[0001] Die Erfindung betrifft eine Sprühpistole für Flüssigkeiten, umfassend ein manuell
betätigbares Düsenventil, eine manuell betätigbare Flüssigkeitspumpe mit einem Ein-
und einem Auslaßventil und einen Federspeicher zwischen dem Auslaß- und dem Düsenventil.
[0002] Eine solche Sprühpistole ist bekannt. Sie umfaßt zwei durch eine Schlauchleitung
verbundene Funktionseinheiten, von denen die eine nur das Düsenventil umfaßt und die
andere einen auf dem Rücken zu tragenden Transportbehälter für die zu versprühende
Flüssigkeit, in dem zusätzlich die Flüssigkeitspumpe und der Federspeicher angeordnet
sind. Der Federspeicher besteht aus einem Luftpolster, das in Abhängigkeit von dem
eingespeisten Flüssigkeitsvolumen eine mehr oder weniger große Zusammenpressung erfährt.
Der an dem Düsenventil verfügbare Flüssigkeitsdruck unterliegt dadurch großen Schwankungen,
was die Qualität des sich bei einer Betätigung ergebenden Sprühnebels nachteilig beeinflußt
und die Bildung von Flüssigkeitstropfen einer von einander abweichenden Größe und
Geschwindigkeit begünstigt. Auch sind die enthaltenen Baugruppen aus funktionstech-
nischen Gründen teilweise von erheblicher Größe. Eine Miniaturisierung zur Verbesserung
der Handlichkeit ist hierdurch ausgeschlossen.
[0003] Für das Versprühen von Farben und Kosmetika in kleinen Mengen sind Sprühdosen gebräuchlich,
bei denen der am Düsenventil verfügbare Flüssigkeitsdruck während der gesamten Entleerungsphase
von annährend übereinstimmender Größe ist. Das resultierende Sprühbild ist hierdurch
von großer Gleichmäßigkeit. Es beruht indessen auf der Verwendung von Treibgasen in
dem Federspeicher, welche als nicht umweltverträglich angesehen werden. Außerdem geht
das gleichmäßige Sprühbild bei niedrigen Temperaturen verloren.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sprühpistole für Flüssigkeiten zu
entwickeln, die ähnlich wie eine Sprühdose verwendet werden kann und die es ermöglicht,
weitgehend unabhängig von Temperaturschwankungen einen Sprühnebel von ausgeglichener
Tröpfchengröße und -geschwindigkeit zu erzeugen.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Sprühpistole der eingangs genannten
Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen
nehmen die Unteransprüche Bezug.
[0006] Bei der erfindungsgemäßen Sprühpistole ist der Federspeicher zumindest in einem Teilbereich
durch eine auf einer vorgespannten Feder federnd abgestützten Kompensationswand begrenzt,
wobei die Feder so angebracht ist, daß sich bei einer Verschiebung der Kompensationswand
keine nennenswerten Veränderung der Federkraft ergibt. Der sich bei einer Verschiebung
ergebende Weg der Kompensationswand kann beispielsweise durch Anschläge beiderseits
begrenzt sein, die entweder der Kompensationswand selbst oder der Feder zugeordnet
sind. Es gelangt eine mechanische Feder zur Anwendung, beispielsweise eine gewendelte
Feder aus Metall. Diese ist so vorgespannt und mit der Größe der Kompensationswand
abgestimmt, daß in dem Federspeicher stets ein Flüssigkeitsdruck herrscht, der ein
optimales Versprühen der enthaltenen Flüssigkeit bei einer Betätigung des Düsenventils
gewährleistet. Hierunter ist derjenige Flüssigkeitsdruck zu verstehen, der beim Austreten
der Flüssigkeit aus der Düse eine Tröpfchenbildung von gleichmäßiger Größe, Verteilung
und Geschwindigkeit gewährleistet. Er ist maßgeblich abhängig von der Art der zu versprühenden
Flüssigkeit und der Ausbildung der verwendeten Düse und läßt sich gegebenenfalls im
Versuch ermitteln. Ein zweckmäßiger Flüssigkeitsdruck in bezug auf Farben und Haarfestiger
liegt im Bereich zwischen 8 und 12 bar. Er läßt sich unter Verwendung mechanischer
Federn erzielen, die von geringer Größe sind. Die erfindungsgemäße Sprühpistole läßt
sich hierdurch klein und handlich gestalten.
