosol is used as the starting material), and metered, i.e. within a specified range Throughput to be discharged. Dosing systems that convert substances that are supplied as liquids at high pressure into gases by expanding when they flow out are also equipped with suitable nozzle bodies.
Das jeweils vorgelegte Fluid oder Fluidgemisch wird dem Düsenkörper durch eine oder mehrere Eintrittsöffnungen aus der entsprechenden Zuleitung oder Vorlage zugeführt und verlässt ihn durch einen oder mehrere Austrittspfade. Die Austrittspfade können dann je nach der avisierten Anwendung des Düsenkörpers unterschiedlich gestaltet sein.The fluid or fluid mixture supplied in each case is fed to the nozzle body through one or more inlet openings from the corresponding supply line or template and leaves it through one or more outlet paths. The outlet paths can then be designed differently depending on the intended application of the nozzle body.
Vielfältige Anwendungen sind dem Fachmann bekannt aus Sprühsystemen wie beispielsweise Inhalatoren oder einfachen Sprühdosen, Einspritzsystemen etc.A variety of applications are known to those skilled in the art from spray systems such as inhalers or simple spray cans, injection systems, etc.
Hinreichend kleine Tröpfchen, wie sie insbesondere zum Erzielen von Lungengängigkeit im medizinischen Bereich erforderlich sein können, lassen sich nur erzeugen, wenn auch die Strukturen im Sprühkopf hinreichend klein sind. Auch die Reduzierung des Fluiddurchsatzes bei vorgegebenem Druckgefälle erfordert entsprechend kleine Strukturen im Sprühkopf.Sufficiently small droplets, as may be necessary in particular to achieve pulmonary mobility in the medical field, can only be produced if the structures in the spray head are also sufficiently small. Reducing the fluid throughput at a given pressure drop also requires correspondingly small structures in the spray head.
Neben der erzielbaren Tröpfchengröße und dem sich einstellenden Durchsatz sind auch die Tröpfchengrößenverteilung, die Geschwindigkeit austretender Tröpfchen und die Streubreite bzw. Auffächerung eines austretenden Sprühstrahls Parameter, die durch die geometrische Gestaltung des Sprühkopfes wesentlich mitbestimmt werden.In addition to the achievable droplet size and the resulting throughput, the droplet size distribution, the speed of exiting droplets and the spread or fanning out of an exiting spray jet are parameters that are significantly influenced by the geometric design of the spray head.
Der Gestaltung der Sprühkopfgeometrie sind aus fertigungstechnischen Gründen stets Grenzen gesetzt, so dass nicht jede zur Einstellung obiger Parameter theoretisch geeignete Geometrie auch zu wirtschaftlichen Konditionen beliebig fein herstellbar ist. Beispielsweise kann bei herkömmlichen Sprühköpfen die Oberflächenqualität im Inneren der die Düsen bildenden Austrittskanäle unzureichend sein, so dass der Druckverlust in den Austrittskanälen zu hoch ist, und die gewünschte Zerstäubungsleistung nicht erreicht wird.The design of the spray head geometry is always subject to limits for manufacturing reasons, so that not every geometry that is theoretically suitable for setting the above parameters can be produced as precisely as desired, even under economic conditions. For example, with conventional spray heads, the surface quality inside the outlet channels forming the nozzles can be insufficient, so that the pressure loss in the outlet channels is too high and the desired atomization performance is not achieved.
