CN101228079A - 用于流体分配容器的压力控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新颖的压力控制装置，包括处于第一预定超压的第一圆筒(3)；活塞(4)，具有密封圈(5)在所述第一圆筒内可移动，和第二圆筒(7)。第一圆筒(3)由第二圆筒(7)包围以便形成通向外部的环形通路。所述通路内的阀由活塞(4)的杆(14)释放和关闭。第一圆筒(3)的开口端设有至少一个轴向切口(37)，从而具有引入到第一圆筒(3)内且覆盖切口端部的密封圈(5)的活塞(4)处于非加压位置。杆(14)具有在活塞的上部位置关闭阀的停止件(15)，其中活塞行程实质上限定了所述超压。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于维持恒定的预定超压的用于流体分配容器的压力控制装置。本发明还涉及一种根据权利要求8所述的用于制造这种压力控制装置的方法。
背景技术
具有压力控制装置的容器在专利文献中差不多30年以来是已知的，但是直到今天在市场上仍无法购买到商业的产品。
在EP-A-0349053中描述了用于喷雾器的压力密封容器，该压力密封容器包括两个腔室。第一腔室充填有相对高压力的流体而第二腔室填充有压力等于通常存在于喷雾器内且排出流体所需的过压的流体。在第二腔室的壁内，膜控制阀。壁内的塞子将流体保持在压力下从而阀保持关闭。
在1993年公布的WO-A-93/22222(Cruysberghs)中，在原理上描述了一种用于在容器内保持恒定压力的压力控制装置。并且描述了该压力控制装置的许多不同实施例，但是实践中在商业上没有实现任何一个。
这种压力控制装置的另一个示例从PCT专利申请WO-A-99/62791中己知。这里描述的压力控制装置设置用于在容器内保持恒定的预定压力，所述容器用于分配流体。所述压力控制装置具有第一腔室和第二腔室，以及关闭腔室，所述关闭腔室相对于第二腔室可移动用于根据关闭腔室相对于第二腔室的位置释放和关闭第一腔室和容器之间的流体连通。第一腔室充填有气体，在使用中，所述气体具有比容器内的压力高的压力。第二腔室被关闭且具有处于预定或参考压力的气体并且位于第一腔室的外面。在根据图2所示的第一实施例中，第一腔室设置为杯形保持器，该杯形保持器在容器内颠倒放置且其长度方向的边与容器的底和竖直侧壁接合。在图3中示出了第二实施例，其中杯形的第一腔室的直径比容器的内径小得多。该腔室设置在容器的中心且在其长度方向的边处与容器的底接合。在图4中示出了第三实施例，其中与图4中相同的第一腔室相对于容器偏心地设置。在图5中，盘设置在容器高度的中间稍微向下的位置且通过密封圈与容器的内壁气密地连接。这个盘将容器分成两个(固定布置的)部分。在图6a和图6b中示出了相似的构造。进一步地，在图7中，压力控制装置的第一腔室设计为柱塞，该柱塞利用密封圈密封到容器的内壁且能够在容器内沿轴向方向移动。由此，所述柱塞将容器分成两部分，其中上部分填充有将被分配的流体。自第一腔室的流体连通在下部终止。当由于流体已经通过容器顶部的按钮被分配而容器内的压力下降时，柱塞由于上部和下部的压差而向上移动直到再次获得上部和下部之间的压力平衡。因此，下部内的压力已经降低，从而第二腔室内的压力将更高且关闭腔室将打开第一腔室和下部之间的流体连通，因此下部内的压力将升高。然后所述柱塞将再次向上移动直到对应于第二腔室内的预定或参考压力获得压力平衡。最后，在根据图8所示的实施例中，第一腔室是圆筒设计且具有与容器的内径对应的外径从而紧密地配合在容器内。
仅图7中的压力装置在轴向方向上移动。在所有其他示例中，压力装置固定地布置在容器内。图7中的整个压力控制装置设计为柱塞，该柱塞用在排出分配流体的可移动活塞。然而，压力控制装置的设计由于其大的尺寸是不利的，因此容器很少能够用于分配流体。
