DE69117193T2 - Düsenvorrichtung zum verhindern des rückflusses - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Erzeugung von Sprühnebeln, welche Düsenaufbauten einschließen.
- Für die Abgabe von Fluiden, z.B. von Medikamenten als Sprühnebel aus feinen Tröpfchen oder Aerosolen, sind schon viele Formen von Vorrichtungen vorgeschlagen worden. Bei einigen Formen derartiger Vorrichtungen ist vorgeschlagen worden, daß die wäßrige Lösung des Medikamentes oder eines anderen aktiven Bestandteiles durch eine feine Düsenöffnung ausgegeben werden sollte, um den Sprühnebel unter Verwendung mechanischer Mittel zur Druckerzeugung zu bilden, z.B. unter Verwendung einer vorgespannten Feder, um einen Kolben in einem Zylinder, welcher das Fluid enthält, auszutreiben. Bei anderen Formen wird ein unter Druck stehendes Gas als Treibmittel verwendet. Der Einfachheit halber wird der Begriff "Mittel zur Druckerzeugung" hier verwendet, um alle Arten zu bezeichnen, mit deren Hilfe der für die Abgabe des Fluids erforderliche Druck erzeugt wird, was mechanische und mit unter Druck stehendem Gas betriebene Einrichtungen einschließt.
- Wenn man sehr kleine Düseneinrichtungen verwendet, z.B. solche, die einen Durchmesser vom 10 Mikrometern oder weniger haben, um feine Tröpfchengrößen zu bilden, so ist es wichtig sicherzustellen, daß derartige kleine Durchgangsöffnungen nicht verstopft werden. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, in der Fluidausgabeleitung stromaufwärts von der Düsenöffnung einen Filter vorzusehen. Filter mit kleinen Maßen sind verfügbar und sie weisen typischerweise ein Sieb oder Netzgewebe auf, das eine Sieböffnungsgröße bis hinunter zu 3 Mikrometern oder weniger hat. Derartige Filter sind jedoch dünn und erfordern irgendeine Halte- bzw. Stützeinrichtung, um ein Zerreißen aufgrund der durch die Druckerzeugungseinrichtung erzeugten großen Drücke zu vermeiden. Weiterhin sind derartige Filter und ihre Halte- bzw. Stützeinrichtungen zusätzliche und oftmals teure Bestandteile.
- Es besteht daher nach wie vor das Bedürfnis an einem wirksamen und zuverlässigen Filter, der in der Lage ist, einen Fluidstrom bis herab zu sehr kleinen Teilchengrößen zu filtern. Bei Sprühnebelerzeugungsvorrichtungen besteht üblicherweise auch das Erfordernis nach einem Rückschlagventil (ein Umkehrstrom verhinderndes Ventil) zwischen der Druckerzeugungseinrichtung und der zerstäubenden Düsenöffnung, um so das Risiko zu vermeiden, daß restliches Fluid in dem Düsenaufbau zurück in die Druckkammer strömt und das Fluid, welches in einem Vorratsbehälter der Vorrichtung gehalten wird, verunreinigt. Wir haben eine Form eines Düsenaufbaus erfunden, der ein Rückschlagventil beinhaltet, welches eine einfache und wirksame Vorrichtung bereitstellt, um das Risiko des Rückströmens von Fluid von dem Düsenaufbau zu verhindern, und welcher auch verwendet werden kann, um die Funktionen eines Filters und/oder einer Filtersiebstütze in dem Düsenaufbau bereitzustellen.
- Das Patent DE-A-387473 beschreibt ein Geräuschunterdrückungsfilter für Sanitärinstallationen mit einem zylindrischen Teil mit Längsbohrungen. Die EP-A-379818 beschreibt eine Kammer in einer Vorrichtung für die Ausgabe einer Flüssigkeit, welche poröse Abschnitte und eine Verbindung zur Luft aufweist, so daß ein Schaum bzw. eine Creme gebildet wird.
- Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für die Erzeugung eines Sprühnebels auf, welche aufweist:
- a. eine Einrichtung zur Druckerzeugung um eine vorbestimmte Menge an Energie mit Hilfe eines federnd gespannten Pumpmechanismus auf eine abgemessene Menge eines Fluids aufzubringen, um das Fluid einem vorbestimmten Druckanstieg auszusetzen, wobei der Pumpmechanismus eine Halteeinrichtung für das Halten des Pumpmechanismus in einem gespannten Zustand hat, in welchem das Fluid in der Pumpe unter Umgebungsdruck gehalten wird, sowie Einrichtungen für die Freigabe der Halteeinrichtung hat, um dadurch den vorbestimmten Druckanstieg in dem Fluid zu bewirken und,
- b. Einrichtungen zum Zerstäuben des unter Druck stehenden Fluids in Tröpfchen, welche einen Düsenaufbau beinhalten, der eine Leitung in Fluidstromverbindung mit einer Düsenöffnung hat, durch welche Fluid als ein Tröpfchensprühnebel ausgegeben werden soll, wobei die effektive minimale Querschnittsfläche der Leitung quer zu dem Verlauf des Fluidstromes am Punkt der effektiven minimalen Fläche so ausgewählt wird, daß der Fluidstrom durch diese Leitung durch die minimale effektive Querschnittsfläche begrenzt wird, wodurch ein Rückstrom von Fluid von der Düsenöffnung durch die Leitung bei einer Druckdifferenz zum Umgebungsdruck im wesentlichen verhindert wird, wobei die Differenz zum Umgebungsdruck der Druck über dem Düsenaufbau ist, wenn die den Sprühnebel erzeugende Einrichtung in ihrem Ruhezustand ist oder wenn die Vorrichtung zur Vorbereitung für einen folgenden Ausgabehub erneut gespannt wird.
