DE602004009836T2

DE602004009836T2 - Drucksteuervorrichtung

Info

Publication number: DE602004009836T2
Application number: DE602004009836T
Authority: DE
Inventors: Phil Regan; Roy Van Swieten
Original assignee: Intelligent Packaging Systems Group SA
Current assignee: Intelligent Packaging Systems Group SA
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: JP2007519578A; RU2006131127A; CN100519363C; EP1725476B1; ES2295888T3; ATE376967T1; AU2004316447A1; CN1906097A; PT1725476E; AU2004316447B2; US7708171B2; DE602004009836D1; CA2559019C; CA2559019A1; WO2005082744A1; DK1725476T3; RU2329188C2; JP4364907B2; US20070125809A1; EP1725476A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckregelvorrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten, vorgegebenen Überdrucks in einem Fluidausgabebehälter gemäß dem Oberbegriff vom Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Druckregelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
Ein solcher Behälter mit einer Druckregelvorrichtung ist beispielsweise bekannt aus der PCT Patentanmeldung WO-A-99/62791 . Die darin beschriebene Vorrichtung ist zur Aufrechterhaltung eines konstanten vorgegebenen Drucks in einem Behälter vorgesehen, der zur Ausgabe eines Fluids angeordnet ist. Die Druckregelvorrichtung besitzt eine erste Kammer und eine zweite Kammer sowie ein Schließelement, das relativ zur zweiten Kammer beweglich ist und dazu dient, eine Fluidverbindung zwischen der ersten Kammer und dem Behälter je nach der Position des Schließelements relativ zur zweiten Kammer zu öffnen und zu schließen. Die erste Kammer ist mit einem Gas befüllt, das im Gebrauch einen höheren Druck aufweist als der Druck im Behälter. Die zweite Kammer ist geschlossen und enthält ein Gas auf einem vorgegebenen bzw. Referenzdruck und ist außerhalb der ersten Kammer angeordnet. In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die erste Kammer als schalenförmige Halterung vorgesehen, die im Behälter verkehrt herum eingesetzt ist und deren Längskante mit dem Boden und der aufrechten Seitenwand des Gefäßes oder Behälters verbunden ist. In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Durchmesser der schalenförmigen ersten Kammer wesentlich kleiner ist als der Innendurchmesser des Behälters. Die Kammer ist im Behälter mittig angeordnet und an ihrer Längskante mit dem Boden des Behälters verbunden. In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem dieselbe erste Kammer wie in 3 exzentrisch mit Bezug auf den Behälter angeordnet ist. In 5 ist etwas unterhalb der Mitte der Höhendimension des Gefäßes eine Scheibe vorgesehen, die mit der Innenwand des Gefäßes mittels eines Dichtrings gasdicht verbunden ist. Die Scheibe unterteilt das Gefäß in zwei (fix angeordnete) Teile. Eine ähnliche Konstruktion ist in 6a und 6b dargestellt. Des Weiteren ist in 7 die erste Kammer der Druckregelvorrichtung als Stößel konzipiert, der an der Innenwand des Behälters mit einem Dichtring abgedichtet ist und welcher innerhalb des Behälters in Achsrichtung bewegt werden kann. Somit unterteilt der Stößel den Behälter in 2 Teile, wobei der obere Teil mit dem auszugebenden Fluid befüllt ist. Die Fluidverbindung von der ersten Kammer endet im unteren Teil. Wenn der Druck im Behälter fällt, weil mittels des Druckknopfes an der Oberseite des Behälters Fluid ausgegeben wurde, bewegt sich der Stößel auf Grund des Druckunterschiedes zwischen dem unteren und dem oberen Teil so lange aufwärts, bis der Druckausgleich zwischen dem unteren und dem oberen Teil wieder hergestellt ist. Folglich hat der Druck im unteren Teil abgenommen, so dass der Druck in der zweiten Kammer höher ist und das Verschlusselement die Fluidverbindung zwischen der ersten Kammer und dem unteren Teil öffnet, so dass der Druck im unteren Teil ansteigt. Der Stößel bewegt sich sodann erneut aufwärts, bis ein Druckausgleich in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen bzw. Referenzdruck in der zweiten Kammer erreicht ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist schließlich die erste Kammer zylindrisch angelegt und hat einen Außendurchmesser in Übereinstimmung zum Innendurchmesser des Behälters und ist deshalb fest innerhalb des Behälters eingepasst.
Nur die Druckvorrichtung der 7 ist in Achsrichtung beweglich. In allen anderen Beispielen ist die Druckvorrichtung im Behälter fixiert. Die vollständige Druckregelvorrichtung der 7 ist als Stößel ausgeführt, der als beweglicher Kolben funktioniert, welcher das Ausgabefluid ausstößt. Allerdings ist die Ausführung der Druckregelvorrichtung aufgrund deren großer Abmessungen nachteilig, so dass weniger von dem Behälter zur Fluidausgabe verwendet werden kann.
