DE102008001312A1 - Mehrkomponentenverpackungs- und Spendersystem - Google Patents
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Abstract
Verpackungs- und Spendersystem zur in situ Formulierung von mehrkomponentigen viskosen Substanzen mit mindestens einem Vorratsbehälter zur getrennten Aufbewahrung mindestens zweier Komponenten, jeweils einer jeder Komponente zugeordneten Dosierpumpe, die eine mit dem oder den Vorratsbehältern kommunizierende Ansaugseite, stromabwärts eine Druckseite und einen betätigbaren Pumpenkopf aufweist, und einem Mischer, der mit den Druckseiten der Dosierpumpen kommunizierende Zuleitungen, eine Mischzone, in die die Zuleitungen münden, und wenigstens einen stromabwärts der Mischzone angeordneten Mündungsbereich aufweist. In wenigstens einer Zuleitung des Mischers ist ein Rückschlagventil vorgesehen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verpackungs- und Spendersystem zur in situ Formulierung von mehrkomponentigen viskosen Substanzen mit mindestens einem Vorratsbehälter zur getrennten Aufbewahrung mindestens zweier Komponenten, jeweils einer jeder Komponente zugeordneten Dosierpumpe, die eine mit dem oder den Vorratsbehältern kommunizierende Ansaugseite, stromabwärts eine Druckseite und einen betätigbaren Pumpenkopf aufweist, und einem Mischer der mit den Druckseiten der Dosierpumpen kommunizierende Zuleitungen, eine Mischzone, in die die Zuleitungen münden, und wenigstens einen stromabwärts der Mischzone angeordneten Mündungsbereich aufweist.
- Derartige Verpackungs- und Spendersysteme sind beispielsweise aus der
US 4,773,562 , derEP 1 159 076 B1 oder derDE 10 333 924 B3 bekannt. Derartige Systeme werden zur Anwendung für kosmetische Präparate, pharmazeutische Präparate, in der Klebetechnik oder für Lebensmittel vorgeschlagen. Sie kommen insbesondere dann in Betracht, wenn Formulierungen zur Anwendung kommen, die als fertige Mischung chemisch oder physikalisch instabil sind und deshalb vorgemischt keine lange Aufbewahrungsdauer erlauben. Ferner kann durch die Verwendung eines solchen Systems der Zusatz von Emulgatoren, Suspensions- und Dispersionshilfen (Stabilisatoren) eingeschränkt werden oder es kann darauf verzichtet werden. - Bei den bekannten Systemen kommen teilweise manuelle Dosierpumpen zum Einsatz, die eine bestimmte Menge der Komponenten durch eine Zuleitung in einen Mischer befördern, in dem sie zusammengeführt und durch Ausbildung einer turbulenten Strömung und/oder durch Diffusionsprozesse vermischt werden. Es werden zu diesem Zweck einfache Mischerstrukturen mit makroskopischen Deflektoren zum mehrfachen Umlenken des Stromes der zusammengeführten Substanzen, Mischzonen mit sich wiederholt kreuzenden Kanälen oder, wie im Fall der
DE 10 333 924 B3 , Mikromischer verwendet werden. Die bekannten Mikromischer bestehend aus einem Stapel ebener Platten, die in senkrechter Richtung zu den Plattenebenen durchströmt werden, wobei durch eine Vielzahl von Kanalstrukturen in den einzelnen Platten die Komponenten mehrfach zusammengeführt und wieder in Teilströme aufgeteilt werden. - Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass insbesondere bei der Mischung einer niedrigviskosen mit einer hochviskosen Komponente Querkontaminationen der beiden Komponenten auftreten können, die gerade bei den eingangs erwähnten chemischen oder physikalisch instabilen oder kontaminationsgefährdeten Mischungen unerwünscht sind.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verpackungs- und Spendersysteme zur in situ Formulierung von mehrkomponentigen viskosen Substanzen dahingehend zu verbessern, dass Querkontaminationen nach Möglichkeit vermieden wird.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verpackungs- und Spendersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
- Erfindungsgemäß ist das Verpackungs- und Spendersystem der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Zuleitung des Mischers ein Rückschlagventil vorgesehen ist.
