EP0497255A2

EP0497255A2 - Austragdüse für Medien

Info

Publication number: EP0497255A2
Application number: EP92101302A
Authority: EP
Inventors: Fritz Zuckschwerdt
Original assignee: Erich Pfeiffer GmbH; Ing Erich Pfeiffer GmbH
Current assignee: Aptar Radolfzell GmbH
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1992-08-05
Anticipated expiration: 2012-01-28
Also published as: DE59207691D1; ATE146384T1; JPH05104038A; DE4102632A1; US5295628A; EP0497255A3; EP0497255B1; JP3401267B2; ES2095335T3

Abstract

Bei einer Austragdüse (1) wird durch eine innere Düsenöffnung (44) Flüssigkeit in einem Sprühkegel gegen eine spitzkeglige Leitfläche (47) in eine Kammer (29) gesprüht und dieser Sprühkegel in seiner bei der Düsenöffnung (44) liegenden Zone quer mit einer Druckluftströmung aus einem Quereintritt (27) beaufschlagt. Dem Quereintritt (27) etwa gegenüberliegend wird in einem nutförmigen Kanalabschnitt (30) der Kammer (29) von einem Längseintritt (28) zu einem Kammer-Ausgang (52) eine Luftströmung geführt, an welche das in der Kammer (29) erzeugte Aerosol überführt, beschleunigt und dann unter Umlenkung (31) in entgegengesetzter Richtung gegen die Prallfläche (34) eines Prallzerstäubers (20) gerichtet wird. In diesem erfolgt eine Umlenkung (32) in entgegengesetzter Richtung, wonach das feinst aufbereitete Aerosol sofort durch einen End-Kanalabschnitt (37) und eine Austrittsöffnung (38) ins Freie ausgetragen wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Austragdüse, insbesondere für fließfähige, zerstäubbare Medien, wie sie z.B. durch wässrige, ölige oder ähnliche Flüssigkeiten, aber auch durch andere Stoffe, gebildet sind. Die Austragdüsen-Anordnung bzw. -einheit soll dabei insbesondere für solche Austragvorrichtungen geeignet sein, die für den Austrag manuell entweder in einer Pumpbewegung und/oder wie bei Aerosoldosen in einer Ventil-Öffnungsbewegung zu betätigen sind. Solche Austragdüsen sind baulich meist sehr klein und können Düsenöffnungen bzw. Düsenkanäle mit einer Weite von weniger als einem oder einem halben Millimeter haben.
Insbesondere beim Austrag kleiner dosierter Medienmengen, die nur unter verhältnismäßig geringen bzw. ungleichmäßigen Drücken gefördert werden können, ist eine Aufbereitung in feinstverteilte Tröpfchen bzw. in einen feinen pulverigen Sprühnebel sehr schwierig, wobei selbst mit mehrstufiger Düsenzerstäubung bislang eine Tröpfchengröße unter etwa 20 µ kaum zu erreichen war.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Austragdüse für Medien zu schaffen, bei welcher Nachteile bekannter Ausbildungen vermieden sind und die insbesondere auf verhältnismäßig einfache Weise eine sehr genau bestimmbare, homogene und/oder feinste Zerstäubung ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die nicht fakultativen Merkmale des Anspruches 1 vorgesehen. Vorzugsweise sind zwei oder mehr gleichzeitig bzw. in Stufen aufeinanderfolgend arbeitende Zerstäuber vorgesehen, die nach mindestens einem derjenigen Zerstäuberprinzipien arbeiten, die durch eine Prall- bzw. Rückprallzerstäubung, eine Wirbelzerstäubung, eine Strömungszerstäubung unter beschleunigter Strömungsgeschwindigkeit, eine Druckgaszerstäubung und eine von einer Düsenöffnung ausgehende Abreiß- bzw. Sprühkegelzerstäubung definiert sind. Je nach den hinsichtlich der Zerstäubung relevanten Eigenschaften des zu zerstäubenden Mediums kann jede einzelne oder können mehrere dieser Zerstäubungsarten vorgesehen werden, wobei z.B. auch eine Austragdüse ohne Verwendung einer Prallzerstäubung denkbar ist.
Bevorzugt jedoch und für die meisten Medien gleichermaßen vorteilhaft, ist mindestens eine Prall- bzw. Rückprallzerstäubung vorgesehen, die zweckmäßig unmittelbar vor Austritt des Mediums aus der ins Freie führenden Düsen-Austrittsöffnung wirksam ist. Stattdessen oder zusätzlich kann aber auch eine Umlenkzerstäubung dergestalt vorgesehen sein, daß der Fluidstrom vor dem Austritt mindestens einer Umlenkung mit einem Umlenkungswinkel in der Größenordnung zwischen 100 und 180° und damit starken Strömungsverzerrungen unterworfen wird. Der Fluidstrom kann dabei auch zunächst entgegen der Hauptströmungsrichtung der Austragdüse und ohne Geradführung sofort wieder entgegengesetzt umgelenkt werden. Anstatt den Fluidstrom mit hoher Strömungsgeschwindigkeit auf ein Fluidpolster aufprallen zu lassen, ist hierfür zweckmäßig eine Prallfläche vorgesehen, gegen die eine Richtdüse gerichtet ist und welche eine ausgerundete Leitfläche zur Umlenkung des Fluidstromes bildet.
Stattdessen oder zusätzlich kann auch eine in eine Wirbelkammer gerichtete Sprühkegel-Mediendüse vorgesehen sein, die gegen schräge Leitflächen gerichtet ist, an welchen der Fluidstrom in eine die Düsenachse umgebende, ringförmige Walzenströmung überführt werden kann. Eine Strömungsstörung zur Erhöhung des Verwirbelungseffektes kann durch eine quer zur Düsen- bzw. Kammerachse gerichtete Strömung erzeugt werden, welche einen die Austrittsöffnung der anderen Düse stirnseitig aufweisenden Vorsprung an voneinander abgekehrten Seiten und an der Stirnseite umströmt, wodurch auch eine Abreiß-Zerstäubung an den Kanten des Düsenvorsprunges erzielt wird.
