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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Abgabevorrichtung.
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Die Erfindung ist besonders zur Anwendung für elektrostatische
Sprühvorrichtungen
vorgesehen, für
Anwendungen, die beispielsweise die Luftverbesserung, Luftreinigung,
das Versprühen
von Insektiziden, von persönlichen
Pflege- bzw. Hygieneprodukten (z. B. Deodorants, Kosmetika und Parfums)
und von medizinischen und quasimedizinischen Produkten, wie Nasen-
und Atemwegssprays, umfassen.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf
ab, eine Einrichtung bereitzustellen, die geeignet ist, effizient
Material in kleinen Mengen und/oder für relativ kurze Zeit zu liefern.
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Die EP-A-224352 offenbart eine elektrostatische
Sprüheinrichtung
für die
Abgabe von opthalmisch aktiven Verbindungen in diskret dosierten Mengen.
Bei der offenbarten Einrichtung wird Flüssigkeit der Spitze einer Düse zugeführt und
eine Potentialdifferenz zwischen der Düse und einer von der Düse distanzierten
Elektrode angelegt, so daß ein elektrisches
Feld von ausreichender Stärke
an dem Auslaß der
Düse bereitgestellt
wird, um die Formulierung vom Auslaß in Form eines oder mehrerer
Bänder
wegzuziehen, die dann in Tröpfchen
zerbrechen. Um zu ermöglichen,
daß die
Flüssigkeit
in Bändern abgezogen
wird, muß die
Flüssigkeit
an der Spitze der Düse
zum Zeitpunkt des Anlegens der Potentialdifferenz vorhanden sein.
Die Flüssigkeitszufuhr
zu der Düse
erfolgt entweder von einem Behälter
für die Flüssigkeit
innerhalb der Einrichtung oder durch Abziehen der Flüssigkeit
aus einer separaten Quelle unter Anwendung einer Pipettierung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine elektrostatische Sprühvorrichtung
zur Bildung eines Sprays aus einer Säule aus Material geschaffen,
welche Vorrichtung folgendes umfaßt: eine Düse; Mittel zum Aufbauen der
Säule des
zu sprühenden
Materials in einem Durchgang, der zu dem Düsenauslaß führt, so daß die vordere Fläche der
Säule von
dem Düsenauslaß beabstandet
ist; Mittel zum Ausstoßen der
Materialsäule
aus der Düse;
und Mittel zum Anlegen einer Hochspannung an die Säule, so
daß die Sprühpartikel,
die durch das Dispergieren der Säule beim
Ausstoßen
aus der Düse
gebildet werden, elektrisch geladen werden.
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Vorzugsweise wird die Materialsäule im Durchgang
als ein diskreter Strang gebildet, der eine vordere Fläche aufweist,
die vom Düsenauslaß beabstandet
ist.
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Üblicherweise
wird das Material eine Einphasen-Flüssigkeits-Formulierung umfassen;
jedoch kann die Anwendung der Erfindung bei Materialien nicht ausgeschlossen
werden, die in Form von Flüssigkeit
mit darin suspendierten Feststoffteilchen vorliegen. Die Formulierung
kann z. B. mehr als eine Flüssigkeit
umfassen, die miteinander vermischt sind, z. B. kann die Formulierung
einen aktiven Wirkstoff umfassen, wie ein Nasenfreilegungsagens,
einen Verdünner
und andere Agens, wie ein die Viskosität und/oder den spezifischen
Widerstand modifizierendes Agens. Auch kann die Möglichkeit
nicht ausgeschlossen werden, daß das
Material in Form eines pneumatisch transportierbaren fließenden Materials
vorliegt, das keine Flüssigkeit
ist, wie z. B. ein Pulver.
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Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Säule,
vorzugsweise in der Form eines diskreten Stranges des zu versprühenden Materials
innerhalb des Durchgangs gebildet, so daß die Säule/der Strang mit ihrer bzw.
seiner vorderen Fläche
(Meniskus) in einem Abstand von dem Düsenauslaß liegt. Dies erlaubt es, die
Säule/den
Strang sauber aus dem Düsenauslaß auszustoßen, da
die Säule/der
Strang einer Beschleunigung ausgesetzt wird, wenn sie bzw. er sich
gegen den Düsenauslaß bewegt
und daher der Flüssigkeit
eine hohe Ge- schwindigkeit erteilt werden kann, bevor sie die Düsenspitze
erreicht. Wenn z. B. eine Flüssigkeit
mit ihrem vorderen Meniskus an der Düsenspitze angeordnet ist, bevor
sie pneumatisch verdrängt
wird, so wird sie zu Beginn des Versprühens eine geringe Geschwindigkeit
haben, wobei wir gefunden haben, daß unter diesen Umständen eine
Neigung dazu besteht, daß das
Sprühmaterial
zu Beginn des Sprühens
an der Düse
anhaftet. Da die bevorzugte Vorrichtung einen Strang der Flüssigkeit
innerhalb des Durchganges isoliert, der zum Düsenauslaß führt, so weist dieser Strang
eine hintere Fläche
auf und kann sauber aus der Düse
austreten, ohne daß irgendeine
merkliche Tendenz eines Anhaftens des Sprühmaterials auftritt, wie dies
z. B. der Fall wäre,
wenn die Flüssigkeit
im Durchgang ein kontinuierlicher Strom ist, statt vom Flüssigkeitskörper isoliert
zu sein, aus dem er abgezogen wird.
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Vorzugsweise wird eine Hochspannung
an das Material an oder nahe dem Düsenauslaß angelegt.
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Vorzugsweise ist das Material flüssig, und
es ist ein Abschnitt mit verringertem Querschnitt vorgesehen, der
zum Düsenauslaß führt, wobei
die vordere Fläche
stromaufwärts
des Abschnittes mit verringertem Querschnitt positioniert ist.
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Obwohl keine Begrenzung auf irgendeinen besonderen
Bereich des spezifischen Widerstandes gegeben ist, findet die Erfindung
besondere Anwendung für
Materialien mit niedrigem Widerstandswert, insbesondere Flüssigkeiten;
z. B. Flüssigkeiten
mit einem spezifischen Volumenwiderstand von weniger als ungefähr 1 × 107 Ohm/cm, einschließlich Flüssigkeiten, die einen deutlich
kleineren widerstand als 1 × 104 Ohm/cm, z. B. 1 × 103 Ohm/cm
und weniger haben.
