DE69702384T2

DE69702384T2 - Flüssigkeitsversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69702384T2
Application number: DE69702384T
Authority: DE
Inventors: Carey Humberstone; Wilhelm Janse Van Rensburg; Jonathan Sant; Alexander Schumann
Original assignee: TTP Group Ltd
Current assignee: TTP Group Ltd
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2017-02-11
Also published as: EP0879095B1; WO1997029851A1; EP0879095A1; GB9602969D0; US6113001A; DE69702384D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Versorgung mit bzw. Zufuhr von Flüssigkeiten (wobei der Begriff flüssige Suspensionen umfaßt).
In einigen Fällen ist es wünschenswert Flüssigkeit, die beispielsweise Suspensionen hat, die Partikel beinhaltet, die dazu neigen, auszufallen, bei einem geringeren als oder höchstens dem Umgebungsdruck zuzuführen. Im Sinne der vorliegenden Anwendung wird ein Druck, der entweder geringer ist als der Umgebungsdruck oder gleich ist wie der Umgebungsdruck als negativer Druck bezeichnet.
Die Zufuhr kann zu einer Flüssigkeitsaufnahme- oder - abgabeeinrichtung und von, sowie zu einem Flüssigkeitsbehälter erfolgen. Die Behälter können von dem Typ sein, bei dem die Flüssigkeit innerhalb des Behälters eine Oberfläche hat, die gegenüber der Umgebung frei liegt oder Behältern, bei denen die Flüssigkeit innerhalb des Behälters gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Dort wo der Typ eines Containers wichtig für die Beschreibung ist und der Sinn nicht aus dem Zusammenhang klar ist, werden wir diese jeweils als "offene Behälter" oder "geschlossene Behälter" bezeichnen.
Bei Flüssigkeitsversorgungs- bzw. Flüssigkeitszufuhranwendungen ist es oft notwendig, Flüssigkeit unter kontrollierten Drucken und Flußraten zu transportieren. In praktischen Situationen umfaßt die verwendete Einrichtung typischerweise einen Flüssigkeitsspeicherbehälter, eine Pumpe und eine Flüssigkeitszufuhr- bzw. -versorgungsleitung. Die Versorgungsleitung kann beispielsweise in einer offenen Düse enden, von der aus Flüssigkeit zugeführt werden kann, beispielsweise um Schmieröl an rotierenden mechanischen Komponenten aufzutragen oder sie kann in ei nem Regulierventil, mit dem eine Steuerung der Flußrate vorgesehen wird, enden, beispielsweise zur Zufuhr von Petroleum bzw. Öl aus einem Treibstofftank zu dem Vergaser einer inneren Verbrennungsmaschine.
Wo die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung eine Pumpe beinhaltet, wird die Flüssigkeit typischerweise positiven Drücken unterworfen, damit die Flüssigkeit an ihren Abgabepunkt transportiert wird. Die Flüssigkeit wird daher typischerweise an ihrem Abgabepunkt unter einem Druck angelangen, der gleich ist oder oberhalb des Umgebungsdrucks liegt (der oftmals der Atmosphärendruck sein kann).
Wo die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung keine Pumpe beinhaltet, kann die Flüssigkeit üblicherweise nur auf einem Niveau zugeführt werden, das gleich oder unterhalb demjenigen des Flüssigkeitsniveaus in dem Behälter ist. In diesem Fall liefert der hydrostatische Druck in dem Behälter die erforderliche Antriebskraft zum Transport der Flüssigkeit hin zu einer Position gleichen oder niedereren hydrostatischen Drucks. An ihrem Abgabepunkt wird die Flüssigkeit typischerweise wieder unter einem Druck stehen, der gleich oder größer als der Umgebungsdruck ist.
In der DE-C-79 62 3 ist eine Flüssigkeitsversorgungsvorrichtung gezeigt, bei der die Flüssigkeit von dem Ende einer Leitung aus zugeführt wird. Die Vorrichtung umfaßt eine Pumpeinrichtung, über welche Flüssigkeit aus ihrem Behälter in eine Leitung hoch gefördert wird, zunächst hin zu einer Höhe oberhalb derjenigen ihrer oberen Oberfläche in dem Behälter, fährt jedoch dann damit fort, die Flüssigkeit weiter entlang der Leitung zu befördern, hin zu einem Punkt, bei dem ihre Höhe tiefer liegt als diejenige ihrer oberen Oberfläche in dem Behälter. Darauffolgend scheint ein Flüssigkeitsausströmen aus dem Leitungsausgang entweder durch Saughebewirkung oder fortgesetzte Pumpwirkung weiter zu laufen. Die Flüssigkeit wird daher zu dem Leitungsausgang gebracht und strömt von diesem aus bei einem Druck, der höher ist als der umgebende Atmosphärendruck, und zwar um wenigstens einen Betrag, der bestimmt ist durch die Höhendifferenz zwischen dem Leitungsausgang und der Flüssigkeitshöhe bzw. dem Flüssigkeitspegel in dem Reservoir.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzusehen, mit der Flüssigkeit aus einem Behälter einer Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung bei einem Druck zugeführt werden kann, der entweder geringer oder gleich dem Umgebungsdruck ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Flüssigkeitsversorgungsvorrichtung vorgesehen, mit
einer Flüssigkeitsversorgungsleitung mit steifen bzw. festen Wänden und einem offenen Ende, das im Gebrauch in der zuzuführenden Flüssigkeit eingetaucht ist,
einer expandierbaren Kammer, die in Druck übertragender Beziehung zu dem inneren Volumen der Leitung steht und so betrieben werden kann, daß sie eine Änderung des inneren Volumens zwischen der Kammer und dem offenen Ende der Leitung vorsieht,
einem Ventil zwischen dem inneren Volumen der Leitung und/oder der Kammer und der umgebenden Atmosphäre, das derart betrieben werden kann, daß es öffnet und schließt und im geöffneten Zustand wenigstens Luft oder andere Gase einströmen läßt oder ausläßt aus dem inneren Volumen und im geschlossenen Zustand ein derartiges Einströmen oder Auslassen verhindert,
wobei die expandierbare Kammer mechanisch verbunden ist mit dem Ventil, derart, daß eine Expansion des inneren Volumens der Kammer oder die Expansion dieses Volumens und das darauffolgende Zur-Ruhe-kommen der Expansion das Ventil in einem geschlossenen Zustand hält, gekennzeichnet durch
eine Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung, die in fluidmäßigem Kontakt mit dem Teil des inneren Volumens der Leitung zwischen der expandierbaren Kammer und dem offenen Ende der Leitung steht.
Bei der vorliegenden Erfindung wird Flüssigkeit zu einer Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung unter einem Druck gebracht, der geringer ist, als der Druck der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir und tritt aus einer Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabevorrichtung aus, die zwischen der expandierbaren Kammer und dem offenen Ende der Leitung angeordnet ist.
Der Begriff "fest" wird durchgehend in der Bedeutung "deformiert sich nicht wesentlich unter den Drücken oder Kräften, die während des Betriebs der Vorrichtung zu erwarten sind" verwendet. In Bezug auf die Leitung gibt er an, daß während des Betriebs das Material, aus dem die Leitungswände hergestellt sind, nicht wesentlich expandiert oder kontrahiert und dementsprechend, daß das innere Volumen der Leitung sich nicht wesentlich ändert. Der Begriff "Leitung" wird durchgehend verwendet für einen Durchgangskanal für - und zur Erzwingung des Durchflusses von - Fluide, d. h. von Flüssigkeiten und Gasen. Er erfordert nicht zwangsläufig einen konstanten Querschnittsbereich entlang der Länge des Durchgangskanals, umfaßt jedoch Durchgangskanalbereiche lokal vergrößerten und reduzierten Querschnitts.
Die Flüssigkeit, in die im Gebrauch das offene Ende der Leitung eingetaucht ist, kann bequemerweise entweder in einem offenen oder einem geschlossenen Behälter gehalten sein.
Vorzugsweise ist die mechanische Verbindung zwischen der expandierbaren Kammer und dem Ventil derart, daß das Ventil geschlossen bleibt, wenn die Expansion der expandierbaren Kammer zur Ruhe kommt. Hierdurch kann über die Lei tung aufgenommene Flüssigkeit in ihrer hochgezogenen Position gehalten bleiben, wenn die Expansion der Kammer zur Ruhe kommt. Ebenfalls vorteilhaft ist die mechanische Verbindung zwischen der expandierbaren Kammer und dem Ventil derart, daß das Ventil öffnet wenn - und ist offen gehalten während - das innere Volumen der expandierbaren Kammer sich reduziert. Hierdurch kann die Flüssigkeit zur Flüssigkeitsversorgung wieder zurück gelangen, ohne daß große Drücke in der Vorrichtung erzeugt werden.
Die Zwischenlänge der Leitung zwischen der expandierbaren Kammer und dem offenen Ende der Leitung kann sich wenigstens teilweise oberhalb des Niveaus der Flüssigkeitsoberfläche erstrecken. Auf diese Weise kann Flüssigkeit gegen die Gravität bzw. Schwerkraft aus dem Flüssigkeitsbehälter durch Expansion der Kammer nach oben gezogen werden und dabei einer Flüssigkeitsaufnahme- oder - abgabeeinrichtung unter einem Druck zugeführt werden, der entweder geringer oder gleich dem Umgebungsdruck ist und zu dem Behälter (wenigstens teilweise) zurückgeführt werden durch die Wirkung des hydrostatischen Drucks auf die Öffnung des Ventils gegenüber Umgebungsdruck. Bei einem derartigen Gebrauch kann zum Zwecke des Rückführens der Flüssigkeit zu dem Behälter die Kammer häufig ohne Nachteil betrieben werden, um teilweise das Volumen der Leitung (d. h. in Richtung seines ursprünglichen Volumens) zu vermindern, bevor das Ventil öffnet, und nachdem das Ventil geöffnet hat, vollständig zu seinem ursprünglichen Volumen zurückgeführt zu werden.
Die expandierbare Kammer kann vorteilhaft einen Kolben umfassen, der entweder innerhalb oder außerhalb der Wände der Leitung - gegenüber der Leitung abdichtend - angeordnet ist und sich längs der Leitung bewegen kann. Dieser erzeugt eine sehr einfache Form einer expandierbaren Kammer, einen Teil der Leitung umfassend, wobei eine derartige Form einer expandierbaren Kammer eine bequeme Anordnung ist für die zyklischen Vorgänge bei der Zufüh rung von Flüssigkeit an und dem Abziehen von Flüssigkeit aus einer Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung. In diesem Fall kann das Ventil einfach die Form einer Anordnung aus undurchlässigem Material haben, die eine Dichtung gegenüber den Wänden der Leitung bildet, entlang der Länge der Leitung durch die Kolbenbewegung versetzt wird und eine Dichtung zu dem Kolben nur dann bildet, wenn der Kolben sich entweder bewegt, um das innere Volumen der Leitung zwischen dem Kolben und dem offenen Ende der Leitung zu erhöhen oder wenn der Kolben nach Versatz in diese Richtung zur Ruhe gelangt. In diesem Falle kann das Ventil zudem einfach die Form einer Anordnung aus undurchlässigem Material haben, die eine Dichtung gegenüber den Seitenwänden des Kolbens bildet, wenn der Kolben entlang der Länge der Leitung versetzt wird, wobei diese Komponente auch eine Dichtung gegenüber der Leitung bildet, wenn nur entweder der Kolben versetzt wird in die Richtung des zunehmenden inneren Volumens der Leitung oder wenn der Kolben nach Versatz in diese Richtung zur Ruhe kommt.
