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Die
vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Verteilen eines
flüssigen
Wirkstoffs wie bspw. eines Parfums, Luftauffrischers, Insektizidansatzes
oder eines anderen Stoffes in Form feiner Teilchen oder Tröpfchen als
Sprühnebel
mittels einer piezoelektrischen Einrichtung. Insbesondere ist die
Erfindung gerichtet auf ein piezoelektrisches Ausgabesystem für Flüssigkeiten,
bei dem Tröpfchen
einer Flüssigkeit
oder flüssigen Suspension
mittels eines elektromechanischen bzw. elektroakustischen Betätigungselements
erzeugt werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine batteriegespeiste
Ausgabevorrichtung, die mit einer mit einem piezoelektrischen Element
gekoppelten Lochplatte arbeitet. Durch Einstellen der Viskosität und der
Oberflächenspannung
der auszugebenden Flüssigkeit
erhält
man ein verbessertes Verfahren zum Ausgeben solcher Flüssigkeiten.
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Hintergrund der Technik
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Das
Verteilen von Flüssigkeiten
durch Bildung eines feinteiligen Sprühnebels (Zerstäuben) ist
bekannt. Nach einem derartigen Verfahren zerstäubt man die Flüssigkeit
mittels akustischer Schwingungen, die man mit einem piezeoelektrischen
Ultraschallschwinger erzeugt. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens
lehrt die
US-PS 4 702
418 (Carter), die eine Aerosol-Ausgabevorrichtung mit einer
Düsenkammer
zur Aufnahme der auszugebenden Flüssigkeit und einer Membran
vorschlägt,
die mindestens einen Teil der Kammer bildet. Eine dort angeordnete
Aerosol-Ausgabedüse
enthält
einen verengten Durchlass zur Übergabe
von Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
an die Düse.
Ein Impulsgenerator in Kombination mit einer Niederspannungsquelle
dient dazu, einen piezoelektrische Biegeschwinger zu speisen, der
Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
durch die Düse treibt,
um einen Aerosol-Sprühnebel
zu erzeugen.
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Eine
andere Sprüh-
bzw. Zerstäubungsvorrichtung
geht aus der
US-PS
5 518 179 (Humberstone u.a.) hervor, die eine Vorrichtung
zum Erzeugen von Flüssigkeitströpfchen mit
einer Membran lehrt, die von einer Einrichtung mit dünnwandigem
Verbundaufbau in Schwingungen versetzt wird und Biegeschwingungen
ausführt.
Flüssigkeit
wird der Oberfläche
der Membran direkt zugeführt
und beim Schwingen der Membran von dieser in Form feiner Tröpfchen abgesprüht.
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Die
US-PS 5 297 734 und
5 657 926 (Toda)
lehren Ultraschall-Zerstäuber
mit piezoelektrische Schwingern, mit denen ein schwingendes Plättchen verbunden
ist. In der US-A-5 297 734 wird das schwingende Plättchen als
eine große
Anzahl winziger Löcher
enthaltend beschrieben, durch die die Flüssigkeit hindurchtritt.
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Weitere
Patentschriften offenbaren zwar Vorrichtungen zum – ggf. zeitgesteuert
intervallweisen – Verteilen
von Flüssigkeit
durch Ultraschall-Zerstäubung,
waren aber hinsichtlich eines effizienten Zerstäubens von Stoffen wie Parfums
nur mäßig erfolgreich.
Vergl. bspw. die US-PSn 3 543 122, 3 615 041, 4 479 609, 4 533 082
und 4 790 479.
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Derartige
Zerstäuber
stellen keinen tragbaren batteriegespeisten Spender mit einer Lochplatte
in mechanischer Verbindung mit einem piezoelektrischen Element bereit,
der über
längere
Zeiträume
ohne wesentliche Schwankungen der Abgaberate arbeitsfähig ist.
