DD280049A5 - Universaler spruehkopf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen universalen Spruehkopf zum Verspruehen von unter Druck stehenden Fluessigkeiten, wie beispielsweise zum Austragen von Fluessigkeiten aus Spraydosen. Um eine moeglichst hohe Spruehqualitaet bei Verwendung von Druckluft als Treibmedium zu erreichen, ist in an sich bekannter Weise ein Drallelement vorgesehen, wobei erfindungsgemaess die zwischen dem Drallelement 8 und dem Duesengehaeuse 19 befindlichen Drallkanaele 13 mit den Erzeugenden des Mantels des Drallelementes 8 einen spitzen Winkel (a) einschliessen, und ein zwischen dem Drallelement 8 und der Duese 9 befindlicher Ringkanal 14 in der Duese 9 entlang ihres Umfanges ausgebildet ist. Fig. 1

Description

Hierzu 6 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet dor Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen universalen Sprühkopf zum Aussprühen von unter Druck stehenden Flüssigkeiten, wie beispielsweise zum Austragen von Flüssigkeiten aus Spraydosen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Umwelt verunreinigende und schädigende Wirkung der in Aerosolflaschen verwendeten flüssigen Treibgase ist allgemein bekannt. Es wird daher in zunehmendem Maße die Verwendung von umweltfreundlichen Treibgasen angestrebt, wobei der Einsatz von Luft immer mehr in den Vordergrund tritt. Aus diesem Grunde werden Sprühköpfe hergestellt, die ohne ein eingepreßtes Treibgas das Versprühen des Doseninhaltes bzw. die Sprühtiöpfchenbildung gewährleisten.

In diesem Fall steht ein bestimmter prozentualer Anteil des Dosenvolumens für den Wirkstoff zur Verfügung, während in dem anderen Teil des Volumens separiert das unter Überdruck stehende Treibmedium gespeichert wird. Die Volumenverhältnisse werden grundlegend von der Viskosität des Sprühmittels bestimmt. Da kein als flüssiges Medium eingepreßtes Treibgas verwendet wird, erfolgt der Austrag bzw. das Zerstäuben ausschließlich durch die unter Druck erfolgende Strömung der Flüssigkeit im Sprühkopf. Eine hohe Qualität der durch Zerstäuben mittels Sprühköpfen erzeugten Sprühwolke ist erreicht, wenn die Sprühtröpfchen außerordentlich klein, gleichmäßig verteilt und kontinuierlich gebildet werden. Zum Erreichen derartiger Qualitätsparameter ist bei Verwendung eines flüssigen Treibgases ein Druck von etwa 3atü erforderlich. Nimmt an der Zerstäubung das Treibgas nicht teil, da es in der Flüssigkeit nicht löslich ist bzw. sich mit dieser nicht vermischt, so ist zum Erreichen der gewünschten Zerstäubungsqualität ein Druck von mindestens 6atü erforderlich.

Ein in derartigen Sprühdosen einsetzbarer Sprühkopf wird z.B. in der FR-PS 2325434 vorgeschlagen. Dieser Sprühkopf enthält Ringkanäle und eine zentrale Wirbelkammer zum Feinzerstäuben der Flüssigkeit. Die Ausgestaltung der Wirbelkammer ermöglicht jedoch unkontrollierbare Strömungen und enthält kein Element, das die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in Richtung ihres Ausganges erhöht. Aus diesem Grunde ist die beschriebene Ausführung nicht zum Versprühen von unter verhältnismäßig niedrigem Druck stehenden und ohne Treibgas gespeicherten Flüssigkeiten in Form eines feinen Nebels geeignet. Bei der in der US-PS 3652028 beschriebenen Ausführung dient Schwefel zum Aussprühen. Dieser Sprühkopf ist mit Kanälen versehen, die durch Leitelemenie voneinander separiert werden. Die vier Kanäle münden in eine zentrale zylindrische Mischkammer, die dann das Aussprühen bewirkt.

Auch dieser Sprühkopf eignet sich aber keineswegs zum Versprühen von Produkten mit höheren Güteanforderungen wie z. B. Haarlack-Desodor-, Luftreiniger- oder Insektenspray. Diese Flüssigkeiten müssen nämlich beim Aussprühen mit einer Sprühtröpfchengröße zwischen 5-10pm in die Luft gelangen; einerseits um schnell zu verdampfen, andererseits um sich in der Luft schwebend halten zu können.

