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Zerstäuber-Kolbenpumpe
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(Zusatz zu Patent . ... ....
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Patentanmeldung P 17 03 416.1) Die Erfindung betrifft eine Zerstäuber-Kolbenpunpe
mit einem in einem Pumpenzylinder durch manuellen Druck auf einen Betätigungskopf
entgegen einer Rückholfeder verschiebbaren Kolben, einem zwischen dem Kolben und
einem Ventilkörper an einer Kolbenstange gebildeten Auslaßventil und einem Auslaßkanal
durch den holen Kolben, wobei der Kolben durch axiale Bewegung unter Einwirkung
des Flüssigkeitdruckes im Zylinder das Auslaßventil öffnet und einen die Kolbenstange
umgebenden hohlzylindrischen elastischen Hals besitzt, der oberhalb des Auslaßventils
dünnwandig und unter elastischer Aufweitung stauchbar ausgebildet ist.
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Eine solche Zerstäuberpumpe ist im deutschen Patent . ... ... (DT-AS
1 302 372) beschrieben. Nach Patent . ... ... (Patentanmeldung P 17 03 41 c) . 1)
ist bei einer derartigen Ausführung der Hals an einem Teil des Betätigungskopfes
abdichtend eingespannt.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungen wird der Auslaßkanal durch
eine axiale Sackbohrun.r der Kolbenstange gebildet, die durch seitliche Querbohrungen
mit dem Bereich des ringförmigen Ventilsitzes in Verbindung stehen.
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Bei den sehr geringen Dimensionen der einzelteile für derartige Zerstäuber-Kolbenpumpen,
die meist als Parfümzerstauber oder Zerstäuber für andere kosmetische oder medizinische
Flüssigkeiten dienen, ist die Herstellung dieser Innenbohrung und der Querbohrungen
recht schwierig. Bei der Herstellung aus Kunststoffspritzguß muß der den Formkern
für die Bohrung bildende Stift von seitlichen Schiebern, die die Kerne für die Querbohrungen
bilden, abgestützt werden und die Trennflächen müssen genau passen, damit sich an
dieser Stelle kein Grat bildet, der den Durchgang verschließt.
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Aus der US-PS 3 257 961 ist bereits ein an einer Kolbenstange befestigter
Ventilkörper bekannt geworden, der zwei seitliche Abfiachungen besitzt, die einen
Auslaßkanal bilden. Diese Ausführung ist jedoch bei einer Kolbenausführung mit einer
beweglichen konischen Dichtscheibe vorgesehen. Bei einer Ausführung mit einem Schleppkolben
mit einem zylindrischen, die Kolbenstange umgebenden Abschnitt hat die den Ventilkörper
tragende Kolbenstange eine Querbohrung mit daran anschließender axialer Bohrung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zerstäuber-Kolbenpumpe
der eingangs erwahnten Art derart weiterzubilden, daß die FIerstelLung bei verbesserter
Funktion vereinfacht wtrd.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kolbenstange
an ihrem Außenumfang axial verlaufende, den Auslaßkanal bildende Nuten aufweist.
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Diese Nuten beginnen im Bereich des ringförmigen Auslaßventilsitzes
und erstrecken sich innerhalb des elastischen Halses bis in den Betatigungskopf
bzw.
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ein zum Betätigungskopf gehörendes oder mit ihm verbundenes Teil.
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Vorzugsweise ist die Nut, in die das Ende des elastischen Halses eingespannt
ist, nach innen von der von den axialen Nuten unterbrochenen Kolbenstange begrenzt.
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Dadurch kommt man mit der geringsten Baugröße aus und der elastische
Hals bildet gleichzeitig die Dichtung für den Auslaßkanal.
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Durch die Anordnung nach der Erfindung werden mehrere zusammenwirkende
Vorteile erzielt, die teilweise den Einsatz der Erfindungsidee erst ermöglichen.