- Der Begriff "effektiv" wird hier bezüglich der Querschnittsfläche der Leitung verwendet, um den Querschnitt der Leitungen zu bezeichnen, der nicht durch ein Einfüllteil oder ein anderes Teil beansprucht wird und durch welchen das Fluid strömen kann. Die Leitung kann also ein Röhrchen mit feiner Bohrung sein, wobei in diesem Fall die effektive Querschnittsfläche der Querschnitt der feinen Bohrung ist. Die Leitung kann jedoch auch in Form einer großen Kammerbohrung vorliegen, in welche ein massiver oder hohler Stopfen eingepaßt ist, der die freie Querschnittsfläche der Kammer, durch welche Fluid strömen kann, reduziert.
- Der Bequemlichkeit halber wird der Begriff "stromaufwärts" hier so verwendet, daß er die Richtung entgegen einer Strömung des Fluids von der Leitung zu der Düsenöffnung bezeichnet; der Begriff "Abgabestrom" wird verwendet um einen Strom von Fluid von der Leitung zu der Düsenöffnung zu bezeichnen; und der Begriff "Rückströmung" wird verwendet, um einen Fluidstrom von der Düsenöffnung zurück zu der Leitung zu bezeichnen.
- Der Freiraum oder der Durchgang (die Durchgänge) innerhalb welcher oder zwischen welchen Bestandteile des Düsenaufbaus die Leitung bilden, durch welche der Fluidstrom eingeschränkt ist, wirkt so, daß er die Rückströmung von Fluid in dem Düsenaufbau während des Ruhezustandes einer Sprühnebelerzeugungseinrichtung minimal macht, welche den Düsenaufbau aufweist und wenn ein Saugdruck an dem Düsenaufbau aufgebracht wird, wenn die Pumpe nach dem Gebrauch erneut gespannt wird. Während des Ruhezustandes gibt es normalerweise keine Druckdifferenz an dem Düsenaufbau und es sind Oberflächenspannungseffekte an der Düsenöffnung und der von den Wänden des Durchganges (der Durchgänge) erzeugte Strömungswiderstand, welche den Rückstrom von Fluid einschränken. Wenn jedoch die Pumpe erneut gespannt wird, kann ein gewisser Saugdruck auf den Düsenaufbau aufgebracht werden, so daß sich typischerweise eine Druckdifferenz von etwa 0,2 bis 05 bar über dem Düsenaufbau ergibt, obwohl es auch möglich ist, daß eine Druckdifferenz über dem Düsenaufbau von bis zu 1 bar während des Saughubes der Pumpe auftreten könnte. Der Düsenaufbau sollte daher so bemessen sein, daß die Oberflächenspannung und die anderen strömungsbeschränkenden Effekte eine Strömung durch den Düsenaufbau verhindern, wenn eine minimale Druckdifferenz von etwa 0,2 bar, vorzugsweise von etwa 1 bar an dem Düsenaufbau angelegt wird. Um ein Sicherheitsmaß bereitzustellen, wenn z.B. die den Sprühnebel erzeugende Vorrichtung fallen gelassen wird oder in anderer Weise plötzlichen Kräften ausgesetzt wird, ist es bevorzugt, daß eine Druckdifferenz bis zu 3 bar keinen nennenswerten Fluidstrom durch den Düsenaufbau bewirkt für den Fall, daß die Vorrichtung fallen gelassen wird. Der Begriff "Differenz zum Umgebungsdruck" wird daher hier verwendet, um die Druckdifferenz über dem Düsenaufbau zu bezeichnen, d.h. zwischen der Außenseite der Düsenöffnung und der stromaufwärts liegenden Einlaßseite der Leitung, wenn der Düsenaufbau oder die den Sprühnebel erzeugende Vorrichtung, die diesen beinhaltet, sich in ihrem Ruhezustand befindet oder wenn die Vorrichtung zur Vorbereitung eines anschließenden Ausstoßhubes der der Sprühnebel erzeugenden Vorrichtung neu gespannt wird, von welcher der Düsenaufbau einen Teil bildet.