Ein weiteres wichtiges Problem der oben beschriebenen Druckregelvorrichtungen als separates Modul besteht darin, dass die erste und die zweite Kammer unter Druck gesetzt werden müssen, bevor sie in einem Behälter montiert werden. Dies kann in der Praxis sehr schwierig und kostspielig sein, z. B. in Aluminium-Aerosoldosen, die einstückig konstruiert sind und deren Produktionslinien mit sehr hohem Ausstoss arbeiten. Ein weiterer großer Nachteil besteht darin, dass gezeigt wurde, dass der Druck in einer getrennten Druckregelvorrichtung, die anschließend in einem Behälter montiert wird, in einem Zeitraum von mehreren Monaten, der in der kommerziellen Lieferkette zur Lagerung und für den Vertrieb erforderlich ist, in großem Ausmaß abfällt. Zudem muss das Unter-Druck-Setzen der Druckregelvorrichtung bei geschlossener Fluidverbindung erfolgen, um einen Druck im vorgeschriebenen Ausmaß zu erreichen. Folglich sind die bekannten Druckregelvorrichtungen zur Anwendung im industriellen Maßstab nicht geeignet.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Behälter mit einer Druckregelvorrichtung zu schaffen, die einfacher in der Bauweise und im Herstellungsprozess ist, so dass das Volumen des Behälters in weiter gehendem Ausmaß verwendbar ist. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Druckregelvorrichtung für einen Behälter zu schaffen, die nach dem Zusammensetzen im Behälter auf einfache Weise unter Druck gesetzt werden kann. Dieses und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch ein Druckregelsystem gemäß Anspruch 1 und durch ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 18 geschaffen.
Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Tatsache, dass die Druckregelvorrichtung nach der Implementierung und Befüllung der Flüssigkeitsausgabeflasche unter Druck gesetzt werden kann. Da die zweite Kammer die erste Kammer umschließt, wird eine sehr kompakte Druckregelvorrichtung erreicht, so dass der gesamte nutzbare Raum in der Flasche wesentlich größer ist als in bekannten Ausführungsbeispielen. Da die Druckregelvorrichtung im voraus erzeugt und sehr einfach in bestehenden Kunst stoffflaschen implementiert werden kann, können die bestehenden Produktions- und Befüllungsverfahren beispielsweise für kosmetische Produkte mit nur geringfügigen zusätzlichen Anordnungen in der Produktionslinie beibehalten werden.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und in der nachstehenden Beschreibung offenbart, in der ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben ist.
1 ist eine perspektivische Querschnittansicht einer Druckregelvorrichtung, deren Ventil geschlossen ist;
2 ist eine Ansicht derselben Druckregelvorrichtung, deren Ventil geöffnet ist;
3 ist eine Ansicht derselben Druckregelvorrichtung wie in 1, nur im Querschnitt dargestellt;
4 zeigt die Druckregelvorrichtung der 1 in Explosionsdarstellung;
5 ist eine Darstellung eines Fluidausgabebehälters mit der Druckregelvorrichtung und einem beweglichen Kolben, wobei das Ventil geschlossen ist;
6 ist eine Ansicht desselben Behälters wie 5, wobei das Ventil geöffnet ist; und
7 ist eine Darstellung eines Fluidausgabebehälters mit der Druckregelvorrichtung und einem Sprühventil mit einer Tauchrohranordnung.
Die den einzelnen Elementen in den verschiedenen Figuren zugeordneten Bezugszeichen werden in allen Figuren einheitlich verwendet, wenn nichts anderes angegeben ist.
In 1 und 2 ist eine Druckregelvorrichtung 1 zur Aufrechterhaltung eines konstanten, vorgegebenen Überdrucks in einem Behälter im Querschnitt und in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Vorrichtung 1 besteht aus einem im Wesentlichen zylindrischen Behälter 2 mit einem konischen Halsabschnitt 3 und einem Flansch 4, an dem ein ringförmiger Einsatz bzw. ein Verschluss 5 mit einem Stufentrichter 6 montiert ist. Der Zylinder 2 – in den Ansprüchen als „der zweite Zylinder" bezeichnet – bildet eine zweite Kammer 7 der Druckregelvorrichtung 1. Der Außenrand 8 des Einsatzes 5 besitzt einen äußeren, nach unten gerichteten Ringteil 9a und einen inneren, nach unten gerichteten Ringteil 9b, welche Ringteile eine Nut 10 aufweisen. Der Einsatz 5 ist am Flansch 4 des Zylinders 2 durch Ultraschallschweißen befestigt. Zu diesem Zweck weist die innere Oberfläche der Nut 10 des Einsatzes 5 eine Sägezahn- oder Riffelstruktur auf, die im Schweißverfahren als Energieleitstruktur für eine sehr starke hermetische Verbindung benützt wird. Das untere Ende 11 des Trichters 6 ist mit einer kleinen, zentralen Öffnung 12 verschlossen. Ein schalenförmiger Kolben 13 mit einer äußeren Dichtung bzw. einem O-Ring 14 ist in einen topfförmigen Zylinder 15 eingeführt. Der Raum zwischen dem Kolben 13 und dem topfförmigen Zylinder 15 – in den Ansprüchen als „der erste Zylinder" bezeichnet – begrenzt eine erste Kammer 16. Der Kolben 13 hat eine nach unten vorragende Stange 17 mit einem breiteren, zylindrischen Endabschnitt 18. Der Durchmesser der zentralen Öffnung 12 ist geringfügig größer als der Durchmesser des zylindrischen Endabschnittes 18, so dass dieser Abschnitt 18 durch die Öffnung 12 gleiten kann. Der Trichter 6 besitzt einen nach unten gehenden, zylindrischen Klemmabschnitt 19 mit einem ringförmigen Dorn 20, der einen Ringzylinder 21 festklemmt. Das obere Ende 22 des Ringzylinders 21 klemmt eine Dichtung bzw. O-Ring 23 fest. In 1 liegt der obere Rand 24 des zylindrischen Endabschnitts 18 am O-Ring 23 an, wobei es sich um die geschlossene Stellung eines Ventils 24 handelt, das aus dem Kolben 13 mit der Stange 17 und dem zylindrischen Endabschnitt 18 sowie der festgeklemmten Dichtung bzw. dem O-Ring 23 gebildet ist.