Durch die Tatsache, daß der elastische Hals an einem Teil des Betätigungsdrückers
abdichtend eingespannt ist, wird der nunmehr um den Umfang der Kolbenstange herum
verteilte Auslaßkanal sicher abgedichtet. Trotzdem hat sich gezeigt, daß gerade
an der oberen Einspannstelle infolge der Anordnung der Nuten keine Undichtigkeiten
auftreten, wie dies hätte befürchtet werden können. Auch die Befürchtung, daß infolge
der Elastizität des Halses die äußeren axialen Kanäle zugesetzt werden oder durch
sie der elastische Hals in unzulässiger Weise verformt würde, hat sich in der Praxis
als unbegründet erwiesen.
Durch die Anordnung der Auslaßkanäle hat
sich aber noch ein weiterer Funktionsvorteil ergeben. Da nunmehr die Flüssigkeit
unmittelbar @ innerhalb des elastlschen Halses durchstrònlt, wirkt sich dort der
Flüssigkeitsdruck iin Zylinder nach dem öffnen des Auslaßventils aus.
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Dieser zur Zerstäubung notwendige Druck, der sich in Strömungsrichtung
vor der Zerstäuberdüse aufbaut, wirkt auf den elastischen Hals in radialer Richtung
ein. Das Auslaßventil hatte sich anfänglich dadurch geöffnet, daß der Flüssigkeitsdruck
den Kolben axial verschoben hatte und dabei den elastischen Hals unter axialer Staucilwirkunpr
ausgebeult und damit verkürzt hatte.
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Nun wird durch den Flüssigkeitsinnendruck im elastischen Hals dieser
Zustand auch dann beibehalten, wenn durch Druckabbau infolge des Flüssigkeitsautrittes
der recht große Öffnungdruck unterschritten wird. Es kann also kein Ventllflattern
auftreten, sondern es erfolgt eine gleichmäßige Ausströmung. Erst wenn durch Eintreten
des Kolbens in eine Ausnehmung in der Zylinderwand der Zylinderinnendruck schlagartig
abgebaut wird, wird auch ebenso schlagartig das Auslaßventil geschlossen, so daß
die Zerstäubung sofort abreißt und keine Bildung von größeren Tropfen im Strahl
auftritt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert: Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen Langsschnitt
durch eine Zerstäuber-Kolbenpumpe nach der Erfindung im betätigten Zustand.
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Die in der Zeichnung dargestellte Zerstäuber-Kolbenpumpe besitzt einen
Pumpenkörper 11, der in seinem unteren Teil als Aufsehraubkappe 12 ausgebildet ist,
die mit einem Innen gewinde auf eine Behälteröffnung aufgeschraubt werden kann.
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Über Rippen 13 ist ein Zylinder-Außenteil 14 ebenfalls mit dem Pumpenkörper
einstückig verbunden. Dieses hat an seinem unteren Ende, sozusagen dem Zylinderdeckel,
einen trichterförmigen Ventilsitz 15 für einen Ventilkugel 16, die das Einlaßventil
bildet,und daran anschließend einen Anschlußnippel 17 für ein nicht dargestellte
flexibles Tauchrohr, das in den Behälter hineinreicht.
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Die eigentliche Zylinderwand der Kolbenpumpe wird durch eine Hülse
18 gebildet, die in das Zylinderaußenteil festsitzend und abdichtend eingepreßt
ist. Die Hülse 18 hat im unteren Bereich der Zylinderinnenwand 19 mehrere über den
Umfang verteilt angeordnete Ausnehmungen 20. Im oberen Teil besitzt die Hülse Entlüftungsöffnungen
21, die über den oberen Rand des Zylinderaußenteils 14 hinweg und zwischen den Rippen
13 hindurch mit dem Inneren des Behälters in Verbindung stehen. Oberhalb dieser
Entlüftungsöffnungen 21 besitzt die Hülse 22 eine nach innen vorspringende Schulter
22.
