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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallzerstäuber.
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Stand der
Technik
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Ein
Ultraschallzerstäuber
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 ist aus US-A-4 850 534 bekannt.
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Beschreibung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Ultraschallzerstäubers, der
eine wirkungsvolle Ausnutzung von Flüssigkeit ermöglicht,
mit der er befüllt
worden ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft einen Ultraschallzerstäuber, bei
welchem Flüssigkeit
aus dem Flüssigkeitsbehälter ohne
Zurücklassen
ungenutzter Flüssigkeit
ausgenutzt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist wie in Anspruch 1 definiert, d. h. bei
einem Ultraschallzerstäuber
mit einem zu zerstäubende
Flüssigkeit
aufnehmenden Flüssigkeitsbehälter und
einer Ultraschallpumpe mit einem Pumpenschaft, der so ausgebildet ist,
dass er eine axial durch ihn verlaufende Pumpenbohrung mit offenen
oberen und unteren Enden aufweist, und mit einem an dem Pumpenschaft
angebrachten Ultraschallschwingungserzeuger ist ein unteres Ende
des Pumpenschafts in großer
Nähe zu
einer Bodenfläche
oder Seitenfläche
des Flüssigkeitsbehälters in
einer solchen Weise angeordnet, dass in dem Flüssigkeitsbehälter verbleibende
Restflüssigkeit,
indem sie sich durch Oberflächenspannung
an das untere Ende des Pumpenschafts anhängt, gepumpt wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Flüssigkeitsbehälter so
ausgebildet, dass er eine Ausnehmung zum Sammeln der im Flüssigkeitsbehälter verbleibenden
Restflüssigkeit
aufweist, und das untere Ende des Pumpenschafts so angeordnet, dass
es er Ausnehmung zugekehrt ist.
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Selbst
wenn die im Flüssigkeitsbehälter verbleibende
Flüssigkeitsmenge
klein ist, hängt
sich die Flüssigkeit
an das untere Ende des Pumpenschafts an und wird vermittels der
Oberflächenspannung
und der Ultraschallschwingung gepumpt, so dass nahezu die gesamte
Flüssigkeit
für Sprühzwecke
genutzt wird. Dies ist insbesondere wirkungsvoll, wenn ein teures
Arzneimittel als die Flüssigkeit
verwendet wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine teilgeschnittene
Seitenansicht, die den Gesamtaufbau eines Ultraschallzerstäubers zeigt;
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2 ist eine vergrößerte Schnittansicht,
die den grundsächlichen
mechanischen Aufbau des Ultraschallzerstäubers zeigt;
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3 ist eine vergrößerte Draufsicht
einer Siebplatte;
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4 ist eine vergrößerte Draufsicht,
die ein weiteres Beispiel einer Siebplatte zeigt;
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5 ist eine vergrößerte Draufsicht,
die ein weiteres Beispiel einer Siebplatte zeigt;
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6 ist eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen Abschnitt einer Siebplatte zeigt;
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7 ist eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen Abschnitt eines weiteren Beispiels einer Siebplatte zeigt;
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8 ist eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen Abschnitt einer Kappe, einer Siebplatte und eines Horns
zeigt;
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9 ist eine vergrößerte Schnittansicht,
die ein weiteres Beispiel eines Abschnitts einer Kappe, einer Siebplatte
und eines Horns zeigt;
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10 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die
ein weiteres Beispiel eines Abschnitts einer Kappe, einer Siebplatte
und eines Horns zeigt;
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11 ist eine perspektivische
Ansicht, die ein weiteres Beispiel einer Siebplatte zeigt;
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12a bis 12c zeigen ein weiteres Beispiel einer
Siebplatte, wobei 12a eine
Draufsicht, 12b eine
Schnittansicht, genommen Längslinie b–b der 12a, und 12c eine Seitenansicht ist;
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13 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die
ein weiteres Beispiel einer Druckfeder zeigt;
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14 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die
ein weiteres Beispiel eines belastenden elastischen Elements zeigt;
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15 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die
ein Beispiel zeigt, bei welchem eine ringförmige Platte an einer Siebplatte
angebracht ist;
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16 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die
ein weiteres Beispiel zeigt, bei welcher eine Ringplatte an einer
Siebplatte angebracht ist;
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17 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die
ein Beispiel zeigt, bei welchem ein Abstandsteil mit einer Siebplatte
kombiniert ist;
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18 ist eine vergrößerte Draufsicht
des Abstandsteils;
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19 ist eine vergrößerte Draufsicht,
die ein weiteres Beispiel eines Abstandsteils zeigt;
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20 ist eine teilgeschnittene
Draufsicht eines Flüssigkeitsbehälters; und
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21 ist eine Schnittansicht
genommen längs
Linie XXI–XXI
der 20.
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1 zeigt den Gesamtaufbau
eines Ultraschallzerstäubers.
Zur Erleichterung des Verständnisses
der Erfindung ist der Ultraschallzerstäuber etwas größer als
in tatsächlicher
Größe gezeigt.
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Der
untere Halbabschnitt des Ultraschallzerstäubers erstreckt sich vertikal
in der allgemeinen Form eines Rechtecks und hat einen Querschnitt,
der nahezu ein Quadrat ist, und der obere Halbabschnitt ist nach
oben mit einer Neigung gekrümmt,
dass er in Vorwärtsrichtung
weist. Der obere Halbabschnitt, insbesondere der oberste Teil der
Vorrichtung, ist mit den mechanischen Hauptkomponenten, wie einer
Ultraschallpumpe 12, einer Siebplatte 10 zur Zerstäubung der
mit der Pumpe gepumpten Flüssigkeit,
einer Kappe 15, welche die Siebplatte 14 hält, und
einem eine Flüssigkeit
(ein Medikament oder dergleichen) aufnehmenden Behälter 16 versehen.
