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Die Erfindung bezieht sich auf ein Sprühventil zum Versprühen einer
Flüssigkeit aus einem unter Druck stehenden Behälter mit einer verschiebbaren, als
AuslaßventiI dienenden VentiltülIe, in der eine langgestreckte, geradlinige Kammer
vorgesehen ist, die am einen Ende von einer Stirnwand abgeschlossen ist, am entgegengesetzten
Ende eine Eintrittsöffnung verringerten Querschnitts aufweist und austrittsseitig
mit einer Sprühöffnung in Verbindung steht.
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Sprühventile mit diesen Merkmalen sind bereits durch die USA.-Patentschriften
2582262 und 2 709 111 sowie die Unterlagen des deutschen Gebrauchsmusters 1 829
391 bekanntgeworden. Bei diesen bekannten Ventilen findet eine mehrstufige Entspannung
des aus dem Druckbehälter in das Ventil eintretenden Mediums statt, indem das Medium
bereits vor Erreichen der Eintrittsöffnung zu der genannten Kammer bewußt gedrosselt
wird und anschließend an diese Drosselung dilatieren kann.
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Sinn dieser Maßnahme ist, eine möglichst weitgehende Strahl aufteilung
durch Verwirbelung zu erreichen.
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Darüber hinaus ist es auch bereits bekanntgeworden, beispielsweise
durch die USA.-Patentschriften 2 621 014, 2 757 963, 2 924 360 und 3155290 sowie
die britische Patentschrift 763 570 und die deutsche Patentschrift 1 029309, das
aus dem Druckbehälter stammende Medium möglichst unmittelbar, d. h. ohne vorherige
Drosselung, in eine langgestreckte Kammer eintreten zu lassen, deren anderes Ende
mit der Sprühöffnung in Verbindung steht.
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In all diesen Fällen sind jedoch die Eintrittsöffnungen seitlich
in der Kammerwand angeordnet, so daß sich die radial eintretenden Strahlen nach
kurzer Weglänge entweder an der gegenüberliegenden Seite der zylindrischen Kammerwand
oder weiteren, dort eintretenden Strahlen brechen.
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Bei einigen dieser Ausführungsformen sind zudem die langgestreckten
Kammern im Bereich der Eintrittsöffnungen verengt, wobei allerdings der Querschnitt
des verengten Teiles immer noch denjenigen der Eintrittsöffnungen übertrifft. Im
Einklang damit ist beispielsweise in der genannten USA.-Patentschrift 2621 014 ausgeführt,
daß die Vernebelung, die durch die bewußte Erzeugung von Turbulenz herbeigeführt
werden soll, bereits in dem verengten Kammerteil beginnt.
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Nach weiteren Veröffentlichungen (USA.-Patentschriften 2989251 und
3008654) finden Wirbelkammern mit tangentialem Eintritt zum Anschluß an eine langgestreckte
Kammer dazu Verwendung, Turbulenz und damit eine möglichst weitgehende Zerstäubung
herbeizuführen. Die USA.-Patentschrift 3 112074 offenbart zum selben Zweck spiralig
zur Austrittsöffnung des Sprühventils zusammenlaufende Kanäle.
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Man hat andererseits bereits gefunden, daß man eine sehr gute und
gleichmäßige Zerstäubung und vor allem gleichmäßigeVerteilung derFlüssigkeitspartikeln
in dem austretenden Sprühkegel dadurch erreichen kann, daß man den austretenden
Strahl in Schwingungen versetzt. Dies geschieht gemäß der USA.-Patentschrift 3 039699
dadurch, daß innerhalb der Sprühöffnung ein schwingfähiger Konus angeordnet ist
und die Sprühöffnung selbst in der Mitte einer Membran vorgesehen ist. Beide Teile
erfahren unter dem Einfluß des austretenden Strahles Vibrationen, die sich dem Sprühkegel
mitteilen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, sich den dadurch erreichten vorteilhaften
Effekt zunutze zu machen, ohne zu den genannten relativ aufwendigen, nur schwierig
mit der erforderlichen Genauigkeit herstellbaren und zudem einem Verschleiß unterworfenen
Mitteln Gebrauch machen zu müssen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender
Merkmale gelöst: a) die Eintrittsöffnung der eingangs erwähnten Kammer ist unmittelbar,
d. h. möglichst ohne Drosselung, mit dem Behälterinnenraum in Verbindung bringbar;
b) der die Sprühöffnung mit der Kammer verbindende Kanal geht von der Kammer in
unmittelbarer Nähe der der Eintrittsöffnung gegenüberliegenden Stirnwand aus, auf
die der die Kammer durchquerende Flüssigkeitsstrahl zersprühend auftrifft.
