DE2209843A1

DE2209843A1 - Spritzkopf für Aerosolbehälter

Info

Publication number: DE2209843A1
Application number: DE19722209843
Authority: DE
Inventors: Charles A. Pinellas Park Fla. Coffey (V.SLA.). E03d 5-00
Original assignee: Harris Paint Co., Tampa, Fla. (V.SLA.)
Priority date: 1971-03-02
Filing date: 1972-03-01
Publication date: 1972-09-14
Also published as: CA947723A; NL7202736A; FR2127904A5; IT949801B; GB1342442A; US3698645A

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Di₍>l.-I<ig. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen *X LHj O 43

zur Eingab, vom 24. Februar 1972 vA//Named. Anm. HARRIS PAINT COMPANY

Spritzkopf für Aerosolbehälter

Die Erfindung bezieht sich auf Spritzköpfe, die bei unter Druck stehenden Aerosolbehältern für flüssige Produkte verwendet werden, wie zum Beispiel Farben, und insbesondere für Glitzerfarben, denen feste Teilchen oder Flocken beigemischt sind.

Ein als Druckknopf ausgebildeter üblicher Spritzkopf weist im allgemeinen einen mittleren Durchlaß in einer Spindel auf, welche mit dem Auslaß eines federbelasteten Ventils verbunden ist, das im oberen Ende eines Aerosolbehälters angeordnet ist. Der Durchlaß steht mit einer zylindrischen Ausnehmung in der Seitenwand des Druckknopfes in Verbindung, in welche ein Düseneinsatz im Preßsitz eingesetzt ist, wobei die stromabwärts liegende Seite der Düsenöffnung mit der Außenfläche des Spritzkopfes im wesentlichen in der gleichen Ebene liegt. Der Durchmesser des Durchlasses des Spritzkopfes und der Innendurchmesser des Düseneinsatzes stromaufwärts vom Öffnungsabschnitt sind im allgemeinen von der gleichen Größenordnung, nämlich etwa 1,56 mm. Der Innendurchmesser der Öffnung kann 0,4 bis mehr als 1,0 mm betragen, je nach den Eigenschaften des zu verteilenden Produkts. Für verhältnismäßig viskose Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Farben, ist beispielsweise ein Durchmesser der öffnung von 0,8 mm üblich«

Im Betrieb bewirkt eine axiale Bewegung des Spritzkopfes gegen das Ventil die Öffnung desselben und ermöglicht, daß eine Mischung des Produkts und des Treibmittels durch den Durchlaß strömt und aus der Düsenöffnung in Form eines zerstäubten Nebels austritt. Der Druck und die Geschwindigkeit der austretenden Strömung sind im wesentlichen konstant vom Ventilauslaß bis zu der Düsenöffnung, wo der verringerte Innendurchmesser bewirkt, daß die Geschwindigkeit stark zunimmt und der Druck ent-

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sprechend abnimmt. Da die Strömungsfläche des Durchlasses vom Ventilauslaß bis zu der Düsenöffnung verhältnismäßig klein sowie im wesentlichen gleichmäßig ist, erfolgen die Verdampfung des Treibmittels und die Zerstäubung des Produkts anscheinend hauptsächlich in dem verringerten Druckbereich der Düsenöffnung, obwohl eine gevrisse anfängliche Verdampfung und Mischwirkung bereits während der Strömung durch den verhältnismäßig verengten Ventilauslaß erfolgt.