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Vorzugsweise ist die Anordnung so
getroffen, daß der
Materialstrahl am Austrittspunkt aus der Düse einen Durchmesser aufweist,
der nicht größer als
300 Mikron und üblicherweise
nicht größer als
ungefähr
15 Mikron ist. Beispielsweise kann der Durchmesser des Strahles
an seinem Austrittspunkt im Bereich von ungefähr 20 bis ungefähr 150 Mikron
betragen, vorzugsweise 25 bis 125 Mikron, und besonders bevorzugt
30 bis 80 Mikron.
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Das Düsendesign ist vorzugsweise
so, daß die
Oberfläche
der Düse
am Austrittspunkt des zu versprühenden
Materials, für
die Bildung einer Corona-Entladung nicht anfällig ist. Daher werden, wie
in der vorbekannten EP-A-510725 offenbart ist, stumpf endende Düsen bevorzugt,
wenn Material zu versprühen
ist, das einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweist.
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Der Druck der Flüssigkeit, der erzeugt wird, um
einen pneumatischen Ausstoß eines
Stranges zu bewirken, wird für
gewöhnlich
durch Betätigung
eines Betätigungsmittels
durch den Benutzer aufgebracht, und solch eine Betätigung des
Betätigungsmittels kann
auch vom Füllen
des Durchganges, der zum Düsenauslaß führt, mit
der Säule/dem
Strang in Vorbereitung für
die pneumatische Ausstoßung
begleitet sein. Der Vorbereitungsschritt und die Flüssigkeitskomprimierung
können
im wesentlichen gleichzeitig erfolgen, und die Anordnung kann so
sein, daß die Betätigung des
Betätigungsmittels
auch von einem Einsatz eines Hochspannungsgenerators begleitet ist,
der mit den Mitteln zum Anlegen der Hochspannung an das zu versprühende Material
verbunden ist, wobei alle diese Operationen zusammen mit dem Ausstoß der Säule/des
Stranges als Ergebnis einer einzigen Betätigung des Betätigungsmittels
durch den Benutzer herbeigeführt
werden. Beispielsweise können
die Betätigungsmittel
normalerweise in einem Bereitschaftsstatus sein, und die Anordnung kann
so sein, daß die
Betätigung
der Betätigungsmittel
anfangs von der Kompression des Fluids und dem Füllen des zur Düse führenden
Durchganges mit dem Strang/der Säule
begleitet ist, gefolgt von der Verbindung des komprimierten Fluids
mit dem Inneren des Durchganges und von der Betätigung der Mittel zum Anlegen
der Hochspannung, so daß,
da der Strang durch den Druck des Fluids verdrängt wird, der Strang eine Kontaktzone
durchquert, die sich an oder in unmittelbarer Nähe des Düsenauslasses befindet und in
der die Hochspannung an den Strang angelegt wird.
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Anstatt alle Operationen durch eine
einzige Betätigung
von seiten des Benutzers herbeizuführen, können diese stattdessen entkoppelt
werden. Zumindest das Vorbereiten des Durchgangs mit dem Strang/der
Säule kann
z. B. durch eine Betätigung
eines ersten Betätigungsmittels
und die Kompression des Fluids (wenn notwendig) stattfinden, das
Anlegen der Hochspannung und die Herstellung der Verbindung zwischen
dem komprimierten Fluid und dem Strang/der Säule können durch Betätigung eines zweiten
Betätigungsmittels
erfolgen. Wo das für
das Ausstoßen
der Flüssigkeit
verwendete Fluid nicht verdichtet ist, aber im Verlauf der Verwendung
der Vorrichtung verdichtet werden muß, kann eine solche Verdichtung
durch Betätigung
des ersten Betätigungsmittels öder des
zweiten Betätigungsmittels herbeigeführt werden.
Eine entkoppelte Betätigung der
Vorrichtung auf diese Weise kann wünschenswert sein, wo es bequemer
für den
Benutzer ist, die Vorrichtung anfangs in Vorbereitung für den Gebrauch
vorzubereiten, ohne notwendigerweise die Düse in einer spezifischen Stellung
zu positionieren, bevor das Vorbereiten durchgeführt wird, z. B. wenn es gewünscht wird,
die Vorrichtung für
einen Nasenfreilegungsspray zu verwenden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind
die Betätigungsmittel
durch den Benutzer aus einer Bereitschaftsstellung auslenkbar und
können
gegen die Bereitschaftsstellung vorgespannt sein, z. B. durch eine
Federbelastung, so daß die
Betätigungsmittel
automatisch in die Bereitschaftsstellung zurückgeführt werden, nachdem sie vom
Benutzer betätigt
wurden. Daher kann z. B. eine vom Benutzer herbeigeführte Auslenkung
des Betätigungsmittels aus
dessen Bereitschaftsstellung von einer Kompression des Fluids begleitet
sein (und gegebenenfalls von einer Vorbereitung des erwähnten Durchgangs),
und die automatische Rückkehr
des Betätigungsmittels
kann von der pneumatischen Ausstoßung begleitet sein, und auch
vom Anlegen der Hochspannung an die Säule/den Strang. Alternativ kann
die vom Benutzer herbeigeführte
Auslenkung des Betätigungsmittels
in eine Richtung aus dessen Bereitschaftsstellung von der erwähnten Fluidkompression
begleitet sein, dem Ausstoßen
der Säule/des Stranges
und dem Anlegen der Hochspannung an den Strang. Der Rückhub des
Betätigungsmittels kann
die Vorrichtung zur Vorbereitung der nächsten Abgabeoperation zurückführen und
kann z. B. von der Wegnahme der Hochspannung und der Vorbereitung
des Durchgangs mit einem frischen Strang/Säule begleitet sein.
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Typischerweise wird das Ausstoßen mit
der Zufuhr von ungefähr
100 μl des
Materials zur Düse verbunden
sein. Üblicherweise
wird die Menge, die bei jeder Operation geliefert wird, im wesentlichen
ein konstantes Volumen im Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 50 μl sein.