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In dem Pumpenzylinder 23 läuft ein Kolben 24, der eine relativ weiche
und dünne, an der Zylinderinnenwand 19 anliegende Manschette 25, einen verdickten
mittleren Teil 26 und einen oberen, relativ dünnen und elastischen rohrförmigen
Hals 27 aufweist. Der mittlere Teil weist eine Stufe auf, die zusammen mit einem
konischen Ventilsitz 28 ein Flüssigkeits-Auslaßventil 29 bilden. An der Außenseite
hat der verdickte mittlere Kolbenteil 26 eine konische Fläche, die mit der Schulter
22 zusammen ein Entlüftungsventil bildet.
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Der elastische Hals 27 schlie(3t sich an den verdickten mittleren
Kolbenteil an und ist mit seinem oberen Ende in einer Nut 30 an einem Betätigungskopf
31 eingespannt.
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Der Betatigungskopf enthält eine Zerstauberdüse 32, die mit dem Ende
einer mittleren Bohrung 33 im Betätigungskopf in Verbindung steht.
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In diese Bohrung 33 ist eine Kolbenstange 34 eingepreßt, die im wesentlichen
zylindrisch ist und an ihrem Außenumfang mehrere axial verlaufende Nuten 35 aufweist,
die den Flüssigkeits-Auslaßkanal bilden und demnach mit den die Zerstäuberdüse versorgenden
Kanälen in Verbindung stehen. Die Nuten verlaufen über die im wesentlichen zylindrische
Kolbenstange bis vor den Ventilsitz 28, der an einem verdickten Kopf 36 der Kolbenstange
ausgebildet ist. Auf diesen Kopf 36 wirkt eine im Pumpenzylinder 23 angeordnete
Rückholfeder ein. Die Innenbegrenzung der Nut 30, in die das obere Ende des elastischen
Halses 27 eingespannt ist, wird durch die Außenfläche der Kolbenstange 34 gebildet.
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Die Zerstäuber-Kolbenpumpe nach der Erfindung arbeitet wie folgt:
Im Ruhezustand ist der Betätigungskopf 31 und die Einheit Kolbenstange 34/Kolben
24 in ihrer oberen Position und der Außenkonus des Kolbens 24 liegt unter der Wirkung
der Rückholfeder 37 an der Schulter 22 an, während das Auslaßventil 29 unter der
Wirkung des elastischen Halses 27 geschlossen ist. Bei der Montage der Vorrichtung
wird nämlich durch Einpressung der Kolbenstange 34 eine Vorspannung im elastischen
Hals 27 erzeugt, die einen relativ hohen Schließdruck auf das Flüssigkeitsauslaßventil
29 aufbringt. Wenn nun bei noch nicht mit Flüssigkeit gefülltem Pumpenzylinder 23
der Kolben durch manuellen Druck
auf den Betätigungskopf 31 abwärts
bewegt wird, so reicht der Luftdruck in Zylinder normalerweise nicht aus, um das
Auslaßventll 29 zu öffnen. Wenn jedoch die Kolbenmanschette 25 in den Bereich der
Ausnehmungen 20 kommt, dann strömt die leicht komprimierte Luft aus dem Pumpenzylinder
durch die Ausnehmungen 20 m der Manschette 25 vorbei und kann an der Schulter 22
vorbei ins Freie entweichen. Auf diese Weise wird Luft aus dem Zylinder verdrängt
und es wird ein Unterdruck erzeugt, der über den Anschlußnippel 17 und das Einlaßventil
16 Flüssigkeit in den Zylinder saugt.
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Wenn der Zylinder gefüllt ist, dann wird bei einer Abwartsbewegung
des Kolbens ein hoher Innendruck im Zylinder aufgebaut. Dieser wirkt auf die dem
Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Ringfläche des Kolbens 24 und drückt diesen entgegen
der Vorspannungswirkung des elastischen Halses 27 nach oben, so daß seine innere
Stufe vom Ventilsitz 28 abgehoben wird und die Flüssigkeit nunmehr durch die Nuten
35 zur Zerstäuberdüse 32 fließen kann. Dort wird die unter hohem Druck ankommende
Flüssigkeit durch eine Drall-Zerstäubungseinrichtung zerstäubt.
