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PATENTANSPRÜCHE
1. Sprühdüse für den Einsatz in einem Sprühkopf (30) zur Ausgabe einer unter Überdruck stehenden Flüssigkeit in Form einer Sprühwolke, mit einem eine zentrale Auslassöffnung (41) aufweisenden Gehäuse (33) und einem darin koaxial zur Auslassöffnung (41) angeordneten Düsenkern (32) mit Gängen, die derart angeordnet sind, dass jeder seiner Querschnitte bezüglich der zentralen Achse (MA) radialsymmetrisch ist, wobei innerste Gänge (38, 48), die im wesentlichen tangential in eine der Auslassöffnung (41) innen vorgelagerte zur letzteren koaxial und quer zur Düsenachse (MA) angeordnete Mündungskammer (45) oder innerste Ringkammer (39, 49) einmünden und eine innerste Turbulenzstufe bilden, wobei ferner im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Speiseleitungen (35) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Speiseleitungen zumindest (35) über eine äusserste Turbulenzstufe, die aus äussersten Gängen (36) und einer äussersten Ringkammer (37), in welche die äussersten Gänge (36) im wesentlichen tangential einmünden, besteht, mit der innersten Turbulenzstufe verbunden sind, wobei zumindest in den Gängen (38, 48) der innersten Turbulenzstufe je ein zum Aufbrechen der Flüssigkeit dienender Ablenkvorsprung (23, 43) vorgesehen ist, der die strömende Flüssigkeit aus einer sich durch die innersten Gänge (38, 48) senkrecht zur zentralen Achse (MA) erstrekkenden Strömungszone heraus zur Seite der Auslassöffnung (41) hin unter einem Winkel von bis 900 ablenkt, und dass die Mündungskammer (45) durch eine gegenüber der Auslassöffnung (41) angeordnete Ablenkfläche (40) begrenzt ist.
2. Sprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein tangential in eine Ringkammer (37, 39) führender Gang (36, 38) in Strömungsrichtung stromaufwärts von der Eintrittsöffnung (38a) eines aus derselben Ringkammer hinausführenden Ganges (38, 48) einmündet.
3. Sprühdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tangentialen Gänge (36; 38) in ihrem Querschnitt in Strömungsrichtung zumindest in ihrem Mündungsbereich (36b; 38b) abnehmen.
4. Sprühdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der tangentialen Gänge (36; 38) von ihrer Eintrittsöffnung (36a; 38a) bis zu ihrem Mündungsbe- reich (36b; 38b) kontinuierlich abnimmt.
5. Sprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Ringkammern von einer aussen gelegenen Ringkammer (37) zu einer weiter innen gelegenen Ringkammer (39) jeweils abnehmen.
6. Sprühdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einmündungsquerschnitt jedes tangentialen Ganges (36; 38) in die jeweilige Ringkammer (37; 39) höchstens ein Drittel von deren Querschnitt beträgt.
7. Sprühdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tangentialen Gänge (36; 38), die Ringkammern (37; 39) und die Mündungskammer (45) als Vertiefungen ausgebildet sind, die in die Stirnfläche des Düsenkernes (32) eingelassen sind.
8. Sprühdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkvorsprünge (23) als Stufen im Boden der Vertiefungen ausgebildet sind.
9. Sprühdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder mit einer Stufe vorgesehene Gang vor derselben einen grösseren Querschnitt aufweist als nach derselben.
10. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkvorsprünge (23) sich im Bereich der Eingangsöffnung undloder in der Ausmündung eines tangentialen Ganges (38) in, respektive aus einer Ringkammer (39) befinden.
11. Sprühdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich um die Auslassöffnung (41) herum zur Mündungskammer (45) hin eine kragenartige Ringwulst (42) erstreckt.
12. Sprühdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialabstand der Ablenkfläche (40) bis zum Eingang der Auslassöffnung (41) höchstens 0,1 mm beträgt.
13. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkvorsprung (40) eine zentrale Vertiefung (40a) aufweist.
14. Sprühdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialabstand zwischen der Vertiefung (40a) im pflockartigen Vorsprung (40) und der Stirnseite der Ringwulst (42) höchstens 0,05 mm beträgt.
15. Sprühdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einlässe (29) für ein zweites Medium vorgesehen sind, von denen jeder von aussen her im wesentlichen tangential bis in die äusserste Ringkammer (37) führt.
16. Sprühdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich die äusserste Ringkammer (37) in Strömungsrichtung derselben vor der Einmündung eines jeden Einlasses (29) verengt, derart, dass sich die Einmündung im durch die Verengung bewirkten Sogbereich befindet.
Die Erfindung betrifft eine Sprühdüse für den Einsatz in einem Sprühkopf, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Sprühdüse der eingangs beschriebenen Art ist aus der FR-A-2 325434 bekannt, in welcher der Sprühkopf Ringkanäle und eine zentrale Wirbelkammer enthält, um das zu zerstäubende Produkt möglichst fein aufzuspalten. Dieser Sprühkopf weist aber mehrere Nachteile auf, wobei insbesondere ins Gewicht fällt, dass er in der Wirbelkammer eine unkontrollierte Strömung des Produktes zulässt. Zudem sieht er keine Mittel vor, die Strömungsgeschwindigkeit des Produktes in Richtung gegen den Auslass hin zu erhöhen.
Daher ist dieser Sprühkopf nicht geeignet, Produkte fein zerstäubt abzugeben, die unter einem nur relativ geringen Druck und ohne Treibgas gelagert sind.
Eine weitere bekannte Sprühdüse ist aus dem US-Patent 3 652018 von John Richard Focht bekannt und dient dem mechanischen Break-up eines Flüssigkeitsstromes unter Bildung einer Sprühwolke von Tröpfchen. Diese bekannte Düse ist leichter herstellbar als eine mit ähnlichen Grundmerkmalen gestaltete, im US-Patent 3 083 917 von Robert Abplanalp et al beschriebene. Die Zufuhrkanäle der bekannten Focht-Düse sind durch Trennkörper wie Lenkoder Leitwände (baffles) von einander getrennt; sie gehen von einer gemeinsamen äusseren Ringkammer aus und enden in einer gemeinsamen zentralen Auslassöffnung.
Die Anordnung von vier Zufuhrkanälen, die von einer äusseren Ringkammer ausgehend in der Wandung einer zentralen zylindrischen Mischkammer tangential einmünden, um eine verbesserte Atomisierung von flüssigem Gut zu erzeugen, ist auch bereits aus dem US-Patent 1 594641 von Fletcher Coleman Starr aus dem Jahre 1926 bekannt.
Diese bekannten Sprühdüsen genügen aber nicht hinreichend den Anforderungen, die an viele zu versprühende Produkte wie Haarlack, Deodorantien, Luftverbesserer oder Insektizide gestellt werden. So sollen sie, insbesondere z. B. für
Haarlack, eine Partikelgrösse zwischen 5 und 10 aufweisen, um eine schnelle Verdunstungszeit zu erreichen, damit Strähnenbildung der Haare vermieden wird, wenn die Verbraucherin nach dem Besprühen sich die Frisur zurechtdrückt.