[0007] Der Weg der Kompensationswand ist so bemessen, daß die bei einer normalen Betätigung
des Düsenventils aus diesem austretende Mengendosis ca. bis 2 bis 10 mal verfügbar
ist. Die Sprühpistole läßt sich hierdurch ähnlich wie die bekannten Sprühdosen verwenden
und gegebenenfalls in einer Überkopflage.
[0008] Neben dem manuell beätigbaren Düsenventil ist die erfindungsgemäße Sprühpistole mit
einer manuell betätigbaren Flüssigkeitspumpe versehen, was es ermöglicht, den Federspeicher
unabhängig von der Betätigung des Düsenventils erneut zu füllen. Die Flüssigkeitspumpe
kann als Kolbenpumpe ausgebildet sein, wobei der hydraulisch wirksame Querschnitt
so bemessen ist, daß eine sehr geringe Betätigungskraft von beispielsweise 10-30 N
für die Einspeisung der Flüssigkeit in den Federspeicher genügt. Die vorgeschlagene
Sprühpistole ist hierdurch auch von Personen mit geringerer Körperkraft leicht zu
handhaben, beispielsweise von Kindern.
[0009] Gemäß der Erfindung kann die Flüssigkeitspumpe auch als Schlauchpumpe ausgebildet
sein. Bei manueller Bedienung sorgt eine Hebelübersetzung dafür, daß die Betätigungskraft
leicht aufgebracht werden kann. Eine weitere Ausführung sieht vor, eine durch Batterie
oder Akkumulator mit Strom versorgte elektrische Flüssgkeitspumpe einzubauen. Diese
wird durch Knopfdruck in Betrieb gesetzt und schaltet sich ab, sobald infolge Ausfüllung
des Druckspeichers der darin herrschende Druck den für ein optimales Versprühen der
Flüssigkeit zulässigen Maximaldruck übersteigt.
[0010] Die Sprühpistole kann mit Hilfsmitteln versehen sein, welche den Füllungsgrad des
Federspeichers anzeigen. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Kompensationswand
bei einer Entleerung des Federspeichers an das Düsenventil anlegbar ist und wenn das
Düsenventil durch die Kompensationswand verschließbar ist. Hierzu ist es lediglich
erforderlich, daß das Düsenventil mit einem innerhalb des Federspeichers angeordneten
Schließglied versehen ist, an welches sich die Kompensationswand oder ein Vorsprung
derselben bei einer Entleerung des Federspeichers anlegt und hierbei eine Anpressung
des Schließgliedes an seinen Ventilsitz bewirkt. Das Düsenventil ist anschließend
nicht mehr betätigbar, was dem Benutzer die Notwendigkeit einer Nachbefüllung des
Federspeichers durch eine Betätigung der Flüssigkeitspumpe mit hinreichender Deutlichkeit
signalisiert.
[0011] Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn für die elastische Abstützung
der Kompensationswand mindestens eine Tellerfeder zur Anwendung gelangt, die einen
S-förmigen Verlauf der Federkennlinie aufweist. Bei solchen Tellerfedern schließt
sich an den Steilanstieg der Federkennlinie zu Beginn einer elastischen Deformierung
ein sehr weiter Bereich an, in dem die elastischen Deformierungen keine nennenswerte
Veränderung der Federkraft bedingen. Eine diesbezügliche Änderung ergibt sich erst
bei noch größeren Deformierungen, welche wiederum von einer steilen Zunahme der Federkraft
begleitet sind. Nur der mittlere Bereich der Federkennlinie ist im Rahmen der vorliegenden
Erfindung von Bedeutung. Er wird genutzt, in dem der Tellerfeder oder der mit der
Tellerfeder in Eingriff stehenden Kompensationswand Anschläge so zugeordnet werden,
daß sich während der bestimmungsgemäßen Verwendung nur elastische Deformierungen der
Tellerfeder innerhalb des horizontal verlaufenden Bereichs der Federkennlinie ergeben
können.