Der topfförmige Zylinder 15 wird von einem zylindrischen Klemmmittel 26 eingefasst, das einen zylindrischen Topf 27 umfasst, welcher den topfförmigen Zylinder 15 exakt umschließt und eine obere Bekrönung 28 mit Öffnungen 29 zwischen den Zacken 30 aufweist. Der Topf 27 besitzt in ihrem oberen Abschluss drei Entlüftungen 31, von denen in 1 und 2 nur eine sichtbar ist. Ferner sind eine Anzahl (nicht dargestellter) L-förmiger, kleiner Vorsprünge oder Rippen an der Innenseite des Trichters 6 vorgesehen, die in gleichen Abständen von einander angeordnet sind. Die Vorsprünge oder Rippen sind an den Seiten und an der Unterseite des Trichters 6 vorgesehen. Deshalb ist zwischen dem zylindrischen Topf 27 und dem Trichter 6 ein Raum vorhanden, der einen Durchgang von der Öffnung 12 zur oberen Seite des Einsatzes 5 begrenzt.
Der Zylinder 2 erweitert sich gegen sein Ende zu schrittweise und besitzt einen breiteren Endabschnitt 32 mit einem nach innen vorspringenden Rand 33, auf dem der Endabschnitt eines Behälters aufliegt (vgl. 5 und 6). Der untere Teil 34 des Zylinders weist eine ringförmige Vertiefung 35 auf, die an der Innenseite des Zylinders 2 mit einer mittleren Öffnung 36 verstärkt ist, in die ein so genannter Nicholson-Stöpsel 37 aus Gummi eingepresst ist. Der untere Teil 34 kann mit radialen Stützrippen verstärkt worden sein, um der von hohem Druck bei hohen Lagertemperaturen verursachten Verformung zu widerstehen. Anstelle eines Nicholson-Stöpsels können auch andere Dichtelemente verwendet werden, beispielsweise ein anderer Typ eines Gummistopfens oder pilzförmige Tüllen oder so genannte Gummiseildichtungen, Wärmenieten oder Kugellager, wie beispielsweise in Feuerzeugen.
In 2 ist das Ventil 25 der Druckregelvorrichtung 1 in offener Stellung dargestellt. 3 ist eine Querschnittsansicht der Druckregelvorrichtung 1, wie in 2 dargestellt.
In 4 ist eine auseinandergezogene Darstellung der Elemente der Druckregelvorrichtung 1 gezeigt. Insbesondere die Bauweise des Topfs 27 mit der Bekrönung 28 ist besser zu sehen. Es ist ferner zu sehen, dass die Stange 17 zwei Nuten 40 und 41 aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten der Stange 17 vorgesehen sind. In Fortsetzung der Nuten 40 und 41 sind in entgegengesetzten Richtungen zwei Nuten 42 und 43 an der Unterseite des Kolbens 13 vorgesehen. In der offenen Stellung des Ventils 25, wenn der Kolben 13 auf der unteren Seite des Trichters 6 aufliegt, ist folglich ein Durchgang vom offenen Ventil 25 entlang der inneren Unterseite und der seitlichen Seite des Trichters 6 über die Öffnungen 29 der Bekrönung 28 bis zur Oberseite des Einsatzes 5 vorhanden.
In 5 ist die Druckregelvorrichtung 1 in einem Behälter 50 montiert, der ein als solches bekanntes Druckventil 51 und einen flexiblen Kolben 52 aus einem geeigneten thermoplastischen Material, etwa aus hochdichtem Polyäthylen, gefertigt ist und im Behälter 50 bewegt werden kann. Der flexible Kolben 52 ist als topfförmiger Zylinder oder als Kuppel ausgebildet, die mehr oder weniger dem oberen Umriss des Einsatzes 5 folgt. Der Kolben 52 ist des Weiteren mit einer breiten, ringzylinderförmigen Dichtung 53 ausgestattet, welche die Innenwand des Behälters 50 mit einer oberen Dichtlippe 53 und einer unteren Dichtlippe 54 berührt. Die obere Dichtlippe 53 ist als Schaber mit einem scharfen Rand vorgesehen, damit die in den Behälter 50 gefüllte Flüssigkeit von der Innenwand des Behälters 50 abgestreift wird, so dass kein Material oder höchstens ein sehr dünner Flüssigkeitsfilm an der Innenwand zurückbleibt. Ein separater, rund um den Kolben 52 angebrachter Gummi-O-Ring kann ebenfalls in Erwägung gezogen werden, wenn ein gasdichter Abschluss benötigt wird. Die Dichtungslippe 54 ist keilförmig und weist eine etwas größere Kontaktfläche als die obere Dichtlippe 53 auf. Wie zu sehen ist, ist der Behälter 50 als zylindrisch geformte Flasche ausgebildet. Der Zylinder 2 der Druckregelvorrichtung 1 ist zu seinem Ende hin erweitert, so dass zwischen der Innenseite der Flasche 50 und der Außenseite des Zylinders 2 eine Presssitzverbindung entsteht. Zusätzlich ist die Flasche 50 in der Nähe des Endabschnitts 55 an den Zylinder 2 Laser-geschweißt, was eine sehr feste und hermetische Dichtung ergibt. Zwar ist hier eine ringzylindrische Flasche 50 dargestellt, für die zylindrische Flasche können aber auch andere Grundformen, wie eine Ellipse oder ein Quadrant, verwendet werden. Die Flasche kann auch ovalförmig sein. Die Form des Zylinders 2 der Druckregelvorrichtung 1 muss dann entsprechend angepasst werden.
