DE102016203291B3

DE102016203291B3 - Einrichtung zur Suspendierungsüberwachung

Info

Publication number: DE102016203291B3
Application number: DE102016203291.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Scheede; Rob Vanderhenst; Bernhard Felten
Original assignee: Beiersdorf AG
Current assignee: Beiersdorf Aktiengesellschaft De
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2036-03-02

Abstract

System umfassend einen Bewegungssensor, eine Verarbeitungseinheit und eine Verriegelungseinheit, aufweisend eine Blockiereinrichtung und einen Auslösemechanismus, zum Schutz vor frühzeitiger Entnahme von Dispersionen aus Behältnissen.

Description

Heterogene Gemische von Stoffen, die sich kaum ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden, werden als Dispersionen bezeichnet.
Homogene Dispersionen, also Dispersionen in denen die innere Phase gleichmäßig über die gesamte Menge der äußeren Phase verteilt ist, sind teilweise nicht stabil. In vielen Fällen gibt es nach einiger Zeit eine Entmischung und die innere Phase setzt sich von der äußeren Phase ab.
Dies ist insbesondere bei flüssig-flüssig Dispersionen, den Emulsionen und bei flüssig-fest Dispersionen, den Suspensionen, der Fall. In Suspensionen sinken die Festkörper in der Regel auf den Boden oder schwimmen auf der Oberfläche.
Wie lange eine Suspension homogen bleibt hängt von diversen Parametern ab. Unter anderem ist entscheidend wie groß der Dichteunterschied zwischen suspendierten Partikeln und dem Suspendiermittel ist. Auch die Viskosität des Suspendiermittels und die Polarität von Feststoff und Suspendiermittel ist von entscheidender Bedeutung für die Stabilität von Suspensionen.
In einigen Fällen lassen sich Suspensionen durch z. B. Verdicker oder Matrixbildner so stabilisieren so, dass sie während der normalen Aufbrauchsfrist keine Entmischung zeigen und die Festkörper gleichmäßig verteilt in der Schwebe bleiben.
In vielen Fällen lassen sich Suspensionen jedoch nicht genügend Stabilisieren, so dass sie vor dem Gebrauch resuspendiert werden müssen. Beispiele hierfür sind zum Beispiel im technischen Bereich Farben oder Lacke oder im Kosmetikbereich die Antitranspirantien.
Das zu vor gesagte gilt analog auch für Emulsionen, beiden die innere Phase flüssig ist, anstatt fest wie bei Suspensionen.
Die Resuspendierung kann im einfachsten Fall durch aufrühren erfolgen. Bei sprühbaren Suspensionen die als Aerosol angewendet werden, erfolgt die Resuspendierung in der Regel durch kräftiges und langes Schütteln des Aerosolbehälters. Um die Resuspendierung zu unterstützen und auch akustisch erlebbar zu machen, werden im Aerosolbehältnis ein oder mehrere Kugeln aus einem festen und stabilen Material eingeschlossen, welche beim Schütteln hin-und-her geschleudert werden und für eine gute Durchmischung sorgen.
Aus DE 29911370 U1 ist eine Schüttelapparatur zur Prüfung der Redispergierbarkeit von Suspensionen bekannt, bei der das Prüfmuster mit einer sinusförmigen Schüttelbewegung beaufschlagt wird. Diese Apparatur dient jedoch nur der Messung der Redispergierbarkeit von Suspensionen und stellt keine Möglichkeit dar, Verbraucher vor der Verwendung von nicht vollständig suspendierten Dispersionen zu schützen.