Es besteht folglich Bedarf an verbesserten Spen dern bzw. Zerstäubern zum
Verteilen von Wirkstoffen wie Duftstoffen und Insektiziden, die
mit hohem Wirkungsgrad arbeiten und einen minimalen Bedarf an elektrischer
Leistung aufweisen, während
sie die Flüssigkeit
großflächig verteilen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein
Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines
hoch wirksamen Verfahrens zum Verteilen von Flüssigkeiten wie Parfums, Luftauffrischern
oder anderen. Bei solchen Flüssigkeiten
handelt es sich u.a. um Haushaltsreiniger, Hygiene- und Desinfektionsmittel,
Insekten abstoßende
oder abtötende
Mittel, Rezepturen für
die Aromatherapie, medizinische Rezepturen, therapeutische Flüssigkeiten
oder andere Flüssigkeiten
bzw. flüssige
Suspensionen, für
deren Einsatz ein Zerstäuben
günstig
ist. Diese Mittel können wässrig sein
oder verschiedene Lösungsmittel
aufweisen.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen tragbaren batteriegespeisten
Spender anzugeben, der mit einer kuppelartig aufgewölbten Lochplatte
in mechanischer Verbindung mit einem pieznelektrischen Element arbeitet.
Ein weiteres Ziel ist eine piezoelektrische Pumpe, die Monate lang
aus Niederspannungsbatterien gespeist arbeiten kann, während sie
eine gleichmäßige Abgabe
aufrecht erhält.
Hierzu soll ein piezoelektrische Zerstäuber angegeben werden, der
zum Einsatz mit elektrischen Stromquellen wie 9V-Batterien, herkömmlichen
A-, AA-, AAA-, C- oder D-Trockenzellen, Knopfzellen, Uhrenbatterien
oder Solarzellen in der Lage ist. Die bevorzugte Energiequelle zum
Einsatz mit der vorliegenden Erfindung sind AA- oder AAA-Zellen.
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Nach
einem weiteren Ziel soll ein Flüssigkeits-Ausgabesystem
angegeben werden, das in der Lage ist, Flüssigkeiten wie Duftöle oder
Insektizidansätze
zeitlinear zu zerstäuben,
dabei aber am letzten Tag die gleiche Eigenart/Zusammensetzung aufrecht
zu erhalten wie am ersten, d.h. ohne Änderung oder Trennung der Bestandteile
im Zeitverlauf. Die Elektronik einer solchen Einheit kann programmier-
und daher auf eine präzise
Abgaberate (mg/h) einstellbar sein. Alternativ kann die Elektronik
den Benutzer in die Lage versetzen, die Intensität oder den Wirkungsgrad – je nach
Effizienz, Raumgröße od. dergl. – auf ein
individuell bevorzugtes Sollniveau einzustellen.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Erzeugen kleiner
Teilchen eines reinen Duftstoff- bzw. Insektizidansatzes, die dann
intermittierend als Wölkchen
ausgestoßen
werden, sich rasch verteilen und von den im Ausgabebereich herrschenden
Luftströmen über einen
größeren Bereich
bewegt werden. Es hat sich erwiesen, dass die geringe Größe solcher
Teilchen und ihr entsprechend großes Oberfläche-/Masse-Verhältnis ein
schnelles und gleichmäßiges Verdunsten
begünstigen.
In bevorzugten Ausführungsformen
arbeitet das Ausgabesystem mit einer einzigen 1,5V-AA-Batterie mehrere
Monate mit linearer Ausgaberate und gibt über die gesamte Zeitspanne
konstante Volumen im wesentlichen gleich großer Flüssigkeitsteilchen ab.
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Nach
einem ersten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Zerstäuben einer
Flüssigkeit
mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer auszugebenden Flüssigkeit;
Bereitstellen einer Lochplatte; und Übergeben der Flüssigkeit
an die Lochplatte, während
letztere in Schwingungen versetzt wird; das Verfahren ist dahingehend
gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit
eine Viskosität
von weniger als 10 mPas (10 cP) und eine Oberflächenspannung von 20 mN/m (20
Dyn/cm) bis 35 mN/m (35 Dyn/cm) aufweist.
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Nach
einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung ein Flüssigkeitsversorgungspaket
für einen
Vibrationszerstäuber,
das aufweist: einen Flüssigkeitsbehälter mit
einem Docht, der von dessen Innerem an eine Stelle unmittelbar über dessen
oberem Abschluss verläuft
und mit dem mittels des Kapillareffekts Flüssigkeit aus dem Behälter zuführbar ist;
und eine auszugebende Flüssigkeit
im Be hälter
(5), wobei die Flüssigkeit
an der Stelle (14) eine Viskosität von weniger als 6 cP und
eine Oberflächenspannung
von 20 mNm–1 (20
Dyn/cm) bis 35 mNm–1 (35 Dyn/ cm) aufweist.