Ebenfalls ohne ein sich in der auszusprühenden Flüssigkeit lösendes Treibgas arbeitet die in der EP-PS Q 000688 vorgestellte Einrichtung. Erfindungsgemäß ist ein Düsenkern angeordnet, in dem die Flüssigkeit durch Zuführkanäle, die senkrecht zur Innenwand des Düsenkörpers ausgebildet sind, mit einem senkrechten Aufprall in die im Düsenkörper ausgebildeten mehrstufigen Verbindungskanäle geführt und in diesen Kanälen eine turbulente Strömung des Mediums erzeugt wird. Von hier gelangt die Flüssigkeit in einen Ringkanal und strömt dann du^rch weitere tangential angeordnete Kanäle in Richtung der Austrittsöffnung.

Zweifellos fördert die zwischen den Verbindungskanälen und Kreisringen auftretende Turbulenz die Zerstäubung. Jedoch stellt das senkrechte Aufprallen keine günstige Lösung dar, da im Falle von strömenden Flüssigkeiten ein wesentlicher Druckabfall versursacht wird und sich demzufolge die Geschwindigkeitsenergie der Flüssigkeit vermindert. Diese Richtungsänderungen haben daher einen ungünstigen Einfluß auf die Qualität der Zerstäubung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ns, die Kosten und den technologischen Aufwand lür die Herstellung des Sprühkopfes bei gleichzeitiger Gewährleistung oiner. ohen Sprühqualität zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zug runde, einen ohne lösliche umweltschädigende Treibgase arbeitenden Sprühkopf mit einem vereinfachten Kanalsystem zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zwischen dem Drallelement und dem Düsengehäuse vorhandenen Drallkanäle mit den Erzeugenden des Mantels des Drallelementes einen spitzen Winkel, zweckdienlicherweise einen Winkel von 5-45° einschließen und der Ringkanal zwischen dem Drallelement und der Düse in der Düse entlang ihres Umfanges ausgebildet

Die Drallkanäle können im Außenmantel des Drallelementes oder im inneren Mantel des Düsengehäuses ausgebildet sein.

Vor dem Drallelement ist zweckdienlicherweise eine Beschleunigungsscheibe angeordnet, die eine in Richtung zum Drallelement sich verengende Bohrung besitzt. In ihrer dem Drallelement zugewandten Stirnfläche sind radiale Kanäle und entlang ihres Umfanges ein Ringkanal vorgesehen.

Die Außenwand der in der Düse und/oder in der Beschleunigungsscheibe befindlichen Ringkanäle wird zweckdienlicherweise durch den Mantel der Bohrung des Düsengehäuses gebildet.

Zwischen der Beschleunigungsscheibe und der in der Bohrung dps Düsengehäuses ausgebildeten Schulter ist eine Reglerglocke vorgesehen, deren Flansch an der Beschleunigungsscheibe anliegt und doren elastische Bodenplatte mit einer außermittigen Bohrung versehen ist.

Der so ausgebildete Sprühkopf eignet sich zu einer außerordentlich feinen Zerstäubung des in der Sprühdose befindlichen Wirkstoffes oIhil.· Treibgas, z.B. mit Hilfe von Druckluft. Seine Ausführung ist verhältnismäß einfach, erfordert keine komplizierten Werkzeuge und ist so auch in der Herstellung keineswegs kostenaufwendig.

Ausführungsbeispiel

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: die Schnittzeichnung einer Atisführungsform des erfindungsgemäßen Sprühkopfes,

Fig. 2: den Schnitt 2-2 des in Fig. 1 dargestellten Sprühkopfes,

Fig. 3: den Schnitt der Reglerglocke und der Beschleunigungsscheibe,

Fig.4: denSchnitt4-4gemäßFig.3,

Fig. 5: die Beschleunigungsscheibe und Reglerglocke unter Druckbelastung,

Fig. 6: die Ansicht der Stirnfläche der Beschleunigungsscheibe,

Fig. 7: die Vorderansicht einer Ausführungsform der Beschleunigungsscheibe,

Fig. 8: die Seitenansicht einer Ausführungsform der Drallscheibe,

Fig. 9: die Vorderansicht einer Ausführungsform der Düse,

Fig. 10: die Ansicht der Stirnfläche einer anderen möglichen Ausführungsform der Düse.

Die Bohrung des Düsengehäuses 1 ist über eine unten zylindrische, oben kegelige Anschlußöffnung 2 und durch die Eintrittsbohrung 3 mit dem Dosenvolumen einer Spraydose verbunden.

Die Eintrittsbohrung 3 mündet in die Vorkammer 4, die durch die Wand der Reglerglocke 5 abgeschlossen wird.

Die Reglerglocke 5 umschließt eine Turbulenzkammer 6 und ist an die Beschleunigungsscheibe 7 angeschlossen. Hinter der Beschleunigungsscheibe 7 ist das Drallelement 8 und die Düse 9 im Düsengehäuse 1 angeordnet.