Zusätzliche Mittel können vorgesehen sein, um die Expansion oder Kontraktion der expandierbaren Kammer durch eine rotierende Bewegung zu bewirken. In dem Falle, in dem ein Kolben wie oben beschrieben verwendet wird, kann ein mechanisches Spiralgewinde die Drehbewegung eines äußeren Gehäuses in eine lineare Bewegung eines Kolbens umwandeln oder andere Mittel zur Volumenänderung zwecks Änderung des Volumens der Kammer. Dies erlaubt einen einfachen Nutzerbetrieb bei handbetriebenen Anwendungen der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung kann auch vorteilhaft eine flüssigkeits- undurchlässige, druckübertragende Membran umfassen, die an den Wänden der Leitung angebracht ist und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung der Leitung zwischen der expandierbaren Kammer und dem offenen Ende der Leitung ausbildet, wobei die Membran in Reaktion auf Druckdifferenzen zwischen der expandierbaren Kammer und dem offenen Ende der Leitung expandieren und das innere Leitungsvolumen zwischen der Membran und dem offenen Ende der Leitung reduzieren kann. Die Einarbeitung dieser Membran erlaubt eine Flüssigkeitsaufnahme- und -abgabe, ohne daß Flüssigkeit das Ventil kontaktiert, wobei dieses Merkmal insbesondere vorteilhaft ist, wenn die Flüssigkeit harzig oder eine dichte Suspension fester Teilchen ist, wobei ein Kontakt der Flüssigkeit mit dem Ventil ein Blockieren des Ventils bewirken könnte.
Die Vorrichtung kann auch in Verbindung mit einer Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung verwendet werden, die in fluidmäßigem Kontakt steht mit dem inneren Volumen der Leitung zwischen der expandierbaren Kammer und dem in Flüssigkeit eingetauchten Ende der Leitung. Eine derartige Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung kann beispielsweise eine Flüssigkeitsmeßkammer sein oder eine Reagensschicht, die beispielsweise gegenüber Flüssigkeit chemisch sensitiv ist. Eine derartige Flüssigkeitsabgabeeinrichtung kann vorteilhaft dazu fähig sein, Flüssigkeit aus dem inneren Leitungsvolumen an die Umgebung außerhalb der Leitung abzugeben. Eine insbesondere vorteilhafte Verwendung der Vorrichtung tritt mit denjenigen Typen von Flüssigkeitsabgabeeinrichtungen auf, die selbst fähig sind, eine fortwährende Erneuerungsversorgung an Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle zu der Abgabeeinrichtung aufrecht zu erhalten, wenn Flüssigkeit davon abgegeben wird, wenn einmal ein direkter fluidmäßiger Kontakt zwischen der Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung und dem Behälter durch die Wirkung der expandierbaren Kammer und des Ventils eingerichtet ist.
Die Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung kann bei einigen Anwendungen vorteilhaft in einer Höhe oberhalb der oberen Oberfläche der Flüssigkeit der Flüssigkeitsquelle angeordnet sein, so daß bei Gebrauch die Aufnahme- oder Abgabeeinrichtung Flüssigkeit unter einem Druck aufnimmt, der geringer ist als der Umgebungsdruck außerhalb der Leitung und kann aufgenommene Flüssigkeit wieder abgeben an die Flüssigkeitsversorgung durch die Wirkung der auf die Flüssigkeit wirkenden Gravität, wenn das Ventil zum Umgebungsdruck hin geöffnet ist.
Bei Ausführungsbeispielen, welche ebenfalls die oben bezeichnete Membran umfassen, ist die Flüssigkeitsabgabe- oder -aufnahmeeinrichtung zwischen der Membran und dem offenen Ende der Leitung angeordnet.
Eine besonders vorteilhafte Abgabe von Flüssigkeit aus der Vorrichtung tritt auf während der Verwendung von Formen bzw. Arten von Flüssigkeitsabgabeeinrichtungen mit einer oder mehreren Perforationen, die beispielsweise im Stand der Technik von "Tintenstrahlern" bekannt sind, wie auch von der Herstellung von flüssigen Aerosol-Sprays durch elektromechanische Anregung entweder des inneren der Flüssigkeit bezüglich der Perforationen oder von Materialbereichen, welche diese Perforationen definieren. Von besonderer Bedeutung sind die Vorrichtungen für Flüssigaerosol-Sprays, die in den Druckschriften US 4 533 082, US 4 605 167, US 4 796 807, US 4 602 538, EP 0 655 256 A2, US 5 729 724, US 3 812 854, EP 0 480 615 A1, GB 92/11050, EP 0 516 565 A1, US 5 152 456, GB 2 261 494, EP 0 542 723, PCT/GB92/02262, PCT/GB94/02692 offenbart sind. Mit derartigen Abgabeeinrichtungen ist es vorteilhaft, daß eine Dichtung vorhanden ist, welche die Öffnungen der Perforationen an der Außenoberfläche der Leitung abdeckt während der Expansion der Kammer und der darauffolgenden Aufnahme von Flüssigkeit in die Leitung, und zwar zumindest bis die Öffnungen dieser Perforationen an der Innenfläche der Leitung von der aufgenommenen Flüssigkeit kontaktiert werden. Danach kann die Dichtung versetzt werden, damit Flüssigkeit von der Leitung an die Umgebung abgegeben werden kann.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung umfassen: ein steifes bzw. festes Gehäuse, das einen Behälter definiert (der das Aufnahmegefäß bildet); eine Flüssigkeitsleitung, die das Gehäuse durchdringt und ein Ende mit einer Öffnung innerhalb des inneren Volumens des Behälters hat und ein zweites Ende mit einer Öffnung außerhalb des Behälters, wodurch ein Flüssigkeitsdurchgang zwischen dem inneren Volumen des Behälters und der äußeren Umgebung vorgesehen ist; eine Öffnung, welche das Gehäuse durchdringt bzw. durchzieht und die abgedichtet ist gegenüber einem Flüssigkeitseintritt oder -austritt mit Hilfe einer undurchlässigen, druckübertragenden Membran, die fähig ist zu expandieren und das Volumen des Behälters zu reduzieren, das innerhalb der Membran und dem Gehäuse liegt, und zwar in Reaktion auf Druckdifferenzen über der Membran, und das im Gebrauch wenigstens teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Die oben angegebene Membran ist eine separate Membran gegenüber derjenigen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung offenbart ist, und um Zweifel zu beseitigen wird sie daher in der Beschreibung im folgenden als die "zweite Membran" bezeichnet. Die oben angegebene Leitung ist eine separate Leitung zu derjenigen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung offenbart ist und um Zweifel auszuräumen wird sie daher im folgenden als die "zweite Leitung" bezeichnet.
Vorrichtungen gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung können auch eine abnehmbare Dichtung umfassen, welche die Öffnung der zweiten Leitung abdichten kann, die außerhalb oder an der Außenoberfläche des Behälters liegt. Diese Dichtung ist eine separate Dichtung gegenüber derjenigen nach dem ersten Aspekt der Erfindung und wird daher im folgenden als die "zweite Dichtung" bezeichnet.
Die zweite Dichtung ermöglicht einen einfachen Flüssigkeitseinschluß bzw. eine -beinhaltung ungeachtet der Orientierung des Behälters. Die zweite Dichtung kann ersetzbar sein. Dies gestattet mehrfache Aktionen bzw. Handhabungen, bei denen jeweils eine teilweise Abgabe der Flüssigkeit aus dem Behälter erfolgen kann und nach denen jeweils die zweite Dichtung ersetzt werden kann, wobei dabei wieder ein Flüssigkeitseinschluß zwischen den Abgabevorgängen möglich ist, ungeachtet der Orientierung des Behälters.
Bei Vorrichtungen ohne die zweite Dichtung wird ein Flüssigkeitseinschluß bewerkstelligt durch Aufrechterhaltung der Orientierung des Behälters derart, daß die obere Oberfläche der Flüssigkeit innerhalb des Behälters auf einer niedrigeren Höhe bzw. einem niedrigeren Pegel verbleibt als der Höhe der Leitungsöffnung, die gegenüber dem Äußeren des Behälters offen ist.
Vorrichtungen nach dem zweiten Ausführungsbeispiel können als Flüssigkeitsabgabeeinrichtungen Verwendung finden.
Bei einem ersten Verfahren zur Flüssigkeitsabgabe (unter Verwendung der Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel) wird die zweite Dichtung - falls vorhanden - entfernt und die Vorrichtung reorientiert aus einer ersten Orientierung, in welcher die obere Oberfläche der beinhalteten Flüssigkeit sich auf einer Höhe befindet unterhalb der Höhe der Leitungsöffnung, die zum Äußeren des Behälters hin offen ist, hin zu einer zweiten Orientierung, derart, daß die obere Oberfläche der Flüssigkeit versetzt wird zu einer Höhe oberhalb der Höhe dieser Leitungsöffnung. Dabei tritt Flüssigkeit aus dem Behälter über das offene Ende der Flüssigkeitsleitung bei der oder außerhalb von der Außenfläche des Gehäuses des Behälters aus. Beim Rückführen des Behälters in seine ursprüngliche Orientierung kann Luft in den Behälter gelangen, um von diesem abgegebene Flüssigkeit zu ersetzen.
Bei Vorrichtungen, die für dieses Abgabeverfahren Verwendung finden können, kann das innere Volumen des Teils des Inneren der zweiten Leitung zu dem Behälter größer oder kleiner sein als das maximale Volumen, auf das die zweite Membran innerhalb des Behälters expandieren kann. In dem Fall, in dem das innere Volumen des Teils des inneren der zweiten Leitung zu dem Behälter das größere ist, ist die maximale volumetrische Abgabe an Flüssigkeit aus dem Behälter bei der Rückorientierung begrenzt durch dieses maximale Volumen der zweiten Membran. In dem Fall, in dem das maximale Volumen, auf das die zweite Membran innerhalb des Behälters expandieren kann, das größere ist, ist die maximale volumetrische Flüssigkeitsabgabe aus dem Behälter bei der Rückorientierung begrenzt durch das maximale Volumen des inneren Volumens des Teils des Inneren der zweiten Leitung zu dem Behälter.
Bei einem zweiten Verfahren zur Flüssigkeitsabgabe ist: Das Ende der zweiten Leitung im Inneren des Behälters in Flüssigkeit eingetaucht; die zweite Dichtung falls vorhanden entfernt; und das offene Ende der zweiten Leitung bei oder außerhalb der äußeren Fläche des Gehäuses des Behälters einem Unterdruck derart ausgesetzt, daß der Druck in diesem Bereich geringer ist als der Druck bei der Oberfläche der zweiten Membran, die zur Öffnung des Behälters freiliegt. Dabei wird Flüssigkeit aus dem Behälter herausgezogen. Beim Entfernen der Unterdruckquelle kann wenigstens eine teilweise Rückführung von Flüssigkeit innerhalb der zweiten Leitung in den Behälter bewirkt werden.
Gemäß diesem zweiten Verfahren kann das maximale Volumen, das aus dem Behälter herausgezogen wird bei irgendeinem Zyklus aus Druckreduzierung, gefolgt von Druckwiederherstellung, bequem begrenzt werden durch die maximale volumetrische Expansion der zweiten Membran. Wieder kann eine Anordnung gewählt werden, bei der Luft in den Behälter eintritt, um von diesem abgegebene Flüssigkeit zu ersetzen, wobei der zweiten Membran gestattet wird, wenigstens teilweise zu kollabieren und dabei mehrere Abgabevorgänge zu gestatten, bis hin zum voll expandierten Volumen der zweiten Membran.
Eine vorteilhafte Einrichtung, mit der Unterdruck vorgesehen wird, durch den eine oben beschriebene Flüssigkeitszufuhr induziert wird, ist die Vorrichtung, wie sie in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde. Dies gestattet beispielsweise die Erzeugung von Flüssigkeitsabgabeprodukten mit einem Flüssigkeitsbehälter, der trennbar ist von einer Vorrichtung zur Zufuhr von Flüssigkeit an eine Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dies ermöglicht beispielsweise Produkte, bei denen das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung Teil eines Produktes bildet, das wiederverwendbar ist und das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Teil eines Produktes bildet, das von dem ersten Teil entfernbar und wieder auffüllbar oder entsorgbar ist.