Infolge der Beschränkung des Mischens ύ und der Zerstäubung auf einen angrenzend an den Düsenauslaß lokalisierten Bereich erzeugen die üblichen Spritzköpfe häufig unzufriedenstellende Spritzmuster, insbesondere wenn sie für flüssige Produkte verwendet werden, in welchen feste Teilchen oder Flocken dispergiert sind, wie zum Beispiel Spezialfarben, welche Glitzerflocken aus Metall, Kunststoff oder Glas enthalten· Die kleinen Teilchen in dieser Art des Produktes dienen anscheinend als Kerne für die Ansammlung von Flüssigkeit in verhältnismäßig großen Tröpfchen, welche herauszuspritzen trachten und sich auf der Innenseite des Randteils des Verteilerbehälters sammeln, und welche einen ungleichmäßigen Überzug auf dem zu bespritzenden Gegenstand erzeugen. Diese unerwünschten Ergebnisse werden verstärkt, wenn die Größe der suspendierten Teilchen zunimmt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, das Problem des Herausspritzens zu eliminieren, wenn Flüssigkeiten gespritztwerden, denen feste Teilchen beigemischt sind, um die durchschnittliche Teilchengröße zu erhöhen, die mit einer einen gegebenen Durchmesser aufweisenden Düsenöffnung gespritzt werden kann, sowie um die Strömungsgeschwindigkeit für gegebene Drücke des Verteilers und Durchmesser der Düsenöffnung zu erhöhen.

Diese und andere Aufgaben werden gelöst, wenn stromaufwärts von der Düsenöffnung eine langgestreckte Ausdehnungskammer angeordnet wird. Die Abmessungen der Ausdehnungskammer sind nicht kritisch, ihr Durchmesser soll Jedoch wesentlich größer sein als

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jener des mit dem Ventil verbundenen Durchlasses.

Die Länge der Kammer soll vorzugsweise ein Mehrfaches ihres Durchmessers betragen. Es wurde gefunden, daß durch Vergrößerung der Länge der Kammer beispielsweise auf mindestens das Fünffache ihres Durchmessers nicht nur die Gleichmäßigkeit des Spritzmusters verbessert wird, sondern überraschenderweise auch die Strömungsgeschwindigkeit des Produkts bei einem gegebenen Durchmesser der Düsenöffnung und einem Druck des Treibmittels zunimmt.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines Aerosolbehälters, der mit einem Spritzkopf gemäß der Erfindung versehen ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie 2-2 der Figur 3 und Fig. 3 einen Längsschnitt nach der Linie 3-3 der Figur 2.

Gemäß der Zeichnung weist der Spritzkopf 10 ein annähernd zylindrisches Gehäuse 12 mit einem axialen Durchlaß 14 auf, dessen Einlaß 16 durch einen Schlitz am Ende einer Spindel 20 gebildet wird. Die Außenseite 22 der Spindel 20 ist so bemessen, daß sie dicht in den Auslaß eines üblichen federbelasteten Ventils 21 im oberen Ende eines unter Druck stehenden Aerosolbehälters 23 paßt.

An seinem stromabwärts liegenden Ende mündet der Durchlaß 14 durch den Schlitz 24 in die Ausdehnungskammer 26 im Rohr 28. Das Rohr 28 besteht aus einem verformbaren Kunststoffmaterial und sein Außendurchmesser ist so gewählt, daß ein Preßsitz mit der Bohrung 30 der zylindrischen Ausnehmung 32 in der Seitenwand des Gehäuses 12 des Spritzkopfes ermöglicht wird. Ein mit einem Flansch versehener üblicher Düseneinsatz 34, der auf seiner stromabwärts liegenden Seite 38 eine Öffnung 36 aufweist, ist im Preßsitz in das äußere Ende des Rohres 28 eingesetzt, um H 109/1

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das stromabwärts liegende Ende der Ausdehnungskammer 26 zu bilden.

Obwohl das Gehäuse 12 des Spritzkopfes und das Rohr 28 in der Zeichnung als eine zweiteilige Einheit dargestellt sind, kann die Einheit gewünschtenfalls auch in einem Stück geformt werden. Von Wichtigkeit ist, daß die Querschnittsfläche der Ausdehnungskammer 26 beträchtlich größer ist als die Querschnittsflächen des Durchlasses 14 und der öffnung 36. Außerdem soll die Länge der Ausdehnungskammer 26 ein Mehrfaches ihres Durchmessers betragen. Das Verhältnis der Länge zum Durchmesser soll vorzugsweise mindestens 5:1 sein. Wenn der Spritzkopf für einen mit einem gewölbten oberen Ende versehenen typischen Aerosolbehälter der in Fig. 1 gezeigten Art verwendet wird, soll die Länge der Kammer 26 vorzugsweise mindestens groß genug sein, um den Austritt des Nebels weiter weg von der Ventilbefestigungskappe 25 sicherzustellen.

