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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Körper für eine Düsenanordnung, welcher Körper einen
Filter umfasst. Die Erfindung bezeiht sich auch auf eine Düsenanordnung,
welche einen solchen Körper
umfasst.
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Es
ist oft erwünscht,
partikelförmiges
Material beziehungsweise partikelförmigen Schmutz aus einem Fluidstrom
ausfiltern zu können,
wenn dieser durch eine Düsenanordnung
abgegeben wird. Ein Nachteil jedoch, welcher mit einem Positionieren
eines Filters, wie beispielsweise eines Siebes, innerhalb einer
Düsenanordnung
verbunden ist, ist der erhöhte
Produktionsaufwand, welcher mit den Kosten der Siebkomponente und
den besonderen Einbauprozessen verbunden ist.
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Es
ist aus der
US 5,911,851 bekannt,
eine Düsenanordnung
für Fluide
sehr hohen Druckes aus Silizium oder einem metallenen Material zu
bilden. Bei dieser Anordnung wird ein Kanal in eine erste Platte
geätzt
und eine zweite Platte auf der Oberseite zum Abschließen des
Kanals positioniert, um einen internen Fluidstrom-Durchgangsweg
zu bilden. Ein integraler Filter wird durch ätzen einer Reihe kleiner paralleler
Rillen in der ersten Platte gebildet, durch welche das Fluid hindurchgelangen
muss, um den Auslass zu erreichen. Während diese Anordnung für bestimmte
spezielle Anwendungen geeignet sein mag, werden die meisten Düsen für die Benutzung mit
Fluiden bei einem Druck von 20 bar oder weniger benötigt und
werden in hohen Volumen aus Kunststoff hergestellt. Derartige Anwendungen
neigen dazu, sehr kostenempfindlich zu sein, und so sind die Düsenanordnungen
und Herstellungsmethoden, welche in der
US 5,911,851 beschrieben sind, ungeeignet.
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US 2001/0019086 offenbart
einen Fluidoszillator, welcher eine Düse mit einem eingebauten Filter umfasst.
Der Oszillator enthält
einen soge nannten "Kreislauf-Chip" und ein Gehäuse zum
Aufnehmen des Chips, welche beide aus Kunststoff geformt sind. Ein
Kanal ist in einer äußeren Oberfläche des
Chips definiert, um einen Fluiddurchlass zu bilden, wenn der Chip
in das Gehäuse
eingesetzt ist. Eine Zahl von Pfosten ist quer des Kanals vorgesehen,
um einen Filter für
das Fluid zu bilden, welches durch den Durchlass hindurch geht.
Während
diese Anordnung einen integralen Filter vorsieht, ist der minimale
Abstand zwischen den Pfosten begrenzt. Üblicherweise werden, wenn eine
Düse dieses
Typs geformt wird, in der Form Stifte benutzt, um die Räume zwischen
den Pfosten zu erzeugen. Solche Stifte sind üblicherweise wenigstens 1 mm
in der Länge,
und wenn sie weniger als etwa 0,3 mm in der Breite/im Durchmesser sind,
würden
sie dazu neigen, regelmäßig zu brechen,
was eine Volumenproduktion nahezu unmöglich macht. Folglich ist dieser
Typ an Düsenfilteranordnung
nicht effektiv, wenn ein sehr feiner Filter erforderlich ist. Weiterhin
sind die dargestellten Anordnungen nur in der Lage, eine relativ
begrenzte Zahl an Filterkonfigurationen vorzusehen.
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Deswegen
besteht ein Erfordernis nach einer einfachen und kosteneffektiven
Düsenanordnungsgestaltung,
welche einen integralen Filter umfasst und welche die Probleme überwindet
oder wenigstens verringert, welche mit dem Stand der Technik verbunden
sind.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Körper für eine Düsenanordnung vorgesehen, wie
sie in Anspruch 1 definiert ist. Weitere Aspekte der Erfindung sind
in den Ansprüchen
zu finden, welche von Anspruch 1 abhängig sind.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Düsenanordnung vorgesehen, welche
einen Körper
in Übereinstimmung
mit dem ersten Aspekt umfasst.