Das Düsenyehäuse 1 wird im allgemeinen aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, dessen Elastizitätsmodul eine entsprechende Befestigung der in seine Bohrung eingepreßten Bauteile gewährleistet.

Das auszusprühende Medium gelangt durch die Anschlußöffnung 2 und die Eintrittsbohrung 3 strömend aus der Vorkammer 4 in die Turbulenzkammer 6 durch die kreisförmige Eintrittsbohrung 10 der Reglerglocke 5.

Die Beschleunigungsscheibe 7 ist mit einer zentralen Beschleunigungsdüse 11 versehen, die in Richtung der Flüssigkeitsströmung einen sich verengenden Querschnitt aufweist. Außerdem ist die Beschleunigungsscheibe 7 an ihrer Stirnfläche mit einem Ringkanal 12 ausgestattet.

Im Außenmantel des Drallelementes 8 sind Drallkanäle 13 ausgebildet. Die Düse 9 besitzt an ihrer innenseitigen Stirnfläche ebenfalls einen Ringkanal 14 und ist außerdem mit einer zentralen Bohrung 15 und einer Austrittsöffnur.g 16 versehen. In Fig. 1 sind die in der Beschleunigungsscheibe 7 sowie in der Düse 9 vorgesehenen radialen Kanäle nicht zu sehen. Sie werden in den Fig. 6, 7, 9 und 10 detailliert dargestellt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, prallt das durch die Eintrittsbohrung 3 in die Vorkammer 4 einströmende Medium in der Mitte gegen die Wand der Reglerglocke 5, wodurch eine turbulente Strömung des Mediums einsetzt. Zu sehen ist weiterhin, daß die im Mittelpunkt der Reglerglocke 5 auftreffende strömende Flüssigkeit in die Komponenten Vi ...V_n zerfällt und nach Zurücklegen unterschiedlich langer Wege zur Ein'.rittsbohrung 10 gelangt. Die einzelnen Komponenten wurden so dargestellt, daß sich proportional zum Anstieg ihrer laufenden Numerierung der in der gegebenen Richtung zurückgelegte Weg der Flüssigkeit verlängert. Demzufolge verlieren die Flüssigkeitsteilchen unter Einwirkung der Reibung auch allmählich an Energie.

Gleichzeitig läuft zwischen den verschiedenen Komponenten ein Aufprallvorgang ab, so daß die verschiedenen Komponenten mit von einander abweichender Energie bei wesentlicher Wirbelung durch die Eintrittsbohrung 10 strömen.

Der Strömungsweg der Flüssigkeitsteilchen ist in Fig. 3 dargestellt. Es ist zu ersehen, daß die Komponenten wiederholt aufprallen. Sie prallen zunächst gegen die Wand der Beschleunigungsscheibe 7 und gelangen dann entlang derselben Bögen, mit unterschiedlichen Radien beschreibend, in die sich verengende Beschleunigungsdüse 11.

Da die verschiedenen Komponenten auch hier aus verschiedenen Richtungen über unterschiedlich ,ange Wege in die Beschleunigungsdüse 11 gelangen, wird die Turbulenz der Strömung weiter verstärkt.

Aus Fig. 5 ist klar zu ersehen, daß sich unter Einwirkung des mit Druck auftreffenden Mediums der Boden der Reglerglocke 5 deformiert. Diese Deformation beeinflußt die Strömungsverhältnisse ebenfalls. Solange der Dr'' ' in der Flasche verhältnismäßig hoch ist, kommt es zu einer starken Deformation der Reglerglocke 5, die dad· .as Volumen der Turbulenzkammer einengt. Dementsprechend ist auch der Durchströmungsquerschnitt kleiner, .,ogegen bei Rückgang des Druckes die Deformation der Reglerglocke 5 allmählich zurückgeht und hiermit der Strömungsquerschnitt in der Turbulenzkammer ansteigt. Die Vorrichtung gleicht dadurch automatisch die sich aus der Änderung des Druckes im Behälter ergebenden Unterschiede aus und gewährleistet ein gleichmäßiges Aussprühen.

Wie bereits gesagt, gelangen die Flüssigkeitsteilchen aus der Turbulenzkammer 6 in die Beschleunigungsdüse 11. Wenn dann die Flüssigkeitsteilchen aus dieser an der anderen Seite der Beschleunigungsscheibe 7 austreten, befinden sich die elementaren Teilchen im Ergebnis der bisherigen Einwirkungen in einer wirbelnden Bewegung und drehen sich in Abhängigkeit von ihrer Bewegungsrichtung um ihre eigene Achse. All dies erfolgt unter Einwirkung der in der Vorkammer, der Turbulenzkammer und in der Beschleunigungsdüse 11 auf die Teilchen einwirkenden Geschwindigkeitskomponenten unterschiedlicher Richtung und Größe.