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Das Material, aus dem die Düse hergestellt ist,
ist erwünschterweise
ein solches, an dem das zu versprühende Material nicht anhaften
wird, insbesondere über
den Bereich des erwähnten
Durchganges, der von dem Material belegt ist, bevor es pneumatisch
ausgestoßen
wird. In dem Fall, bei dem die zu versprühende Flüssigkeit eine Flüssigkeit
oder eine auf einer Flüssigkeit
basierende Formulierung ist, ist die Düse erwünschterweise zumindest in Teilen
aus einem hydrophoben Material hergestellt, das niedrige Benetzungseigenschaften
aufweist, wie beispielsweise PTFE. Alternativ kann die Düse mit einer
hydrophoben Beschichtung in der genannten Region und/oder auf deren äußerer Oberfläche rund
um den Düsenauslaß, um ein „Kriechen"
der Flüssigkeit
und ein Benetzen zu unterdrücken.
Die Beschichtung kann z. B. aus einer Organo-Silizium-Verbindung gebildet
sein.
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Vorzugsweise weist der Spitzenbereich
der Düse
einen verminderten Durchmesser in bezug zu jenem stromaufwärts des
Bereichs der Spitze auf. Der Durchmesser des Durchganges, der zum
Düsenauslaß führt, wird üblicherweise
ausreichend fein sein, um eine Neigung des unter Druck stehenden Fluids
zum Passieren der Säule/des
Stranges zu vermeiden.
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Die Vorrichtung kann als eine Einheit
transportabel sein, d. h. die Vorrichtung kann ein Gehäuse umfassen,
das einen Hochspannungsgenerator enthält, wie auch einen Behälter zum
Aufnehmen des zu versprühenden
Materials, das Düsenröhrchen mit Mitteln
zum Übertragen
einer Säule
oder eines Stranges des Materials in das Düsenröhrchen, und Mittel zum pneumatischen
Ausstoßen
der Säule/des
Stranges des Materials aus dem Düsen auslaß. Bei einigen Anwendungen
kann die Vorrichtung für
den Handgebrauch geeignet sein, vorzugsweise derart, daß die Bedienung
der Vorrichtung durch Handhabung der Vorrichtung unter Benutzung
der Hand ausgeführt werden
kann, mit der die Vorrichtung gehalten wird. Eine solche Manipulation
kann z. B. die Verwendung der Finger oder des Daumens einschließen, um
ein oder mehrere Betätigungsmittel
der Vorrichtung zu bedienen.
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Bei anderen Anwendungen der Erfindung kann
die Vorrichtung als eine Einheit transportabel, aber für eine Aufstellung
auf einer Tragfläche
ausgebildet sein, z. B. kann die Vorrichtung zum Abgeben von Formulierungen
verwendet werden, die geeignet sind, in einem Raum Wohlgerüche zu verströmen und/oder
zum Reinigen von Luft, in welchem Fall die Vorrichtung für ein Aufstellen
auf einer horizontalen Fläche
ausgebildet sein kann, wie einer Fensterbank oder einem Brett oder
zum Montieren an einer vertikalen Fläche, wie einer Wand.
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In manchen Fällen kann die Vorrichtung als solche
nichttransportabel ausgestaltet sein, kann aber als eine fixierte
Vorrichtung ausgebildet sein, z. B. für die Beschichtung von Gegenständen oder
zur Aufbringung von Markierungs-Agenzien auf diese. In diesem Fall
kann die Bedienung der Vorrichtung automatisch mittels eines Sensors
initiiert werden, der so ausgebildet ist, daß er das Vorhandensein, z.
B. des Gegenstandes in einer Position erfasst, an der die Beschichtung
oder eine andere Formulierung auf den Gegenstand aufgebracht werden
soll.
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In jedem der oben erwähnten Fälle, d.
h. transportierbare, in der Hand zu haltende und fest angeordnete
Vorrichtungen, wird die Bedienung der Vorrichtung in bequemer Weise
in Reaktion auf die Betätigung
eines einzigen oder mehr als eines Betätigungsmittels oder Sensors
gestartet, und die Anordnung ist so, daß die Betätigung zum Auslösen der
folgenden Schritte führt.
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- – Übertragen
des zu versprühenden
Materials in den erwähnten
Durchgang;
- – pneumatische
Ausstoßung
der Säule/des
Stranges; und
- – Anlegen
der Hochspannung an die Säule/den Strang
während
des Ausstoßens.
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Die Hochspannung kann unipolar oder
bipolar sein, wie dies in unseren früheren EP-A-468735 und EP-A-468736
erläutert
ist, deren gesamte Offenbarungen durch diese Bezugnahme darauf in
die vorliegende Beschreibung miteinbezogen wird. Daher kann die
bipolare Spannung verwendet werden, um ein Maß an Schockunterdrückung sicherzustellen und/oder
das Sprühen
von Isoliertargets (z. B. wie im Fall von Haarspray), wie dies in
der EP-A-468735 und EP-A-468736 offenbart ist. Wo eine bipolare Spannungsquelle
verwendet wird, ist die Anordnung vorzugsweise so, daß aufeinanderfolgende
Stränge (oder
aufeinanderfolgende Gruppen von Strängen) von Material, die aus
der Düse
ausgestoßen
werden, mit Spannung der entgegengesetzten Polarität geladen
sind. Daher können
Mittel für
das Koordinieren des Anlegens der Spannung an das Material vorgesehen
werden, das mit einer pneumatischen Ausstoßung in einer weise vorgesehen
ist, daß aufeinanderfolgende
Stränge
von Material (oder aufeinanderfolgende Gruppen von Strängen) mit
Spannung der entgegengesetzten Polarität geladen werden. Dies ist insbesondere
der Fall, wo die Bedienung der Vorrichtung zu einem Ausstoßen von
mehrfachen Strängen von
Material führt,
statt eines einzigen Stranges pro Betätigung der Vorrichtung.
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In der oben definierten Erfindung
ist die Anordnung vorzugsweise so, daß die Spannung an jeden Materialstrang
erst angelegt wird, nachdem der Strang innerhalb der Vorrichtung
vom Materialbehälter
isoliert worden ist.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
schließt
die Vorrichtung zusätzlich
einen Behälter
zur Aufnahme des zu versprühenden
Materials ein, den Durchgang, der den Behälter mit der Düse verbindet,
und Mittel zum Aufbau einer Säule von
zu versprühendem
Material innerhalb des Durchganges, so daß die hintere Fläche der
Säule von
dem übrigen
Material im Behälter
getrennt wird, wobei der Spalt eine elektrische Isolation zwischen
der Spitze der Düse
und dem Behälter
bietet.