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Dieser Flüssigkeitsstrahl durchsetzt also die langgestreckte Kammer
in ihrer Längsrichtung und trifft, da im wesentlichen durch eine einmalige Entspannung
entstanden, mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit auf die genannte Stirnwand
auf, wobei sich in der Kammer stehende Druckwellen ausbilden, die sich schließlich
dem die Sprühöffnung in Form des Sprühkegels verlassenden Strahl mitteilen. In diesem
Falle kann somit die Kammer als Resonanzkammer angesprochen werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn sich die Sprühöffnung innerhalb einer membranartigen,
verhältnismäßig dünnen Wand befindet, die unter dem Einfluß der in der Kammer erzeugten
Druckwellen in Resonanz gerät und ihre Resonanzschwingungen nun zusätzlich der den
Sprühkegel umgebenden Außenluft mitteilt.
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Weiterhin erscheint es vorteilhaft, in üblicher Weise eine Nachbeschleunigung
des die Kammer verlassenden Strahles dadurch zu erreichen, daß der Querschnitt des
von der Kammer ausgehenden Kanals kleiner als der Kammerquerschnitt gewählt wird.
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Auch kann im Anschluß an die Kammer, in welcher in der angegebenen
Weise die Druckwellen erzeugt werden, durch eine abermalige Erweiterung eine Verwirbelung
herbeigeführt werden, ähnlich wie dies auch bei den Ausführungen etwa nach der USA.-Patentschrift
2924360, der britischen Patentschrift 763 570 oder der deutschen Patentschrift 1
029304 zu erwarten ist.
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Mit Vorteil kann weiterhin von einem die Sprühöffnung enthaltenden
Einsatz Gebrauch gemacht werden, der die Ausbildung zur Sprühöffnung hin spiralförmig
zusammenlaufender Kanäle ermöglicht, um dem die Sprühöffnung verlassenden Strahl
einen Drall zu verleihen, der dessen Auffächerung begünstigt.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines in einen üblichen
Druckbehälter eingesetzten erfindungsgemäßen Sprühventils; F i g. 2 zeigt einen
Schnitt gemäß der Linie 2-2 in Fig. 1 ; Fig. 3 zeigt einen demienigen der Fig. 1
ähnlichen Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sprühventils
mit zweiteiligem Sprühkopf; F i g. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Innenansicht
des Einsatzes eines solchen Sprühkopfes, und F i g. 5 a, 5 b und 5 c sind schematische
Darstellungen des Sprühkopfes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
zur
Erläuterung der pulsierenden Arbeitsweise in drei aufeinanderfolgenden Phasen.
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In der Zeichnung sind gleiche oder entsprechende Teile in allen Figuren
mit gleichen Bezugszeichen versehen. F i g. 1 zeigt einen Druckbehälter 10, mit
dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft angewendet wird. Der Druckbehälter 10
ist von bekannter Bauart, wie man sie zum Verteilen von atomisierten Flüssigkeiten
verwendet, die durch in solchen Flüssigkeiten nicht lösliche Gase ausgestoßen werden.
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Zweckmäßigerweise enthält ein derartiger Behälter eine in der Zeichnung
nur teilweise dargestellte Metalldose a und einen Deckelteil b, mit einem zentralen,
kuppelförmigen und mit einer Öffnung versehenen Mittelteil c, durch dessen Öffnung
sich die Ventiltülle 12 erstreckt.
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Die Ventiltülle 12, die einen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt
und nachstehend im einzelnen beschrieben wird, sitzt in einem Gummidichtungsringd,
der von den Flanschen e eines gespritzten Kunststoffnippels f gegen die Unterseite
der Kuppel geklemmt wird. Der Nippelf besitzt einen inneren Durchlaß g, der nach
unten zu einem Federteller h und einem unteren Einlaß i führt, welcher nach herkömmlicher
Art in dem oberen Ende eines Steigrohres liegt. Der Inhalt des Druckbehälters fließt
durch das Steigrohr j und den Nippel f zu der Ventiltülle 12. Auf dem Federteller
h ist eine Druckfeder k angebracht, deren obere Windungen einen unteren Vorsprung
14 der Ventiltülle 12 umfassen und die Tülle 12 in ihre Schließstellung drücken
(siehe F i g. 1), aber dennoch eine drückende oder neigende Bewegung zum Einstellen
der offenen Ausflußstellung zulassen (siehe F i g. 3).