Funktionsweise
Die oben beschriebene Druckregelvorrichtung funktioniert wie folgt. In die zweite Kammer 7 wird ein Edelgas, insbesondere normale Luft, mit einem bedarfsbedingten Überdruck eingefüllt, vorzugsweise jedoch mit einem Druck von etwa 8 bar. Das Ventil 24 befindet sich in seiner geschlossenen Stellung (1). In die erste Kammer 16 wird ein Gas, insbesondere normale Luft, mit einem konstanten, vorgegebenen Überdruck von 1,5 bis 2,0 Bar, vorzugsweise von 2,0 Bar, eingefüllt. Wenn der Druck im Behälter 50 unter den vorgegebenen oder unter den Überdruck abfällt, wozu es kommt, wenn Flüssigkeit im Behälter 50 durch das Ventil 51 abgegeben wird, fällt auch der Druck im Durchgang. Damit ist der Druckausgleich zwischen der ersten Kammer 16 und dem Durchgang nicht mehr gegeben, und der Kolben 13 wird von der geschlossenen Stellung des Ventils 25 (1) in die offene Stellung (2) bewegt. Aufgrund des Überdrucks in der zweiten Kammer 7 des Zylinders 2 kommt es zu einer Luftströmung über den Durchgang zum Behälter 50, und zwar unterhalb des flexiblen Kolbens 52, der aufwärts bewegt wird, bis zwischen der ersten Kammer 16 und dem Durchgang (oder dem Behälter 50) wieder ein Druckausgleich hergestellt ist. Im Ausgleichzustand wird das Ventil 25 wieder geschlossen und der Druck unterhalb sowie oberhalb des flexiblen Kolbens 52 ist identisch. Der Kolben 13 wird auf hin- und herbewegende oder oszillierende Weise so bewegt, dass sich das Ventil 25 öffnet und schließt, bis der Ausgleichszustand erreicht ist. Da der Kolben 13 und die Stange 17 leichtgewichtig sind, ist die Hin- und Her-Bewegung zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung des Ventils 25 sehr schnell, so dass der Ausgleichszustand beinahe sofort erreicht wird.
Um sämtliches Fluid bei konstantem Druck oder kontinuierlicher Strömungsgeschwindigkeit vollkommen aus dem Behälter zu spenden, muss in dem Behälter bis zum Schluss ein Überdruck aufrecht erhalten werden. Dies kann nur erreicht werden, wenn ganz am Schluss, wenn es darum geht, den letzten Rest der Flüssigkeit zu spenden, der Überdruck in der zweiten Kammer 7 zumindest gleich dem vorgegebenen Überdruck der ersten Kammer 16 ist. Dies bedeutet, dass folgende Gleichung erfüllt sein muss: P2 ≥ P1·(1 + V1/V2)wobei

P₁: = der vorgegebene Überdruck
P₂: = der Ausgangsdruck in der zweiten Kammer
V₁: = das Volumen des Behälters
V₂: = das Volumen der zweiten Kammer

Dies bedeutet, je kleiner das Volumen V₂ mit Bezug auf das Volumen V₁, desto höher der Überdruck P₂. Da die Ausgestaltung des Zylinders 2 bei höheren Drücken kritischer ist, besteht folglich eine praktische Grenze für die kleinste Größe des Zylinders 2, das von den Materialeigenschaften, dem Herstellungsverfahren usw. abhängig ist.
In einem praktischen Beispiel ist das Volumen des Behälters V₁ 150 ml, wobei das Volumen der auszugebenden Flüssigkeit bis zu maximal 90% des Behältervolumens beträgt, das heißt 135 ml. Der Überdruck P₂ der zweiten Kammer 7 beträgt anfänglich 8,0 Bar, und der Arbeits- oder festgelegte Ü berdruck P₁ beträgt 2,0 Bar. Das Volumen V₂ der zweiten Kammer 7 ist 50 ml.
