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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Düsenplatte zum Zerstäuben einer
Flüssigkeit,
umfassend zwei Oberflächenseiten,
eine periphere Seite und mindestens eine durchgehende Öffnung,
die sich zwischen den beiden Oberflächenseiten erstreckt, wobei
die Öffnung
einen Einlass auf einer Oberflächenseite,
einen Durchgang und einen Auslass auf der anderen Oberflächenseite
umfasst, und wobei der Einlass, der Durchgang und der Auslass durch eine Öffnungswand
der Düsenplatte
begrenzt sind.
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Eine
Düsenplatte
dieses Typs ist aus der internationalen Patentanmeldung
WO-96/22460 bekannt, in
der eine Sprühdüse offenbart
wird, die aus mehreren Schichten zusammengesetzt ist, wobei die Schichten
durch Elektroformung erhalten worden sind, wobei der Durchgang,
der eine Turbulenz hervorruft, so angeordnet ist, dass die Richtung
des Flüssigkeitsstroms
einer Flüssigkeit,
die vom Einlass zum Auslass fließt, mindestens ein Mal verändert wird,
wie detaillierter auf Seite 6, Zeilen 10 bis 17, der Anmeldung beschrieben
wird. Diese Veränderung der
Strömungsrichtung
führt zu
Turbulenz des Flüssigkeitsstroms.
Die Längsachse
des Durchgangs ist vorzugsweise rechtwinklig zu der Längsachse
des Einlasses und des Auslasses angeordnet. Eine Düsenplatte
dieses Typs verbessert die Zerstäubung der
Flüssigkeit,
um sie in Form eines Nebels zu sprühen (d. h. Zerstäubung zu
kleinen Tröpfchen).
WO-A-01/11229 offenbart
eine andere Düsenplatte gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Die Struktur einer Düsenplatte dieses Typs ist infolge
des mehrschichtigen Aufbaus sowie der Richtungsunterschiede der
Längsachsen
des Durchgangs einerseits und des Einlasses und des Auslasses andererseits
jedoch recht komplex. Eine mehrschichtige Konstruktion hat überdies
den Nachteil, dass die Schichten während der Produktion der Düsenplatte
in Stufen hergestellt werden, wobei die Positionierung der verschiedenen
Schichten relativ zueinander in diesem Fall kritisch ist, um Abweichungen
bei der Positionierung der Schichten zu minimieren, was das Produktionsverfahren
arbeitsintensiv und kostspielig macht. Es besteht ferner ein allgemeiner
Bedarf an einer Düsenplatte,
die einen Nebel in einer reproduzierbaren Sprührichtung sprüht und die
den Nebel in einer konischen Weise versprüht, die für seine Anwendungen geeignet
ist.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eines oder mehrere der genannten
Probleme gemäß dem bereits
genannten allgemeinen Bedarf teilweise oder vollständig zu
lösen.
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Hierfür ist die
Düsenplatte
des in der Einleitung genannten Typs erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass der Einlass, der Durchgang und der Auslass
eine gemeinsame Längsachse
haben, wobei der Teil der Öffnungswand,
der den Durchgang begrenzt, im Wesentlichen parallel zu der gemeinsamen
Längsachse
ist, und der Teil der Öffnungswand, der
den Auslass begrenzt, von dem Durchgang zu der Oberflächenseite,
an der sich der Auslass befindet, in Bezug zu der gemeinsamen Längsachse
divergent ist. Da die Öffnungswand
bei dem Durchgang parallel zu der gemeinsamen Längsachse verläuft, ist
der Durchmesser des Durchgangs einer Öffnung praktisch konstant.
Die Länge
des Durchgangs (gemessen entlang der Längsachse) bestimmt im Wesentlichen
die Reproduzierbarkeit der Sprührichtung.
Die Länge
des Auslasses (gemessen entlang der Längsachse) bestimmt im Wesentlichen
die konische Form des gesprühten
Nebels. Unter Verwendung einer Düsenplatte
dieses Typs am Auslass kann somit ein Nebel in einer reproduzierbaren Sprührichtung
und in einer divergierten konischen Weise gesprüht werden, die für die vorgesehenen Anwendungen
geeignet ist, wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Die
Düsenplatte
kann jede beliebige gewünschte
flache Form haben, beispielsweise diejenige einer Scheibe, und hat üblicherweise mehr
als eine durchgehende Öffnung,
durch die sich die Flüssigkeit
bewegt, beispielsweise vier Öffnungen.
