DE2239950C3 - Handgerät zur Flüssigkeitszerstäubung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Zerstäubung einer Flüssigkeit, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist

In der Praxis sind Aerosol-Sprühdosen mit einem unter temperaturabhängigen Eigendruck stehenden Treibmittel weit verbreitet Derartige Sprühdosen sind s aber sowohl in der Handhabung als auch in der Aufbewahrung nicht ganz ungefährlich. Einerseits kenn durch unsachgemäße Behandlung, insbesondere durch Überhitzung, eine Explosion einer solchen Sprühdose mit der damit verbundenen Gefährdung von Personen erfolgen. Andererseits hat auch bereits ein Undichtwerden eines wie bei Sprühdosen verwendeten Sprühventils schon zu Raumluftverunreinigungen oder zu Verschmutzungen und Beschädigungen von Gegenständen, beispielsweise von Schränken oder Autos, in denen Sprühdosen aufbewahrt wurden, geführt Zur Flüssigkeitszerstäubung sind auch bereits Geräte in der Art von Sprüh- oder Spritzoistolen bekanntgeworden, ζ. Β. zum Absprühen von Blumen mit Wasser. Bei solchen Geräten wird in erster Linie eine größere Menge Flüssigkeit zusammen mit mitgerissener Luft verteilt Besonders feine Verteilungen und homogene Gemische lassen sich mit solchen Geräten kaum erreichen. Außerdem muß die Pumpe derartiger Geräte von Hand betätigt werden. Eine derartige Handbetätigung erfreut sich aber, wie die Umsatzzahlen für Sprühdosen zeigen, keiner besonderen Beliebtheit beim Publikum.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Ultraschaü-Zerstäubungsgeräten bekannt von denen jedoch keines geeignet ist, eine Aerosol-Sprühdose in Funktion und Handhabung zu ersetzen. Zum Beispiel ist aus der dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zugrunde gelegten deutschen Offenlegungsschrift 21 36 456 ein Flüssigkeitszerstäuber bekannt, bei dem eine piezoelektrische Schwingungsquelle ein Flüssigkeitsbad in Bewegung versetzt, das wiederum Schwingungsbewegung auf eine Membran überträgt. Auf diese Membran zugeführte Flüssigkeit soll aufgrund dieser übertragenen Membranschwingung zerstäubt werden. Mit Hilfe eines durch das Gerät hindurch geblasenen Luftstromes wird die zerstäubte Flüssigkeit weitertransportiert.

Dieses bekannte Gerät ist z. B. schon bereits aufgrund des zur Schwingungsübertragung vorgesehenen Flüssigkeitsbades stark lageabhängig, so daß es sich für ein eine Sprühdose ersetzendes Handgerät nicht eignet Auch dürfte die Umsetzung zugeführter elektrischer Leistung in zerstäubte Flüssigkeit einen relativ begrenzten Wirkungsgrad haben, so daß Zufuhr großer elektrischer Energie erforderlich ist. Dieses bekannte Gerät enthält darüber hinaus auch keine Einrichtungen zur Bereitstellung der für die elektrische Anregung des Wandlers des Schwingsystems angepaßten Energie.

Allgemein als Schwingsystem ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 32 433 ein Aufbau bekanntgewesen, bei dem eine zu Biegeschwingungen anzuregende Arbeitsplatte vorhanden ist, die bezüglich ihrer Schwingungsresonanzfrequenz auf einen zu Biegeschwingungen anzuregenden Wandler angepaßt ist. Mit dieser bekannten Konstruktion lassen sich ganz allgemein große Schwingungsamplituden unter Aufwand von vergleichsweise nur geringer elektrischer Energie erreichen. Dieses Schwingsystem läßt sich auch zur Flüssigkeitszerstäubung verwenden, und zwar zur Erzeugung sehr feiner Tröpfchen mit relativ homogener

b^r) Verteilung der Tröpfchengröße.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein für die praktische Handhabung geeignetes Gerät zur Flüssigkeitszerstäubung anzugeben, das sich für einen

Ersatz der bekannten Sprühdose eignet

Insbesondere soll dieses Gerät netzunabhängig zu handhaben sein.