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Auf diese Weise ist es möglich, eine
elektrische Isolation des Materials in dem Behälter von der Säule/dem
Strang von Material, an den die Hochspannung angelegt wird, zu erreichen.
Dies wiederum erlaubt es, den Behälter zu erden, wenn dies gewünscht wird,
und der Teil der Vorrichtung, der den Behälter beinhaltet, kann in der
Hand gehalten werden, ohne daß der
Benutzer vom Material in dem Behälter
notwendigerweise isoliert werden muß. Eine solche elektrische
Isolierung des Hauptteiles des zu versprühenden Materials von der Säule/dem
Strang, an den die Spannung angelegt wird, kann besonders vorteilhaft
sein, da die Kapazität
der Vorrichtung während
des Sprühens
merklich reduziert werden kann, und es ist beim Anlegen der Hochspannung
ein rascherer Aufbau des elektrischen Feldes möglich, da die Hochspannung
an eine viel kleinere Menge des zu versprühenden Materials angelegt wird.
Wo die Spannung bipolar ist, wird der Hauptteil des Materials, das
in der Vorrichtung gespeichert wird, nicht den auftretenden Spannungsschwankungen
ausgesetzt, und da der Strang von Material sauber aus der Düse ausgestoßen werden
kann, gibt es eine verminderte Spritzneigung.
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Bisher wurde die Erfindung im Sinne
der Erzeugung eines Sprays definiert, in dem die Spraypartikel durch
das Anlegen einer Hochspannung elektrisch geladen sind. Jedoch können wir
die Möglichkeit
der Vermeidung einer Hochspannungsquelle nicht ausschließen. In
diesem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sprühvorrichtung eine Düse umfaßt, sowie
einen Behälter
für die
Aufnahme von Material, das aus der Düse versprüht werden soll, Mittel für das Vorbereiten
eines Durchganges zu der Düse
mit Material vom Hauptteil des Materials in dem Behälter, und
Mittel zum pneumatischen Ausstoßen des
Materials, das von der Düse
vorbereitet worden ist.
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Nach diesem Aspekt der Erfindung
kann das zu versprühende
Material z. B. eine flüssige
Formulierung umfassen, in welchem Fall die Flüssigkeit einen Sprühnebel bildet,
als ein Ergebnis des hydraulischen Aufbrechens. Wo das Material
ein Pulver umfaßt,
kann der Spray infolge des Dispergierens des Pulvers nach dem Ausstoßen aus
der Düse
gebildet werden.
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Die Erfindung wird nun anhand eines
Beispieles unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen
erläutert,
in denen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Düse
zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung;
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2 eine ähnliche
Darstellung wie 1 mit
einem Strang oder einer Säule
von Flüssigkeit, die
versprüht
werden soll und die teilweise von der Düse ausgestoßen dargestellt ist;
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3 eine
schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der Erfindung für die Verwendung
zur Abgabe eines Nasenfreilegungssprays oder einer ähnlichen
Formulierung;
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4 eine
schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform, bei der die Sequenz
der Operationen mittels eines einzigen Betätigungsmittels herbeigeführt wird;
und
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die 5 und 6 Darstellungen ähnlich jenen in
den 1 und 2, die jedoch ein modifiziertes
Verfahren der Flüssigkeitsentladung
zeigen.
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1 stellt
das Prinzip der Funktion der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
dar. Die Vorrichtung umfaßt
ein Düsenrohr 10,
das an einem Ende in einer Spitze 12 endet, und einen Auslaß bildet,
aus dem die zu versprühende
Flüssigkeit
beim Gebrauch abgegeben wird. Die zu versprühende Flüssigkeit wird innerhalb des
Düsenrohres 10 als eine
Säule oder
ein Strang 14 in einer solchen Weise aufgebaut, daß die vordere
Fläche
der Säule 14 von der
Spitze 12 der Düse
beabstandet ist. Auf diese weise ist eine Lufttasche zwischen der
vorderen Fläche
der Säule 14 und
der Düsenspitze 12 vorhanden. Zusätzlich wird
vor oder währenddes
Ausstoßens
der Säule 14 aus
dem Düsenrohr 10 eine
Tasche aus Luft (oder einem anderen Gas oder Dampf) an der hinteren
Fläche
der Säule 14 gebildet.
Die Säule
14 wird aus
dem Düsenrohr 10 mittels
eines unter Druck stehenden Gases oder Dampfes ausgetrieben, das
bzw. der an der hinteren Fläche
der Säule 14 angelegt wird
(siehe Pfeil P). Der Durchmesser des Rohres 10 ist ausreichend
klein, so daß das
unter Druck stehende Gas oder der Dampf die Säule 14 nicht passieren kann.
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Hochspannung, z. B. im Bereich von
1 bis 8 kV (jedoch abhängig
von der bestimmten Anwendung der Vorrichtung), wird an dem Düsenrohr
durch einen Spannungsgenerator (nicht dargestellt) angelegt. Für diesen
Zweck schließt
das Rohr 10 einen Abschnitt 16 ein, der für den vorgesehenen
Zweck des Anlegens von Hochspannung an die zu versprühende Flüssigkeit
ausreichend elektrisch leitend ist. Der verbleibende Rest des Rohres
stromaufwärts des
Abschnittes 16 ist aus einem elektrisch isolierenden Material
hergestellt. Der Teil des Rohres stromabwärts des Abschnittes 16 kann
elektrisch isolierend sein, doch vorzugsweise hat der stromabwärts gelegene
Abschnitt einige Mittel zum Leiten der Spannung zu der verbleibenden
Flüssigkeit
in dem stromabwärts
liegenden Abschnitt, nachdem deren hintere Fläche den Elektrodenabschnitt 16 freigegeben
hat. Daher kann der Rohrabschnitt stromab des Abschnittes 16 halbleitend
sein oder einen leitenden oder halbleitenden Streifen od. dgl. an
seiner Innenseite aufweisen.