Ebenfalls für die Herstellung von Düsenköpfen mit Austrittskanälen, welche so angeordnet sind, dass aus Austrittsöffnungen jeweils mindestens zweier der Austrittskanäle austretende Sprühstrahle an einem von den Austrittsöffungen beabstandeten jeweiligen Aufprallort zentral aufeinander treffen, schlägt
Angesichts der Einschränkungen denen die Herstellung und der Einsatz herkömmlicher Düsenkörper, insbesondere für Sprühdosen, Inhalatoren und Zerstäuberpumpen, unterliegen, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Düsenkörper und/oder deren Fertigung zumindest zu vermindern. Insbesondere liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, die Auswahl an verfügbaren Geometrien für mit vertretbarem öknonomischen Aufwand herstellbare Düsenkörper insbesondere im Feinstbereich zu erweitern.In view of the limitations to which the production and use of conventional nozzle bodies, in particular for spray cans, inhalers and atomizer pumps, are subject, the present invention is based on the object of at least reducing the disadvantages of the nozzle bodies known from the prior art and/or their manufacture. In particular, the invention is also based on the object of expanding the selection of available geometries for nozzle bodies that can be produced with justifiable economic effort, particularly in the ultra-fine range.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung einen Düsenkörper nach Anspruch 13 bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen können insbesondere gemäß einem der abhängigen Ansprüche ausgeführt werden.According to one aspect of the invention, this object is achieved with a method according to
Die Erfindung stellt somit insbesondere ein Verfahren bereit, bei welcher Glasmaterial mittels Lasereinwirkung von einem das Glasmaterial aufweisenden Rohkörper abgetragen wird, um einen Düsenkörper herzustellen, in dem mindestens eine Düse ausgebildet ist. Der Rohkörper wird dabei unter Ausführung zumindest der folgenden Schritte erzeugt:
- (i) Bereitstellen einer Primärstruktur, die in einem gehärteten organischen Binder dispergierte Glaspartikeln aufweist,
- (ii) Entbindern der Primärstruktur durch thermische Behandlung, wodurch eine poröse Sekundärstruktur erhalten wird, und
- (iii) Sintern der Sekundärstruktur zur Ausbildung des Rohkörpers.
- (i) providing a primary structure comprising glass particles dispersed in a cured organic binder,
- (ii) debinding of the primary structure by thermal treatment, whereby a porous secondary structure is obtained, and
- (iii) sintering the secondary structure to form the green body.
Die Erzeugung des den Rohkörper darstellenden Formkörpers kann dabei vorteilhaft im wesentlichen ausgeführt werden, wie in
Durch den Abtrag von Glasmaterial mittels Lasereinwirkung nach Erzeugung des Rohkörpers lassen sich, insbesondere im Bereich der Düse, besonders feine Strukturen in besonderer Fertigungsgüte herstellen, wohingegen die Ausbildung gröberer Strukturen sowie die Erzeugung der Grundform des Düsenkörpers bereits mit hoher Oberflächengüte ökonomisch mit der Fertigung des Rohkörpers erfolgt.By ablating glass material by means of a laser after the production of the raw body, particularly fine structures can be produced with a special manufacturing quality, especially in the area of the nozzle, whereas the formation of coarser structures and the production of the basic shape of the nozzle body with a high surface quality is economical with the production of the raw body he follows.
Vorzugsweise umfasst das Bereitstellen der Primärstruktur das Härten des organischen Binders in einer die Glaspartikeln und den organischen Binder in härtbarem Zustand aufweisenden Suspension, beispielsweise einer in
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die mindestens eine Düse selbst zumindest teilweise durch das Abtragen mit Hilfe der Lasereinwirkung ausgebildet, d.h. mit Hilfe der Lasereinwirkung wird mindestens ein durchgehender Fluidpfad im Düsenkörper erzeugt, der eine Düseneintrittsöffnung und eine Düsenaustrittsöffnung aufweist.According to a particularly preferred embodiment, the at least one nozzle itself is at least partially formed by ablation with the aid of the laser, i.e. the laser is used to produce at least one continuous fluid path in the nozzle body, which has a nozzle inlet opening and a nozzle outlet opening.
Weiter kann das das Abtragen mit Hilfe der Lasereinwirkung vorteilhafterweise eine lokale Wandstärkenreduzierung umfassen. Vorzugsweise reduziert die lokale Wandstärkenreduzierung die Stärke einer Wandung, die die mindestens eine Düse lateral umgibt, in Düsendurchgangsrichtung.Furthermore, the ablation with the help of the laser action can advantageously include a local wall thickness reduction. The local wall thickness reduction preferably reduces the thickness of a wall that laterally surrounds the at least one nozzle in the nozzle passage direction.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Abtragen mittels Lasereinwirkung das lokale Aussetzen des Glasmaterials der Lasereinwirkung und anschließendes Wegätzen von der Lasereinwirkung ausgesetztem Glasmaterial. Das Wegätzen von der Lasereinwirkung ausgesetztem Quarzglas kann beispielsweise unter Verwendung von Flusssäure (HF) oder vorzugsweise Kalilauge (KOH) erfolgen. Ein solches Fertigungsverfahren ist per se unter anderem unter der Bezeichnung SLE (Selective, Laser-Induced Etching, selektives laserinduziertes Ätzen) bekannt und in
Alternativ oder zusätzlich können auch andere laserabtragende Verfahren, insbesondere Laserbohren, insbesondere mittels Femtosekundenlaser zum Einsatz kommen, die Ablation mittels lokaler Lasereinwirkung auf das Glasmaterial und anschließenden Wegätzens von der Lasereinwirkung ausgesetztem Glasmaterial gestattet jedoch in der Regel höhere Fertigungsqualität.Alternatively or additionally, other laser-ablating methods, in particular Laser drilling, in particular by means of femtosecond lasers, is used, but ablation by means of local laser action on the glass material and subsequent etching away of the glass material exposed to the laser action generally allows higher production quality.