Die Resuspendierung nimmt jedoch eine gewisse Zeit in Anspruch. Bei einer ungenügenden Resuspendierung kann es zu Verstopfungen oder Austrag von zu viel oder zu wenig Feststoff kommen. Um eine erwartungsgemäße Verwendung sicherzustellen, muss sichergestellt werden, dass die Resuspendierung vollständig erfolgt ist und ein homogene Suspension ausgegeben wird.
Wird im Rahmen dieser Erfindung von Suspensionen und Resuspendierung gesprochen, so dient dies nur der Vereinfachung. Im Sinne der Anmeldung sind unter Suspension auch andere disperse Systeme, insbesondere Emulsionen die reemulgiert werden müssen, zu verstehen.
Bekannt ist, dass dem Verbraucher vorgeschrieben wird wie lange er zum Beispiel die Lacksprühdose oder das Deo vor dem Aufsprühen schütteln muss, um ein befriedigendes Ergebnis zu erzielen.
Testreihen haben gezeigt, dass das Zeitgefühl von Verbrauchern sehr unterschiedlich ist und meist nicht lange genug geschüttelt (resuspendiert) wird, beziehungsweise die Schüttelfrequenz sehr unterschiedlich ist.
Für den Fachmann überraschend war, das ein System umfassend mindestens einen Bewegungssensor, mindestens eine Verarbeitungseinheit und mindestens eine Verriegelungseinheit, jeweils aufweisend eine Blockiereinrichtung und einen Auslösemechanismus, zum Schutz vor frühzeitiger Entnahme von Suspensionen aus Behältnissen verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß können alle Behältnisse verwendet werden, in denen eine Dispersion speicherbar ist und die Ausgabe des Behälterinhaltes über ein Ventil, eine Pumpe oder einen Ausgabekanal erfolgt. Vorzugweise handelt es sich um Aerosolbehälter mit Ventil, Sprühflaschen mit (Trigger-)Pumpe, Quetschflaschen mit oder ohne Steigrohr oder dergleichen.
Bewegungssensoren (Accelerometer, Akzelerometer, B-Messer oder G-Sensor), die zeitaufgelöst die Geschwindigkeit und Beschleunigung erfassen können, sind in vielen Produkten eingesetzt. Ein bekanntes Beispiel ist die Detektion von Beschleunigung und Bremsung von Fahrzeugen. Werden negative Beschleunigungen erreicht, die die Stärke eines üblichen Bremsmanövers überschreiten (Unfallfall), so wird zum Beispiel der Airbag ausgelöst.
Auch bei Fitness Trackern ist die Ermittlung von Bewegungen mit Hilfe unterschiedlicher Bewegungssensoren ein Standard. Die Sensoren, die in fast jedem Tracker zu finden sind, sind zum einen der Beschleunigungssensor und zum anderen ein Gyroskop-Sensor. Das sind winzige Elemente, die auf Elektronikbausteinen untergebracht sind. Sie fallen in den Bereich der MEMS-Bauteile (Mikroelektromechanische Systeme). Während die Beschleunigungssensoren die lineare Bewegung (genauer die Beschleunigung) in allen drei Ebenen ermitteln können, dienen die Gyroskop-Sensoren dazu Rotationsbewegungen zu erfassen. Dies tun sie analog zu den Beschleunigungssensoren auch in allen Ebenen des dreidimensionalen Raums. Mit Hilfe der beiden Sensoren und der gewonnenen Messwerte können Bewegungen vollständig beschrieben werden.
Durch die Kumulation von gemessenen Bewegungs/-beschleunigungswerten zu einer Beschleunigungsumme in der Verarbeitungseinheit ist es möglich zu erfassen, wie stark ein Gegenstand insgesamt bewegt wurde. Diese Kumulation kann z. B. über einen Microcontroler erfolgen, in dem die Beschleunigungssumme gespeichert wird.