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Der
Teil der Öffnungswand,
welcher den Einlass begrenzt, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Düsenplatte
spiegelsymmetrisch zu dem Auslass, bezogen auf die Mittelebene der
Düsenplatte
in Längsrichtung.
Dies bedeutet, dass der Verlauf der Öffnungswand, welche den Auslass
begrenzt, mit dem Verlauf der Öffnungswand
kongruent ist, welche den Einlass begrenzt, wobei sich der Einlass
und/oder der Auslass jedoch an entgegengesetzten Seiten der Düsenplatte befinden
und ihre Orientierung entgegengesetzt ist. Ein Vorteil einer Düsenplatte
dieses Typs liegt darin, dass sie von beiden Seiten zum Zerstäuben einer Flüssigkeit
verwendet werden kann, da beide Seiten einen Auslass aufweisen,
der in Bezug auf die Längsachse
divergiert. Dies erleichtert den Einbau einer Düsenplatte in eine Baugruppe,
da es keine unterscheidbare obere oder untere Seite gibt. Außerdem ist
die Herstellung einfach, wie nachfolgend deutlich wird. Die Form
des Einlasses ist vorzugsweise wegen des Druckaufbaus, wenn die
Sprühdüse zum Vibrieren
gebracht wird, beispielsweise unter Verwendung eines Piezo, eine
Trompetenform.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Düsenplatte
divergiert der Teil der Öffnungswand,
der den Auslass begrenzt, in bogenförmiger Weise, betrachtet im
Längsschnitt
der Düsenplatte.
Der Vorteil einer Bogenform liegt darin, dass die Dispersion, d.
h. die Zerstäubung der
Flüssigkeit,
in Kombination mit einer geeigneten konischen Form des gesprühten Nebels
gut durchgeführt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Düsenplatte
ist vorzugsweise bogenförmig
mit einem konstanten Radius. Eine derartige Bogenform hat zusätzlich zu
den genannten Vorteilen auch den Vorteil, dass sie durch Elektroplattieren
in einem Elektroplattierbad leicht gebildet werden kann.
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Die
gemeinsame Längsachse
ist insbesondere bei einer erfindungsgemäßen Düsenplatte im Wesentlichen rechtwinklig
zu der Mittelebene der Düsenplatte
in Längsrichtung.
Eine Düsenplatte
dieses Typs hat den Vorteil, dass die Sprührichtung des gesprühten Nebels
rechtwinklig zu der Ebene der Düsenplatte
selbst ist, infolgedessen kann die Düsenplatte leicht in einem gewünschten
Winkel positioniert werden, wenn sie in eine Baugruppe eingebaut wird.
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Die
erfindungsgemäße Düsenplatte
wird besonders bevorzugt einstückig
bereitgestellt. Eine einstückige
Düsenplatte
ist, verglichen mit einer aus mehreren Schichten bestehenden Düsenplatte,
leicht herzustellen. Die Öffnungswand,
die den Einlass, den Durchgang und den Auslass begrenzt, bildet
ferner ein einziges Teil, infolgedessen sind keine unterbrochenen Übergangsteile
in der Öffnungswand
vorhanden. Eine durchgehende Öffnung
dieses Typs gewährleistet,
dass die Sprührichtung
des Nebels sowie die konische Form des Sprays in erhöhtem Maße reproduzierbar
sind.
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Die
Düsenplatte
ist vorteilhaft aus Metall hergestellt, vorzugsweise aus Nickel
wegen seiner Eignung für
Elektroplattierproduktionsverfahren.