Luftverbesserer und Insektizide müssen schnell verdunsten oder in der Luft schweben, damit sie nicht Möbel, Wände, Teppiche oder Parkettböden beflecken. Ferner muss das versprühte Produkt trotz feinster Partikelgrösse eine genügend starke Aufprallkraft besitzen, wenn es sich um Haarlack handelt, damit dieser nicht nur auf die Haare zu liegen kommt, sondern auch zwischen diese eindringen kann, was eine luftige Frisur gewährleistet. Für Luftverbesserer und Insektizide soll die Sprühwolke möglichst weit in den Luftraum dringen.
Handelsübliche Sprühdüsen wie sie für Aerosoldosen oder Pumpenzerstäuber zur Verfügung stehen, benötigen zur Erzeugung von Sprühwolken vorgenannter Qualität einen Druck von mindestens 6 atü, wenn sie ohne Flüssiggaskomponente verwendet werden, ca. 3 atü bei Anwesenheit einer solchen Komponente, weil ja ein aus Flüssiggas bestehendes Treibmittel sich im Kontakt mit der Umgebungsluft entspannt und dadurch bei der Bildung der feinen Tropfengrösse in der Sprühwolke entscheidend mitwirkt.
Da die erfindungsgemässe Sprühdüse aber vorzugsweise für eine flüssiggasfreie Zerstäubung ohne Luftpumpe und ohne andere Treibmittel verwendet werden soll (propellantless dispensers), wobei aber höchstens 2,4 atü, gegebenenfalls je nach Lagerzeit noch weniger Druck zur Verfügung steht, muss die Düse so gestaltet werden, dass sie mit relativ niederem Druck in der Lage ist, die geforderte Sprühqualität zu liefern, und dabei aber einfach und billig herstellbar ist, während bei Anwesenheit von Flüssiggas im Produkt und entsprechend höheren Drücken mit ihr eine bisher unbekannte, wesentlich gesteigerte Feinheit der Teilchen in der Sprühwolke erreicht werden soll.
Die oben beschriebene Aufgabe wird gelöst und die angestrebten Ziele werden erreicht bei einer Sprühdüse, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist.
In der folgenden Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben, in welchen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zerstäuberkopf mit einer zweiteiligen, aus einem Düsenkern und einem Gehäuse gebildeten Sprühdüse;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Düseneinsatz der vorangehenden Ausführungsform, entlang einer in Fig. 1 durch II-II angedeuteten Ebene (die Schnittebene der Fig. 1 ist in Fig. 2 durch I-I angedeutet) und in vergrössertem Massstab;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform des Düsenkernes entlang einer in Fig. 2 durch III-III angedeuteten Ebene;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zu den Einsatzkernen der Fig. 2 und 3 passende Düsenhülse der Spritzdüse;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Düse;
;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform ähnlich der in Fig. 2 bis 5 gezeigten, aber mit sechs axialen und sechs an diese rechtwinklig angeschlossenen radialen Gängen;
Fig. 7 im Querschnitt eine weitere Ausführungsform des Düsenkernes mit drei Turbulenzstufen;
Fig. 8 einen Längsschnitt durch den Düsenkern nach Fig. 7;
Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Düsenkern ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten, aber mit zusätzlichen Gängen zur Einführung eines zweiten Mediums;
Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Spritzdüse mit einem Düsenkern nach Fig. 9 und mit einem Einlassventil und Einlasskanälen für ein zweites Medium.
Fig. 11 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform der Spritzdüse mit Ausstosskanal, Ringansaugkanal und Regelventil nach Fig. 10;
Fig. 12 eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 11 aber mit einfachen Ansaugöffnungen für ein zweites Medium; und
Fig. 13 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte, andere Ausführungsform eines Zerstäuberkopfes mit Spritzdüsen gemäss der Erfindung zeigen.
Der in Fig. 1 im Längsschnitt gezeigte Zerstäuberbetätigungskopf 30 enthält in seiner Seitenwandung 30a eine Ausnehmung 31, in welche die in einer bevorzugtenAusfüh- rungsform gezeigte, aus einem topfförmigen Gehäuse 33 und einem in die in der Innenendwand des letzteren vorgesehene Ausnehmung 33a eingefügten Düsenkern 32 bestehende Sprühdüse eingesetzt ist. Der Düsenkern 32 trägt in seiner der Bodenfläche 33b der Ausnehmung 33a dicht anliegenden vorderen, der Auslassöffnung 41 zugewandten Stirnfläche 32a und in seiner an der Seitenwandung 33c der Ausnehmung 33a dicht anliegenden seitlichen Umfangswand 32b ausgebildete Vertiefungen, die in der bei Zusammenbau von Düsenkern 32 und Gehäuse 33 erstellten Düse das aus Ringkammern und Gängen bestehende hohle Düseninnere bilden.
Die genannten Vertiefungen sind in den Darstellungen des Düsenkerns 32 nach Fig. 2 und 3 besonders veranschaulicht.
Der Betätigungskopf 30 trägt an seiner Unterseite ein unten offenes Halsteil 34, in welches der Ventilschaft einer Aerosol-Sprühdose in bekannter Weise eingesteckt werden kann. Das Innere des Halsteils 34 bildet den Hauptspeisekanal 27, aus dessen oberem Endbereich im Betätigungskopf 30 vier axialen Speiseleitungen 35 in axialer Richtung zur Düsenmittelachse MA, die durch Längsnuten in der Umfangswand 32b des Düsenkerns 32 ausgebildet sind, rechtwinklig in Vertiefungen der Stirnfläche 32a einmünden, die das Turbulenzsystem der Düse bilden.
Dieses umfasst mindestens zwei Turbulenzstufen, von denen die erste, wie aus Fig. 2 ersichtlich, vier jeweils mit ihrer Eintrittsöffnung 36a rechtwinklig an das vordere Ende einer der axialen Speiseleitungen 35 angeschlossene äusserste tangentiale Gänge 36, die jeweils windschief zur Düsenmittelachse MA in einer diese Achse rechtwinklig schneidenden Ebene verlaufen und tangential von aussen in eine gemeinsame äusserste Ringkammer 37 einmünden, wobei ihre Einmündungen 36b symmetrisch um die äussere Umfangswand 37a der Ringkammer 37 verteilt sind (Fig. 2) und mit der letzteren Umfangswand die Leitkanten 36c bilden.
Von der Ringkammer 37 aus führen vier innere tangentiale Gänge 38 einer zweiten Turbulenzstufe düseneinwärts in eine zweite, innere Ringkammer 39, die einen pflockartigen, aus der durch die Bodenfläche 36d (Fig. 3) der einmündenden Gänge 36 bestimmten Ebene heraus bis nahe an die Auslassöffnung 41 ragenden Ablenkvorsprung 40 umgibt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, werden die Ringkammern und tangentialen Gänge durch die Bodenfläche 33b der Ausnehmung 33a hermetisch oder mindestens flüssigkeitsdicht überdeckt. Eine das hohle Düseninnere durchströmende, unter Druck befindliche Flüssigkeit kann sich also nur durch die Gänge und Ringkammern hindurch zur Auslassöffnung 41 bewegen.