Durch eine konzentrierte, von den Strömungsverhältnissen in der übrigen Kammer im wesentlichen unabhängige, strangartige Längsströmung entlang eines Teiles des Umfanges der Kammer, gegen die zweckmäßig keine Querströmung direkt gerichtet ist, kann eine starke Differenzströmung zwischen der eigentlichen Wirbelströmung in der Kammer und der Längsströmung erzielt werden. In der Grenzschicht zwischen diesen beiden Strömungen können hohe Zerstäubungskräfte wirksam werden. Ferner kann die Längsströmung gegen den etwa ihrem Querschnitt entsprechenden Kammerausgang gerichtet sein, so daß sie unter Unterstützung durch die Querströmung zerstäubtes Medium aus der übrigen Kammer aufnimmt und unter Verdichtung bzw. Beschleunigung oder Drosselung durch den Kammerausgang herauspreßt.
Der Kammerquerschnitt kann von mindestens einem oder allen zweckmäßig im Bereich eines Kammerendes liegenden Einlässen über einen Teil der Kammerlänge im wesentlichen konstant sein und/oder abnehmen, wobei er zweckmäßig auf einen über die Hälfte der Kammerlänge bzw. über die Querströmung hinausreichenden Teil seiner Länge nahezu konstant ist und dann über den restlichen, etwa gleich langen Teil bis zum anderen Kammerende bzw. bis zum Kammerausgang abnimmt. Dadurch ergibt sich eine ringtrichterförmige Verengung zum Kammerausgang.
Die Zerstäubungswirkung kann auch dadurch verbessert werden, daß eine Mediendüse, die einen Sprühkegel erzeugt, innerhalb einer Kammer gegen mindestens eine schräge Leitfläche gerichtet ist, die in der Sprührichtung etwa von der Düsenachse radial nach außen bzw. nach hinten geneigt ist, so daß der Sprühstrahl nicht rechtwinklig, sondern unter einem spitzen Winkel auftrifft. Diese Leitfläche, die zweckmäßig bis zum Innenumfang der Kammer reicht, kann in einfacher Weise durch eine kegelige bzw. spitzkegelige Ringfläche gebildet sein, deren mittlerer Durchmesser etwa dem größten Auftreffdurchmesser des Sprühkegels entspricht. Die Spitze dieses Kegels, der einen Kegelwinkel von etwa 90° hat, ist in einem gegenüber der Weite der Düsenöffnung wesentlich größeren Abstand gegen die Mediendüse gerichtet und kann einen Abstand von der Mediendüse haben, der in der Größenordnung der Hälfte der Innenweite der Kammer liegt. Der Kegel bildet die der Mediendüse gegenüberliegende, von der ebenen Form abweichende Endwand der Kammer. Zweckmäßig hat diese Endwand einen im Bereich ihrer Kegelspitze zu messenden kleinsten Abstand von der Querströmung, der etwa so groß wie die dazu parallele Querschnittserstreckung der Querströmung bzw. des zugehörigen Strömungseintrittes ist.
Besonders zweckmäßig ist ein Verfahren, bei welchem flüssiges Medium zunächst ohne vorangehende Luftbeimischung unter vorangehender Drallbeeinflussung axial in die Kammer und gegen die gegenüberliegenden schrägen Leitflächen gesprüht, zuvor beim Verlassen der Sprühdüse von einem quer zum Sprühkegel liegenden Luftstrom beaufschlagt und dann aus dem Hauptteil der Kammer in eine Längs-Luftströmung überführt wird, von welcher das zerstäubte Medium durch einen Kammerausgang herausgenommen und nach zweimaliger Umlenkung von zunächst etwa 90 und dann etwa 45° gegen die Prallfläche gerichtet wird. Von dieser wird das Medium unmittelbar durch den letzten, die ins Freie führende Austrittsöffnung der Austragdüse bildenden Kanalabschnitt ins Freie ausgetragen. Es hat sich gezeigt, daß, wenn am Ausgang der Mediendüse eine Sprüh-Tröpfchengröße des Mediums von etwa 70 bis 100 µ zu erzielen ist, dadurch am Ausgang der Austrittsöffnung eine Tröpfchengröße von nur 8 µ erreicht wird. Wesentlich ist dabei auch, daß der gegen die Prallfläche gerichtete Medienstrom nach dem Aufprallen nicht an einer Außenkante der Prallfläche zu deren Rückseite geführt, sondern an der Prallfläche quasi in entgegengesetzter Richtung reflektiert und in dieser Reflektionsrichtung weitergefördert wird. Die Prallfläche bildet daher den Boden einer im wesentlichen geschlossenen, sehr flachen bzw. linsen- oder halblinsenförmigen Kammer, deren Begrenzungen nur im Bereich mindestens eines Einganges und mindestens eines Ausganges offen ist.
Die Austragdüse läßt sich sehr einfach aus zwei in einen Grundkörper einzusetzenden Düsenkappen herstellen, von denen eine im Innern einen Kernkörper aufnimmt, welcher mit einer Stirnfläche die Prallfläche und/oder mit der anderen Stirnfläche die geneigte Leitfläche bildet. Diese Düsenkappe kann am hinteren Ende mit der anderen, zweckmäßig eine kleinere Außenweite aufweisenden Düsenkappe im wesentlichen und so verschlossen sein, daß einerseits Eintritte für die Quer- und/oder die Längsströmung offen bleiben und andererseits das hintere Ende der von der vorderen Düsenkappe umschlossenen Kammer geschlossen ist.