Im Betrieb wird der Spritzkopf 10 durch Fingerdruck auf die Oberfläche 40 in axialer Richtung verschoben, das federbelastete Ventil 21 öffnet sich und eine Mischung des flüssigen Produktes und des Treibmittels strömt durch den Einlaß 16 längs des Durchlasses 14 und durch den Schlitz 24 in die Ausdehnungskammer 26ο Die plötzliche Zunahme der Querschnittsfläche in der Ausdehnungskammer 26 verringert die Strömungsgeschwindigkeit, und die plötzliche Veränderung der Strömungsrichtung bewirkt eine wirbelnde Strömung, welche eine innige Mischung des Produkts und des V verdampfenden Treibmittels fördert, vor dem Austritt als ein feiner Nebel durch die öffnung 36.

Es sind Versuche durchgeführt worden, um die Leistung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines Spritzkopfes mit einer Ausdehnungskammer mit jener eines üblichen Spritzkopfes ohne eine Ausdehnungskammer zu vergleichen, sowie um die Wirkung der Kammerlänge zu bestimmen. Das bei den Versuchen verwendete Produkt bestand aus Glitzerfarbe, der feste Teilchen mit maximalen

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Abmessungen von etwa 0,2 mm beigemischt waren.

Die Abmessungen des Spritzkopfes 10 waren folgende:

Einlaßschlitz 18 1,5 mm Breite und 3,125 mm Länge Kammer 26 Durchmesser 2,8 mm

Öffnung 36 Durchmesser 0,8 mm

Zum Vergleich wurden Versuche mit zwei verschiedenen Ausdehnungskammern 26 durchgeführt, deren Länge 15,625 mm bzw. 7,81 mm betrug. Außerdem wurde ein Spritzkopf untersucht, der keine Ausdehnungskammer, aber einen direkt in die Ausnehmung 32 gepreßten Düseneinsatz 36 aufwies.

Die Versuchsergebnisse für die drei vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Spritzkopfes, die mit aus der Fertigungsstraße entnommenen Aerosolbehältern mit einem Fassungsvermögen von 0,426 1 verwendet wurden, sind nachstehend angegeben. Die Spritzzeit betrug in jedem Fall 5 Sekunden.

Verteiltes Produkt

Spritzkopf ohne Ausdehnungskammer 27,7 g

Spritzkopf mit Ausdehnungskammer von 7,81 mm

Länge 27,8 g

Spritzkopf mit Ausdehnungskammer von 15,625 mm

Länge 30,4 g

Wesentliche Veränderungen von Versuch zu Versuch schließen eine quantitative Beziehung zwischen Kammerlänge und Strömungsge-■ schwindigkeit aus, aber in jedem Fall war die Menge des verteilten Produkts bei der langen Kammer größer als bei der kurzen Kammer bzw. bei der kurzen Kammer größer als bei keiner Kammer.

Wie bereits erwähnt, hatte der Einlaßschlitz 18 in jedem der drei Versuchsspritzköpfe eine Breite von 1,5 mm und eine Länge

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von 3,125 mm. Ein Spritzkopf mit keiner Ausdehnungskammer und einem Einlaßschlitz mit einer Breite von 1,5 mm und einer Länge von 1,375 mm verteilte zum Vergleich 21,3 g in fünf Sekunden. Es ist daher klar, daß die Größe des Einlaßschlitzes 18, wie zu erwarten war, eine beträchtliche Wirkung auf die Strömungsgeschwindigkeit hat. Hinsichtlich der Gleichmäßigkeit des Spritzmusters und des fehlenden Herausspritzens wurde jedoch durch die Anordnung der Ausdehnungskammer gemäß der Erfindung eine viel größere Verbesserung erzielt als durch Veränderungen der Größe des Einlaßschlitzes 18.