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Nach
einem dritten Aspekt der Erfindung weist diese eine Vorrichtung
zum Ausbilden eines fein zerteilten Flüssigkeitsnebels in der Atmosphäre auf,
die aufweist: eine Lochplatte, die zahlreiche kleine Öffnungen enthält; einen
Schwinger, mit dem die Lochplatte in schnelle Schwingungen versetzbar
ist; einen Flüssigkeitsbehälter; und
eine Leitung, durch die Flüssigkeit
aus dem Behälter
einer Oberfläche
der schwingenden Lochplatte zuführbar
ist. Die Vorrichtung ist dahingehend gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit
an der Oberfläche eine
Viskosität
von weniger als 6 mPas (6 cP) und eine Oberflächenspannung im wesentlichen
im Bereich von 20 mNm–1 bis 35 mNm–1 (20
Dyn/cm bis 35 Dyn/cm) aufweist.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung lassen diese und andere Ziele der Erfindung
sich mit einem Zerstäubungsverfahren
und einem Zerstäuber
für Duftstoffe
oder Insektizide erreichen.
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Nach
der bevorzugten Ausfürhungsform
der vorliegenden Erfindung errreicht man diese und andere erfindungsgemäße Ziele
mit einem Zerstäuber
für Duftstoffe,
Insektizidansätze
und andere Flüssigkeiten,
wie sie oben angegeben sind, wobei das Zerstäubersystem eine Kammer für die auszugebende
Flüssigkeit,
eine Einrichtung, mit der die Flüssigkeit
aus der Kammer einer Lochplatte zuführbar ist, um zerstäubt zu werden, ein
piezoelektrisches Element, eine Energiequelle sowie eine Antriebs-
und Steuerschaltung für
das piezoelektrische Element aufweist. Der Duftstoff, der Insetkizidansatz
oder die andere gewünschte
Flüssigkeit
wird der Rückseite
der Lochplatte über
eine Flüssigkeitsleiteinrichtung
wie ein kapillar arbeitendes Leitsystem zugeführt, das die Flüssigkeit
in Oberflächenspannungsberührung mit
der Platte abgibt. Das pie zoelektrische Element kann mit einer von
einer kleinen Batterie gespeisten Schaltung angesteuert werden;
diese versetzt das Element in Schwingungen, so dass Flüssigkeit
durch die Lochplatte gedrückt
wird, die eine oder mehr kleine verjüngte bzw. konische Löcher enthält, die
rechtwinklig zu ihren Oberflächen
verlaufen und deren Austrittsöffnungen
größenordnungsmäßig einen
Durchmesser von etwa 1 μm
bis etwa 25 μm,
besser etwa 4 μm
bis etwa 10 μm
und bevorzugt etwa 5 μm
bis etwa 7 μm
haben. Es lassen sich hervorragende Ergebnisse erzielen, wenn man
die Flüssigkeiten
auf solche mit einer Viskosität
unter 10 cP und Oberflächenspannungen
unter etwa 35 Dyn/ cm, vorzugsweise im Bereich von etwa 20 Dyn/cm
bis etwa 30 Dyn/cm eingrenzt. Die vorliegende Erfindung schafft
also eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Zerstäuben der auszugebenden Flüssigkeit über die
gesamte Nutzungszeitspanne derart, dass die pro Zeiteinheit ausgegebene
Menge zu Beginn der Nutzungszeitspanne sich nicht von der gegen
oder am Ende der Nutzungszeitspanne unterscheidet. Die Viskosität in Centipoise
wird mit einem Bohlin-CVO-Rheometer mit hochempfindlicher Doppelspaltgeometrie
bestimmt, die Oberflächenspannung
in Dyn/cm mit einem Kruss-K12-Tensiometer nach der Wilhelmy-Plattenmethode Dahei
entprechen 1 Dyn/cm einem Millinewton pro Meter (mNm–1)
und 1 cP einer Millipascalsekunde (mPas). Diese sowie andere Ziele
und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, die jedoch nur bevorzugte Ausführungsformen betrifft. Hinsichtlich
des vollen Umfangs der Erfindung wird daher auf die Ansprüche verwiesen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine isolmetrische Teildarstellung einer Schaltungsplatine zum Einsatz