Vorteilhafterweise kann die mindestens eine Düse mit einem kleinsten Düsendurchmesser von 300 µm oder weniger, insbesondere 200 µm oder weniger, und sogar 100 µm oder weniger ausgebildet werden. Als kleinster Durchmesser wird dabei der Durchmesser des größten in die lokal geringste durchströmbare Querschnittsfläche des Düsenkanals einbeschriebenen Kreises aufgefasst. Bei einem Düsenkanal mit kreisförmigem Querschnitt ist dies der Durchmesser an der engsten Stelle des Düsenkanals.The at least one nozzle can advantageously be designed with a smallest nozzle diameter of 300 μm or less, in particular 200 μm or less, and even 100 μm or less. The smallest diameter is taken to be the diameter of the largest circle inscribed in the locally smallest cross-sectional area of the nozzle channel through which flow can take place. In the case of a nozzle channel with a circular cross-section, this is the diameter at the narrowest point of the nozzle channel.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren das Ausbilden einer Düse einer der folgenden Düsentypen umfassen: einer Rayleighdüse, d.h. insbesondere eines oder mehrerer zylindrischer Düsenlöcher, einer Doppelstrahldüse, insbesondere eine Doppelstrahldüse, die Austrittskanäle aufweist, welche so angeordnet sind, dass aus Austrittsöffnungen jeweils mindestens zweier der Austrittskanäle austretende Sprühstrahle an einem von den Austrittsöffungen beabstandeten jeweiligen Aufprallort zentral aufeinander treffen können, eine Mehrstrahldüse, eine Hohlkegeldüse, insbesondere mit tangentialem Einlauf, eine Ringspaltdüse, eine Fächerstrahldüse, eine Vollkegeldüse, eine Flachstrahldüse, eine Zungendüse, eine Spiraldüse, eine Borda-Düse, Kniedüse und eine Turbulenzdüse sowie eine Mischdüse zum Mischen zweier oder mehr verschiedener Substanzen.The method can advantageously include forming a nozzle of one of the following nozzle types: a Rayleigh nozzle, i.e. in particular one or more cylindrical nozzle holes, a double-jet nozzle, in particular a double-jet nozzle, which has outlet channels which are arranged in such a way that at least two of the outlet channels emerge from outlet openings Spray jets can meet centrally at a respective point of impact at a distance from the outlet openings, a multi-jet nozzle, a hollow cone nozzle, in particular with a tangential inlet, an annular gap nozzle, a fan jet nozzle, a full cone nozzle, a flat jet nozzle, a tongue nozzle, a spiral nozzle, a Borda nozzle, elbow nozzle and a turbulence nozzle and a mixing nozzle for mixing two or more different substances.