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Die
Körper-
und Filteranordnung nach der Erfindung können mit jeder Düsenanordnung
benutzt werden, einschließlich
beispielsweise industriellen Düsenanordnungen,
Pumpen- und Trigger-betätigten
Düsenanordnungen
und Düsenanordnungen, welche
mit Druckaerosolkanistern benutzt werden. Weiterhin können die
Körper-
und Filteranordnungen nach der Erfindung an die Benutzung mit jedem
Fluid oder Kombinationen von Fluiden angepasst werden, welche jede
beliebige Viskosität
haben. Dementsprechend können
die Körper- und Filteranordnungen
in oder mit Düsen
verwendet werden, welche für
eine Benutzung beim Abgeben einer großen Zahl von Handelsprodukten
angepasst sind, einschließlich beispielsweise
Antiperspirant-Sprays, Deodorant-Sprays, Parfums, Lufterfrischer,
Antiseptika, Farben, Insektiziden, Poliermittel, Haarpflegeprodukte,
Pharmazeutika, Rasierschäume,
viskose- oder pastöse
Fluide, Wasser und Schmierstoffe.
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Mehrere
Ausführungsarten
der Erfindung werden nun beschrieben, so nur beispielsweise, in Bezug
auf die folgenden Zeichnungen, bei welchen:
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1 eine
Teilquerschnittsansicht durch einen Körper einer Düsenanordnung
ist, welche eine erste Filteranordnung der Erfindung veranschaulicht;
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2 eine
Ansicht ähnlich
der in 1 ist, welche eine zweite Filteranordnung der
Erfindung veranschaulicht;
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3 eine
Ansicht ähnlich
der 1 ist, welche eine dritte Filteranordnung der
Erfindung veranschaulicht;
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4 eine
Ansicht ähnlich
der 1 ist, welche eine vierte Filteranordnung der
Erfindung veranschaulicht;
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5 eine
Ansicht ähnlich
der in 1 ist, welche eine fünfte Filteranordnung der Erfindung
veranschaulicht;
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5A eine
Querschnittsansicht durch die Filteranordnung ist, welche in 5 gezeigt
ist;
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6 eine
Ansicht ähnlich
der 1 ist, welche eine sechste Filteranordnung der
Erfindung veranschaulicht;
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6A eine
Querschnittsansicht durch die Filteranordnung ist, welche in 6 gezeigt
ist;
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7 eine
Ansicht ähnlich
der 1 ist, welche eine siebte Filteranordnung der
Erfindung veranschaulicht;
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7A eine
Querschnittsansicht durch die Filteranordnung ist, welche in 7 gezeigt
ist;
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8 eine
Ansicht ähnlich
der 1 ist, welche eine achte Filteranordnung der Erfindung
veranschaulicht;
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8A eine
Querschnittsansicht durch die Filteranordnung ist, welche in 8 gezeigt
ist;
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9 eine
Ansicht ähnlich
der 1 ist, welche eine neunte Filteranordnung der
Erfindung veranschaulicht; und
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9A Querschnittsansichten
der Filteranordnung sind, welche in 9 und 9B gezeigt sind.
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In
der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugsziffern verwendet,
um gleiche oder entsprechende Teile in unterschiedlichen Figuren
zu bezeichnen, wo dies angebracht ist.
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1 zeigt
einen Teil eines Körpers 100, welcher
eine Düsenanordnung
nach der vorliegenden Erfindung bildet. Der Körper 100 definiert
einen Einlass 101, durch welchen Fluid eintreten kann,
einen Auslass 102, durch welchen Fluid austreten kann,
und einen internen Fluiddurchgangsweg 103, welcher den
Einlass 101 und den Auslass 102 miteinander verbindet.
Innerhalb des internen Durchgangsweges 108 ist ein Filteranordnung
positioniert, welche aus einem Pfosten 104 besteht, welcher
einen sich verjüngenden
konusförmigen
Kopf 105 hat. Der Kopf erstreckt sich in den vertikalen
Abschnitt 103a des Durchgangsweges, wie dargestellt, sodass
Fluid, welches durch den internen Durchgangsweg während der
Benutzung fließt,
gezwungen ist, zwischen dem Kopf 105 und der internen Oberfläche des Durchgangsweges 103 zu
fließen.