Eine ideale Konizität der tangentialen Gänge 36 wird erreicht, indem man von der Kanalseite 35A eine Tangente zur Peripherie der Ringkammer 37 und von der Kanalseite 35B eine Gerade durch den Berührungspunkt 37A dieser Tangente mit der Ringkammer 37 zieht. Vorteilhafterweise wird dann die Breite der Ringkammer 37 so gewählt, dass sie gleich der Breite der Einmündung 36b der tangentialen Gänge 36 in die Ringkammer 37 ist. Durch diese Konfiguration erreicht man, dass eine von den axialen Speiseleitungen 35 kommende, unter Druck stehende Flüssigkeit durch die Verengung der tangentialen Gänge 36 bis zum Einmünden in die Ringkammer 37 beschleunigt wird und dass danach die Ringkammer 37 der Flüssigkeit durch die dieser aufgezwun- gene Rotationsbewegung eine Zentrifugalkraftkomponente verleiht.
Ferner entsteht in der Ringkammer 37 vor je einer Einmündung 36b eines tangentialen Ganges 36 ein Sog. Eine ideale Stelle für die Kante 38d der Eintrittsöffnung 38a der tangentialen Gänge 38 der zweiten Turbulenzstufe wird erhalten, wenn vom ersten Berührungspunkt auf der Kante 36c zwischen der Geraden 35B-37A und der Umfangswand 37a der äussersten Ringkammer 37 eine Tangente zur Peripherie der inneren Ringkammer 39 gezogen wird, und eine ideale Einlaufbreite der Eintrittsöffnungen 38a der inneren tangentialen Gänge 38 wird erreicht, indem am Berührungspunkt 39A dieser Tangente mit der inneren Ringkammer 39 eine Gerade zur Kanalseite 35A der Speiseleitung 35 gezogen wird.
Vorteilhafterweise wird dann eine Breite für die Ringkammer 39 gewählt, die mit der Summe der Breiten der Einmündungen der inneren tangentialen Gänge 38 in derselben identisch ist, wodurch der Durchmesser des pflockartigen Ablenkvorsprungs 40 bestimmt wird. Die äusseren tangentialen Gänge 36 sind in der Höhe unverändert, wohingegen die inneren tangentialen Gänge 38 sich ab der Eintrittsöffnung 38a zwischen den beiden axialen Wandkanten 38c und 38d nicht nur seitlich, sondern auch in Bezug auf ihre Höhe zur Einmündung 38b in die innere Ringkammer 39 verengen. Diese Verengung ist nicht kontinuierlich, sondern durch eine Stufe 23 unterbrochen, die als mechanisches Break-up erzeugendes Hindernis bereits beim Beschleunigungsvorgang Turbulenz erzeugt (Fig. 2 und 3).
Die Umfangskante der vorzugsweise eine Vertiefung 40a enthaltenden Stirnseite des Ablenkvorsprungs 40 (Fig. 5) führt in der die inneren Gänge 38 durchströmenden Flüssigkeit ebenfalls zu Turbulenz.
Eine zusätzliche Turbulenz wird durch eine an der Innenseite des Gehäuses 33 um die Auslassöffnung 41 herum befindliche Ringwulst 42 hervorgerufen (Fig. 4).
In der erfindungsgemässen Sprühdüse wird eine unter Druck stehende Flüssigkeit gezielt beschleunigt, in Rotation versetzt und gewirbelt, was zu einer optimalen Ausnützung der vorhandenen Ausstosskraft führt. Das Volumen des Hauptspeisekanals 27 ist, verglichen mit den erwähnten an ihn angeschlossenen axialen Speiseleitungen und tangentialen Gängen, wesentlich grösser. Dieses mit den Leitungen und Gängen verglichen überdimensionierte Volumen des Hauptspeisekanals 27 ist einerseits notwendig, um die vorhandene Druckkraft, unter der die Flüssigkeit steht, unbeschränkt bis zu den axialen Speiseleitungen 35 zur Wirkung zu bringen, und anderseits, damit die axialen Leitungen und tangentialen Gänge auch bei leichttrocknender Flüssigkeit durch verlangsamtes Verdunsten einer relativ grossen Flüssigkeitsmenge, die im Hauptspeisekanal 27 gelagert ist, durchgängig bleiben.
Durch entsprechende Änderung des Querschnitts der axialen Speiseleitungen 35, aber auch der Querschnitte der
Räume 36, 37, 38 und 39 des hohlen Düseninneren kann man die Sprühleistung der erfindungsgemässen Sprühdüse der jeweiligen Viskosität der Flüssigkeit anpassen. Eine höhere Viskosität der Flüssigkeit verlangt natürlich einen grösseren Querschnitt als eine kleine.
Die Tropfengrösse ist durch Änderung des Abstandes zwischen dem pflockartigen Ablenkvorsprung 40 und der
Ringrippe 42 des Gehäuses 33 einstellbar; je kleiner der Abstand, umso kleiner ist die Tropfengrösse. Natürlich darf der Abstand nicht zu klein gehalten werden, was sowohl die Ausstossgeschwindigkeit herabsetzt, als auch den Ausstosswinkel der Sprühwolke vergrössert, es sei denn, diese Eigen- schaften seien für das eine oder andere Produkt erwünscht.
Der Ausstosswinkel der Sprühwolke hängt auch von der Länge des Düsenauslasses im Anschluss an die Auslassöffnung 41 des topfförmigen Gehäuses 33 ab. Je länger der Auslass, um so kleiner ist dieser Winkel.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemässen Sprühdüse. Der Düsenkern 32 gleicht dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten, ausser dass er statt der inneren Ringkammer 39 eine Mündungskammer 45 aufweist, die dadurch gebildet wird, dass der Ablenkvorsprung 40 um seine Stirnseite herum einen axial vorspringenden Ringflansch 44 trägt. Die innerhalb des letzteren gebildete Vertiefung 40a an der Stirnseite des Vorsprungs 40 begrenzt die Mündungskammer 45 nach innen, während die Bodenfläche 33b der Ausnehmung 33a des Gehäuses 33 diese Kammer nach aussen begrenzt, wobei der Ringwulst 42, dessen Aussendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Ringflansches 44, etwas in die Mündungskammer 45 hineinragt.
Dabei bleibt zwischen dem Ringflansch 44 und dem Ringwulst 42 ein Ringspalt 46, der, besonders wenn der obere Rand des Ringwulstes 42 bis an die Ebene des oberen Randes des Ringflansches 44 heran oder über diese Ebene hinaus in das Innere der Mündungskammer 45 hineinragt, eine erhebliche Erhöhung der Turbulenz in der letzteren Kammer bewirkt (Fig. 5).
In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das Gehäuse 33 an seinem inneren die Ausnehmung 33a umgebenden Rand mit einer Umbördelung 28 versehen, welche in eine entsprechende Ausnehmung 28a des Betätigungskopfes 30 so fest eingreift, dass sie sich auch durch eine unter starkem Druck stehende Flüssigkeit nicht aus dem Betätigungskopf 30 lösen lässt.
Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Düsenkerns 32 mit sechs axialen Speiseleitungen 35, die zu sechs tangentialen Gängen 36 führen und die in die äusserste Ringkammer 37 einmünden, von der aus sechs innere tangentiale Gänge 38 zur inneren Ringkammer 39 führen, die durch den pflockartigen Ablenkvorsprung 40 begrenzt ist.
