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Die
Erfindung bezieht sich auf Behälter
mit Schleppkolben und ein Verfahren zur Herstellung von Behältern mit
Schleppkolben.
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Spendersysteme
sind im Stand der Technik bekannt. Insbesondere sog. Airlesssysteme
mit Schleppkolben sind weitverbreitet.
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Spendesysteme
mit Schleppkolben erfreuen sich insbesondere in der kosmetischen
Industrie großer Beliebtheit.
Sie weisen neben weiteren, folgende Vorteile auf:
- – entnommenes
Füllvolumen
wird nicht durch Luft ersetzt, dadurch auch für oxidationsempfindliche Zubereitungen
einsetzbar,
- – äußere Gestalt
bleibt während
des gesamten Benutzungszeitraumes erhalten,
- – Behältnis steht
nicht unter Druck und
- – einfache
Dosierung möglich.
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Ein
gewichtiger Nachteil ist der teilweise komplizierte Aufbau gegenüber anderen
Verpackungsmitteln wie Tuben oder Tiegeln.
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Ziel
der Erfindung ist es daher Spendersysteme bereitzustellen, deren
Produktionsaufwand gegenüber
den herkömmlichen
Herstellungsverfahren verringert ist, deren Befüllung und Verwendung aber den
derzeit üblichen
Spendern in nichts nachsteht.
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Beim
System der Fa. Josef Wischerath (Pulheim,
DE 197 41 957 ) besteht der Spender
aus einem zylindrischen oder ovalen bzw. elliptischen Behälter mit
senkrechten Wänden.
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Er
ist an seinem oberen Ende offen und hat dort eine Dichtfläche und
einen Schnapprand. In diesen Behälter
wird ein Kolben mit dem gleichen Querschnitt eingesetzt und bis
zum Behälterboden
geschoben. Damit die vom Kolben verdrängte Luft entweichen kann,
ist im Boden eine Entlüftungsöffnung vorhanden.
Der Behälter
wird mit dem eingesetzten Kolben an den Abfüllbetrieb geliefert. Dort wird
das Füllgut
eingefüllt
und der Behälter
oben mit einem Pumpenkopf verschlossen. Dieser weist entsprechende
Gegenflächen
zur Abdichtung auf und auch den konträren Schnapprand um eine dichte
und feste Verbindung zu gewährleisten.
Bei der Betätigung
der Pumpe durch vertikales Drücken
wird zunächst
die eingeschlossene kleine Menge Luft herausgepumpt. Anschließend wird
das Füllgut
ausgebracht welches eine Konsistenz von wässrig bis pastös haben
kann. Das ausgebrachte Volumen erzeugt einen Unterdruck im Füllgutraum
der durch eine Bewegung des Kolbens nach oben ausgeglichen wird.
Die Vorteile dieser Art von Verpackung sind für den Verbraucher die leichte
und bequeme Dosierbarkeit des Füllgutes
und eine gegen Verschmutzung gesicherte Aufbewahrung, da nichts
in den Behälter
hineingelangt. Außerdem
ist die geringe Belastung mit Luftsauerstoff für manche Füllgüter von Vorteil.
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Beim
Spendersystem der Fa. Megaplast Dosiersysteme (Villingen-Schwenningen,
DE 295 06 682 und
DE 37 19 252 ) bilden Pumpengehäuse und
Behälter
eine Einheit und die Füllung
erfolgt von "unten". Nach der Befüllung wird
ein Kolben eingesetzt der den Behälter an seinem unteren Ende
verschließt.
Er wird bis auf das Füllgut
hinuntergedrückt.
Damit die Luft unter dem Kolben entweichen kann weist dieser Kolben
eine Entlüftungsbohrung
auf. Hat der Kolben seine Position erreicht wird diese Öffnung mit
einem Stopfen verschlossen. Die Funktion entspricht dem zuvor beschriebenen
System.
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Bisher
werden die Kolben im Spritzgießverfahren
einzeln hergestellt und anschließend, entweder vor oder nach
der Befüllung,
in den Behälter
eingesetzt. Beim Spritzgießen
wird aufgeschmolzener thermoplastischer Kunststoff in eine Form,
meist aus Stahl, eingespritzt, die dem Negativ des herzustellenden
Teil entspricht. Diese Stahlform ist gekühlt, so daß der flüssig eingespritzte Kunststoff
erstarrt, anschließend
wird die Stahlform geöffnet
und das gespritzte Teil wird ausgeworfen. Nach dem Schließen kann
der Produktionszyklus erneut beginnen.