- Die Erfinder haben bei den Untersuchungen mehrkomponentiger viskoser Substanzen festgestellt, dass es zu einem geringfügigen, unerwünschten Rückfluss der beiden Komponenten, welche sich noch in den Zuleitungen und in der Mischzone befinden, kommen kann. Insbesondere bei Komponenten unterschiedlicher Viskosität kann es passieren, dass bedingt durch den unterschiedlichen Strömungswiderstand der Komponenten, ein Rückfluss der niedrigviskoseren Komponente auch in den Zuleitungszweig der höherviskosen Flüssigkeit bis hin zu einem druckseitigen Dosiervolumen in der Dosierpumpe stattfinden kann. Das dort für die nächste Anwendung anstehende, abgemessene Volumen dieser Komponente kann somit kontaminiert werden und bei längerer Anwendungspause aufgrund der chemischen oder physikalischen Instabilität beispielsweise an Wirksamkeit verlieren. Dem wirkt die Erfindung entgegen, indem in wenigstens einer Zuleitung, insbesondere jener der Komponente mit höherer Viskosität, und damit möglichst nahe an der Mischzone ein Rückschlagventil vorgesehen ist, das das Einsaugen dieser Komponente in die Volumina der Dosierpumpe verhindert.
- Bei längeren Anwendungspausen besteht auch die Gefahr, dass eine Querkontamination allein durch Diffusionsprozesse auftritt. Um diese Kontamination nicht weiter voran schreiten zu lassen, ist es vorteilhaft, dass in allen Zuleitungen des Mischers ein Rückschlagventil vorgesehen ist.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Dosierpumpen ein Einlassventil auf, welches die Dosierpumpe stromaufwärts in die Ansaugseite und stromabwärts in die Druckseite unterteilt und eingerichtet ist, beim Betätigen des Pumpenkopfes die Druckseite gegenüber der Ansaugseite zu verschließen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass beim Betätigen der Dosierpumpe, also beim Ausüben eines Druckes auf die in einem Dosiervolumen der Dosierpumpe anstehenden Substanz, diese nicht zurück in den Vorratsbehälter sondern nur in Richtung des Mischer gelangt. Das Einlassventil ist dabei vorteilhafterweise federbelastet, so dass auch im Ruhezustand keine Verbindung zwischen dem Dosiervolumen und dem Vorratsbehälter besteht, was abermals die Kontaminationsgefahr (durch eine der anderen Komponenten oder durch Luft) vermindert.
- Das Rückschlagventil umfasst vorzugsweise eine Kugel und einen Kugelsitz. Dies ist die preiswerteste Ausführungsform des Rückschlagventils. Diese Bauform lässt sich in einfacher Weise auf den benötigten Leitungsquerschnitt anpassen. Insbesondere lassen sich auf diese Weise kostengünstig Mischer mit unterschiedlichen Leitungsquerschnitten für verschiedene Komponenten realisieren.
- Das Rückschlagventil ist in einzelnen Anwendungsfällen bevorzugt zumindest teilweise oligodynamisch ausgebildet. Hierzu weist das Rückschlagventil zweckmäßigerweise eine Metallkugel oder eine mit Metall beschichtete Kugel auf. Besonders bevorzugt kommen Silber, Kupfer, Zinn, Gold, Palladium, Rhodium, Platin, Ruthenium und deren Legierungen als metallische Werkstoffe in Betracht.
- Die Verwendung eines zumindest teilweise oligodynamischen Rückschlagventils in der oder den Zuleitungen des Mischers hat den Zweck die Anzahl potentiell auftretender Keime, die durch die Mündung des Mischers bzw. ein daran angeschlossener Sprühkopf aus der Umgebung eintreten können, reduziert wird. Dabei ist die Anordnung des Rückschlagventils in dem Mischer abermals besonders günstig, da sie sich nahe dem Mündungsbereich befindet und damit die Verunreinigung bereits frühzeitig stoppt.
- In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Mischer einen Mischkanal mit einer so genannten Herringbone-Struktur auf.
- Eine solche Struktur ist aus der
WO 03/011443 A2 - Um die Mischergebnisse zu verbessern, kann der Mischkanal gefaltet sein. Besonders kostengünstig ist diese Ausführungsform, wenn der Mischkanal in einer Ebene beispielsweise mäanderförmig oder spiralförmig verläuft. Gleichzeitig ist diese Anordnung putzsparend, was beispielsweise die Anwendung in Sprayapplikatoren erlaubt. Bei der Ausbildung des Mischkanals ist darauf zu achten, dass je nach Viskosität der Komponenten ein ausreichender Vermischungsgrad erzielt wird, wobei das Volumen des Mischkanals so gering wie möglich ausfallen sollte, um einerseits das Volumen der in dem Mischkanal anstehenden fertig gemischten Substanz so gering wie möglich zu halten und um andererseits den Druckabfall über die Länge des Mischkanals nicht unnötig zu vergrößern.
- Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Mischer formstabil ausgebildet ist und die Dosierpumpen dergestalt verbindet, dass eine synchrone Betätigung derselben erfolgen kann.
- In dieser Ausführungsform bildet der Mischer auch ein Koppelelement, das die beweglichen Kolbenelemente beider Dosierpumpen miteinander koppelt, um eine synchrone Betätigung zu erlauben. Ferner ist eine geeignete Führung vorzusehen, die eine Bewegung des Mischers und der Dosierpumpenköpfe entlang einer definierten (linearen) Bahn sicherstellt, um stets möglichst identische Mischergebnisse zu erzielen.
- In einer bevorzugten weil kostengünstigen Ausführungsform ist der Mischer in Form einer formstabilen Mischerplatte ausgebildet. Eine Mischerplatte ist kostengünstig herstellbar und erlaubt eine einfache Anordnung eines Mischkanals in einer Ebene.
- Bevorzugt sind die Dosierpumpen so ausgelegt, dass sie bei gleichem Hub aller Pumpenköpfe vorbestimmte Volumina der Komponenten abgeben.
- Hieran sind die Querschnitte der Zuleitungen vorteilhafter Weise dergestalt angepasst, dass die Strömungsgeschwindigkeiten in allen Zuleitungen im Wesentlichen gleich sind.
- Dies stellt sicher, dass über den gesamten Ausstoß der gemischten Substanz eine gleichmäßige Durchmischung aller Komponenten erzielt werden kann.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des Verpackungs- und Spendersystems weist der Vorratsbehälter eine flexible Innenwand auf, die eine Volumenkompensation ohne Einströmen von Luft ermöglicht. Hierdurch wird eine Kontamination der entsprechenden Komponente bereits in den Vorratsbehältern vermieden, da die Komponenten jeweils nur mit der Innenwand der Vorratsbehälter in Berührung sind.
- Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1A eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verpackungs- und Spendersystems im Schnitt; -
1B ein Ausschnitt des Systems gemäß1A im Bereich des Mischers; -
2 eine perspektivische Darstellung des Systems gemäß1A und -
3 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Mischers als Mischerplatte in der Ebene des Mischkanals. - Das Verpackungs- und Spendersystem gemäß
1A weist zwei Vorratsbehälter10a ,10b auf, in deren Volumina11a bzw.11b jeweils eine Komponente der zu mischenden Substanz bevorratet ist. Über den Vorratsbehältern10a und10b ist jeweils eine Dosierpumpe12a bzw.12b angeordnet. Die Dosierpumpen und Vorratsbehälter sind jeweils in einem einstückigen Gehäuse14a bzw.14b ausgebildet. - Die Dosierpumpen
12a ,12b weisen jeweils ein Einlassventil16a ,16b auf. Das Einlassventil ist als Kugel18a bzw.18b ausgebildet, welche jeweils in einem kegelförmigen Bohrungsabschnitt als Ventilsitz20a bzw.20b aufsitzt. Die Kugeln18a ,18b werden durch die Schwerkraft und den beim Betätigen der Pumpen aufgebrachten Druck in der Pumpkammer in ihren Sitz gedrückt. Beim Entspannen werden sie durch das aus den Vorratsbehältern10a und10b nachströmende Fluid nach oben bewegt und geben den Durchlass frei. Unterstützend zur Schwerkraft können die Kugeln18a ,18b mittels einer Andrückfeder (nicht gezeigt) zur Abdichtung in den Ventilsitz20a ,20b hineindrückt werden. Alternativ kann das Einlassventil als Elastomer-Membranventil ausgebildet sein. Die Dosierpumpen12a ,12b weisen weiterhin jeweils einen Kolben21a ,21b und jeweils eine Andruckfeder22a bzw.22b auf, welche nach der Betätigung der Kolben21a ,21b eine Rückstellkraft ausüben, die die Kolben in ihre Ausgangslage bewegen. Die Kolben21a ,21b werden bei Betätigung in den Dosierpumpen12a ,12b vertikal abwärts bewegt, so dass sich die Volumina24a ,24b verringern. Hierdurch entsteht oberhalb des Ventils16a ,16b , also druckseitig, ein Überdruck, der aufgrund der Wirkungsrichtung der Einlassventile16a ,16b für einen Ausstoß der in den Volumina24a ,24b befindlichen Komponenten nach oben sorgt. Die jeweils ausgestoßenen Flüssigkeitsmengen sind durch den Hub der Kolben einerseits und die Querschnittsfläche der Kolben andererseits bestimmt. Da die Kolben beider Dosierpumpen12a ,12b gleichzeitig und mit gleichem Hub betätig werden, ist das Mischungsverhältnis über die jeweiligen Kolbenflächen einzustellen. - Die Dosierpumpen
