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Die
Erfindung bezieht sich auf fingerbetätigte Sprühpumpen zum Versprühen von
Aerosolprodukten mittels einer Zerstäuberanordnung. Im Einzelnen geht
die Erfindung von einer fingerbetätigten Sprühpumpe nach einem gattungsgemäßen Teil
von Anspruch 1 aus. Eine Sprühpumpe
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der
EP 0 627 230 bekannt.
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Herkömmliche
fingerbetätigte
Aerosol-Sprühpumpen
erzeugen mittels einer Zylinder/Kolben-Anordnung Drücke von üblicherweise
4 bar. Diese Pumpen arbeiten ohnehin bei Drücken von viel weniger als 10
bar und eignen sich nicht für
höhere
Drücke,
da die Zylinder/Kolben-Anordnung aus dünnem Kunststoff geformt ist.
Der Stand der Technik geht jedoch davon aus, dass höhere Drücke ohnehin nicht
erreicht werden können,
da die Kraft, die ein Betätiger
mit einem Finger ausüben
kann, üblicherweise
etwa 10 N beträgt
und sogar im Höchstfall
30 N nicht überschreitet.
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Aufgrund
des in der Zylinder/Kolben-Anordnung von bekannten fingerbetätigten Sprühpumpen erzeugten
niedrigen Drucks muss die zu zerstäubende Flüssigkeit eine niedrige Viskosität haben.
Das bedeutet, dass zur Senkung der Viskosität der Flüssigkeit große Mengen
an Lösungsmittel
wie Alkohol und Wasser in ihrer Formulierung erforderlich sind. Die
in herkömmlichen
fingerbetätigten
Aerosol-Sprühpumpen
verwendeten Flüssigkeitsformulierungen
mit hohem Lösungsmittelgehalt
führen
zu Sprays, die der Benutzer als "nass" empfindet. Durch eine
Verringerung der Lösungsmittelmenge
wird die Flüssigkeit
viskoser und lässt
sich schwerer sprühen. Zur
Erhöhung
des Drucks in der Sprühpumpe
ist ein Hebelgestänge
nötig,
so dass die verfügbare
Kraft des Fingers in einen höheren
Druck umgewandelt werden kann. Dadurch wird jedoch der Kolbenhub
im Vergleich zu der Hublänge
des Fingers verringert.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
fingerbetätigten
Sprühpumpensystems,
mit dem zur Erzeugung eines "trockenen" Flüssigkeitssprays,
d. h. eines Flüssigkeitssprays,
bei dem viel weniger Lösungsmittel
zum Einsatz kommt als bei bekannten fingerbetätigten Aerosol-Sprühpumpen,
kleine Flüssigkeitsdosen
zerstäubt
werden können.
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Die
oben genannte Aufgabe wird durch eine fingerbetätigte Sprühpumpe gelöst, die die Merkmale des gattungsgemäßen Teils
und darüber
hinaus die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 aufweist.
Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt,
dass ein Hebelgestänge
zur Verstärkung
der Fingerkraft vermieden werden kann, wenn der Durchmesser des
Zylinder/Kolben-Systems verkleinert wird. Ein kleinerer Durchmesser
des Kolbens führt
zu einem höheren
Druck, der durch die Sprühpumpe
erzielbar ist. Der Düsendurchmesser
des Zerstäubers
muss jedoch an den Kolbendurchmesser angepasst werden, was gemäß dem entsprechenden Merkmal
im Hauptanspruch erfolgt. Schließlich lässt sich ein Betriebsdruck
von über
10 bar nur erreichen, wenn die Teile der Sprühpumpe aus Materialien und auf
eine Art und Weise hergestellt werden, die diesen erhöhten Betriebsdrücken widerstehen.
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Bevorzugte
Merkmale der fingerbetätigten Sprühpumpe gehen
aus den Unteransprüchen
hervor. Nach Anspruch 2 ist der Kolbenhub an die übliche und
bequeme Hublänge
des ursprünglichen
Fingerhubs einer Person angepasst, die die fingerbetätigte Sprühpumpe benutzt.