Diese werden später
beschrieben. Die Rückseite
des oberen Halbabschnitts des Gehäuses ist mit einer strichpunktiert
angegebenen frei abnehmbaren Abdeckung abgedeckt. Die Abdeckung
wird abgenommen, wenn der Ultraschallzerstäuber benutzt wird.
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Die
elektrische Schaltung, die sich aus einer Treiberschaltung für die Ultraschallpumpe
einschließlich
einer Ultraschallvibratorschaltung, einer Steuerschaltung mit verschiedenen
Betriebsweisen und einer Spannungsversorgungsschaltung zusammensetzt,
ist im unteren Halbabschnitt des Gehäuses 10 enthalten.
Ein Schalter SW, der vom Benutzer betätigt wird, und eine Anzeigevorrichtung
(Leuchtdiode) LED sind an der Rückseite
des oberen Halbabschnitts, von der Abdeckung 11 abgedeckt,
vorgesehen. Der Ultraschallzerstäuber
weist eine innere aufladbare Batterie auf. Eine Buchse 13,
in welche ein von einem externen Wechselspannungsadapter oder dergleichen
ausgeleiteter Stecker zum Aufladen der Batterie gesteckt wird, ist
in einem Hohlraum im unteren Abschnitt des Gehäuses 10 vorgesehen.
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2 veranschaulicht, vergrößert, die hauptsächlichen
mechanischen Komponenten, die im oberen Halbabschnitt des Gehäuses 10 vorgesehen
sind.
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Die
Ultraschallpumpe 12 weist einen metallenen Pumpenschaft 21 mit
einer kleinen (Durchmesser nicht größer als 1 mm) Pumpenbohrung 22,
die ihn in Axialrichtung durchsetzt, und zwei piezoelektrische Elemente
(Ultraschallvibratoren) 23 auf, die am Pumpenschaft 21 im
Wesentlichen auf halber Länge desselben
angebracht sind. Ein Flansch 21a ist als integraler Teil
des Pumpenschafts 21 an einem Abschnitt des Pumpenschafts 21 etwas
oberhalb seiner Mitte ausgebildet. Die piezoelektrischen Elemente 23 haben
Ringform und sind über
den Pumpenschaft 21 gesetzt. Ringförmige Elektrodenplatten 24 sind
an beiden Seiten der piezoelektrischen Elemente 23 vorgesehen.
Eine Mutter 26 ist auf ein auf dem Pumpenschaft 21 ausgebildetes
Außengewinde
geschraubt, so dass die piezoelektrischen Elemente 23 und
Elektrodenplatten 24 am Pumpenschaft 21 zwischen
dem Flansch 21a und der Mutter 26 festgelegt sind.
Eine Hochfrequenz-(Ultrahochfrequenz-) Spannung aus der oben beschriebenen
Treiberschaltung wird auf die Elektroden 24 über Leitungsdrähte 25 gegeben,
so dass die piezoelektrischen Elemente 23 Ultraschallschwingungen
hauptsächlich
in Axialrichtung des Pumpenschafts 21 ausführen können.
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Eine
Pumpenbohrung 22 öffnet
sich in die untere Endfläche
des Pumpenschafts 21 sowie in die obere Endfläche des
Pumpenschafts 21. Ein unterer Endabschnitt 21B des
Pumpenschafts 21 ragt in den Flüssigkeitsbehälter 16 und
taucht in die Flüssigkeit im
Behälter 16 ein.
Der Pumpenschaft 21 weist einen als Horn dienenden oberen
Endabschnitt 21A auf, wobei der Durchmesser des oberen
Endes etwas größer gehalten
ist. Die Ultraschallschwingung der piezoelektrischen Elemente 23 wird
auf den Pumpenschaft 21 übertragen, so dass der Pumpenschaft 21 eine
Ultraschallschwingung in Axialrichtung ausführt, als deren Ergebnis die
Flüssigkeit
aus dem Flüssigkeitsbehälter 16 innerhalb
der Pumpenbohrung 22 des Pumpenschafts 21 nach
oben steigt. Es wird angenommen, dass dies der Kraft zuschreibbar ist,
die durch die Ultraschallschwingung, die Oberflächenspannung der Flüssigkeit
und den in der Pumpenbohrung 22 erzeugten Unterdruck aufgebracht wird.
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Die
oben beschriebene Ultraschallpumpe 21 ist von einer wasserdichten
Tülle 31 umgeben,
die einen elastischen Körper
(Gummi, beispielsweise) aufweist, und wird am oberen Halbabschnitt
des Gehäuses 10 über die
Tülle 31 befestigt.
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Die
Tülle 31 ist
durch einen oberen Halbkörper 32 und
einen unteren Halbkörper 33 gebildet.
Ein Raum, der die Ul traschallpumpe 12 aufnimmt, ist innerhalb
des oberen Halbkörpers 32 und
des unteren Halbkörpers 33 ausgebildet.
Eine Ringnut 32a ist in der Unterseite des oberen Halbkörpers 32 ausgebildet,
und ein ringförmiger
Vorsprung 33a ist in der Oberseite des unteren Halbkörpers 33 ausgebildet. Die
beiden Körper 32, 33 sind
zu der Tülle 31 durch Einpassen
des Vorsprungs 33a in die Nut 32a zusammengefügt. Der
obere Abschnitt des unteren Halbkörpers 33 ist ferner
so ausgebildet, dass er einen nach außen sich erstreckenden Flansch 33b aufweist.
