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Die
Erfindung betrifft einen internen Tubendosierer mit Kolben und Ventil
für Tuben
aus Aluminium oder Kunststoff, der auch in den Hals von Flaschen
aus Kunststoff eingesetzt werden kann zum Spenden einer ganz bestimmten,
definierten Menge Creme beim Drücken
einer Tube bzw. einer Flasche, wobei es sich um kosmetische, medizinische,
technische und sonstige Cremes und Pasten handeln kann. Beispielsweise
will man Hormoncremes für
die Haut zur Behandlung im Klimakterium sehr genau dosieren, da
sonst die Gefahr der Entstehung von Krebs besteht.
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Bekannte
Dosierer für
Tuben sind in der Regel Pumpdosierer, wie sie von Seifenspendern
her bekannt sind. Deren Dosiergenauigkeit ist für medizinische Zwecke nicht
ausreichend.
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Bekannt
sind zum Beispiel Tubenspender für zwei
Komponenten nach
EP
0 561 719 B1 , bei dem jedoch keinerlei Dosierrungen bestimmter
Stranglängen
von Creme stattfinden. Des Weiteren ist ein Tube Dispenser nach
EP 0 508 168 B1 bekannt,
bei dem es jedoch um die Geometrie der Tubenschulter und den Rücksaugeffekt
von Creme geht. Letztlich sind Dosierer nach
US 2006/0169716 A1 bekannt,
die sich mit dem Ausquetschen von restlicher Zahncreme aus Tuben
befassen.
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Ziel
dieser Erfindung ist es, eine Lösung
zu finden, die es ermöglicht,
im Bereich von 1 bis +– 5% sehr
genau dosieren zu können.
Die Technik dazu soll möglichst
im Hals der Tube und unsichtbar für den Anwender angebracht sein.
Für mengenkritische Cremes,
wie Augensalben oder Hormonsalben soll eine einmalige Dosierung
nach dem Abnehmen der Kappe angestrebt werden.
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Die
gestellte Aufgabe wird entsprechend dem Hauptanspruch und seiner
Nebenansprüche
gelöst.
Dazu wird in dem Hals einer Tube oder Flasche eine Dosierhülse eingepasst
oder eingeformt, in deren vorderem Ende eine äußere Queröffnung eingebracht ist, die
in einem Ringraum zwischen der Dosierhülse und dem Hals mündet. In
das hintere Ende dieser Dosierhülse
ist eine innere Queröffnung
mit beliebigem Querschnitt eingebracht, die mit den Innenraum der
Tube bzw. Flasche verbunden ist, da durch die Erhöhungen ein
radialer Abstand zum Hals der Tube eingestellt ist.
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In
die Dosierhülse
sind zwei in definierten Grenzen abhängig bewegbare Kolben montiert.
Erstens ist darin ein äußerer Kolben
mit einer zum Innenraum hin gerichteten Kolbenstange bewegbar angeordnet.
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Zweitens
soll sich auf der Kolbenstange ein innerer Kolben mit seiner Bohrung
zwischen zwei Anschlägen
bis zu einem definierten Abstand zueinander bewegen. Eine spezielle
Kappe besitzt einen zentralen Stößel, der
im zugeschraubten Zustand den äußeren Kolben
vor und den inneren Kolben hinter die innere Queröffnung schiebt.
Das spielt eine sehr wichtige Rolle für die Funktion dieses Tubendosierers.
Die Kappe löst
praktisch den ersten Takt des Dosierens aus, sie stellt Arbeitsbereitschaft
her. Der zentrale Stößel der
zugeschraubten Kappe schiebt oder ratstet den äußeren Kolben hinter eine kleine, hinter
der inneren Queröffnung
liegenden Erhöhung in
der Dosierhülse.
Zweckmäßig ist
auch eine innere Erhöhung,
damit der innere Kolben nicht in den Innenraum gleiten kann.
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Die
Dosierhülse
selbst besitzt in dem Bereich zwischen der äußeren Queröffnung und der inneren Queröffnung eine
oder mehrere Erhöhungen
in der Form einer Montagehülse,
von Stegen oder ähnlichem,
damit die Dosierhülse
in dem größeren Innendurchmesser
des Halses gehalten werden kann und der Ringraum im vorderen Bereich
entstehen kann.
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Bei
zugeschraubter Kappe presst man die Zwischenwand auf das Ringventil.