12a ,12b sind jeweils über ein Anschlussstück26a ,26b mit einer Mischerplatte30 verbunden. Die Mischerplatte30 besteht aus einem Unterteil32 und einem Oberteil34 . In dem Unterteil32 sind zwei Aufnahmebohrungen36 ,38 zur Aufnahme der Anschlussstücke26a ,26b vorgesehen. - Koaxial zu den Aufnahmebohrungen und mit den Druckseiten der Dosierpumpen
12a ,12b kommunizierend sind in dem Unterteil32 der Mischerplatte30 jeweils ein Rückschlagventil40a ,40b angeordnet. Jedes Rückschlagventil40 weist eine Kugel42 und einen Kugelsitz44 auf. Der Kugelsitz44 ist in Form einer Kegelbohrung von oben in die untere Plattenhälfte32 eingelassen. Die Kugel fällt in aufrechter Stellung der Spenders in die Kegelbohrung hinein und dichtet diese ab. Bei einem Druckgefälle in Richtung des Vorratsbehälters wird die Kugel zudem gegen den Kugelsitz44 angedrückt. Bei umgekehrtem Druckgefälle, d. h. bei Betätigung der Dosierpumpe öffnen sich die Ventile40a ,40b . Eine zusätzliche Andruckfeder kann vorgesehen und beispielsweise in einer in dem oberen Teil34 der Mischerplatte30 vorgesehene Tasche (nicht dargestellt) zur Führung eingelassen sein, wenn die Anforderungen an die Dichtigkeit dieses Ventils besonders hoch sind oder die Orientierung des Spenders in der Anwendungs- und/oder der Aufbewahrungshaltung dies erfordern. - Die Ventile
40a ,40b öffnen und verschließen Zuleitungen46a ,46b , welche in dem unteren Teil32 der Mischerplatte30 in Form von flachen Kanälen auf deren Oberseite vorgesehen sind. Die Kanäle werden nach oben durch den Oberteil34 der Mischerplatte30 , welcher unmittelbar auf dem Unterteil32 aufliegt, verschlossen. Ggf. kann zwischen dem Unterteil32 und dem Oberteil34 eine Dichtung vorgesehen sein. Bei hinreichender Oberflächengüte der Ober- und Unterteile kann jedoch auf die Dichtung verzichtet werden. Die Mischerplatte ist bevorzugt aus einem spritzgussfähigen Polymer (zum Beispiel aus PA, PP, PE, POM, PUR, PEEK, COC) hergestellt. Diese Kunststoffe lassen sich in einem Spritzgussverfahren mit hinreichender Oberflächengenauigkeit erzeugen. - Die Zuleitungen
46a ,46b führen von den Rückschlagventilen zu einem Knotenpunkt48 , in welchem sich die geförderten Komponenten erstmals berühren. Von hieraus gelangen Sie gemeinsam aufgrund der bei Betätigung vorherrschenden Druckdifferenz in einen Mischkanal50 , welcher ebenfalls auf der Oberseite des Unterteils32 der Mischerplatte30 eingeformt ist. In dem Kanal sind ferner schräg, bevorzugt unter 45°, zur Strömungsrichtung angeordnete Strukturen52 vorgesehen. Die Strukturen52 können erhaben sein, d. h. von dessen Oberfläche in den Mischkanal50 hineinragen, oder vertieft sein, d. h. als Rillen in den Oberflächen des Mischkanals50 ausgeformt sein. Die Strukturen52 können gerade oder, wie in3 zu sehen, abgewinkelt, das heißt hakenförmig ausgebildet sein. Auch gekrümmte Strukturen kommen in Frage. Durch solche Strukturen werden die zusammengeführten Flüssigkeiten in eine Rotationsbewegung versetzt und hierdurch durchmischt. Verbesserte Mischergebnisse lassen sich erzielen, indem auf der Unterseite des Oberteils34 eben solche Strukturen54 in umgekehrter, das heißt gekreuzter Orientierung angeordnet sind. Hierdurch wird die Rotationsbewegung beschleunigt. Die Flüssigkeiten durchlaufen den Mischkanal mit einer solchen Herringbone-Struktur in einer Spiralbahn, was zu einer Vergrößerung der Grenzflächen zwischen den zu mischenden Fluiden führt und somit die diffusive Mischung verbessert. - Im Mündungsbereich, das heißt stromabwärts des Mischkanals