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Die
Flüssigkeitsdosis
pro Sprühhub
nach Anspruch 3 ist für
viele Anwendungsarten wie für
Parfüm
bevorzugt.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass der Kolben als hohler Kolben ausgeführt ist,
so dass in diesem das Durchgangsmittel ausgebildet ist. Das ist
für beide Varianten
von Vorteil – ob
der Kolben fest am Flüssigkeitsreservoir
(Anspruch 4) oder fest am Betätigungsglied
angebracht ist (Anspruch 5). Bevorzugte innere Kolbendurchmesser
werden in Anspruch 6 angegeben, und die bevorzugte Ausführungsform
des hohlen Kolbens als eine Kapillarröhre aus Metall ist der Gegenstand
von Anspruch 7. Die Verwendung einer Kapillarröhre aus Metall als hohler Kolben,
der gleichzeitig das Durchgangsmittel bildet, eignet sich perfekt
für ein
hochviskoses Parfümöl als eine
bevorzugte Flüssigkeit
für eine
solche fingerbetätigte Sprühpumpe.
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An
der Sprühpumpe
können
mehrere wahlfreie Merkmale verwirklicht werden, wie ein Filter zum Schutz
des Zerstäubers
(Anspruch 11), ein zweites Einwegeventilmittel zur Verhinderung
des Lufteintritts in den Zylinder (Anspruch 12) und ein Entlüftungsmittel
an einem starren Flüssigkeitsreservoir
zur Gestattung von Druckausgleich im Flüssigkeitsreservoir (Anspruch
14).
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Eine
interessante Alternative zu einem starren Flüssigkeitsreservoir kann ein
kollabierbarer Beutel sein, der direkt mit dem Durchgangsmittel
verbunden ist, möglicherweise
innerhalb eines äußeren, starreren
Schutzmittels (Anspruch 15).
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine fingerbetätigte Sprühpumpe,
die Aerosol-Sprays mit geringen Dosen und relativ kleinen Partikeln
erzeugt. Sie eignet sich hervorragend für Flüssigkeitsformulierungen mit
einer wesentlich verringerten Lösungsmittelmenge.
Die erzeugten Sprays vermitteln ein "trockenes" Gefühl.
Sie eignen sich gut für
Anwendungen wie Parfüme,
Bodysprays, Haarsprays und andere Oberflächen- oder Raumsprays.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 schematisch
eine erste Ausführungsform
einer fingerbetätigten
Sprühpumpe
mit einem starren Flüssigkeitsreservoir
und einem Tauchrohr,
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2 eine
Modifikation von 1 mit einem Einwegeventilmittel
hinter dem Zerstäuber,
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3 dieselbe
Sprühpumpe
wie in 1, hier mit einem Einwegeventilmittel und einem
Filter hinter dem Zerstäuber,
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4 eine
zweite Ausführungsform
mit einem Flüssigkeitsreservoir
in der Form eines kollabierbaren Beutels, der in einem äußeren Schutzgehäuse enthalten
ist,
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5 eine
dritte Ausführungsform ähnlich der
Ausführungsform
aus 1, wobei der Zerstäuber mit dem Zylinder im Betätigungsglied
in einer Linie liegt,
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6 eine
vierte Ausführungsform
mit einem am Betätigungsglied
angebrachten hohlen Kolben und einem fest am Flüssigkeitsreservoir angebrachten
Zylinder.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
der Erfindung, bei der es sich um eine fingerbetätigte Sprühpumpe handelt. Die fingerbetätigte Sprühpumpe weist
ein Flüssigkeitsreservoir 1 auf,
das hier die Form eines starren Behälters hat und einen Vorrat
einer Flüssigkeit 2 enthalten
soll. Ein Zylinder 3 enthält ein Pumpenvolumen 4 aus
Flüssigkeit.