Beim Dosieren wird der äußere Kolben
von der unter Druck stehenden Creme, die in die innere Querbohrung
einströmt, in
Richtung der Austrittsöffnung
geschoben. Dabei zieht nach Überwindung
des maximalen Hubes des inneren Kolbens, der dem Abstand der beiden
Anschläge
auf der Kolbenstange entspricht, der innere Anschlag den inneren
Kolben in Richtung der Austrittsöffnung
mit. Das ist schon der Dosiervorgang selbst, da ja nun der innere
Kolben gegen die zuvor in die Dosierkammer geströmte Creme drückt und selbige über die äußere Queröffnung der
Dosierhülse und
den Ringraum in die Mischkammer und dann über ein federnd nach außen gewölbtes Ringventil nach
außen
fließt.
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Der äußere Kolben
wurde zuvor in Richtung des äußeren Anschlages
gedrückt.
Seine Vorwärtsbewegung
stoppt, wenn er am vorderen Kolbenanschlag anliegt. Dann nämlich strömt die Creme
seitlich aus, da der innere Kolben nach vom gedrückt wird.
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Nachdem
die Dosierkammer durch den weiteren Vortrieb des inneren Kolbens
geleert ist, drückt letzterer
gegen den äußeren Kolben.
Das später noch
genauer beschriebene, weichelastische Ringventil federt dabei von
der Mischkammer weg.
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Es
soll jedoch noch einmal auf den Beginn des Dosiervorganges gesehen
werden:
Der innere Kolben verharrt zu Beginn des Dosiervorganges
in seiner Endposition im inneren Ende der Dosierhülse, da
der Druck der Creme gleichzeitig auf die innere Seite und über die
innere Querbohrung auf die äußere Seite
des Kolbenbodens drückt,
damit heben sich die Drücke
auf. Zusätzlich
sichert die äußere Erhöhung in
der Dosierhülse
den inneren Kolben in seiner Endlage.
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Der
Druck der Creme wirkt nun über
die innere Queröffnung
auf die innere Seite des äußeren Kolbens,
bis er den äußeren Anschlag
erreicht hat. Der innere Kolben soll zur Abdichtung gegenüber dem dünneren Bereich
der Kolbenstange eine zum Innenraum hin gerichtete, kleine Manschette
haben. Der innere Kolben wandert nun bis an den äußeren Anschlag auf der Kolbenstange,
womit das genau durch den Hub definierte Volumen gespendet ist
und durch den Ringsspalt zwischen Dosierhülse und Hals in einen Ringraum
in eine so genannte Mischkammer gedrückt wurde. Um nun die Creme
ohne jeglichen Rest an der Mündung
sauber dosiert aus der Tube zu spenden, ist eine spezielle Mischdüse mit einem scheibenförmigen Ringventil
erdacht worden:
In einer ersten Ausführung ist an der Stirnseite
der Dosierhülse
diese Mischdüse
dicht befestigt, an dessen Stirnseite wiederum eine gelochte Ventilscheibe, ein
so genanntes Ringventil aus einem elastischen Material angeformt
oder befestigt ist.
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Nach
dem Spenden wird von dem nach vom gedrückten äußeren Boden des äußeren Kolbens
die Austrittsöffnung
möglichst
ebenbündig
zur Außenseite
des Ringventils verschlossen.
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Das
weichere Ringventil soll vorzugsweise im Zweikomponenten-Spritzgießverfahren
an die härtere
Hülse der
Mischdüse
angeformt werden. Die Mischdüse
kann jedoch auch zusammen mit dem Ringventil einteilig aus einem
weichen Kunststoff hergestellt sein, zum Beispiel aus TPE, TPV oder
aus Silikon.
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Die
Montage kann direkt auf die Dosierhülse erfolgen oder von einem
Klemmring unterstützt
werden, der an dem Ende dieser weichelastischen Mischdüse angeformt
ist. Die Dosierhülse
besitzt wenigstens einen Sperrbund, der die Creme nicht durch den
Ringspalt zwischen dem Hals und der Dosierhülse fließen lässt.
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Bei
Druck auf die Tuben oder Flaschen federt die Öffnung des Ringventils von
den Außenkanten der
Dosierhülse
ab und gibt einen Ringspalt frei.
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Die
vordere Austrittsöffnung
des Ringventils wird nach dem Spenden, wenn der Druck auf die Tube
nachgelassen hat, von dem nach vom gedrückten äußeren Boden des äußeren Kolbens
stirnseitig relativ eben verschlossen. Damit werden alle Auflagen
der Keimfreiheit eines Spenders für medizinische Cremes erfüllt. Außerdem gibt
es mit dieser Technik keinen so genannten "Rücksang-Effekt", es wird keine belastete
Creme, die sich schon auf der Haut befand in den Spender zurück gesaugt – eine der
wichtigsten Forderungen der Pharmahersteller überhaupt.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass der Anwender bis auf das Zu- und Abschrauben
der Kappe keinerlei Handhabungen, wie das Betätigen von Stellringen usw.
auszuführen,
die Handhabung ist fast narrensicher. Das ist besonders für ältere, debile
Menschen wichtig. In diesem Sinne ist auch vorgesehen, den Stößel federnd
auszuführen,
so dass die Kappe nur aufgesteckt und nicht zugeschraubt werden
muss. Dazu ist eine so genannte Federkappe mit einem Federstößel ausgestattet,
der sich in einer Federhülse in
der Kappe befindet, hinter der eine Druckfeder – meist eine Metallfeder – eingebaut
ist.