- Auch wenn die Druckdifferenz zum Umgebungsdruck nicht ausreichend ist, um einen Rückstrom von Fluid durch den Düsenaufbau zu bewirken, so wird dann, wenn die den Sprühnebel erzeugende Vorrichtung betätigt wird, das Fluid oft auch bis zu 500 bar unter Druck gesetzt, um das Fluid als einen Sprühnebel feiner Tröpfchen aus der Düsenöffnung auszugeben. Die große Druckdifferenz über dem Düsenaufbau überwindet die Oberflächenspannung und andere Strömungsbeschränkungseffekte des Düsenaufbaus und drückt das Fluid durch den Düsenaufbau hindurch. Typischerweise tritt ein beträchtlicher Fluidstrom durch den Düsenaufbau für die Bildung eines Sprühnebels bei Überschreiten von einer Druckdifferenz von etwa 50 bar über dem Düsenaufbau auf, auch wenn ein langsamer Fluidstrom schon bei Druckdifferenzen darunter, z.B. bei oberhalb von 10 bis 25 bar auftreten kann.
- Die Leitung(en), die dazu dient, die Rückströmung von Fluid einzuschränken bzw. zu verhindern, kann durch eine oder mehrere Röhrchen oder Leitungen in dem Gehäuse mit feiner Bohrung bzw. feinem Durchgang bereitgestellt werden. Derartige feine Bohrungen können als Bohrungen ausgeführt werden, die in radialer Richtung von einem ringförmigen Zufuhrgang zu der axialen Bohrung zu der Düsenöffnung führen oder es können axiale Bohrungen in dem Gehäuse sein, die zum Beispiel durch Laserbohren der Löcher bzw. Bohrungen in einem Kunststoff oder ähnlichem Düsenblock gebildet werden und durch Befestigen einer Düsenplatte, die die passenden radialen Verbindungsnuten oder Bohrungen hat, um die feinen Bohrungen mit der Düsenöffnung an der Strinseite des Düsenblockes zu verbinden. Alternativ kann die Strömungseinschränkung durch Einschnüren einer weiteren Rohrbohrung bereitgestellt werden, welche der Düsenöffnung Fluid zuführt.
- Es ist jedoch bevorzugt, die Leitung als eine vergleichsweise weite Kammerbohrung auszuführen und die Beschränkung der Rückströmung durch Anordnen eines Füllteiles innerhalb der Kammer zu erreichen. Das Füllteil kann eine flache Platte mit durchgehenden Löchern der gewünschten Öffnungsgröße und -form sein oder ein Keramikteil oder ein anderes gefrittetes (gegossenes) oder geklebtes Material oder Verbundmaterial mit einer geeigneten durchlöcherten oder porösen Struktur, so daß das Füllteil den vollen Querschnitt (Durchmesser) der Kammer ausfüllt und das Fluid durch die Poren oder Öffnungen in dem Füllteil strömt. Allerdings ist es bevorzugt, daß das Füllteil ein massiver oder hohler Stopfen ist, der sich nicht vollständig bis an die Seiten- oder Stirnwände der Kammer erstreckt, so daß der freie Spalt zwischen dem Füllteil und den Seiten und/oder Stirnwänden der Kammer die erforderlichen eingeschränkten Durchgangsströmungswege bildet. Diese Durchgänge können radiale Durchgänge sein, wie dann, wenn das Füllteil sich nicht ganz bis zur Stirnseite der Kammer erstreckt und/oder können axiale Durchgänge sein, wie dann, wenn der Freiraum zwischen den Seitenwänden des Füllteiles und der Kammer vorliegt. Es liegt jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß das Füllteil ein oder mehrere umlaufende Rippen oder dergleichen trägt und daß die Spielpassung zwischen den radial am weitesten außen liegenden Teilen bzw. Erstreckungen dieser Rippen oder dergleichen und der gegenüberliegenden Kammerwand liegen, um die Strömungseinschränkungen bereitzustellen, oder umgekehrt dort, wo die Kammerwand umlaufende Rippen hat. In ähnlicher Weise kann der Freiraum zwischen der quer verlaufenden Stirnwand der Kammer und der stirnseitigen Fläche des Füllteiles durch die axial äußersten Flächen einer oder mehrerer ringförmiger Stege bereitgestellt werden, die von der Kammerwand oder dem Füllteil getragen werden. Aus Gründen der Bequemlichkeit wird die Erfindung im folgenden anhand von gegenüberliegenden Wänden der Kammer und des Füllteiles beschrieben, die derartige Rippen nicht tragen. Vorzugsweise sind die Durchgänge (ist der Durchgang) axial verlaufend und der Bequemlichkeit halber wird die Erfindung im folgenden anhand eines ringförmigen, axialen Durchganges beschrieben, der durch den freien Spalt zwischen den Seitenwänden der Kammer und des Füllteiles gebildet wird. Es versteht sich, daß der Durchgang (die Durchgänge) auch durch axial verlaufende Nuten in der Oberfläche des Füllteiles bereitgestellt werden kann. Weiterhin ist es bevorzugt, das Füllteil mit einer oder mehreren radialen Füllungen bzw. Leitungen zu versehen, z.B. in Form von Nuten oder Rippen, die es erlauben, daß Fluid über die Stirnflächen des Füllteiles zu dem ringförmigen Durchgang fließt.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Düsenaufbaues ist die Leitung als in axialer Richtung geschlossene Kammer (Sackloch) vorgesehen, bei welcher die Düsenöffnung an oder in der Nähe des verschlossenen Endes der Kammer angeordnet ist, vorzugsweise in der quer verlaufenden Stirnwand der Kammer; und das Füllteil ist im wesentlichen kongruent mit der inneren, quer verlaufenden Stirnwand und/oder den axial verlaufenden Seitenwänden zumindest des Sacklochendes der Kammer und ist mit Spielpassung in diese eingepaßt, um den Durchgang (die Durchgänge) zwischen den gegenüberliegenden Wänden der Kammer und des Füllteiles zu bilden.