Bei einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und insbesondere bei Verwendung gemäß dem zweiten oben beschriebenen Verfahren, kann die zweite Membran vorteilhaft einen Oberflächenbereich haben, der größer ist als der minimale Bereich, der eingeschlossen ist von der Dichtung, die sie mit dem Wänden des Behälters bildet. Auf diese Weise kann Sie expandieren und das innere Volumen des Behälters reduzieren, ohne daß im wesentlichen das Material, von dem sie umfaßt ist, gedehnt wird, wobei ein sehr geringer Druckabfall über der Membran auftritt, welcher der Expansion oder Kontraktion entgegenwirkt.
Die vorliegende Erfindung liefert daher eine relativ einfache und billige Vorrichtung zur Versorgung einer Flüs sigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung, insbesondere zur Versorgung bei einem Druck, der geringer oder gleich dem Umgebungsdruck ist.
Ein zweiter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine relativ einfache und billige Vorrichtung eine breite Fülle von geometrischen Grundrissen bzw. Ausgestaltungen des Behälters relativ zu der Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung vorsehen kann.
Ein dritter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in dem Vorsehen einer relativ einfachen und billigen Vorrichtung, die Flüssigkeit einer Aufnahme- oder Abgabeeinrichtung gegen die Wirkung der Gravität zuführen kann und überschüssige Flüssigkeit, die nicht von der Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung aufgenommen oder an den Behälter abgegeben wurde zurückführt, ohne daß die Notwendigkeit besteht, an der Flüssigkeitszufuhrleitung einen Druck anzulegen, der größer ist als der Umgebungsdruck an der Flüssigkeitszufuhrleitung. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Zufuhr von Flüssigkeit zu Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtungen wie denjenigen bei dem oben angegebenen Stand der Technik der "Tintenstrahler" oder "elektromechanischen Aerosole", deren Funktionalität beeinträchtigt ist, wenn die Flüssigkeit Drucken ausgesetzt ist, die größer als der Umgebungsdruck sind. In diesem Fall wird die zugeführte Flüssigkeit wenigstens zum Teil unter der Wirkung des hydrostatischen Kopfes bzw. der Höhe der Flüssigkeit in der Leitung zu dem Behälter zurückkehren.
Ein vierter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei Zufuhr einiger flüchtige oder sedimentierende Komponenten enthaltenden Flüssigkeiten unter einem Druck, der geringer ist als der Umgebungsdruck, die Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung so angeordnet werden kann, daß sie nur dann in Kontakt mit der zugeführten Flüssigkeit ist, wenn die Einrichtung vorbereitet ist, um die Flüssigkeit aufzunehmen oder abzugeben. In diesem Fall unterliegt die Flüssigkeitsaufnahme- oder - abgabeeinrichtung nicht den nachteiligen Effekten einer Verdampfungsablagerung und eines Sedimentierens von Teilchen, die andererseits auftreten würden, falls die zugeführte Flüssigkeit von der Aufnahme- oder Abgabeeinrichtung nicht abgezogen wäre. Dies ist insbesondere wichtig bei Flüssigkeitsabgabeeinrichtungen vom Düsen- und Mehrfachdüsentyp, welche derartige Flüssigsuspensionen mit Teilchen abgeben. Viele derartige Suspensionen entmischen sich um eine Sedimentschicht an lokal niederen Orten ihres Behälters oder der Flüssigkeitszufuhr, insbesondere dem Boden eines Flüssigkeitsbehälters, auszubilden. Sedimentierte Aglomerate bzw. Anhäufungen können die Düsen derartiger Typen von Abgabeeinrichtungen blockieren, falls die Einrichtung bei oder nahe einem derartigen lokal niederen Bereich angeordnet ist und ein Sedimentieren darf hier auftreten. Erstens erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung, daß derartige Suspensionslösungen nur zu derartigen Abgabeeinrichtungen vom Düsentyp verbracht werden, wenn es erforderlich ist, daß die Abgabeeinrichtung die Flüssigkeit abgibt. Auf diese Weise ist ein derartiges Sedimentieren und folglich ein Blockieren der Düse verhindert oder gemindert. Zweitens ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung Flüssigkeiten, inklusive Suspensionslösungen, daß sie hochgefördert (gegen die Gravität) werden, um derartige Abgabeeinrichtungen zu erreichen, so daß die Abgabeeinrichtung über den Sedimentationsbereichen des Behälters oder der Leitung liegt. Auf diese Weise ist ebenfalls ein Blockieren vermindert oder verhindert. Drittes wurde herausgefunden, daß der Vorgang des Hochziehens derartiger absedimetierter Flüssigkeiten insofern vorteilhaft ist, als das Sediment gestört und es teilweise oder vollständig wieder- bzw. rückdispergiert wird, bevor es erforderlich ist, daß die Abgabeeinrichtung die Flüssigkeit dispergiert. Auf diese Weise ist die vorliegende Erfindung zudem nützlich bei der Zufuhr von Suspensionslösungen.
Beispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen werden nun beispielsweise beschrieben lediglich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der ist:
Fig. 1 ein schematischer Schnitt einer ersten Flüssigkeitszufuhrvorrichtung mit einem "offenen Behälter";
Fig. 2 ein schematischer Schnitt einer zweiten Flüssigkeitszufuhrvorrichtung mit einem "geschlossenen Behälter";
Fig. 3 ein schematischer Schnitt einer expandierbaren Kammer in Kolbenform, die in dem ersten und zweiten Beispiel verwendet wird, mit einem Ventilmechanismus, wobei das Ventil "geschlossen" ist;
Fig. 4 einen gleichen schematischen Schnitt, wobei das Ventil "offen" ist;
Fig. 5 einen schematischen Schnitt einer weiteren expandierbaren Kammer in Kolbenform, integriert mit einem Ventil, wobei das Ventil "offen" ist;
Fig. 6 einen schematischen Schnitt einer Flüssigkeitseinschluß- und -abgabevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht einer Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, welche Elemente sowohl des ersten wie auch des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung kombiniert.
Fig. 1 zeigt eine Flüssigkeitsversorgung- bzw. - zufuhrvorrichtung 1, die detaillierter weiter unten beschrieben wird und mit einem "offenen Trog" 21, der Flüssigkeit beinhaltet, verbunden ist. Der Druck an der Flüssigkeitsoberfläche 61 des Troges 21 ist auf Umgebungsdruck gehalten.
Flüssigkeit wird von dem Trog entlang einer Flüssigkeitszufuhrleitung 3 der Vorrichtung zu einer Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung 4 mit Hilfe einer expan dierbaren Kammer und einem Ventil in Form einer zusammenwirkenden Anordnung eines Kolbens 51 und eines Doppelventilkegels 52 innerhalb der Leitung 3 transportiert. Die Oberfläche 53 des Doppelventilkegels 52, welche die innere Wand der Leitung 3 kontaktiert, hält eine Dichtung gegenüber dieser Wand aufrecht, wenn er entlang der Leitung in beide Richtungen versetzt wird.
Ein Versatz des Kolbens 51 in die durch Pfeil 71 gezeigte Richtung trennt die Oberfläche 54 des Kolbens von der Oberfläche 55 des Doppelventilkegels, wobei eine Öffnung des inneren Volumens der Leitung gegenüber Umgebungsdruck über einen Luftdurchgang 57 erfolgt. Ein fortgesetzter Versatz in diese Richtung bewirkt, daß die Oberfläche 58 des Kolbens auf der Oberfläche 59 des Doppelventilkegels lagert und schiebt den Doppelventilkegel in Richtung des unteren Endes 31 der Leitung 3, das in Flüssigkeit eingetaucht ist. Oberflächen 58 und 59 sind derart angeordnet, daß sie keine Dichtung ausbilden, wenn sie so in Kontakt stehen. Wenn sich der Kolben und der Doppelventilkegel in Richtung des Pfeils 71 versetzen, tritt daher Luft (oder anderes Gas) innerhalb der Leitung mit Hilfe des Durchgangs 57 zur umgebenden Umgebung aus.
Umgekehrt bringt ein Versatz des Kolbens in die durch Pfeil 72 gezeigte Richtung die Oberfläche 54 des Kolbens in dichtenden Kontakt mit der Oberfläche 55 des Doppelventilkegels, wodurch das innere Volumen der Leitung 3 gegenüber Umgebungsdruck abgeschlossen wird. Ein fortgesetzter Versatz des Kolbens 51 in die durch Pfeil 72 gezeigte Richtung nach dem Kontakt zwischen den Oberflächen 54 und 55 expandiert das innere Volumen der Leitung 3 aufgrund der Wirkung des Kolbens, welcher den Doppelventilkegel in Richtung des Pfeils 72 zieht.
Auf diese Weise wirken der Kolben 51 und der Doppelventilkegel 52 zusammen, um ein festes, bewegliches Verschlußelement und Ventil innerhalb der Leitung 3 zu bil den und sie wirken des weiteren mit der Leitung 3 zusammen, um eine expandierbare Kammer 56 in druckübertragender Beziehung zu dem inneren Volumen der Leitung zu bilden.
Obiges ist ein einfaches Beispiel einer expandierbaren Kammer, die mechanisch mit einem Ventil verbunden ist, wobei das Ventil zwischen der Kammer und der umgebenden Umgebung liegt, derart, daß (a) eine Expansion des inneren Volumens der Kammer das Ventil in einem geschlossenen Zustand hält, (b) das Ventil in einem geschlossenen Zustand bleiben kann, nachdem die Expansion der Kammer nachläßt und (c) das Ventil öffnen kann, wenn das Kammervolumen abnimmt.
Der Kolben 51 und der Doppelventilkolben 52 können einfacher und ohne Verlust einer Verallgemeinerung beschrieben werden als "Kolben/Ventilanordnung", eher denn als ""steifes, bewegliches Verschlußelement" und Ventilanordnung", wie dies aus der Figur erkenntlich ist. Wo dieser Begriff im folgenden verwendet wird, ist keine Begrenzung auf geometrische Formen, die allgemein als "Kolben" bezeichnet werden, vorgesehen oder sollte daraus entnommen werden.
In Gebrauch bewirkt die Bewegung in die mit Pfeil 72 gezeigte Richtung, daß das Ventil schließt und das Volumen der Kammer 56 expandiert, wobei der Druck in der Flüssigkeitszufuhrleitung 3 reduziert wird. Da die Flüssigkeitsoberfläche 61 innerhalb des Trogs 21 auf Umgebungsdruck verbleibt, wird Flüssigkeit dazu veranlaßt - wie mit Pfeil 8 dargestellt -, von dem Trog 21 in Richtung der Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung zu strömen. Hier im folgenden wird dieser Teil des Betriebszyklus als "Anfüll"-Hub bezeichnet.
Wenn ein Abschnitt der Leitung 3 zwischen dem in Flüssigkeit eingetauchten Ende 31 und der expandierbaren Kammer 56 oberhalb des Niveaus der Flüssigkeitsoberfläche 61 liegt, so befindet sich die Flüssigkeit in der Leitung in Höhen zwischen der Oberfläche 62 der Flüssigkeit in der Leitung 3 und der Oberfläche 61 in dem Trog auf einem Druck, der geringer ist als der Umgebungsdruck außerhalb der Leitung. Dies ist vorteilhaft, wenn bestimmte Arten von Flüssigkeitsabgabevorrichtungen - wie sie weiter unten beschrieben werden - einen zusätzlichen Teil der Vorrichtung bilden. Es gestattet zudem Flüssigkeit unter der hydrostatischen Druckhöhe der Flüssigkeit innerhalb der Leitung zu dem Druck 21 zurückzukehren, wenn das Volumen der Kammer 56 geringer wird und das Ventil offen ist. Hier im folgenden wird dieser Teil des Betriebszyklus als "Entleer"-Hub bezeichnet.