Bei beiden Versuchen mit den Ausdehnungskammern war das Spritzmuster gleichmäßiger und die Glitzerteilchen waren auf der bespritzten Oberfläche willkürlicher verteilt als bei dem Versuch ohne eine Ausdehnungskammer. Überdies waren die Strömungsgeschwindigkeiten (bestimmt durch das Gewicht der Behälter vor und nach einer gleichen Dauer der Spritzzeit) bei den Versuchen mit einer Ausdehnungskammer größer als bei jenem ohne eine Ausdehnungskammer, wobei sich der Unterschied bei den Versuchen mit der längeren Kammer besonders deutlich zeigte. Größere Strömungsgeschwindigkeiten ermöglichen aber dem Arbeiter selbstverständlich, den gewünschten Überzug in einer kürzeren Zeit herzustellen.

Andere Ausführungsformen und Abmessungen sind für den Fachmann leicht erkennbar. Beispielsweise könnte die Länge des Rohres 28 gewünschtenfalls bis zum Rand des Behälters 23 oder sogar über denselben hinaus erstreckt werden. Für Flüssigkeiten, die verschiedene Viskositäten aufweisen und denen Teilchen verschiedener Größe beigemischt sind, können die Abmessungen der Schlitze 18 und 24 und die Größe der Öffnung 36 entsprechend verändert werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Obwohl die Nützlichkeit des Spritzkopfes gemäß der Erfindung besonders im Hinblick auf das Spritzen von Flüssigkeiten mit beigemischten festen Stoffen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf eine solche Anwendung beschränkt. Erhöhte Strömungsge-

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schwindigkeiten ergeben sich auch beim Spritzen anderer Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsmischungen, wie zum Beispiel unmischbarer Flüssigkeiten, sowie von Flüssigkeiten oder festen Stoffen in einem Gas· Der Spritzkopf liefert beispielsweise ausgezeichnete Ergebnisse beim Spritzen von Emaille und arbeitet auch gut, wenn kosmetische Aerosolverbindungen; wie zum Beispiel Talkumpuder, verspritzt werden. Der Spritzkopf gemäß der Erfindung ist daher für alle Arten von Flüssigkeiten oder Trockenmischungen verwendbar, die von einem unter Druck stehenden Aerosolbehälter verteilt werden können.

Patentansprüche

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENfELD · Dip!.-!ng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen zur Eingabe vom 24. Februar 1972 VA// Named. Ann,. HARRIS PAINT COMPANY PATENTANSPRÜCHE

1.J Zerstäuberspritzkopf, der ein zylindrisches Gehäuse mit einem axialen Durchlaß aufweist, welcher an einem Ende offen ist zwecks Befestigung an dem Ventil eines unter Druck stehenden Aerosolbehälters, sowie mit einem Austrittskanal, dessen Achse zu der Achse des Durchlasses senkrecht steht, und mit einer koaxialen verengten Nebel bildenden Öffnung am stromabwärtsliegenden Ende des Austrittskanals,

gekennzeichnet durch eine Ausdehnungskammer, die in dem Austrittskanal stromaufwärts von der Öffnung ausgebildet ist und die eine Querschnittsfläche aufweist, welche größer ist als jene des axialen Durchlasses, wobei die Länge der Ausdehnungskammer mindestens das Fünffache ihres Durchmessers beträgt.

2. Spritzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Ausdehnungskammer mindestens ungefähr 15,625 mm beträgt.

3. Spritzkopf nach.Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Ausdehnungskammer mindestens 2,5 mm beträgt.

4. Spritzkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des axialen Durchlasses angrenzend an das offene Ende einen rechteckigen Einlaßschlitz mit einer Längsabmessung von ungefähr 3,125 mm und einer seitlichen Abmessung von ungefähr 1,56 mm aufweist.

5. Spritzkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nebelbildende Öffnung einen Durchmesser von 0,8 mm aufweist.

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