- Besonderes bevorzugt ist es, daß die Kammer zylindrisch ist und daß das Füllteil ein entsprechender Zylinder ist, um einen ringförmigen Durchgang zwischen der radialen Innenwand der Kammer und der radialen Außenwand des Füllteiles zu bilden, auch wenn andere Querschnittformen, beispielsweise dreieckige oder sechseckige, auf Wunsch verwendet werden können. Der Bequemlichkeit halber wird die Erfindung im folgenden anhand eines in etwa zylindrischen Gehäuses beschrieben, welches eine Kammer von kreisförmigem Querschnitt hat, die darin ausgebildet ist.
- Die optimalen radialen und axialen Maße der die Strömung einschränkenden Durchgänge (des Durchganges) können in einfacher Weise für irgendeinen gegebenen Fall durch einfache Berechnungen aus den rheologischen Eigenschaften des Fluids und durch einfache Versuche nach dem Prinzip Versuch und Irrtum bestimmt werden.
- Vorzugsweise ist das maximale Querschnittsmaß des Durchganges (der Durchgänge) in dem Düsenaufbau, beispielsweise der Freiraum zwischen den relevanten Wänden des Einfüllteiles, weniger als das Minimalmaß, z.B. der Durchmesser der Düsenöffnung, wodurch der Durchgang (die Durchgänge) sowohl als Strömungseinschränker dient, um die Rückströmung von Fluid zu vermindern, als auch als Filter für das durch den Düsenaufbau strömende Fluid dient. Typischerweise hat der Durchgang bzw. haben die Durchgänge quer zur Strömung ein Maß zwischen 1 und 50 Mikrometern, vor allem weniger als etwa 20 Mikrometer, beispielsweise 2 bis 10 Mikrometer. Die erforderlichen Maße zwischen dem Füllteil und den Wänden der Kammer innerhalb welcher diese angeordnet ist, können erzielt werden, indem man für das Füllteil eine enge Gleitpassung in der Kammer herstellt, so daß die Rauhigkeit der einander gegenüberliegenden Flächen die erforderliche Spielpassung bereitstellt.
- Allgemeiner gesagt kann also die Leitung aufweisen:
- a. ein Gehäuseteil, welches eine innere Kammer hat, durch welches Fluid strömen soll und
- b. ein statisches Füllteil, welches in der Kammer angeordnet ist und einen Durchgang für die Strömung von Fluid zwischen der Innenwand der Kammer und der Außenwand des Füllteiles bildet, wobei dieser Durchgang so bemessen ist, daß er die Rückströmung von Fluid durch diesen Durchgang bei einem Differenzdruck zur Umgebung verhindert.
- Vorzugsweise ist der Düsenaufbau aus einem einstückigen Teil des Gehäuseteiles gebildet, innerhalb dessen die Kammer und die Leitung ausgebildet werden, beispielsweise als axiale Bohrung oder Kanal, die von der Kammer in dem Gehäusekorpus versorgt werden. Der Düsenaufbau kann eine Anzahl verschiedener Formen annehmen, ist jedoch vorzugsweise eine Öffnung in einem Edelstein oder ein metallisches Düsenöffnungsteil, beispielsweise die quer verlaufende Stirnwand der Kammer, durch welche das Fluid unter Druck von der Kammer aus zugeführt wird. Vorzugsweise hat die Düsenöffnung einen Öffnungsdurchmesser von weniger als 10 Mikrometern, beispielsweise zwischen 2 und 6 Mikrometern. Falls gewünscht, kann die Düsenöffnung nicht kreisförmig sein oder der Düsenaufbau kann eine Wirbelkammer beinhalten und/oder andere Einrichtungen zur Steigerung der Erzeugung von feinen Tröpfchen, beispielsweise von Tröpfchen, deren Masse einen mittleren Durchmesser von weniger als 10 Mikrometern hat. Solche anderen Mittel können beispielsweise eine Auftreffkugel, Platte, Blatt oder eine andere statische oder vibrierende Oberfläche sein. Soweit eine nicht kreisförmige Öffnung verwendet wird, ist es bevorzugt, daß das Verhältnis des maximalen radialen Maßes der Öffnung zu ihrem minimalen radialen Maß mindestens 2:1 beträgt, beispielsweise zwischen 3:1 und 10:1 liegt, und daß alle Winkel bzw. Abwinkelungen an der Öffnungslippe scharf sind.