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Mit
dieser Feder-Technik braucht man die Kappe zum Aktivieren bzw. zum
Zurückschieben
der beiden Kolben nicht mehr zuschrauben sondern sie nur kurz federnd
aufstecken, um die Eigenreibung der Kolben zu überwinden.
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Weitere
Ausführungen
sind den nachfolgenden Beispielen und den 1 bis 22 zu
entnehmen.
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Dabei
zeigen:
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1 bis 3 – Einen
Tubendosierer, Kappe geschlossen,
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4 bis 6 – Einen
Tubendosierer ohne Kappe, unmittelbar "Vor dem Spenden",
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7 bis 9 – Einen
Tubendosierer, dessen äußerer Kolben
etwas Hub nach vom gedrückt wurde:
"Dosierkammer füllen"
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10 bis 12 – Einen
Tubendosierer, dessen äußerer Kolben
maximal bis an die äußere Begrenzung
gedrückt
wurde, wobei der innere Kolben mitgezogen wurde:
"Dosierkammer gefüllt",
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13 bis 15 – Einen
Tubendosierer, dessen innerer Kolben Nach vom geschoben wird: "Beim Spenden"
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16 bis 18 – Einen
Tubendosierer, dessen äußerer Kolben
maximal bis an die äußere Begrenzung
gedrückt
wurde, wobei der innere Kolben am Ende des Spendevorganges an den äußeren Anschlag
der Kolbenstange gedrückt
wurde:
"Spendevorgang
abgeschlossen"
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19 und 20 – die Dosierhülse und
die Mischdüse
einzeln,
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21 und 22 – die Federkappe
mit Federstift einzeln.
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1 zeigt
eine Darstellung eines Tubendosierers mit zugeschraubter Kappe 18 auf
einer Tube 2 in der Seitenansicht.
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Die 2 bis 3 zeigen
zwei Schnitte durch diesen Tubendosierer mit Tube 2 mit
zugeschraubter Kappe 18. Dabei ist an der Austrittsöffnung 8 der
Mischdüse 30,
die als Ringraum 7 bzw. als Mischkammer 31 ausgebildet
ist, der Stößel 19 zu sehen.
Der hohle Stößel 19 der
Kappe 18 dichtet die Austrittsöffnung 8 ab und hat
gleichzeitig die beiden Kolben 12 und 15 ganz
nach innen geschoben.
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In
den Hals 1 einer Tube 2 ist eine Dosierhülse 4 mit
ihren Stegen 24 mit zwei Sperrbunden 36 so eingepresst
worden, dass sich der Ringraum 7 ergibt, der teilweise
von den Stegen 24 durchzogen ist. In deren äußerem Ende 5 sind
zwei äußere Queröffnungen 6, 6' eingebracht,
die in einem Ringraum 7 zwischen der Dosierhülse 4 und
der Mischdüse 30 münden, die
in einem radialen Abstand B die Hülse 49 der Mischkammer 31 ist.
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An
die Stirnseite 37 der Mischdüse 30 ist im 2K-Verfahren
ein scheibenförmiges
Ringventil 40 aus einem TPV der Shore-A-Härte 30 mit
der mittigen Austrittsöffnung 8 angeformt.
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In
das hintere Ende 9 der Dosierhülse 4 sind zwei innere
Queröffnungen 10, 10' mit einem rechteckigem,
verrundeten Querschnitt eingebracht, die in den Innenraum 11 der
Tube 2 hinein ragen bzw. über die Stege 24 eine
Verbindung dorthin haben.
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In
die Dosierhülse 4 sind
zwei, in definierten Grenzen abhängig
bewegbare Kolben 12 und 15 montiert. Erstens ist
darin ein äußerer Kolben 12 mit einer
zum Innenraum 11 hin gerichteten Kolbenstange 13, 13' bewegbar angeordnet.