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Die
separate Herstellung von Behälter
und Kolben bedeutet drei Herstellschritte, nämlich
- 1.
separates Spritzgießen
des Kolben,
- 2. separates Spritzgießen
des Behälters
und
- 3. das Einsetzen des Kolbens,
wobei alle Teile gelagert,
sortiert und gehändelt
werden müssen.
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Da
die Passgenauigkeit zwischen Behälter
und Kolben ist sehr wichtig ist, müssen gleichartige Formen Präzisionsteile
hoher Qualität
und Maßhaltigkeit
produzieren. Dies verursacht hohe Kosten.
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Aufgabe
der im folgenden beschriebenen Erfindung ist es, ein Spendersystem
und ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Spendersystems
zur Verfügung
zu stellen, mit dem den oben genannten Mängeln abgeholfen wird.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Teilen für ein Ein- oder Mehrkammer-Spendersystem,
wobei das Spendersystem mindestens
- – einen
Behälter,
der eine oder mehrere Kammern aufweist,
- – einem
verschiebbaren Kolben in jeder Behälterkammer und
- – mindestens
einem Pumpenkopf, mit dem oder mit denen sich der Inhalt aus der
oder den Behälterkammern
herausbefördern
lässt
umfasst
und Teile davon im 2- oder Mehrkomponenten-Spritzguß, dadurch
gekennzeichnet, dass
- – in
einem ersten Schritt ein Behälter
aus einem ersten Material gespritzt wird,
- – in
einem zweiten Schritt ein Teil der Spritzform zurückgezogen
(Kernrückzugtechnik)
oder ausgetauscht (Wendeplattentechnik) wird und
- – in
einem dritten Schritt der Kolben durch Einspritzen eines zweiten
Materials in die durch den zweiten Schritt entstandene Kavität hergestellt
wird, wobei die Umfangskontur des Kolbens der Umfangskontur der inneren
Behälterwand
angepasst ist.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
werden der Behälter
und der Kolben im sog. 2- oder Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren
quasi als ein Teil hergestellt.
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Bei
diesem Verfahren wird nach dem Einspritzen und Erstarren des Kunststoffes
entweder ein Teil der formenden Kontur zurückgezogen (Kernrückzugtechnik,
Core back Technik) oder die eine Hällfte, der die Kontur bestimmenden
Form ausgetauscht (Wendplattentechnik). Anschließend wird in eine 2. Kunststoffkomponente,
die den Kolben bildet, eingespritzt. Je nach Verträglichkeit
der beiden Kunststoffkomponenten werden die beiden nacheinander
hergestellten Teile entweder innig verbunden (verschweißt) oder
bleiben durch Unverträglichkeit
und/oder bereits erfolgtes starkes Abkühlen voneinander getrennt.
Dieses "getrennt
bleiben" hat als
Nebeneffekt, das die zweite Kontur eine präzise Abformung der ersten ist.
Dies soll für
die Herstellung der Behälter
und Kolben ausgenutzt werden.
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Die
folgende Aufstellung enthält
bevorzugte Spritzgußmaterialen,
die durch Abmischung mit Zusatzstoffen in erfindungsgemäßen Verfahren
einsetzbar sind:
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Ganz
besonders geeignet sind Polypropylen und Polyethylen, da diese sehr
kostengünstig
und leicht zu verarbeiten sind.
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Um
eine Trennung der Spritzgußteile
zu erreichen ist es zweckmäßig unterschiedliche
Materialien für Kolben
und Becher zu verwenden. Verträglichekeiten
und Unverträglichkeiten
sind bekannt und z.B. in der Druckschrift 'Technology by Engel' der Engel Vertriebsgesellschaft m.b.H.
A-4311 Schwertberg wiedergegeben.
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Bei
Verwendung gleicher Materialien für Kolben und Behälter, kann
durch gezieltes Abkühlen„ geeignete
Prozeßführung und
Zugabe von Trennmitteln, ein Separieren der Teile erreicht werden.