[0012] Die Tellerfeder kann gegebenenfalls einen einstückigen Bestandteil der Kompensationswand
bilden, was die Herstellung der erfindungsgemäßen Sprühpistole wesentlich vereinfacht.
Zweckmäßigerweise gelangt für die Herstellung eines entsprechenden Konstruktionsteils
die Verwendung eines Kunststoffes insbesondere eines faserverstärkten Kunststoffes
zur Anwendung.
[0013] Die Kompensationswand soll bei Verwendung einer manuell betätigbaren Kolben- oder
Schlauchpumpe als Flüssigkeitspumpe eine hydraulisch wirksame Fläche haben, die 10
bis 150 mal so groß ist wie diejenige der Flüssigkeitspumpe. Neben einer hinreichend
leichten Betätigbarkeit der Flüssigkeitspumpe wird hierdurch eine ausreichende Effektivität
bei der Auffüllung des Federspeichers erreicht.
[0014] Eine besonders kompakte Bauweise, die an die äußere Gestalt von Sprühdosen erinnert,
läßt sich erreichen, wenn der Federspeicher, die Kompensationswand, die Feder und
das Düsenventil koaxial zueinander angeordnet sind. Falls die Pumpe durch eine Kolbenpumpe
gebildet ist, besteht hierbei auch die Möglichkeit, den Pumpenkolben den vorstehend
angesprochenen Elementen in koaxialer Weise zuzuordnen. Das äußere Erscheinungsbild
ist bei einer solchen Ausführung kaum von demjenigen einer Sprühdose zu unterscheiden.
Auch kann der drucklose Reservebehälter für die zu versprühende Flüssigkeit in gleicher
Weise wie bei den bekannten Sprühdosen an einem Oberteil befestigt sein, welches die
vorstehend angesprochenen Konstruktionsteile in sich vereint. Eine lösbare Befestigung
ist ebenfalls möglich und gestattet eine weitere Verwendung nach vollständiger Entleerung
eines ersten Reservebehälters.
[0015] Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten
Zeichnungen weiter verdeutlicht. Es zeigen:
Figuren 1 bis 3:
Drei voneinander abweichende Ausführungen von Sprühpistolen.
Figur 4:
Die Kennlinie einer der Tellerfedern, die bei den Ausführungen nach den Figuren 2
und 3 zur Anwendung gelangen.
[0016] Die in Figur 1 gezeigte Sprühpistole ist für das Versprühen einer drucklos in einem
Reservebehälter 16 enthaltenen Flüssigkeit bestimmt, beispielsweise eines Reperatursprays
für Autolackierungen. Der Reservebehälter 16 ist von im wesentlichen rotationssymmetrischer
Gestalt und durch eine Schraubverbindung an einem Oberteil 17 befestigt. In ihn taucht
ein Saugrohr 18 ein, welches an dem Einlaßventil 4 der manuell betätigbaren Flüssigkeitspumpe
2 befestigt ist. Das Auslaßventil 5 der Flüssigkeitspumpe ist in der Kompensationswand
11 angeordnet, die flüssigkeitsdicht und in senkrechter Richtung verschiebbar in dem
Deckel 19 gelagert ist. Für die Abdichtung ist eine Dichtung 20 vorgesehen, beispielsweise
eine O-Ringdichtung, welche in einer ringförmig umlaufenden, in radialer Richtung
nach außen offenen Nut eines senkrecht nach oben weisenden Ringvorsprunges 21 der
Kompensationswand 11 angeordnet ist. Der Ringvorsprung 21 dient zugleich der Führung
der Kompensationswand in senkrechter Richtung. Er berührt in der dargestellten Betriebsstellung
mit seinem nach oben vorstehenden Ende den Anschlag 12 des Deckels.
[0017] Die Kompensationswand 11 ist im mittleren Bereich mit einem einstückig angeformten,
senkrecht nach unten vorstehenden Hohlzylinder 22 versehen, welcher axial verschiebbar
und flüssigkeitsdicht auf dem Hohlkolben 23 der Flüssigkeitspumpe 2 gelagert ist.