Der obere Halbkörper 32 ist
eng in eine im Gehäuse 10 ausgebildete
Aufnahmeausnehmung 10A eingepasst. Der untere Halbkörper 33 ist
in einer Ausnehmung eines Halteelements 38 gehalten. Dieses
ist am Gehäuse 10 an
drei Stellen (von denen nur eine gezeigt ist) mittels Schrauben 39 befestigt.
Der Endabschnitt des Pumpenschafts 21, mit Ausnahme eines
oberen Endabschnitts 21A und eines unteren Endabschnitts 21B desselben,
der Ultraschallpumpe 12 ist wasserdicht durch die Tülle 31 abgedeckt
und der Pumpenschaft am Gehäuse 10 befestigt.
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Obere
und untere Abschnitte einer auf dem oberen Halbkörper 32 der Tülle ausgebildeten
und vom Pumpenschaft 21 durchsetzten inneren Umfangsfläche sind
mit nach innen abragenden ringförmigen
Dichtungslippen 34A, 34B als integrale Teile des
oberen Halbkörpers 32 der
Tülle ausgebildet.
Die ringförmigen
Dichtlippen 34A und 34B stehen mit der äußeren Umfangsfläche des
Pumpenschafts 21 in enger Berührung und erhalten die Flüssigkeitsdichtheit
aufrecht. Zwischen der Dichtlippe 34A des oberen Abschnitts
und der Dichtlippe 34B des unteren Abschnitts ist ein kleiner
Zwischenraum 35 zwischen der inneren Umfangsfläche des
zylindrischen Abschnitts des oberen Halbkörpers 32 der Tülle und
der äußeren Umfangsfläche des
Pumpenschafts 21 ausgebildet. Da die Berührzone zwischen
dem oberen Halbkörper 32 der
Tülle und
dem oberen Abschnitt (Horn) 21A des Pumpenschafts 21 klein
ist, lässt
sich eine Ultraschallschwingung großer Amplitude am oberen Abschnitt
des Pumpenschafts 21 gewinnen. Die Mitte (Flansch 21a,
Vibratoren 23, Mutter 26, etc.) der Ultraschallpumpe, wo
die Schwingungsamplitude gering wird, wird durch die Tülle 31 fest
gehalten.
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Ähnlich sind
hinsichtlich des unteren Halbkörpers 33 der
Tülle obere
und untere Abschnitte der inneren Umfangsfläche eines vom Pumpenschaft 21 durchsetzten
zylindrischen Abschnitts des unteren Halbkörpers mit nach innen abragenden
ringförmigen
Dichtlippen 36B, 36A als integrale Teile des unteren
Halbkörpers 33 ausgebildet.
Die Dichtlippen 36A, 36B sind in enger Berührung mit
der äußeren Umfangsfläche des
unteren Abschnitts des Pumpenschafts 21, wodurch Flüssigkeitsdichtheit
aufrechterhalten wird. Ferner ist zwischen den oberen und unteren
Dichtlippen 36B, 36A ein kleiner Zwischenraum 37 zwischen
dem unteren Halbkörper 33 und
dem Pumpenschaft 21 ausgebildet, damit eine große Ultraschallschwingung
gewährleistet
ist.
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Der
Rand des Gehäuses
an einer Stelle, wo der obere Endabschnitt 21A des Pumpenschafts 21 herausragt,
ist integral mit einem zylindrischen Abschnitt (ringförmigem Vorsprung) 59 von
geringer Höhe
zum Zwecke der Anbringung der Kappe 15 ausgebildet. Der äußere Umfangsabschnitt
des zylindrischen Abschnitts 59 ist mit Vorsprüngen 59a an zwei
Stellen ausgebildet.
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Die
Kappe 15 ist so ausgebildet, dass sie eine Sprühöffnung 51 in
ihrer Oberseite aufweist. Die Unterseite der Kappe ist offen. Eine
Basis 52 ist in die Kappe 15 eingepasst. Die Basis 52 ist
mit einem Loch 53 ausgebildet, durch welches der obere
Endabschnitt des Pumpenschafts 21 locker hindurchgeführt ist,
und die Außenseite
der Basis ist so ausgebildet, dass sie eine ringförmige Nut
aufweist, welche den zylindrischen Abschnitt 59 aufnimmt.
Die innere Umfangsfläche
der Kappe 15, welche durch die Basis 52 und die
Kappe 15 gebildet ist, ist so ausgebildet, dass sie (in 2 nicht gezeigt) vertikale
Nuten, durch welche die Vorsprünge 59a geführt sind,
sowie eine Nut 55 aufweist, die zu den oberen Enden der vertikalen
Nuten führt
und unter einem geringen Winkel diagonal nach oben geneigt ist.
Dementsprechend wird die Kappe 15 am zylindrischen Abschnitt 59 befes tigt
(dies ist der in 2 gezeigte
Zustand), indem die Kappe auf dem zylindrischen Abschnitt 59 an
einer Stelle angeordnet wird, wo die Vorsprünge 59a mit den vertikalen
Nuten zusammenfallen, und die Kappe 15 dann leicht gedreht
wird, wodurch die Vorsprünge 55a in
die Nut 55 eingepasst und in die Nut 55 bewegt
werden. Die Kappe 15 lässt
sich also am Gehäuse 10 in
einer freien lösbaren
Weise anbringen. Es versteht sich, dass die Anordnung zum Anbringen
der Kappe 15 am zylindrischen Abschnitt 59a nicht
auf die oben beschriebene beschränkt
ist. Die Kappe kann auch durch Schrauben oder einfach durch zusammenpassende
Vorsprünge
und Ausnehmungen angebracht werden.
