Technisches Gebiet:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düsenplatte zum
Beschicken bzw. zum Einfüllen von Flüssigkeiten nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1, die zum Füllen eines Behälters mit
Flüssigkeit verwendet wird. Eine solche Platte ist aus der EP 0 287
179 bekannt.
Stand der Technik:
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Herkömmlicherweise wurden Vorrichtungen zum Einfüllen
entwickelt, um Behälter automatisch mit Flüssigkeiten wie z. B. Milch
und Saft zu füllen.
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Fig. 10 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen
wesentlichen Teil einer Flüssigkeitsfüllvorrichtung des Typs zeigt, der
in der EP 0 287 179 beschrieben ist. In der Figur ist gezeigt,
daß die Flüssigkeitsfüllvorrichtung wie folgt angeordnet ist:
ein Rohr 61 ist mit dem Boden eines Flüssigkeitstanks 60
verbunden, und zwei Rückschlagventile 63 und 65 sind in dem Rohr
61 installiert. Ferner ist ein Flüssigkeitsfüllrohr 67 an einem
Abschnitt des Rohrs 61 unter den Rückschlagventilen 63 und 65
befestigt, während ein Rohr 69 mit einem Abschnitt des Rohrs 61
zwischen den beiden Rückschlagventilen 63 und 65 verbunden ist
und eine volumetrische Flüssigkeitsabgabemaschine 71 an dem
un
teren Ende des Rohrs 69 befestigt ist. Beide Rückschlagventile
63 und 65 sind durch Spiralfedern 64 bzw. 66 elastisch nach
oben vorgespannt, so daß eine Flüssigkeit nur nach unten
geführt werden kann.
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Die volumetrische Flüssigkeitsabgabemaschine 71 hat einen
Zylinder 73 und einen Kolben 75, der vertikal beweglich in dem
Zylinder 73 aufgenommen ist. Der vertikale Hub des Kolbens 75
ist festgelegt.
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Eine Düsenplatte 80 zum Einfüllen von Flüssigkeiten ist am
unteren Ende des Flüssigkeitsfüllrohrs 67 befestigt.
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Fig. 11(a) und 11(b) zeigen die herkömmliche Düsenplatte 80 zum
Einfüllen von Flüssigkeiten. Fig. 11(a) ist eine Draufsicht,
und Fig. 11(b) ist eine Vorderansicht. In den Figuren ist
gezeigt, daß die Düsenplatte 80 zum Einfüllen von Flüssigkeiten
aus einer Metallscheibe 81 gebildet ist, die mit einer großen
Anzahl von Durchgangslöchern 83 versehen ist.
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Es gibt eine weitere herkömmliche Düsenplatte, die aus einer
aus einem Maschennetz gebildeten Siebplatte besteht. Diese
Düsenplatte ist aus einem Maschennetz hergestellt, das durch
Verwebung einer Vielzahl von Metalldrähten in Längs- und
Seitenrichtung hergestellt ist. Bei dieser Düsenplatte sind in den
Lücken zwischen den Drähten Durchgangslöcher gebildet.
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Im folgenden wird der Betrieb der Flüssigkeitsfüllvorrichtung
hauptsächlich unter Bezug auf Fig. 10 beschrieben. Zunächst
füllt die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitstank 60 einen Teil,
der sich von dem Oberteil des Rohrs 61 zum Ende des
Flüssigkeitsfüllrohrs 67 erstreckt, sowie einen Teil, der sich von dem
Oberteil des Rohrs 69 zum Oberteil des Kolbens 75 erstreckt.
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Wird der Kolben 75 in Richtung des Pfeils A nach unten
gedrückt, dann öffnet sich das Rückschlagventil 63 und die
Flüssigkeit in dem Flüssigkeitstank 60 wird in die volumetrische
Flüssigkeitsabgabemaschine 71 eingebracht.
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Wird der Kolben 75 in Richtung des Pfeils B nach oben
geschoben, dann wird das Rückschlagschlagventil 63 geschlossen,
während sich das Rückschlagventil 65 öffnet. Folglich wird die
Flüssigkeit in der volumetrischen Flüssigkeitsabgabemaschine 71
durch das Flüssigkeitsfüllrohr 67 geleitet und aus den
Durchgangslöchern 83 der Düsenplatte 80 zum Einfüllen von
Flüssigkeiten abgegeben, wobei sie in einen (nicht gezeigten) Behälter
geliefert wird.