Als Mikrocontroller (auch μController, μC, MCU) werden Halbleiterchips bezeichnet, die einen Prozessor und zugleich auch Peripheriefunktionen enthalten. In vielen Fällen befindet sich auch der Arbeits- und Programmspeicher teilweise oder komplett auf demselben Chip. Ein Mikrocontroller ist ein Ein-Chip-Computersystem. Für manche Mikrocontroller wird auch der Begriff System-on-a-Chip oder SoC verwendet. Mikrocontroller sind durch entsprechende Programmierung in der Lage abhängig von eingehenden Signalen bestimmte Ausgangssignale zu erzeugen. Mikrocontroller werden in der Regel über eine externe Spannungsquelle mit Strom versorgt, wie z. B. Batterien, Akkus, Solarzellen.
Im Sinne der Erfindung weist die Verarbeitungseinheit die nötigen Energiequellen zum Betrieb des erfinderischen Systems auf.
Erfindungsgemäß ist die Verarbeitungseinheit mit einem Bewegungssensor verbunden, nimmt die Signale des Bewegungssensors auf, akkumuliert die Signale und löst bei Überschreiten eines festgelegten Grenzwertes eine Verriegelungseinrichtung in der Weise aus, das eine Blockiereinrichtung geöffnet wird.
Der Bewegungssensor ist erfindungsgemäß vorteilhaft direkt mit dem Behältnis, in dem sich die Suspension befindet, so verbunden, das die translatorischen und rotatorischen Bewegungen denen das Behältnis unterworfen wird, auch auf den Bewegungssensor wirken.
Die Verriegelungseinheit im Sinne der Erfindung ist ein Bauteil, das elektrische Energie in Form der von der Verarbeitungseinheit ausgesendeten Ausganssignale in Bewegungsenergie umsetzt, wobei die Bewegung zur Freigabe der Ausgabeöffnung beziehungsweise Ausgabeeinheit (Bedienteil) führt. Erst nach der Freigabe wird die Ausgabe durch den Verbraucher ermöglicht.
Die Verriegelungseinheit dient der Blockade der Ausgabe der Suspension durch den Verbraucher. Bei Aerosolen wäre das die Verhinderung des Herunterdrückens des Sprühkopfes durch einen den Sprühkopf blockierenden Riegel. Bei Pumpsprays die Verriegelung des Pumpmechanismusses, insbesondere des Triggers.
In anderen Ausführungsformen könnte die Verriegelungseinheit ein mechanisch bzw. elektromechanisch betätigtes Ventil umfassen, welches den Durchfluss der Suspension durch einen Ausgabekanal verhindert.
Vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist es, das die Verriegelungseinheit eine Magnetspule als Auslösemechanismus umfasst, die, sobald eine genügend hohe Spannung angelegt wird, ein magnetisches und bewegliches Element (Riegel/Blockiereinrichtung) anzieht oder abstößt, wodurch ein anderes Bauteil, insbesondere eine Sprühkappe oder ein Ausgabekanal, nicht mehr blockiert wird.
Bewegt der Verbraucher das mit einem erfinderischen System ausgestattete Suspensionsbehältnis, wird, sobald die Kombination aus Bewegungssensor und Verarbeitungseinheit eine genügende Bewegung detektiert hat, der Auslösemechanismus betätigt und die Blockiereinrichtung geöffnet, wodurch Ausgabeeinheit beziehungsweise der Ausgabekanal freigegeben werden.
Im Falle eines Mikrocontrollers würde eine Betätigung der Blockiereinrichtung in der Verriegelungseinheit erfolgen, wenn eine ausreichende Bewegung gemessen worden ist.
Suspensionsbehältnisse im Sinne der Erfindung sind Behältnisse die mit einer Suspension gefüllt sind. Vorteilhaft befinden sich in der Suspension ein oder mehrere feste und kompakte Abschnitte eines mit der Suspension kompatiblen Materials, wie z. B. kleinen Kugeln aus Edelstahl, die die Resuspendierung im Zuge der Bewegung des Behälters unterstützen.