Der Zylinder 3 ist an einem Ende mit einem Zerstäuber 5 verbunden
und soll eine Flüssigkeitsportion
aus dem Reservoir 1 enthalten, wovon ein Teil durch den
Zerstäuber 5 in
einem Sprühhub
ausgestoßen
werden soll.
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Der
Zerstäuber
5 kann
der Wirbelkammerart sein, mit einer Wirbelkammer vor dem Düsenausgang.
Es kann sich aber auch um eine Zweistrahldüse mit Prallkörper handeln
oder eine beliebige andere Art, bei der der Strahl mechanisch in
der Düse
zerstäubt
wird. Vorschläge
für einen
solchen Zerstäuber
5 sind
in der
DE 101 54 237
A1 zu finden. Der Zerstäuber
5 kann
jedoch auch einen Flüssigkeitsstrahl erzeugen,
wenn eine besondere Anforderung erfüllt werden muss.
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In 1 ist
ein Kolben 6 dicht im Zylinder 3 montiert und
im und in Bezug auf den Zylinder 3 beim Sprühhub beweglich.
Das Volumen im Zylinder 3 wird verringert, und eine entsprechende
Menge der Flüssigkeit
im Pumpenvolumen 4 des Zylinders 3 wird durch
den Zerstäuber 5 ausgestoßen. Bei
einem Rückhub
ist der Kolben 6 so im und in Bezug auf den Zylinder 3 beweglich,
dass das Volumen im Zylinder 3 vergrößert und eine entsprechende
Flüssigkeitsmenge
aus dem Flüssigkeitsreservoir 1 in
den Zylinder 3 eingezogen wird. 1 zeigt
die Position der Teile dieser Ausführungsform am Ende des Rückhubes
und schließlich
dem Beginn des Sprühhubs.
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Ein
Durchgangsmittel 7 verbindet den Zylinder 3 mit
dem Vorrat an Flüssigkeit
2 im Flüssigkeitsreservoir 1.
Ein Einwegeventilmittel 8 am Durchgangsmittel 7 gestattet
nur eine Flüssigkeitsströmung vom
Vorrat an Flüssigkeit 2 in
den Zylinder 3, aber nicht umgekehrt. Am Betätigungsglied 9 ist
der Zerstäuber 5 im
rechten Winkel zum Zylinder 3 montiert und über einen
kurzen Verbindungskanal 3' mit dem
Zylinder 3 verbunden.
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1 zeigt
ein fingerbetätigtes
Betätigungsglied 9;
ein Finger ist ebenfalls schematisch angedeutet. Das Betätigungsglied 9 ist
in einem Sprühhub mittels
der durch die Fingerspitze ausgeübten
Kraft bezüglich
des Flüssigkeitsreservoirs 1,
d. h. in 1 nach unten, und beim Rückhub bezüglich des
Flüssigkeitsreservoirs 1 in
einer entgegengesetzten Richtung (in 1 nach oben,
wobei 1 das Ende des Rückhubes zeigt) verschiebbar.
Die Verschiebung des Betätigungsglieds 9 bewirkt
die Bewegung des Kolbens 6 bezüglich des Zylinders 3 sowie
beim Sprühhub
den Ausstoß der
Flüssigkeit 2 im
Pumpenvolumen 4 durch den Zerstäuber 5. Der Rückhub wird durch
eine Rückstellfederkraft
bewirkt. Bei der Ausführungsform
in 1 wird die Rückstellfederkraft durch
eine Rückstellfeder 10 bereitgestellt,
die hier als Spiralfeder dargestellt ist.
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Der
Kolben 6 ist dicht im Zylinder 3 montiert, so
dass sich im Zylinder 3 beim Sprühhub Druck aufstauen kann.
In 1 ist die Dichtung schematisch als Ringdichtung 6' dargestellt.