Die Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, in welcher die erfindungsgemässe Sprühdüse nicht nur mit zwei, sondern auch mit drei oder mehr aufeinanderfolgenden Turbulenzstufen versehen werden kann, d.h. zusätzlich zu den Gängen 36, 38 und Ringkammern 37 und 39 kann der Düsenkern 32 noch tangentiale Gänge 48 und eine Ringkammer 49 einer dritten Turbulenzstufe enthalten. Über dem Ablenkvorsprung 40 kann zusätzlich eine Mündungskammer 45 vorgesehen sein. Selbstverständlich ist die Anzahl der aufeinanderfolgenden Turbulenzstufen auch von dem zur Verfügung stehenden Druck der Flüssigkeit abhängig, damit es nicht durch zu grosse Reibung zu übermässigem Abbremsen der Flüssigkeitsströmung kommt. Je grösser der Druck, unter dem sich die Flüssigkeit befindet, um so mehr Turbulenzstufen können vorgesehen werden.
In den Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7 nimmt die Höhe der Gänge und Ringkammern nicht kontinuierlich, sondern stufenweise gegen die Mündungskammer 45 hin ab; dabei bildet jede Stufe 36i, 38i ein zu Wirbeln führendes Hindernis im Flüssigkeitsstrom und die erreichte Verengung der Gänge ist ein Beschleunigungsfaktor für letzteren (Fig. 8).
Die Fig. 9 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des Düsenkerns 32, bei der zusätzlich zu den tangentialen Gängen 36 und 38 noch Einlasskanäle 29 vorgesehen sind, deren Eintrittsöffnungen 29a nicht an der Peripherie des Düsenkerns 32, sondern nach der Mitte desselben hin versetzt sind und über sich von der Stirnseite 33c des Gehäuses 33 durch dasselbe axial erstreckende Durchlässe 26 gespeist werden.
Die Einlasskanäle 29 sind so angeordnet, dass sie tangential zur äusseren Seitenwandung der Ringkammer 37 in diese, an Sog erzeugenden Stellen, zwischen den Einmündungen 36b von jeweils zwei benachbarten tangentialen Gängen 36 öffnen.
Um eine zusätzliche Sogwirkung in den Einlasskanälen 29 zu erzeugen, ist die Aussenwand der Ringkammer 37 nicht absolut rund, sondern verengt sich, in Strömungsrichtung gesehen jeweils gerade vor den Einmündungen 29b der Einlasskanäle 29. Die aus einem tangentialen Gang 36 einströmende, bereits beschleunigte Flüssigkeit wird in die darauffolgende Verengung der Ringkammer 37 getrieben, wo sie noch einmal beschleunigt wird, wodurch sie im Vorbeifliessen an der Einmündung 29b eines Einlasskanals 29 einen Sog bewirkt, und dies um so mehr, als diese Einmündung 29b stromauf etwas hinter der Eintrittsöffnung 38a eines tangentialen Gänges 38 liegt, durch den die Flüssigkeit zur Auslassöffnung 41 fliesst. Die Einlasskanäle 29 sind vorgesehen, um ein zweites Medium, wie z. B. Luft, anzusaugen und mit der das Düseninnere durchströmenden Flüssigkeit zu mischen.
Da die erfindungsgemässe Sprühdüse vorzugsweise zur Ausgabe eines von Gas, insbesondere auch von Treibmittelgas freien Produkts dienen soll, so muss, wenn ein schaumbildendes Produkt, z. B. Rasierkreme als Schaum ausgegeben werden soll, und dies zur Schaumbildung die Anwesenheit von gasförmigem Medium benötigt, zusätzlich zur Grundflüssigkeit der Rasierkreme noch ein Gasanteil eingeführt werden. Dies kann geschehen indem die Grundflüssigkeit beim Durchströmen der äusseren tangentialen Gänge 36, der Ringkammer 37 und der inneren tangentialen Gänge 38 durch die Eintrittsöffnungen 29a der Einlasskanäle 29 Luft ansaugen kann, die dann, gemischt mit der Flüssigkeit, den Rasierschaum bildet (Fig. 9 bis 12).
Da in einer gasfreien Alternative für Aerosoldosen neben schaumbildenden Emulsionen auch Öl eingefüllt werden kann, die aber ebenfalls eines Gasmediums bedürfen, um als Staub- oder Sprühwolke aus einer Sprühdüse auszutreten, kann mittels der erfindungsgemässen Sprühdüse dieses Gasmedium (Luft) über die Einlasskanäle 29 angesaugt werden.
Der Querschnitt der Einlasskanäle 29 hängt von der gewünschten Luftmenge ab, die man zum Mischen braucht und muss also von Fall zu Fall angepasst werden. In Fig. 11 und 12 ist eine Sprühdüse mit einem Gehäuse 33 und mit in dieses eingesetztem Düsenkern 32 gezeigt, bei welcher die vier Eintrittsöffnungen 29a, durch welche hindurch über die Einlasskanäle 29 ein zweites Medium angesaugt werden kann, über Durchlässe 26a und einen Ringkanal 26b (gestrichelt in Fig. 11 gezeigt) miteinander verbunden sind, der in dem Gehäuse 33 verläuft und an ein Einlassventil 22 angeschlossen ist, mit welchem die Ansaugmenge des zweiten Mediums gesteuert werden kann. Eine solche Ausführung kann neben einem Gasmedium auch andere fluide Medien, wie Flüssigkeiten oder feine Pulver ansaugen.
Die Fig. 13 zeigt einen Längsschnitt durch einen Betätigungskopf mit einer anderen, vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Sprühdüse. Hierbei sind, wie im Zusammenhang mit den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 12 beschrieben, die verschiedenen Leitungen, Gänge und Ringkammern in einem Düsenkern 52 auf dessen Stirnseite 52a und Umfangswand 52b angeformt oder erodiert und werden mit einem Gehäuse nach Fig. 4 abgedeckt.
Der Düsenkern 52 ist mit dem Betätigungskopf 50 vorzugsweise einstückig geformt und ragt aus dem Boden 51b der Ausnehmung 51a in der Seitenwandung 51 soweit heraus, dass über ihm und um ihn herum genügend Spiel zum festen, dichten Einfügen des Gehäuses 53 in die Seitenwand 51 des Betätigungskopfes 50 verbleibt. Eine solche Ausführungsform ist nur möglich wenn der Durchmesser des Düsenkerns 52 eine Schaffung der vier Speiseleitungen 35 spritzgusstechnisch zulässt, d.h. ist der Durchmesser zu gross, so werden die Speiseleitungen 35 zu lang. Da diese einen-sehr kleinen Querschnitt haben müssen, nämlich je nach Viskosität des Produktes zwischen 0,3 und 0,6 mm, müssen sie so kurz wie möglich gehalten werden. Die Erfindung zeigt, dass die vorteilhafteste obere Grenze des Gesamtdurchmessers des Düsenkerns 52 bei dieser Ausführung bei 16 mm liegt.