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Der
obere Abschnitt der Basis 52 der Kappe 15 ist
ferner so ausgebildet, dass er eine ringförmige Stufe 57 an
einer einer Ausnehmung 54 zugekehrten Stelle aufweist.
Die Siebplatte 14, die mit einer Vielzahl von feinen Löchern versehen
ist, wird auf der ringförmigen
Stufe 57 angeordnet. Eine Druckfeder 42 ist zwischen
dem Rand der Siebplatte 14 und dem Rand der Sprühöffnung 51 der
Kappe 15 vorgesehen. In einem Zustand, in dem die Kappe 15 vom
Gehäuse 10 abgenommen
ist, wird die Siebplatte 14 mit der Druckfeder 42 gegen
die Stufe 57 am Rand der Siebplatte gedrückt. Wenn
die Kappe 15 am zylindrischen Abschnitt 59 des
Gehäuses 10 angebracht
ist, liegt die obere Endfläche
des Pumpenschafts 21 gegen den Mittelabschnitt der Siebplatte 14 an,
und der Rand der Siebplatte 14 hebt geringfügig von
der Stufe 57 ab. Die Siebplatte 14 wird durch
die Feder 42 stets in Richtung der oberen Endfläche des
Pumpenschafts 21 belastet, so dass die Siebplatte 14 schwingt,
indem sie der Vertikalschwingung des Horns 21A folgt. Flüssigkeit,
die durch die Pumpenbohrung 22 des Pumpenschafts 21 hindurch
hochgestiegen ist, wird durch die Siebplatte 14 sehr fein
zerstäubt
und aus der Sprühöffnung 51 nach
außen
gesprüht.
Die Einzelheiten der Siebplatte 14 sowie die Beziehung
zwischen der Siebplatte 14, der Feder 42 und der
oberen Endfläche
des Pumpenschafts 21 werden im Einzelnen später beschrieben.
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Die
Siebplatte 14 ist an der Kappe 15 angebracht.
Da die Kappe 15 hinsichtlich des Gehäuses 10 frei anbringbar
und lösbar
ist, ist es einfach, die Siebplatte zu reinigen oder zu ersetzen
(wobei Ersetzung auch Ersetzung von Siebplatte und Kappe meinen
kann). Ferner wird eine Lagejustierung der Siebplatte 14 in
Bezug auf die obere Endfläche
der Pumpenwelle 21 überflüssig.
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Ein
von der Oberseite des oberen Halbkörpers 32 der Tülle einschließlich der
ringförmigen Dichtlippe 34A,
der äußeren Umfangsfläche des Horns 21A,
dem Loch 53 der Basis 52 und der Ausnehmung 54 begrenzter
Raum dient als Flüssigkeitsreservoir 56.
In einem Fall, wo die mit der Ultraschallpumpe 12 zur oberen
Endfläche
des Horns 21A gepumpte Flüssigkeitsmenge größer als
die zerstäubte Flüssigkeitsmenge
ist, mit der Folge, dass die Flüssigkeit
an der oberen Endfläche
des Horns 21A überläuft, und
in einem Fall, wo der Benutzer unbeabsichtigt Flüssigkeit tropfen lässt, sammelt
sich die Flüssigkeit
vorübergehend
im Flüssigkeitsreservoir 56. Durch
die Ultraschallschwingung des Horns 21A wird jedoch die
Flüssigkeit
zur Unterseite der Siebplatte 14 nach oben gepumpt und
zerstäubt.
Eine Abnahme der Zerstäubungsleistung
oder ihre Instabilität,
die einer Abschwächung
der Schwingungsamplitude des Horns 21A oder irgendeinem
anderen Grund zuzuschreiben ist, kann so verhindert werden. Da ferner verhindert
wird, dass Flüssigkeit,
die an der oberen Endfläche
des Horns 21A übergelaufen
ist, aus dem Gehäuse 10 herausläuft, besteht
keine Gefahr, dass die Finger des Benutzers verschmutzt werden,
und ebenso lässt
sich der Verlust teurer Medikamente verhindern.
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Das
Rückhalteelement 38 ragt
von dem den unteren Halbkörper 33 der
Tülle umgebenden
Abschnitt in Form eines Zylinders nach unten, und der Rand dieses
zylindrischen Vorsprungs ist mit einem O-Ring 63 versehen.
Ferner ist ein ringförmiger
Vorsprung 38A an der Unterseite des Rückhalteelements 38 an
der Außenseite
des zylindrischen Vorsprungs ausgebildet. Der ringförmige Vorsprung 38A ist
vorzugsweise an mehreren Stellen teilweise ausgebrochen. Der Flüssigkeitsbehälter 16 ist
indessen aus einem transparenten Mate rial ausgebildet. Die Oberseite
des Behälters
weist eine Öffnung 61 auf, deren
Rand geringfügig
in Form eines Zylinders vorsteht (der Rand der zylindrischen Öffnung ist
bei Bezugszeichen 61A angegeben). Durch Einführen des zylindrischen
Rands 61A des Flüssigkeitsbehälters 16 zwischen
den O-Ring 63 und
den ringförmigen Vorsprung 38A wird
der Behälter 16 fest
an der Unterseite des Rückhalteelements 38 angebracht.