Dabei bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass sich bei komplexen Düsengeometrien gröbere Strukturen des Düsenkörpers durch die Herstellung des Rohkörpers, insbesondere auch mittels Spritzguss, erzeugen lassen, und feinere Strukturen, insbesondere in Düsendurchstromrichtung verdünnte Wandstrukturen und Düsenkanäle oder Abschnitte von Düsenkanälen mit Hilfe von Lasereinwirkung ausgebildet werden.The present invention offers the advantage that, in the case of complex nozzle geometries, coarser structures of the nozzle body can be produced by the production of the raw body, in particular also by means of injection molding, and finer structures, in particular wall structures and nozzle channels or sections of nozzle channels that are thinned in the direction of nozzle flow, can be produced with the aid of laser action be formed.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu; insbesondere entsprechen Verhältnisse der einzelnen Abmessungen zueinander aus Gründen der Anschaulichkeit teilweise nicht den Abmessungsverhältnissen in tatsächlichen technischen Umsetzungen. Es werden bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Grundsätzlich kann jede im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschriebene bzw. angedeutete Variante der Erfindung besonders vorteilhaft sein, je nach wirtschaftlichen, technischen und ggf. medizinischen Bedingungen im Einzelfall. Soweit nichts gegenteiliges dargelegt ist, bzw. soweit grundsätzlich technisch realisierbar, sind einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen austauschbar oder miteinander sowie mit per se aus dem Stand der Technik bekannten Merkmalen kombinierbar.The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the attached schematic drawings. The drawings are not to scale; in particular, for reasons of clarity, the ratios of the individual dimensions to one another sometimes do not correspond to the dimensional ratios in actual technical implementations. Preferred exemplary embodiments are described, to which, however, the invention is not restricted. In principle, each variant of the invention described or indicated within the scope of the present application can be particularly advantageous, depending on the economic, technical and possibly medical conditions in the individual case. Unless stated otherwise, or insofar as it is fundamentally technically feasible, individual features of the described embodiments can be exchanged or combined with one another and with features known per se from the prior art.
Es zeigt
-
1 ein Verfahrensfließbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, -
2a die Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß hergestellten Düsenkörpers mit darin ausgebildeter Zweistrahldüse, -
2b eine Teilansicht des Düsenkörpers aus2a in der Draufsicht von unten, wobei die Schnittebene der2a als durchbrochene Linie B-B' angedeutet ist, -
2c den Düsenkörper aus2a und2b zur Anwendung eingesetzt in den Sprühkopf einer Spraydose, -
3a die Querschnittsdarstellung eines Rohkörpers, der mittels Lasereinwirkung zum Düsenkörper in2a weiterverarbeitet wird, -
3b den Rohkörper aus3a in der Draufsicht von unten, wobei die Schnittebene der3a wiederum als durchbrochene Linie B-B' angedeutet ist, -
4a die Querschnittsdarstellung eines Rohkörpers für die Fertigung des Düsenkörpers in5a und5b , -
4b den Rohkörper aus4a in der Draufsicht von unten, wobei die Schnittebene der4a als durchbrochene Linie A-A' angedeutet ist -
5a die Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß mittels Lasereinwirkung aus dem Rohkörper der4a ,4b hergestellten Düsenkörpers mit 12 Rayleigh-Düsenlöchern, -
5b eine Teilansicht des Düsenkörpers aus5a in der Draufsicht von unten, wobei die Schnittebene der5a als durchbrochene Linie A-A' angedeutet ist, -
6 die Querschnittsdarstellung eines Rohkörpers für die Fertigung des Düsenkörpers in7a und7b , -
7a die Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß mittels Lasereinwirkung ausdem Rohkörper der 6 hergestellten Düsenkörpers mit Hohlkegeldüse mit radialem Einlauf, und -
7b eine Teilansicht einer weiteren Querschnittsdarstellung des Düsenkörpers aus7a mit orthogonal hierzu stehender Betrachtungseben von unten, wobei die Schnittebene der7a in7b als durchbrochene Linie B-B' angedeutet ist, und die Schnittebene der7b in7a als durchbrochene Linie A-A'.
-
1 a process flow diagram of an embodiment of the process according to the invention, -
2a the cross-sectional representation of a nozzle body according to the invention or produced according to the invention with a two-jet nozzle configured therein, -
2 B A partial view of the nozzle body2a in the plan view from below, the cutting plane of the2a is indicated as a broken line BB', -
2c the nozzle body2a and2 B for use in the spray head of a spray can, -
3a the cross-sectional view of a raw body, which is laser-cut into the nozzle body in2a is further processed, -
3b the raw body3a in the plan view from below, the cutting plane of the3a is again indicated as a broken line BB', -
4a the cross-sectional representation of a raw body for the production of the nozzle body in5a and5b , -
4b the raw body4a in the plan view from below, the cutting plane of the4a is indicated as a broken line AA' -
5a the cross-sectional view of an inventive or according to the invention by means of laser action from the raw body4a ,4b manufactured nozzle body with 12 Rayleigh nozzle holes, -
5b A partial view of the nozzle body5a in the plan view from below, the cutting plane of the5a is indicated as a broken line AA', -
6 the cross-sectional representation of a raw body for the production of the nozzle body in7a and7b , -
7a the cross-sectional view of an inventive or according to the invention by means of laser action from theraw body 6 manufactured nozzle body with hollow cone nozzle with radial inlet, and -
7b Figure 12 shows a partial view of another cross-sectional view of the nozzle body7a with orthogonal thereto standing viewing level from below, the cutting plane of the7a in7b is indicated as a broken line BB ', and the sectional plane of7b in7a as broken line A-A'.