Muss der Durchmesser aus irgendwelchen Gründen grösser sein, so ist es ratsam, die Ausführungsform gemäss Fig. 1 zu wählen. Der Hauptspeisekanal 54 weist einen verkürzten Kanalteil 56 an der inneren Endwand 52c des Düsenkerns 52 sowie eine Verengung des restlichen, in den Betätigungskopf 50 weiter hineinführenden Kanalteils 57 auf. Ferner ist der Winkel ss des blinden Endes 57a des verengten Kanalteils 57 mit der Düsenmittelachse grösser als der entsprechende Winkel a des blinden Endes 56a des verkürzten Kanalteils 56.
Diese abgewinkelten blinden Enden 56a und 57a dienen als Abprall- oder Stauflächen für die im Hauptspeisekanal 54 fliessende Flüssigkeit, die mittels dieser Abprallflächen mit mehr oder weniger starkem Druck in die axialen Speiseleitungen 35 getrieben wird. Würde der Hauptspeisekanal 54 zylindrisch gestaltet sein, so würde es am blinden Ende desselben zu einem Staudruck kommen, welcher die Flüssigkeit über die obere Speiseleitung 35 mit einem höheren Druck treiben würde als über die untere Speiseleitung 35. Dies wird vermieden, indem im Bereich des Hauptspeisekanals 54, oberhalb der unteren Leitungen 35 die durch das blinde Ende 56a entstehende Abprallfläche hervorsteht, deren Oberfläche und Neigungswinkel so gewählt werden, dass dort ein Staudruck in den darunter liegenden Leitungen 35 identisch mit demjenigen in den oberen Leitungen 35 entsteht.
Haben die vier Leitungen 35 eine ungleichmässige Druckabgabe, so wird die Sprühwolke unsymmetrisch. Von den vier Leitungen 35, sind nur zwei in der Schnittebene liegende gezeigt.
Die neue Düse erübrigt die Verwendung einer Pumpe, welche nicht nur ein wiederholtes Drücken zum Ausstossen des Produktes verlangt, sondern auch Umgebungsluft und somit Sauerstoff in den Produktbehälter pumpt, was natürlich zu einer unerwünschten Oxydation des Produktes führt.
Um am besten die ausserordentlichen Möglichkeiten der erfindungsgemässen Sprühdüse zu beleuchten, soll erwähnt werden, dass Laborversuche gezeigt haben, dass dank dieser Düse in Aerosoldosen bis zu 75% Treibgas eingespart werden kann. Zusammenfassend bei gesagt: (a) Die erfindungsgemässe Sprühdüse ist im Stande, eine lediglich unter mechanischem Druck stehende Flüssigkeit mit nur ca. 2 atü in der gleichen Qualität zu versprühen, wie handelsübliche Sprühdüsen dies nur mit einem Druck von 6 atü erreichen.
(b) Dies bedeutet für Aerosolsprühdosen, dass Teibgas nicht mehr sowohl als Ausstossenergie als auch durch Entspannung an der Umgebungsluft, als Versprühungsfaktor dienen muss, sondern nur noch den Druck abzugeben hat, der gerade genügt, um ein mechanisches Aufbrechen (Breakup) der Flüssigkeit mittels der erfindungsgemässen Sprühdüse voll zu ermöglichen.
(c) Dies hat wiederum zur Folge, dass nicht mehr ein Treibgasgemisch, wie Freon 11 und Freon 12 verwendet werden muss, welches bisher nötig war, um einerseits eine genügend grosse Gasmenge zu erzeugen, die als Versprühfaktor dient, und am anderseits durch eine verschieden grosse Menge der einen oder anderen Gasgemischkomponente, dank ihrer sehr unterschiedlichen Siedepunkte, den Ausstossdruck zu variieren, sondern es kann bei Verwendung der erfindungsgemässen Spritzdüse lediglich das Treib gas mit dem tiefsten Siedepunkt eingesetzt und davon nur soviel verwendet werden, dass ca. 2 atü Überdruck in der Aerosoldose erreicht werden.
(d) Die Erfindung hat gezeigt, dass z.B. für Haarlack statt 77% Gasgemisch Freon 11 und 12 entsprechend 3,8 atü Druck bei Verwendung der erfindungsgemässen Sprühdüse lediglich 19% Freon 12 entsprechend 1,7 atü Druck in die Aerosoldose eingefüllt werden müssen, um identische Sprühqualitäten zu erreichen. Die erfindungsgemässe Sprühdüse funktioniert auch mit 1,7 atü Druck oder sogar, je nach verlangter Tropfengrösse, bis herunter zu 0,8 atü, vorausgesetzt, dass dieser Druck durch ein Treibgas erzeugt wird.
Denn nachdem das Treibgas seine Rolle als Ausstossenergiequelle gespielt hat, entspannt es sich, wenn auch in geringerem Masse im Kontakt mit der Umgebungsluft und kompensiert so, als Sprühfaktor, den bis zu den weiter oben genannten 2 atü fehlenden Druckanteil.
Auch haben Laborversuche gezeigt, dass dank der mechanischen Break-up-Eigenschaften der erfindungsgemässen Sprühdüse Flüssigkeiten, die mit hohem Druck durch sie hindurchgezwungen werden, wegen der entstehenden Rei bungswärme zum Verdampfen gebracht werden können.
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PATENT CLAIMS
1. spray nozzle for use in a spray head (30) for dispensing a liquid under pressure in the form of a spray cloud, with a housing (33) having a central outlet opening (41) and a nozzle core (32) arranged coaxially with the outlet opening (41) ) with aisles arranged in such a way that each of its cross sections is radially symmetrical with respect to the central axis (MA), with innermost aisles (38, 48) being essentially tangential in one of the outlet openings (41) in front of the latter coaxially and transversely Mouth chamber (45) or innermost annular chamber (39, 49) arranged to the nozzle axis (MA) open out and form an innermost turbulence stage, feed lines (35) extending essentially in the axial direction being further provided, characterized in that
that the feed lines are connected to the innermost turbulence stage at least (35) via an outermost turbulence stage, which consists of outermost aisles (36) and an outermost annular chamber (37), into which the outermost aisles (36) open substantially tangentially at least in the aisles (38, 48) of the innermost turbulence stage, a deflection projection (23, 43) serving to break up the liquid is provided, which deflects the flowing liquid from a through the innermost aisles (38, 48) perpendicular to the central axis (MA ) extending flow zone deflects out to the side of the outlet opening (41) at an angle of up to 900, and that the orifice chamber (45) is delimited by a deflecting surface (40) arranged opposite the outlet opening (41).
2. Spray nozzle according to claim 1, characterized in that in each case a passage (36, 38) leading tangentially into an annular chamber (37, 39) opens in the flow direction upstream from the inlet opening (38a) of a passage (38, 48) leading out of the same annular chamber .
3. Spray nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the tangential passages (36; 38) decrease in their cross section in the flow direction at least in their mouth region (36b; 38b).
4. Spray nozzle according to claim 3, characterized in that the cross section of the tangential passages (36; 38) decreases continuously from their inlet opening (36a; 38a) to their mouth region (36b; 38b).
5. Spray nozzle according to claim 1, characterized in that the cross sections of the annular chambers from an outer annular chamber (37) to a further inner annular chamber (39) decrease in each case.