Der erforderliche Arbeitsdruck P₁ ist von der Viskosität und/oder anderen physikalischen Eigenschaften der auszugebenden Flüssigkeit abhängig. Ein typischer Arbeitsdruck, wie er für Gele oder Cremes (z. B. Kosmetika) mit niedriger oder mittlerer Viskosität erforderlich ist, ist 1,5–2,0 Bar, für Nachschäumungsgel in einer unter Druck gesetzten Zusammensetzung ist der Druck 3,0 Bar, für hochviskose Füllstoffe (z. B. Acrylharz) beträgt er 2,0–2,5 Bar, bei einem nassen Flüssigkeitsspray 3,0 Bar, bei einem Feinflüssigkeitsspray ist der Druck zwischen 4,0 und 5,0 Bar und bei einem trockenen bis sehr trockenen Flüssigkeitsspray über 6,0 Bar.
Im letzten Fall beträgt der Überdruck P₂ 24,0 Bar, wenn das Volumen V₁ des Behälters 150 ml und das Volumen V₂ der zweiten Kammer 7 50 ml beträgt. Deshalb muss die Bauweise des Zylinders 2 der Druckregelvorrichtung 1 sehr stabil sein, um solchen hohen Überdrücken standhalten zu können. Auch müssen die gesetzlichen Vorschriften für unter Druck stehende Behälter erfüllt sein, was die Stabilität und Materialauswahl für den Zylinder 2 betrifft, usw. Deshalb ist das Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Druckregelvorrichtung 1 ebenfalls sehr wichtig, welches nachstehend beschrieben wird.
In 7 ist ein Fluidspendebehälter 60 im Querschnitt dargestellt, in dem die Druckregelvorrichtung 1 auf ähnlich Weise wie im Behälter 50 der 5 und 6 montiert ist. Am oberen Ende 61 des Behälters 60 ist ein herkömmliches Spendeventil 62 mit einem Betätigungsdruckknopf 63, der eine Sprühdüse 64 umfasst, mittels eines außenumfänglichen, ringförmigen Randes 65 montiert, der über das obere Ende 61 gebördelt ist. Die Unterseite 67 des Ventils 62 ist mit einem hohlen Tauchrohr 68 aus Kunststoffmaterial, wie etwa Polypropylen oder Polyäthylen, versehen. Das Tauchrohr 68 ist ausreichend lang, so dass das untere Ende 69 den zylindrischen Topf 27 der Druckregelvorrichtung 1 leicht berührt (vgl. 1). Das Tauchrohr kann auch zwischen der Außenseite des Zylinders und der Innenseite der Behälterwand angebracht sein. Das untere Rohrende 69 kann schräg abgeschnitten sein, so dass eine Blockierung desselben durch einen zu engen Kontakt mit der Oberfläche des zylindrischen Topfes 27 verhindert wird. Die Funktionsweise des Behälters 60 ist ähnlich wie beim Behälter 50 aus 5 und 6.
In einer Reihe praktischer Tests, hat sich herausgestellt, dass der Druck im Behälter 50 oder 60 unabhängig vom Befüllungsgrad konstant bleibt, das heißt, während der Abgabe des Fluidprodukts bleibt der vorgegebene Überdruck konstant, bis sämtliches Fluid abgegeben ist.
Der Behälter 50 mit dem flexiblen Kolben 52 ist eindeutig besser geeignet für Fluid mit höherer Viskosität, etwa eine Creme oder ein Gel, während der Behälter 60 mit der Sprühdüse 64 besser für Fluid mit niedriger Viskosität geeignet ist, wie Lufterfrischer, Deodorants, Sprühfarbe und dergleichen.
Herstellungsverfahren
Der Zylinder 2 der Druckregelvorrichtung 1 ist vorzugsweise im Spritzblasgiessverfahren aus Polyäthylen-Terephtalat (PET) hergestellt. Die Hauptvorteile des Spritzblasgiessverfahrens zur Herstellung des Zylinders 2 bestehen in der Tatsache, dass mit demselben Werkzeug oder mit nur geringen Änderungen unterschiedliche Größen produziert werden können und dass die Ausrichtung des gestreckten PET-Materials während des Glasverfahrens zu einer höheren Kristallinstruktur führt, die dem Material eine hohe Festigkeit und gute gasdichte Eigenschaften verleiht. Es hat sich herausgestellt, dass die Konstruktion des Zylinders 2 mit dem Halsabschnitt 3, dem Flansch 4 und dem erweiterten oder breiteren Endabschnitt 32 mit einer Wanddicke von normalerweise 1,5–2,0 mm sehr stark und bestens zur Aufnahme von hohen Gasdrücken geeignet ist.
Der Halsabschnitt 3 bleibt für alle Größen des Zylinders 2 gleich, wodurch eine effiziente Standardisierung von Komponenten, Herstellungsverfahren und Montageausrüstungen ermöglicht wird. Die zentrale Öffnung bzw. das Loch 35 wird im Boden des Zylinders 2 eingebracht. Dies kann durch Bohren oder vorteilhafter Weise schon während des Spritzblasgiessverfahrens erfolgen, wobei die äußere Form des Formwerkzeugs an der Unterseite einen Stift zur Formung der zentralen Öffnung bzw. des Loches 35 aufweist. Für das oben erwähnte Laser-Schweißverfahren ist am äußeren Durchmesser des Zylinders ein konischer Bereich vorgesehen, um einen optimalen Presssitz mit dem Behälter oder der Flasche 50 zu erzielen.