Die erfindungsgemäße Austragdüse eignet sich insbesondere für Austragvorrichtungen, die zwei mit einer einzigen Handhabe simultan zu betätigende Pumpen, nämlich eine aus einem Speichergefäß nachsaugende Schubkolben-Flüssigkeitspumpe und eine Druckluftpumpe, aufweisen, so daß beide Medien der Austragdüse unter Überdruck und ggf. mit verzögert gesteuertem Förderbeginn bzw. Förderende zugeführt werden können. Eine solche Austragvorrichtung ist in der DE-OS 27 22 469 beschrieben, auf die wegen weiterer Einzelheiten und Wirkungen Bezug genommen wird.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Austragdüse an einem Betätigungs- und Austragkopf im Axialschnitt,
Fig. 2: einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 3: eine Ausschnittsvergrößerung des Querschnittes nach Fig. 2 mit ebenfalls geschnittener Austragdüse,
Fig. 4: einen Querschnitt etwa nach der Linie IV-IV in Fig. 1 und
Fig. 5: einen Querschnitt etwa nach der Linie V-V in Fig. 3.

Die vollständig aus Kunststoff-Spritzteilen hergestellte Austragdüse 1 ist an einem im wesentlichen dünnwandig gehäuseförmigen Grundkörper 2 angeordnet, der dazu bestimmt ist, mit einer Kappe 3 eine Austragvorrichtung zu übergreifen, die mindestens zwei parallel arbeitende Pumpen aufweist. Der Mantel der Kappe 3 bildet den Zylinder 4 für den Pumpkolben einer Luftpumpe und begrenzt zwischen diesem Pumpkolben und der Kappenstirnwand eine Druckkammer 5. Im Zentrum der Kappenstirnwand liegt ein in die Kappe gerichteter Steckflansch 6 zur Steckverbindung mit dem Betätigungs- bzw. Kolbenstößel einer Medienpumpe, der den Pumpkolben der Luftpumpe verschiebbar und abgedichtet durchsetzt. Die Medienpumpe kann mindestens ein Auslaßventil aufweisen, so daß erst ab einem vorbestimmten Druck in der Pumpenkammer der Medienpumpe in den Steckflansch 6 gefördert wird. Der Steckflansch 6 ist von einem weiteren, innerhalb des Kappenmantels liegenden Steckflansch 7 umgeben, welcher eine die Druckkammer 5 stirnseitig begrenzende Endwand aufnimmt, welche mindestens ein Auslaßventil der Luftpumpe aufnimmt, so daß auch diese ggf. erst nach Erreichen eines bestimmten Kammerdruckes Luft zur Austragdüse 1 fördert. Die Auslaßventile können so justiert sein, daß der Förderbeginn bzw. das Förderende der Luft zeitlich gegenüber demjenigen des Mediums z.B. so versetzt ist, daß der Förderbeginn der Luft bereits vor dem Förderbeginn des Mediums einsetzt und/oder das Förderende der Luft später als das Förderende des Mediums liegt.
Die von der Austragvorrichtung abgekehrte äußere Stirnseite des Grundkörpers 2 bildet eine Druck-Handhabe zur manuellen Betätigung mindestens einer oder aller Pumpen durch Fingerdruck, so daß sich ein rein manueller Pumpenantrieb ergibt. Zwischen der Handhabe 8 und der Druckkammer 5 bildet der Grundkörper 2 einen zu seiner Kappenachse querliegenden Düsenflansch 9 zur Aufnahme und lagefesten Halterung der drei gesonderten, den Düseneinsatz der Austragdüse 1 im wesentlichen bildenden Düsen-Bauteile. Die Düsenachse 10 liegt damit radial bzw. quer zur Betätigungsrichtung. Der Steckflansch 6 begrenzt einen annähernd rechtwinkligen Medienkanal 11, welcher den den Betätigungsstößel durchsetzenden Auslaßkanal mit dem inneren bzw. hinteren Ende der Austragdüse 1 flüssigkeitsleitend verbindet.
Etwa achsparallel zum und neben dem Medienkanal 11 ist ein Luftkanal 12 vorgesehen, welche die Druckkammer 5 mit der Austragdüse 1 zwischen deren hinteren und vorderen Ende verbindet. Der Düsenflansch 9 bildet eine vordere bzw. bis zum Außenumfang des Grundkörpers 2 reichende, weitere Aufnahmebohrung 13, an deren Boden eine etwa achsgleiche, jedoch engere und kürzere sowie ringförmige Aufnahmebohrung 14 anschließt. In die kernfrei hergestellte Aufnahmebohrung 13 ist ein vorderer Düsenkörper 15 festsitzend eingesetzt, der axial über den Außenumfang des Grundkörpers 2 geringfügig vorstehen kann. Zuvor ist in die Aufnahmebohrung 14 reibungsschlüssig ein kleinerer Düsenkörper 16 bis zum Anschlag festsitzend eingesetzt, gegen dessen vorderes Ende der Düsenkörper 15 axial angeschlagen ist. In den Düsenkörper 15 ist ein gesonderter Kernkörper 17 eingesetzt, während ein in den Düsenkörper 16 angeschlagen eingreifender Kernkörper 18 einteilig mit dem Grundkörper 2 ausgebildet, nämlich durch den Bohrungskern der ringförmigen Aufnahmebohrung 14 gebildet ist. Der Kernkörper 15 ist mit einer an seinem Umfang liegenden Schnappverbindung 19 insbesondere axial gegenüber dem Grundkörper 2 gesichert, wodurch mittelbar auch der Düsenkörper 16 axial gesichert ist. Die Austragdüse 1 weist innerhalb der Düsenkörper verschiedene, aufeinanderfolgende Zerstäubungs- und Mischstufen auf, wobei insbesondere eine Prallzerstäubung 20 vorgesehen ist, welche der Medienstrom passiert, nachdem er den größten Teil seines Strömungsweges durch die Austragdüse 1 zurückgelegt hat. Diese Prallzerstäubung 20 liegt im Bereich der Innenseite einer Kappenstirnwand 21 des Düsenkörpers 15, die das äußere Ende der Austragdüse 1 bildet und deren Innen- und/oder Außenseite im wesentlichen eben ist. Über die Innenseite steht der Kappenmantel 22 des Düsenkörpers 15 vor, der abgedichtet in die Aufnahmebohrung 13 eingesetzt ist und zwischen seinen Enden am Außenumfang die Schnappverbindung 19 aufweist.