Einander entsprechende Elemente sind in den Zeichnungsfiguren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Corresponding elements are denoted by the same reference symbols in the drawing figures.
Auch andere polymerisierbare Binder mit oder ohne nichtaushärtbaren Komponenten können verwendet werden. Eine Auswahl vorteilhaft einsetzbarer Zusammensetzungen ist, wie oben ausgeführt, in
Im Schritt S2 wird der Binder unter Zufuhr von UV-Licht bei einer Wellenlänge von 365 nm polymerisiert. Aus dem entstehenden thermoplastischen Material mit eingelagerten Glaspartikeln wird bei einer Temperatur oberhalb von 70°C im Schritt S3 mithilfe eines Formwerkzeugs eine den äußeren Abmessungen des gewünschten Düsenkörpers ungefähr entsprechende Primärstruktur spritzgegossen. Der Fachmann kann hier auf bekannte Spritzgießverfahren zurückgreifen.In step S2, the binder is polymerized by supplying UV light at a wavelength of 365 nm. From the resulting thermoplastic material with embedded glass particles, a primary structure approximately corresponding to the external dimensions of the desired nozzle body is injection molded at a temperature above 70° C. in step S3 using a mold. The person skilled in the art can fall back on known injection molding processes here.
Durch mehrstündiges Erhitzen im Schritt S4 auf zunächst 150°C (für ca. vier Stunden), dann 280° C (für ca. vier Stunden) und schließlich 550°C (für ca. zwei Stunden) werden zunächst Reste der nichtaushärtbaren Komponente (bei der anfänglich niedrigeren Temperatur um zu vermeiden, dass sich diese entzündet) und schließlich der Polymer-Binder entfernt (Entbindern).By heating for several hours in step S4 to initially 150°C (for about four hours), then 280°C (for about four hours) and finally 550°C (for about two hours), residues of the non-curable component (at the initially lower temperature to prevent it from igniting) and finally removing the polymer binder (debinding).
Die entstandene poröse Sekundärstruktur kann im Schritt S5 vorteilhafterweise mit einem Füllstoff, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe siliziumbasierte Präkursoren und titanbasierte Präkursoren, gefüllt werden, um Schrumpfen beim nachfolgenden Sintern zu minimieren. Insbesonde bei Verwendung von siliziumbasierten Präkursoren lassen sich Hohlräume der Sekundärstruktur mit Quarzglas nachverdichten. Zum Auffüllen der Poren eignen sich grundsätzlich alle per se aus dem Stand der Technik bekannten Prozesse, die in der Lage sind, Füllstoffe in die poröse Sekundärstruktur einzubringen, wie etwa Gasphasenabscheidung, Flüssigkeitsinfiltration und Sol-Gel-Prozesse.In step S5, the resulting porous secondary structure can advantageously be filled with a filler, preferably selected from the group consisting of silicon-based precursors and titanium-based precursors, in order to minimize shrinkage during the subsequent sintering. In particular when using silicon-based precursors, cavities in the secondary structure can be densified with quartz glass. In principle, all processes known per se from the prior art which are able to introduce fillers into the porous secondary structure, such as gas phase deposition, liquid infiltration and sol-gel processes, are suitable for filling the pores.