上述作为单独模块的上述压力控制装置的另一个重要问题是：第一和第二腔室在安装到容器之前必须被加压。实践中这在铝制气雾剂容器内非常难以实现且非常昂贵，其中构造是一体的且生产线在非常高的产量下运行。另一个主要缺点是：已经示出了后来将安装到容器内的单独的压力控制装置内压力在几个月的时间内将降低很大的程度，所述几个月的时间是在商业供应链中存储和销售所需的时间。另外，压力控制装置的加压必须在流体连通关闭的情况下进行以便获得预定量的压力。由此，已知的压力控制装置不适于较大工业规模应用。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种用于流体分配容器的压力控制装置，该压力控制装置结构更简单。本发明的另一目的在于提出一种压力控制装置的制造方法，该压力控制装置能够容易地组装在流体分配容器内。
本发明的这些和其他目的通过权利要求1所述的压力控制装置和权利要求8所述的制造方法实现。
本发明的主要优点在于：所述压力控制装置能够在实施和充填流体分配瓶之后加压。这意味着所述压力控制装置可以在流体容器的瓶被充填的同时被加压。由此，无需像上述现有压力控制装置一样预先给压力控制装置加压。由于第二腔室包围第一腔室，因此可以得到非常紧凑的压力控制装置，从而瓶内总的可用空间比已知实施例大得多。由于压力控制装置可以预先构造且能够容易以现有塑料瓶实施，因此可以维持例如用于化妆品产品的现有的生产和充填工艺，且仅仅需要在生产线上增加较少的附加装置。
附图说明
本发明的其他优点公开在从属权利要求中和下面的描述中，在下面的描述中本发明的实施例参考附图描述，其中：
图1是压力控制装置的透视、拆分仰视图，其中部分部件以增大的比例示出；
图2同一压力控制装置的俯视图；
图3是透视俯视和仰视图，用于说明压力控制装置的组装；
图4是组装好的压力控制装置的一部分的截面图；
图5是组装好的压力控制装置的三个横截面图。
具体实施方式
如果没有说明，用于相对于特定附图限定的元件的具体标号在所有附图中一致地使用。
在图1和图2中，示出了用于在容器内维持恒定的预定超压的压力控制装置1的拆分透视图。压力控制装置1包括第一腔室2和第二腔室6，第一腔室2由具有可移动活塞4的第一圆筒或杯形插入件3提供，可移动活塞具有大的O形圈，第二腔室6由具有开口端8和闭合端9的瓶形第二圆筒7提供。第二圆筒7的开口端8具有锥形颈部10和凸缘11，在开口端8上安装有具有台阶状漏斗13的环形插入件或封闭件12，其中杯形插入件3固定在台阶状漏斗13内。活塞4具有杆14，杆14具有更大直径端部15(图2)。具有密封O形圈17的停止件16安装在封闭件12的另一端，停止件16与封闭件12内的阀座一起提供封闭或控制阀。在第二圆筒7的底部9处在用于给第二圆筒7加压的开口19内安装有密封或尼科尔森塞(Nicholson plug)18。
在图1a中，停止件16以放大比例示出。停止件16包括圆筒状部分20和大环部分21，且在大环部分21的下侧具有锯齿状的齿22用于超声波焊接在封闭件12的下部边缘23上。在停止件16的内圆形中空部分24内设置有彼此距离120度角的三个导引肋25，用于导引活塞杆14。进而，活塞杆14具有两个与杆轴线平行的凹槽，用于在由杆14的端部15和小O形圈17提供的控制阀上通具有高压力的气体或空气。所述凹槽延伸到端部15。在图1b中，封闭件12以放大比例示出。可以看出，设置了大周缘部分26，大周缘部分26具有环形凹槽27，环形凹槽27具有内齿环28和外齿环29用于超声波焊接第二圆筒7的凸缘11的封闭件11。在图1c中，杯形插入件3以放大比例示出且示出了设有六个凹痕32的圆形顶板31，六个凹痕32规则地分布在周缘上，形成在下面具有锯齿状齿34的突起33。进而，在圆筒形杯3的开口端36上形成由轴向切口37。如果组装，具有密封圈5的活塞4在压力均衡下，即在初始或无加压位置正盖在切口37的端部。另外，在插入件3的开口端的直接附近，在切口37的端部可以设置内台阶39，在内台阶39上，具有密封O形圈5的活塞4处于初始或无加压位置(见下面)。为了降低密封O形圈5与杯形插入件3的壁之间的摩擦，使用例如硅酮(silicones)或石墨润滑油的摩擦降低凝胶体(gel)覆盖密封圈5。