Bei der Dichtung zwischen dem Kolben 6 und dem Zylinder 3 kann
es sich aber auch um eine am Kolben 6 montierte solide Dichtung
handeln oder um eine einfache Spaltdichtung, die durch einen äußerst kleinen
Spalt zwischen dem Kolben 6 und dem Zylinder 3 verwirklicht
wird, der für
eine Flüssigkeit 2 mit
ausreichender Viskosität eine
Dichtwirkung hat.
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Erfindungsgemäß liegen
der Außendurchmesser
des Kolbens 6 und der entsprechende Innendurchmesser des
Zylinders 3 zwischen 0,5 mm und etwa 4,0 mm, vorzugsweise
zwischen etwa 1,0 mm und etwa 3,0 mm und besonders bevorzugt zwischen etwa
1,5 mm und etwa 2,5 mm. Der Düsendurchmesser
des Zerstäubers 5 liegt
zwischen 15 μm
und 150 μm,
vorzugsweise zwischen etwa 30 μm
und etwa 100 μm.
Der Betriebsdruck im Zylinder 3 während des Sprühhubs mit
einer durchschnittlichen Fingerkraft beträgt zwischen 10 bar und 400
bar, vorzugsweise zwischen etwa 40 bar und etwa 200 bar, besonders
bevorzugt zwischen etwa 50 bar und etwa 100 bar. Der Zerstäuber 5,
der Zylinder 3, der Kolben 6 und das Einwegeventilmittel 8 sind
aus Materialien und auf eine Art und Weise hergestellt, die dem
erhöhten
Betriebsdruck widerstehen.
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Bei
der vorliegenden und bevorzugten Ausführungsform liegt der Kolbenhub
zwischen 2 und 30 mm, vorzugsweise zwischen etwa 15 mm und etwa 20
mm, was bequem an den normalen Fingerhub einer die Sprühpumpe verwendenden
Person angepasst ist.
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Wie
oben erläutert,
hat diese fingerbetätigte Sprühpumpe den
Vorteil, dass kleine Dosen hochviskoser Flüssigkeit mit einer geringen
Lösungsmittelmenge
ver sprüht
werden können.
Vorzugsweise liegt die Flüssigkeitsdosis
pro Sprühhub
zwischen 5 μl
und 300 μl,
vorzugsweise zwischen etwa 10 μl
und etwa 100 μl,
besonders bevorzugt zwischen etwa 20 μl und etwa 50 μl.
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1 zeigt
eine wesentlich bevorzugte Ausführungsform,
insofern als der Kolben 6 fest am Flüssigkeitsreservoir 1 angebracht
und als ein hohler Kolben ausgebildet ist, der gleichzeitig das
Durchgangsmittel 7 bildet, das an einem Ende direkt oder über ein
Tauchrohr 11 mit dem Vorrat an Flüssigkeit 2 und am
anderen Ende mit dem Zylinder 3 verbunden ist. Der Kolben 6 ist
nämlich
fest an dem Flüssigkeitsreservoir 1 angebracht,
während
der Zylinder 3 und der Zerstäuber 5 im Betätigungsglied 9 angeordnet
sind. Das Betätigungsglied 9 zusammen
mit dem Zylinder 3 und dem Zerstäuber 5 wird gegen
die Rückstellfederkraft
der Rückstellfeder 10 aus
der Position in 1 nach unten beim Sprühhub zum
Flüssigkeitsreservoir 1 bewegt.
Das Durchgangsmittel 7 ist in den Kolben 6 selbst
integriert und der Kolben 6 ist hohl.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
liegt der Innendurchmesser des hohlen Kolbens 6 zwischen
etwa 0,2 mm und etwa 3,0 mm, vorzugsweise zwischen etwa 0,5 mm und
etwa 1,0 mm. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der hohle Kolben 6 als eine Kapillarröhre aus
Metall ausgebildet.