mit einem piezoelektrischen Zerstäuber nach einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
eine isometrische Darstellung eines Flüssigkeitsbehälter und
einer Leiteinrichtung, mit der die Flüssigkeit zur Oberfläche der
Lochplatte führbar
ist;
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3 zeigt
im Schnitt den Zusammenhang zwischen dem Flüssigkeitsbehälter, der
Leiteinrichtung und dem piezolelektrischen Element;
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4 zeigt
vergrößert im
Kreis eine Einzelheit der 3;
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5 ist
eine Draufsicht des piezoelektrischen Elements und der Schaltungsplatine
auf dem Chassis einer bevorzugten Ausführungsform; und
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6 zeigt
stark vereinfacht im Schnitt eine piezoelektrische Pumpe für eine bevorzugte
Ausführüngsform
der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Figuren und die folgende Diskussion
sich auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung richten, die Erfindung selbst aber allgemeiner ist
als die folgenden Darstellungen. Insbesondere ist die Erfindung
gleichermaßen
anwendbar auf andere Formen der piezoelektrischen Zerstäubung – bspw.
auf solche mit Kragschwingern und/oder Verstärkerplättchen oder auf Zerstäuber, die
aus Steckdosen netz-, nicht batteriegespeist arbeiten.
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Die 1 zeigt
die allgemeine Zuordnung des Piezo-Elements 2 zur Schaltungsplatine 1,
in der es sich befindet. Zur Klarheit und zum leichteren Verständnis der
Erfindung ist die Schaltungsplatine 1 ohne die zugehörige Elektronik
und Batterie gezeigt. Ebenfalls einzusehen ist, dass die Schaltungsplatine
im Einsatz an das Chassis des Spenders angesetzt sein kann, das
seinerseits zur Anwendung in einem (nicht gezeigten) Ziergehäuse oder
einer solchen Aufnahme sitzt. Die Chassisplatine 11 ist
in 5 in der Draufsicht dargestellt, das Gehäuse nicht
gezeigt. Das Ziergehäuse
kann in beliebiger Form oder Gestalt vorliegen, mit der sich die Elemente
des Spenders haltern und schützen
lassen, während
dem Benutzer eine angenehme Erscheinung geboten wird und die Flüssigkeit
als Nebel aus dem Spender an die Atmosphäre austreten kann. Als solches lässt das
Spendergehäuse
sich mit Vorteil aus einem beliebigen Werkstoff formen, der für den Einsatz
mit der und die Berührung
durch die auszugebende Flüssigkeit
geeignet ist.
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Das
Piezo-Element 2 kann, wie dargestellt, in der Schaltungsplatine 1 angeordnet
und dort mit einer Durchführung 4 oder
eine ähnlichen
geeigneten Einrichtung gehaltert sein, die eine Schwingungen nicht
behindert. Das Piezo-Element 2 in Form eines Rings ist
die Lochplatte 3 umgebend angeordnet und mit deren Flansch
so verbunden, dass Schwingungen zwischen ihnen übertragbar sind. Das Piezo-Element
besteht allgemein aus einer piezoelektrischen Keramik wie Bleizirconattitanat
(PZT) oder Bleimetaniobat (PN); es kann sich aber um einen beliebigen
Werkstoff mit piezoelektrischen Eigenschaften handeln.
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Die
Lochplatte besteht aus einem herkömmlichen zweckgerechten Werkstoff,
vorzugsweise aber aus einer auf ein Photoresist-Substrat galvanisch
aufgebrachten Nickel-Cobalt-Zusammensetzung, das danach auf herkömmliche
Weise entfernt wird, um im Nickel-Cobalt eine gleichmäßig Porenstruktur
einer Dicke von etwa 10 μm
bis etwa 100 μm,
besser von etwa 20 μm
bis etwa 80 μm
und vorzugsweise von etwa 50 μm
zu belassen. Andere geeignete Werkstoffe lassen sich für die Lochplatte
insetzen – bspw.