Der Kopf 105 ist von seinem Punkt, welcher einen engen
Durchgangskanal, durch welchen der Fluidstrom basieren muss, nach
außen
abgeschrägt.
Jedes partikelförmige
Material in dem Fluidstrom, welches nicht durch den engsten Abschnitt
des definierten Kanals passt, wird zwischen dem Kopf 103 und
der internen Oberfläche
des Durchgangsweges 103 abgelagert. Während sich das partikelförmige Material
ansammelt, verringert sich der verfügbare Raum für den Fluidfluss,
was dazu führt,
dass kleinere partikelförmige Materialien
abgelagert werden.
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Der
Körper 100 ist
aus zwei Komponententeilen 106, 107 gebildet.
Jeder der Komponententeile 106, 107 hat eine Anlagefläche 108, 109, welche
an der entsprechenden Anlagefläche 108, 109 an
dem anderen der Teile 106, 107 anliegt, wenn sie
zusammen gefügt
sind, um den Körper,
wie gezeigt, zu bilden. Die zwei Teile 106, 107 haben
auch entsprechende Formationen 110, 111, welche
zwischen sich einen Abschnitt des internen Durchgangsweges 108 und
des Auslasses 102 definieren. Bei dieser Ausführungsform
sind die entsprechenden Formationen 110, 111 Rücksprünge oder
Nuten in jedem der Teile, welche zusammen den Abschnitt des internen
Fluiddurchgangsweges 108 und des Auslasses 102 definieren.
Bei einer Alternativen, nicht dargestellten, Ausführungsform,
können
die beiden Teile einen Vorsprung oder Rücken bilden, welcher sich innerhalb
eines Rücksprunges
oder einer Nut in dem anderen der Teile befindet, um einen Abschnitt
des internen Durchgangsweges 108 und des Auslasses 102 zu
definieren. Bei dieser Anordnung ist ein Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des
Vorsprunges oder Rückens
und der Oberfläche
des Rücksprunges oder
der Nut vorhanden, wenn die Teile zusammengefügt sind. Diese alternative
Ausführungsform
kann bei jeder der Filteranordnungen, welche in der vorliegenden
Anmeldung gezeigt sind, vorgesehen sein.
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In 1 ist
nur ein Pfosten 104 gezeigt, welcher von dem ersten Teil 106 des
Körpers
vorspringt. Bei einer weiteren alternativen, nicht gezeigten, Ausführungsform,
können
mehrere Pfosten 104 an dem ersten Teil 106 des
Körpers
vorgesehen sein, wobei jeder Pfosten in einen Rücksprung in dem zweiten der
Teile 107 eintritt. Einige der Pfosten können in denselben
Rücksprung
oder jeder Pfosten kann in seinen eigenen Rücksprung eintreten.
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Der
Filter kann durch Trennen der beiden Teile 106, 107 des
Körpers
gereinigt werden, wobei die Filteranordnung (der Pfosten 104 und
Kopf 105) aus dem vertikalen Abschnitt 103a des
Durchgangsweges zurückzuziehen
ist, was erlaubt, dass jegliche angesammelte Ablagerung entfernt
wird.
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Der
Körper 100 kann
ein integraler Teil einer Düsenanordnung
sein, wobei die zwei Teile 106, 107 tatsächlich die
Gesamtheit der Düsenanordnung
zwischen jenen bilden kann. Alternativ kann der Körper einen
Einsatz bilden, welcher dazu ausgestaltet ist, in einem Hauptkörper der
Düsenanordnung
aufgenommen zu werden.
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Die 2 bis 8A veranschaulichen
alternative Filteranordnungen, welche in dem Körper 100 benutzt werden
können.
In diesen Figuren sind die Teile 106, 107 der
Einfachheit wegen weggelassen, es ist jedoch verständlich,
dass der Körper
in ähnlicher
Weise wie der in 1 gezeigte Körper 100 gebildet
sind.
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2 zeigt
eine alternative Filteranordnung, welche sich verjüngende Vorsprünge oder
Pfosten 201–206 aufweist.