Der Flüssigkeitsbehälter kann
also frei am Gehäuse 10 angebracht
und von diesem abgenommen werden. Da der Behälter 16 transparent
ist, lässt
sich die in ihm enthaltene Flüssigkeitsmenge
visuell von außen feststellen.
Die Oberseite des Behälters 16 ist
mit einem kleinen Loch 62 versehen, das mit Atmosphäre in Verbindung
steht. Dies dient dazu, zu verhindern, dass ein Unterdruck im Flüssigkeitsbehälter als
Folge des Pumpens der im Flüssigkeitsbehälter 16 befindlichen
Flüssigkeit
durch die Ultraschallpumpe 12 entsteht. Die Einzelheiten
des Aufbaus des Behälters 16 und
seine Vorteile werden später
beschrieben.
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3 ist eine vergrößerte Draufsicht
der Siebplatte 14. Die Siebplatte 14 ist, wie
oben erwähnt,
mit einer Vielzahl von feinen Löchern 14a versehen.
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Die
vielen Löcher 14a sind
vorzugsweise in gleichen Abständen
längs der
Seiten einer Anzahl von regelmäßigen Sechsecken,
die so gezogen sind, dass ihre Mitten auf der Mitte der kreisförmigen Siebplatte 14 liegen,
sowie an den Spitzen der Sechsecke ausgebildet. Die Längen der
Diagonalen der Anzahl von regelmäßigen Sechsecken ändern sich
mit festen Längen
von einem Sechseck zum nächsten.
Die Anzahl von feinen Löchern 14a längs einer
Seite eines regelmäßigen Sechsecks
unterscheidet sich von der Anzahl längs einer Seite des benachbarten Sechsecks
um eins. Wenn diese Anordnung vorgesehen ist, ist die Anzahl von
feinen Löchern 14a pro Einheitsfläche maximiert
und dementsprechend die zerstäubte
Flüssigkeitsmenge
erhöht.
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4 veranschaulicht ein weiteres
Beispiel der Siebplatte 14. Diese Siebplatte 14 hat
zusätzlich zu
den oben erwähnten
zwei charakteristische Merkmale.
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Ein
Merkmal besteht darin, dass unbesetzte Abschnitte 43, die
von den feinen Löchern 14a frei sind,
vorgesehen sind. Insgesamt sind drei unbesetzte Abschnitte 43 in 4 vorhanden, nämlich an
einem Punkt in der Mitte und an zwei Punkten, die im Abstand von
fünf feinen
Löchern
von der Mitte längs eines
Abschnitts einer Diagonale der regelmäßigen Sechsecke errichtet sind.
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Die
Siebplatte ist mit einer Vielzahl von feinen Löchern ausgebildet. Im Prozess
zur Herstellung der Siebplatte, bei Lieferung und zu anderen Zeiten ist
eine Inspektion erforderlich, um festzustellen, ob die feinen Löcher in
Größe und Form
nach Spezifikation ausgeführt
sind. Da es praktisch unmöglich
ist, die Durchmesser aller feinen Löcher bei dieser Inspektion
zu messen, werden nur spezielle feine Löcher inspiziert. Da es unerwünscht ist,
wenn sich die Lagen der zu inspizierenden feinen Löcher von
einer Inspektion zur nächsten ändern, ist
erforderlich, dass stets feine Löcher,
die an speziellen Positionen angeordnet sind, untersucht werden.
Wenn die unbesetzten Abschnitte 43, wie oben ausgeführt, vorgesehen sind,
lassen sich zu inspizierende feine Löcher unter Verwendung der unbesetzten
Abschnitte 43 als Referenz bestimmen. Beispielsweise können feine
Löcher,
die benachbart zu und an der Außenseite
der unbesetzten Abschnitte 43 angeordnet sind, untersucht
werden. Auf diese Weise können
die feinen Löcher,
die eine Untersuchung erfahren sollen, spezifiziert werden.
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Das
andere Merkmal besteht darin, dass wenigstens zwei Arten von Ausschnitten 44A, 44B unterschiedlicher
Größe an zwei
Orten (Lagen mit Punktsymmetrie um die Mitte der Siebplatte sind
ausgenommen) am Rand der Siebplatte 14 ausgebildet sind.
Wie später
noch beschrieben, weist die Siebplatte 14 eine Vorderseite
und eine Rückseite
(bzw. eine Oberseite und eine Unterseite) auf, und die Siebplatte 14 muss
in der Kappe 15 in einer solchen Weise angebracht werden,
dass die Fläche
der Siebplatte in Flächenberührung mit
der oberen Endfläche des
Horns 21A kommt. Vorsprünge 57A, 57B unterschiedlicher
Größe sind
auf dem Stufenabschnitt 57 der Basis 52 der Kappe 15 vorgesehen
und passen in vollkommener Weise mit den Ausschnitten 44A bzw. 44B der
Siebplatte 14 zusammen, wenn die Siebplatte 14 mit
richtiger Oberflächenorientierung
in Stellung gebracht worden ist. Wenn die Ausschnitte 44A, 44B so
angeordnet sind, dass sie zu den Vorsprüngen 57A, 57B passen,
führt dies
dazu, dass die Siebplatte 14 in der Kappe 15 mit
in die richtigen Richtungen weisenden Oberflächen installiert wird.