Die Manschette 12' weist
in die gleiche Richtung. Zweitens bewegt sich auf dem etwas dünneren Bereich
der Kolbenstange 13' die
Bohrung 14 eines inneren Kolbens 15 zwischen zwei
Anschlägen 16 und 17 bis
zu einem definierten Abstand A zueinander. Eine spezielle Kappe 18 besitzt
einen separaten, zentralen Stößel 19,
der im zugeschraubten Zustand den äußeren Kolben 12 vor
und den inneren Kolben 15 hinter die innere Queröffnung 10, 10' geschoben hat,
spielt eine sehr wichtige Rolle für die Funktion dieses Tubendosierers.
Die Kappe 18 löst
mit ihrem Stößel 19 praktisch den
ersten Takt des Dosierens aus, sie stellt die Arbeitsbereitschaft
her. Der zentrale Stößel 19 der
zugeschraubten Kappe 18 schiebt oder ratstet den äußeren Kolben 12 hinter
eine kleine, hinter der inneren Queröffnung 10, 10' liegenden Erhöhung 21 in
der Dosierhülse 4.
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Zweckmäßig ist
auch eine nur wenige Hundertstel Millimeter hohe, innere Begrenzung 22,
damit der innere Kolben 15 nicht in den Innenraum 11 gleiten
kann.
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Die
Dosierhülse 4 selbst
besitzt in dem Bereich 23 zwischen der äußeren Queröffnung 6 und der inneren
Queröffnung 10, 10' eine Erhöhung 24 in der
Form einer Montagehülse 24,
damit die Dosierhülse 4 in
dem größeren Innendurchmesser
des Halses 1 gehalten werden kann und der für die Funktion notwendige
Ringraum 7 im vorderen Bereich entstehen kann. Bei zugeschraubter
Kappe 18 presst die Innenseite 25 gegen das Ringventil 40,
um eine perfekte Abdichtung zu sichern.
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Die 4 bis 6 zeigen
einen Tubendosierer mit abgenommener Kappe 18 und mit den
beiden Kolben 12 und 15, die in ihrer Endposition
neben den inneren Queröffnungen 10, 10' positioniert
sind. Wenn man auf die Tube 2 drückt, wird entsprechend der 7 bis 9 die
Creme in die beiden inneren Queröffnungen 10, 10' gepresst. Dadurch
wird der innere Kolben 15 von beiden Seiten mit Druck beaufschlagt,
wodurch sich die Drücke
aufheben und er in seiner Endposition stehen bleibt. Unterstützt wird
dieser Vorgang durch einen sehr kleinen Schnappring 21 in
der Dosierhülse 4 zwischen
der inneren Querbohrung 10 und dem inneren Kolben 15.
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Dagegen
drückt
die Creme nun auf die Innenseite des äußeren Kolbens 12 und
lässt ihn
zunächst
um die Weglänge
seines Hubes H nach außen
wandern, siehe 10 bis 12.
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Anschließend nimmt
der innere Anschlag 17 am inneren Bereich 13' der Kolbenstange 13,
die durch die Bohrung 14 des inneren Kolbens 15 verläuft, selbigen
in Richtung der äußeren Queröffnung 6 mit,
bis der äußere Kolben 12 an
der äußeren Begrenzung 20 der
Dosierhülse 4 angekommen
ist. Der Dosierraum 26 ist schon vorher mit Creme gefüllt worden,
dadurch wurde bis in diese Position hinein das System dieser beiden
Kolben 12 und 15 mit der nicht komprimierbaren
Creme in der Dosierkammer 26 komplett nach außen geschoben.
Der weiter anliegende Druck der Creme auf dem inneren Kolben 15 sorgt
dafür,
dass er entsprechend der 13 bis 15 in
Richtung des äußeren Kolbens 12 gepresst wird.
Seine Bohrung 14 dichtet gegenüber dem dünneren Bereich 13' mit Hilfe einer
kleinen Manschette 15' perfekt
ab. Dabei federt das Ringventil 40 von der Außenkante 42 der
Dosierhülse
an und gibt so einen Ringspalt aus der Mischdüse 30 nach außen hin
frei. Nachdem der Druck auf die Tube 2 nachlässt, federt das
Ringventil 40 wieder die Mischkammer 31 abdichtend
auf die Außenkanten 42 der
Dosierhülse 4 und
verhindert so ein Zurücksaugen
von kontaminierter Creme.
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In
den 16 bis 18 ist
der innere Kolben 15 bis an den äußeren Anschlag 16 der
Kolbenstange 13 gepresst worden, wodurch die Crememenge über die äußere Queröffnung 6 und
den Ringraum 7 in die Mischkammer 31 hinein die
dosierte Crememenge aus der Austrittsöffnung 8 ausgepresst
wurde, die exakt dem Hub H multipliziert mit dem vierten Teil des
Quadrates des Innendurchmessers der Dosierhülse 4 entspricht.