Die zur Suspendierung benötigte Zeit, also die Zeit die bis zur Freigabe der Ausgabe geschüttelt werden soll, lässt sich durch Setzen der Grenzwerte im Mikocontroller vorbestimmen. Umso höher der Grenzwert ist, umso länger muss der Anwender das Behältnis schütteln.
Erst wenn in der Verarbeitungseinheit eine ausreichende Bewegung detektiert wurde, wird ein Ausganssignal ausgegeben, das zur Auslösung innerhalb der Verriegelungseinrichtung reicht womit die Entnahme der Suspension erfolgen kann.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, das die Auslösung von der Bewegungsgeschwindigkeit, -häufigkeit und Beschleunigung abhängig ist. Die Zeit bis zum Erreichen des vorgegebenen Grenzwertes hängt somit davon ab wie intensiv bewegt wird. Bei langsameren Bewegungen dauert es länger bis die Ausgabeeinheit freigegeben wird als bei schnellen Bewegungen. Die vollständige Resuspendierung vor der Ermöglichung der Ausgabe wird damit auch bei weniger heftigen Bewegungen gewährleistet.
Nach aktivieren des Auslösemechanismus wird das Ausgangssignal eine vorgegebene Zeit (Ausgabezeit) beibehalten. Ist das Zeitintervall abgelaufen, wird die gespeicherte Beschleunigungssumme auf Null zurückgesetzt (Beschleunigungssumme wird gelöscht) und die Ausgabe des Ausgangssignals eingestellt
Eine nochmalige Ausgabe der Suspension wäre dann nicht mehr ohne vorheriges, erneutes Schütteln möglich, da die Verriegelungseinheit, auf Grund des fehlenden Ausgangssignals der Verarbeitungseinheit wieder in den geschlossen Zustand, also in die blockierende Position, zurückfällt beziehungsweise die vom Auslösemechanismus betätigte Blockiereinrichtung (insbesondere Riegel) wieder in den geschlossen Zustand, also in die blockierende Position, zurückfällt.
Dabei sollte die Ausgabezeit zeitlich an den Separationsprozess der Suspension angepasst sein und möglichst nicht länger dauern als der Separationsprozess. Das führt dazu, dass die Verriegelungseinheit nur dann den Auslösemechanismus blockiert, wenn es auch wirklich notwendig ist die Resuspendierung vorzunehmen. So wird sicher verhindert das bereits unbrauchbare, entmischte Suspension ausgegeben werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das System ein Mittel zur Visualisierung des Zustandes des Auslösemechanismus auf. Ein solcher Indikator kann Fehlbenutzungen verhindern.
Die Erfindung ist auch dahingehend von Vorteil, das schlechterwirkende Dispersionshilfsmittel eingesetzt werden können, wobei unter schlechterwirkend eine unbefriedigende Langzeitstabilität zu verstehen ist. Somit ist es möglich umweltfreundliche und/oder kostengünstige Emulgatoren/Suspendierungshilfen einzusetzen, da die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine ausreichende Resuspendierung bzw. Reemulgation vor der Anwendung sicherstellt.
Auch ist es möglich innere und äußere Phase der Dispersion in getrennten Kammern vorzuhalten, vor der Ausgabe in eine Mischkammer, welche dann das Behältnis darstellt, zu überführen und die Ausgabe mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zu überwachen.
Beispiele für den Aufbau von erfindungsgemäßen Systemen ist in 1 schematisch wiedergegeben.
Folgende Bezugszeichen werden verwendet:
Bezugszeichenliste