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Eine
in 5 dargestellte Siebplatte 14 hat noch
ein weiteres charakteristisches Merkmal. Dies ist die Tatsache,
dass ein vergleichsweise großer
geschlossener Abschnitt 45 in der Mitte der Siebplatte 14 vorgesehen
ist. In dem geschlossenen Abschnitt 45 sind keine feinen
Löcher
ausgebildet. Wenn die Kappe 15 mit darin angebrachter Siebplatte 14 auf dem
Gehäuse 10 angebracht
worden ist, liegt der geschlossene Abschnitt 45 der Öffnung der
Pumpenbohrung 22, die an der oberen. Endfläche des
Horns 21A offen ist, und wirkt dahingehend, die Öffnung periodisch
zu schließen,
wenn die Öffnung
schwingt. Dadurch wird die (unten beschriebene) Ventilwirkung der
Siebplatte 14 verstärkt,
so dass ein effizienteres Pumpen und Versprühen zu erwarten ist. Der geschlossene
Abschnitt 45 sollte so groß sein, dass er die Öffnung im
oberen Ende des Horns 21A verschließt. Da jedoch der wesentliche
Bereich, über den
die feinen Löcher
vorgesehen werden können, vermindert
ist, wenn der geschlossene Abschnitt zu groß gehalten wird, sollte der
geschlossene Abschnitt so dimensioniert sein, dass er keine schädliche Wirkung
auf den Zerstäubungsvorgang
hat. Es versteht sich, dass in einem Fall, wo die Öffnung im oberen
Ende des Horns 21A sich nicht in der Mitte befindet, sondern
nach einer Seite versetzt ist, der geschlossene Abschnitt 45 in
der Siebplatte 14 ebenfalls an einer Stelle vorgesehen
ist, die gegenüber deren
Mitte versetzt ist, so dass er der Öffnung im oberen Ende des Horns
gegenüberliegt.
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6 veranschaulicht einen
Abschnitt des Querschnitts der Siebplatte in vergrößerter Form.
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Der
Durchmesser der kreisförmigen
feinen Löcher 14a ist
klein an der Oberseite der Siebplatte 14. Zur Unterseite
der Siebplatte hin werden die Löcher
zunehmend weiter und der Durchmesser zunehmend größer. Eine
Ausnehmung oder Nut 14b, die sich zur Oberseite hin öffnet, ist
am Rand eines jeden feinen Loches 14a, nämlich zwischen
den feinen Löchern 14a,
vorgesehen. Dadurch wird eine Form erzielt, bei der der ein feines
Loch 14a definierende Rand nach oben abragt. Die Siebplatte 14 wird
in der Kappe 15 in einer solchen Weise angebracht, dass die
Unterseite der Siebplatte 14 der oberen Endfläche des
Horns 21A gegenüberliegt,
während
die Oberseite der Sprühöffnung 51 der
Kappe 15 gegenüberliegt.
Diese Siebplatte 14 zeichnet sich dadurch aus, dass eine
verhältnismäßig hohe
Festigkeit gewonnen wird, ohne die Platte dick zu machen.
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Hinsichtlich
eines Beispiels für
die Abmessungen der verschiedenen Abschnitte, die die Siebplatte
mit dem in 6 gezeigten
Schnittaufbau ausmachen, beträgt
der Abstand der feinen Löcher 14a 50 – 150 μm (ein Abstand
von der Größenordnung 100 μm ist geeignet),
der Durchmesser b der Öffnung eines
jeden feinen Loches 14a an der Oberseite ist von der Größenordnung
4,5 ± 1 μm, die Dicke
c der Siebplatte 14 ist von der Größenordnung 30 – 100 μm (eine Dicke
von der Größenordnung
50 μm ist
geeignet). Eine solche Siebplatte lässt sich durch Kombination
von Photoätz-
und Galvanoplastikverfahren herstellen. Im Einzelnen wird eine Anzahl
von Elektroden durch Photoätzung
auf einer isolierenden Platte so ausgebildet, dass sie den Lagen
der Mitten der Ausnehmungen 14b entsprechen. Diese Platte wird
als erstes Negativ hergenommen. Als nächstes wird ein erstes Metall
auf den Elektroden durch Galvanoplastik in einer solchen Weise abgeschieden, dass
voneinander unabhängige
Berge gebildet werden. Die sich ergebende Platte wird als zweites
Negativ hergenommen. Ein zweites Metall wird zusätzlich gleichförmig auf
jedem Berg des zweiten Negativs durch Galvanoplastik ausgebildet.
Wenn das zweite Negativ dann vom abgeschiedenen Metall abgezogen
wird, ist eine Siebplatte, die die Schicht des zweiten Metalls aufweist,
gewonnen. Wenn es akzeptabel ist, dass die feinen Löcher verhältnismäßig groß sind,
kann die Siebplatte mit der in 6 gezeigten
Form durch Pressen oder Spritzgießen hergestellt werden.
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7 zeigt ein weiteres Beispiel
einer Siebplatte, bei welcher der Querschnitt in vergrößerter Form
dargestellt ist. Jedes der vielen feinen Löcher 14a weitet sich
nach unten in einer solchen Weise auf, dass der Durchmesser der
kreisförmigen
feinen Löcher 14a klein
an der Oberseite der Siebplatte 13 ist und zur Unterseite
hin zunehmend größer wird. Eine
solche Siebplatte ist bekannt. Das Material kann Metall oder eine
Kunststofffolie sein. Die feinen Löcher brauchen nicht kreisförmig zu
sein.
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Die
Richtungen, in die die Oberflächen
weisen, wenn die Siebplatte in der Kappe angebracht ist, sind wichtig,
da die Durchmesser der feinen Löcher an
der Oberseite und Unterseite unterschiedlich sind.
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8 veranschaulicht in vergrößerter Form die
Form der oberen Endfläche
des Horns 21a und die Beziehung zwischen der Siebplatte 14,
der Druckfeder 42 und der Kappe 15.