Der Hohlzylinder 22 ist durch eine Druckfeder 24 auf dem unteren Teil des Hohlkolbens
23 abgestützt. Er nimmt dadurch im unbetätigten Zustand stets eine relativ zu dem
Hohlkolben 23 nach oben verlagerte Position ein. Der Deckel 19 folgt der entsprechenden
Bewegung. Diese wird begrenzt durch einen Anschlag 25, der zwischen dem Deckel 19
und dem Oberteil 17 vorgesehen ist.
[0018] Der Innenraum des Oberteils 17 ist durch eine Öffnung 34 mit dem Innenraum des Reservebehälters
16 verbunden und dieser Innenraum durch eine weitere Öffnung 33 mit der Atmosphäre.
In den Innenräumen kann sich dadurch kein vom Atmosphären-Druck abweichender Druck
ergeben. Um ein unerwünschtes Austreten von Flüssigkeit aus dem Reservebehälter zu
verhindern, beispielsweise bei einer Überkopf-Verwendung, können in den Öffnungen
33, 34 Rückschlagventile oder andere geeignete Ventiliereinrichtungen vorgesehen sein.
Diese müssen jedoch im Bereich der Öffnung 34 so beschaffen sein, daß die Kompensationswand
11 passierende Leckflüssigkeit problemlos in den Reservebehälter 16 zurückgelangen
kann.
[0019] Der Deckel 19 ist mit einem radial nach innen weisenden Ringvorsprung 26 versehen,
der mittig mit einer zylindrischen Durchbrechung versehen ist. Diese dient der Führung
des Hohlzylinders 22 der Kompensationswand 11. Der Ringvorsprung 26 ist zusätzlich
mit einem Anschlag 13 zur Begrenzung der Relativbeweglichkeit der Kompensationswand
11 nach unten versehen und mit einer Abstützfläche, auf der die die Kompensationswand
11 in senkrechter Richtung abstützende Feder 10 aus metallischem Werkstoff gelagert
ist. Die Feder 10 ist als Wendelfeder gestaltet. Sie ist durch die Ausbildung und
Zuordnung der Anschläge 12, 13 zu der Kompensationswand 11 derart vorgespannt, daß
sich bei einer beliebigen Relativverlagerung der Kompensationswand 11 zwischen den
Anschlägen 12, 13 keine nennenswerte Veränderung der Federkraft der Feder 10 ergibt.
Hierdurch herrscht in dem Federspeicher 9 stets ein Druck, der bei einer Betätigung
des den Deckel 19 durchdringenden Düsenventils 8 ein optimales Versprühen der enthaltenen
Flüssigkeit aus der Düse 1 gestattet. Das Düsenventil 8 ist mit einem im inneren des
Federspeichers 9 angeordneten Stellglied 14 versehen, welches durch eine weitere Druckfeder
27 auf dem Stellglied des Auslaßventils der Flüssigkeitspumpe 2 abgestützt ist. Die
weitere Druckfeder 27 ist so bemessen und gestaltet, daß unabhängig von der relativen
Zuordnung der Kompensationswand 11 zu den Anschlägen 12, 13 stets eine gute Funktionssicherheit
einerseits des Auslaßventils 5 der Flüssigkeitspumpe 2 und andererseits des Düsenventils
8 gewährleistet ist. Die Bezugsziffern 29 bezeichnen Durchtrittsöffnungen, durch die
evtl. auftretende Leckflüssigkeit zurück in den Reservebehälter 16 gelangt. Der Reservebehälter
16 kann seinerseits durch eine Belüftungsöffnung 33 mit der Atmosphäre verbunden sein.
Diese kann zweckmäßig auch ersetzt werden durch eine Offnung in der Seitenwand von
Oberteil 17. Um eine Benutzung in Überkopflage zu ermöglichen, ist in der Belüftungsöffnung
33 zweckmäßigerweise ein Rückschlagventil vorgesehen. Das Austreten von Flüssigkeit
nach außen wird hierdurch verhindert. wird hierdurch verhindert.