Anschließend wird die gefüllte Sekundärstruktur im Schritt S6 thermisch gesintert, beispielsweise zunächst bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 1000 °C für eine Dauer von 1 bis 3 Stunden und anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1000 bis 1500 °C für eine Dauer von 1 bis 2 Stunden. Es entsteht dabei ein Quarzglas aufweisender Rohkörper 1.The filled secondary structure is then thermally sintered in step S6, for example initially at a temperature in the range from 700 to 1000° C. for a period of 1 to 3 hours and then at a temperature in the range from 1000 to 1500° C. for a period of 1 up to 2 hours. This results in a
Aus dem erhaltenen Rohkörper 1, wie für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele in
Hierzu werden im beschriebenen Ausführungsbeispiel zunächst die zu entfernenden Materialbereiche selektiv einer Laserbelichtung ausgesetzt (Schritt S7), und die belichteten Bereiche im anschließenden Schritt S8 ausgeätzt (selektives laserinduziertes Ätzen). Auch andere aus der Literatur und fachmännischen Praxis bekannte Verfahren der Laserbearbeitung von Quarzglas können erfindungsgemäß eingesetzt werden.For this purpose, in the exemplary embodiment described, the material regions to be removed are first selectively exposed to laser exposure (step S7), and the exposed regions are etched out in the subsequent step S8 (selective laser-induced etching). Other methods of laser processing quartz glass that are known from the literature and from expert practice can also be used according to the invention.
Ein erfindungsgemäßer Düsenkörper 14 mit zwei Austrittskanälen 15a, 15b ist in
Mittels selektiver Laserbelichtung und anschließendem Ausätzen der belichteten Bereiche (selektives laserinduziertes Ätzen) sind in dem Quarzglas-Düsenkörper 14 mit zylindrischer Grundform zwei im wesentlichen zylindrische Austrittskanäle 15a, 15b mit Austrittsöffnungen 16a, 16b gebildet, ferner ein Siebkörper 17 mit einer Vielzahl von Sieböffnungen 18, deren Durchmesser im dargestellten Beispiel in etwa dem Durchmesser der Austrittskanäle 15a, 15b entspricht, um Verstopfungen von letzteren fernzuhalten.By means of selective laser exposure and subsequent etching of the exposed areas (selective laser-induced etching), two essentially
Generell sind je nach Anwendungsfall Sieböffnungen 18 mit Durchmessern zwischen 2 µm und 150 µm meist besonders vorteilhaft. Auch wenn die Sieböffnungen 18 im dargestellten Beispiel im wesentlichen zylindrisch sind, so sind auch anders geformte Sieböffnungen 18 vorteilhaft ausführbar. Beispielsweise können Siebböden 17 gitterförmig mit rechteckigen, insbesondere quadratischen Sieböffnungen 18 oder wabenförmig mit sechseckigen Sieböffnungen 18 ausgeführt werden. Abgestützt wird der Siebkörper 17 durch den Steg 19, um auch größeren Druckdifferenzen standhalten zu können.In general, depending on the application,
Der zwischen der Eintrittsöffnung 21 des Düsenkörpers 14 und den Austrittskanälen 15a, 15b von Fluid durchströmbare Raum 20 ist durch den Siebkörper 17 unterteilt. Der Siebkörper 17 und der die Austrittskanäle 15a, 15b enthaltende Wandungsbereich des durchströmbaren Raums 20 sind mittels des oben beschriebenen selektiven laserinduzierten Ätzens zusammen einstückig ohne eine den Siebkörper und diesen Wandungsbereich verbindende Fügestelle ausgebildet.The
Durch Anzahl, Aspektverhältnis und Anordnung der Sieböffnungen 18 können Durchfluss- und Druckverhältnisse im von Fluid durchströmbare Raum 20 gezielt beeinflusst werden. Die Fertigung mittels Lasereinwirkung erhöht dabei die Fertigungsgenauigkeit.Flow and pressure conditions in the
Der größere dem Siebkörper 17 vorgelagerte Teil des durchströmbaren Raums 20 ist dagegen bereits im Rohkörper 1 angelegt, ebenso die oberseitige Kerbe 22.On the other hand, the larger part of the