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Die einteilige Ventiltülle 12 ist aus Kunststoff gespritzt, der von
ausreichender Festigkeit ist, um ein Neigen bzw. Pressen zuzulassen. Die Tülle 12
ist in bezug auf die Mittelachse x-x weitgehend symmetrisch. Den unteren Teil dieser
Tülle bildet ein durchbohrter, zylindrischer Ventilkopf 16, dessen Durchmesser wesentlich
größer als der des unteren Vorsprunges 14 und der Öffnung des Dichtungsringes d
ist. Der Ventilkopf 16 liegt auf der Unterseite des Dichtungsringes d innerhalb
des Druckbehälters an.
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Die Ventiltülle besitzt als Oberstück einen zylindrischen Schaft
18, der vom Ventilkopf 16 nach außen ragt und sich von dem oberen Teil der Kuppel
des Druckbehälters c nach oben erstreckt. Der Innenraum des Hohlschaftes 18 wird
von der Außenwandung 20 einer Resonanzkammer 22 begrenzt. Der Zweck einer solchen
Resonanzkammer 22 wird durch die folgende Beschreibung der Arbeitsweise der Ventiltülle
besser verständlich. An der Außenseite des zylindrischen Hohlschaftes 18 befinden
sich zwei abfallende Ringschultern 24 und 26, auf denen ein über den Oberteil der
Ventiltülle 12 gestülpter Sprühkopf 28 sitzt.
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Die Resonanzkammer 22 kann so klein sein, daß die erforderliche praktische
Größe des Sprühkopfes 12 nicht unnötig überschritten wird; beim gezeigten Ausführungsbeispiel
hat z. B. die Resonanzkammer 22 einen Durchmesser von etwa 1,8 mm und eine ungefähr
vier- oder fünfmal so lange axiale Ausdehnung. Gegen ihr unteres Ende zu verjüngt
sich die Resonanzkammer 22 zu einer zylindrischen Düsenöffnung 30, die sich vertikal
nach unten erstreckt und deren Achse mit der Mittelachse x-x der Ventiltülle 12
zusammenfällt. Das untere Ende der Düsen-
öffnung 30 ist mit einem seitlichen Kanal
32 verbunden, der sich in der Höhe zwischen dem Schaft 18 und dem Kopf 16 der Ventiltülle
12 befindet. Der seitliche Kanal 32 besteht aus einer unterschnittenen Ringnut 34,
die von zwei einander gegenüberliegenden Mündungsöffnungen 36 mit Seitenwänden 38
unterbrochen wird. Die Mündungsöffnungen 36 treffen auf der Mittelachse x-x unter
der Düsenöffnung 30 zusammen. Diese Mündungsöffnungen 36 ermöglichen in Kombination
mit der Ringnut 34 ein seitliches Fließen des Behälterinhaltes zu der Düsenöffnung
30, wenn man die Ventiltülle 12 neigt oder drückt. Im Gegensatz zu diesen Ventilkonstruktionen,
bei denen die Mündungsöffnungen 36 durch eine Seitenwand gehen, verursacht die durch
die seitlichen Kanäle 32 gespeiste Düsenöffnung 30 eine Beschleunigung der Strömung
von außen her entlang der Mittelachse x-x.
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Die vorliegende Erfindung enthält einen Sprühkopf 28, der mit einer
Ventiltülle 12 kombiniert ist und in seinem unteren Teil eine zylindrische Ausbohrung
40 aufweist, mittels deren er im Preßsitz auf den Schaft 18 der Tülle 12 aufgesetzt
ist. Der Sprühkopf 28 in F i g. 1 besteht aus einem einteiligen Kunststoffgußstück
und trägt auf der Oberfläche eine profilierte und aufgerauhte Bedienungsfläche.
Die zylindrische Ausbohrung 40 des Sprühkopfes 28 erstreckt sich von einem unteren
Rand 44 nach oben und folgt dem Umriß des Hohlschaftes 18. Oben endet die zylindrische
Ausbohrung in einem Innenraum mit Flachdach 46 des Sprühkopfes 28. Der Innenraum
mit Flachdach 46 liegt an der Mittelachse x-x an und wird in der Stellung gezeigt,
in der er den von der Düsenöffnung 30 ausgehenden, beschleunigten Flüssigkeitsstrom
aufbricht, nachdem dieser die Resonanzkammer 22 durchquert hat.
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Der Sprühkopf 28 enthält einen horizontal gezeichneten Kanal 48,
dessen Querschnitt kleiner ist als der der Resonanzkammer 22. Der Kanal 48 windet
sich spiralförmig gegen den hinteren Teil des Sprühkopfes 28 und steht mit einer
vertikalen, schmalen Vorkammer 50 in Verbindung, die vor der Mittelachse x-x liegt.