Die aus der Beschleunigungsdüse austretenden Teilchen strömen in radialer Richtung nach außen in die an der Stirnfläche der Beschleunigungsscheibe 7 ausgebildeten radialen Kanäle. Die radialen Kanäle 17 werden im wesentlichen durch Führungsrippen 19 gebildet. Wie aus Fig. 6 und 7 hervorgeht, ist die obere Kante der Prismen abgeschrägt. Bei der dargestellten Ausführung sind vier Führungsrippen 19 vorgesehen. Ihre Anzahl kann jedoch auch größer sein. Im allgemeinen sind mindesten? drei derartige Führungsrippen 19 erforderlich.

Die Flüssigkeit gelangt durch die radialen Kanäle 17 in den Ringkanal 12, der im vorliegenden Fall so ausgebildet ist, daß seine Außenwand, wie in Fig. 1 dargestellt, durch die Bohrungswand im Düsengehäuse 1 gebildet wird. Im Ringkanal 12 strömen die Flüssigkeitsteilchen auf einer Kreisbahn und treten dann in die Drallkanäle 13 des Drallelementes 8 ein, die bei der vorliegenden Ausführung -Fig.8- im Mantel des Drallelementes 8 eingearbeitet sind. Die Drallkanäle 13 schließen mit den Erzeugenden des Mantels des Drallelementes 8 einen spitzen Winkel ein. Dieser Winkel liegt im allgemeinen zwischen 5-45³ und beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel α = 30\

In den Drallkanälen 13 erhalten die Flüssigkeitsteile weitere Impulse und gelangen so in den in der Düse 9 ausgebildeten Ringkanal 14.

Die Ausgestaltung der Drallkanäle kann unterschiedlich sein. Bei der dargestellten Ausführung sind halbkreisförmige Drallkanäle vorgesehen. Der Querschnitt der Drallkanäle kann jedoch auch halbkreis-, dreieck-, trapezförmig usw. sein. Eine weitere Variationsmöglichkeit besteht darin, die Drallkanäle 13 im Mantel der Bohrung des Düsengehäuses 1 einzuarbeiten.

Die Flüssigkeit gelangt in dem in Fig. 9 dargestellten Ringkanal 14 turbulent strömend durch die radialen Kanäle 18 in die zentrale Bohrung 15, die im wesentlichen als Turbulenzkammer dient, wobei in dieser Kammer eine maximale Wirbelung der einzelnen Flüssigkeitsteilchen erfolgt.

Die radialen Kanäle 18 können von parallel verlaufenden oder auseinanderstrebenden Wänden begrenzt sein, wie dies aus Fig. 10 ersichtlich ist. In gegebenen Fällen können die Kanäle auch in tangentialer Richtung zur zentralen Bohrung 15 angeordnet sein, wie dies im unteren Teil der Fig. 10 dargestellt ist.

Die strömenden Flüssigkeitsteilchen füllen den Hingkanal 14 innerhalb einer außerordentlich kurzen Zeit auf und strömen unter Zwangseinwirkung der weiter nachfließenden Flüssigkeit durch die radialen Kanäle 18 zur zentralen Bohrung 15. Es ist anzumerken, daß auch die Zahl der radialen Kanäle 18 unterschiedlich gewählt werden kann, wobei jedoch mindestens zwei derartige Kanäle vorgesehen werden müssen.

Die durch die radialen Kanäle 18 zur Mitte strömende Flüssigkeit gelangt in die als Turbulenzkammer wirkende zentrale Bohrung 15, wo sich infolge der wesentlichen Volumenverminderung die wirbelnde Bewegung verstärkt.

Dies fördert nicht nur die Zerkleinerung der einzelnen Flüssigkeitsteilchen, sondern erhöht auch ihre Geschwindigkei'. in starkem Maße. Mit dieser erhöhten Geschwindigkeit werden die Flüssigkeitsteilchen über die Austrittsöffnung 16 ausgetragen.