6. Spray nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-section of each tangential passage (36; 38) into the respective annular chamber (37; 39) is at most a third of its cross-section.
7. Spray nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the tangential passages (36; 38), the annular chambers (37; 39) and the orifice chamber (45) are formed as depressions which are embedded in the end face of the nozzle core (32) are.
8. Spray nozzle according to claim 7, characterized in that the deflection projections (23) are designed as steps in the bottom of the recesses.
9. A spray nozzle according to claim 8, characterized in that each passage provided with a step has a larger cross section in front of it than after it.
10. Spray nozzle according to one of claims 1 to 8, characterized in that the deflection projections (23) are located in the region of the inlet opening and / or in the mouth of a tangential passage (38), respectively from an annular chamber (39).
11. Spray nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that a collar-like ring bead (42) extends around the outlet opening (41) to the mouth chamber (45).
12. Spray nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the axial distance of the deflecting surface (40) to the entrance of the outlet opening (41) is at most 0.1 mm.
13. Spray nozzle according to one of claims 1 to 12, characterized in that the deflection projection (40) has a central recess (40a).
14. Spray nozzle according to claim 13, characterized in that the axial distance between the recess (40a) in the peg-like projection (40) and the end face of the annular bead (42) is at most 0.05 mm.
15. Spray nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that inlets (29) are provided for a second medium, each of which leads from the outside substantially tangentially into the outermost annular chamber (37).
16. Spray nozzle according to claim 15, characterized in that the outermost annular chamber (37) narrows in the direction of flow thereof before the mouth of each inlet (29), such that the mouth is in the suction area caused by the constriction.
The invention relates to a spray nozzle for use in a spray head, according to the preamble of patent claim 1.
A spray nozzle of the type described in the opening paragraph is known from FR-A-2 325434, in which the spray head contains ring channels and a central swirl chamber in order to split the product to be atomized as finely as possible. However, this spray head has several disadvantages, with the particular importance that it allows an uncontrolled flow of the product in the swirl chamber. In addition, it does not provide any means of increasing the flow velocity of the product towards the outlet.
This spray head is therefore not suitable for dispensing finely atomized products that are stored under only relatively low pressure and without propellant gas.
Another known spray nozzle is known from US Pat. No. 3,655,018 by John Richard Focht and is used for the mechanical break-up of a liquid stream to form a spray cloud of droplets. This known nozzle is easier to manufacture than one with similar basic features, described in US Pat. No. 3,083,917 by Robert Abplanalp et al. The feed channels of the well-known Focht nozzle are separated from one another by separating bodies such as steering or guide walls (baffles); they start from a common outer annular chamber and end in a common central outlet opening.
The arrangement of four feed channels which open tangentially from the wall of a central cylindrical mixing chamber, starting from an outer annular chamber, in order to produce an improved atomization of liquid material, is also already known from the US patent 1 594641 by Fletcher Coleman Starr from 1926 known.
However, these known spray nozzles do not sufficiently meet the requirements placed on many products to be sprayed, such as hair varnish, deodorants, air fresheners or insecticides. So they should, especially z. B. for
Hair lacquer, have a particle size between 5 and 10 to achieve a fast evaporation time, so that streaking of hair is avoided when the consumer squeezes the hairstyle after spraying.
Air fresheners and insecticides must evaporate quickly or hover in the air so that they do not stain furniture, walls, carpets or parquet floors. Furthermore, despite the finest particle size, the sprayed product must have a sufficiently strong impact force when it comes to hair lacquer so that it not only lies on the hair but can also penetrate between them, which ensures an airy hairstyle. For air fresheners and insecticides, the spray cloud should penetrate the air space as far as possible.
Commercially available spray nozzles, such as those available for aerosol cans or pump atomizers, require a pressure of at least 6 atü to generate spray clouds of the aforementioned quality, if they are used without a liquid gas component, approx. 3 atü in the presence of such a component, because a propellant consisting of liquid gas relaxes in contact with the ambient air and thus plays a key role in the formation of the fine droplet size in the spray cloud.
However, since the spray nozzle according to the invention is preferably to be used for liquid gas-free atomization without an air pump and without other propellants (propellantless dispensers), but with a maximum of 2.4 atmospheres, possibly less pressure depending on the storage time, the nozzle must be designed in such a way that it is able to deliver the required spray quality with relatively low pressure, but is easy and cheap to produce, while in the presence of liquid gas in the product and correspondingly higher pressures with it a previously unknown, significantly increased fineness of the particles in the Spray cloud should be reached.
The object described above is achieved and the desired objectives are achieved with a spray nozzle as defined in claim 1.
In the following description, preferred embodiments of the invention are described in conjunction with the drawings, in which:
1 shows a longitudinal section through an atomizer head with a two-part spray nozzle formed from a nozzle core and a housing.
FIG. 2 shows a cross section through the nozzle insert of the preceding embodiment, along a plane indicated by II-II in FIG. 1 (the sectional plane of FIG. 1 is indicated by I-I in FIG. 2) and on an enlarged scale;
3 shows a longitudinal section through the embodiment of the nozzle core shown in FIG. 2 along a plane indicated by III-III in FIG. 2;
4 shows a longitudinal section through a nozzle sleeve of the spray nozzle that matches the insert cores of FIGS. 2 and 3;
5 shows a longitudinal section through a further embodiment of the nozzle;
;
6 shows a cross section through an embodiment similar to that shown in FIGS. 2 to 5, but with six axial and six radial gears connected to it at right angles;
7 shows in cross section a further embodiment of the nozzle core with three turbulence levels;
8 shows a longitudinal section through the nozzle core according to FIG. 7;
9 shows a cross section through a nozzle core similar to that shown in FIG. 2, but with additional passages for introducing a second medium;
10 shows a longitudinal section through an embodiment of the spray nozzle with a nozzle core according to FIG. 9 and with an inlet valve and inlet channels for a second medium.
11 is a view, partially in section, of an embodiment of the spray nozzle with ejection channel, ring suction channel and control valve according to FIG. 10;
FIG. 12 is a view similar to that of FIG. 11 but with simple suction openings for a second medium; and
13 show a longitudinal section through a preferred, different embodiment of an atomizer head with spray nozzles according to the invention.
The atomizer actuating head 30 shown in longitudinal section in FIG. 1 contains in its side wall 30a a recess 31 into which the one shown in a preferred embodiment consists of a pot-shaped housing 33 and a nozzle core 32 inserted into the recess 33a provided in the inner end wall of the latter Spray nozzle is used. The nozzle core 32 carries in its front face 32a, which is close to the bottom surface 33b of the recess 33a and faces the outlet opening 41, and in its recesses formed in the lateral peripheral wall 32b, which is close to the side wall 33c of the recess 33a, which in the when the nozzle core 32 and housing are assembled 33 created nozzle form the hollow nozzle interior consisting of annular chambers and passages.
The depressions mentioned are particularly illustrated in the illustrations of the nozzle core 32 according to FIGS. 2 and 3.