50 weist die Mischerplatte30 ein Anschlussstück56 zur Aufnahme eines Sprüh- oder Dosierkopfes (nicht abgebildet) auf. -
- 10a, 10b
- Vorratsbehälter
- 11a, 11b
- Volumen
- 12a, 12b
- Dosierpumpe
- 14a, 14b
- Gehäuse
- 16a, 16b
- Einlassventil
- 18a, 18b
- Kugel
- 20a, 20b
- Ventilsitz
- 21a, 21b
- Kolben
- 22a, 22b
- Andruckfeder
- 24a, 24b
- Volumen
- 26a, 26b
- Anschlussstück
- 30
- Mischerplatte
- 32
- Unterteil
- 34
- Oberteil
- 36, 38
- Aufnahmebohrung
- 40, 40a, 40b
- Rückschlagventil
- 42
- Kugel
- 44
- Kugelsitz
- 46a, 46b
- Zuleitung
- 48
- Knotenpunkt
- 50
- Mischkanal
- 52, 54
- Struktur
- 56
- Anschlussstück
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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Claims (15)
- Verpackungs- und Spendersystem zur in situ Formulierung von mehrkomponentigen viskosen Substanzen mit – mindestens einem Vorratsbehälter zur getrennten Aufbewahrung mindestens zweier Komponenten, – jeweils einer jeder Komponente zugeordneten Dosierpumpe, die eine mit dem oder den Vorratsbehältern kommunizierende Ansaugseite, stromabwärts eine Druckseite und einen betätigbaren Pumpenkopf aufweist, und – einem Mischer, der mit den Druckseiten der Dosierpumpen kommunizierende Zuleitungen, eine Mischzone, in die die Zuleitungen münden, und wenigstens einen stromabwärts der Mischzone angeordneten Mündungsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Zuleitung des Mischers ein Rückschlagventil vorgesehen ist.
- Verpackungs- und Spendersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe ein Einlassventil aufweist, welches die Dosierpumpe stromaufwärts in die Ansaugseite und stromabwärts in die Druckseite unterteilt und eingerichtet ist, beim Betätigen des Pumpenkopfes die Druckseite gegenüber der Ansaugseite zu verschließen.
- Verpackungs- und Spendersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil federbelastet ist.
- Verpackungs- und Spendersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil als Elastomer-Membranventil ausgebildet ist.
- Verpackungs- und Spendersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil eine Kugel und einen Kugelsitz umfasst.
- Verpackungs- und Spendersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil zumindest teilweise oligodynamisch ist.
- Verpackungs- und Spendersystem nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil eine Metallkugel oder eine mit Metall beschichte Kugel aufweist.
- Verpackungs- und Spendersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer einen Mischkanal mit einer Herring bone-Struktur aufweist.
- Verpackungs- und Spendersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkanal gefaltet ist.
- Verpackungs- und Spendersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer formstabil ausgebildet ist und die Dosierpumpen dergestalt verbindet, dass eine synchrone Betätigung derselben erfolgen kann.
- Verpackungs- und Spendersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer in Form einer formstabilen Mischerplatte ausgebildet ist.
- Verpackungs- und Spendersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer im Mündungsbereich ein Anschlussstück zur Aufnahme eines Sprüh- oder Dosierkopfes aufweist.
- Verpackungs- und Spendersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpen so ausgelegt sind, dass sie bei gleichem Hub aller Pumpköpfe vorbestimmte Volumina der Komponente abgeben.
- Verpackungs- und Spendersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Zuleitungen so an die vorbestimmten Volumina der entsprechenden Komponenten angepasst sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit in allen Zuleitungen im Wesentlichen gleich sind.
- Verpackungs- und Spendersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter wenigstens eine flexible Innenwand aufweist, die eine Volumenkompensation ohne Einströmen von Luft ermöglicht.
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