- Wie vorstehend gesagt, kann der Düsenaufbau Feststoffteilchen von dem Fluid, das durch ihn hindurchtritt, abtrennen, wenn die Durchgänge (der Durchgang) in dem Düsenaufbau kleiner sind als die maximalen Düsenöffnungsmaße. Es kann jedoch bevorzugt sein, eine oder mehrere Abtrenneinrichtungen zu integrieren, beispielsweise ein konventionelles Metallsiebfiltergewebe mit feinen Öffnungen, insbesondere eines mit einer Sieböffnungsgröße im Bereich von 1 bis 10 Mikrometern, um Feststoffpartikel aus dem Fluidstrom aufwärts von dem Durchgang (den Durchgängen) in dem Düsenaufbau abzutrennen. Bequemerweise wird eine solche Abtrenneinrichtung in Form einer Scheibe eines geeigneten Siebfilters bzw. Filtergewebes vorgesehen, welche in der Kammer des Düsenaufbaus unmittelbar stromaufwärts von dem Füllteil angeordnet und von der stromaufwärtigen Stirnseite des Füllteiles gehaltert bzw. unterstützt wird.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Düsenaufbaus wird also der Aufbau gebildet aus einem in etwa zylindrischen Gehäuse mit einer blind bzw. als Sackloch endenden zylindrischen, axialen Kammer, die koaxial in dem Gehäuse angeordnet ist, so daß der Düsenaufbau radialsymmetrisch ist. Die axiale Ausgestaltung ist derart, daß die Düsenöffnung in der quer verlaufenden Stirnwand der Kammer ausgebildet ist. Das Füllteil ist in der Kammer und unmittelbar an bzw. neben der quer verlaufenden Stirnwand der Kammer angeordnet, die Abtrenneinrichtung ist querverlaufend und neben bzw. an der stromaufwärtigen Seite des Füllteiles angeordnet und das offene Ende des Gehäuses ist gecrimpt bzw. umgeschlagen oder mit einer anderen Einrichtung versehen, mit welcher der Aufbau als ein einheitlicher Aufbau zusammengehalten wird.
- Wie vorstehend angegeben, wird der Düsenaufbau in einer Einrichtung zum Erzeugen eines Sprühnebels verwendet. Besonders bevorzugte Vorrichtungen zur Erzeugung von Sprühnebeln sind diejenigen, die in unserer internationalen Patentanmeldung GB91/00433 (WO-A- 91/14468 und EP-A-521 061) beschrieben sind.
- Für ein leichteres Verständnis wird die Erfindung unter Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform derselben beschrieben, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, wobei Figur 1 ein schematischer axialer Querschnitt durch eine Ausführungsform eines in der Erfindung verwendeten Düsenaufbaus ist; Figuren 2, 3 und 4 axiale Querschnitte durch alternative Ausführungsformen des Düsenaufbaus sind und Figur 5 eine axiale Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Fülleinrichtung für die Verwendung in dem Aufbau nach Figur 1 ist.
- Die Vorrichtung gemäß der Erfindung, vor allem diejenige, die den Düsenaufbau verwendet, welcher in Figur 1 dargestellt ist, ist besonders nützlich bei der Zerstäubung von wäßrigen Lösungen von Medikamenten, vor allem in Inhalationseinrichtungen mit abgemessener Dosis (MDI's). Der Einfachheit halber wird die Erfindung mit Bezug auf eine Vorrichtung für eine derartige Verwendung beschrieben.
- Der Düsenaufbau weist einen hohlen, im wesentlichen zylindrischen Hauptgehäusekorpus 102 auf, dessen eines Ende bzw. Stirnwand durch eine quer verlaufende Stirnwand 104 verschlossen ist, um so eine als Sackloch endende Kammer zu definieren, die in etwa koaxial in dem Gehäuse liegt. Die geschlossene Endwand bzw. Stirnwand 104 ist mit einer Düsenöffnung 106 in Form einer feinen Bohrung versehen, die im wesentlichen axial gerichtet ist und deren Achse im wesentlichen mit der Längsachse des Korpus 102 zusammen fällt. Ein quer verlaufendes Filtersieb 110 ist in dem offenen Ende des Korpus 102 angeordnet und wird in dem Korpus gehalten, indem die vorstehende Lippe des Korpus 102 umgefaltet wird, um einen ringförmigen Halteflansch 112 zu bilden, wie dargestellt. Dieser bildet auch den axialen Eingangsanschluß 126 zu der Kammer in dem Korpus 102. Ein Kunststoffdichtungsring oder eine Dichtung 114 oder dergleichen sind zwischen dem Flansch 112 und dem Filter 110 angeordnet.