Der Eingang zu dem spiralförmigen Kanal 48 und die Verbindung mit der Resonanzkammer
22 liegen bei der Mittelachse x-x. Von diesem Punkt führt der Kanal 48 nach hinten,
dann spiralförmig nach vorn und mündet bei 51 in die Vorkammer 50; dadurch wird
zwischen der Resonanzkammer 22 und der Vorkammer 50 eine Verbindung für den Flüssigkeitsstrom
hergestellt. Aufgebrochene Flüssigkeitsteilchen verlassen die Resonanzkammer 22
am Kanaleingang 48 und werden dabei in pulsierenden Wellen beschleunigt.
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Die Wandung der Sprühöffnung 52 ist in dem Sprühkopf 28 eingebaut
und bildet zugleich die vordere, obere Abgrenzung der Vorkammer 50. Die Wandung
der Sprühöffnung 52 ist zumindest am Rand der Öffnung selbst verhältnismäßig dünn,
so daß sie wie eine Membran auf die Druckschwankungen innerhalb der Resonanzkammer
22 anspricht. In der Wandung der Sprühöffnung 52 befindet sich eine nach vorn gerichtete
Sprühöffnung 54, deren Durchmesser so groß ist wie der der Düsenöffnung 30.
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Der Inhalt der Vorkammer 50 wird durch die Öffnung 54 in eine vordere
Aushöhlung 56 gespritzt, die in dem vorderen Teil des Sprühkopfes 28 so eingeschnitten
ist, daß sich eine ausreichend dünne Wandstärke für die Wandung 52 ergibt. Zweckmäßigerweise
sollte
die Dicke der Wandung der Sprühöffnung 52 genau dem Durchmesser der Sprühöffnung
54 entsprechen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser sowohl
der Düsenöffnung 30 als auch der Sprühöffnung 54 ungefähr 0,46 mm. Wenn diese zu
: Üffnungsverhältnisse eingehalten werden und die Dicke der Sprühöffnungswandung
52 etwa der Größe dieser Durchmesser entspricht, werden die Druckschwankungen innerhalb
der Resonanzkammer 22 auf die Außenluft übertragen. Hierdurch wird der Atomisierungsgrad
weiter erhöht.
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Bei herabgedrückter Ventiltülle 12 und herabgedrücktem Sprühkopf
28 in die Betriebsstellung (vgl. die Stellung des zweiteiligen Sprühkopfes 28' in
F i g. 3) fließt der flüssige Inhalt des Metallbehälters a durch das Steigrohr um
den Ventilkopf 16 herum in den seitlichen Kanal 32. Der flüssige Inhalt wird dann
durch den Druck innerhalb des Behälters in die Düsenöffnung 30 gepreßt, durch die
der Flüssigkeitsstrom beschleunigt, entlang der Mittelachse x-x nach oben gelenkt
und schließlich in der in Fig. 5 a schematisch gezeigten Weise in den Innenraum
46 geschleudert wird. Die Beschleunigung des Flüssigkeitsstromes durch die Düsenöffnung30
erhöht die Aufprallwirkung an der Decke des Innenraumes 46 erheblich. Eine Charge
dieser aufgebrochenen Flüssigkeit wird noch einmal beschleunigt und durch den spiralförmigen
Kanal 40 zu der Vorkammer 50 transportiert, aus der sie durch die Sprühöffnung 54
(siehe F i g. 5 a) in die Aushöhlung 56 ausgeschieden wird.
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Wie in F i g. 5 b gezeigt, ist die weitere Atomisierung der Flüssigkeit
innerhalb der Resonanzkammer 22 mit einem Druckaufbau verbunden.
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Wenn der Druck innerhalb der Resonanzkammer 22 eine gewisse Größe
erreicht hat, ergießt sich ein lawinenhafter Schwall von Flüssigkeitsteilchen aus
der Kammer 22 durch den beschleunigenden, spiralförmigen Kanal 48 und tritt durch
die Sprühöffnung 54 aus. Diese gewissermaßen pulsierende Wirkung der Resonanzkammer
22, durch die eine Charge aus der Kammer regelrecht hinausgespült wird, wiederholt
sich, wie in F i g. 5 c schematisch gezeigt.
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Da die die Sprühöffnung umgebende Wandung 52 verhältnismäßig dünn
ist, spricht sie auf die Druckschwankungen offenbar etwa in der Art einer Membran
an, und zwar so, daß die Druckschwankungen der Resonanzkammer 22 auf die die Düsenöffnung
54 umgebende Luft iibertragen werden.