Die Vorsprünge
erstrecken sich nur über
eine kurze Distanz in den Durchgangsweg, so dass nur ein partieller
Filter um den Umfang des internen Durchgangsweges gebildet ist.
Da jedoch ein Fluid dazu neigt, während der Benutzung um die Seite
des internen Durchgangsweges an den Vorsprüngen 201–206 vorbeizuströmen, wird
jedoch der Großteil
des in dem Fluidstrom vorhandenen Partikelmaterials an den Vorsprüngen abgeschieden.
Die Vorsprünge
könnten
kleiner oder größer sein
als solche, die in 2 gezeigt sind, und könnten die
Gesamtheit der Kammer oder gerade einen Anteil von dieser ausfüllen. Die
Vorsprünge
könnten
auch dichter und etwas näher
an dem Auslass sein. Üblicherweise
werden die Vorsprünge
die gesamte Oberfläche
des internen Durchgangsweges bedecken.
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3 zeigt
eine alternative Düsenanordnung,
welche der in 2 gezeigten ähnlich ist, ausgenommen, dass
die sich verjüngenden
Vorsprünge 301–306 sich
in diesem Falle mit Vorsprüngen
auf der gegenüberliegenden
Seite des Durchgangsweges 103 abwechseln und sich weiter
in den internen Durchgangsweg erstrecken, so dass die Spitzen einander überlappen.
Wiederum wird Partikelmaterial an oder zwischen den Vorsprüngen 301–306 abgelagert,
wenn Fluid hindurchströmt.
Außer
zwischen benachbarten Vorsprüngen
eingefangen zu werden, kann Partikelmaterial zwischen den distalen
Enden oder Spitzen der Vorsprünge
und der gegenüberliegenden
Oberfläche
des internen Durchlasses eingefangen werden. Dies vergrößert den
effektiven Bereich des Filters.
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4 zeigt
eine weitere alternative Anordnung, welche der in 2 gezeigten
gleicht, ausgenommen, dass die Vorsprünge 201–206 sich
weiter in den internen Durchgangsweg 103 erstrecken, ohne sich
jedoch zu überlappen.
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5 zeigt
eine alternative Filteranordnung 501. Eine Querschnittsansicht
der Filteranordnung 501 ist in 5A gezeigt.
Bezugnehmend auf 5A enthält die Filteranordnung 501 sich
nach unten erstreckende Vorsprünge 502 und 503 und
einen sich aufwärts
erstreckenden Vorsprung 504. Die Vorsprünge verjüngen sich in Längsrichtung
(in der Richtung der Fluidströmung
durch den Durchgangsweg 103), so dass der Spalt zwischen
den Vorsprüngen graduell
zwischen dem Einlassende und dem Auslassende enger wird. Fluid strömt während der
Benutzung durch die Spalten zwischen den Vorsprüngen und jegliches Partikelmaterial,
welches nicht hindurchpasst, wird in der Filteranordnung 501 abgelagert.
Größere Partikel
werden an dem Einlassende der Filteranordnung abgelagert, während kleinere Partikel,
abhängig
von ihrer Größe, weiter
in Richtung des Auslasses abgelagert werden. In der Praxis können mehrere
Filteranordnungen 501 in Reihe längs der Länge des Durchlasses angeordnet
sein, wobei die vorhandenen Spalten fortschreitend in der Richtung
des Auslasses kleiner werden. Ein kleiner Spalt ist auch zwischen
dem Ende jedes der Vorsprünge
und der Oberfläche
des Durchgangsweges vorgesehen. Fluid kann durch diese Spalten als
auch durch die Spalten zwischen den Vorsprüngen hindurchgelangen, wodurch
die Filterfläche
vergrößert ist.
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6 und 6A zeigen
eine alternative Filteranordnung 600, welche kürzere Vorsprünge (gezeigt
im allgemeinen als 601) aufweist. Vier getrennte Sätze von
Vorsprüngen
sind in Reihe entlang des internen Durch gangsweges vorgesehen. Die Vorsprünge in jedem
Satz können
relativ zu solchen des benachbarten Satzes versetzt sein, so dass
sich das Fluid um die Vorsprünge
herum bewegen muss, um durch den Filter hindurch zu gelangen. Die
Zahl der Sätze
kann, falls erforderlich, variiert werden.