In entsprechender Weise weist der Düsenkörper 16 eine vordere Kappenstirnwand 23 auf, deren im wesentlichen ebene Innenseite gegen die vordere Stirnwand des Kernkörpers 18 angeschlagen ist, wobei der über diese Innenseite vorstehende Kappenmantel 24 festsitzend bzw. im wesentlichen abgedichtet sowohl in den Außenumfang wie auch in den Innenumfang der Aufnahmebohrung 14 eingreift. Die Außenweite bzw. der Außendurchmesser des Düsenkörpers 16 ist etwa um ein Drittel kleiner als derjenige des Düsenkörpers 15, jedoch größer als dessen Innenweite.
Von den hinteren Enden des Düsenkörpers 15 und der Aufnahmebohrung 13 sowie vom Außenumfang des vorderen Endes des Düsenkörpers 16 ist ein diesen umgebender, flach ringförmiger Kanalabschnitt 25 begrenzt, an den an einer eng begrenzten Umfangszone tangential ein erweiterter Endabschnitt des Luftkanales 12 anschließt. Im Bereich dieser Umfangszone ist das hintere Ende des Kappenmantels 22 mit einer durchgehenden Radialnut versehen, die einen zur gemeinsamen Düsenachse 10 der Düsenkörper 15, 16 radialen Kanalabschnitt 26 sowie mit ihrem radial inneren Ende am Innenumfang des Kanalmantels 22 einen Quereintritt 27 bildet.
In Umfangsrichtung im Abstand davon, insbesonders diametral gegenüberliegend, ist am hinteren Ende des Kappenmantels 22 im Bereich von dessen Innenumfang ein Längseintritt 28 vorgesehen, der wesentlich enger als der Quereintritt 27, jedoch ebenfalls unmittelbar an den Kanalabschnitt 25 dadurch angeschlossen ist, daß er praktisch in dessen vorderer, ringförmiger Begrenzungsfläche liegt. Der Innenumfang des Kappenmantels 22 ist zwischen dessen hinterem Ende und dem Kernkörper 17 bzw. bei herausgenommenem Kernkörper 17 über die gesamte Mantellänge von nahezu konstantem Querschnitt. Zwischen dem Kernkörper 17 und dem hinteren Ende des Kappenmantels 22 ist in diesem eine etwa in der Düsenachse 10 liegende Kammer 29 begrenzt, die etwa über die Hälfte ihrer Länge auf ihrem gesamten Querschnitt von Einbauten bzw. Unterbrechungen frei ist. In diese Kammer mündet der an das hintere Kammerende im wesentlichen anschließende Quereintritt 27.
Im Innenumfang des Kappenmantels 22 bzw. der Kammer 29 ist mindestens ein vertiefter, zur Kammerachse etwa paralleler, geradliniger und glattwandiger Kanalabschnitt 30 vorgesehen, der dem Quereintritt 27 diametral gegenüberliegen kann und in dessen hinteres Ende der Längseintritt 28 mündet. Der Kanalabschnitt 30 reicht vom hinteren Ende des Kappenmantels 22 bis zur Innenseite der Kappenstirnwand 21, an welcher er etwa rechtwinklig in einen gegen die zugehörige Düsenachse 10 gerichteten Kanalschenkel übergeht. Dieser Kanalschenkel reicht nicht bis zur Düsenachse 10 und bildet an seinem radial inneren Ende eine weitere Strömungs-Umlenkung 31 mit einem Umlenkungswinkel zwischen etwa 45 und 90°, durch welche die Strömung etwa entgegen der Strömungsrichtung im Kanalabschnitt 30 bzw. entgegen der Aerosol-Austrittsrichtung aus der Austragdüse 1 so umgelenkt wird, daß er durch eine Richtdüse 33 nach hinten gerichtet unter einem spitzen Winkel gegen die Achse der Prallzerstäubung 20 austritt. Die Richtdüse 33 ist im wesentlichen durch das radial innere Ende des Kanalschenkels gebildet und liegt etwa in der Ebene der Innenseite der Kappenstirnwand 21.
Die Prallzerstäubung 20 bildet eine weitere Strömungs-Umlenkung 32, durch welche die Strömung in entgegengesetzter Richtung, nämlich wieder in Austrittsrichtung aus der Austragdüse 1 umgelenkt wird. Zu diesem Zweck weist die Prallzerstäubung 20 eine muldenförmig flache bzw. kugelkalottenförmige Prallfläche 34 auf, deren Krümmungsmittelpunkt vor dem vorderen Ende der Austragdüse 1 in deren Achse liegt. Die Außenweite der Prallvertiefung ist mehrfach größer als ihre Tiefe, wobei die Richtdüse 33 im Anschluß an die Umfangsbegrenzung der Prallfläche 34 gegenüberliegt und gegenüber dieser eine vielfach kleinere Fläche einnimmt. Die Prallfläche 34 bildet den Boden einer Umlenkkammer 35, deren gegenüberliegende Wand im wesentlichen eben ist und die im Zentrum ihre größte Tiefe derart hat, daß sie im Axialschnitt von diesem Zentrum zum Außenumfang unter wenigen Winkelgraden spitz ausläuft.