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Beim Betrieb, wenn unter Druck stehendes Fluid
an das Rohr 10 gelegt wird, wird eine Säule 14 zur Düsenspitze 12 hin
verlagert und geht durch den Abschnitt 16 hindurch, wo
sie elektrisch geladen wird. Vor dem Erreichen der Düsenspitze 12 wird
die Säule 14 durch
das unter Druck stehende Fluid beschleunigt und bewegt sich in der
Folge rasch, wenn die vordere Fläche
der Säule 14 die
Düsenspitze
erreicht. Auf diese Weise wird ein sauberes Anfahren bei der Sprühoperation
erreicht, da die Flüssigkeit
die Düsenspitze
nicht erreicht, bis sie beschleunigt worden ist. Die Säule 14 bildet
beim Ausstoßen
aus dem Rohr 10 einen stabilen Strahl 18, der
in elektrisch geladene Partikel zerbricht, die als ein Sprühnebel dispergieren.
Im Fall von Flüssigkeiten
kann das Zerbrechen des Strahles hauptsächlich von hydraulischer Natur
sein, oder es kann zumindest in einem gewissen Ausmaß durch
den hohen Potentialgradienten beeinflußt sein, der in dem Bereich
der Düsenspitze relativ
zur Umgebung oder einem Ziel gegeben ist, das besprüht werden
soll. Im letzteren Fall wird der Strahl, der durch die Säule gebildet
wird, wenn sie aus der Düsenspitze 12 austritt,
eine elektrostatisch induzierte Verengung erleiden, in der Art,
wie sie in unserer früheren
EP-A-510725 offenbart ist, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme
hierauf in die vorliegende Beschreibung miteinbezogen wird.
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Sobald die gesamte Säule 14 ausgestoßen worden
ist, wird unter Druck stehendes Fluid weiter aus der Düsenspitze
entladen und dient zum Ausblasen des Rohres zur Bereitstellung für die nächste Operation.
Das Ausblasen, das durch das unter Druck stehende Fluid herbeigeführt wird,
vermindert die Tendenz, daß Streuflüssigkeit
in der Nähe
der Düsenspitze 12 verbleibt,
was andernfalls zu einem unsauberen Anliegen des Sprühstrahls
an der Düsenspitze
am Ende der Sprühoperation
und/oder am Beginn der folgenden Sprühoperation führen könnte. Die
Düsenspitze 12 weist
erwünschterweise,
wie dargestellt, einen verminderten Durchmesser auf, so daß die Säule durch
den Düsenauslaß "stoß-extrudiert"
wird, wobei sich die Geschwindigkeit des Strahls 18 weiter
erhöht.
Eine solche Reduzierung im Durchmesser der Düsenspitze 12 kann
durch Ziehen eines Rohres an einem seiner Enden erreicht werden,
oder durch Gießen
des Rohres mit einem abgeschlossenen Ende und anschließendem Bohren
eines Loches mit kleinem Durchmesser durch das abgeschlossene Ende
durch Bohren mit einem Laser oder Bohren mit Ultraschall.
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Typischerweise wird das Volumen der
Säule 14 für eine gegebene
Anwendung im wesentlichen konstant sein und im Bereich von ungefähr 2 bis
100 Mikroliter, oder üblicher
von 2 bis 50 Mikroliter liegen. Mit einer geeigneten Ausgestaltung
der Düse,
insbesondere dem Durchmesser des Auslasses an der Düsen spitze,
können
Materialien mit einem weiten Bereich von volumenwiderständen erfolgreich
versprüht
werden. Im Fall von Flüssigkeiten
haben wir z. B. gefunden, daß ein
zufriedenstellendes Versprühen mit
Flüssigkeiten
erreicht werden kann; die spezifische Volumenwiderstände aufweisen,
die so niedrig wie 1 × 103 Ohm/cm und auch niedriger als z. B. 2 × 102 Ohm/cm sein können, obwohl mit derart niedrigen
Widerständen
der "Einschnürungs"-Effekt,
auf den oben hingewiesen ist, üblicherweise
nicht bemerkt wird. Wie in der EP-A-510725 offenbart ist, ist die
elektrostatisch induzierte Einschnürung vorteilhaft, wenn sehr
feine Tröpfchengrößen gefordert werden.
Wenn Flüssigkeiten
mit sehr niedrigen Widerständen
verwendet werden, kann die Abwesenheit einer signifikanten elektrostatisch
induzierten Einschnürung,
falls erwünscht,
durch die Verwendung eines Düsenauslasses
mit einem kleinen Durchmesser kompensiert werden.
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Typischerweise ist der Durchmesser
des Auslasses an der Düsenspitze
nicht größer als
300 Mikron, und üblicherweise
nicht kleiner als ungefähr 15
Mikron. Beispielsweise kann der Auslaßdurchmesser im Bereich von
ungefähr
20 bis ungefähr
150 Mikron, vorzugsweise zwischen 25 bis 125 Mikron, und am meisten
bevorzugt zwischen 30 bis 80 Mikron liegen.
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Es wird nun Bezug auf die 3 genommen, wobei der Nasen-Sprayer
ein Gehäuse 30 umfaßt, das
geeignet dimensioniert ist, um beim Gebrauch in der Hand gehalten
werden zu können.
Das Gehäuse enthält einen
Hochspannungs-Generator 32 und eine Niederspannungs-Batterieversorgung 34 zum
Versorgen des Generators. Die Batterieversorgung kann eine oder
mehrere austauschbare Batterien umfassen, welche von einer wiederaufladbaren
Type sein können,
falls dies erwünscht
ist. Der Generator erzeugt typischerweise eine hohe Spannung von
ungefähr
1 bis 3 kV bis zu 12 bis 15 kV, vorzugsweise von 2 oder 3 kV bis
ungefähr
9 bis 10 kV. Der Betrieb des Generators 32 wird mittels
eines Schalter-Betätigungsmittels 36 gesteuert,
der für
die Betätigung durch
den Benutzer während
des Haltens der Vor richtung in einer Hand geeignet angeordnet ist.