Die Dosiergenauigkeit ist also extrem hoch.
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An
der Stirnseite 27, auf dem vorderen Bereich 28 der
Dosierhülse 4 oder
an bzw. auf dem Blindgewinde 35 ist eine Mischdüse 30 dicht
befestigt, die in einem radialen Abstand B die seitlichen Ausgangsöffnungen 6, 6' der Dosierhülse 4 umgibt und
die in einem axialen Abstand C zur Stirnseite 29 des vorderen
Kolbenanschlages 20 eine Mischkammer 31 bildet,
die eine zur Hauptachse 32 koaxiale, vordere Austrittsöffnung 8 besitzt.
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Die
Austrittsöffnung 8 des
Ringventils 40 wird mit dem nach dem Spenden nach vom gedrückten äußeren Boden 34 des äußeren Kolbens 12 stirnseitig
eben verschlossen. Es können
so keine Keime von der Haut in die Tube 2 übertragen
werden.
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Nun
muss vor dem nächsten
Dosiervorgang die Kappe 18 mit ihrem Stößel 19 wieder zugeschraubt
werden.
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Die
Mischdüse 30 mit
einem Ringventil 40 nach 19 wurde
in den vorgestellten Ausführungen
auf die Stege 24 und den äußeren Sperrbund 36 geschnappt.
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Die 20 zeigt
die Dosierhülse 4 mit
ihren beiden Sperrbunden 36, die das ausdrücken der
Creme über
diesen Bereich verhindern. Die Stege 24 zentrieren die
Dosierhülse 4 im
Hals 1 der Tube 2. Anstelle des Anschlages 20 besitzt
die Dosierhülse hier
einen Boden 50 mit einer sehr feinen Entlüftungsbohrung 51.
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Die 21 und 22 zeigen
die Federkappe 18' mit
einem Federstößel 19' einzeln. In
einer Federhülse 47 befindet
sich eine Metallfeder 46, die im zugeschraubten Zustand
etwas eingefedert ist. Mit dieser Technik braucht man die Kappe 18' zum Aktivieren
bzw. Zurückschieben
der Kolben 12, 15 nicht mehr zuschrauben sondern
nur kurz aufstecken.
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- 1
- Hals
- 2
- Tube
- 3
- Flasche
- 4
- Dosierhülse
- 5
- Vorderes
Ende
- 6
- äußere Queröffnung
- 6'
- äußere Queröffnung
- 7
- Ringraum
- 8
- Austrittsöffnung aus
der Mischdüse
- 9
- hinteres
Ende
- 10
- Innere
Queröffnung
- 10'
- Innere
Queröffnung
- 11
- Innenraum
- 12
- äußerer Kolben
- 12'
- Manschette
- 13
- Kolbenstange
- 13'
- innerer
Bereich
- 14
- Bohrung
- 15
- innerer
Kolben
- 15'
- kleine
Manschette
- 16
- äußerer Anschlag
- 17
- Innerer
Anschlag
- 18
- Kappe
- 18'
- Federkappe
- 19
- Stößel
- 19'
- Federstößel
- 20
- äußere Begrenzung,
vorderer Kolbenanschlag
- 21
- Erhöhung, Schnappring
- 22
- Innenseite
- 23
- Bereich
- 24
- Erhöhung, Montagehülse, Stege
- 25
- Lippendichtung
- 26
- Dosierraum
- 27
- Stirnseite
des Halses
- 28
- Vorderer
Bereich der Dosierhülse
- 29
- Stirnseite
des Kobenanschlags
- 30
- Mischdüse
- 31
- Mischkammer
- 32
- Hauptachse
- 33
- Erhöhung des äußeren Kolbens
- 34
- Boden
des äußeren Kolbens
- 35
- Blindgewinde
- 36
- Sperrbund
auf der Dosierhülse
- 37
- Stirnseite
der Mischkammer
- 38
- Erhöhung für den äußeren Kolben
- 40
- Ringventil
- 41
- Innenseite
des Ringventils
- 42
- Außenseite
der Dosierhülse
- 43
- Außenseite
des Ringventils
- 44
- Öffnung des
Ringventils
- 45
- Klemmring
für Mischdüse
- 46
- Druckfeder
- 47
- Federhülse
- 48
- Anschlag
am äußeren Kolben
- 49
- Hülse der
Mischdüse
- 50
- Boden
in der Dosierhülse
- 51
- Entlüftungsbohrung
- A
- Abstand
- H
- Hub
- B
- radialer
Abstand
- C
- axialer
Abstand
- D
- Abstand