Die anderen Teile des Einsatzes 5, d. h. der Trichter 6, der topfartige Kolben 13, der Ringzylinder 21 und die zylindrischen Klemmmittel 26, werden mittels Spritzgießens aus einem geeigneten synthetischen Material hergestellt, wie etwa PET oder dergleichen. Der topfartige Zylinder 15 aus Aluminium ist an der korrekten Position über dem Kolben 13 mit dem umgebenden O-Ring 14 unter Luftdruck angeordnet, und am offenen Ende des Zylinders 15 sind drei von vier einwärts orientierten Einkerbungen vorgesehen, um ein Austreten des Kolbens 13 zu verhindern. Auf diese Weise wird in der ersten Kammer 16 der vorgegebene Überdruck aufrecht erhalten. Danach werden die zylindrischen Klemmmittel 26 über den Zylinder 15 gegeben, während die Luft zwischen dem Zylinder 15 und des zylindrischen Topfes 27 durch die Entlüftungen 31 entweicht, und werden im Trichter 6 in Einschnappstellung gebracht. Wie in 1 und 2 zu sehen, ist zu diesem Zweck eine kleine Ringnut 60 vorgesehen, in der äußere Ringteile 61 der Bekrönungszacken 30 einschnappen können. Alternativ dazu kann der topfförmige Zylinder 15 auch aus PET oder einem anderen harten Synthetikmaterial gefertigt sein. Anstelle der Einkerbungen kann die Außenkante des Zylinders 15 auch durch Ultraschallschweißen oder andere geeignete Methoden in Position gebracht werden.
Der Behälter bzw. die Flasche 50 ist aus einer geeigneten Vorform, die aus einem geeigneten Synthetikmaterial wie PET oder dergleichen besteht, durch Spritz-streckblasgiessen (ISBM) hergestellt. Die Vorform aus PET hat bereits die Form einer Flasche in einem kleineren Format. Vorformen können zunächst separat in einer Produktion mit sehr hohem Ausstoß und deshalb sehr wirtschaftlich hergestellt werden. Das ISBM-Verfahren hat dieselben Vorteile wie das oben erwähnte Spritzblasgiessverfahren, das zur Herstellung des Zylinders 2 verwendet wird, jedoch mit dem zusätzlichen bedeutenden Vorteil, dass das PET–Material biaxial gestreckt wird, also radial und in die Länge, wodurch noch bessere Streck- und Gasbarrieren-Eigenschaften auch bei geringen Wanddicken von normalerweise 0,3–0,6 mm, je nach Behälterdesign, möglich sind. Nach dem Streckspritzblasgiessen kann das Ende der Behälterflasche 50 abgeschnitten werden, um für die Aufnahme des Kolbens 52 und des Zylinders ein offenes Ende bereit zu halten.
Der flexible Kolben 52 wird in der Flasche 50 untergebracht, und die Flasche 50 wird mit ihrem offenen Endabschnitt über den Zylinder 2 der Druckregelvorrichtung 1 gesteckt. Um eine hermetische Dichtung zwischen der Flasche 50 und dem Zylinder 2 zu erreichen, wird die Flasche 50 am Zylinder 2 durch Laser-Schweißung befestigt. Zu diesem Zweck ist die Flasche 50 aus einem transparenten Kunststoffmaterial gefertigt, wie etwa PET, und der Zylinder 2 ist in einem geringen Abstand vom Endabschnitt 53 der Flasche an einen ringzylindrischen Außenumfang mit einem Infrarot- oder Laserenergieabsorbierenden Material, das als „Kohlenstoffschwarz" bekannt ist, zumindest imprägniert. Die Flasche 50 mit dem Zylinder 2 wird um ihre Längsachse gedreht, während ein Laserstrahl im rechten Winkel auf die Außenfläche der Flasche 50 gerichtet wird. Bei dem verwendeten Halbleiter-Lasergerät handelt es sich um das NOVALAS-C-System der Leister Process Technologies, Sarnen, Schweiz, mit einer Wellenlänge von 820 nm. Die Stromstärke des benützten Laserstrahls betrug 25 Watt (kontinuierlich), die Rotationsgeschwindigkeit lag bei 3,5 Umdrehungen/Sekunde, und der Laserstrahl wurde während annähernd 10 Umdrehungen aufgebracht.
Obwohl sich das Laserschweißen als die Methode mit den besten Ergebnissen für die Verbindung der Druckregelvorrichtung mit der Flasche 50 erwiesen hat, können auch andere geeignete Methoden, wie Ultraschallschweißen oder Kleben mit einem geeigneten Kunststoffkleber, verwendet werden.