Fig. 2 zeigt die Flüssigkeitsversorgungs- bzw. - zuführvorrichtung 1, wie sie mit einem "geschlossenen Trog" 22 verbunden ist, unter Beinhaltung einer undurchlässigen, druckübertragenden Membran 9. Flüssigkeit kann der Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung mittels zyklischen Versatzes des Kolben/Ventilmechanismus zugeführt bzw. entzogen werden, wie dies schon unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde. Wenn Flüssigkeit zu der Aufnahme- oder Abgabeeinrichtung 4 hin- oder zurückströmt, expandiert oder kontrahiert die flexible Membran 9, um das Flüssigkeitsniveau 61 auf oder nahezu bei Umgebungsdruck zu halten.
Fig. 3 zeigt im Wege lediglich eines weiteren Beispiels eine detaillierte Form eines Kolben- und Doppelventilmechanismus, wie er in Fig. 2 beschrieben wurde. Hier bilden ein Doppelventilkegel, der mit 52a gezeigt ist und ein Kolben 51a einen Kolben/Ventilmechanismus, wobei das Ventilteil des Mechanismus "geschlossen" ist. Diese Komponenten sind innerhalb steifer Wände 561 einer expandierbaren Kammer 56 angeordnet, die entweder eine separate Komponente oder eine Erstreckung der Leitung 3 ist. Die Ventildichtung ist zwischen einer Oberfläche 541 des Kolbens und des Doppelventilkegels mit Hilfe eines elastomeren Dichtmaterials 12 vorgesehen, das auch gegenüber dem Doppelventilkegel dichtet und das einfach die Form einer O-Ring-Dichtung haben kann. Die Gleitdichtung zwischen dem Doppelventilkegel 52a und der expanidierbaren Kammer 56 wird durch ein zweites elastomeres Dichtmaterial 13 gebildet, das wieder einfach die Form eines O- Ringes zwischen dem Doppelventilkegel und den Seitenwänden 561 haben kann. Weiter unten werden die Dichtungen aus Bequemlichkeitsgründen lediglich unter Bezugnahme auf die Form eines O-Rings beschrieben. Das Ventil ist durch die Oberfläche 541 ausgebildet, die eine Dichtung gegenüber dem dichtenden O-Ring 12 herstellt und auflöst. Wird der Kolben 51a wie durch Pfeil 17 gezeigt nach oben versetzt, um in fortwährendem engen Kontakt mit dem O-Ring 12 zu sein, so ist das Ventil geschlossen, wobei der Luftraum 15 gegenüber dem Luftraum 16 abgedichtet ist.
Fig. 4 zeigt den Kolben/Ventilmechanismus der Fig. 3, wobei das Ventilteil des Mechanismus "geöffnet" ist. In dieser Position ist der Kolben 51a versetzt, derart, daß die Dichtung zwischen der Oberfläche 541 des Kolbens und der Oberfläche des O-Rings, die ebenfalls gegenüber dem Doppelventilkegel abdichtet, aufgelöst ist. Luftkanäle 19, die beispielsweise als radial sich erstreckende Schlitze an bestimmten Umfangsstellen innerhalb des Doppelventilkegels und des Kolbens ausgebildet sind, erlauben es, daß Luft an dem Kolben 51a und dem Doppelventilkegel 52a vorbei strömt, selbst wenn Schulter 20 in Kontakt mit dem Doppelventilkegel 52a ist, wodurch der Luftraum 15 direkt mit dem Luftraum 16 in Verbindung steht, der wiederum direkt mit der Außenumgebung in Verbindung steht. Der Druck innerhalb des Luftraums 15 und damit innerhalb der Flüssigkeitsleitung wird dabei auf den Umgebungsdruck des Luftraums 16 erhöht.
Bei Ausgestaltungen, bei denen ein Betrieb dieser Vorrichtung Flüssigkeit gegen die Einwirkung der Gravität nach oben zieht, können die Abmessungen der Luftwege bzw. Luftkanäle, inkl. derjenigen der Luftkanäle 19, durch welche Luft gelangen muß, um die Kammer 56 zu erreichen, gewählt werden, um zu gestatten, daß beim Öffnen des Ventils eine Rückkehr der in der Leitung hochgezogenen Flüssigkeit unter hydrostatischem Druck zur Flüssigkeitsversorgung gestattet wird, bevor der Doppelventilkegel 52a zurückgeführt wird in seine ursprüngliche Position durch Wirkung des auf die Schulter 20 drückenden Kolbens 51a. Auf diese Weise ist es möglich, daß wenig oder gar keine in der Leitung hochgezogene Flüssigkeit einem signifikanten positiven Druck sowohl bei der Zufuhr von wie auch bei der Rückführung zu der Flüssigkeitsversorgung, unterliegt. Dieses Merkmal ist vorteilhaft für Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtungen, deren Wirkung durch positive Drücke gemindert wird, wobei diesbezügliche Beispiele im folgenden geliefert werden.
Fig. 5 zeigt beispielhaft eine weitere Form eines Kolben/Ventilmechanismus, der in der Vorrichtung nach der Erfindung Verwendung finden kann. Dieser Kolben/Ventilmechanismus hat die Form eines "Außen"-Kolbens; "außen" in dem Sinne, daß die die Kolben/Ventilanordnung definierenden Elemente außerhalb der Zylinderwand 23 liegen. Es ist selbstverständlich, daß die Weiterführung bzw. Verlängerung von Wänden 23 sich hin zu den die Leitung 3 definierenden Wänden erstreckt.
Die Vorrichtung der Fig. 5 beinhaltet auch eine optionale undurchlässige, druckübertragende Membran 24, die einen Luftraum 28 begrenzt. (In Abwesenheit der Membran 24 kann der Luftraum einfach das Volumen zwischen der Kolben/Ventilanordnung und der Oberfläche der Flüssigkeit innerhalb des offenen Endes der Leitung sein, das in Gebrauch in Flüssigkeit eingetaucht ist.) Eine Beinhaltung dieser Membran erlaubt eine Flüssigkeitsaufnahme und - abgabe, ohne daß Flüssigkeit das Ventil kontaktiert, was insbesondere nützlich ist, falls die Flüssigkeit harzhal tig oder eine dichte Suspension fester Teilchen ist, wobei ein Flüssigkeitskontakt mit dem Ventil ein Blockieren des Ventils bewirken könnte.
Der Kolben/Ventilmechanismus umfaßt eine äußere feste bzw. steife Kappe 32, ein elastomeres Dichtmaterial 33, das axial verschiebbar ist, sowie eine innere Zylinderwand 23. Das elastomere Dichtmaterial 33 wird wieder ohne Verlust einer Verallgemeinerung als O-Ring beschrieben. Der gleitende O-Ring 33 kann sich innerhalb der Grenzen einer breiten Nut 25 bewegen, die an dem äußeren Umfang der Zylinderwand 23 ausgebildet ist, so daß sie dickenmäßig lokal reduziert ist. Der gleitende O-Ring 33 befindet sich andererseits unter radialer Kompression zwischen der Zylinderwand 23 und der äußeren Kappe 32 und hält dabei jederzeit eine Dichtung zwischen diesen Elementen aufrecht.
An bestimmten Umfangstellen um die Nut 25 sind diskrete Schlitze 26 in der Außenoberfläche der Zylinderwand 23 ausgebildet und erstrecken sich axial in einer Länge, die größer ist, als die axiale Ausdehnung bzw. Länge des dichtenden Kontaktes, der zwischen dem O-Ring 33 und der Nut 25 hergestellt wird. Vorzugsweise verlaufen die Schlitze 26 im wesentlichen senkrecht zu der Nut 25. Die Stelle der Schlitze 26 im Bezug auf die Nut 25 ist derart, daß, wenn der gleitende O-Ring 33 an der unteren Kante 27 der Nut 25 steht, Luft hinter dem O-Ring 33 durch die Schlitze 26 gelangen kann. In diesem Falle steht der innere Luftraum 28 in direktem Kontakt mit dem äußeren Luftraum 28a, der sich auf Umgebungsdruck befindet und führt zu "geöffnetem" Ventil.
Reibkräfte zwischen der Kappe 32 und dem O-Ring 33 bewirken, daß der O-Ring sich entlang der Nut 25 in Richtung der Position 30 bewegt, wenn die Kappe 32 in die mit Pfeil 72 gezeigte Richtung versetzt wird. An der Stelle 30 hat sich der O-Ring 33 über die Ausdehnung der Schlit ze 26 hinaus bewegt und befindet sich in engem Kontakt mit der oberen Kante 31 der Nut 25. In dieser Stellung befindet sich der innere Luftraum 28 nicht in direktem Kontakt mit dem äußeren Luftraum 28a, was zu einem "geschlossenen" Ventil führt. Ein weiterer Versatz der Kappe 32 in die durch Pfeil 27 angegebene Richtung erhöht das Volumen des nun "geschlossenen" Luftraums 28 und reduziert so den Druck in diesem, wenn die Kappe an dem O- Ring 33 vorbei gleitet, nun an der Stelle 30 gehalten.
Wahlweise bewegt sich die flexible Membran 24, um das Volumen des Luftraums 28 zu reduzieren und dabei der Druckreduzierung Rechnung zu tragen. Sie erhöht entsprechend das Volumen des inneren Luftraums zwischen der Membran 24 und der Flüssigkeit innerhalb der Leitung 3 und überträgt dabei die Druckreduzierung auf die Flüssigkeitszuführleitung 3. Die Druckdifferenz zwischen dem nahen Umgebungsdruck in dem Trog und der reduzierte Druck in der Flüssigkeitszufuhrleitung bewirkt, daß sich die Flüssigkeitsoberfläche 62 in Richtung des Pfeils 8 entlang der Leitung bewegt.
Reibkräfte zwischen der Kappe 32 und dem O-Ring 33 bewirken, daß sich der O-Ring entlang der Nut 25 in Richtung der Stelle 30a bewegt, wenn die Kappe 32 wie durch Pfeil 71 gezeigt, versetzt wird. Bei der Stelle 30a hat sich der O-Ring 33 über den die Schlitze 26 beinhaltenden, axialen Bereich der Nut 25 bewegt, legt diese Schlitze frei und tritt nun in Kontakt mit der unteren Kante 27 der Nut 25. In diesem Falle kann Luft hinter dem O-Ring 33 durch Schlitze 26 vorbei gelangen und bewirkt, daß der innere Luftraum 28 in direktem Kontakt mit dem äußeren, umgebenden Luftraum 28a ist, was zu einem "geöffneten" Ventil führt. Folglich wird der Druck in dem inneren Luftraum 28 wieder auf Umgebungsdruck gebracht. Wahlweise bewegt sich die flexible Membran 24 - falls vorhanden - um die Druckzunahme aufzunehmen und überträgt diese Druckzunahme auf die Flüssigkeitszufuhrleitung 3. Wenn beispielsweise die Vorrichtung derart orientiert ist, daß sich die Leitung oberhalb des Niveaus 61 der Flüssigkeit innerhalb des Troges erstreckt und Flüssigkeit über dieses Niveau in der Leitung hoch gefördert wurde, so ermöglicht dieses Öffnen des Ventils, daß zuvor in die Leitung gezogene Flüssigkeit sich aus der Leitung unter Wirkung des hydrostatischen Kopfes bzw. der hydrostatischen Höhe der Flüssigkeit in der Leitung zurückzieht und zu dem Trog zurückgelangt.
In den Ausführungsbeispielen der hier beschriebenen Vorrichtung steht eine Flüssigkeitsaufnahme- oder - abgabeeinrichtung in fluidmäßigem Kontakt mit dem inneren Volumen der Leitung zwischen der Kolben-/Ventilanordnung und dem in Flüssigkeit eingetauchten Ende der Leitung, wie dies beispielsweise bei 4 in den Fig. 1 und 2 angegeben ist. Beispiele für eine Aufnahmeeinrichtung umfassen eine Flüssigkeitsmeßkammer und eine Reagensschicht, die bezüglich der Flüssigkeit chemisch empfindlich ist. Beispiele für eine Flüssigkeitsabgabeeinrichtung umfassen eine Erzeugungseinrichtung für Flüssigkeitstropfen, die auf einer perforierten Komponente basiert, welche das innere Leitungsvolumen von der umgebenden Außenumgebung trennt, wie diejenigen, die in der "Tintenstrahl"-Technik bekannt sind, und in der Technik der elektromechanischen Anregung entweder des Flüssigkeitsinneren gegenüber den Perforationen oder der Materialbereiche, welche diese Perforationen definieren bzw. begrenzen.