- Ein zylindrisches Füllteil 116 ist im wesentlichen koaxial innerhalb der Kammer in dem Korpus zwischen dem Filter 110 und der Stirnwand 104 angeordnet. Dieser Zylinder ist mit seiner radial äußeren Fläche im wesentlichen kongruent zu der Innenwand der Kammer ausgebildet.
- Die stromaufwärtige Stirnfläche des Zylinders 116 dient als Stütze des Filters 110. Eine oder mehrere radiale Nuten oder Rippen 120 und 122 sind in beiden Stirnflächen des Zylinders 116 ausgebildet, um den Durchtritt von Fluid von dem Eingangsanschluß 126 zur Düsenöffnung 106 zu erlauben. Ein ringförmiger Durchgang wird zwischen der radial äußeren Wand des Zylinders 116 und der Innenwand der Kammer in dem Korpus 102 gebildet, um Fluid an dem Zylinder 116 vorbei strömen zu lassen. Der Flansch 112 ist nach dem Einbau des Zylinders 116, des Filters 110 und der Dichtung 114 an seinen Platz zurückgefaltet, um den Düsenaufbau als Gesamteinheit zusammen zu halten, wobei der Zylinder 116 gegen eine axiale Bewegung innerhalb der Kammer des Korpus 102 festgehalten wird.
- Der Korpus 102 wird in seiner Position an dem MDI oder einer anderen einen Sprühnebel erzeugenden Einrichtung durch irgendwelche geeigneten Mittel sicher gehalten, z.B. mit Hilfe einer gecrimpten Hülsenverlängerung 130 an dem Korpus der den Sprühnebel erzeugenden Vorrichtung. Wahlweise kann der Korpus 102 aufgeschraubt sein und mit einem Bayonettverschluß verbunden sein, geschweißt oder in anderer Weise an dem Korpus der den Sprühnebel erzeugenden Vorrichtung befestigt sein, beispielsweise an dem Ventilauslaßstutzen eines unter Druck stehenden Behälters.
- Der Freiraum zwischen den Stirnflächen des Zylidners und dem Filter 110 sowie der quer verlaufenden Endwand bzw. Stirnwand 104 und/oder der Freiraum zwischen der radial äußeren Wand des Zylinder und der inneren Wand der Kammer werden so gewählt, daß eine Druckdifferenz zum Umgebungsdruck, die zwischen Düsenöffnung und dem Einlaß 126 auftritt, nicht ausreicht, um einen Rückwärtsstrom von Fluid von der Düsenöffnung zu dem Einlaß 126 zu bewirken. Typischerweise wird der Freiraum auch so gewählt, daß er zum Herausfiltern von Partikeln dient, die durch das Filtersieb bzw. -gewebe 110 hindurchtreten, so daß die Düsenöffnung 106 durch diese Partikel nicht blockiert bzw. verstopft wird. Für eine Düsenöffnung von 5 Mikrometern wird es üblicherweise bevorzugt sein, daß die radialen Durchgänge 120 und 122 ein axiales Maß von 1 bis 4 Mikrometern, insbesondere etwa 2,5 Mikrometern haben. Solche Maße für die radialen Durchgänge stellen auch eine angemessene Beschränkung des Rückstromes unter den meisten Bedingungen bereit. So wie der ringförmige Durchgang 128 die Einschränkung des Rückwärtsstromes bereit stellen soll, so hat sich herausgestellt, daß ähnliche radiale Maße für den ringförmigen Freiraum zufriedenstellende Ergebnisse sowohl als Filter als auch für die Einschränkung der Rückströmung ergeben. Derartige Freiräume können in bequemer Weise erzielt werden durch eine grobe Endbearbeitung der Oberflächen der Innenwände der Kammer innerhalb des Korpus 102 und/oder der Außenseite des Zylinders 116. Wenn also der Zylinder eine Eindrückpassung in dem Gehäuse hat und gerade eben manuell darin gedreht werden kann, so ist der Freiraum bzw. das Spiel typischerweise so, wie es für die vorliegende Erfindung erforderlich ist.
- Im Betrieb der den Sprühnebel erzeugenden Vorrichtung wird eine abgemessene Dosis des Medikamentes oder eines anderen Fluids unter Druck an den Einlaß 126 gebracht, typischerweise bei 100 bis 400 bar. Dieser übersteigt die Oberflächenspannung und Bremseffekte in dem Düsenaufbau und zwingt das Fluid, durch die radialen Nuten 120 in den ringförmigen axialen Durchgang 128 und dann durch die radialen Nuten 122 zu der Düsenöffnung 106 zu strömen. Wenn der Sprühnebel ausgestoßen ist, so gibt es keine nennenswerte Druckdifferenz zwischen der Kammer in dem Aufbau und der äußeren Umgebung stromabwärts von der Düsenöffnung. Falls überhaupt, so ist ein leicht positiver Druck (Überdruck) innerhalb der Kammer aufgrund der Einschränkung der freien Strömung, die man durch den Düsenaufbau erreicht. Eine Rückströmung von Fluid zu dem Einlaß 126 von der Düsenöffnung 106 wird aufgrund der kleinen Maße der Nuten 120, 128 und des ringförmigen Durchganges 128 im wesentlichen verhindert.