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Durch
Kristallisationsbeschleuniger oder amorphe Spritzgußmaterialien
läßt sich
der Schrumpfungsprozeß steuern
und zur Einstellung des Kolbenübermßes ausnutzen.
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Im
folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
und die dadurch erhältliche
Spendervorrichtung anhand von Aufführungsbeispielen beschrieben.
Die Erfindung soll jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele eingeschränkt sein,
welches nur zur visuellen Unterstützung der Beschreibung dienen.
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Die 1 bis 9 zeigen
schematisch die Verfahrensschritte zur Herstellung und Befüllung eines erfindungsgemäßen Spendersystems.
Die 10 bis 12 geben
mögliche
Querschnittsformen von erfindungsgemäß hergestellten Spendersystemen
wieder. Die Darstellungen dienen insbesondere der Erläuterung
der Erfindung.
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Es
zeigen
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1 Spritzen
des Bechers von von oben befüllbaren
Spendersystemen,
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2 Spritzen
des Kolbens von von oben befüllbaren
Spendersystemen,
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3 Beispiel
eines nach dem erfinderischen Verfahren hergestellten Spenders mit
teilweise geschlossenem Behälterboden
und Entlüftungsöffnung,
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4 Spritzen
des Bechers von von unten befüllbaren
Spendersystemen,
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5 Spritzen
des Kolbens von von unten befüllbaren
Spendersystemen,
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6 Herausziehen (a) bzw. -drücken (b)
des Kolbens vor Befüllung,
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7 Ausblasen
des Kolbens,
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8 Befüllung durch
Fülldorn,
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9 Beispiel
eines nach dem erfinderischen Verfahren hergestellten Spenders ohne
Behälterboden,
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10 verschiedene durch das erfindungsgemäße Verfahren
herstellbare Kolbenformen,
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11 Ausgewählte Querschnitte
der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbaren Behälterformen.
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12 Ausgewählte Querschnitte
von mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbaren Mehrkammerbehältern
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Die 1 bis 11 beinhalten
neben weiteren Teilen folgende Elemente:
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- 1
- Spender
enthaltend Behälter,
Kolben und Pumpenkopf
- 2
- Formunterteil
(Werkzeughälfte
Einspritzseite)
- 3
- Formoberteil
(Werkzeughälfte
Auswerferseite)
- 5
- Innere
Form (Kern)
- 6
- Anspritzpunkt
1. Komponente (für
Behälter)
- 7
- Anspritzpunkt
2. Komponente (für
Kolben)
- 9
- Zapfen
- 10
- Behälter
- 11
- Bodenöffnung (Entlüftungsöffnung)
- 12
- Kolben
- 13
- Pumpenkopf
- 14
- Schnapprand
am Pumpenkopf
- 15
- Schnapprand
am Behälter
- 16
- Behälterhals
- 17
- Kolbenöffnung
- 18
- Produktraum
- 20
- Füllgut
- 21
- Zugstange
- 22
- Schubstange
- 23
- Blasdorn
- 24
- Fülldorn
- 25
- Stopfen
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Im
ersten Schritt (1) wird der becherartige Behälter (10)
durch Einspritzen von thermoplastischen Material durch den Anspritzpunkt
(6) in eine Form, enthaltend ein Formunterteil (2),
ein Formoberteil (3) und eine innere Form (5),
geformt. Die Bodenöffnung
(11) wird durch den Anspritzpunkt (7) der zweiten
Komponente (für
den Kolben) gebildet.
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Nach
einer Abkühlzeit,
in der die erste Komponente eine ausreichend Festigkeit erreicht
hat, wird in einem zweiten Schritt (2) die Innere
Form (5), die die Innenwand des Bechers formt, ein Stück herausgezogen
und in den Hohlraum, der dadurch im Bereich des Becherbodens entsteht,
eine zweite Komponente, die den Kolben (12) bildet, durch
den Anspritzpunkt (7) eingespritzt. Der Kolben (12)
entspricht exakt dem Behälterquerschnitt
und ist bereits „montiert".
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Das
Ergebnis ist ein Spender (1) wie er in 3 gezeigt
ist.