In der gegenüberliegenden Stirnwand liegt praktisch abstandsfrei neben der Richtdüse 33 der Kammer-Ausgang 36, der durch das hintere Ende eines Kanalabschnittes 37 gebildet ist, dessen vorderes Ende die ins Freie führende und etwa in der Ebene der vorderen Stirnfläche der Kappenstirnwand 21 liegende Austrittsöffnung 38 der Austragdüse 1 bildet. Der Kanalabschnitt 37 hat über seine gesamte Länge im wesentlichen konstante Innenquerschnitte, so daß der Ausgang 36 in der Ebene der Innenseite der Kappenstirnwand 21 nahezu über seinen gesamten Umfang begrenzt ist. Die Richtdüse 33 umgibt dabei die Umfangsbegrenzung des Ausganges 36 über einen größeren Bogenwinkel von z.B. 180°, wobei die Richtdüse 33 und der Ausgang 36 nur durch einen schmalen Grat voneinander getrennt sind. Die Weite des Ausganges 36 ist wesentlich kleiner als die Außenweite der Prallfläche 34, jedoch ist sein Durchlaßquerschnitt etwa gleich demjenigen der Richtdüse 33. Es ist auch denkbar, zwei oder mehr gleichmäßig über den Umfang verteilte Längskanäle 30 mit zugehörigen Längseintritten 28 bzw. Richtdüsen 33 vorzusehen.
Zwischen den hinteren Enden des Kappenmantels 24 und der Ring- bzw. Aufnahmebohrung 14 ist ebenfalls ringförmig um die zugehörige Düsenachse 10 ein Kanalabschnitt 39 begrenzt, in welchen der Medienkanal im Bereich einer begrenzten Umfangszone mündet und über welchen die durch den Düsenkörper 16 gebildete Mediendüse 40 unter Druck mit flüssigem Medium versorgt wird. Am Innenumfang des Kappenmantels 14 ist mindestens ein von dessen hinteren Ende ausgehender, nutförmiger und etwa axialer Kanalabschnitt 41 vorgesehen, der in der Innenseite der Kappenstirnwand 23 durch einen radialen Kanalabschnitt fortgesetzt ist, welcher in eine in der Düsenachse liegende Dralleinrichtung 42 mündet. Diese ist z.B. durch eine Ringnut am vorderen Ende und Außenumfang des Kernkörpers 18 sowie an der Innenseite der Kappenstirnwand 23 durch eine erweiterte Kammer gebildet, in welche der Kanalschenkel tangential einmündet, so daß das einströmende Medium einer Rotation um die Düsenachse ausgesetzt wird.
Diese Kammer geht am Ausgang in einen verengten Kanalabschnitt 43 über, der in der Düsenachse liegt, über seine Länge konstante Querschnitte hat und mit seinem vorderen Ende die Düsenöffnung 44 der Mediendüse 40 bildet. Die Düsenöffnung 44 liegt in der vorderen, ebenen Stirnfläche eines kegelstumpfförmigen Düsenvorsprunges 45, der über die übrige Vorderseite der Kappenstirnwand 23 vorsteht und gegenüber der Innenweite der Kammer 29 eine wesentlich kleinere Außenweite hat. Die ringförmig ebene vordere Stirnfläche des Düsenkörpers 16 bildet mit dem Düsenvorsprung 45 die hintere Endwand 46 der Kammer 29, in die der Düsenvorsprung 45 ein Stück weit hineinragt. Mit dieser vorderen Stirnfläche liegt der Düsenkörper 16 so am hinteren, im wesentlichen ebenen Ende 53 des Düsenkörpers 15 an, daß zwar die Kammer 29 nach hinten im wesentlichen abgeschlossen ist, jedoch der oder die Längseintritte 28 frei bleiben und der Kanalabschnitt 26 in der Ebene des hinteren Endes 53 wenigstens über einen radial inneren Teil seiner Länge über den gesamten Umfang begrenzt ist. Der Quereintritt 27 ist dadurch entlang der hinteren Endwand 46 radial gegen den Düsenvorsprung 45 gerichtet, wobei der Quereintritt 27 nach vorne weiter reicht als der Düsenvorsprung 45 vorsteht, so daß ein Teil der Strömung aus dem Quereintritt 27 ungehindert vor der Düsenöffnung 44 vorbeiströmt, während ein hinterer Teil den Düsenvorsprung 45 umspült.
Das vordere Ende der Kammer 29 ist von einer spitzkegelförmigen Leitfläche 47 begrenzt, deren Spitze in der Düsenachse gegen die Düsenöffnung 44 gerichtet ist, jedoch im wesentlichen außerhalb der direkten Anströmung des Quereintrittes 27 liegt. Der Spitzkegel 48 ist einteilig durch das hintere Ende des Kernkörpers 17 gebildet, in dessen vorderer Stirnfläche 49 die Prallfläche 34 als Vertiefung vorgesehen ist. Zwischen dieser Stirnfläche 49 und dem Spitzkegel 48 weist der Kernkörper 17 einen z.B. zylindrischen Abschnitt mit im wesentlichen konstanten Außenquerschnitten auf, mit welchem der Kernkörper 17 festsitzend so in den Innenumfang des Kappenmantels 22 eingesetzt ist, daß seine vordere Stirnfläche 49 an der inneren Stirnfläche der Kappenstirnwand 21 im wesentlichen abgedichtet anliegt.
Der Längskanal 30 ist durch eine Längsnut 50 gebildet, deren offene Nutlängsseite im Innenumfang des Kappenmantels 22 liegt und gegen die Düsenachse 10 gerichtet ist. Der Längseintritt 28 reicht nur über einen an den Nutboden 51 anschließenden Teil der Tiefe der Längsnut 50, da der Radialabstand des Nutbodens 51 von der Düsenachse 10 geringfügig größer als der Außenumfang des Düsenkörpers 16 im Bereich seiner Anlage am hinteren Ende 53 ist. Die Radialerstreckung des Längseintrittes 28 ist wesentlich kleiner als die Hälfte der Nuttiefe. Dadurch bildet der Längseintritt 28 einen Schlitz, der an einer Längsseite vom Nutboden 51 und an der anderen Längsseite vom Außenumfang des Düsenkörpers 16 begrenzt ist, so daß sich seine Längsrichtung um die Düsenachse 10 erstreckt.