- Wenn die den Sprühnebel erzeugende Vorrichtung für eine nachfolgende Betätigung neu gespannt wird, so wird ein negativer Vakuumdruck von nicht mehr als maximal näherungweise 1 bar am Eingang 126 erzeugt, wenn die abgemessene Dosis des Fluids in die Dosier- bzw. Abmesskammer (nicht dargestellt) durch Zurückziehen eines Kolbens in einem Zylinder oder durch andere Einrichtungen gezogen wird. Die Strömungseinschränkung jedoch, die durch den kombinierten Durchgang aufgebracht wird, welcher von den Nuten 120 und 122 und den ringförmigen Durchgang 123 gebildet wird, verhindert, daß die Druckdifferenz zwischen der Düsenöffnung und dem Einlaß 126 irgendwelches Fluid in dem Durchgang bewegt, welches von der vorherigen Ausstoßbetätigung der den Sprühnebel erzeugenden Vorrichtung übrig geblieben ist. Jedoch ist der große positive Druck, der erzeugt wird, wenn das Fluid ausgegeben wird, ausreichend um die Oberflächenspannungskräfte und andere Strömungseinschränkungen zu überwinden, so daß sichergestellt wird, daß das Fluid als ein Sprühnebel von der Düsenöffnung abgegeben wird.
- Bei der Variante des Düsenaufbaus 10, die in Figur 2 dargestellt wird, ist das Filtersieb fortgelassen und der ringförmige Durchgang 13 zwischen dem Zylinder 12 und der Kammerwand 11 stellt ein effektives Filter für Feststoffpartikel bereit, wobei das radiale Maß des Durchganges 13 in etwa die Hälfte des Durchmessers der Düsenöffnung 14 beträgt, die in der Stirnfläche 16 ausgebildet ist. Wiederum können die radialen Durchgänge (der Durchgang) 15 zwischen der Stirnwand 16 und der Stirnfläche des Zylinders 12 so fein sein, daß sie die Wirkungsweise des ringförmigen Durchganges unterstützen, oder sie können groß genug sein, so daß sie nur einen geringen oder keinen Einschränkungseffekt für Rückströmung haben. Der Freiraum bzw. das Spiel zwischen dem Zylinder 12 und der Wand 13 dient sowohl als Filter als auch als Rückschlagventil bzw. als ein einen Umkehrstrom verhinderndes Ventil.
- Bei den in den Figuren 3 und 4 dargestellten Varianten ist der Freiraum als radialer Freiraum 21 zwischen einem radialen Vorsprung, z.B. einer umlaufenden Rippe 20 auf dem Zylinder 12 und der axialen Wand 11 der Kammer (in Figur 3) vorgesehen; oder als der axiale Freiraum 31 zwischen einer ringförmigen, sich axial erstreckenden Rippe 30 auf der Stirnfläche des Zylinders 12 (in Figur 4). Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Rippen könnten sich auch auf den Kammerwänden 11 und/oder 16 befinden bzw. von diesen getragen werden, und nicht wie dargestellt auf dem Zylinder 12.
- In der in Figur 5 dargestellten Form des Düsenaufbaus ist der Zylinder 12 als ein Verbundaufbau aus einer Reihe ringförmiger Hülsen 41, 42 gebildet, die koaxial auf- bzw. ineinander montiert sind, wobei die innere Hülse auf einen massiven Zylinder 48 montiert ist. Zwischen jeder Hülse und der nächsten stellen ringförmige Freiräume 43 und 49 eine Anzahl axialer Durchgänge in dem insgesamt zylindrischen Aufbau bereit, die auf dieselbe Art und Weise wirken, wie die ringförmigen Durchgänge 13 oder 21 in den Figuren 3 und 4.