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7 und 7A zeigen
eine weitere alternative Filteranordnung 700, welche der
Filteranordnung 501, welche in 5 gezeigt
ist, ähnlich
ist, ausgenommen, dass die Vorsprünge länger sind und die Form von
platten- oder wandähnlichen
Abweisern haben. Dies erlaubt eine graduellere Verjüngung der Vorsprünge 502–504.
Wiederum ist ein Spalt zwischen den Enden der Vorsprünge und
der gegenüberliegenden
Wand des internen Durchgangsweges vorgesehen, durch welchen Fluid
strömen
kann. Diese Spalten können
auch so angeordnet sein, dass sie in der Abmessung vom Einlassende
zum Auslassende abzunehmen.
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8 und 8A zeigen
eine weitere Filteranordnung nach der Erfindung. In dieser Ausführungsform
enthält
die Filteranordnung 800 alternative Vorsprünge 801–805,
welche quer über
den internen Durchgangsweg angeordnet sind. Jeder Vorsprung ist
in der Form eines platten- oder wandähnlichen Abweisers, welcher
sich über
die volle Breite des internen Durchgangsweges von einer Seite zu
der anderen erstreckt, wobei nur ein schmaler Spalt zwischen einem
distalen Ende des Vorsprungs und der gegenüberliegenden Oberfläche des
internen Durchgangsweges verbleibt. Die Vorsprünge 801, 803, 805 an dem
ersten Teil 106 des Körpers
sind mit den Vorsprüngen 802, 804 an
dem zweiten Teil 107 so verzahnt, dass ein gewundener Strömungsweg
durch den Filter definiert ist, in welchem der Fluidstrom veranlasst
wird, durch den Spalt zwischen jedem Vorsprung und der Oberfläche des
Durchgangsweges wiederholt zu fließen. In der gezeigten Ausführungsform
wird das Fluid unter dem Vorsprung 807 hindurch gehen,
dann über
den Vorsprung 802, dann unter den Vorsprung 803,
dann über
den Vorsprung 804 und schließlich unter den Vor sprung 805.
Die Vorsprünge
können
wiederum so konfiguriert sein, dass der Spalt, durch welchen das
Fluid strömen muss,
größer am Einlassende 800a der
Anordnung als am Auslassende 800b ist. So wird der Spalt
zwischen dem distalen Ende des ersten Vorsprungs 801 und
der Oberfläche
des internen Durchgangsweges größer sein
als der Spalt zwischen dem distalen Ende des letzten Vorsprungs 805 und
der Oberfläche des
internen Durchgangsweges.
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9 zeigt
eine noch andere alternative Filteranordnung (nur das Einlassende
des Durchgangsweges 103 ist zum Zwecke der Illustration
gezeigt), welche drei Filter 900a, 900b und 900c aufweist.
Bezugnehmend auf 9 und 9A ist
der Einlass 101 so angeordnet, dass Fluid tangential in
den Durchgangsweg 103 eingeführt wird. Dies verursacht das
Fluid, um den Filter 900a herum zu wirbeln. Jegliches Partikelmaterial,
welches in dem Fluidstrom enthalten ist, wird in den Vorsprüngen 901 des
Filterelements 900a oder den Elementen 902 des
Filterelements 900b und 900c abgelagert, während das Fluid
weiter längs
des Durchgangsweges in Richtung des Auslasses wirbelt. Die Abmessung
und Form der Vorsprünge
in den Filtern 900a, 900b und 900c können variiert
werden.
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Die
Filteranordnungen, welche in den 2 bis 8 gezeigt
sind, können
auch in ähnlicher
Weise gereinigt werden, wie die Filteranordnung, welche in 1 gezeigt
ist, d. h. durch Trennen der zwei Teile 106, 107 des
Körpers,
um die Vorsprünge
zum Reinigen freizulegen.