Diese Aufgabe wird mit einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gerät zur Zerstäubung einer Flüssigkeit erfindungsgemäß gelöst, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüche hervor.

Ein wie erfindungsgemäßes Handgerät zur Flüssigkeitszerstäubung enthält alle notwendigen Funktionsteile, mit denen es in Handhabung und Funktion mit einer Aerosol-Sprühdose zu vergleichen ist Mit Hilfe des verwendeten, ganz speziellen Schwingsystems lassen sich Tröpfchen feinster Größe mit nur geringer Größenverteilung herstellen. Aufgrund des großen Wirkungsgrades dieses speziellen Schwingsystems ist der elektrische Energiebedarf relativ gering, so daß er mit Hilfe einer elektronischen Schaltung verarbeitet werden kann, die räumlich so klein aufzubauen ist, daß sie als Bestandteil in das Handgerät eingebaut werden kann. Wegen dieses geringen Leistungsbedarfes kann das Handgerät sogar mit Batterien begrenzter Kapazität betrieben werden, die gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung im Handgerät selbst Aufnahme finden können.

Ein wie erfindungsgemäßes Handgerät eigenet sich vorzugsweise für die Zerstäubung kosmetischer Flüssigkeiten, z. B. von Parfüm oder Rasierwasser. Gerade bei derartigen Flüssigkeiten ist die Beimischung von Druckmittel, wie sie bei Sprühdosen verwendet werden, besonders unerwünscht

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der anhand der Figuren gegebenen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels hervor.

Fig. 1 zeigt ein wie erfindungsgemäßes Handgerät Aus dieser Figur geht insbesondere der integrierte Aufbau des Gerätes hervor.

F i g. 2 u. 3 zeigen spezielle Ausgestaltungen für Einzelheiten des Flüssigkeitsbehälters, die insbesondere zur Verbesserung der Lageunabhängigkeit dienen.

Für die äußere Formgebung des Ausführungsbeispiels ist von einer bekannten Gestaltu.:^ "ür einen Haartrockner ausgegangen worden. Insbesondere ist eine Formgebung ähnlich einer Pistole mit entsprechend abgewinkeltem Handgriff besonders zweckmäßig. In diesem Handgriff kann in sehr günstiger Weise der Vorratsbehälter für die Flüssigkeit angeordnet werden.

F i g. 1 zeigt ein Prinzipbild eines erfindungsgemäßen Handgerätes in einer bereits erwähnten Pistolenform. Mit 1 ist das äußere Gehäuse bezeichnet. Innerhalb dieses Gehäuses befindet sich ein motorgetriebenes Gebläse 2 in an sich bekannter Konstruktion. Mit 3 ist das erfindungsgemäß vorgesehene, im Luftstrom 102 des Gebläses 2 angeordnete piezoelektrische Schwingsystem bezeichnet Einzelheiten dieses piezoelektrischen Schwingsystems 3 sind aus der DE-OS 20 32 431 an sich bekannt. Es besteht im wesentlichen aus einer zu einem Kegelstumpf entarteten Biegeschwingerplatte, an der ein piezoelektrischer Wandler, in der Art einer Scheibe aus Piezokeramik, befestigt ist. An dem dünneren Ende des Kegelstumpfes befindet sich die Arbeitsplatte 7, auf deren Oberfläche eine Flüssigkeit durch Ultraschallschwingungen des Systems zu einem Nebel feinster Tröpfchen zerstäubt werden kann. Die Flüssigkeit wird aus einem Vorratsbehälter 10 mittels eines Fördermechanismus 11 über eine Zuführungsleitung 12 durch die AussDritzdüse 14 auf die Oberfläche der Platte 7 aufgespritzt Der in der Figur schematisch dargestellte Federmechanismus 11 ist so dimensioniert, daß nur eine derart große Flüssigkeitsmenge auf die Platte 7 befördert wird, die durch die Schwingung der Platte 7 laufend zerstäubt werden kann. Zum Wegblasen des Flüssigkeitsnebels ist die Arbeitsplatte 7 vorteilhafterweise in einem kleinen Winkel, von beispielsweise 15°, gegenüber dem Luftstrom 102 abgeneigt angeordnet Durch diesen Luftstrom wird bereits weitestgehend eine ίο größere Ansammlung von Flüssigkeit auf der Oberfläche der Arbeitsplatte 7 verhindert