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Die
Erfindung betrifft gemäß einem
zweiten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte,
umfassend zwei Oberflächenseiten,
eine periphere Seite und mindestens eine durchgehende Öffnung,
die sich zwischen den beiden Oberflächenseiten erstreckt, wobei
die Öffnung
einen Einlass auf einer Oberflächenseite,
einen Durchgang und einen Auslass auf der anderen Oberflächenseite
umfasst, und wobei der Einlass, der Durchgang und der Auslass durch
eine Öffnungswand
der Düsenplatte
begrenzt sind, bei dem in Stufen:
- a) ein Kernmaterial
bereitgestellt wird, das mindestens eine durchgehende Öffnung umfasst,
wobei die Öffnung
durch eine Öffnungswand
begrenzt ist, die aus dem Kernmaterial gefertigt ist, wobei die Öffnung eine
Längsachse
aufweist und die Öffnungswand
im Wesentlichen parallel zu der Längsachse ist, und
- b) in einem Elektroplattierbad eine gezüchtete Schicht auf allen Seiten
des Kernmaterials abgeschieden wird.
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Ein
derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass es eine einfache Weise
zur Herstellung einer Düsenplatte
gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung zur Verfügung
stellt, wobei die Öffnung
in dem Kernmaterial die Form des Durchgangs in der Öffnung in der
Düsenplatte
bestimmt, während
die gezüchtete Schicht,
die den Auslass und den Einlass der Öffnung bildet, in Bezug auf
die Längsachse
eine divergente Form aufweist. Auf diese Weise wird eine Düsenplatte
gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung mit den genannten Vorteilen erhalten. Das Verfahren hat überdies
den Vorteil, dass nicht auf die Positionierung von Auslass und Einlass
relativ zu dem Durchgang geachtet werden muss, da die gesamte Öffnungswand
einstückig
während
einer Züchtungsstufe
gebildet wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird das Kernmaterial in Stufe a) bereitgestellt, indem ein Kernmaterial
auf einer Matrix elektrogeformt wird und das Kernmaterial zwischen
den Stufen a) und b) aus der Matrix entfernt wird. Ein derartiges
Verfahren bietet den Vorteil der einfachen Produktion eines Kernmaterials,
welches ein geeignetes Substrat für weiteres Züchten ist
und eine geeignete Form der durchgehenden Öffnung aufweist. Das Kernmaterial
wird beim Elektroformen auf der Matrix zwischen elektrisch isolierenden
Inseln einer Resistschicht gezüchtet,
wobei die Form der Inseln die Form der durchgehenden Öffnung des
Kernmaterials bestimmt, welches produziert werden soll. Das Kernmaterial wächst bei
einer dicken Resistschicht in einer solchen Weise, dass die Oberseite
des Kernmaterials flach ist, dies ist jedoch nicht wesentlich. Die
Oberseite kann auch undulierend, gewinkelt, usw. sein, so lange
die Öffnungswand
im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Öffnung ist.
Die Längsachse
ist vorteilhaft rechtwinklig zu der Mittelebene des Kernmaterials
in Längsrichtung.
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Das
Kernmaterial wird, als Alternative zum Elektroformen, durch Ätzen eines
plattenartigen Materials oder durch spanende Bearbeitung desselben mit
einem Laser bereitgestellt.
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Die
Erfindung betrifft gemäß einem
dritten Aspekt die Verwendung der erfindungsgemäßen Düsenplatte zum Zerstäuben einer
Flüssigkeit.
Der Vorteil dieser Verwendung liegt darin, dass ein Nebel mit einer
reproduzierbaren Richtung und einer divergenten konischen Form gesprüht wird,
die für
die vorgesehenen Anwendungen geeignet ist, wie zum Zerstäuben von
Brennstoff, Pestizid, Insektizid, Lack, Aerosol, usw. Die Verwendung
ist besonders vorteilhaft beim Zerstäuben von Brennstoff, um die
Verbrennung in einem Verbrennungsmotor zu verbessern.
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Die
Erfindung betrifft gemäß einem
vierten Aspekt eine Zerstäubungskomponente
zum Zerstäuben
einer Flüssigkeit,
insbesondere eines Brennstoffs oder einer Brennstoffmischung, umfassend eine
erfindungsgemäße Düsenplatte
und ein Verbindungsstück,
um den Einlass der Öffnung
der Düsenplatte
mit einer Flüssigkeitszufuhr
zu verbinden. Eine derartige Komponente kann in einem Verbrennungsmotor
an einer Position hinter dem Einlassventil und vor der Verbrennungskammer
eingepasst werden. Auf diese Weise werden eine verbesserte Sprührichtung
und verbesserte konische Form des Nebels erreicht, wodurch die Verbrennung
einer Brennstoffmischung verbessert wird, welche hiermit versprüht wird.