The actuating head 30 carries on its underside a neck part 34 which is open at the bottom and into which the valve stem of an aerosol spray can can be inserted in a known manner. The inside of the neck part 34 forms the main feed channel 27, from the upper end region of which in the actuating head 30 four axial feed lines 35 in the axial direction to the central axis MA of the nozzle, which are formed by longitudinal grooves in the peripheral wall 32b of the nozzle core 32, open at right angles into recesses in the end face 32a, which form the turbulence system of the nozzle.
This comprises at least two turbulence stages, of which the first, as can be seen from FIG. 2, four outermost tangential gears 36, each with its inlet opening 36a connected at right angles to the front end of one of the axial feed lines 35, each skewed to the central axis MA of the axis in one of these axes extend at a right angle cutting plane and open tangentially from the outside into a common outermost ring chamber 37, their openings 36b being distributed symmetrically around the outer peripheral wall 37a of the ring chamber 37 (FIG. 2) and forming the leading edges 36c with the latter peripheral wall.
From the annular chamber 37, four inner tangential passages 38 of a second turbulence stage lead inwardly into a second, inner annular chamber 39, which is a peg-like plane, which is defined by the floor surface 36d (FIG. 3) of the opening passages 36 and close to the outlet opening 41 protruding deflection projection 40 surrounds.
3, the annular chambers and tangential passages are covered hermetically or at least in a liquid-tight manner by the bottom surface 33b of the recess 33a. A liquid under pressure flowing through the hollow interior of the nozzle can therefore only move through the passages and annular chambers to the outlet opening 41.
An ideal taper of the tangential passages 36 is achieved by drawing a tangent from the channel side 35A to the periphery of the annular chamber 37 and from the channel side 35B a straight line through the point of contact 37A of this tangent with the annular chamber 37. The width of the annular chamber 37 is then advantageously selected such that it is equal to the width of the opening 36b of the tangential passages 36 into the annular chamber 37. With this configuration it is achieved that a liquid coming from the axial feed lines 35 and under pressure is accelerated by the narrowing of the tangential passages 36 until it opens into the annular chamber 37, and that afterwards the annular chamber 37 of the liquid is forced through the rotational movement imposed on it imparts a centrifugal force component.
In addition, suction is created in the annular chamber 37 in front of each mouth 36b of a tangential passage 36. An ideal location for the edge 38d of the inlet opening 38a of the tangential passages 38 of the second turbulence stage is obtained if from the first point of contact on the edge 36c between the straight line 35B-37A and the peripheral wall 37a of the outermost annular chamber 37 a tangent to the periphery of the inner annular chamber 39 and an ideal inlet width of the inlet openings 38a of the inner tangential passages 38 is achieved by drawing a straight line to the channel side 35A of the feed line 35 at the point of contact 39A of this tangent with the inner annular chamber 39.
A width for the annular chamber 39 is then advantageously selected which is identical to the sum of the widths of the openings of the inner tangential passages 38 in the same, whereby the diameter of the peg-like deflection projection 40 is determined. The height of the outer tangential passages 36 is unchanged, whereas the inner tangential passages 38 not only narrow laterally from the entry opening 38a between the two axial wall edges 38c and 38d, but also with respect to their height to the opening 38b into the inner annular chamber 39 . This narrowing is not continuous, but is interrupted by a step 23 which, as a mechanical break-up obstacle, already generates turbulence during the acceleration process (FIGS. 2 and 3).
The peripheral edge of the end face of the deflection projection 40 (FIG. 5), which preferably contains a recess 40a, likewise leads to turbulence in the liquid flowing through the inner passages 38.
Additional turbulence is caused by an annular bead 42 on the inside of the housing 33 around the outlet opening 41 (FIG. 4).
In the spray nozzle according to the invention, a liquid under pressure is specifically accelerated, set in rotation and whirled, which leads to an optimal use of the existing ejection force. The volume of the main feed channel 27 is significantly larger compared to the axial feed lines and tangential passages mentioned connected to it. This oversized volume of the main feed channel 27 compared with the lines and passages is necessary on the one hand in order to bring the existing pressure force under which the liquid stands up to the axial feed lines 35 on the one hand, and on the other hand so that the axial lines and tangential passages as well in the case of light-drying liquid, due to the slow evaporation of a relatively large amount of liquid which is stored in the main feed channel 27, remain constant.
By correspondingly changing the cross section of the axial feed lines 35, but also the cross sections of the
Spaces 36, 37, 38 and 39 of the hollow interior of the nozzle can be used to adapt the spraying power of the spray nozzle according to the invention to the particular viscosity of the liquid. A higher viscosity of the liquid naturally requires a larger cross section than a small one.
The drop size is determined by changing the distance between the peg-like deflection projection 40 and the
Ring rib 42 of the housing 33 adjustable; the smaller the distance, the smaller the drop size. Of course, the distance must not be kept too small, which both reduces the ejection speed and increases the ejection angle of the spray cloud, unless these properties are desired for one or the other product.
The ejection angle of the spray cloud also depends on the length of the nozzle outlet following the outlet opening 41 of the pot-shaped housing 33. The longer the outlet, the smaller this angle.
4 and 5 show a further advantageous embodiment of the spray nozzle according to the invention. The nozzle core 32 is similar to that shown in FIGS. 1 to 3, except that instead of the inner annular chamber 39 it has an orifice chamber 45 which is formed in that the deflecting projection 40 carries an axially projecting annular flange 44 around its end face. The recess 40a formed within the latter on the end face of the projection 40 delimits the orifice chamber 45 inwardly, while the bottom surface 33b of the recess 33a of the housing 33 delimits this chamber to the outside, the annular bead 42, the outside diameter of which is somewhat smaller than the inside diameter of the Ring flange 44, something protrudes into the mouth chamber 45.
An annular gap 46 remains between the annular flange 44 and the annular bead 42, which, particularly when the upper edge of the annular bead 42 extends up to the level of the upper edge of the annular flange 44 or extends beyond this level into the interior of the orifice chamber 45, is considerable Increases turbulence in the latter chamber causes (Fig. 5).
In the embodiment according to FIG. 4, the housing 33 is provided on its inner edge surrounding the recess 33a with a flange 28, which engages so firmly in a corresponding recess 28a of the actuating head 30 that it does not penetrate even through a liquid under high pressure can be released from the actuator head 30.
6 shows a further embodiment of the nozzle core 32 with six axial feed lines 35 which lead to six tangential passages 36 and which open into the outermost annular chamber 37, from which six inner tangential passages 38 lead to the inner annular chamber 39 which pass through the peg-like deflection projection 40 is limited.
Fig. 7 shows a further embodiment in which the spray nozzle according to the invention can be provided not only with two, but also with three or more successive turbulence stages, i.e. in addition to the passages 36, 38 and annular chambers 37 and 39, the nozzle core 32 can also contain tangential passages 48 and an annular chamber 49 of a third turbulence stage. An orifice chamber 45 can additionally be provided above the deflection projection 40. Of course, the number of successive turbulence levels also depends on the available pressure of the liquid, so that the liquid flow is not excessively slowed down by excessive friction. The greater the pressure under which the liquid is, the more turbulence levels can be provided.
In the embodiments according to FIGS. 6 and 7, the height of the passages and annular chambers does not decrease continuously, but gradually in the direction of the mouth chamber 45; each stage 36i, 38i forms an obstacle to swirl in the liquid flow and the narrowing of the gears achieved is an acceleration factor for the latter (FIG. 8).