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Die Düsenplatte 80 zum Einfüllen von Flüssigkeiten ist
vorgesehen, um zu verhindern, daß die das Flüssigkeitsfüllrohr 67
füllende Flüssigkeit ausströmt (das sogenannte Austropfen), wenn
aus der Düsenplatte 80 zum Einfüllen von Flüssigkeiten keine
Flüssigkeit abgegeben werden soll.
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Genauer wirkt die Oberflächenspannung der das
Flüssigkeitsfüllrohr 67 füllenden Flüssigkeit in der großen Anzahl von in der
Düsenplatte 80 zum Einfüllen von Flüssigkeiten vorgesehenen
Durchgangslöchern 83 derart, daß verhindert wird, daß die
Flüssigkeit durch die Schwerkraft ausströmt. Ein Austropfen der
Flüssigkeit wird also verhindert.
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Allerdings sind die in der herkömmlichen Düsenplatte 80 zum
Einfüllen von Flüssigkeiten vorgesehenen Durchgangslöcher 83
derart geformt, daß sich die Innenflächen 85 der
Durchgangslöcher 83 in vertikaler Richtung gerade erstrecken, wie dies in
der Schnittansicht von Fig. 12 gezeigt ist.
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Demnach ist die in den Durchgangslöchern 83 wirkende
Oberflächenspannung nicht zufriedenstellend hoch, damit kein
Austropfen der Flüssigkeit stattfinden kann. Zur Erhöhung der
Oberflächenspannung und damit zur Verhinderung des Austropfens von
Flüssigkeit können die Durchmesser der Durchgangslöcher 83
reduziert sein. Sind die Durchmesser der Durchgangslöcher 83 aber
reduziert, dann steigt der Fluidwiderstand bei der Abgabe der
Flüssigkeit in unerwünschtem Maße.
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Dagegen sorgt die Maschennetzsiebplatte für eine relativ hohe
Oberflächenspannung, da die Öffnungsflächen kompliziert
gestaltet sind, und sie ist deshalb in der Lage, das Austropfen von
Flüssigkeit wirksam zu verhindern. Allerdings können sich bei
der Maschennetzsiebplatte Feststoffe in der Füllflüssigkeit,
z. B. Fasern und Fruchtfleisch, in den Schnittstellen der Drähte
verfangen oder verfangen oder darin gefangen werden, wodurch
die Siebplatte verstopft wird. Da die Siebplatte ferner ein
Maschennetz ist, ist die mechanische Festigkeit gering.
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In Hinsicht auf die obengenannten Umstände liegt eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung darin, eine Düsenplatte zum
Einfüllen von Flüssigkeiten vorzusehen, die in der Lage ist, das
Austropfen von Flüssigkeiten wirksam zu verhindern, ohne daß die
Durchmesser von Durchgangslöchern reduziert werden müssen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin,
eine Düsenplatte zum Einfüllen von Flüssigkeiten vorzusehen,
die in der Lage ist, das Austropfen von Flüssigkeiten wirksam
zu verhindern, ohne daß die Löcher durch Feststoffe in der
Füllflüssigkeit verstopft werden.
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Darüber hinaus liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, eine Düsenplatte zum Einfüllen von Flüssigkeiten mit
hoher mechanischer Festigkeit vorzusehen.
Offenbarung der Erfindung:
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Um die obengenannten Aufgaben zu lösen, sieht die
vorliegende Erfindung eine Düsenplatte zum Einfüllen von
Flüssigkeiten mit einem Plattenelement vor, das mit einer großen Anzahl
von Durchgangslöchern versehen ist, wobei die Düsenplatte an
einer Öffnung am unteren Ende eines Flüssigkeitsfüllrohrs
befestigt ist, um zu verhindern, daß eine Flüssigkeit, die das
Flüssigkeitsfüllrohr füllt, durch die Oberflächenspannung der
Flüssigkeit ausfließt, dadurch gekennzeichnet, daß die innere
Umfangsfläche jedes der in der Düsenplatte zum Einfüllen von
Flüssigkeiten vorgesehenen Durchgangslöcher mit einem
Umfangs
vorsprung versehen ist, der in einer Richtung vorsteht, in der
ein Innendurchmesser des Durchgangslochs reduziert ist.