Vorteilhafterweise ist die Spitze der Ausspritzdüse 14 gemäß einer beonderen Ausgestaltung der Erfindung der Oberfläche der Arbeitsplatte gegenüber sehr naher, z. B. in einem Abstand von 0,1 mm angeordnet Dadurch wi^rd eine sonst mögliche Tropfenbildung und ein Ablenken des aus der Windung austretenden Flüssigkeitsstrahles vermieden. Ein derart geringer Abstand hat noch einen weiteren Vorteil, nämlich daß ein Verkalken des zerstäubten Systems unterbunden wird. Evtl. sich an der Mündung ansetzender Kalk wird durch die Ultraschallbewegung der Wassertröpfchen stets wieder zerschlagen wegtransportiert.

Insbesondere kann die Spitze der Anspritzdüse 14 so nahe der Oberfläche der Platte 7 angeordnet sein, daß diese die Oberfläche sogar leicht berührt Auch in diesem Falle können sich keine einzelnen Tropfen an der Austrittsöffnung der Düse bilden, da die Flüssigkeit gleich auf die Arbeitsplatte übergeleitet wird. Die Austrittsöffnung der Düse wird vorteilhafterweise so angeordnet, daß sie der Platte in einem Bereich eines ihrer Schwingungsknoten gegenübersteht. Ein solcher Ort liegt etwas außerhalb des Zentrums der Platte. Damit wird eine jegliche nennenswerte Dämpfung der Schwingung der Platte ausgeschlossen, die infolge einer tatsächlichen Berührung zwischen Platte und Ausspritzdüse andernfalls eintreten könnte. Auch bei dieser Konstruktion wird eine mögliche Kalkablagerung an und in der Düse 14 durch die Ultraschallbewegung stets wieder von selbst entfernt, und zwar spätestens wenn die Kalkablagerung die Arbeitsplatte berühren sollten.

Die Halterung des Schwingsystems 3 und die Halterung 15 der Ausspritzdüse 14 sind so ausgeführt, daß Vibrationen des Gehäuses 1 auf diese Teile nicht übertragen werden können. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Abstand zwischen Düse und Arbeitsplatte konstant bleibt, d. h. durch Schwingungen des Gehäuses nicht verändert wird.

Zur elektrischen Anregung des Schwingsystems 3 bzw. des Wandlers 5 ist eine elektronische Schaltung 121 vorgesehen, die sich in einem Gehäuse 21 befindet. Vorteilhafterweise ist dieses Gehäuse zwecks Kühlung der Schaltung in dem Luftstrom des Gebläses 2 angeordnet. Für eine besonders intensive Kühlung kann der Transistor 122 der Leistungsendstufe dieser Schaltung auch außerhalb des Gehäuses 21 unmittelbar in diesem Luftstrom angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Schwingsystem 3 in der Wandung des Gehäuses 21 eingefügt. Das Schwingsystem 3 hat einen Flansch 103, der mit dem Körper 4 im Bereich eines Schwingungsknotens fest verbunden ist. Durch diesen Flansch ist das Gehäuse 21 dicht abgeschlossen, so daß die Schaltung und der elektrische Anschluß des Wandlers 5 gegen die Flüssigkeit geschützt sind.

Die elektronische Schaltung wird über die Zuleitungen 23 vorzugsweise mit Netzstrom betrieben. Das Handgerät kann aber auch für Batteriebetrieb ausgelegt sein, wozu in dem Gehäuse 1 noch zusätzlich ein Raum

zur Aufnahme von Trockenbatterien 123 vorgesehen ist.