Da die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Wirbelung der auszusprühenden Flüssigkeit beginnend mit dem Durchgang durch die Eintrittsbohrung der Reglerglocke über die Beschleunigungsscheibe und das Drallelement und durch die Düsen stufenweise zunehmen, erreichen sie an der Austrittsöffnung 16 ihren Höchstwert. Bei ihrem Austritt in die freie Atmosphäre zerfallen die Flüssigkeitsteilchen in unzählbare Komponenten, wobei unter der Einwirkung einer Vielzahl von Geschwindigkeitskomponenten unterschiedlichster Richtung und Größe die innere Zusammenhaltekraft der Flüssigkeit überwunden wird. Beim Austritt in die Atmosphäre zersprengen die Flüssigkeitsteilchen explosionsartig, so daß praktisch eine Nebelwolke entsteht. Eine entscheidende Rolle spielt dabei auch der Umstand, daß die Flüssigkeitsteilchen, die unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen, während des Durchströmens durch den Sprühkopf wechselweise miteinander und mit der Wand der einzelnen Bauteile in Berührung kommen, wobei infolge der Reibung auch ihre Temperatur ansteigt und sie gleichzeitig unterschiedlich aufgeladen werden.

Im Ergebnis kann festgestellt werden, daß der erfindungsgemäße Sprühkopf geeignet ist, eine vollkommene Zerstäubung zu gewährleisten, wobei, wie dies auch aus den dargestellten Figuren ersichtlich ist, sein Aufbau wesentlich einfacher und demzufolge auch die Herstellung wesentlich preiswerter ist als bei den herkömmlichen Ausführungen. Neben den dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Sprühkopf auch innerhalb des durch die Patentansprüche festgelegten Schutzumfanges in zahlreichen anderen Varianten hergestellt werden.

Claims (11)

1. Sprühkopf mit einem in der Bohrung eines Düsengehäuses angeordneten scheibenförmigen Sprühkörper und einer sich daran anschließenden Düse, wobei die Bohrung des Düsengehäuses einerseits mit der freien Atmosphäre und andererseits mit einem unter Druck stehenden ßehälterinhalt in Verbindung steht, während zwischen einem Drallelement und dem Düsengehäuse Drallkanäle vorgesehen sind und die Düse eine zentrale Bohrung aufweist, die über mindestens einen Ringkanal und weitere Kanäle, die den Ringkanal mit der zentralen Bohrung verbinden, an das Drallelement angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Drallelement (8) und dem Düsengehäuse (19) befindlichen Drallkanäle (13) mit den Erzeugenden des Mantels des Drallelementes (8) einen spitzen Winkel (α) einschließen und der zwischen dem Drallelement und der Düse (9) befindliche Ringkanal (14) in der Düse (9) entlang ihres Umfanges ausgebildet ist.

2. Sprühkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Ringkanals (14) zwischen dem Drallelement (8) und der Düse (9) durch den Mantel der Bohrung des Düsengehäuses (1) gebildet wird.

3. Sprühkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (13) im äußeren Mantel des Drallelementes (8) ausgebildet sind und ihre obere Wand die Bohrungswandung im Düsengehäuse (1) ist.

4. Sprühkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (13) im Mantel des Düsengehäuses (1) ausgebildet sind und daß ihre äußere Wand der Mantel des Drallelementes (8) ist.

5. Sprühkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen der Achslinie der Drallkanäle (13) und den Erzeugenden des Außenmantels des Drallelementes (8) 5-45° beträgt.

6. Sprühkopf nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ringkanal (14) mit der zentralen Bohrung (15) verbindenden Kanäle (18) in radialer Richtung verlaufen und in der Düse (9) ausgebildet sind.

7. Sprühkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der den Ringkanal (14) mit der zentralen Bohrung (15) verbindenden Kanäle in radialer Richtung sich nach innen verengend ausgeführt ist.

8. Sprühkopf nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Drallelement (8) eine Beschleunigungsscheibe angeordnet ist, die eine sich in Richtung des Drallelementes (8) verengende Beschleunigungsdüse (11), an ihrer dem Drallelement (8) zugewandten Stirnfläche radial gerichtete Kanäle (17) und entlang ihres Umfanges einen Ringkanal besitzt.

9. Sprühkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Ringkanals (14) durch den Mantel der Bohrung des Düsengehäuses (1) gebildet wird.

10. Sprühkopf nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zv/ischen den in radialer Richtung verlaufenden Kanälen (17) Leitrippen (19) angeordnet sind, die in radialer Richtung verlaufende Oberkanten aufweisen und ihre Höhe an beiden Seiten zur Kante hin abgeschrägt sind.

11. Sprühkopf nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Beschleunigungsscheibe (7) und der in der Bohrung des Düsengehäuses (1) ausgebildeten Schulter eine Reglerglocke (5) angeordnet ist, deren Flansch an der Beschleunigungsscheibe (7) anliegt und deren elastische Bodenplatte mit einer außermittig angeordneten Eingangsbohrung (10) versehen ist.