Bei dieser Ausführungsform
ist das Schalter-Betätigungsmittel 36 vom
Drucktastertyp und ist im allgemeinen zentral im Gehäuse 30 angeordnet,
um eine einfache Bedienung mit dem Daumen oder anderen Fingern während des
Haltens der Vorrichtung in der Handfläche zu ermöglichen. Ein Erdungspfad kann über den
Benutzer errichtet werden, z. B. durch Bereitstellung eines solchen
aus einem Kontakt an dem Gehäuse 30,
z. B. den Schalter 36, so daß, wenn die Vorrichtung in
der Hand gehalten wird, eine Erdungsverbindung über den Benutzer bereitgestellt
wird.
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Das Gehäuse 30 ist aus Kunststoffmaterial hergestellt,
das gut elektrische Isolationseigenschaften aufweist und ist in Übereinstimmung
mit den Lehren unserer früheren
EP-A-441501 gestaltet, um es zu ermöglichen, einen billigen und
kompakten Generator zu verwenden. Eine Düse 38 ist an einem
Ende des Gehäuses 30 vorgesehen
und ist innerhalb eines Nasenstückes 40 positioniert,
das mit einer oder mehreren Öffnungen
(nicht dargestellt) ausgestaltet sein kann, durch welche Luft durch
den Benutzer während
des Inhalierens durch die Nase angesaugt werden kann. Die Düse 38 ist
zweckmäßig aus
einem elektrisch isolierenden, nicht benetzenden Kunststoffmaterial
hergestellt (z. B. PTFE) und ist mit einem sich in axialer Richtung
erstreckenden Durchgang 42 verbunden, der in Form eines
Rohres aus einem elektrisch isolierenden Material sein kann. In
der Nähe
der Spitze der Düse 38 ist
der Durchgang 42 mit einer Elektrode 44 ausgerüstet, die
zylindrisch ausgebildet sein kann, mit einem inneren Durchmesser,
der im allgemeinen dem inneren Durchmesser des Durchgangs 42 entspricht.
Die Elektrode 44 ist mit dem Hochspannungsausgang des Generators 32 über eine
Leitung 46 verbunden. Der Generator 32 wird durch
die Bedienung des Schalter-Betätigungsmittels 36,
Teil 36A, erregt, der vorgesehen ist, um ein Schließen eines
Schalterkontaktes 48 durch eine Nockenbetätigung herbeizuführen, da
das Schalter-Betätigungsmittel 36 nach
innen in bezug auf das Gehäuse
gegen die Kraft der Feder 49 verschoben wird. Das Schließen des
Kontaktes 48 schließt
einen Stromkreis, der den Generator 32 und eine Niederspannungsquelle 34 einschließt, wodurch
der Generator mit Strom versorgt wird. Der Generator kann, wie in
der EP-A-441501 offenbart, ausgestaltet sein. Die Feder 49 dient
zum Vorspannen des Schalter-Betätigungsmittels 36 gegen
eine Stellung, die der Deaktivierung des Generators 32 entspricht.
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Die Flüssigkeit aus dem Behälter 50 wird dem
Durchgang 42 über
das Rohr 52 und ein Rückschlagventil 54 infolge
einer Verschiebung des Kolbens 56 zugeführt, der über einen Schaft 57 mit
einem verschiebbar montierten Stellglied 58 verbunden ist,
an dem Ende des Gehäuses,
das vom Düsenende
abgekehrt ist. Der Behälter 50 kann
eine ersetzbare "einsteckbare" Kartusche sein. Das Betätigungsmittel
ist in diesem Fall schrittweise betätigbar, auf Grund der Steuerung
einer einrückbaren
Arretierung 60, die in dem Gehäuse zum Zweck eines Zusammenwirkens
mit einem Zahngesperre 62 angeordnet ist, das innerhalb
des Betätigungsmittels 58 vorgesehen
ist, welches in Form einer Kappe ausgestaltet ist, die das abgekehrte
Ende des Gehäuses umschließt. Die
abzugebende Flüssigkeit
erstreckt sich vom Behälter 50 durch
das Rohr 52 bis zum Ventil 54, so daß als Folge
eines jeden Schrittes der Bewegung des Betätigungsmittels 58 ein
kleiner Strang von Flüssigkeit
aus dem Rohr 52 zum Füllen
des Durchganges 42 übertragen
wird, in der Weise, wie sie in 1 dargestellt
ist.
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Die schrittweise Betätigung des
Betätigungsmittels 58 dient
auch; durch die Verschiebung eines Kolbens 68, der an einem
Schaft 64 montiert ist, zum Unterdrucksetzen der Luft in
einem Behälter 66.
Die Luft strömt über ein
Ventil 70 in eine Druckkammer 72, die mit dem
Durchgang 42 kommunizieren kann, unter der Steuerung eines
Schieberventiles 74, das vom Betäti- gungsmittel 36 gehalten
ist. Das Ventil 74 schließt einen Einlaß 76 ein,
der in Fluchtung mit dem Durchgang 42 bewegt wird, wenn
das Betätigungsmittel 36 betätigt wird.
Normalerweise dient das Ventil 74 dazu, die Druckkammer 72 vom
Durchgang 42 zu trennen. Wenn aber der Einlaß 76 in
eine mit dem Durchgang 42 fluchtende Lage bewegt wird und
eine Verbindung mit der Druckkammer 72 herstellt, wird ein
komprimierter Luftstrahl eingesprüht, der dazu dient, den Strang
von Flüssigkeit
aus dem Durchgang auszustoßen.
Es ist zu beachten, daß die Fluchtung
des Einlasses mit dem Durchgang 42 von der Erregung des
Generators begleitet ist und in der Folge Hochspannung an die Flüssigkeit über die Elektrode 44 angelegt
wird, da sich die Flüssigkeit zur
Düsenspitze
hin bewegt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Hochspannung an die Flüssigkeit
angelegt wird, wird sich die hintere Fläche des Stranges stromabwärts der
Verbindung zwischen dem Durchgang 42 und dem Durchgang 52 befinden
und daher der Strang sowohl physisch wie auch elektrisch von der Flüssigkeit
in dem Durchgang 52 und dem Behälter 50 isoliert sein.