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Die
obere Endfläche
des Horns 21A ist so ausgebildet, dass sie leicht und sanft
in einer solchen Weise (sphärisch)
gekrümmt
ist, dass die Endfläche nach
oben maximal in der Mitte vorragt, wo sich die Pumpenbohrung 22 öffnet. Die
Siebplatte 14 wird an ihrem Rand durch die Druckfeder 42 festgehalten,
mit der Folge, dass eine leichte Krümmung der Siebplatte bewirkt
wird. Beispielsweise ist die Differenz d zwischen dem höchsten und
tiefsten Punkt der oberen Endfläche
des Horns 21A von der Größenordnung 20 – 50 μm, der Biegungsgrad
der Siebplatte 14 von der Größenordnung 5 – 10 μm und der
Krümmungsgrad der
oberen Endfläche
des Horns 21A größer als
der durch die Biegung bewirkte Krümmungsgrad der Siebplatte 14.
Es ist wichtig, dass die Nachbarschaft der Öffnung zur Pumpenbohrung 22 in
der oberen Endfläche
des Horns durch die Siebplatte unter der Kraft der Druckfeder 42 gepresst
wird. Der Krümmungsgrad
der oberen Endfläche
des Horns, die Festigkeit der Siebplatte und die Federkraft der Druckfeder
werden so gewählt,
dass sie diese Beziehung er zeugen.
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Die
vertikale (Auf-Ab-)Schwingung des Horns 12A geht, wie oben
erwähnt,
mit einer Auf-Ab-Schwingung der Siebplatte 14 einher. Obwohl
die feinen Löcher 14a in
der Siebplatte 14 ausgebildet sind, wirkt die Siebplatte 14 insgesamt
als Ventil, welches durch Schwingung die Öffnung im oberen Ende der Pumpenbohrung 22 öffnet und schließt. Durch
diese Ventilwirkung der Siebplatte 14 verbreitet sich die
hochgepumpte Flüssigkeit
einen Flüssigkeitsfilm
ausbildend aus der Pumpenbohrung über die obere Endfläche des
Horns 21A, wenn sich das Ventil öffnet. Wenn das Ventil geschlossen
ist, wird die Pumpwirkung unterdrückt und der oben erwähnte Flüssigkeitsfilm über die
Siebplatte 14 zerstäubt.
Anders ausgedrückt,
werden das Pumpen und das Zerstäuben
abwechselnd so durchgeführt, dass
die gepumpte Flüssigkeitsmenge
und die zerstäubte
Flüssigkeitsmenge
im Gleichgewicht sind, wodurch ein effizienter, stabilisierter Zerstäubungsvorgang
erzielt wird. Gemäß von den
Erfindern durchgeführten
Tests und Experimenten wurde ein stabiles Verhalten zeigender Zerstäubungsvorgang erzielt.
Gegenwärtig
wird angenommen, dass die Gründe
hierfür
die oben ausgeführten
sind. Mit einer Siebplatte, die den geschlossenen Abschnitt 45,
wie in 5 gezeigt, aufweist,
lässt sich
der oben beschriebene Ventilvorgang mit noch größerer Wirksamkeit erwarten.
Der durch die Ventiltätigkeit
der Siebplatte erzeugte Pumpeffekt ist insbesondere am Beginn des
Sprühvorgangs
wichtig.
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9 veranschaulicht eine weitere
Ausführungsform.
Hier ist die obere Endfläche
des Horns 21A eben und die Siebplatte 14 nach
unten ragend gekrümmt. 11 ist eine perspektivische
Ansicht der Siebplatte 14. Ein weiteres Beispiel einer
in der in 9 gezeigten
Anordnung verwendbaren Siebplatte ist in den 12a bis 12c gezeigt.
Hier ist die Siebplatte 14 leicht und sanft längs einer
Grenze gekrümmt,
die eine durch die Mitte der Siebplatte verlaufende gerade Linie
ist. Die feinen Löcher
sind in den Darstellungen der 11 und
der 12a bis 12c weggelassen.
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10 veranschaulicht eine
weitere Ausführungsform.
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Hier
steht der Abschnitt der oberen Endfläche des Horns 21A,
der die Öffnung
im oberen Ende der Pumpenbohrung 22 umgibt, leicht vor
(der vorstehende Abschnitt ist bei 21C angegeben).
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Bei
allen oben beschriebenen Beispielen ist der Durchmesser der Schraubendruckfeder
so eingestellt, dass er in allen Abschnitten gleich ist. Die Anordnung
ist derart, dass die Schraubenfeder den Rand der Siebplatte, der
sich von der oberen Endfläche
des Horns nach außen
erstreckt, belastet. Dadurch wird bewirkt, dass sich die Siebplatte
in eine nach oben weisende Abragung krümmt, weshalb die Möglichkeit
besteht, dass die Siebplatte nicht in der Lage ist, die Öffnung im
oberen Ende der Pumpenbohrung abzusperren. Um die Einrichtung so
zu treffen, dass die Öffnung
im oberen Ende der Pumpenbohrung durch die Siebplatte eingeengt
werden kann, ist die obere Endfläche
des Horns aufwärts
vorstehend gekrümmt,
eine Abragung ausgebildet oder die Siebplatte in eine nach unten
gerichtete Abragung gekrümmt.