Zum Antrieb des Gebläses 2, z. B. eines Radialgebläses, ist ein in der Figur nicht dargestellter an sich bekannter Elektromotor vorgesehen. Soweit als Fördermechanismus eine mechanische Pumpe verwendet ist, ist diese vorteilhafterweise mechanisch mit dem Gebläse gekoppelt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß die Flüssigkeitsmenge mit der Intensität des Luftstromes gekoppelt ist. Von Bedeutung ist dies insbesondere für die Anfangsphase des Betriebes des Handgerätes, in der das Gebläse noch nicht volle Leistung erreicht hat. Anstelle einer mechanisch betriebenen Kreiselpumpe kann auch eine elektromagnetische Kolben- oder Membranpumpe verwendet werden.

Eine besondere Art eines Fördermechanismus ist diejenige, bei der unter Staudruck des Gebläses stehende Luft in den Vorratsbehälter hereingedrückt wird. Diese Luft verdrängt die Flüssigkeit aus dem Behälter durch die Leitung 12 auf die Arbeitsplatte 7. Auch bei dieser Ausgestaltung ist automatisch erreicht, daß die Fördermenge der Flüssigkeit von der durch das Gebläse geförderten Luftmenge abhängt.

Um das erfindungsgemäße Handgerät möglichst vielseitig verwendbar zu machen, ist gemäß einer besonderen Ausgestaltung vorgesehen, daß der Vorratsbehälter gegen eine anderen gleichen Vorratsbehälter austauschbar ist. Es können eine größere Anzahl von Vorratsbehältern vorgesehen sein, die mit jeweils verschiedenen Flüssigkeiten beispielsweise Parfüm, Rasierwasser, Desodorant, Rachenspray, einerseits aber auch mit Insektenvertilgungsmittel, dünnflüssiger Möbelpolitur oder mit einem Mittel zur Luftverbesserung in Räumen gefüllt sein können.

Für die Auswechselbarkeit des Magazins ist der oben beschriebene Fördermechanismus mit Stauluft besonders geeignet. Im Falle mechanischer Förderpumpen müssen diese in die Flüssigkeit eintauchen, während beim 5>tauluftprinzip eine bloße Ankopplung der Stauluft-Zuleitung und der Leitung 12 zur Ausspritzdüse genügt. F i g. 2 zeigt im Schema eine derartige Metallausgestaltung. Der auswechselbare Vorratsbehälter ist wieder mit 10 bezeichnet Zur Zuführung der Stauluft ist ein trichterförmiges Gebilde 31 mit einem anschließenden Rohr 32 vorgesehen. Dieses Rohr 32 wird mittels eines Steckverschlusses an den Behälter 10 angeschlossen. Mit einem entsprechenden Steckverschluß ist die Leitung 12 angeschlossen. Am Vorratsbehälter sind Kugelventile 33 und 34 vorgesehen, die den Behälter verschließen, sobald dieser aus dem Handgerät herausgenommen wird. Durch Stift 35 bzw. 36, die im Rohr 32 bzw. in der Leitung 12 angeordnet sind, werden Kugelventile 33 und 34 offengehalten, sobald der Vorratsbehälter sich in der für in vorgesehenen Aufnahme in dem Handgerät befindet.

F i g. 3 zeigt schematisch in welcher Weise das Handgerät lageunabhängig gemacht werden kann. In dem Behälter 10 ist anschließend an die Leitung 12 ein Schlauch 41 vorgesehen, an dessen unteren Ende sich ein Gewicht 42 befindet, daß das Schlauchende stets in Richtung auf den tiefsten Punkt des Behälters 10 ausrichtet. Auf diese Weise kann auch eine nur noch geringe Menge 43 einer Flüssigkeit im Behälter 10 entnommen werden.

Das piezoelektrische Schwingsystem 3 arbeitet vorzugsweise mit einer Frequenz von etwa 10OkHz. Hierfür hat es eine Arbeitsplatte mit einer Dicke von 1 mm und einem Durchmesser mit 10 mm. Der Kegelstumpf 4 hat an seiner engsten Stelle einen Durchmesser von etwa 5,5 mm und sein größter Durchmesser beträgt etwa 17 mm. Die Höhe des Kegelstumpfes ist etwa 17 mm und die Dicke der Scheibe des elektromechanischen Wandlers 5 beträgt etwa 1 mm. Diese Maßangaben stellen eine vorteilhafte Bemessung dar, die auch einen ungefähren Eindruck von den Größenabmessungen vermitteln sollen. Insbesondere bei der Wahl anderer Anregungsfrequenzen können andere Abmessungen geeigneter sein.