[0020] Zur Funktion ist folgendes auszuführen:
Zum Auffüllen des Federspeichers 9 ist es erforderlich, den Deckel 19 in Richtung
des Doppelpfeiles 28 pumpend in eine auf- und abwärts gerichtete Relativbewegung in
bezug auf das Oberteil 17 zu versetzen. Bei einer abwärts gerichteten Relativbewegung
ist das Einlaßventil 4 der Flüssigkeitspumpe 2 geschlossen und das Auslaßventil 5
geöffnet. Das in der Pumpenkammer 3 der Flüssigkeitspumpe 2 enthaltene Flüssigkeitsvolumen
wird dadurch teilweise durch das Auslaßventil hindurch und in den Federspeicher 9
hineingepreßt, was eine Relativverlagerung der Kompensationswand 11 in bezug auf den
oberen Anschlag 12 bewirkt. Bei einer aufwärts gerichteten Relativbewegung des Deckels
19 in bezug auf das Oberteil 17 wird das Auslaßventil 5 durch die Kraft der weiteren
Druckfeder 27 verschlossen und das Einlaßventil 4 geöffnet. Hierdurch wird Flüssigkeit
6 über das Saugrohr 18 aus dem Reservebehälter 16 angesogen und gelangt in das Innere
der Pumpenkammer 3. Bei der nachfolgenden, erneuten Abwärtsbewegung des Deckels 19
wiederholt sich der Einspeisungsvorgang in den Federspeicher 9 wie vorstehend beschrieben.
Der Vorgang kann solange fortgesetzt werden, bis die Kompensationswand 11 an dem unteren
Anschlag 13 des Deckels zur Anlage gelangt. Es befindet sich dann ein hinreichend
großes Flüssigkeitsvolumen in dem Federspeicher 9 für eine 2- bis 10-fache Betätigung
des Düsenventils 8.
[0021] Das Verhältnis aus den hydraulisch wirksamen Querschnitten der Kompensationswand
11 und der Flüssigkeitspumpe 2 beträgt etwa 20. Für das Auffüllen des Federspeichers
9 ist ein geringer Kraftbedarf erforderlich, wenn der Querschnitt der Flüssigkeitspumpe
noch geringer ist, als der Deutlichkeit halber in der Zeichnung angegeben. Auch der
Hubweg der Pumpe kann größer gewählt werden.
[0022] Figur 2 zeigt eine Ausführung, die sich von der vorstehend beschriebenen durch einen
relativ vereinfachten Aufbau unterscheidet und die hierdurch kostengünstiger erzeugbar
ist. Der Federspeicher 9 steht hierbei unter der Vorbelastung einer Tellerfeder 15,
welche aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff besteht und einstückig mit dem Hohlzylinder
22 der Flüssigkeitspumpe 2 erzeugt ist. Die Tellerfeder ist im Bereich ihres Außenumfanges
in eine Nut des Deckels eingeschnappt und durch Zwischenfügung eines O-Ringes gegenüber
dem Deckel 19 statisch abgedichtet. Das Auftreten von Leckageverlusten in dem fraglichen
Bereich ist hierdurch ausgeschlossen, eine Verwendung der Sprühpistole in einer Überkopfhaltung
problemlos möglich.
[0023] Die Tellerfeder 15 ist im mittleren Bereich mit einstückig angeformten, gleichmäßig
in Umfangsrichtung verteilten und in senkrechter Richtung vorspringenden Zapfen 35
versehen, die bei einer Berührung des oberen Anschlages 12 eine weitere Relativverlagerung
der Tellerfeder 15 verhindern. In Richtung nach unten wird der Anschlag 13 durch Vorsprünge
einer Scheibe 30 gebildet, welche in eine Hinterschneidung des Deckels 19 eingeknüpft
ist.