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Im
Gegensatz dazu ist es, wenn eine Druckfeder gemäß einer in 13 gezeigten Abwandlung verwendet wird,
unnötig,
die obere Endfläche
des Horns oder die Siebplatte zu bearbeiten. Hier ist die obere
Endfläche
des Horns eben und die Siebplatte 14 ebenfalls eben. Die
Schraubenfeder 42 weist einen kleinen Durchmesser in ihrem
unteren Abschnitt auf, wobei der Durchmesser der Feder von unten nach
oben zunimmt. Die Druckfeder 42 belastet die Siebplatte 14 auf
dem auf der oberen Endfläche
des Horns 21A liegenden Abschnitt derselben.
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14 veranschaulicht ein weiteres
Beispiel für
das belastende elastische Element. Hier wird ein ringförmiger Schwamm 46 anstelle
der Feder verwendet.
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Mit
der oben beschriebenen Druckfeder ist die auf die Siebplatte aufgebrachte
Belastungskraft nicht notwendigerweise gleichförmig. Dementsprechend wird,
wie in 15 gezeigt, empfohlen,
dass eine ringförmige
Platte 47 einfach auf dem Rand der Siebplatte 14 angeordnet
wird oder dass die Ringplatte am Rand der Siebplatte 14 durch
Klebung oder Schweißung
befestigt wird, wobei die Ringplatte 47 von oben durch
die Schraubenfeder belastet wird.
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16 zeigt ein Beispiel, bei
welchem die Breite der Ringplatte 47 so vergrößert ist,
dass der innere Umfangsabschnitt derselben die obere Endfläche des
Horns erfasst. In diesem Fall kann die obere Endfläche des
Horns 21A eben sein.
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17 veranschaulicht ein Beispiel,
bei welchem ein Abstandsteil 48 anstelle der Ringplatte 47 zwischen
der Siebplatte 14 und der oberen Endfläche des Horns zwischengelegt
ist. Wie in 18 oder 19 gezeigt, ist das Abstandsteil
einstückig
so ausgebildet, dass es einen kleinen kreisförmigen Abschnitt in seiner
Mitte, einen ringförmigen
Abschnitt längs
eines Umfangs und strahlenförmige
Verbindungsspeichen, die diese beiden Abschnitte verbinden, enthält. Der
kleine kreisförmige
Abschnitt in der Mitte sollte so bemessen sein, dass er die Öffnung der
Pumpenbohrung 22 in der oberen Endfläche des Horns abdeckt. Die
obere Endfläche
des Horns 21A kann eben sein. Die ringförmige Platte 47 und
das Abstandsteil 48 können
beide aus Metall oder Kunststoff bestehen.
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Unter
Bezugnahme auf die 2, 20 und 21 wird nun die Form des Flüssigkeitsbehälters 16 beschrieben.
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Der
Flüssigkeitsbehälter 16 weist
eine Rückwand 65 auf,
die nach unten zur Vorderseite hin geneigt ist. Ferner sind beide
Seitenabschnitte 64A, 64B im hinteren Teil der
Bodenwand 64 auch nach oben zu den Seiten des Behälters geneigt.
Da die hauptsächlichen
mechanischen Abschnitte des Ultraschallzerstäubers in einer Stellung vorgesehen
sind, in der sie, wie in 1 gezeigt,
nach unten und nach vorne geneigt sind, ist bei angebrachtem Flüssigkeitsbehälter 16 der
Vorderabschnitt der Bodenwand 64 nach unten und hinten
geneigt. Auf diese Weise ist der Flüssigkeitsbehälter 16 so
ausgebildet, dass er seine tiefste Vertiefung 66 hat, die
durch vier geneigte Flächen 64, 64A, 64B und 65 begrenzt
ist. Der untere Endabschnitt 21B des Pumpenschafts 21 ist direkt
oberhalb der Vertiefung 66 in großer Nähe dazu und ziemlich nahe zur
Rückenwand 65 angebracht.
Beispielsweise ist der Abstand zwischen der unteren Endfläche des
Pumpenschafts 21 und dem Boden der Ausnehmung 66 von
der Größenordnung 2 – 3 mm und
der Abstand zwischen der Rückwand 65 und
dem Teil der Randfläche
des unteren Endes des Pumpenschafts, der zur Rückwand 65 am nächsten liegt,
von der Größenordnung
1 mm.
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Im
Gebrauch des Ultraschallzerstäubers
ist der Flüssigkeitsbehälter 16 mit
einer geeigneten Menge einer Flüssigkeit,
d.h., in einem solchen Ausmaß,
gefüllt,
dass die Flüssigkeit
nicht überläuft. Die Flüssigkeit
im Flüssigkeitsbehälter 16 nimmt
im Sprühbetrieb
der Vorrichtung ab. Wenn die Flüssigkeitsmenge
gering wird, sammelt sich die Flüssigkeit in
der tiefsten Vertiefung 66. Wenn es dazu kommt, hängt sich
eine kleine Menge der Flüssigkeit
am unteren Ende des Pumpenschafts 21, wie bei W in 2 gezeigt, an, und die Flüssigkeit
wird dank der Energie der Ultraschallschwingung (Unterdruck) und der
Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
bis zum letzten Tropfen gepumpt und versprüht. Die gesamte in den Flüssigkeitsbehälter 16 eingebrachte
Flüssigkeit
wird also aufgebracht, ohne dass ein einziger Tropfen verschwendet
wird. Wenn die Flüssigkeit
wie im Falle von Wasser oder einer physiologischen Kochsalzlösung billig
ist, ergibt sich kein Nachteil, wenn Einiges davon übrig bleibt.
Wenn die Flüssigkeit
jedoch ein teures Medikament ist, ist das Aufbrauchen der gesamten
Flüssigkeit
in der oben beschriebenen Weise wirtschaftlich, da eine Vergeudung
vermieden ist.