10: erfindungsgemäßes System (engl. inventive system)
1: Behältnis enthaltend Suspension (engl. container)
2: Ventil (engl. valve)
3: Bedienteil (engl. actuator)
4: Blockiereinrichtung (engl. blocking system)
5: Auslösemechanismus (engl. release unit)
6: Verarbeitungseinheit (engl. processing unit)
7: Bewegungssensor (engl. movement sensor/moving sensor)
8: Indicator (engl. indicator)
9: Verriegelungseinheit (engl. release mechanism)
12: Feder (engl. spring)

1 zeigt einen Behälter 1, dessen Entleerung über ein Ventil 2 möglich ist. Die Ansteuerung des Ventils 2 erfolgt über ein Bedienteil (engl. Actuator) 3. Im Falle einer Aerosolsprühdose, wie sie für Antitranspirantien und Lacke eingesetzt werden, entsprechen Dose und Ventil den Bauteilen 1 und 2, wobei zum Herunterdrücken des Ventils auf dem Ventil ein Sprühkopf als Bedienteil 3 aufgesetzt ist.
Das Bedienteil 3 wird durch die Blockiereinrichtung 4 daran gehindert auf das Ventil 2 einzuwirken. In der in 1 gezeigten speziellen Ausführungsform wird die Blockiereinrichtung 4 dauerhaft durch die Feder 12 in der blockierenden Position gehalten. Erst wenn ein Auslösemechanismus 5 in entgegengesetzter Richtung zur Federbelastung auf die Blockiereinrichtung 4 einwirkt, wird das Bedienteil 3 freigegeben und das Ventil 2 kann ausgelöst (geöffnet bzw. heruntergedrückt) werden. Der Auslösemechanismus 5 wird über die Verarbeitungseinheit 6 mit Signalen (z. B. in Form von Stromimpulsen) versorgt, wobei die Auslösung erst erfolgt, wenn in der Verarbeitungseinheit eine gewisse Beschleunigungssumme aufgelaufen ist. Die Verarbeitungseinheit 6 misst über den Bewegungssensor 7 die Bewegung des Systems.
Der Bewegungssensor bzw. die Kombination aus Bewegungssensor und Verarbeitungseinheit ist dazu direkt mit dem Behältnis verbunden, so dass jede Bewegung des Behältnisses zu einer Bewegungsdetektion in der Verarbeitungseinheit führt.
Vorteilhaft ist es, den Bewegungssensor so zu gestalten, das je nach Bewegungsrichtung des Behältnisses unterschiedliche Signale an die Verarbeitungseinheit übermittelt werden, denn die Suspendierungswirkung ist nicht in jeder Bewegungsrichtung des Behältnisses gleich. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Bewegungssensor nur Signale erzeugt oder sein maximales Signal abgibt, wenn der Behälter in Längsrichtung, also parallel zu seiner größten Ausdehnungsrichtung, bewegt wird.
Die Verarbeitungseinheit 6 kann erfindungsgemäß ein Mikrocontroller sein, der Messwerte und Vorgabewerte (Schwellwerte) speichern kann, über eine Timerfunktion (Stoppuhr) verfügt und mittels Programmierung Messwerte auswerten und mit Schwellwerten vergleichen kann. Zudem muss er nach erreichen oder unterschreiten von Schwellwerten in der Lage sein über eine bestimmte Zeit ein Ausgangssignal auszugeben.
Ist ein bestimmter Schwellwert erreicht, wird mittels eines Ausgangssignals der Auslösemechanismus das Blockiersystem in eine geöffnete Stellung versetzen.
Die Verarbeitungseinheit gibt parallel zum Ausgangssignal für die Verriegelungseinheit ein Ausgangsignal aus, das die Visualisierung des Ausgangszustandes durch Indikator 8 ermöglicht. Der Indikator kann in einem sehr einfachen Fall ein Lämpchen sein, welches leuchtet sobald die Verarbeitungseinheit ein Signal ausgibt wenn eine vordefinierte Beschleunigungssumme erreicht ist und das Blockiersystem in den geöffneten Zustand versetzt hat. Das Blockiersystem fällt in den verriegelten Zustand zurück, in der Regel wenn in der Verarbeitungseinheit nach Überschreiten der Beschleunigungssummenschwelle eine bestimmte Zeit abgelaufen ist. Gleichzeitig wird das Indikatorlämpchen ausgeschaltet. Vorteilhaft ist es den Indikator als LED auszugestalten, da LEDs selbst einen sehr geringen Energieverbrauch haben und damit die für das Blockiersystem benötigte Energie nicht übermäßig ‚kanibalisiert’ wird.