在图2和图2a，2b，2c中，它们中的标号与图1a，1b，1c中的元件的标号相当，与图1中相同的压力控制装置1颠倒示出。
图3a和3b示出了上述不同部件的组装位置。
在图4中示出了组装的压力控制装置1的部分横截面图，其中箭头35指向封闭件12与第二圆筒7的凸缘11之间的焊接区域，突起33和漏斗13的内环形台阶40之间的焊接区域，以及停止件16的环形部分21与封闭件12的下部周缘23之间的焊接区域。
工作
上述压力控制装置1的功能如下：在第一腔室6内充填具有大约8巴的超压的惰性气体，更具体为标准大气。在组装位置，第一腔室2处于标准大气压下，其中活塞4的密封圈5分别正盖在切口37的端部或位于内部台阶39上。由第二腔室6内的超压施加在杆14上的力朝着插入件3的圆形顶板27推动活塞，直到停止件16和密封O形圈17之间的阀关闭。由于活塞4上面的空间内的压力根据玻意耳盖吕萨克定律升高且整个温度将恒定，因此第一腔室2内的压力将与处于阀关闭位置的体积和处于初始位置和正常压力下的体积成比例。在插入件3的切口32和凹痕28上，具有从阀上的第二腔室6到外部，即插入件3的顶板27上的通路。这样组装的压力控制装置1安装在具有例如喷射阀的流体容器的底部，所述喷射阀由钮致动。如果容器内的压力等于第一腔室2内的控制压力，压力控制装置1的控制阀保持关闭。然而，如果部分流体通过喷射阀被分配，那么容器内的压力降低且控制阀打开，从而具有超压的气体将从第二腔室6流到容器内。当容器内的压力将非常快地与控制压力平衡时，控制阀将再次关闭。
如果更大量的流体通过喷射阀消耗，控制阀将在打开和关闭位置之间摆动。实践中，活塞将通过密封O形圈34的滚动仅移动几十或几百毫米以便打开和关闭阀。
实际计算
压力控制装置的数学模型示出了控制压力遵循下面的方程：
其中：
PC＝控制或超压
PR＝第二腔室内的压力
P1＝初始位置(标准大气压)中的压力
A1＝活塞杆的面积
A2＝活塞的面积
V1＝初始位置中活塞上面的第一腔室内的体积
V2＝加压位置中活塞上面的第一腔室内的体积
由此，此方程允许第二腔室6内的压力和活塞4和活塞杆14的尺寸被确定时计算容器压力。所述方程进一步示出了当第二腔室6内的压力PR降低时第一腔室2内的控制压力PC轻微增加直到PR＝PC，其中压力控制装置1保持打开。由此，所述方程也允许确定用于分配容器内的所有流体的最小压力PR。
在活塞4和活塞杆14的预定几何尺寸处，体积V2限定控制或超压PC。由此，通过仅修改活塞4的厚度，就能够在相同几何形状的杯形插入件3提供不同的控制压力PC。
制造工艺
杯形插入件3和封闭件12由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)模制而成。具有活塞杆14的活塞4和停止件16由聚甲醛(polyoximethylene；POM)模制而成。瓶形圆筒7由PET注射吹塑而成。用于生产圆筒7的注射吹塑模制工艺的主要优点在于能够利用相同的工具生产不同的尺寸，且在吹塑工艺期间拉伸的PET材料的定向导致更高的结晶结构，该结晶结构提供高的强度和良好的阻气特性。
组装工艺如下：首先，具有其密封O形圈的活塞4进入杯形插入件3内。然后，插入件3压入到封闭件12的漏斗13内，直到具有锯齿状齿34的突起33牢固地设置到漏斗13的环形台阶上。插入件13然后超声波焊接到漏斗13。此后，具有小的密封O形圈17的停止件16被推动到活塞杆14上且停止件16被夹紧卡扣配合连接到漏斗13，且由此将O形圈17夹紧在漏斗13和停止件16的上侧之间。然后，停止件16的环形部分20超声波焊接到漏斗的下部周缘上。封闭件12在端部安装到圆筒7的凸缘11且超声波焊接到其上。这样组装的压力控制装置1已经准备好安装在例如具有喷嘴的流体分配容器内。此后，利用具有例如8巴的超压的惰性气体或空气给圆筒7加压，从而活塞4向上移动且由活塞杆14和小的O形圈17提供的控制阀关闭，且容器被加压具有预定的超压。如果需要，组装也可以以某些不同的顺序进行。