Die auf den Flanken der Kerbe 22 angeordneten Austrittsöffnungen 16a, 16b der in Schritten S7 und S8 gebildeten Austrittskanäle 15a, 15b sind einander zugewandt. Der Winkel α zwischen den sich im Punkt S schneidenden Mittelachsen der Austrittskanäle 15a, 15b beträgt im abgebildeten Beispiel etwa 80°. Das Aspektverhältnis zwischen der Länge l der Austrittskanäle 15a, 15b (entlang der jeweils kürzesten Mantellinie des zylindrischen Mantels der Austrittskanäle 15a, 15b) und deren Zylinderdurchmesser beträgt ungefähr 2:1. Auch die exakte Einhaltung einer derartigen Geometrie ist durch die Fertigung mittels Lasereinwirkung vereinfacht.The
Der Sprühkopf 5 ist auf den Kopf 4 des Austrittsrohrs 3 des Sprühbehälters 6 aufgesetzt. Der Sprühbehälter 6.ist aus herkömmlichem Behältermaterial wie beispielsweise Aluminium oder Weißblech gefertigt.The
Das Ventil der Sprühdose 2 ähnelt den Ventilen herkömmlicher Sprühdosen und weist ein Ventilgehäuse 7 auf, welches über den aus einem Elasten wie Kautschuk- oder Silikongummi bestehenden Dichtring 8 abgedichtet ist. Die ins Ventilgehäuse eingesetzte Feder 9 drückt die Verschlusskapsel 11 gegen den Dichtring 8. Durch Zusammendrücken von Sprühkopf 5 und Sprühbehälter 6 relativ zu einander schiebt das unten angeschrägte Austrittsrohr 3 die Verschlusskapsel nach unten, so dass Sprühgut aus dem Sprühbehälter 6 durch Ventilgehäuse 7 und Austrittsrohr 3 in den Zuführungskanal 10 des Sprühkopfs 5 eintreten kann. Die den Düsenkörper 14 haltende Sprühkopfkulisse 13 besteht aus thermoplastischem oder duroplastischen Kunststoff, z.B. Polyethylen, Polypropylen oder Polycarbonat.The valve of the spray can 2 is similar to the valves of conventional spray cans and has a
Während der den Rayleigh-Düsen 15 vorgelagerte durchströmbare Raum 20 gemäß obigen Schritten S1-S6 im Rohkörper 1 gebildet ist, werden die zwölf zylindrischen Rayleigh-Düsen 15 sowie die lokale Wandstärkenreduzierung der Wandung 23, die die Rayleigh-Düsen 15 lateral umgibt, mittels Lasereinwirkung gemäß den Schritten S7 und S8 erzeugt. Für ausreichende Stabilität der in ihrer Stärke (in axialer Richtung der Düsen 15) reduzierten Wandung 23 dienen die von der Lasereinwirkung ausgesparten Stege 19.While the flow-through
Der jeweils geringste Durchmesser des Fluideintritts 25 und Fluidaustritts 16 da beträgt jeweils unter 200 µm. Mit dem genannten Herstellungsverfahren des selektiven laserinduzierten Ätzens lassen sich auch Durchmesser von nur wenigen Mikrometern erreichen.The respective smallest diameter of the
Die Symmetrieachse a des kegeligen Abschnitts des Hohlraums 24 ist auch Symmetrieachse des Fluidaustritts 16. Der Fluidaustritt 16 endet im dargestellten Beispiel mit einer konischen Erweiterung und einer scharfen Abrisskante, um die Fluidzerstäubung zu begünstigen.The axis of symmetry a of the conical section of the
Zugeführt wird zu zerstäubende Flüssigkeit dem Fluideintritt 25 über den Zulauf 21 und die ringförmige Vorkammer 26, welche ebenfalls durch selektives laserinduziertes Ätzen erzeugt wird. Zwischen dem Zulauf 21 und der Vorkammer 26 durchströmt die zu zerstäubende Flüssigkeit den (nicht zwingend vorgesehenen) Siebkörper 17. Dessen Öffnungen 18 besitzen einen jeweils geringsten Durchmesser von einem Drittel des geringsten Durchmessers des Fluideintritts 25. Der Siebkörper 17 bewahrt den Fluideintritt 25 und den Fluidaustritt 16 vor Verstopfen. Über den Umfang können auch mehrere Fluideintritte 25 verteilt sein.Liquid to be atomized is supplied to the
Der dem Siebkörper 17 vorgelagerte durchströmbare Raum 20 ist bereits im mittels der Schritte S1-S6 erzeugten Rohkörper 1 angelegt.The through-
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