Durch die Kopplung von Gebläse und Fördermechanismus kann das erzeugte Luft-Flüssigkeits-Nebelgemisch mittels eines dem Gerät vorgeschalteten Thyristorreglers oder Ptentiometers fein dosiert werden mit steigender Geschwindigkeit des transportierenden Luftstroms nimmt auch die pro Zeiteinheit auf den Zerstäubertelle aufgebrachte Flüssigkeitsmenge zu.

Durch die spezielle Ausspritzung der Flüssigkeit auf die Arbeitsplatte und durch ein abgeschlossenes System von Vorratsbehälter, Fördermechanismus und Zuführungsleitung ist das Gerät im Gegensatz zu herkömmlichen Spraydosen iageunabhängig.

Durch den Luftstrom des Gebläses kann der Nebel aus feinsten Flüssigkeitströpfchen gezielt meterweit transportiert werden.

Das erfindungsgemäße Handgerät ist insbesondere auch für gewerbliche Zwecke, z. B. für Friseurbetriebe geeignet Dieses Handgerät kann dafür gleichzeitig auch als Haartrockner ausgebildet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Zerstäubung einer Flüssigkeit, die aus einem Vorratsbehälter durch ein Leitungssystem mit einem Fördermechanismus hindurch der Arbeitsplatte eines mit piezoelektrischer Antriebsplatte arbeitenden Schwingsystems zugeführt wird, wobei bei dem Gerät die zerstäubte Flüssigkeit durch einen an der Arbeitsplatte des Schwingsystems entlanggeführten Gasstromes abtransportiert wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Schwingsystem (3) mit einer von der Anregungsplatte (5) über einen Kegelstumpf als Kopplungssteg (4) zu Biegeschwingungen anzuregenden Arbeitsplatte (7), deren Durchmesser so gewählt ist, daß ihre Biegeresonanzfrequenz mit der Biegeresonanzfrequenz von Anregungsplatte (5) und Kopplungssteg (4) üDereinstimmt; eine elektronische Schaltung (121) für den Betrieb des Schwingsystems; der Fördermechanismus (U); der Vorratsbehälter (10) für die Flüssigkeit und ein Gebläse (2) konstruktiv zu einem Handgerät in einer Einheit zusammengebaut sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in dem Gerät ein Raum zur Aufnahme von elektrischen Batterien (132) für den elektrischen Betrieb des Schwingsystems und des Gebläses vorgesehen ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die als Fördermechanismus vorgesehene Pumpe (11) und das Gebläse (2) bezüglich ihres Antriebs mechanisch gekuppelt sind.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Fördermechanismus (11) eine unter Staudruck des Gebläses (2) stehende, in den Vorratsbehälter (10) führende Zuführungsleitung (31, 32) vorgesehen ist, die zur Verdrängung der Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter (10) auf die Arbeitsplatte (7) dient.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die elektronische Schaltung (121) oder wenigstens Teile (122) derselben zwecks Kühlung im Luftstrom (102) des Gebläses (2) angeordnet sind.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Schwingsystem (6) in der Wandung eines Gehäuses (21) der Schaltung (121) eingefügt ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Arbeitsplatte (7) des Schwingsystems (3) in einem kleinen Winkel, vorzugsweise in einem Winkel von 15°, gegenüber dem Luftstrom (102) des Gebläses (2) abgeneigt angeordnet ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, .gekennzeichnet dadurch, daß der Vorratsbehälter (10) gegen einen gleichen Behälter austauschbar ausgeführt und in dem Gerät eingebaut ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß für die Lageunabhängigkeit an dem Leitungssystem (12) innerhalb des Vorratsbehälters (10) ein Schlauch (41) mit einem beschwerenden Gewicht (42) am unteren Ende dieses Schlauches angeschlossen ist (F i g. 3).