清楚的是，元件可以通过其他焊接方法，如旋转焊接，激光焊接或其他已知的塑料焊接方法，或通过粘结或机械紧固，例如卡扣配合或螺钉，紧固。
本发明的另一优点是：由于仅标准大气或任何其他合适的惰性气体用于压力充填，因此，工艺方便，设备和制造环境及操作工序不需要考虑威胁的可燃推进剂通常所需的特殊安全要求。
Claims (12)
1.用于流体分配容器的压力控制装置，包括第一圆筒(3)，第一圆筒具有开口端和闭合端，且设置用于利用预定超压的气体加压，具有密封圈(5)的活塞，在所述第一圆筒内可移动；第二圆筒(7)，第二圆筒具有闭合端和开口端，且设置用于被充填压力高于所述预定超压的气体，第一圆筒(3)由第二圆筒(7)包围以便在第一和第二圆筒之间形成环形通道，从而第二圆筒(7)的开口端与第一圆筒(3)的开口端相邻布置，通路，所述通路从第二圆筒(7)的内部通过第一圆筒(3)的外壁引导至外部；用于释放和关闭所述通路的阀，其中所述活塞包括用于打开和关闭所述阀的杆(14)，其特征在于，第一圆筒(3)的开口端设置有至少一个轴向切口(37)，从而具有引入到第一圆筒(3)内且覆盖切口(37)的端部的密封圈(5)的活塞(4)处于非加压位置，且杆(14)具有停止件(15)，停止件(15)在活塞的上部位置关闭阀，其中杆的长度限定为确定活塞在非加压位置和阀关闭位置之间的行程，活塞行程与阀关闭位置的活塞空间的内部体积结合限定所述预定的超压。
2.根据权利要求1所述的压力控制装置，其特征在于，第一圆筒(3)具有设置在所述至少一个切口(37)的端部的内部台阶(39)，在内部台阶上具有密封圈(5)的活塞(4)位于非加压位置。
3.根据权利要求1或2所述的压力控制装置，其特征在于，活塞(4)的外部轮廓小于第一圆筒(3)的内径，从而密封圈(5)仅接触第一圆筒的内壁。
4.根据权利要求3所述的压力控制装置，其特征在于，所述密封圈(5)设有摩擦降低凝胶体。
5.根据权利要求4所述的压力控制装置，其特征在于，所述摩擦降低凝胶体包括硅酮或石墨润滑油。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的压力控制装置，其特征在于，第二圆筒(7)由漏斗形封闭件(12)封闭，在漏斗形封闭件(12)内安装有作为第一圆筒的筒形杯(3)。
7.根据权利要求5所述的压力控制装置，其特征在于，漏斗形封闭件(12)通过焊接固定到第二圆筒(7)且筒形杯(3)通过焊接固定在封闭件(12)内。
8.一种用于制造权利要求1-7中任一项所述的压力控制装置的方法，其中第一圆筒(3)和第二圆筒(7)由合适的合成材料制成；具有杆(14)的活塞(4)和阀元件由合适的合成材料制成；具有密封圈(5)的活塞(4)被引入到第一圆筒(3)内直到第一圆筒(3)内的压力开始升高；第一圆筒(3)与用于封闭第二圆筒(7)的封闭件(12)安装；所述阀元件(16，17)与密封件(12)安装且密封件(12)安装在第二圆筒(12)上。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，其中所述密封圈(5)设有摩擦降低凝胶体。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述摩擦降低凝胶体包括硅酮或石墨润滑油。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的制造方法，其特征在于，第一圆筒(3)和阀元件(16)焊接到密封件(12)，且封闭件(12)焊接到第二圆筒(7)。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，第一圆筒(3)和阀元件(16)超声波焊接到密封件(12)，且封闭件(12)超声波焊接到第二圆筒(7)。
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