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Nach der oben beschriebenen Erfindung nimmt die zum
Zurückhalten der Flüssigkeit in den Durchgangslöchern wirkende
Oberflächenspannung zu, wodurch ein Austropfen der Flüssigkeit aus den
Durchgangslöchern wirksam verhindert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Fig. 1 ist eine vergrößerte Seitenschnittansicht eines
wesentlichen Teils einer Düsenplatte 10 zum Einfüllen von
Flüssigkeiten nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die in Anspruch 1 dargelegt ist; Fig. 2(a) und 2(b) sind
Ansichten zur vergleichenden Beschreibung des Betriebs der
Düsenplatte 10 zum Einfüllen von Flüssigkeiten der vorliegenden
Erfindung nach dieser Anmeldung und des Betriebs einer
Düsenplatte 80 zum Einfüllen von Flüssigkeiten aus dem Stand der
Technik; Fig. 3 ist eine vergrößerte Seitenschnittansicht eines
wesentlichen Teils einer Düsenfüllplatte 20 nach einer weiteren
Ausführungsform; Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zur
Herstellung der Düsenplatte 20 zum Einfüllen von Flüssigkeiten;
Fig. 5 zeigt ein weiteres Verfahren zur Herstellung der
Düsenplatte 20 zum Einfüllen von Flüssigkeiten; Fig. 6 ist eine
vergrößerte Seitenschnittansicht eines wesentlichen Teils einer
Düsenplatte 30 zum Einfüllen von Flüssigkeiten nach einer
weiteren Ausführungsform; Fig. 7 ist eine vergrößerte
Seitenschnittansicht eines wesentlichen Teils einer Düsenplatte 40
zum Einfüllen von Flüssigkeiten nach einer weiteren
Ausführungsform; Fig. 8(a), 8(b), 8(c) und 8(d) sind vergrößerte
Seitenschnittansichten, die jeweils die Strukturen von
Durchgangslöchern in Düsenplatten zum Einfüllen von Flüssigkeiten nach
weiteren Ausführungsformen zeigen; Fig. 9 ist eine vergrößerte
Draufsicht eines wesentlichen Teils einer Düsenplatte 50 zum
Einfüllen von Flüssigkeiten nach einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; Fig. 10 ist eine
Seitenschnittansicht, die schematisch einen wesentlichen Teil einer
Flüssigkeitsfüllvorrichtung zeigt; Fig. 11(a) und 11(b) sind
Draufsichten bzw. Vorderansichten, die eine herkömmliche Düsenplatte
80 zum Einfüllen von Flüssigkeiten zeigen; und Fig. 12 ist eine
vergrößerte Seitenschnittansicht eines wesentlichen Teils der
Düsenplatte 80 zum Einfüllen von Flüssigkeiten.
Beste Art der Durchführung der Erfindung:
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden
unter Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine vergrößerte Seitenschnittansicht eines
wesentlichen Teils einer Düsenplatte 10 zum Einfüllen von
Flüssigkeiten nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die in Anspruch 1 dargelegt ist. In der Figur ist
gezeigt, daß die Durchgangslöcher 11 in der Düsenplatte 10 zum
Einfüllen von Flüssigkeiten jeweils mit Umfangsvorsprüngen 15
an den oberen und unteren Enden der inneren Umfangsfläche 13
versehen sind, so daß die Vorsprünge 15 in einer Richtung
vorstehen, in der die Innendurchmesser der Durchgangslöcher 11
reduziert sind.
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Es sei bemerkt, daß diese Vorsprünge 15 aus der Sicht der
Seitenschnittansicht in etwa Kreisbögen beschreiben, und damit
bildet die Innenfläche jedes Durchgangslochs 11 in etwa eine
kugelähnliche Gestaltung, wobei ihre oberen und unteren Enden
parallel zueinander geschnitten sind.