Claims

Einrichtung zur Sicherstellung der Redispergierung einer inneren Phase in einer äußeren Phase, in einem Behältnis 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen oder mehrere Bewegungssensoren 7, einen oder mehrere Verarbeitungseinheiten 6 und einen oder mehrere Verriegelungseinheiten 9 aufweist, wobei mindestens ein Bewegungssensor 7 mit mindestens einer Verarbeitungseinheit 9 leitend verbunden ist und wobei die Verriegelungseinrichtung 9 ein System umfassend einen Auslösemechanismus 5 und eine Blockiereinrichtung 4 ist, wobei mindestens eine Verarbeitunseinheit 6 mit mindestens einem Auslösemechanismus 5 leitend verbunden ist, wobei die im Bewegungssensor 7 unter Einwirkung translatorischer Bewegung erzeugten Signale in der mit dem Bewegungssensor 7 verbundenen Verarbeitungseinheit 6 ausgewertet und in Summe gespeichert werden und wobei sobald in der Verarbeitungseinheit 6 eine bestimmte gespeicherte Beschleunigungssumme überschritten wird, von der Verarbeitungseinheit 6 ein Signal ausgegeben wird durch den der verbundene Auslösemechanismus 5 mit aktiviert wird, wodurch der Auslösemechanismus 5 mindestens ein bewegliches Element in Bewegung versetzt, was zur Freigabe der Blockiereinrichtung 4 führt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungssensor 7 ein Accelerometer, Akzelerometer, B-Messer oder G-Sensor ist.
Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit 6 ein Mikrocontroller ist, der Messwerte und Vorgabewerte (Schwellwerte) speichern kann, über eine Timerfunktion (Stoppuhr) verfügt und mittels Programmierung Messwerte auswerten, insbesondere addieren und mit Schwellwerten vergleichen, kann und wobei nach erreichen oder unterschreiten von Vorgabewerten in der Lage ist über eine bestimmte Zeit mindestens ein Ausgangssignal auszugeben.
Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit 6 eine Energiequelle aufweist oder mit einer Energiequelle verbunden ist.
Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinheit 9 eine Magnetspule als Auslöseeinheit 5 aufweist.
Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit 6 und Beschleunigungssensor 7 eine Einheit bilden oder der Beschleunigungssensor 7 in der Verarbeitungseinheit 6 integriert ist.
Behältnis, durch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist und wobei das Behältnis 1 eine Dispersion, aufweisend mindestens eine innere Phase und eine äußere Phase, beinhaltet.
Behältnis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis 1 mindestens ein Ventil 2, mindestens eine Pumpe oder mindestens einen Ausgabekanal aufweist.
Behältnis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis 1 ein Aerosolbehälter mit Ventil, eine Sprühflasche mit (Trigger-)Pumpe, eine Quetschflasche mit oder ohne Steigrohr ist.
Behältnis nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, das die Dispersion eine Emulsion oder eine Dispersion oder eine Mischung aus mindestens zwei flüssigen Phasen und mindestens einer festen Phase ist (Emulsion mit partikulären Bestandteilen), insbesondere Suspension mit einem partikulären Feststoff (innere Phase) in einem Suspendiermittel (äußere Phase).
Behältnis nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Dispersion um eine Mischung aus mindestens zwei flüssigen Phasen und mindestens einer festen Phase ist (Emulsion mit partikulären Bestandteilen) handelt.
Behältnis nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Dispersion um ein Antitranspirantspray handelt.
Verfahren zur Entnahme einer Suspension aus einem Behältnis 10 nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis 1 stark bewegt, insbesondere geschüttelt wird, wobei ein Bewegungssensor 7 ein Signal/Energie erzeugt, welches in der Verarbeitungseinheit 6 akkumuliert wird und sobald eine definierte Beschleunigungssumme erreicht ist (Schwellwert), die Verarbeitungseinheit 6 ein Ausgangsignal ausgibt, das zur Auslösung der Verriegelungseinheit 9 führt, welche dadurch die Öffnung des Behältnisses 1 oder die Betätigung des Spraykopfes 2 und damit die Entnahme der Suspension ermöglicht.