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In der Zeichnung ist die Stellung kurz vor der Beendigung des Nutzhubes
dargestellt. Es ist zu erkennen, daß der elastische Hals 27 unter der axialen Stauchwirkung
aufgebaucht ist, die in diesem Zustand noch durch den Innendruck der durch die Nuten
35 strömenden Flüssigkeit unterstützt wird. Das Behälterinnere steht über einEn
Luftausgleichskanal an der Schulter 22 vorbei und durch die Entlüftungsöffnungen
21 mit dem Äußeren in Verbindung.
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Wenn sich der Kolben von der dargestellten Position noch
etwas
abwärts bewegt, so kommt seine Manschette 25 in den Bereich der Ausne?inungen 20
und die Flüssigkeit im Zylinder kann durch die Ausnehmungen 20 an der Manschette
25 vorbei nach oben entweichen (von wo sie spater über die Entliiftungsöffnunfflen
21 in den Behalter zurückgelangen kann). Dadurch erfolgt ein schlagartiger Druckabbau,
der den gesamten stromabwarts der Zerstäuberdüse 32 aufgebauten Zerstaubungsdruck
abreißen laßt. Dadurch reißt auch der Sprühkegel ab, ohne daß einzelne Tropfen auftreten,
was bei langsamem Druckabbau der Fall wäre. Dadurch entfällt ebenso schlagartig
die Stützwirkung des Innendrucks innerhalb des elastischen Halses 27, so daß der
elastische Hals mit vollem axialem Druck schlagartig das Auslaßventil 29 schließt.
Die einfach-wirkende Kolbenpumpe kann dann unter der Wirkung der Rückholfeder 37
ihren Saughub beginnen. Vom dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Rahmen der
Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich. Die Kolbenstange kann eine oder mehrere
Ausnehmungen besitzen, wobei jedoch darauf geachtet werden muß, daß die Umfangsflache
gerade an der Einspannstelle des elastischen Halses nicht zu gering wird. Es ist
von Vorteil, wenn der Betätigungskopf 31 einstückig ausgebildet ist, weil dann eine
zusätzliche abgedichtete Zusammenfügung eines zweiteiligen Betätigungskopfes entfällt.
U.U. kann jedoch auch eine mehrteilige Ausbildung notwendig sein, wenn beispielsweise
mehrere Formen von Betätigungsköpfen auf dem gleichen Zerstäuber verwendet werden
müssen. Die Kolbenstange kann vorzugsweise so ausgebildet sein, daß sie in einem
Mehrfach-Kunststoffspritzgußwerkzeug auch mehrreihig angeordnet sein kann.
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Die Erfindung schafft auch den Vorteil, durch die freie Wahl der Anzahl
und des Querschnittes der Nuten 35 die Strömungsgeschwindigkeit in diesen Kanälen
zu bestimmen. Fir den Zerstäubungsvorgang ist normalerweise eine recht hohe Strömungsgeschwindigkeit
in diesen Kanälen vorteilhaft, weil sie nicht nur einen kleinen Totraum schafft,
sondern auch fr eine gute Selbstreinigung sorgt. Es kann jedoch auch bei größeren
Mengen der Querschnitt ohne weiteres vergrößert werden, wobei an dem Werkzeug keine
großen änderungen notwendig sind. Bei einer innenliegenden Bohrung würde die Statik
des relativ langen Kernstiftes für die Bohrung die Herabsetzung des Querschnittes
begrenzen. Es tritt ferner der Vorteil ein, daß bei zu versprühenden Medien, die
zum Verkleben oder Verharzen neigen, wie beispielsweise Haarlacke, durch die Manschettenbewegung
eine Lockerung eventuell beginnender Verhärtungen eintritt und im Notfalle die festsitzenden
Teile sogar umgangen werden können.
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Auch die Anordnung mehrerer Nuten (bevorzugt drei) verringert die
Gefahr des Zusetzens der einzigen zentralen Bohrung bei einem bekannten Parfümzerstäuber