Im an die Kappenstirnwand 21 anschließenden Bereich ist die Längsöffnung der Nut 50 durch den zylindrischen Abschnitt des Kernkörpers 17 verschlossen, so daß hier der Kanalabschnitt 30 im Querschnitt über seinen Umfang geschlossen begrenzt ist, während er zwischen den Stirnwänden der Kammer 29 an seiner radial inneren Längsseite im wesentlichen auf voller Breite offen ist. Die Flanken des Kanalabschnittes 30 können annähernd parallel zueinander liegen oder zur offenen Längsseite geringfügig divergieren. Die Leitfläche 47 reicht bis an den Beginn des über den Umfang geschlossenen Teiles des Kanalabschnittes 30, der an dieser Stelle den einzigen Kammer-Ausgang 52 bildet, obwohl entsprechend den Kanalabschnitten 30 auch zwei oder drei über den Umfang verteilte Kammer-Ausgänge denkbar sind. Benachbart zur Richtdüse 33 bzw. zur Prallfläche 34 ist die offene Nutlängsseite des zugehörigen radialen Kanalschenkels durch die vordere Stirnfläche 49 des Kernkörpers 17 verschlossen.
Die Austragdüse arbeitet nach folgendem Verfahren:
Durch Niederdrücken der Handhabe 8 wird aus der Druckkammer 5 über den Luftkanal 12 Luft in den Kanalabschnitt 25 und von dort sowohl durch den Quereintritt 27 in die Kammer 29 und durch den Längseintritt 28 entlang des Nutbodens 51 in den Kanalabschnitt 30 gedrückt. Gleichzeitig oder geringfügig später wird mit der Medienpumpe über den Medienkanal 11 Flüssigkeit in den Kanalabschnitt 39 und durch den Kanalabschnitt 41 in die Dralleinrichtung 42 so gedrückt, daß aus der Düsenöffnung 44 ein Aerosol-Sprühkegel in die Kammer 29 austritt, der gegen die Leitfläche 47 gerichtet ist. Beim Verlassen der Düsenöffnung 44 wird der Sprühkegel von dem aus dem Quereintritt 27 kommenden Luftstrom erfaßt und einerseits verstärkt verwirbelt sowie andererseits wenigstens teilweise gegen die offene Nutlängsseite des Kanalabschnittes 30 gedrückt, entlang dessen Kanalboden 51 ein Luftstrom mit verhältnismäßig hoher Strömungsgeschwindigkeit vom Längseintritt 28 zum Ausgang 52 strömt, so daß sich das gebildete Aerosol nicht an den Innenflächen des Kanalabschnittes 30 niederschlagen kann. Insofern ist hier an mindestens einem Kanalabschnitt 30 des Düsenkanales einer Austragdüse 1 eine strömende Gas- bzw. Luftabdeckung vorgesehen, um ein bereits gebildetes Aerosol im wesentlichen ohne Wandungsberührung zu fördern.
Große Teile des aus der Düsenöffnung 44 austretenden Sprühkegels prallen gleichzeitig gegen die Leitfläche 47, von welcher sie radial nach außen gegen den Innenumfang der Kammer 29 abgelenkt werden, wobei diese Strömung durch die Dralleinrichtung 42 gleichzeitig einer Rotation um die Düsenachse 10 ausgesetzt ist. Dadurch ergibt sich in der zum vorderen Ende durch den Spitzkegel 48 im lichten Querschnitt verengten Kammer 29 eine sehr starke Verwirbelung mit starker Drosselung bzw. Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Ausganges 52, durch welchen das nunmehr mit hohem Luftanteil durchsetzte Aerosol aus der im wesentlichen geschlossenen Kammer 29 austritt. Dieses Aerosol wird dann unter annähernder Konstanthaltung oder weiterer Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit unmittelbar über die Umlenkung 31 der durch deren Ausgang gebildeten Richtdüse 33 zugeführt und gegen die Prallfläche 34 gedrückt. Unter weiterer Erhöhung des Feinheitsgrades wird das Aerosol an der Prallfläche 34 wieder umgelenkt und unmittelbar über den Kanalabschnitt 37 ausgetragen.
Die Länge des Kanalabschnittes 37 ist mehrfach größer als seine lichte Weite, die ihrerseits wesentlich größer als die des Kanalabschnittes 43 ist. Der Gesamt-Durchlaßquerschnitt der Lufteintritte 27, 28 ist jedoch wesentlich größer als der Durchlaßquerschnitt des Kanalabschnittes 37, wobei zweckmäßig der Durchlaßquerschnitt des Längseintrittes 28 mehrfach kleiner als der des Quereintrittes 27 ist. Die Begrenzungskanten mindestens eines oder aller Eintritte bzw. Ausgänge können zweckmäßig scharfkantig sein, um günstige Abreißströmungen und ggf. eine weitere Zerstäubung an der Kante der Austrittsöffnung 38 zu erzielen. Der Durchlaßquerschnitt des Kanalabschnittes 30 ist zweckmäßig wesentlich größer als derjenige des Längseintrittes 28, und die Breite des Quereintrittes 27 kann etwa gleich wie oder größer als die Außenweite des Düsenvorsprunges 45 sein. Der Durchlaßquerschnitt des Kanalabschnittes 30 bzw. der Richtdüse 33 kann dagegen in der Größenordnung des Durchlaßquerschnittes des Kanalabschnittes 37 liegen.