Wenn die relevanten Komponenten der Vorrichtung aus einem elektrisch
isolierenden Material hergestellt sind, so kann die Flüssigkeit
im Behälter 50 an
oder nahe dem Erdpotential liegen. Der Durchgang 80 zu
der Düsenspitze
weist einen verminderten Querschnitt im Vergleich zu dem Durchgang 42 auf,
aus Gründen,
die in Verbindung mit der Ausführungsform
genannt wurden, die in 1 dargestellt
ist.
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Im Betrieb bereitet der Benutzer
anfangs die Vorrichtung vor und verdichtet die Luft durch Betätigung des
Betätigungsmittels 58,
d. h. durch Verschieben desselben in Richtung A in 3. Dies ergibt einen Strang von Flüssigkeit,
der in den Durchgang 42 eingebracht wird, in Bereitschaft
für die
nächste
Stufe der Operation. Der Benutzer richtet dann das Nasenstück 40 auf
das Nasenloch aus, das den Spray empfangen soll, und betätigt das
Betätigungsmittel 36, das
während
des Anfangsabschnittes seines Weges den Schalter 48 betätigt, um
den Generator 32 zu aktivieren, und bewegt dann den Einlaß 76 in
eine Stellung, in der dieser mit dem Durchgang 42 fluchtet
und es ermöglicht,
daß ein
Luftstoß aus
der Kammer 72 ausströmt
und in der Folge den Flüssigkeitsstrang ausstößt, in einer
Weise, wie sie unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben wurde. Zur selben Zeit kann
der Benutzer auf Grund der Betätigung
des Betätigungsmittels 36 durch
die entsprechende Düse
inhalieren, um einen Luftstrom durch das Nasenstück 40 zu erzeugen,
und das Einziehen des Sprays in die Nasenhöhle zu unterstützen, obwohl
dies für
den Betrieb der Vorrichtung nicht wesentlich ist. Da die Spraytröpfchen elektrisch
geladen sind, werden sie sich rasch an der Haut der Nasenhöhle oder
innerhalb des oberen Atmungstraktes ablagern, wodurch sichergestellt
wird, daß das
Eindringen des Sprays begrenzt ist.
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Jede Tendenz zur Ablagerung des Sprays auf
Teilen der Vorrichtung während
des Sprühens kann
vermindert werden, u. zw. durch Herstellen des Nasenteiles aus einem
elektrisch gut isolierenden Material, das dazu neigt, eine Ladung
zu halten, die sie während
des Sprühens
aufgenommen hat. Wenn das Sprühen
beginnt, führt
ein Korona-Effekt zu einer Ablagerung von Ladung auf dem Nasenstück, das wiederum
dazu neigt, die gleichartig geladenen Spraypartikel abzustoßen.
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Es wird nun Bezug auf 4 genommen, wobei diese
Ausführungsform ähnlich jener
nach 3 ist, aber dazu
ausgebildet ist, eine Operation der Vorrichtung mittels einer einzigen
Bedienung durch den Benutzer zu ermöglichen. Die Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse 80,
das für
ein Halten der Vorrichtung in der Hand geeignet dimensioniert ist,
und enthält
einen Hochspannungsgenerator 82 und eine Niederspannungs-Batterieversorgung 84 zur
Energieversorgung des Generators. Der Betrieb des Generators 82 wird
mittels eines Schalter-Betätigungsmittels 86 gesteuert,
das in geeigneter Weise zur Betätigung
durch den Benutzer während
des Haltens der Vorrichtung in einer Hand angeordnet ist. Ein Erdungs-Rückführweg durch
den Benutzer kann z. B. durch Bereitstellen irgendeiner Form von
Kontakt auf dem Gehäuse 80 vorgesehen
werden, so daß,
wenn die Vorrichtung in der Hand gehalten wird, eine Verbindung
zur Erdung durch den Benutzer bereitgestellt wird.
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Eine Düse 88 ist an einem
Ende des Gehäuses 80 vorgesehen
und innerhalb eines Nasenstückes 90 angeordnet,
das mit einer oder mehreren Ausnehmungen (nicht dargestellt) ausgebildet
sein kann, durch welche Luft durch den Benutzer während des
Inhalierens durch die Nase gesogen werden kann. Die Düse 88 ist
vorteilhaft aus einem elektrisch isolierenden, nichtbenetzenden
Kunststoffmaterial hergestellt (z. B. PTFE) und kommuniziert mit
einem sich in axialer Richtung erstreckenden Durchgang 92,
der in Form eines Rohres aus einem elektrisch isolierenden Material
ausgebildet ist. In der Nähe
der Spitze der Düse 88 des
Durchganges 92 ist dieser mit einer Elektrode 94 versehen,
die zylindrisch ausgebildet sein kann, mit einem Innendurchmesser,
der im allgemeinen dem Innendurchmesser des Durchganges 92 entspricht.
Der Enddurchgang 130 ist mit einer Düse versehen, die einen verminderten
Querschnitt aufweist, aus den bereits zuvor diskutierten Gründen. Die
Elektrode 94 ist mit dem Hochspannungsausgang des Generators 82 über eine
Leitung 96 verbunden. Der Generator 82 wird durch
die Betätigung
des Schalter-Betätigungsmittels 86 über einen Arm 150 erregt,
der auf einem Schlitten 152 montiert ist, wobei, nachdem
die Bewegung aufgenommen wurde, es einen Leerweg 154 zwischen
der vorderen Extremität
des Betätigungsmittels 86 und
des Schlittens 152 gibt. Da das Betätigungsmittel 86 nach
innen in bezug auf das Gehäuse
gegen die Wirkung der Feder 99 verschoben wird, berührt die
vordere Extremität
des Betätigungsmittels 86 den
Schlitten 152 und verschiebt diesen nach links, wie in 4 dargestellt ist, mit der
Konsequenz der Betätigung des
Schalters 98, Aktivierung des Generators 82 und daher
das Anlegen der Hochspannung an die Elektrode 94. Nach
dem Freigeben des Betätigungsmittels 86 nehmen
das Betätigungsmittel
und der Schlitten 152 wieder ihre Positionen ein, die durch
die Federn 99 und 158 gegeben sind.