9 shows yet another embodiment of the nozzle core 32, in which, in addition to the tangential passages 36 and 38, inlet channels 29 are also provided, the inlet openings 29a of which are not offset on the periphery of the nozzle core 32, but rather towards the center thereof and above are fed from the end face 33c of the housing 33 through the same axially extending passages 26.
The inlet channels 29 are arranged in such a way that they open tangentially to the outer side wall of the annular chamber 37 in these, at suction-generating points, between the openings 36b of two adjacent tangential passages 36 in each case.
In order to create an additional suction effect in the inlet channels 29, the outer wall of the annular chamber 37 is not absolutely round, but narrows, as seen in the flow direction, just in front of the mouths 29b of the inlet channels 29. The already accelerated liquid flowing in from a tangential passage 36 becomes driven into the subsequent narrowing of the annular chamber 37, where it is accelerated again, whereby it causes suction as it flows past the mouth 29b of an inlet channel 29, and all the more so because this mouth 29b upstream somewhat behind the inlet opening 38a of a tangential passage 38 lies through which the liquid flows to the outlet opening 41. The inlet channels 29 are provided to a second medium, such as. As air, suck in and mix with the liquid flowing through the interior of the nozzle.
Since the spray nozzle according to the invention should preferably serve to dispense a product which is free of gas, in particular also of propellant gas, it is necessary if a foam-forming product, e.g. B. shaving cream is to be issued as a foam, and this requires the presence of gaseous medium to form foam, in addition to the basic liquid of the shaving cream, a gas portion can be introduced. This can be done by allowing the base liquid to suck in air as it flows through the outer tangential passages 36, the annular chamber 37 and the inner tangential passages 38 through the inlet openings 29a of the inlet channels 29, which then, mixed with the liquid, forms the shaving cream (FIGS. 9 to 12).
Since, in a gas-free alternative for aerosol cans, oil can also be added in addition to foam-forming emulsions, but these also require a gas medium in order to emerge from a spray nozzle as a dust or spray cloud, this gas medium (air) can be sucked in via the inlet channels 29 by means of the spray nozzle according to the invention .
The cross section of the inlet channels 29 depends on the desired amount of air that is needed for mixing and must therefore be adapted from case to case. 11 and 12 show a spray nozzle with a housing 33 and with a nozzle core 32 inserted therein, in which the four inlet openings 29a, through which a second medium can be sucked in via the inlet channels 29, via passages 26a and an annular channel 26b (dashed line in Fig. 11) are connected to each other, which extends in the housing 33 and is connected to an inlet valve 22, with which the suction amount of the second medium can be controlled. In addition to a gas medium, such an embodiment can also suck in other fluid media, such as liquids or fine powders.
13 shows a longitudinal section through an actuating head with another advantageous embodiment of the spray nozzle according to the invention. Here, as described in connection with the embodiments according to FIGS. 1 to 12, the various lines, passages and annular chambers are formed or eroded in a nozzle core 52 on its end face 52a and peripheral wall 52b and are covered with a housing according to FIG. 4.
The nozzle core 52 is preferably formed in one piece with the actuating head 50 and protrudes from the bottom 51b of the recess 51a in the side wall 51 to such an extent that above and around it there is enough play for the tight, tight insertion of the housing 53 into the side wall 51 of the actuating head 50 remains. Such an embodiment is only possible if the diameter of the nozzle core 52 permits creation of the four feed lines 35 by injection molding, i.e. if the diameter is too large, the feed lines 35 become too long. Since these must have a very small cross-section, depending on the viscosity of the product between 0.3 and 0.6 mm, they must be kept as short as possible. The invention shows that the most advantageous upper limit of the total diameter of the nozzle core 52 in this embodiment is 16 mm.
If the diameter has to be larger for some reason, it is advisable to choose the embodiment according to FIG. 1. The main feed channel 54 has a shortened channel part 56 on the inner end wall 52c of the nozzle core 52 and a narrowing of the remaining channel part 57, which extends further into the actuating head 50. Furthermore, the angle ss of the blind end 57a of the narrowed channel part 57 with the nozzle center axis is greater than the corresponding angle a of the blind end 56a of the shortened channel part 56.
These angled blind ends 56a and 57a serve as rebound or storage surfaces for the liquid flowing in the main feed channel 54, which is driven into the axial feed lines 35 by means of these rebound surfaces with more or less pressure. If the main feed channel 54 were to be cylindrical, there would be a dynamic pressure at the blind end thereof, which would drive the liquid via the upper feed line 35 at a higher pressure than via the lower feed line 35. This is avoided by in the area of the main feed channel 54, above the lower lines 35 protrudes the rebound surface created by the blind end 56a, the surface and angle of inclination of which are selected such that there is a dynamic pressure in the lines 35 underneath which is identical to that in the upper lines 35.
If the four lines 35 have an uneven pressure output, the spray cloud becomes asymmetrical. Of the four lines 35, only two are shown lying in the sectional plane.
The new nozzle eliminates the use of a pump, which not only requires repeated pressing to eject the product, but also pumps ambient air and thus oxygen into the product container, which of course leads to undesired oxidation of the product.
In order to best illuminate the extraordinary possibilities of the spray nozzle according to the invention, it should be mentioned that laboratory tests have shown that, thanks to this nozzle, up to 75% propellant gas can be saved in aerosol cans. In summary at said: (a) The spray nozzle according to the invention is capable of spraying a liquid which is only under mechanical pressure with only about 2 atm in the same quality as commercially available spray nozzles can only achieve this with a pressure of 6 atm.
(b) For aerosol spray cans, this means that dough gas no longer has to serve both as an ejection energy and by relaxing in the ambient air, as a spray factor, but only has to deliver the pressure that is just sufficient to mechanically break up the liquid fully enable the spray nozzle according to the invention.
(c) This in turn means that it is no longer necessary to use a propellant gas mixture, such as Freon 11 and Freon 12, which was previously necessary in order to generate a sufficiently large amount of gas which serves as a spray factor and on the other hand to use a different one large amount of one or the other gas mixture component, thanks to their very different boiling points, to vary the discharge pressure; instead, when using the spray nozzle according to the invention, only the propellant gas with the lowest boiling point can be used and only so much used that about 2 atm the aerosol can can be reached.
(d) The invention has shown that e.g. for hair lacquer instead of 77% gas mixture Freon 11 and 12 corresponding to 3.8 atm pressure when using the spray nozzle according to the invention, only 19% Freon 12 corresponding to 1.7 atm pressure need to be filled in the aerosol can in order to achieve identical spray qualities. The spray nozzle according to the invention also works with 1.7 atm pressure or even, depending on the drop size required, down to 0.8 atm, provided that this pressure is generated by a propellant gas.
After the propellant has played its role as an ejection energy source, it relaxes, albeit to a lesser extent, in contact with the ambient air and, as a spray factor, compensates for the lack of pressure up to the above-mentioned 2 atm.
Laboratory tests have also shown that, thanks to the mechanical break-up properties of the spray nozzle according to the invention, liquids which are forced through them at high pressure can be caused to evaporate due to the resulting heat of friction.