Ein besonderer Vorteil entsteht bei der Verwendung derartiger Typen von Flüssigkeitsabgabeeinrichtungen, wenn die Vorrichtung derart orientiert ist, daß die Oberfläche der in der Leitung hochgezogenen Flüssigkeit, welche die Abgabeeinrichtung erreichen soll sich auf einem höheren Niveau befindet, als dem Niveau der Flüssigkeit innerhalb des Troges, da diese im allgemeinen am wirkungsvollsten arbeiten, wenn der Flüssigkeitsdruck an den inneren Öffnungen dieser Perforationen geringer ist, als der Druck an den äußeren Öffnungen. (Mit "äußeren" Öffnungen meinen wir die Öffnungen der Perforationen an der äußeren Umgebungsoberfläche der perforierten Komponente). Von besonderer Bedeutung sind die Vorrichtungen für Flüssigaerosolsprays, die offenbart sind in US 4 533 082, US 4 605 167, US 4 796 807, US 4 602 538, EP 0 655 256 A2, US 5 729 724, US 3 812 854, EP 0 480 615 A1, GB 92/11050, EP 0 516 565 A1, US 5 152 456, GB 2 261 494, EP 0 542 723, PCT/GB92/02262, PCT/GB94/02692. Des weiteren haben die Erfinder herausgefunden, daß durch Aufrechterhalten dieses Druckgefälles unterhalb demjenigen, bei dem Luft durch die Perforationen schneller angesaugt wird, als die Abgabeeinrichtung Flüssigkeit abgeben kann, die Abgabeeinrichtungen selbst eine fortwährende, auffrischende Versorgung an Flüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle zu der Abgabeeinrichtung aufrechterhalten können, wenn einmal ein direkter Fluidkontakt zwischen der Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung und dem Trog sich durch die Wirkung der expandierbaren Kammer und des Ventils einstellt.
Die besten Typen von Flüssigkeitsabgabeeinrichtungen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung, die den Erfindern momentan bekannt sind, sind diejenigen entsprechend der Patentanmeldung PCT/GB92/02262.
Bei Ausführungsbeispielen, die außerdem die oben angegebene Membran beinhalten, ist die Flüssigkeitsabgabe- oder -aufnahmeeinrichtung zwischen der Membran und dem offenen Ende der Leitung angeordnet.
Eine derartige Abgabeeinrichtung ist insofern vorteilhaft, als dort eine Dichtung vorliegt, welche die Öffnungen derjenigen Perforationen an der äußeren Oberfläche der Leitung während der Expansion der Kammer und der folgenden Aufnahme der Flüssigkeit in die Leitung überdeckt, zumindest bis die Öffnungen dieser Perforationen an der inneren Fläche der Leitung von der aufgenommenen Flüssig keit kontaktiert sind. Diese Dichtung kann danach versetzt werden, um eine Flüssigkeitsabgabe von der Leitung an die Umgebung zu gestatten. Dies wird detaillierter unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Dieser Versatz kann beispielsweise erfolgen durch mechanische Kopplung der Position der Dichtung mit dem Zustand der Expansion der expandierbaren Kammer.
Fig. 6 zeigt eine Flüssigkeitsbehälter- und - abgabeeinrichtung 60, die durch ein festes Gehäuse 51 definiert ist; eine Leitung 52 durchdringt das Gehäuse und hat ein Ende 56, dessen Öffnung innerhalb des inneren Volumens 64 des Behälters liegt und ein zweites Ende 57, dessen Öffnung außerhalb des Behälters liegt, wodurch ein Flüssigkeitsdurchgangskanal zwischen dem inneren Volumen 64 und der äußeren Umgebung vorgesehen wird; eine Öffnung 54, welche das Gehäuse durchdringt und abgedichtet ist gegenüber einem Flüssigkeitseintritt oder -austritt durch eine undurchlässige, druckübertragende Membran 53, die expandieren kann, um das innere Volumen 64 in Reaktion auf Druckdifferenzen über der Membran zu reduzieren. In Gebrauch ist der Behälter 60 wenigstens teilweise mit Flüssigkeit gefüllt.
Die Vorrichtung kann auch eine entfernbare zweite Dichtung 55 umfassen, welche die Öffnung 57 der Leitung 52 abdichten kann. Die zweite Dichtung 55 erlaubt einen einfachen Flüssigkeitseinschluß unabhängig von der Orientierung des Behälters 60. Die zweite Dichtung 55 kann ersetzbar sein; dies erlaubt mehrere Vorgänge oder Handhabungen, bei denen jeweils eine teilweise Flüssigkeitsabgabe aus dem Container auftreten kann und nach denen jeweils die zweite Dichtung 55 ersetzt werden kann, wobei dabei wieder ein Flüssigkeitseinschluß zwischen den Abgabevorgängen möglich ist, unabhängig von der Orientierung des Behälters.
Bei Ausführungsbeispielen ohne zweite Dichtung 55 kann ein Flüssigkeitseinschluß erreicht werden durch Aufrechterhaltung der Orientierung des Behälters 60 derart, daß die obere Oberfläche 61 der Flüssigkeit innerhalb des Behälters auf einer niedereren Höhe verbleibt als der Höhe der Öffnung 57.
Bei einer ersten Verwendung als Abgabeeinrichtung wird die zweite Dichtung 55, falls vorhanden, entfernt und der Behälter und Abgeber 60 wird rückorientiert gegenüber einer ersten Orientierung, in der die obere Oberfläche 61 beinhalteter Flüssigkeit auf einer Höhe unterhalb der Höhe der Öffnung 57 der Leitung ist, hin zu einer zweiten Orientierung, bei der die obere Oberfläche der Flüssigkeit versetzt wird hin zu einer Höhe oberhalb der Höhe dieser Öffnung 57. Dabei tritt Flüssigkeit aus dem Behälter über die Öffnung 57 an der oder außerhalb der äußeren Fläche des Gehäuses 51 des Behälters 60 aus. Beim Zurückführen des Behälters in seine ursprüngliche Orientierung kann Luft über die zweite Leitung 52 in den Behälter gelangen, um die abgegebene Flüssigkeit zu ersetzen.
Bei Verwendung oder Gebrauch gemäß diesem Abgabeverfahren und wenn der Durchmesser der zweiten Leitung 52 ausreichend klein ist, so daß während der Abgabe von Flüssigkeit aus der zweiten Leitung Luft gleichzeitig nicht hierdurch in den Behälter 60 gelangen kann, so sind dann zwei unterschiedliche Verfahren des Messens oder Kontrollierens bzw. Steuerns der volumenmäßigen Abgabe möglich. (Recht große Durchmesser der zweiten Leitung, nach der Erfahrung der Erfinder bis zu 10 mm Durchmesser können zur Abgabe von Flüssigkeit betrieben werden, ohne daß Luft zugelassen wird.) Bei dem ersten Verfahren wird das innere Volumen des Teils der zweiten Leitung 52 innerhalb des Behälters 60 größer gewählt als das maximale Volumen, auf das die Membran 53 innerhalb des Behälters expandieren kann. In diesem Falle ist die maximale volumenmäßige Abgabe an Flüssigkeit aus dem Behälter bei seiner Rückori entierung durch dieses maximale Volumen der Membran 53 begrenzt. Bei dem zweiten Verfahren wird das maximale Volumen, auf das die Membran 53 innerhalb des Behälters expandieren kann größer gewählt als das innere Volumen des Teils der zweiten Leitung 52 im Inneren des Behälters 60. In diesem Falle ist die maximale volumenmäßige Abgabe an Flüssigkeit aus dem Behälter 60 bei seiner Rückorientierung durch das Teilvolumen der zweiten Leitung begrenzt.
Bei einer zweiten Verwendung des Behälters 60 für Flüssigkeitsabgabe ist das offene Ende 56 der Leitung 52 in Flüssigkeit eingetaucht; falls vorhanden, ist die zweite Dichtung 55 entfernt; und das offene Ende 57 der zweiten Leitung 52 ist einem reduzierten Druck ausgesetzt, derart, daß der Druck in dem Bereich des Endes 57 geringer ist als der Druck an der Oberfläche der Membran 53, die dem Luftraum 62 und der Behälteröffnung 54 ausgesetzt ist. Flüssigkeit wird dabei über die Leitung 52 aus dem Behälter herausgezogen. Bei Entfernung der Quelle für Unterdruck kann eine wenigstens teilweise Rückführung von Flüssigkeit über die Leitung 52 in den Behälter bewirkt werden.
Gemäß diesem zweiten Verfahren kann das maximale Volumen, das aus dem Behälter 60 in irgendeinem Zyklus von Druckreduzierung gefolgt von Druckwiederherstellung herausgezogen wird einfach begrenzt werden durch die maximale volumenmäßige Expansion der Membran 53. Wieder kann durch Rückorientierung oder andere Mittel vorgesehen werden, daß Luft in den Behälter gelangt, um aus diesem abgegebene Flüssigkeit zu ersetzen, wodurch die Membran 53 wenigstens teilweise kollabieren kann und dabei mehrfache Abgabevorgänge bis zu seinem voll expandierten Volumen hin, gestattet.
Eine vorteilhafte Einrichtung zum Vorsehen des Unterdrucks und damit des Bewirkens einer Flüssigkeitszufuhr gemäß dem oben beschriebenen zweiten Verfahren ist die oben beschriebene Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Dies erlaubt beispielsweise die Erzeugung von flüssigkeitsabgebenden Produkten mit einem Flüssigkeitsbehälter 60, der trennbar ist von einer Vorrichtung 1 zur Zufuhr von Flüssigkeit an eine Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung. Dies ermöglicht beispielsweise Produkten, bei denen das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Teil derartiger Produkte bildet, die Flüssigkeit an die Umgebung abgeben können und wiederverwendbar sind und das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet einen Teil eines derartigen Produktes, das von dem ersten Teil entfernbar und nachfüllbar oder entsorgbar ist.
Insbesondere bei Verwendung gemäß dem oben beschriebenen zweiten Verfahren kann die Membran 53 vorteilhaft einen Oberflächenbereich haben, der größer ist als der minimale, von der Dichtung umschlossene Bereich, den sie mit dem Gehäuse 51 des Behälters 60 bildet. Auf diese Weise kann sie expandieren, um das innere Volumen des Behälters 60 zu reduzieren, ohne im wesentlichen dessen Membranmaterial zu dehnen, und somit mit sehr geringem Druckgefälle über der Membran, der Expansion oder Kontraktion entgegensetzt.
Das Gerät hierfür liefert eine relativ einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Zufuhr von Flüssigkeit, insbesondere für die Zufuhr unter einem Druck, der geringer oder gleich dem Umgebungsdruck ist.
Fig. 7 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Flüssigkeitsversorgungs- bzw. -zuführvorrichtung, die einen "geschlossenen" Behälter 60 (der allgemeinen Form des Troges 22, wie er unter Bezugnahme auf Fig. 2 und unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben wurde) und eine Flüssigkeitsversorgungsvorrichtung kombiniert, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 inkl. beschrieben wurde.
Das Hauptbetriebsprinzip beruht auf dem Versatz einer festen Kappe 32 relativ zu dem Körper 36 der Flüssigkeitsversorgungsvorrichtung. Auf diese Weise wirkt die Kappe als "äußerer Kolben" und gestattet eine Expansion und Kontraktion des Luftraums 28 innerhalb der Kammer, der teilweise begrenzt ist durch die Kappe 32. Wird die Kappe 32 gegenüber dem Körper 36 wie durch den Pfeil 72 gezeigt nach oben versetzt, so schließt das Ventil in dem Kolben- /Ventilmechanismus 34, wie dies in Bezug auf Fig. 5 beschrieben wurde. Wird die Kappe danach weiter nach oben versetzt, so reduziert sich der Druck in dem Luftraum 28. Eine flexible Membran 24 bewegt sich nach oben, um die Druckänderung aufzunehmen und überträgt diese Druckreduzierung auf die Flüssigkeitsversorgungsleitung 52. Die Leitung koppelt sich in flüssigkeitsdichter Weise mit der Leitung 3 der Flüssigkeitsversorgungsvorrichtung. Daher wird Flüssigkeit von dem Behälter 60 bei Umgebungsdruck in die Leitung 52 strömen und demzufolge mit Unterdruck in die Leitung 3, in Richtung der Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung, die durch 43 und 48 bezeichnet sind.
Die flexible Membran 24 liefert eine undurchlässige Barriere, die einen Flüssigkeitsaustritt aus der Flüssigkeitsversorgungs- bzw. -zufuhrvorrichtung über den Kolben-/Ventilmechanismus verhindert und verhindert, daß sich Flüssigkeitsverunreinigungen aus dem Inneren der Flüssigkeitsversorgungs- bzw. -zufuhrvorrichtung auf dem Kolben-/Ventilmechanismus abscheiden. Derartige Abscheidungen könnten einen unvorteilhaften Effekt auf den Betrieb des Kolben-/Ventilmechanismus haben, insbesondere wenn die betreffende Flüssigkeit entweder eine Teilchensuspension oder eine Harzlösung beinhaltet, wie dies oben beschrieben wurde.