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Erfindungsgemäß ist auch
ein mehrteilieger Aufbau der Form, welche die Innenwand bildet und
unterschiedliche Bewegungsvektoren der einzelnen Formenteile. Dadurch
lassen sich optimierte Geometrien des Kolbens erzeugen. (siehe 12)
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Durch
geschicke Verfahrenssteuerung und Materialwahl lassen sich Kolbenspiel
und Anpressdruck des Kolbens an die Behälterwand einstellen. Ein geginges Übermaß des Kolbens
gegenüber
dem Behälterinnendurchmesser
trägt zu
einer guten Abdichtung des Kolbens bei, erlaubt aber dennoch eine
reibungskraftarme Bewegung.
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In
1 und
2 wird
der obere Rand des Behälters,
an dem der Pumpenkopf angebracht wird, nicht näher ausgeführt. Erfindungsgemäß kann die
Verbindung zum Pumpenkopf durch einen Schnapprand (wie in
DE 197 41 957 beschrieben),
eine Verschraubung, Verklebung oder durch verschweißen hergestellt werden.
Aus dem Stand der Technik sind dazu noch weitere mögliche Lösungen bekannt.
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Von
unten befüllbare
Spender lassen sich durch eine Abwandlung der zuvor beschriebenen
2-Komponenten-Spritzgußtechnik
ebenfalls herstellen (siehe 4 und 5).
Dazu muß in
der einspritzseitigen Werkzeughälfte
(2) ein Zapfen (9) in den Inneren Form (5)
hineinragen. Durch diesen wird beim Spritzguß eine Öffnung im Becher (10)
und Kolben (12) gebildet.
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Der
kleinste Durchmesser der Öffnung
ist technisch bedingt und hängt
vom Durchmesser des 2. Anspritzpunktes (7) ab. Erfindungsgemäß kann die Öffnung den
Innendurchmesser des Behälterhalses
(16) erreichen.
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Um
ein herausrutschen des Kolbens zu verhindern, ist es im Sinne der
Erfindung Zapfen, Noppen, Nuten, Ringe, Wülste oder dergleichen am unteren
Behälterrand
auszubilden. Ebenso kann der Behälterboden sieb-
oder gitterartig ausgebildet sein.
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Da
beim so hergestellten Behältnis
mit Kolben, der Kolben aber in der oberen Stellung verbleibt, entsteht
kein Füllraum.
Um die Füllung
dennoch zu gewährleisten
bestehen folgende Möglichkeiten:
Erfindungsgemäß wird in
einem dem Spritzguß nachfolgenden
Schritt der Kolben vor der Montage des Pumpenkopfes (13)
durch Schieben mit einer Schubstange (22) durch den Behälterhals
(16) (6b) oder durch Ziehen mit einer
in die Kolbenöffnung
(17) eingreifenden Zugstange (21) "von unten" (6a)
in eine Ausgangsstellung gebracht.
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Ebenso
ist es erfindungsgemäß den Kolben
(12) nach der Montage des Pumpenkopfes (13) durch
Aufgabe von Gasdruck durch einen Blasdorn (23) in eine
Position nahe dem Behälterboden
zu bewegen, so daß ein
entsprechend großer
Füllraum
(18) entsteht (7).
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Besonders
vorteilhaft ist es, die Befüllung
des Behälters
(10) mit einem Fülldorn
(24) durch die Öffnung (17)
im Kolbenboden vorzunehmen (8). Dabei
ist es vorteilhaft, wenn der Fülldorn
die Öffnung
im Koben rundum abdichtet. Um eine blasenfreie Befüllung zu
erreichen, ist es von Vorteil den Fülldorn synchron mit dem Kolben
zurück
zubewegen.
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In
einem letzten Schritt wird ein Stopfen (25) in den den
Boden des Kolbens (12) eingebracht, der dann die Füllöffnung abdichtet
(9).
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Um
eine bessere Abdichtung und geringeren Reibungswiderstand des Kolbens
im Behälter
zu erreichen, ist es vorteilhaft wenn der Kolben nicht als flacher
Zylinder scheibenförmig
ausgebildet ist, sondern der Kolbenrand eine spitzwinklige Kontur
aufweist. Beispiele vorteilhafter Kolbenformen sind in 10 wiedergegeben. Erfindungsgemäß weisen
Ober- und Unterseite des Kolbens und der Behälterboden die gleiche Kontur auf,
da sie durch eine axiale Verschiebung der Inneren Form gebildet
werden (10a).