[0024] Die in Figur 3 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen
dadurch, daß die Flüssigkeitspumpe 2 durch eine Schlauchpumpe gebildet ist. Diese
besteht im wesentlichen aus einem elastisch verformbaren Schlauch 31, der das Einlaßventil
4 und das Auslaßventil 5 miteinander verbindet und in der Zwischenzone durch eine
Hebelmechanik in seinem Querschnitt verengbar ist. Der Hebel 32 befindet sich aufgrund
der Elastizität des Schlauches 31 im nichtbetätigten Zustand stets in der dargestellten
Position. Bei einer Betätigung ergibt sich eine Querschnittsverminderung des Schlauches
31, was eine Verlagerung von Flüssigkeitsbestandteilen aus dem Inneren des Schlauches
31 in den Federspeicher 9 zu Folge hat. In dem Federspeicher 9 sind die Stellglieder
des Düsenventils 8 und des Auslaßventils 5 einander gegenüberliegend angeordnet, was
es ermöglicht, das Stellglied 14 des Düsenventils 8 als oberen Anschlag 12 für die
Relativbeweglichkeit der Tellerfeder 15 zu verwenden. Hierzu ist die Tellerfeder 15
mit senkrecht nach oben vorspringenden, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten
Vorsprüngen 35 versehen, welche in der obersten Stellung der Tellerfeder 15 an die
Unterseite des Stellgliedes 14 anlegbar sind. Im völlig entleerten Zustand des Federspeichers
9 ist hierdurch eine Betätigung des Düsenventils ausgeschlossen, was dem Verwender
signalisiert, daß eine erneute Befüllung durch die Flüssigkeitspumpe ansteht.
[0025] In Figur 4 ist ein Kraft-Wegdiagramm einer Feder wiedergegeben, welche für die elastische
Vorspannung des Federspeichers der vorschlagsgemäßen Sprühpistole besonders geeignet
ist. Die Federkennlinie hat hierin einen S-förmigen Verlauf mit einem besonders großen
Verformungsbereich, in welchem sich keine nennenswerte Veränderung der Federkraft
ergibt. Der Druck in dem Federspeicher ist hierdurch unabhängig vom Befüllungszustand
weitgehend konstant, was die Erzielung eines ausgeglichenen Sprühbildes im gesamten
Arbeitsbereich gewährleistet. Die Ausnutzung dieses Effektes gelingt dadurch, daß
die Beweglichkeit der Kompensationswand durch die gezielte Anbringung von Anschlägen
auf den horizontalen Bereich der Federkennlinie der zugehörigen Feder beschränkt ist.
Zusätzlich ist es erforderlich, daß die verwendeten Federn eine große Vorlast aufzunehmen
vermögen. Der Verwendung von Tellerfedern wird unter diesem Gesichtspunkt der Vorzug
gegeben.
1. Sprühpistole für Flüssigkeiten, umfassend ein manuell betätigbares Düsenventil, eine
Flüssigkeitspumpe mit einem Ein- und einem Auslaßventil und einem Federspeicher zwischen
dem Auslaß- und dem Düsenventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher (9)
zumindest in einem Teilbereich durch eine auf einer Feder (10) federnd abgestützte
Kompensationswand (11) begrenzt ist, und daß die Feder (10) so angebracht ist, daß
sich bei einer Verschiebung der Kompensationswand (11) keine nennenswerte Veränderung
der Federkraft ergibt.
2. Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswand (11)
bei einer Entleerung des Federspeichers (9) an das Düsenventil (8) anlegbar ist und
daß das Düsenventil (8) durch die Kompensationswand (11) verschließbar ist.
3. Sprühpistole nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) durch
mindestens eine Tellerfeder (15) mit S-förmigem Verlauf der Federkennlinie gebildet
ist.
4. Sprühpistole nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (15) einen
einstückig angeformten Bestandteil der Kompensationswand (11) bildet.
5. Sprühpistole nach Anspruch 1 bis 4, bei der die Flüssigkeitspumpe durch eine manuell
betätigbare Kolben- oder Schlauchpumpe gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kompensationswand (11) eine hydraulisch wirksame Fläche aufweist, die 10 bis 150 mal
so groß ist wie die hydraulisch wirksame Fläche der Flüssigkeitspumpe (2).
6. Sprühpistole nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher
(9), die Kompensationswand (11), die Feder (10) und das Düsenventil (8) koaxial zueinander
angeordnet sind.