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Durch ein von dem Erfinder durchgeführtes Experiment wurde
bestätigt, daß das Austropfen von Flüssigkeit zuverlässiger als
beim Stand der Technik verhindert werden kann, wenn die
Durchgangslöcher 11 wie oben beschrieben gebildet sind. Der Grund
dafür kann wie folgt betrachtet werden:
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Bei dieser in Fig. 2(a) gezeigten Ausführungsform füllt eine
Flüssigkeit, die den Raum über der Düsenplatte 10 zum Einfüllen
von Flüssigkeiten füllt, auch jedes Durchgangsloch 11.
Allerdings wird die Flüssigkeit durch die Oberflächenspannung in
einem Zustand davon abgehalten, aus dem Durchgangsloch 11 zu
tropfen, wo die Flüssigkeitsoberfläche von der Unterseite des
Durchgangslochs 11 in etwa kreisbogenförmig nach unten
vorsteht.
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Bei der Düsenplatte 80 zum Einfüllen von Flüssigkeiten nach dem
Stand der Technik wird die jedes Durchgangsloch 83 füllende
Flüssigkeit durch die Oberflächenspannung ebenfalls in einem
Zustand davon abgehalten, aus dem Durchgangsloch zu tropfen, wo
die Flüssigkeitsoberfläche von der Unterseite des
Durchgangslochs 83 in etwa kreisbogenförmig nach unten vorsteht.
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Im Vergleich zu den beiden Düsenplatten ist das Durchgangsloch
11 bei dieser Ausführungsform an seinem unteren Ende mit einem
nach innen vorstehenden Vorsprung 15 versehen. Der Vorsprung 15
erstreckt sich in einer Richtung, die sich in etwa mit dem
Kreisbogen deckt, der durch die Flüssigkeitsoberfläche gebildet
ist, die in etwa kreisbogenförmig von der Unterseite des
Durchgangslochs 11 vorsteht. Mit anderen Worten, die Richtung, in
der der Vorsprung 15 des Durchgangslochs 11 vorsteht, deckt
sich in etwa mit der Richtung der Oberflächenspannung, in der
die Flüssigkeitsoberfläche tendenziell eine Kreisbogenform
bildet. Folglich kann die Flüssigkeit wirksam am unteren Ende des
Durchgangslochs 11 gehalten werden.
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Im Stand der Technik erstreckt sich andererseits die gesamte
innere Umfangsfläche des Durchgangslochs 83 gerade in
vertikaler Richtung. Deshalb deckt sich der Kreisbogen, der von der
Flüssigkeitsoberfläche gebildet wird, die in etwa
kreisbogenförmig am unteren Ende des Durchgangslochs 83 vorsteht,
überhaupt nicht mit der Form des unteren Endabschnitts des
Durchgangslochs 83. Demnach ist die Kraft, die die Flüssigkeit am
unteren Ende des Durchgangslochs 83 hält, kleiner als im Falle
der oben beschriebenen Ausführungsform dieser Anmeldung.
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Im übrigen ist die Düsenplatte 10 zum Einfüllen von
Flüssigkeiten nach dieser Ausführungsform durch Ätzen oder Bearbeitung
eines korrosionsbeständigen Blechs hergestellt.
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Als nächstes ist Fig. 3 eine vergrößerte Seitenschnittansicht
eines wesentlichen Teils einer Düsenplatte 20 zum Einfüllen von
Flüssigkeiten nach einer weiteren Ausführungsform. In der Figur
ist gezeigt, daß bei dieser Ausführungsform zusätzlich zu den
an den oberen und unteren Enden des Durchgangslochs 21
vorgesehenen Vorsprüngen auch ein nach innen vorstehender
Umfangsvorsprung 23 am Zentrum jedes Durchgangsloch 21 vorgesehen ist.
Bei dieser Anordnung wirkt die Kraft zum Halten der Flüssigkeit
auch an dem zentralen Vorsprung 23 und gleichzeitig nimmt die
Länge des Durchgangslochs 21 zu. Deshalb wirkt die
Oberflächenspannung sogar noch wirksamer zum Halten der Flüssigkeit.