Nickel, Magnesium-Zircon-Legierung
sowie verschiedene andere Metalle, Metalllegierungen und -verbunde
oder Kunststoffe jeweils einzeln oder in Kombination. Indem man
die Nickel-Cobalt-Schicht galvanisch bildet, lässt sich eine Porenstruktur
mit dem Umriss des Photoresist-Substrats herstellen, deren Durchlässigkeit
man durch Ausbilden konischer Öffnungen
mit einem austrittsseitigen Durchmesser von etwa 6 μm und einem
größeren zustromseitigen
Durchmesser herstellt. Die Lochplatte ist vorzugsweise kuppelartig
aufgewölbt,
d.h. in der Mitte geringfügig
angehoben; sie kann aber in einer beliebigen flachen bis gekrümmten, parabolischen
oder Halbkugel- oder sonstigen geeigneten Gestalt vorliegen, die das
Arbeitsverhalten verbessert. Die Platte sollte eine verhältnismäßig hohe
Biegesteifigkeit aufweisen, um zu gewährleisten, dass die in ihr
enthaltenen Öffnungen
im wesentlichen der gleichen Schwingungsamplitude ausgesetzt sind,
damit alle gleichzeitig abgeworfenen Flüssigkeitströpfchen den gleichen Durchmesser
haben.
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Der
Piezo-Schwinger ist hier zwar als ringförmiges Keramik-Element dargestellt,
das eine Lochplatte bzw. Öffnung
umgibt. Die vorliegende Erfindung ist aber auch geeignet für die Verwendung
eines herkömmlichen
Piezo-Elements aus einem Schwinger und einem Kragträger in Kontakt
mit einer zum Ausgeben von Flüssigkeitströpfchen bzw.
eines Nebels geeigneten Membran, Düse oder Lochplatte.
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Die 2 zeigt
den Behälter 5 zur
Aufnahme und zum Bereithalten des Duftstoffes, Luftauffrischers, Insektenbekämpfungsmittels
oder anderen auszugebenden Stoffs. Wie dargestellt, ist der Behälter von
einem Verschluss 8 verschlossen. Ebenfalls gezeigt sind
Bajonettspangen 6, die eine abnehmbare Abdeckkappe (nicht
gezeigt) halten, die zum Versand und zur Lagerung des Behälters vorgesehen
ist und sich prolemlos entfernen lässt, wenn der Behälter in
den Spender eingesetzt werden soll, um seinen Inhalt zu benutzen.
Aus der Flaschenöffnung 9,
die durch den Verschluss 8 verläuft, steht die Flüssigkeitsleiteinrichtung 7 hinaus
vor, d.h. eine docht- oder kuppelförmige Leiteinrichtung. Zweckmäßigerweise
ist hier die Flüssigkeits-Leiteinrichtung
als Docht bezeichnet; es kann sich hierbei aber um eine Vielzahl
unterschiedlicher Formen und Werkstoffe handeln – von Kapillarsystemen bis
zu weichen porösen
Dochten. Die Funktion des Dochts ist, Flüssigkeit aus dem Behälter 5 an
eine Stelle zu leiten, in der er mit der Lochplatte in Berührung steht.
Daher sollte der Docht gegenüber
der geförderten
Flüssigkeit
inert sowie porös
und der Lochplatte entsprechend formbar sein. Die Porosität des Dochts
sollte ausreichen, um über
seinen gesamten Flexibilitätsbereich
und in jeder möglichen
Gestalt desselben eine gleichmäßige Flüssigkeitsströmung zu
ermöglichen.