Um für die Aerosolbildung noch günstigere Strömungsverhältnisse zu schaffen, ist der Durchlaßquerschnitt des oder der radialen, an die Kanalabschnitte 30 anschließenden Kanalschenkel in Strömungsrichtung zweckmäßig kontinuierlich dadurch verengt, daß die gegenüberliegenden Kanalflanken spitzwinklig konvergieren. Der Gesamt-Durchlaßquerschnitt der Richtdüse 33 bzw. der Richtdüsen ist dann vorteilhaft kleiner als der Durchlaßquerschnitt des Kanalabschnittes 37, jedoch kleiner als der Gesamt-Durchlaßquerschnitt des oder der Längseintritte 28. Bei dieser Ausbildung erstreckt sich jede Richtdüse 33 nur über einen verhältnismäßig kleinen Bogenwinkel des Umfanges des Ausganges 36, so daß benachbarte Richtdüsen 33 in einem demgegenüber größeren Abstand voneinander liegen können. Der Quereintritt 27 kann vorteilhaft auch so angeordnet werden, daß er keinem Kanalabschnitt 30 unmittelbar gegenüberliegt, sondern z.B. bei drei gleichmäßig verteilten Kanalabschnitten 30 unmittelbar benachbart zu einem dieser Kanalabschnitte vorgesehen ist.
In den Figuren 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem einzigen, dem Eintritt 27 gegenüberliegenden Kanalabschnitt 30 dargestellt, während in Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit drei Kanalabschnitten 30 dargestellt ist, von denen keiner dem Eintritt 27 direkt diametral gegenüberliegt.

Claims

Austragdüse für fließfähige Medien, insbesondere für manuell betätigbare Austragvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Aufbereitung mindestens eines Medienstroms aufweist und vorzugsweise mit mindestens einem, Kanalabschnitte (25, 26, 30, 37, 39, 41, 43) bildenden Düsenkanal und einer Düsen-Austrittsöffnung (38) für den Austritt des Mediums versehen ist, der insbesondere mindestens ein Prallzerstäuber (20) und/oder mindestens eine Richtdüse (33) vorgeschaltet ist.
Austragdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkanal mindestens eine Kanal-Umlenkung (31, 32), insbesondere zwei aufeinanderfolgende und entgegengesetzte Umlenkungen (31, 32) bildet, von denen vorzugsweise eine mit einem Umlenkungswinkel von zwischen mindestens 100 und 180° einer weiteren vorgeschaltet ist, deren Umlenkungswinkel etwa 360° abzüglich des Umlenkungswinkels der vorgeschalteten ist.
Austragdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallzerstäuber (20) eine insbesondere etwa in Richtung der Austrittsöffnung (38) weisende Prallfläche (34) aufweist, gegen die die zugehörige Richtdüse (33) gerichtet ist und die vorzugsweise mit Spaltabstand unmittelbar benachbart zum hinteren Ende (36) eines Kanalabschnittes (37) liegt, der insbesondere im wesentlichen mindestens eine von Ausbildungen aufweist, die durch eine geradlinige Ausbildung, eine Ausbildung mit konstanten Querschnitten, eine Ausbildung als Zerstäubungs- bzw. Austrittsöffnung (38), eine scharfkantige Ausbildung am hinteren Ende (36), eine gegenüber seiner Weite größere Länge und eine zur Richtdüse (33) unmittelbar benachbarte Lage seines hinteren Endes (36) gebildet sind und/oder daß die Prallfläche (34) eine gegenüber dem Durchlaßquerschnitt des anschließenden Kanalabschnittes (37) größere Flächenerstreckung hat und insbesondere im wesentlichen mindestens eine von Ausbildungen aufweist, die durch eine unebene Ausbildung, eine vertiefte muldenförmige Ausbildung, eine kugelkalottenförmige Ausbildung und eine zum anschließenden Kanalabschnitt (37) etwa achsgleiche Lage gebildet sind, wobei die größte Tiefe der Prallfläche (34) vorzugsweise kleiner bzw. ihre größte Weite mehrfach größer als die Weite des anschließenden Kanalabschnittes (37) ist.
Austragdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtdüse (33) und das hintere Ende (36) des anschließenden Kanalabschnittes (37) auf derselben Seite des Prallzerstäubers (20) und insbesondere im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen, daß vorzugsweise die Richtdüse (33) im wesentlichen mindestens eine von Ausbildungen aufweist, die durch einen gegenüber dem anschließenden Kanalabschnitt (37) kleineren Durchlaßquerschnitt, eine zum anschließenden Kanalabschnitt (37) exzentrische Lage, eine an den Außenrand der Prallfläche (34) angrenzende Lage, eine an einen Bogenabschnitt der Begrenzung des hinteren Endes (36) des anschließenden Kanalabschnittes (37) angrenzende Lage und eine schräg gegen das Zentrum der Prallfläche (34) gerichtete Lage gebildet sind und/oder daß die Prallfläche (34) eine geschlossene Stirnseite einer flachen Umlenk-Kammer (35) bildet, deren gegenüberliegende, annähernd ebene Stirnfläche im wesentlichen ausschließlich vom hinteren Ende (36) des anschließenden Kanalabschnittes (37) und von der Richtdüse (33) durchbrochen ist und die insbesondere am Umfang im Querschnitt spitzwinklig begrenzt ist.
Austragdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Ende (36) des an den Prallzerstäuber (20) anschließenden Kanalabschnittes (37) und/oder die Richtdüse (33) Durchbrüche in einer im wesentlichen ebenen Stirnfläche bilden, gegen die ein Kernkörper (17) mit einer eine Prallfläche (34) des Prallzerstäubers (20) bildenden Stirnseite (49) im wesentlichen abgedichtet angelegt ist, wobei vorzugsweise ein zur Richtdüse (33) führender Kanalabschnitt (30) von einer in der Stirnfläche und/oder in einer über diese vorstehenden Innenumfangsfläche vorgesehenen Nut (50) begrenzt ist, die anschließend an die Richtdüse (33) an der dem Nutboden (51) gegenüberliegenden, offenen Nutlängsseite von dem Kernkörper (17) verschlossen ist und mit einem von einer schrägen Endwand begrenzten Endabschnitt die Richtdüse (33) bildet.
Austragdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Prallzerstäuber (20) mindestens eine Wirbel-Kammer (29) vorgeschaltet ist, in die insbesondere in etwa gleicher Ausrichtung wie die Austrittsöffnung (38) mindestens eine Mediendüse (40) gerichtet ist und die vorzugsweise im wesentlichen wenigstens eine von Ausbildungen aufweist, die durch eine zur Prallfläche (34) achsgleiche Lage, über eine Längserstreckung konstante Außenquerschnitte, mindestens eine der Mediendüse (40) gegenüberliegende schräge Leitfläche (47), einen der Mediendüse (40) gegenüberliegend und gegen die Mediendüse gerichteten Spitzkegel (48), eine gegenüber ihrer Weite höchstens gleich große mittlere Längserstreckung, eine Endbegrenzung durch den Kernkörper (17) und durch einen Kammer-Ausgang (52) gebildet sind, der durch ein hinteres Ende des zur Richtdüse (33) führenden Kanalabschnittes gebildet ist.
Austragdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, insbesondere dem Prallzerstäuber (20) vorgeschaltet, mindestens eine Mischzone zur Mischung wenigstens zweier unter Druck zugeführter Medien, insbesondere eines durch einen Flüssigkeits-Eintritt (44) zugeführten flüssigen Mediums und eines durch mindestens einen Gas-Eintritt (27, 28) zugeführten gasförmigen Mediums bzw. Luft vorgesehen ist, die vorzugsweise im wesentlichen wenigstens eine von Ausbildungen aufweist, welche durch einen kreuzenden Eintritt der Medien, eine Ausbildung als gegenüber Eintritten (27, 28) und Ausgängen (52) erweiterte Zwischen-Kammer (29), einen radialen bzw. einen vorspringenden Flüssigkeits-Eintritt (44) umströmenden Gas-Eintritt (27), einen axialen und im Abstand parallel zum Flüssigkeits-Eintritt (44) liegenden Gas-Eintritt (28), einen gegenüber der Weite des Flüssigkeits-Eintrittes (44) weiteren Gas-Eintritt (27, 28), einen Eintritt der Medien an einem Ende und einen Gemisch-Ausgang (52) am anderen Ende, einen gegenüber dem Gesamt-Eintrittsquerschnitt engeren Gesamt-Austrittsquerschnitt sowie dadurch gebildet sind, daß die Mischzone durch die Wirbelkammer (29) gebildet ist.
Austragdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer gemeinsamen, insbesondere dem Prallzerstäuber (20) vorgeschalteten, Kammer (29) Führungen für im wesentlichen getrennte Medienströme unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten vorgesehen und im wesentlichen im Bereich mindestens eines Kammer-Ausganges (52) zusammengeführt sind, wobei vorzugsweise im Umfang der Kammer (29) mindestens ein nutförmiger Längskanal (30) vorgesehen ist, der im wesentlichen wenigstens eine von Ausbildungen aufweist, die durch einen Medien-Eintritt (28) an einem Nutende, einen gegenüber dem Kanalquerschnitt verengten Querschnitt dieses Eintritts (28), einen Kammer-Ausgang (52) am anderen Nutende, eine trichterartig verengende Leitfläche (47) im Bereich des Ausganges (52), eine teilweise Begrenzung des Ausganges (52) durch den Kernkörper (17), eine in Umfangsrichtung gegenüber der Strömungszone eines Quereintritts (27) versetzte Lage der Nutlängsöffnung, eine Erstreckung über die gesamte Länge der Kammer (29), eine Parallel-Lage zu einem axialen Medien-Eintritt (44) und eine kontinuierliche Fortsetzung in den zum Prallzerstäuber (20) führenden Kanalabschnitt gebildet sind.
Austragdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine, insbesondere dem Prallzerstäuber (20) vorgeschaltete, Dralleinrichtung (42) vorgesehen ist, die vorzugsweise unmittelbar dem Flüssigkeits-Eintritt (44) vorgeschaltet ist, der insbesondere durch eine Sprühkegel-Mediendüse (40) gebildet und an einem in Querrichtung umströmten Düsenvorsprung (45) vorgesehen ist.
Austragdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein eine Kappenstirnwand (21, 23) und einen Kappenmantel (22, 24) aufweisender kappenförmiger Düsenkörper (15, 16) vorgesehen ist, der insbesondere im wesentlichen mindestens eine von Ausbildungen aufweist, die durch mindestens einen die Kappenstirnwand (21, 23) durchsetzenden Kanalabschnitt (37, 43), mindestens einen Kanalabschnitt an der Innenseite der Kappenstirnwand (21, 23), mindestens einen Kanalabschnitt (30, 41) am Innenumfang des Kappenmantels (22, 24) und mindestens einen in den Kappenmantel (22, 24) eingesetzten Kernkörper (17, 18) gebildet sind, daß vorzugsweise eine vordere weitere Düsenkappe mit einer hinteren engeren Düsenkappe mindestens eine von Öffnungen begrenzt, die durch die Kammer (29), einen Quereintritt (27) und einen Längseintritt (28) gebildet sind und/oder daß der hintere Düsenkörper (16) mit einer vorderen Stirnfläche (46) im wesentlichen an der hinteren Stirnfläche (53) des vorderen Düsenkörpers (15) liegt und insbesondere einen im Abstand gegen den im vorderen Düsenkörper (15) liegenden Spitzkegel (48) gerichteten Düsenvorsprung (45) aufweist, wobei der Düsenvorsprung (45) im und der Spitzkegel (48) außerhalb des unmittelbaren Strömungsbereiches des Quereintrittes (27) liegt und vorzugsweise der Abstand zwischen Spitzkegel (48) und Düsenvorsprung (45) kleiner als die Weite der zwischen diesen begrenzten Kammer (29) ist.