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Um
den hohen Betriebsdrücken
zu widerstehen, ist der Körper
des Betätigungsglieds 9 bei
einer bevorzugten Ausführungsform
aus Metall, vorzugsweise Aluminium, oder aus einem hochdruckfesten Kunststoff
hergestellt. Sogar die Kapillarröhre
kann aus einem speziell ausgewählten
Kunststoff hergestellt sein.
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Das
Einwegeventilmittel
8 in der Ausführungsform von
1 ist
am Einlassende des Durchgangsmittels
7 montiert, d. h.
bei dieser Ausführungsform
am Einlassende des hohlen Kolbens
6. Eine alternative Position
kann jedoch das Auslassende sein, oder eine Position zwischen dem
Einlassende und dem Auslassende. Spezielle Positionen des Einwegeventilmittels
8 für eine Hochdrucksprühpumpe lassen
sich der
DE 195 36
902 A1 entnehmen. Als herkömmliche Lösung kann das Durchgangsmittel
7 jedoch
an seinem Einlassende mit einem zusätzlichen Sperrventil (Kugelventil)
ausgerüstet
sein.
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6 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer ansonsten sehr ähnlichen
fingerbetätigten Sprühpumpe.
Dieselben Teile der Sprühpumpe
wie in 1 haben dieselben Bezugszahlen und bedürfen keiner
zusätzlichen
Erläuterung.
Hier ist der Kolben 6 jedoch fest am Betätigungsglied 9 angebracht
und ist als hohler Kolben ausgebildet, der gleichzeitig das Verbindungsmittel 13 bildet,
das den Zylinder 3 mit dem Zerstäuber 5 verbindet.
Hier ist der Zylinder 3 fest am Flüssigkeitsreservoir 1 und
der Kolben 6 fest am Betätigungsglied 9 angebracht.
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Ein
dritter Aufbau ist in den Zeichnungen nicht gezeigt. Hier ist der
Zylinder 3 über
das Durchgangsmittel 7 und das Ventilmittel 8 fest
mit dem Reservoir 1 verbunden. Der Zylinder 3 kann
T-förmig sein,
wobei drei Arme jeweils mit dem Reservoir 1, dem Zerstäuber 5 und
dem dicht montierten Kolben 6 verbunden sind. Das Betätigungsglied 9 hat
zusätzlich
zu der Rückstellfeder 10 einen
massiven Kolben 6. Hierbei handelt es sich um einen herkömmlichen Aufbau
einer solchen Zylinder/Kolben-Anordnung.
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2 zeigt
dieselbe Sprühpumpe
wie in 1, zeigt aber außerdem, dass zum Schutz des Zerstäubers 5 ein
Filter 14 zwischen dem Zylinder 3 und dem Zerstäuber 5 vorgesehen
ist.
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3 zeigt
dieselbe Sprühpumpe
wie in 2, zeigt aber außerdem, dass zwischen dem Zerstäuber 5 und
dem Zylinder 3 ein zweites Einwegeventilmittel 15 vorgesehen
ist, das verhindert, dass während
des Rückhubs
Luft über
den Zerstäuber 5 in den
Zylinder 3 eintritt.
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Alle 1, 2, 3 zeigen
das Flüssigkeitsreservoir 1 als
eine starre Flasche, mit der das Durchgangsmittel 7/der
Kolben 6 fest verbunden ist, besonders mit einem Verschluss 12 des
Reservoirs 1, der schematisch aus 1, 2, 3 hervorgeht.
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Ein
Entlüftungsmittel 16 wird
für die
Ausführungsform
mit dem starren Reservoir 1 gemäß 1, 2, 3 als
Ventil mit flexiblen Lippenmitteln gezeigt. Auch der Verschluss 12 des
Reservoirs 1 kann irgendwelche Mittel enthalten, die den
Lufteintritt zum Druckausgleich im Flüssigkeitsreservoir 1 zulassen. Bei
dem Entlüftungsmittel 16 kann
es sich um ein mechanisch betätigtes
Einwegeventil handeln, das durch ein entsprechendes Betätigungsgebilde
am Betätigungsglied 9 während des
letzten Abschnitts des Sprühhubs
geöffnet
wird.