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Fig. 4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Verfahrens zur
Herstellung der Düsenplatte 20 zum Einfüllen von Flüssigkeiten
zeigt. In der Figur ist gezeigt, daß die Düsenplatte 20 zum
Einfüllen von Flüssigkeiten hergestellt wird, indem ein
Maskenmaterial 27 an beiden Seiten einer korrosionsbeständigen
Metallplatte 25 aufgetragen wird. Zu diesem Zeitpunkt bleiben
diejenigen Abschnitte der Metallplatte 25, die die oberen und
unteren Öffnungen der Durchgangslöcher 21 werden sollen, als
kreisförmige Abschnitte 28 übrig, die nicht mit dem
Maskenmaterial beschichtet sind. Wird die Metallplatte 25 in eine
Ätzlösung getaucht, dann wird die Metallplatte 25 von den
Oberflächen der Abschnitte 28 geätzt, wie dies durch die gestrichelten
Linien gezeigt ist. So kann also eine Düsenplatte 20 zum
Einfüllen von Flüssigkeiten wie die in Fig. 3 gezeigte hergestellt
werden.
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Allerdings ändert sich die Ätzrate mit der Konzentration der
Ätzlösung usw. Folglich haben die resultierenden
Durchgangslöcher 21 nicht immer die in Fig. 3 gezeigte Gestaltung. Deshalb
müssen das Ätzmaterial und andere Bedingungen ausgewählt
werden.
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Es sei bemerkt, daß die Düsenplatte 20 zum Einfüllen von
Flüssigkeiten auch so hergestellt sein kann, wie dies in Fig. 5
gezeigt ist. D. h., zwei in Fig. 1 gezeigte Düsenplatten 10 zum
Einfüllen von Flüssigkeiten werden vorbereitet,
aufeinandergelegt und als eine Einheit aneinander befestigt.
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Als nächstes ist Fig. 6 eine vergrößerte Seitenschnittansicht,
die einen wesentlichen Teil einer Düsenplatte 30 zum Einfüllen
von Flüssigkeiten nach einer weiteren Ausführungsform zeigt.
Bei dieser Ausführungsform sind wie bei der oben beschriebenen
Ausführungsform von Fig. 1 ebenfalls Vorsprünge 35 an den
oberen und unteren Enden jedes Durchgangslochs 31 vorgesehen.
Allerdings unterscheidet sich diese Ausführungsform von der in
Fig. 1 gezeigten darin, daß jedes Durchgangsloch 31 eine
Innenflächengestaltung hat, die durch zwei Kegelstümpfe von geraden
kreisförmigen Kegeln gebildet ist, die an ihren Basen
miteinander verbunden sind.
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Sind die Durchgangslöcher 31 wie oben beschrieben gebildet,
dann kann ein Austropfen von Flüssigkeit aus dem gleichen
Grund, der oben in Verbindung mit der Ausführungsform von Fig.
1 besprochen wurde, zuverlässiger als beim Stand der Technik
verhindert werden.
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Als nächstes ist Fig. 7 eine vergrößerte Seitenschnittansicht,
die eine Düsenplatte 40 zum Einfüllen von Flüssigkeiten nach
einer weiteren Ausführungsform zeigt. Diese Ausführungsform
wird hergestellt, indem zwei in Fig. 6 gezeigte Düsenplatten 30
zum Einfüllen von Flüssigkeiten aufeinandergelegt und als eine
Einheit aneinander befestigt werden. Bei dieser Anordnung wirkt
die Kraft, die zum Halten der Flüssigkeit wirkt, auch an dem
zentralen Vorsprung 45 in jedem Durchgangsloch 41, und
gleichzeitig nimmt die Länge des Durchgangslochs 41 zu. Deshalb kann
ein Austropfen der Flüssigkeit sogar noch wirksamer verhindert
werden.
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Als nächstes sind Fig. 8(a), 8(b), 8(c) und 8(d) vergrößerte
Seitenschnittansichten, die jeweils die Strukturen von
Durchgangslöchern in Düsenplatten zum Einfüllen von Flüssigkeiten
nach weiteren Ausführungsformen zeigen.