Der Hauptvorteil der beschriebenen Herstellungsmethode besteht darin, dass die Druckregelvorrichtung produziert und ihre erste Kammer unter Druck gesetzt und dem Hersteller des Behälters geliefert werden kann, und der Hersteller kann den Behälter oder die Flasche durch Streck-Blasspritzformen produzieren, bei dem es sich um ein bekanntes Standardverfahren handelt, den Boden des Behälters oder der Flasche abschneiden, die Druckregelvorrichtung mit der Flasche beispielsweise mittels Laserschweißens verbinden, das Druckventil 51 einsetzen, die Flüssigkeit über das Druckventil 51 einfüllen und schließlich den zweiten Zylinder durch den Gummistöpsel 37 auf herkömmliche Art und Weise unter Druck setzen. Die weiteren Produktionsschritte können in die bekannten Produktions- und Einfüllprozesse für Aerosolbehälter, wie sie für Kosmetika oder dergleichen verwendet werden, ganz einfach eingeführt werden, wobei beispielsweise das Flüssigkeitsprodukt durch den offenen Hals des Behälters oder durch das Ausgabeventil 51 eingefüllt wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass, da nur normale Luft oder ein anderes geeignetes Edelgas für die Druckfüllung verwendet wird, die Prozessanlagen, Ausrüstungen und die Herstellungsumgebung sowie die Betriebsverfahren keiner speziellen Sicherheitserfordernisse bedürfen, wie sie normalerweise für gefährliche, entflammbare Treibstoffe benötigt werden.

1: Druckregelvorrichtung
2: Zylindrischer Behälter
3: Konischer Halsabschnitt
4: Flansch
5: Ringförmiger Einsatz
6: Stufentrichter
7: Zweite Kammer
8: Außenrand
9A: Äußerer Ringteil
9B: Innerer Ringteil
10: Nut
11: Unteres Trichterende
12: Zentrale Öffnung
13: Schalenartiger Kolben
14: Dicht- oder O-Ring
15: Schalenartiger Zylinder
16: Erste Kammer
17: Vorragende Stange
18: Zylindrischer Endabschnitt
19: Zylindrischer Klemmab schnitt
20: Ringförmiger Dorn
21: Ringzylinder
22: Oberes Ende
23: Dicht- oder O-Ring
24: Ventil
26: zylindrisches Klemmmittel
27: zylindrischer Topf
28: Obere Bekrönung
29: Öffnung
30: Einkerbungen
31: Entlüftung
32: Breiterer Endabschnitt
33: Einwärts vorragender Rand
34: Unterer Teil
35: Ringförmig Vertiefung
36: Zentrale Öffnung
37: Nicholson-Stöpsel
40: Nut
41: Nut
42: Nut
43: Nut
50: Behälter, Flasche
51: Bekanntes Druckventil
52: Flexibler Kolben
53: Obere Dichtlippe
54: Untere Dichtlippe
55: Endabschnitt
60: Abgabebehälter, Flasche
61: Oberes Ende
62: Druckventil
63: Druckknopf
64: Spritzdüse
65: Ringförmiger Rand
67: Unteres Ventilende
68: Tauchrohr
69: Unteres Rohrende

Claims

Druckregelvorrichtung (1) in einem Druckregelsystem zur Aufrechterhaltung eines konstanten, vorgegebenen Überdrucks in einem Fluidausgabebehälter (50; 60), wobei die Druckregelvorrichtung einen Zylinder (15) mit einem offenen und einem geschlossenen Ende und einen innerhalb des Zylinders beweglichen Kolben (13), der eine erste Kammer (16) begrenzt, die mit einem Gas zu befüllen ist, um den vorgegebenen Überdruck auszuüben, umfasst, des Weiteren eine zweite Kammer (7), einen Durchgang von der zweiten Kammer (7) zur Außenseite der Vorrichtung, der zum Fluidausgabebehälter (50; 60) führt, ein Ventil (18, 23) zum Öffnen und Schließen des Durchgangs, wobei die zweite Kammer (7) durch einen Hochdruckbehälter (2) mit einem geschlossenen Ende (34) und einem offenen Ende mit einem Randteil (4) ausgebildet ist, und wobei der Behälter (2) mit einem Gas befüllt ist, das einen über dem vorgegebenen liegenden Überdruck aufweist, und wobei der Kolben (13) Mittel zur Betätigung des Ventils in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer (16) und dem Fluidausgabebehälter (50; 60) besitzt, so dass wenn der Fluiddruck im Behälter unter den vorgegebenen Überdruck fällt, Gas von der zweiten Kammer (7) in den Behälter strömt, bis der Behälterdruck annähernd dem vorgegebenen Druck entspricht, wobei am Randteil (4) des Hochdruckbehälters (2) ein Verschluss (5) montiert ist, um die zweite Kammer (7) zu verschließen, wobei die erste Kammer (16) einen Teil des Verschlusses bildet, so dass der Hochdruckbehälter (2) den Zylinder (15) der ersten Kammer (16) einschließt.
Druckregelvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Volumen der ersten Kammer (16) wesentlich kleiner ist als das Volumen der zweiten Kammer (7).
Druckregelvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Hochdruckbehälter (2) ein zweiter Zylinder ist.
Druckregelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Anfangsdruck des Gases in der zweiten Kammer (7) durch folgende Formel definiert ist: P2 > P1·(1 + V1/V2)wobei gilt: P₁ = der festgelegte Überdruck P₂ = der Anfangsdruck in der zweiten Kammer V₁ = das Volumen des Fluidausgabebehälters V₂ = das Volumen der zweiten Kammer.
Druckregelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verschluss (5) ein Schließelement (9A, 9B) umfasst, das zum Randteil (4) des Hochdruckbehälters (2) passt, und ferner Mittel (26) zur Befestigung des ersten Zylinders (15) der ersten Kammer im Verschluss (5) umfasst.
Druckregelvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das obere Ende des Hochdruckbehälters (2) einen konischen Halsabschnitt (3) aufweist.
Druckregelvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Verschluss (5) einen Stufentrichter (6) aufweist, der einwärts in den Halsabschnitt (3) orientiert ist.
Druckregelvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das Schließelement eine kreisförmige Innennut (10) des Verschlusses (5) ist, die mittels Vibrations- oder Ultraschallschweißens am Randteil (4) des Hochdruckbehälters montiert ist.
Druckregelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Hochdruckbehälter (2) eine zentral angeordnete Bodenöffnung (36) aufweist, die mit einem Stöpsel (37) verschlossen ist, um die zweite Kammer (7) mit einem Gas unter Druck zu setzen.
Druckregelvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Hochdruckbehälter (2) mittels Spritzblasengiessens aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist.
Druckregelvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Hochdruckbehälter (2) aus PET gefertigt ist.
Druckregelsystem, das eine Druckregelvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst, und des Weiteren einen Fluidausgabebehälter (50; 60), wobei der Behälter aus einem Kunststoffmaterial als Flasche gebildet und der Hochdruckbehälter (2) an die Innenwand des Behälters geschweißt ist, wobei die Innenseite der Flasche und die Außenseite des Hochdruckbehälters (2) so ausgeführt sind, dass sie eine Presssitzverbindung bilden.
Druckregelsystem gemäß Anspruch 12, wobei der Hochdruckbehälter (2) an die Innenwand des Fluidausgabebehälters (50; 60) lasergeschweißt ist.
Druckregelsystem gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei der Fluidausgabebehälter (50) eine Ausgabeöffnung mit einem Ausgabeventil (51) besitzt, und wobei im Behälter zwischen der Druckregelvorrichtung und der Ausgabeöffnung ein beweglicher Kolben (52) vorgesehen ist, welcher Kolben das Fluid und das Gas trennt und der mit dem im Behälter herrschenden Überdruck gegen die Ausgabeöffnung bewegbar ist.
Druckregelsystem gemäß Anspruch 14, wobei der bewegliche Kolben (52) als Kuppel mit ringförmigen Dichtrippen (53, 54) ausgebildet ist.
Druckregelsystem gemäß Anspruch 15, wobei der bewegliche Kolben (52) aus einem elastischen Kunststoffmaterial gefertigt ist.
Druckregelsystem gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei der Behälter (60) eine Ausgabeöffnung (61) mit einem Ausgabeventil (62) aufweist und ein Tauchrohr (68) vom Eingang des Ausgabeventils (62) zum oberen Ende der Druckregelvorrichtung (1) vorgesehen ist, um das Fluid durch das Tauchrohr mittels des im Behälter herrschenden Überdrucks abzugeben.
Druckregelsystem gemäß Anspruch 17, wobei das Ausgabeventil (62) eine Sprühdüse (64) besitzt.
Verfahren zur Herstellung eine Druckregelvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein erster Zylinder (15) gebildet wird; der Kolben (13), die Ventilelemente (18, 23) und der Hochdruckbehälter (2) mit dem geschlossenen Ende und dem Randteil (4) am offenen Ende und der Verschluss (5) aus einem hochstabilen synthetischen Material ausgebildet werden; eine zentrale Öffnung (36) im Boden des Behälters (2) gebildet wird; der Kolben (13) mit einem Dichtring (14) im ersten Zylinder (15) angeordnet wird, während in die erste Kammer (16) ein Gas mit einem vorgegebenen Druck eingefüllt wird; der erste Zylinder (15) bezüglich des Ventils (18, 23) so montiert wird, dass die Betätigungsmittel des Kolbens (13) in Bezug auf das Ventil korrekt positioniert sind; der Verschluss (5) am Hochdruckbehälter (2) montiert wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 19, wobei der Verschluss (5) am Hochdruckbehälter (2) mittels Vibrations- oder Ultraschallschweißens montiert wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei der Hochdruckbehälter (2) mittels Spritzblasengiessens aus einem synthetischen Material gefertigt wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 21, wobei das synthetische Material PET ist.
Herstellungsverfahren eines Druckregelsystems gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18 und gemäß dem Verfahren eines der Ansprüche 19 bis 22, wobei ein Fluidausgabebehälter (50; 60) gebildet wird; der Boden des Behälters aufgeschnitten wird und der Hochdruckbehälter (2) und der Fluidausgabebehälter (50; 60) in ihren jeweiligen Bodenbereichen verbunden werden.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Fluidausgabebehälter (50; 60) durch Spritz-Streckblasgießen aus einem synthetischen Material gebildet wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 23 oder 24, wobei der Hochdruckbehälter (2) und der Fluidausgabebehälter (50; 60) mittels Laserschweißung verbunden werden.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 25, wobei der Fluidausgabebehälter (50; 60) aus transparentem Kunststoffmaterial gefertigt wird und der Hochdruckbehälter (2) aus einem Laserenergie absorbierenden Kunststoffmaterial geformt wird.
Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei der Hochdruckbehälter (2) unmittelbar nach Befüllen des Fluidausgabebehälters (50; 60) mit einem Fluid mit einem Edelgas unter Druck gesetzt wird.