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Wie gezeigt, besteht das sichtbare Resultat in pulsierenden Wellen
von ausgestoßenen, atomisierten Flüssigkeitsteilchen. Die Ausstoßfrequenz kann mit
einem Stroboskop leicht gemessen werden. Eine Verminderung der Pulsfrequenz bewirkt
offensichtlich eine höhere Amplitude; jedenfalls ergeben niedrigere Frequenzen bessere
Sprühresultate, nämlich eine gleichmäßigere Verteilung von fein atomisierten Teilchen.
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Noch niedrigere Frequenzen und bessere Sprühresultate erreicht man
durch den zweiteiligen Sprühkopf, dessen Aufbau in F i g. 3 gezeigt wird. In dieser
Figur sitzt ein zweiteiliger Sprühkopf 28' in derselben Weise auf der Ventiltüllel2
auf, wie sie für den Sprühkopf 28 in F i g. 1 gezeigt ist. Im Gegensatz zu F i g.
1 ist jedoch hier der Sprühkopf 28' zweiteilig und trägt die zylindrische Bohrung
40' in dem größeren Teil des Sprühkopfes 58. Die Bohrung 40' mündet ferner in den
nach unten weisend gezeigten Innenraum 46' und steht mit einer ringförmigen Vorkam-
mehr
55 durch einen Kanal 48' in Verbindung, der nachstehend beschrieben wird. Diese
Vorkammer 55 wird durch das Einsetzen des kleineren Sprühkopfteiles 64 in den größeren
58 gebildet. In den größeren Teil 58 des Kopfes 28' ist eine Aussparung 60 eingegossen.
Die Aussparung 60 hat die Form eines Ringschlitzes, in dem ein sich nach vorn und
oben erstreckender, eingebauter Kern 62 mit abgeschrägten Vorderkanten 63 sitzt.
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Innerhalb der ringförmigen Aussparung 60 sitzt der kleinere Sprühkopfteil
64 auf dem Kern 62 auf. Die Sprühöffnungswandung 52' dieses Teiles bildet die Vorderseite
der Vorkammer 55. Der kleinere Sprühkopfteil 64 wird in der ringförmigen Aussparung
60 durch seine Kante66 festgehalten, die in eine entsprechende Nut in der Wandung
der ringförmigen Aussparung eingreift. Wie aus Fig. 4 am besten ersichtlich ist,
hat der kleinere Sprühkopfteil 64 vier gebogene, zusammenlaufende Kanäle 68, die
in die innere Hinterseite der Vorderwandung 52' der Sprühöffnung eingegossen sind.
Diese gebogenen Kanäle laufen gegen die Vorkammer 55 und die mittlere Sprühöffnung
54' im kleineren Teil 64 zusammen.
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Diese Kanäle68 erstrecken sich nach vorn bis zur Innenseite des ringförmigen
Randteiles 70 dieses kleineren Teiles; im übrigen ist dieser Randteil dicht mit
der Aussparung 60 verbunden, die um den Kern 62 herumführt. Die von der Resonanzkammer22'
ausgehende Strömung wird gleichmäßig auf die vier Kanäle 68 verteilt, die zur Vorkammer
55 und schließlich zur mittleren Sprühöffnung 54' zusammenlaufen. Die gesamte Quersclmittíläche
der vier Kanäle ist kleiner als die der Resonanzkammer 22'. Zweckmäßigerweise entspricht
die Dicke der Sprühöffnungswandung 52' im wesentlichen dem Durchmesser der vorderen
Sprühöffnung 54' und der Düsenöffnung 30'.
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Die in bezug auf den einteiligen Sprühkopf 28 von F i g. 1 beschriebene
Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung gilt auch für die analogen Teile des zweiteiligen
Sprühkopfes 28' von F i g. 3. An Stelle der Verwendung eines spiralförmigen Weges
gemäß F i g. 1 von der Resonanzkammer zur Sprühvorkammer wird hier eine Vielzahl
von Kanälen verwendet, die in der Sprühöffnung 54' zusammenlaufen. Diese Vielzahl
der Kanäle ist an sich nicht neu; bei dem in F i g. 3 gezeigten Beispiel wird sie
jedoch erstmalig als Einrichtung zum Abtrennen und Verbinden von Resonanzkammer
und Vorkammer verwendet; diese Wirkungsweise ist der des horizontalen, spiralförmigen
Kanals des in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ähnlich. Die begrenzte Länge
dieses Kanals trägt zu der oben beschriebenen, zyklisch pulsierenden Arbeitsweise
bei.