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Wie dies in Fig. 8(a) und 8(b) gezeigt ist, kann genauer jedes
Durchgangsloch in einer Düsenplatte zum Einfüllen von
Flüssigkeiten nur am unteren Ende mit einem Vorsprung 46 oder 47
ver
sehen sein. In Fig. 8(c) und 8(d) ist gezeigt, daß alternativ
jedes Durchgangsloch nur am Zentrum mit einem Vorsprung 48 oder
49 versehen sein kann.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen haben die
Durchgangslöcher zwar (aus der Sicht von oberhalb der Düsenplatte
zum Einfüllen von Flüssigkeiten) eine kreisförmige Gestaltung,
es sei aber bemerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht
notwendigerweise auf die kreisförmige Gestaltung beschränkt ist,
und daß die Durchgangslöcher selbstverständlich eine andere,
z. B. eine quadratische, rechteckige, elliptische oder
polygonale Ausgestaltung haben können.
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Fig. 9 ist eine vergrößerte Draufsicht eines wesentlichen Teils
einer Düsenplatte 50 zum Einfüllen von Flüssigkeiten nach einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der
Figur ist gezeigt, daß die in der Düsenplatte 50 zum Einfüllen
von Flüssigkeiten vorgesehenen Durchgangslöcher 51 eine
längliche, schlitzförmige Öffnungsgestaltung haben.
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Durch ein von dem Erfinder durchgeführtes Experiment wurde
bestätigt, daß das Austropfen von Flüssigkeit zuverlässiger als
beim Stand der Technik verhindert werden kann, wenn die
Durchgangslöcher 51 wie oben beschrieben gebildet sind. Der Grund
dafür kann wie folgt betrachtet werden:
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In den Durchgangslöchern 51 nach dieser Ausführungsform liegen
zwei gegenüberliegende Längsseiten 53 nahe beieinander; deshalb
nimmt die Oberflächenspannung entsprechend zu, und demnach wird
ein Austropfen von Flüssigkeit wirksamer als bei
Durchgangslöchern mit dem gleichen Flächeninhalt aber anderen Formen
(kreisförmige oder quadratische Form) verhindert. Wenn die zwei
Seiten 53 näher zueinander gebracht werden, nimmt die
Oberflächenspannung zu, was aus dem Phänomen zu verstehen ist, daß
dann, wenn die unteren Enden zweier paralleler flacher Platten,
die nahe beieinander angeordnet sind, beispielsweise in einen
Wassertank getaucht werden, die Höhe einer Wassersäule zunimmt,
die durch Kapillarwirkung in dem zwischen den beiden flachen
Platten gebildeten Raum nach oben gezogen wird, während der
Abstand zwischen den beiden flachen Platten abnimmt.
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Es sei bemerkt, daß das Öffnungsverhältnis F der Düsenplatte 50
nach dieser Ausführungsform bevorzugt im Bereich von 65% bis
35% und noch bevorzugter im Bereich von 67% bis 43% liegt. Der
Ausdruck für das Öffnungsverhältnis F ist wie folgt:
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F = {(2WL&sub1;-0,43 W)/SL&sub2;} · 100(%);
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worin W die Breite (an der kürzeren Seite) der
Durchgangslöcher 51 ist;
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L&sub1; die Breite (an der längeren Seite) der
Durchgangslöcher 51 ist;
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L&sub2; der Abstand zwischen den Durchgangslöchern 51 in einer
Richtung parallel zu der längeren Seite ist; und
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S: der Abstand zwischen den Durchgangslöchern 51 in einer
Richtung parallel zu der kürzeren Seite ist.
Industrielle Anwendbarkeit:
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Wie oben beschrieben, wird die Düsenplatte zum Einfüllen von
Flüssigkeiten nach der vorliegenden Erfindung derart verwendet,
daß sie an der unteren Endöffnung eines Flüssigkeitsfüllrohrs
einer Flüssigkeitsfüllvorrichtung befestigt wird. Die
Düsenplatte zum Einfüllen von Flüssigkeiten verhindert wirksam, daß
Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsfüllrohr tropft.