Der Durchmesser einer Öffnung
mit einem runden Querschnitt beträgt in Abhängigkeit von dem gewünschten
Zerstäubungsgrad
0,2 bis 200 Mikrometer, und die Düsenplatte hat als solche eine
Dicke von wenigen Zehntel Millimeter. Eine Komponente dieses Typs
kann andererseits in Anwendungen brauchbar sein, in denen die Düsenplatte
temporär
verwendet wird, beispielsweise als Zusatzteil für einen Gartenschlauch, der
zum Versprühen
von Wasser verwendet wird.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Abgabevorrichtung für
zerstäubtes
Material, umfassend einen Flüssigkeitsbehälter und
einen damit verbundenen Zerstäuber,
wobei der Zerstäuber
eine erfindungsgemäße Düsenplatte
umfasst. Eine Abgabevorrichtung dieses Typs kombiniert die Vorteile
der Düsenplatte
und eines Behälters
für Flüssigkeiten, wie
beispielsweise eine Sprühdose
für Aerosole, Haarspray,
Farbe, Schaum, usw.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren
näher erläutert, in denen
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Düsenplatte zeigt,
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2 eine
detaillierte Ansicht eines Längsschnitts
einer Öffnung
einer erfindungsgemäßen Düsenplatte
zeigt.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Düsenplatte 1 mit einer
Oberflächenseite 3 und einer
gegenüberliegenden
Oberflächenseite
(nicht gezeigt), einer peripheren Seite 5 und vier durchgehenden Öffnungen 7,
die sich im gleichen Abstand voneinander befinden.
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2 zeigt
einen Teil der Düsenplatte 1 im Längsschnitt
mit zwei gegenüberliegenden
Oberflächenseiten 3 und
einer Öffnung 7.
Die Öffnung 7 ist von
einer Öffnungswand 9 umgeben,
die drei Teile der Öffnung
begrenzt, nämlich
einen Auslass 10, einen Durchgang 12 und einen
Einlass 14. In die Öffnung 3 ist
eine vertikale Konstruktionslinie 16 gezeichnet, die die
gemeinsame Längsachse
für den Auslass 10,
den Durchgang 12 und den Einlass 14 zeigt. Die
Strömungsrichtung
der Flüssigkeit
wird durch einen Pfeil 20 gezeigt. Die gestrichelten Linien 22 zeigen
die konische Form, in welcher der Nebel gesprüht wird. Die Düsenplatte 1 ist
aus einem Kernmaterial 30 und einer gezüchteten Schicht 35 auf
allen Seiten zusammengesetzt. Das Kernmaterial 30 weist
eine Öffnungswand 37 auf,
die parallel zu der Längsachse
der Öffnung
verläuft,
die in dem ursprünglichen
Kernmaterial 30 vorhanden war, bevor die gezüchtete Schicht 35 aufgebracht
wurde. In dieser Ausführungsform
sind die oberen und unteren Oberflächen 38 des ursprünglichen
Kernmaterials 30 flach. Die gezüchtete Schicht 35 bildet
die Öffnungswand 9,
die parallel zu der Längsachse 16 in
dem Durchgang 12 verläuft
und eine Bogenform mit einem konstanten Radius an dem Einlass 14 und
dem Auslass 10 aufweist, wie mittels eines gestrichelten
Pfeils 40 dargestellt ist.
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Das
folgende Beispiel wird zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung der Zerstäuberplatte
gegeben.
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Auf
einer Elektroformungsmatrix wurde mit Inseln, die aus einer elektrisch
isolierenden Resistschicht mit einer Dicke von 25 μm bestehen,
aus einem Elektroplattierbad aus Sulfamatnickel mit einem elektrischen
Strom von 100 A und Anwenden einer Ladung von 3000 Amin ein Nickelkernmaterial
gezüchtet.
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Danach
wurde das Kernmaterial aus der Matrix entfernt, und auf allen Seiten
desselben wurde in einem Elektroplattierbad eine Schicht gezüchtet, beispielsweise
in einer Weise, die in
EP 0049022 beschrieben
ist, insbesondere in Bezugnahme auf
2.