Damit die Flüssigkeit
optimal zur Oberfläche
der Lochplatte transportiert wird, hat es sich als nötig erwiesen,
dass der Docht die Platte direkt berührt. Vorzugsweise erfolgt die
Flüssigkeitsabgabe
an die Lochplatte so, dass im wesentlichen die gesamte abgegebene
Flüssigkeit
in Folge ihrer Oberflächenspannung
an die Lochplatte übergeht
und an ihr haftet. Von den geeigneten Dochtmaterialien haben sich
Werkstoffe wie Papier oder Nylon-, Baumwoll-, Polypropylen- und Glasfasertuch
od. dergl. als bevorzugt erwiesen. Vorzugsweise ist der Docht so
gestaltet, dass er sich an die gegenüberliegende Lochplatte anpasst;
er wird von einem Dochthalter 10 in der Öffnung 9 des
Verschlusses 8 des Behälters 5 in
der Solllage gehalten. In Folge ihrer Viskosität und Oberflächenspannung
geht die Flüssigkeit
dann problemlos vom Docht zur Lochplatte über. Es sei darauf hingewiesen,
dass der Docht integraler Bestandteil einer Nachfülleinheit
aus dem Behälter,
der Flüssigkeit,
dem Flaschenverschluss, dem Docht und dem Dochthalter sowie einer
Abdeckkappe sein soll, die die Einheit zum Versand und zur Lagerung
verschließt.
Eine solche Einheit kann also eine Nachfüllflasche für den Spender aufweisen, die
für den
Benutzer bequem in ersteren einsetzbar ist. So kann, wie in 2 gezeigt,
der Behälter 5 auf
dem Flaschenverschluss 8 Ansetzeinrichtungen 16 aufweisen,
die nach dem Entfernen der Abdeckkappe in geeignete Aufnahmen im Chassis 11 einsetzbar
sind, um ihn in der Arbeitsstellung zu arretieren.
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Die 3 zeigt
im Schnitt die Zuordnung des Flüssigkeitsbehälters 5 zum
Docht 7, dem Piezo-Element 2 und der Lochplatte 3 in
einer speziellen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das
Piezo-Element 2 ist mit Durchführungen 4 oder anderen
geeigneten Mitteln, die seine Schwingungen nicht behindern, bspw.
in einer Schaltungsplatine 1 angeordnet. In einer bevorzugten
Auführungsform
der Erfindung umgibt das ringförmige
Piezo-Element die Lochplatte 3 in mechanischer Verbindung
mit dieser. Die Lochplatte steht ihrerseits in Kontakt mit dem Docht 7,
so dass Flüssigkeit
aus dem Behälter 5 an
die Lochplatte 7 ausgegeben werden kann, wo in Folge des
Oberflächenspannungskontakts
die Übergabe
erfolgt. Nicht gezeigt ist die Grundplatte 11 des Spenders,
die die Schaltungsplatine 1 und den Flüssigkeitsbehälter 11 in
der Solllage hält,
um den Docht 7 an die Lochplatte 3 heran zu bringen.
Der Docht 7 wird vom Dochthalter 10 in der Öffnung des Verschlusses 8 gehalten,
was dem flexiblen Docht 7 eine gewisse Bewegungsfreiheit
und einen Einstellbereich erteilt, während in Folge seines unteren
Endes 15 die Flüssigkeit
im Behälter 5 sich
vollständig
nutzen lässt. Diese
Bewegungsfreiheit erlaubt eine Selbsteinstellung des Dochts relativ
zur Oberfläche
der Lochplatte, um Lageunregelmäßigkeiten
aus Fertigungstoleranzen auszugleichen, und schafft eine nachgiebige
Speise- bzw. Zufuhreinrichtung zur Übergabe der Flüssigkeit
aus dem Behälter
an die Lochplatte. Wie für
den Fachmann einzusehen ist, lässt
die Höhe
des Dochts – vergl. 3 und 4 – sich variieren,
um die Spaltbreite zu justieren (vergl. 4) und einen
ausreichenden Kontakt zwischen dem Docht und der Lochplatte zu gewährleisten.
Eine ausführlichere
Darstellung der Zuordnung des Dochts zur Lochplatte zeigt die 4 als
vergrößerte Einzelheit
eines Teils der 3, wobei der umgeschlagene Docht 7 an
die gewölbte
Lochplatte 3 so herangeführt ist, dass ein Spalt 14 entsteht,
in dem die zu übergebende
Flüssigkeit
in Oberflächenspannungskontakt mit
der Lochplatte steht. Während
die 4 den Docht und die Platte als sich nicht direkt
berührend
zeigt, ist einzusehen, dass der Spalt nur zur Erläuterung
dargestellt ist; tatsächlich
berührt
die Lochplatte 3 den Docht 7 zwecks Übergangs
der Flüssigkeit.