Das Flüssigkeitsniveau 61 in dem Behälter 60 wird durch die druckübertragende, flexible Membran 53 über ein Entlüftungsloch 54, wie oben in Bezug auf Fig. 6 beschrie ben, auf Umgebungsdruck gehalten. Der Druckunterschied zwischen dem Druck der Flüssigkeit innerhalb der Flüssigkeitszufuhrleitung 3 und/oder der Leitung 52 und der oberen Oberfläche 61 der Flüssigkeit in dem Behälter 60 bewirkt, daß Flüssigkeit aus dem Behälter 60 durch die Leitung 52 in Richtung der Flüssigkeitsaufnahme- oder - abgabeeinrichtung, die mit 43 und 48 dargestellt sind, nach oben strömt. Das durch Pfeil 72 dargestellte Ende des Aufwärtsversatzes der Kappe ist typischerweise derart vorgesehen, daß die Flüssigkeit in der Leitung 52 auf ein typisches Niveau 44 ansteigt, das geringfügig oberhalb des Niveaus der mit 48 und 43 gezeigten Flüssigkeitsabgabeeinrichtung liegt. Entsprechend der Reduzierung der Flüssigkeit in dem Behälter 60 gelangt kompensierender Luftstrom durch die Entlüftung 54 in die Außenwände des Flüssigkeitsbehälters und expandiert die zweite Membran 53. Die zweite Membran 53 verhindert, daß Luft mit der Flüssigkeit in dem Behälter in Kontakt gelangt. Befindet sich Flüssigkeit auf dem oder oberhalb dem Niveau der Flüssigkeitsabgabeeinrichtung, so kann diese Einrichtung in direktem fluidmäßigen Kontakt mit dem Behälter 60 verbleiben, und zwar so lange, wie das Ventil der bei 34 gezeigten Kolben-/Ventilanordnung geschlossen bleibt. Dies wird erreicht, falls die Kappe 32 am Ende ihres Aufwärtsversatzes verbleibt und die Flüssigkeitsabgabeeinrichtung daraufhin nachfüllend direkten fluidmäßigen Kontakt mit dem Behälter 60 aufrechterhält, wenn sie ein Volumen an zugeführter Flüssigkeit abgibt, das kleiner oder gleich dem Volumen an Flüssigkeit ist, das in dem Behälter 60 enthalten ist. Ein spezielles Beispiel dessen ist im folgenden unter Bezugnahme auf Abgabeeinrichtungen mit einer oder mehreren Düsen beschrieben.
Wird die Kappe 32 wie durch Pfeil 71 gezeigt nach unten versetzt, so bewegt sich die Gleitdichtung (beschrieben als ein gleitender O-Ring) in dem Kolben- /Ventilmechanismus 34 nach unten, wie es in Bezug auf Fig. 5 beschrieben wurde. In diesem Falle ist der Ventil teil des Kolben-/Ventilmechanismus 34 "offen" und der Druck in dem Luftraum 28 erhöht sich auf Umgebungsdruck, wie dies in Bezug auf Fig. 5 beschrieben wurde. Der hydrostatische Druck dieser Flüssigkeit unterhalb des bei 44 in der Flüssigkeitszufuhrleitung 3 und der zweiten Leitung 52 gezeigten Niveaus überschreitet nun den Umgebungsdruck beim Flüssigkeitsniveau 61 in dem Behälter 60. Diese Druckdifferenz bewirkt, daß die Flüssigkeit in Richtung des Behälters 60 zurückkehrt, bis der hydrostatische Druck in der Flüssigkeitszufuhrleitung 52 Umgebungsdruck erreicht (oder das Ventil innerhalb der Kolben/Ventilanordnung wieder durch eine Wiederholte Bewegung der Kappe 32 in der durch Pfeil 72 gezeigten Richtung geschlossen wird. Wenn Flüssigkeit zu dem Behälter 60 zurückkehrt, so kollabiert die flexible zweite Membran 50 teilweise, um das zunehmende Flüssigkeitsvolumen aufzunehmen, während sie Luft durch das Entlüfungsloch 54 abläßt.
Durch Einbeziehung der flexiblen zweiten Membran 53 als Teil der Flüssigkeitsversorgungseinrichtung, ist eine undurchlässige Barriere geschaffen, die verhindert, daß Flüssigkeit aus dem Entlüfungsloch 54 austritt, wodurch eine weitere Funktionalität gegeben ist. Des weiteren ermöglicht die zweite Membran 53 eine abgemessen oder maximal begrenzt dosierte Flüssigkeitszufuhr an die Flüssigkeitsaufnahme oder -abgabeeinrichtung, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben wurde.
Im Wege eines weiteren Beispiels kann die in Fig. 7 gezeigte Flüssigkeitsversorgungs- bzw. -zufuhrvorrichtung so aufgebaut sein, daß sie einen billigen Flüssigkeitsbehälter 60 aufweist, der entlang einer Schnittstelle 46 abnehmbar bzw. entfernbar ist. Ein derartiger Behälter kann einen Teil einer nachfüllbaren oder entsorgbaren Komponente bilden. Ist die Flüssigkeit in dem Behälter 60 entleert, so kann der Behälter entfernt und ersetzt oder nachgefüllt werden.
In diesem Falle kann die Flüssigkeitszufuhrleitung 52 eine integrale, deformierbare zweite Dichtung 46 haben, die durch Anbringung des Behälters 60 geöffnet wird, jedoch ansonsten verschlossen bleibt. Auf diese Weise ist die Flüssigkeitsversorgungs- bzw. -zufuhrvorrichtung im wesentlichen wiederverwendbar und der Behälter kann entweder wieder auffüllbar oder entsorgbar sein. Die deformierbare Dichtung 46 verhindert einen Flüssigkeitsaustritt aus der Schnittstelle zwischen dem Behälter 60 und dem Rest der Flüssigkeitsversorgungs- bzw. -zufuhrvorrichtung.
Im Wege eines weiteren Beispiels kann die in Fig. 7 gezeigte Flüssigkeitsversorungs- bzw. -zufuhrvorrichtung eine bei 43 und 48 gezeigte Flüssigkeitsaufnahme- oder - abgabeeinrichtung beinhalten, wobei die Komponente 48 eine poröse oder perforierte Materialkomponente ist, wie sie beispielsweise gefunden wird auf einer aerosolerzeugenden Vorrichtung gemäß US 4 533 082, US 4 605 167, PCT/GB92/02262, PCT/GB94/02692, US 5 152 716, GB 2 261 494, US 4 796 807, US 4 602 538, EP 0 655 256 A2, US 5 729 724, US 5 729 724, US 3 812 854, EP 0 480 615 A1, GB 92/11050, EP 0 516 565 A1, US 5 152 456, EP 0 542 723. Die Komponente 43 kann einen piezoelektrischen Aktuator umfassen, der wahlweise mit einer Materialschicht gekoppelt ist zwischen ihm und der perforierten Materialkomponente.
Im Betrieb können viele derartige Vorrichtungen - wenn einmal eine Flüssigkeitszufuhr zu ihnen erreicht ist unter Verwendung der hier beschriebenen Flüssigkeitszufuhrmittel - selbstnachfüllend eine Flüssigkeitsversorgung zu der hinteren Fläche der perforierten Komponente aufrechterhalten in Reaktion auf die Abgabe als Flüssigkeitströpfchen durch die Perforationen. Diese nachfüllende Versorgung kann in gleicher Weise bei einer großen Vielzahl von Tintenstrahlvorrichtungen aufrechterhalten sein. Jede dieser Arten von Tröpfchenabgabevorrichtungen kann im Flüssigkeits-Nachfüllmodus betrieben werden, wenn der Druck der ihnen zugeführten Flüssigkeit nicht so gering ist (relativ zu dem Druck der umgebenden Luft, in welche die Tröpfchen ausgespritzt werden), daß Luft über die Perforationen angesaugt wird (der sogenannte "Bläschenpunkt"-Druck). Dies kann erreicht werden, wenn die Perforationen ausreichend klein sind. Dies ist jedoch keine notwendige Voraussetzung und in der Tat kann Luft durch derartige Tröpfenabgabevorrichtungen angesaugt werden, wenn sie flüssige Tröpfchen ausspritzen. Falls die Luftansaugung die Flüssigkeitsabgabe überschreitet, so reduziert sich das "überschreitende" Flüssigkeitsvolumen (d. h. dasjenige oberhalb der Höhe der Flüssigkeitsabgabeeinrichtung) wenn es Tröpfchen ausstößt. Durch Perforationen in der Abgabeeinrichtung angesaugte Luft (beispielsweise während der Wiederherstellung, wenn nicht abgegebene Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung zu dem Behälter 16 verbleibt), kann in den Behälter 60 eintreten, wenn die Abgabe beendet und das Ventil darauffolgend geöffnet ist. Ein derartiger Luftstrom in den Behälter 60 trägt zum Kollaps der zweiten Membran 53 bei, die für den nächsten Betriebszyklus bereit ist. Dieser Kollaps wiederum gestattet mehrere Betriebszyklen, ohne daß sich die zweite Membran 23 vollständig entfaltet, bevor Flüssigkeit die Flüssigkeitsabgabeeinrichtung über die Leitung erreicht.
Derartige Perforationen jedoch liefern einen direkten oder indirekten Luftweg zwischen der Flüssigkeitszufuhrleitung 52 und dem Umgebungsdruck während des "anfüllenden" halben Zyklus (wie oben beschrieben). Dies verhindert, daß Flüssigkeit so effektiv von der Flüssigkeitsversorgung zu der Abgabeeinrichtung gezogen wird. Um den wirksamen Betrieb wieder herzustellen, kann dieser Luftweg während des anfüllenden halben Zyklus geschlossen werden, und zwar zumindest bis die Flüssigkeit die Perforationen der Abgabeeinrichtungen abdeckt. Dies ermöglicht, daß der Druck entsprechend in der Flüssigkeitszu fuhrleitung 52 reduziert wird, wenn die Kappe 32 nach oben versetzt wird.
Dieser Luftweg kann beispielsweise während dieses anfüllenden halben Zyklus verschlossen werden, indem eine gleitende Dichtung zwischen einer Montage 49 der Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung und dem Innendurchmesser der Kappe 32 ausgebildet wird. Beispielsweise kann die Kappe eine "Tür"-Öffnung 50 aufweisen, die an einer Außenumfangsstelle in der Kappe 32 angeordnet ist und die in die Stelle gleitet vor der Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung, nachdem das Flüssigkeitsniveau in der Flüssigkeitszufuhrleitung die Perforationen bei 48 überdeckt hat. Wenn danach die Kappe 32 fortfährt, sich wie durch Pfeil 72 gezeigt, nach oben zu bewegen, so wird der Luftweg zwischen der Flüssigkeitszufuhrleitung 3 und der Leitung 52 und dem Umgebungsdruck effektiv durch die Flüssigkeit selbst verschlossen, vorausgesetzt, daß die Druckdifferenz zwischen der Flüssigkeit bei diesen Perforationen und dem Umgebungsdruck den oben beschriebenen "Bläschen"-Druck nicht überschreitet. In vielen Situationen ist dies ein einfach anordenbare Sache.
In ähnlicher Weise ist es bei einigen Anwendungen wünschenswert, daß der Höhenunterschied zwischen der Höhe 44 der Flüssigkeit oberhalb der Höhe der Perforationen 48, die entweder aus dem anfüllenden halben Zyklus oder am Ende der Flüssigkeitsabgabe durch die Abgabeeinrichtung resultiert, nicht ausreichend ist, wenn die bei 34 gezeigte Ventilanordnung öffnet, um ein "Entleeren" zu ermögliche, um zu bewirken, daß Flüssigkeit durch diese Perforationen austritt. Dies erfordert, daß der Höhenunterschied derart ist - wobei sich die Oberfläche 44 nun unter atmosphärischem Druck befindet -, daß der Druck der Flüssigkeit bei der Höhe der Perforationen nicht den oben diskutierten "Bläschen"-Druck überschreitet.
Ein spiralförmiges Gewinde zwischen der Kappe 32 und dem Körper 36 gestattet eine gleichzeitige Drehung und ein axialer Versatz der Kappe relativ zu dem Körper ist sehr einfach, wodurch die Öffnung vor der Abgabeeinrichtung sich zum geeigneten Zeitpunkt öffnet.
Es ist selbstverständlich, daß wenigstens einige der aerosolerzeugenden Vorrichtungen am effektivsten arbeiten, falls ihnen Flüssigkeit unter einem Druck zugeführt wird, der geringer ist als der Druck der umgebenden Umgebung, in die sie Tröpfchen abgeben. Bei derartigen Aerosolvorrichtungen hält die Druckdifferenz die bevorzugte Krümmung der Minisken der zugeführten Flüssigkeit innerhalb der Öffnungen der Perforationen aufrecht. Die vorliegende Erfindung ist ausführbar, um Flüssigkeit, insbesondere flüssige Suspensionen, welche die Neigung zur Sedimentation haben, derartigen aerosolerzeugenden Vorrichtungen auf einfache und kosteneffektive Weise zuzuführen.