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Bei
Einsatz der Wendeplattentechnik, können Kolben hergestellt werden,
die auf der dem Behälterboden
zugewandten Seite die selbe Kontur wie der Behälterboden aufweisen und auf
der dem Behälterboden abgewandten
Seite eine zweite Kontur ausbilden (10b).
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
ist es auch möglich
Spendersysteme herzustellen, die eine äußere Kontur abweichend von
rund oder oval aufweisen. Dabei weisen die äußere Form des Spritzgießwerkzeuges
und der innere Kern im Querschnitt die später im Behälter vorhandenen Kontur auf.
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Die
durch dieses Verfahren erlaubten komplizierten Geometrien der Querschnittsfläche und
damit der Behälterform,
stellen so speziell im Kosmetikbereich neue Möglichkeiten zur Differenzierung
von Produkten bereit.
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Einge
der unbegrenzten Anzahl möglicher
Behälterquerschnittsformen
sind als horizontaler Querschnitt in 11 wiedergegeben.
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Als
weiteren Vorteil bietet dieses Herstellungsverfahren eine günstige Möglichkeit,
Mehrkammerspender zu realisieren. Bekannt sind Spendersysteme mit
zwei paralelen, zylindrischen Kammern, die aber nur eingeschränkten ästethischen
Ansprüchen
genügen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
besteht die Möglichkeit
anspruchsvolle Mehkammerbehäter
herzustellen. Die 12a) bis c) stellen Querschnitte
durch Zweikammerbehälter
dar, in denen die Kammern nebeneinander (12a),
ineinander (12b) oder miteinander „verzahnt" (12c)
sind, wobei diese Auswahl nicht als Einschränkung zu betrachten ist. Die 12d) gibt dagegen einen möglichen
Querschnitt duch einen Dreikammerbehälter wieder. Die Kammern sind
mit den Ziffern I bis II bzw. I gekennzeichnet.
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Bei
der herkömmlichen
Spenderproduktion, bei der Behälter
und Kolben separat gefetigt werden, ist es nur mit sehr hohem Aufwand
möglich
von der kreisform abweichede Spender herzustellen, da die Positionierung
des kolbens gegenüber
dem Behälter
sehr genau erfolgen muß,
da sich sonst der Kolben nicht in den Behälter einschieben läßt. Bei
nicht rotationssymmetrischen Formen ist dies bisher nur händisch möglich.
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Erfindungsgemäß kann die
Pumpe ihren Ansaugpunkt genau zwischen den zwei oder mehr Kammern haben
und bei Betätigung
das Füllgut
aus allen Kammern gleichzeitig hinausbefördern. Ebenso können mehrere
Ansaugkanäle
vorhanden sein, so daß die
Kammern auch gegeneinander abgedichtet sind. Auch das Anbringen
von zwei oder mehr unabhängigen
Pumpen ist möglich
wobei die Pumpen gleichzeitig oder getrennt zu betätigen werden
können.
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Im
Sinne der Erfindung ist es auch den Kolben in einem ersten Schritt
zu spritzen und dann in das Behälterwerkzeug
einzulegen und anschließend,
in einem zweiten Schritt, zu umspritzen. Dadurch ist, wie bei der Wendeplattentechnik,
nicht mehr die Beschränkung
gegeben, daß Oberseite
und Unterseite des Kolbens einander entsprechen müssen. Es
bleibt aber die exakte Abformung der Berührungsflächen und somit der Dichtflächen.
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Ein
weitere erfindungsgemäße Variation
ist, den Kolben aus zwei Materialien herzustellen. Es kann von Vorteil
sein den dichtenden Bereich aus einem weichen und hochwertigen Material
(z.B. TPE auf EPDM/PP Basis) und den eigentlichen Kolben aus einem
günstigeren
Material (z.B. PE) herzustellen. Erfindungsgemäß läßt sich ein 2-Komponenten-Kolben
auch integral im Werkzeug herstellen.