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4 zeigt
eine andere Ausführungsform, die
ansonsten der in 3 ähnelt; hier ist das Flüssigkeitsreservoir 1 keine
starre Flasche, sondern ein kollabierbarer Beutel, der direkt mit
dem Durchgangsmittel 7 verbunden ist. Dieser kollabierbare Beutel
als Flüssigkeitsreservoir 1 ist
in einem äußeren Schutzgehäuse 17 montiert,
das seinerseits mit einem Verschluss 12 verschlossen ist,
der wieder das Durchgangsmittel 7/den Kolben 6 trägt.
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Das äußere Schutzgehäuse 17 hat
ein Entlüftungsmittel 16,
das nach dem Leeren des kollabierbaren Beutels in Hüben Lufteintritt
in das äußere Schutzgehäuse 17 gestattet.
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Das
Flüssigkeitsreservoir 1 in
der Form eines kollabierbaren Beutels kann laminierter Art sein,
um einen unerwünschten
Eintritt von Luft (Sauerstoff) zu verhindern. Bei dem starren Reservoir 1 kann
es sich um eine lange Röhre
handeln, deren Durchmesser so klein ist, dass sich in der Flüssigkeit
keine Luftblasen bilden.
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5 zeigt
eine fingerbetätigte
Sprühpumpe,
die ansonsten 1 ähnlich ist, bei der aber der Zerstäuber 5 in
einer Linie mit dem Zylinder 3 und seinem Pumpenvolumen 4 liegt.
An den Seiten des Zerstäubers 5 sind
Griffmulden 18 zu sehen.
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Die
fingerbetätigte
Sprühpumpe
kann selbst mit einem starren Reservoir 1 auf den Kopf
gestellt verwendet werden, so dass kein Tauchrohr 11 und nur
ein kurzes Durchgangsmittel 7 notwendig sind.
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Zur
Betätigung
der erfindungsgemäßen fingerbetätigten Sprühpumpe,
wie in Bezug auf 1 erläutert, drückt man mit dem Finger oben
auf das Betätigungsglied 9.
Flüssigkeit
im Pumpenvolumen 4 des Zylinders 3 wird unter
Druck durch den Verbindungskanal 3' und den Zerstäuber 5 gedrückt, wodurch
ein Spray aus dem Zerstäuber 5 kommt.
Der massenmittlere Teilchendurchmesser des derart erzeugten Sprays
liegt zwischen 5 und 100 μm.
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Das
Einwegeventilmittel 8 verhindert, dass Flüssigkeit
während
des Sprühens
in das Reservoir 1 zurückfließt. Wenn
kein Fingerdruck mehr auf das Betätigungsglied 9 ausgeübt wird,
stellt die Rückstellfeder 10 das
Betätigungsglied 9 wieder in
seine Normalposition zurück
(das ist der Rückhub).
Dabei wird die Flüssigkeit 2 aus
dem Flüssigkeitsreservoir 1 durch
das Tauchrohr 11 und das Durchgangsmittel 7 in
das Pumpenvolumen 4 im Zylinder 3 gesaugt. Ein weiterer
Sprühhub
wird vorbereitet und kann sofort eingeleitet werden.
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Wenn
ein Sprühhub
nur mit einem frischen Volumen an Flüssigkeit 2 im Zylinder 3 durchgeführt werden
soll, kann ein Befestigungsmittel 19 vorliegen, das das
Betätigungsglied 9 am
Reservoir 1 in seiner unteren Position (am Ende des Sprühhubs) festlegt.
Vor dem Betätigen
der fingerbetätigten Sprühpumpe muss
diese für
einen ersten Rückhub freigegeben
werden. 6 zeigt ein solches Befestigungsmittel 19 als
eine Halteklammer.