Wie gezeigt, wird der Durchgang des Dochts 7 durch die Öffnung 9 im Verschlusselement 8 vom
Dochthalter 10 kontrolliert. Die 4 zeigt
auch die Durchführung 4,
die das Piezo-Element 2 haltert, die Lochplatte 3 und
deren Flansch 12 sowie auch die Spangen 6, die
die abnehmbare Kappe (nicht gezeigt) am Flaschenverschluss 8 halten.
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Die 5 zeigt
als Draufsicht den Zusammenhang zwischen der Schaltungsplatine 1,
des Piezo-Elements 2, der Lochplatte 3, der Durchführung 4 und
der Grundplatte 11. Wie bereits angemerkt, ist das Piezo-Element 2 ringartig
um die Lochplatte 3 herum in der Schaltungsplatine von
der Durchführung 4 gehaltert. Die
Schaltungsplatine ist auf der Grundplatte 11 auf herkömmliche
Weise befestigt – bspw.
mit Rastfedern 17 und Passwinkeln 18.
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Die 6 zeigt
die Zuordnung der verschiedenen Bauelemente insgesamt vereinfacht
im Schnitt. Die Lochplatte 3 ist als Flansche 12 aufweisend
dargestellt, die ihrerseits durch geeignete Befestigungsmittel 13 – bspw.
Epoxy-Klebstoff – an
das Piezo-Element 2 angesetzt sind. Der Docht 7 ist
in teilweiser Berührung
mit der Lochplatte 3 gezeigt, wobei ein Spalt 14 entsteht, über den
die auszutragende Flüssigkeit
an die Lochplatte übergeben
wird. Der Docht ist auch als Gewebeenden 15 aufweisend
gezeigt, die in den Flüssigkeitsbehälter 5 – nicht
gezeigt – hinab
verlaufen.
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Wie
bereits festgestellt, hat sich ergeben, dass sich mit bestimmten
Kombinationen von Verbesserungen an den Bauelementen und Verfahrensweisen
des Spendereinsatzes überraschend
gute Ergebnisse zeitigen lassen. So hat sich bspw. gezeigt; dass
man einen stetigen und gleichmäßigen Fluss
der Flüssigkeit
aus dem Flüssigkeitsbehälter an
die Lochplatte der piezoelektrischen Austrageinrichtung – und dies über längere Zeiträume – am ehesten
erreicht, wenn man die Viskosität
und die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
sorgfältig
einstellt. Während
dieses Einstellen in der bevorzugten Ausführungsform der beschriebenen
Austragvorrichtung am nützlichsten
ist, erbringt es Nutzen auch in Spendern anderen Aufbaus und mit
anderen Bauelementen.
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So
sollte erwiesenermaßen
die Viskosität
der ausgegebenen Flüssigkeit
vorzugsweise auf einen Wert unter etwa 10 cP, vorzugsweise von etwa
0,5 cP bis etwa 5 cP und am besten von etwa 1 cP bis etwa 4 cP eingestellt
werden. Ansätze
mit Viskositäten über 10 cP
lassen sich mit 6 μm-Löchern in
der Lochplatte nicht zerstäuben,
während
man bei Verwendung einer 1,5V-AA-Batterie mit Viskositäten im Bereich
von 0,5 cP bis 5 cP eine effiziente intermittierende Zerstäubung über einen
Zeitraum von mehreren Monaten erreicht. 1 cP = 1 mPas.
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Viskositäten innerhalb
dieser Bereiche ermöglichen
ein Zerstäuben
der Flüssigkeit
bei niedrigerem Leistungsverbrauch, so dass sich die Nutzungsdauer
der Batterie in einem batterie-, nicht netzgespeisten Spender verlängert. Derartige
Verbesserungen der Stromausnutzung stellen für den Benutzer einen erheblichen
Wert dar, erfordern weniger Batteriewechsel und führen in
Folge des gleichmäßigeren
Leistungsverbrauchs zur geringeren Schwankungen der Ausgaberate.
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Weiterhin
hat sich ergeben, dass die Oberflächenspannung der ausgegebenen
Flüssigkeit
unter etwa 35 Dyn/cm (gemessen mit dem Krüss-K12-Tensiometer nach der
Wilhelmy-Plattenmethode), vorzugsweise im Bereich von etwa 20 Dyn/cm
bis etwa 30 Dyn/cm und am besten von etwa 20 Dyn/cm bis etwa 25
Dyn/cm liegen sollte, insbesondere wenn die Viskosität der Flüssigkeit
sich der oberen Grenze ihres Vorzugsbereichs nähert. 1 Dyn/cm = 1 mNm–1.