Claims

1. Flüssigkeitsversorgungs- bzw. Zufuhrvorrichtung mit:

einer Flüssigkeitszufuhrleitung (3) mit steifen wänden und einem offenen Ende (31), das im Gebrauch in der zuzuführenden Flüssigkeit eingetaucht ist,

einer expandierbaren Kammer (56), die in druckübertragender Beziehung zu dem inneren Volumen der Leitung steht und betrieben werden kann, um eine Änderung des inneren Volumens zwischen der Kammer und dem offenen Ende der Leitung vorzusehen,

einem Ventil (54, 55) zwischen dem inneren Volumen der Leitung und/oder der Kammer und der umgebenden Atmosphäre, das Öffnen und Schließen kann und im geöffneten Zustand zumindest Luft oder andere Gase in das innere Volumen einströmen oder aus diesem ausströmen lassen kann und im geschlossenen Zustand ein derartiges Einströmen oder Ausströmen verhindert,

wobei die expandierbare Kammer (56) mechanisch verbunden (51, 52, 58, 59) ist mit dem Ventil (54, 55) derart, daß eine Expansion des inneren Volumens der Kammer, oder die Expansion dieses Volumens und das darauffolgende zur Ruhe kommen dieser Expansion, das Ventil in einem geschlossenen Zustand hält, gekennzeichnet durch

eine Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung (4), die in fluidmäßigem Kontakt mit dem Teil des inneren Volumens der Leitung (3) zwischen der expan dierbaren Kammer und dem offenen Ende der Leitung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei

das Ventil (54, 55) derart angeordnet ist, das es das Volumen an Luft in der Kammer (56) steuert; die Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung (4) einen Auslaß von der Leitung (3) umfaßt, durch den in Gebrauch Flüssigkeit zugeführt wird;

wobei die Kammer und das Ventil es ermöglichen, daß Flüssigkeit zu dem Auslaß bewegt wird, während das Volumen an Luft in der Kammer gesteuert wird, damit die zu dem Auslaß geführte Flüssigkeit unter negativem Druck steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die mechanische Verbindung (51, 52, 58, 59) bewirkt, daß das Ventil in Reaktion auf eine Kontraktion des inneren Volumens der Kammer öffnet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, wobei sich die Leitung über die Höhe (61) der Flüssigkeitsquelle erstreckt, in die ihr offenes Ende (31) eingetaucht ist, so daß die Vorrichtung gegen die Gravität Flüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle aufnimmt und unterstützt durch die Gravität, Flüssigkeit zu der Flüssigkeitsquelle zurückführt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die expandierbare Kammer ein steifes, bewegbares Verschlußelement (51, 52, 54, 55) umfaßt, das das Ende der Leitung oder deren Verlängerung verschließt, das im Gebrauch nicht in Flüssigkeit eingetaucht ist, wobei das Verschlußelement sich entlang der Länge der Leitung bewegen kann, um deren inneres Volumen zu erhöhen oder zu reduzieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das steife, bewegbare Verschlußelement die Form einer undurchlässigen Materialkomponentenanordnung hat, die das Ventil (54, 55) beinhaltet und einen Doppelventilkegel (52) und einen Kolben (51) oder einen Kolben und ein Ventil umfaßt, die entweder innerhalb der Leitung (3) oder deren Verlängerung ausgebildet sind und zu deren inneren Oberfläche abdichten, oder ohne die Leitung oder deren Verlängerung ausgebildet sind und zu deren äußeren Oberfläche abdichten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Doppelventilkegel (52) und der Kolben (51) eine Dichtung aufrecht erhalten können zwischen dem Doppelventilkegel und dem Kolben, wenn der Doppelventilkegel entlang der Länge der Leitung (3) oder deren Verlängerung durch den Kolben versetzt wird, und zudem eine luftabdichtende Abdichtung (53) aufrechterhalten können, zwischen dem Doppelventilkegel und der Leitung oder deren Verlängerung, lediglich dann, wenn sich entweder der Doppelventilkegel in der Richtung (72) versetzt, um das innere Volumen der Leitung zu erhöhen oder wenn der Doppelventilkegel zur Ruhe kommt, nachdem er sich in dieser Richtung versetzt hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die undurchlässige Materialkomponentenanordnung (51a, 52a) eine O-Ring oder U-Ring-Dichtung (13) zwischen den Seitenwänden der Leitung (3) oder deren Verlängerung und dem Doppelventilkegel umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Öffnen des Ventils (541, 12, 52a) bewirkt wird durch eine Bewegung des Doppelventilkegels in eine Richtung (18) zur Reduzierung des Kammervolumens, um die Doppelventilkegeloberfläche von der Dichtfläche des O-Rings oder U- Rings (13) zu trennen, und dabei einen Luftdurchgang (19) zur umgebenden Umgebung freizulegen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher der Doppelventilkegel (52a) eine Dichtung (13, 14) aufrecht erhalten kann zwischen den Seitenwänden der Leitung oder deren Verlängerung und dem Doppelventilkegel, wenn der Doppelventilkegel entlang der Länge der Leitung oder deren Verlängerung versetzt wird, wobei der Doppelventilkegel auch eine luftdichte Abdichtung (451, 12, 52a) zu dem Kolben (51a) ausbildet, nur dann, wenn entweder der Doppelventilkegel (52a) und der Kolben (51a) sich versetzen in der Richtung (17) zunehmenden inneren Volumens der Leitung oder wenn der Doppelventilkegel und der Kolben zur Ruhe kommen, nachdem sie sich in dieser Richtung versetzt haben.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die undurchlässige Materialkomponentenanordnung eine Dichtung (13) zwischen den Seitenwänden der Leitung oder deren Verlängerung und dem Doppelventilkolben umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Öffnen des Ventils bewirkt wird durch eine Bewegung eines O- Rings oder U-Rings (33) relativ zu der Leitung (3, 23) und in Reaktion auf einen Versatz der expandierbaren Kammer (28) in einer Richtung (71) zur Reduzierung des Kammervolumens, um eine Axialnut oder -nuten (21) innerhalb der Dicke der Leitungswand freizulegen und es Luft dabei zu gestatten, um den O-Ring oder U-Ring zu gelangen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, zusätzlich umfassend: Eine an den Wänden der Leitung (23) angebrachte, flüssigkeitsundurchlässige, druckübertragende Membran (24), die eine flüssigkeitsdichte Abdichtung dieser Leitung zwischen der expandierbaren Kammer und dem offenen Ende (31) der Leitung bildet, wobei die Membran fähig ist, die Innenvolumen der Leitung zu expandieren und zu reduzieren zwischen der Membran und dem offenen Ende der Leitung und entsprechend zwischen der Membran und der expandierbaren Kammer in Reaktion auf Druckdifferenzen zwischen der expandierbaren Kammer und dem Teil der Leitung an der gegenüberliegenden Seite der Membran zu der Kammer.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Membran (24) einen Oberflächenbereich hat, der größer ist als der von der Dichtung umschlossene minimale Bereich, den sie mit den Wänden der Leitung (23) ausbildet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, zusätzlich umfassend:

eine Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung (43, 48) in fluidmäßigem Kontakt mit dem Teil des inneren Volumens der Leitung zwischen der Membran und dem offenen Ende (31) der Leitung (23).

16. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der davon abhängigen Ansprüche, wobei die Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung (43, 48) in einer Höhe angeordnet ist über der oberen Oberfläche (61) der Flüssigkeit der Flüssigkeitsquelle, so daß im Gebrauch die Aufnahme- oder Abgabeeinrichtung Flüssigkeit mit einem geringeren Druck aufnimmt als dem Umgebungsdruck außerhalb der Leitung und die aufgenommene Flüssigkeit von dem offenen Ende der Leitung abgibt durch die Wirkung der Gravität, die auf die Flüssigkeit wirkt, sobald das Ventil geöffnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Flüssigkeitsabgabeeinrichtung (43, 48) eine Perforation oder Perforationen (48) beinhaltet, die von dem inneren Volumen zu der umgebenden Umgebung außerhalb der Leitung führen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Flüssigkeitsabgabeeinrichtung (43, 48) eine Tröpfchenherstellungsvorrichtung ist, die durch elektromechanische Anregung entweder des Flüssigkeitsinneren zu den Perforationen oder der Materialregionen, welche die Perforationen (48) bilden, arbeitet.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, zusätzlich umfassend: eine bewegbare Dichtung (49, 32) die zumindest während dem Teil der Expansion der expandierbaren Kammer (28), während dem das Ventil geschlossen ist, derart positioniert ist, daß sie die Perforationen (48) an der Außenfläche der Leitung abdichtet, um einen Zugang von Luft oder anderem Gas durch die Perforationen zu verhindern, wobei gestatten wird, daß Flüssigkeit hochgezogen wird aus einer Flüssigkeitsversorgung, in der das offene Ende der Leitung eingetaucht ist, um die Perforationen zu kontaktieren, wobei die Dichtung danach repositioniert werden kann, um eine Flüssigkeitsabgabe mit Hilfe der Flüssigkeitsabgabeeinrichtung durch die Perforationen zu gestatten.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, zusätzlich umfassend: eine bewegbare Dichtung (49, 32), die zumindest während dem Teil der Expansion der expandierbaren Kammer (28), nachdem das Ventil geschlossen hat, der erforderlich ist, damit Flüssigkeit hochgezogen wird aus einer Flüssigkeitsversorgung, in der das offene Ende der Leitung (52) eingetaucht ist, um die Perforationen zu kontaktieren, derart positioniert ist, daß diese Perforationen an der Außenfläche der Leitung abgedichtet werden, um einen Zugang von Luft oder anderen Gasen durch diese zu verhindern, und wobei die Perforationen ausreichend klein sind, so daß, einmal von der Flüssigkeit kontaktiert, Luft danach bei einer weiteren Expansion der expandierbaren Kammer dann nur durch die Perforationen in geringen Mengen zugelassen wird, verglichen zu den Flüssigkeitsmengen danach, welche durch das offene Ende der Leitung hineingelangen, wobei die Dichtung danach repositioniert werden kann, um eine Flüssigkeitsabgabe mit Hilfe der Flüssigkeitsabgabeeinrichtung über die Perforationen, zu gestatten.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, wobei die Position der bewegbaren Abdichtung mechanisch gekoppelt (32) ist mit der Position der expandierbaren Kammer, derart, daß sie diese Perforationen abdichtet und nicht abdichtet in Reaktion auf die Expansion und Kontraktion der expandierbaren Kammer.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck außerhalb der Leitung und dem reduzierten Druck bzw. Unterdruck innerhalb der Leitung auf dem Niveau der Perforationen (48), die entsteht bei weiterer Expansion der expandierbaren Kammer, was auftritt, nachdem beide dieser Perforationen von Flüssigkeit kontaktiert wurden und die bewegbare Abdichtung (49, 52) geöffnet wurde, um diese Perforationen dem Umgebungsdruck auszusetzen, geringer ist, als der "Blasen-Punkt-Druck" der Flüssigkeit, welche die Perforationen kontaktiert.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die Expansion der expandierbaren Kammer, das Volumen der Leitung, die Position entlang der Leitung der Flüssigkeitsabgabeeinrichtung und die mechanische Kopplung zwischen der beweglichen Abdichtung und der expandierbaren Kammer derart gewählt sind, daß bei Expansion der expandierbaren Kammer von ihrem minimalen hin zu ihrem vollen Volumen, die Menge an Flüssigkeit, die durch das in Flüssigkeit eingetauchte offene Ende der Leitung hochgezogen wird und oberhalb der Position der Flüssigkeitsabgabeeinrichtung durchgelangt, ausreichend klein ist, daß bei jeder Orientierung der Vorrichtung die maximale hydrostatische Höhe, die durch die Flüssigkeit bei den Perforationen bei nachfolgender Kontraktion der expandierbaren Kammer und folgendem Öffnen des Ventils vorhanden ist, geringer ist, als der "Blasen-Punkt-Druck" der Flüssigkeit, welche die Perforationen kontaktiert.

24. Flüssigkeitsbehältnis- und -abgabevorrichtung mit:

einem steifen Gehäuse (51), das einen Behälter (60) definiert und der Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeitsleitung (52) das Gehäuse durchdringt und ein Ende (56) aufweist, das sich innerhalb des inneren Volumens des Behälters öffnet und ein zweites Ende (57), das sich außerhalb des Behälters öffnet, um dabei einen Flüssigkeitsdurchgang zwischen dem inneren Volumen des Behälters und der äußeren Umgebung zu dem Behälter zu schaffen, und die Flüssigkeitsaufnahme- oder -abgabeeinrichtung (43, 48) eine druckübertragende Öffnung (54) aufweist, welche das Gehäuse durchdringt und durch eine undurchlässige, druckübertragende Membran (53) gegenüber einem Flüssigkeitseintritt oder -austritt abgedichtet ist, die expandieren kann, um das Volumen des Behälterinneren sowohl zur Membran (53) wie auch zu dem Gehäuse (51) hin zu expandieren, in Reaktion auf Druckdifferenzen über der Membran, wobei im Gebrauch die Leitung wenigstens teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist und

wobei das maximale durch die Membran innerhalb des Behälters beinhaltete Volumen kleiner ist als das innere Volumen des Behälters.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Membran (53) einen Oberflächenbereich aufweist, der größer ist als der von der Abdichtung umschlossene minimale Bereich, den sie mit den Wänden des Behälters (60) bildet.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei das maximale von der Membran (53) innerhalb des Behälters (60) eingenommene Volumen größer ist als das innere Volumen des Teils der Leitung, der innerhalb des Behälters liegt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei das maximale von der Membran innerhalb des Behälters eingenommene Volumen kleiner ist als das innere Volumen des Teils der Leitung, der innerhalb des Behälters liegt.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, zusätzlich umfassend: eine entfernbare Abdichtung (58), welche die Öffnung (57) der Leitung (52) abdichten kann, die außerhalb oder an der Außenoberfläche des Behälters (60) liegt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Abdichtung (55) ersetzbar ist.

30. Verfahren zum Beinhalten von Flüssigkeit unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Abdichtung (55) verwendet wird und danach in einer Position gehalten wird, in der die Leitung abgedichtet ist, solange es gewünscht wird, Flüssigkeit in dem Behälter zu halten.

31. Verfahren zum Beinhalten von Flüssigkeit, wobei eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 29 in einer Orientierung derart aufrechterhalten wird, daß die obere Oberfläche (61) der Flüssigkeit bei geringerer Höhe verbleibt als der Höhe der Leitungsöffnung (57), die zum Äußeren des Behälters (60) hin offen ist.

32. Verfahren zur Flüssigkeitsversorgung, wobei die Vorrichtung gemäß Anspruch 26 rückorientiert wird aus einer ersten Orientierung, in welcher die obere Oberfläche (61) der Flüssigkeit sich auf einer Höhe unterhalb der Höhe der Leitungsöffnung (57) befindet, die zum Äußeren des Behälters hin offen ist, hin zu einer zweiten Orientierung, derart, daß die obere Oberfläche der Flüssigkeit versetzt wird zu einer Höhe hin unterhalb der Höhe der Leitungsöffnung (52) und wobei das innere Volumen des Teils der Leitung innerhalb des Behälters die maximale volumenmäßige Abgabe an Flüssigkeit aus dem Behälter bei der Rückorientierung begrenzt.

33. Verfahren zur Flüssigkeitszufuhr, wobei die Vorrichtung gemäß Anspruch 27 rückorientiert wird aus einer ersten Orientierung, in welcher die obere Oberfläche (61) der Flüssigkeit sich auf einer Höhe unterhalb der Höhe der Leitungsöffnung (57) befindet, die zum Äußeren des Containers hin offen ist, hin zu einer zweiten Orientierung, derart, daß die obere Oberfläche der Flüssigkeit versetzt wird zu einer Höhe oberhalb der Höhe der Leitungsöffnung und wobei die maximale Expansion der Membran (53) die maximale volumenmäßige Abgabe an Flüssigkeit aus dem Behälter bei der Rückorientierung begrenzt.

34. Verfahren zur Flüssigkeitszufuhr unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei das Ende (57) der Leitung (52), das außerhalb des Behälters (60) liegt, offen ist und einer Druckreduziereinrichtung ausgesetzt ist, derart, daß der Druck an der Leitungsöffnung geringer ist als der Druck an der Oberfläche der Membran (53), die der Öffnung (54) ausgesetzt ist, und wobei das Ende (56) der Leitung innerhalb des Containers in darin beinhaltete Flüssigkeit eingetaucht ist.

35. Verfahren zur Flüssigkeitszufuhr unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 24 oder Anspruch 27, wobei das Ende (57) der Leitung außerhalb des Behälters (60) offen und einer Druckreduziereinrichtung derart ausgesetzt ist, daß der Druck an der Leitungsöffnung geringer ist als der Druck an der Oberfläche der Membran (53), die der Öffnung (54) ausgesetzt ist, wobei das Ende (56) der Leitung im Inneren des Behälters (60) in darin beinhaltete Flüssigkeit eingetaucht ist und wobei des weiteren die maximale volumenmäßige Ausdehnung der Membran (53) die maximale volumenmäßige Abgabe aus dem Behälter begrenzt.

36. Verfahren zur Flüssigkeitszufuhr gemäß einem der Ansprüche 31 bis 35, wobei die Druckreduziereinrichtung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 23 umfaßt.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29 mit einer Flüssigkeitszufuhreinrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 23.