- Bei Lösungen auf der Basis von Wasser wird das Fluid an dem Einlaß 126 des Düsenaufbaus nach Figur unter einem Druck zwischen 100 und 400 bar aufgebracht. Für eine Düsenöffnung mit einem mittleren Durchmesser von 5 Mikrometern filtert der Düsenaufbau Teilchen oberhald von etwa 2,5 Mikrometern Größe mit einem Ringspalt 128 von etwa 2,5 Mikrometern aus. Soweit der ringförmige Spalt 128 in dem Düsenaufbau nicht als ein Filter wirken soll, sondern der Düsenaufbau darauf beruht, daß der Filter 110 Feststoffpartikel entfernt, kann der Ringspalt 128 größer sein, z.B. 50 Mikrometer. Bei diesen Drücken und Maßen haben wir herausgefunden, daß es ausreicht, rauhe Oberflächen an den Flächen des Zylinders vorzusehen, damit diese als Fluidnuten 120 und 122 wirken. In ähnlicher Weise kann der ringförmige Durchgang 128 durch die Rauhigkeit der Oberflächenendbearbeitung des Korpus 102 und des Zylinders 116 gebildet werden.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Sprühnebels mit:
a. Druckeinrichtungen für das Aufbringen einer vorbestimmten Energiemenge mit Hilfe
eines federbelasteten Pumpmechanismus auf eine abgemessene Menge eines Fluids,
um das Fluid einem vorbestimmten Druckanstieg auszusetzen, wobei der
Pumpmechanismus Halteeinrichtungen zum Halten des Pumpmechanismus in einem gespannten
Zustand aufweist, bei welchem das Fluid in der Pumpe unter Umgebungsdruck
gehalten wird, und Einrichtungen hat, um die Halteeinrichtung freizugeben, um dadurch den
vorbestimmten Druckanstieg in dem Fluid zu bewirken, und
b. Einrichtungen zum Zerstäuben des unter Druck gesetzten Fluids in Tröpfchen,
wobei die Einrichtungen einen Düsenaufbau beinhalten, der einen Durchgang (128,
122; 13, 15) aufweist, der in Fluidströmungsverbindung mit einer Düsenöffnung (106;
14) steht, durch welche Fluid als ein Sprühnebel von Tröpfchen ausgestoßen werden
soll, wobei die effektive minimale Querschnittsfläche des Durchganges (128, 122; 13,
15) quer zur Strömungsrichtung des Fluids an dem Punkt der effektiven Minimalfläche
so ausgewählt wird, daß der Fluidstrom durch den Durchgang durch die minimale
effektive Querschnittsfläche begrenzt wird, wodurch eine Rückströmung von Fluid von
der Düsenöffnung (106; 14) durch den Durchgang bei einer Differenz zum
Umgebungsdruck im wesentlichen verhindert wird, wobei die Differenz zum
Umgebungsdruck der Druck an dem Düsenaufbau ist, wenn die den Sprühnebel erzeugende
Vorrichtung in ihrem Ruhezustand ist oder wenn die Vorrichtung erneut gespannt wird
in Vorbereitung für einen folgenden Ausstoßhub.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Durchgang ein Rohr mit feiner (exakter)
Bohrung ist und wobei die effektive Querschnittsfläche der Querschnitt der feinen
Bohrung ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Durchgang eine Kammer mit größerer
Querschnittsfläche als die der Düsenöffnung ist und wobei ein statisches Ausfüllteil (116;
12) in dem Durchgang (128, 122; 13, 15) angeordnet ist, um zumindest einen Teil
des Querschnittes der Kammer zu beanspruchen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei einer oder mehrere Durchgänge (128, 122; 13,
15) in dem Ausfüllteil (116; 12) oder zwischen den einander gegenüberliegenden
Stirnwänden und/oder Seitenwänden der Leitung und des Ausfüllteiles vorgesehen
sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Durchgang als eine mit einer geschlossenen
Stirnwand endende axiale Kammer vorgesehen ist, wobei die Düsenöffnung (106; 14)
sich in oder an dem geschlossenen Ende der Kammer befindet und wobei das
Ausfüllteil (116; 12) im wesentlichen kongruent mit der inneren, quer verlaufenden Stirnwand
und/oder den axialen Seitenwänden zumindest des geschlossenen Endes der Kammer
ist und mit Spielpassung darin aufgenommen ist, um einen Durchtrittsweg bzw.
Durchtrittswege (128, 122; 13, 15) zwischen den radial und/oder axial einander
gegenüberliegenden Wänden der Kammer und des Ausfüllteiles zu bilden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das maximale Querschnittsmaß
des Durchgangswegs bzw. der Durchgangswege (128, 122; 13, 15) kleiner ist als das
Minimalmaß der Düsenöffnung (106; 14), wodurch der Durchgangsweg (-wege)
sowohl als Strömungsbegrenzer wirkt, um den Rückstrom von Fluid zu reduzieren, als
auch als Filter für das durch den Düsenaufbau strömende Fluid wirkt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Düsenaufbau außerdem ein
Filterelement (110) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es keine nennenswerte
Strömung von Fluid durch den Düsenaufbau gibt, wenn eine Druckdifferenz von 0,2
bar auf den Aufbau aufgebracht wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Durchgang aufweist:
a. ein Gehäuseteil (102; 11), welches eine innere Kammer hat, durch welche Fluid
strömen soll, und
b. ein statisches Ausfüllteil (116; 12), welches in der Kammer angeordnet ist und
einen Durchgangsweg (128; 13) für die Strömung von Fluid zwischen der Innenwand
der Kammer und der Außenwand des Ausfüllteils (116; 12) bildet.
10. Verwendung einer Vorrichtung wie sie in einem der vorstehenden Ansprüche
beansprucht ist, für den Ausstoß eines Fluids als ein Sprühnebel von Tröpfchen, wobei
es in der Vorrichtung keinen nennenswerten Fluidstrom durch den Düsenaufbau gibt,
wenn
eine Druckdifferenz von 0,2 bar an dem Aufbau angelegt wird.
11. Verwendung einer Vorrichtung wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht
ist, für die Ausgabe einer abgemessenen Menge eines fließfähigen Medikaments.
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