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Einige
der zuvor erwähnten
Filteranordnungen, insbesondere die in 5 gezeigte,
könnte
benutzt werden, um ein Gitter an dem Auslass der Düsenanordnung
zu bilden, welche dazu ausgestaltet ist, einen Schaum oder eine
viskose Flüssigkeit,
wie beispielsweise eine Creme etc., abzugeben. Eine solche Anordnung
ist notwendig, um die Qualität
des Produktes anzuheben, in welchem möglicherweise grobe Partikel
dispensiert sind.
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Der
Körper 100 und
die Filteranordnungen, welche zuvor erörtert wurden, sind insbesondere
geeignet für
die Benutzung bei Fluiden mit Drucken von 20 bar oder geringer und
weiterhin insbesondere mit Fluiden bei einem Druck in dem Bereich
von 2 bis 12 bar. Die Teile 106, 107, welche den
Körper 100 bilden,
können
aus Kunststoffen unter Verwendung von Injektionsformtechniken hergestellt
sein.
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Die
Filteranordnungen, die zuvor erörtert wurden,
sind hergestellt, indem Filtervorsprünge verwendet werden, welche
sich von einem der Teile 106, 107 des Körpers aus
erstrecken, welche mit weiteren Filterformationen, Vorsprüngen oder
Rücksprüngen an
dem anderen der Teile 106, 107 des Körpers zusammenarbeiten.
Dies macht es möglich,
komplexere und feinere Filter herzustellen, als es möglich ist, wenn
Anordnungen nach dem Stande der Technik verwendet werden, bei welchen
Pfosten nur auf einer Seite eines Körpers vorgesehen sind, welcher
den internen Durchgangsweg definiert. Beispielsweise können in
den Filtern, welche in den 3, 5, 7 und 8 gezeigt
sind, in welchen die Filtervorsprünge an einem ersten Teil 106 des
Körpers
mit Filtervorsprüngen
an dem anderen Teil 107 des Körpers überlappen, die Spalten zwischen
benachbarten überlappenden
Vorsprüngen
sehr klein gemacht werden, während
die Zwischenräume
zwischen den Vorsprüngen
an jedem Teil verhältnismäßig groß sind. Dies
bedeutet, dass die Stifte, welche in dem Formwerkzeug benutzt werden,
die Zwischenräume
zwischen den Vorsprüngen
an jedem der Teile 106, 107 des Körpers genügend groß und robust
sein können, um
eine Hochvolumenproduktion zu gestatten. Auch in dem Fall der Filter,
welche in den 3, 5 und 7 gezeigt
sind, können
Spalten zwischen und um benachbarte Vorsprünge vorgesehen sein, aber auch zwischen
den distalen Enden der Vorsprünge
und den gegenüberliegenden
Oberflächen
des internen Durchgangsweges. Dies ermöglicht den effektiven Bereich
des Filters zu erhöhen,
ohne die Breite des Durchgangs oder die Länge des Filters zu erhöhen. Weiterhin
ist es möglich,
indem Filtervorsprünge
an jedem der Teile 106, 107 des Körpers vorgesehen werden,
Filter zu konstruieren, wie der in 8 gezeigte,
bei welchem das Fluid einen Labyrinthströmungsweg herunter um eine der
Platten und dann herauf und über
die nächste
folgt.
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Während bei
den beschriebenen Ausführungsformen
die Filtervorsprünge
gezeigt sind, indem sie sich von der Oberseite zum Boden des internen
Durchgangsweges erstrecken, ist verständlich, dass sich die Vorsprünge über den
Durchgangsweg in jede geeignete Orientierung erstrecken können.
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Wo
in dieser Beschreibung die Begriffe "enthalten", "enthält", "enthalten" oder "enthaltend" benutzt sind, sind
sie so zu interpretieren, dass sie die Anwesenheit der angegebenen
Merkmale, Bestandteile, Schritte oder Komponenten, auf welche sie
sich beziehen, bestimmen, aber nicht die Anwesenheit oder den Zusatz
von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Bestandteilen, Schritten,
Komponenten oder Gruppe dieser ausschließen.
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Während die
Erfindung in Bezug darauf beschrieben worden ist, was derzeit als
die praktischste und bevorzugte Ausführungsformen angesehen werden,
ist verständlich,
dass die Erfindung nur durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche begrenzt
ist.