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Die Flüssigkeit aus dem Behälter 100 (nicht notwendigerweise
bemessen) wird dem Durchgang 92 über ein Rohr 102 und
das Rückschlagventil 104 in
Abhängigkeit
von der Verschiebung des Kolbens 106 zugeleitet, der mit
dem Betätigungsmittel 86 über einen
Schaft 107 und einen Arm 108 verbunden ist. Der
Be hälter 100 kann
als eine austauschbare "Einsteck"-Kartusche ausgebildet sein. Die
Flüssigkeit
im Behälter 100 wird über das
Rückschlagventil 110 während der
Rückbewegung
des Betätigungsmittels 86 in
das Rohr 102 abgezogen und wird als ein Strang in den Durchgang 92 injiziert,
in Abhängigkeit von
einer nach innen gerichteten Verschiebung des Betätigungsmittels 86.
Der Leerweg 154 führt
zu einer Verzögerung
zwischen dem Injizieren der Flüssigkeit
in den Durchgang 92 und der Aktivierung des Generators 82.
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Die nach innen gerichtete Verschiebung
des Betätigungsmittels 86 dient
auch dazu, durch die Verschiebung eines Kolbens 114, der
mit dem Betätigungsmittel über einen
Schaft 116 und einen Arm 108 gekoppelt ist, die
Versorgung mit unter Druck stehender Luft in dem Behälter 118 aufrecht
zu erhalten, durch Zuführen
von Luft über
das Rohr 119 und das Rückschlagventil 122 zum
Behälter 118 und
dem zugeordneten Rohr 124. Das Rohr 124 kann mit
dem Rohr 92 kommunizieren, ist aber normalerweise von dem
letzteren durch den Schieber 152 getrennt, der als ein
Ventil wirkt. Die Verbindung zwischen den Rohren 124 und 92 wird
hergestellt, wenn der Schieber genügend weit durch das Betätigungsmittel 86 verschoben
wird, um einen Einlaß 126 in Übereinstimmung
mit dem Rohr 124 zu bringen. Dies wird auf eine solche
Weise abgestimmt, daß der
Schalter 150 betätigt
wird, um den Generator 82 zu aktivieren, bevor die Verbindung
zwischen den Rohren 124 und 92 hergestellt wird.
Nachdem die Verbindung hergestellt worden ist, bewegt sich ein Luftstoß entlang
des. Durchgangs, um den Flüssigkeitsstrang
im Durchgang 92 aus der Düse 88 auszustoßen, in
einer Weise, wie sie im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben
wurde.
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Die Luft wird in die Vorrichtung über einen Filter 130 und über das
Ventil 132 während
der Rückbewegung
des Betätigungsmittels 86 und
daher des Kolbens 114 eingesogen. Der Behälter 118 kann
mit Mitteln zur Bereitstellung einer visuellen Indikation versehen
sein, daß der
Behälter
unter einem ausreichend hohen Druck steht, um einen Abgabevorgang zu
starten. Zu Be ginn, bevor die Vorrichtung für einen Abgabevorgang verwendet
werden kann, muß der Zylinder,
in dem der Kolben 106 arbeitet, und das zugeordnete Rohr 102 gefüllt werden
(z. B. als Teil des Herstellungsverfahrens).
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Aus dem Vorstehenden kann ersehen
werden, daß die
Aufeinanderfolge der Operationen in Abhängigkeit von einer einzigen
Betätigung
des Betätigungsmittels 86 herbeigeführt wird.
Bei dieser Ausführungsform
muß die
Vorrichtung anfangs für den
Gebrauch vorbereitet werden, und der Benutzer wird zuerst das Nasenstück 90 mit
dem entsprechenden Nasenloch in Übereinstimmung
bringen und dann das Betätigungsmittel 86 nach
innen pressen, was zu der folgenden Abfolge führt:
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- – Betätigung des
Kolbens 10b und 114 mit nachfolgender Injektion
eines Flüssigkeits-Stranges
in das Rohr 92 und Druckbeaufschlagung des Behälters 118,
- – Aktivierung
des Generators zum Anlegen einer Hochspannung an die Elektrode 94,
- – Übertragung
eines Luftstoßes
entlang des Rohres 92,
- – elektrische
Ladung des Flüssigkeitsstrang,
und
- – Ausstoßen und
Zerbrechen des Stranges in einen Sprühnebel.
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Wenn das Betätigungsmittel 86 für die Rückkehr in
die dargestellte Stellung freigegeben wird, werden die Kolben 106 und 114 und
das Schieberventil 152 in die Stellungen rückgesetzt,
die von dem Nachfüllen
der Flüssigkeit
und der Luftversorgung in den Rohren 102 und 119 und
der Deaktivierung des Generators 82 verbunden sind.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen
wird ein diskreter Strang von Flüssigkeit
in den Durchgang injiziert, der zu der Düse führt. Bei einer alternativen
Ausführungsform,
wie sie in den 5 und 6 dargestellt ist, ist die
Anordnung so, daß die
Flüssigkeit
innerhalb des Durchganges, der zur Düsenspitze führt, als Säule aufgebaut wird und nicht notwendigerweise
als ein Strang, der vom Flüssigkeits-Versorgungsbehälter isoliert
ist. Wie in 5 dargestellt
ist (in der Teile, die gemeinsam mit der Ausführungsform nach 1 sind, mit den gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet sind), wird vor dem Ausstoßen eine Säule 200 der Flüssigkeit
innerhalb des Rohres 10 aufgebaut, die sich (obwohl dies
nicht wesentlich ist) ohne Unterbrechung vom Hauptflüssigkeitsbehälter weg
erstreckt. Die Säule 200 wird
in einer solchen Weise aufgebaut, daß sie sich über den Einlaß 202 mit
ihrer vorderen Fläche 204 hinaus erstreckt,
die von der Spitze des Düsenabschnittes 12 zurückgezogen
ist. Der Einlaß 202 ist
mit einer Quelle von unter Druck stehendem Fluid (z. B. Luft) verbunden.
Wenn die Abgabe der Flüssigkeit
als ein Sprühnebel
gestartet wird, so wird Luft durch den Einlaß 202 in das Rohr 10 injiziert,
um so in die Flüssigkeitssäule in dieser
Lage einzubrechen und daher den Teil 206 der Flüssigkeit
zu isolieren, die dann hinter die Hochspannungs-Elektrode 16 und
aus der Düse
(siehe 6) getrieben
wird, um einen elektrisch geladenen Spray von Tröpfchen zu bilden.