Wie sich ergeben hat, ist das Schlüsselelement für die Auswahl
der Oberflächenspannung
innerhalb dieses Bereichs, dass sie ein gleichmäßiges Ausbreiten der Flüssigkeit
auf der Rückseite der
Lochplatte der piezoelektrischen Ausgabevorrichtung gewährleisten
sollte; verhältnismäßig niedrigere Oberflächenspannungen
sind für
Flüssigkeiten
mit verhältnismäßig höheren Viskositäten innerhalb
der angegebenen Bereiche nützlich.
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Beispiele:
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Eine
Anzahl von Duftstoffen wurde in einem Zerstäuber wie dem in den Zeichnungen
dargestellten auf die Verteilungsrate getestet. Die Viskositäten wurden
von einem Niedrigstwert von etwa 1,9 bis etwa 15 variiert. Die Testergebnisse
waren wie folgt, wobei die Strömung
in mg/h und die Viskosität
in mPas (cP) angegeben sind.
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Es
wurden weitere Proben getestet, wobei die Oberflächenspannung der getesteten
Flüssigkeit
in einem Kragträger-Zerstäuber bestimmt
wurde. Bei diesen Proben handelte es sich um Triethylenglycol (TEG), denaturiertes
Alcohol-Lösungsmittel
und einen Duftstoff. Einige der Beispiele (Nr. 2, 4 und 6) benutzten
Zonyl, einen grenzflächenaktiven
Fluor-Stoff, zum verringern der Oberflächenspannung. Die Viskosität und die
Oberflächenspannung
der Proben sind unten aufgelistet. Die Viskosität ist in cP (bestimmt mit dem
Bohlin-CVO-Rheometer mit hochempfindlicher Doppelspaltgeometrie)
angegeben, die Oberflächenspannung
in Dyn/cm (bestimmt mit dem Krüss-K12-Tensiometer nach
der Wilhelmy-Plattenmethode; 1 Dyn/cm = 1 mNm–1).
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Verbesserte
Strömungsergebnmiss
wurden mit Proben erreicht, deren Oberflächenspannung unter etwa 25
Dyn/cm und deren Viskosität
unter etwa 3,0 cP lag. Wo sowohl die Oberflächenspannung als auch die Viskosität sich der
Obergrenze der Vorzugsbereiche näherte,
wurde ein geringerer Vorteil bemerkt; die Viskosität scheint
der kritischere zu kontrollierende Parameter zu sein.
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Während die
vorliegende Erfindung anhand derzeit bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist einzusehen, dass sie auf diese nicht beschränkt ist.
Vielmehr soll sie im Rahmen der beigefügten Ansprüche verschiedene Modifikationen
und Äquivalente
umfassen.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die
in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Zerstäubersysteme
lassen sich zum selbstätigen Austragen
von Flüssigkeiten
wie Luftauffrischern, Parfums oder Insektizide in eine gegebene
Umgebung über längere Zeitspannen
einsetzen, wobei über
die Nutzungsdauer der die Austragvorrichtung speisenden Batterie die
Flüssigkeit
vorteilhafterweise in gleichmäßigen Mengen
an die Atmosphäre
abgegeben wird. Weiterhin lässt
der Spender sich durch Nachfülleinheiten
und Auswechseln der Batterien mehrfach benutzen, so dass der Benutzer
die an die Atmosphäre
auszugebende Flüssigkeit
beliebig wechseln kann – mit
dem zusätzlichen Vorteil,
dass die ausgegebene Flüssigkeitsmenge
variierbar ist, um die Intensität
oder Wirkung auf ein je nach persönlicher Präferenz, Wirksamkeit oder Raumgröße bevorzugtes
Niveau einzustellen. Die Nutzungsdauer der Stromquelle verlängert sich
durch das Einstellen der Viskosität und der Oberflächenspannung
der auszugebenden Flüssigkeit
auf Werte innerhalb angegebener Bereiche.
