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Die Erfindung betrifft ein Beutelventil für einen Druckbehälter, insbesondere Druckdosen, zur Ausbringung von zähflüssigen bis pastösen Produkten, mit einem Ventilteller, einem an dem Ventilteller angeordneten Ventilkörper, einem in einer zentralen Ausnehmung des Ventilkörpers geführten Stem mit wenigstens einer durch Betätigung des Stems freigebbaren Eintrittsöffnung für das in dem Beutel enthaltene Produkt, wenigstens eine Austrittsöffnung, einem auf den Stem wirkenden elastischen Element, zwischen Ventilteller und Ventilkörper und zwischen Ventilkörper und Stem wirkenden Dichtelementen sowie einem am Ventil angeordneten Beutel für das durch das Ventil auszubringende Produkt. Die Erfindung betrifft ferner eine Druckdose mit einem derartigen Beutelventil.
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Druckdosen zum Ausbringen von zähflüssigen bis pastösen Substanzen sind seit langem bekannt und in Gebrauch. Anwendungen finden sich beispielsweise im Lebensmittelsektor (Kuchendekor), bei Hygieneprodukten (Zahnpasta) wie auch bei Kosmetika. Vielfach werden dazu Kolbendosen eingesetzt, bei denen ein Kolben die Druckdose in einen oberen und einen unteren Teil aufteilt, wobei sich im oberen Teil, unterhalb des Ventils, das auszubringende Produkt befindet und im unteren Teil, unterhalb des Kolbens und oberhalb des Bodens, ein Treibgas. Bei solchen Druckdosen ist zum einen die häufig unzureichende Trennung von Produkt und Treibmittel problematisch und zum anderen die Einbringung sowohl des Produkts als auch des Treibmittels aufwendig. Für das Einfüllen des Treibmittels wird insbesondere ein zweites Ventil im Dosenboden benötigt. Das zweite Ventil und der Kolben wie auch die Befüllungseinrichtungen verteuern die Dosen und das Produkt erheblich.
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Eine Alternative stellen Beuteldosen dar. Solche Beuteldosen enthalten das Produkt getrennt vom Treibgas. Bei Festlegung des Beutels an der Dosenzarge ergeben sich die gleichen Probleme bei der Befüllung mit Treibgas, wie bei der oben beschriebenen Kolbendose. Bei der Anordnung des Beutels am Ventil ist die Einfüllung des Produkts durch das Ventil erforderlich, was zeitraubend und aufwendig ist und zugleich das Ventil verschmutzt. Aufgrund der Bauweise der Ventilsysteme ist die Füllgeschwindigkeit begrenzt. Die Einbringung des Treibgases erfordert entweder eine besondere Gestaltung des Hauptventils oder aber ein zweites Ventil im Dosenboden. Solche Beuteldosen sind für Produkte mit einer Viskosität von mehr als 50 Pas nicht geeignet. Zum Einsatz kommen sie beispielsweise bei Rasiergelen.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Druckdose, mit der in einem Beutel gelagerte zähflüssige und pastöse Substanzen mithilfe eines Treibmittels ausgetragen werden können. Eine solche Beuteldose soll preiswert in der Herstellung, einfach zu befüllen und sicher in der Handhabung sein.
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Diese Aufgabe wird mit einem Beutelventil der eingangsgenannten Art gelöst, bei dem der Beutel an einem Halteelement festgelegt ist, das einen zentralen Durchgang aufweist, wobei das Halteelement über einen sich seitlich erstreckenden Halteteller verfügt, der dichtend mit einem sich dosenseitig vertikal erstreckenden Kragen des Ventilkörpers verbunden ist. Die Aufgabe wird ferner mit einer Druckdose gelöst, die mit einem solchen Beutelventil ausgestattet ist.
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Das erfindungsgemäße Beutelventil vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Zum einen sind wunschgemäß Produkt und Treibmittel sicher voneinander getrennt. Die besondere Gestaltung des Ventils mit einem Halteelement gestattet das Befüllen des Beutels mit einem Produkt, auch innerhalb der Druckdose, vor Montage des Ventils und Beaufschlagung der Druckdose mit Treibmittel. Es können herkömmliche Druckdosen verwandt werden, die nur mit dem erfindungsgemäßen Beutelventil ausgestattet werden müssen.
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Die hier verwandten Begriffe „ventilseitig“ und „dosenseitig“ bezeichnen - in der Vertikalen - eine Ausrichtung auf das Ventil hin bzw. zum Doseninneren hin. Entsprechend ist unter „doseneinwärts“ und „dosenauswärts“ - in der Horizontalen - eine Ausrichtung zum Dosenrand oder zur Dosenachse zu verstehen.
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Das erfindungsgemäße Beutelventil leitet sich von einem herkömmlichen Feststoffventil für die Ausbringung von Montageschäumen auf Polyurethanbasis her, wie es beispielsweise in der
EP 2 028 131 A1 und
EP 3 044 123 A1 beschrieben ist.
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Das erfindungsgemäße Beutelventil ist für die Ausbringung von zähflüssigen bis pastösen Produkten aus einer Druckdose mithilfe eines Treibmittels bestimmt und geeignet. Es beruht auf einem üblichen Feststoffventil, dass für diesen Zweck modifiziert ist. Ein solches Feststoffventil wird üblicherweise aus einem Polyalkylen, etwa Polypropylen, im Spritzgussverfahren gefertigt. Der herkömmliche Teil des Ventils besteht aus einem Ventilteller, einem an dem Ventilteller angeordneten Ventilkörper, der eine zentrale Ausnehmung aufweist, in dem ein Stem geführt ist, wobei das Ventil eine durch Betätigung des Stems freigebbare Eintrittsöffnung für den Beutelinhalt aufweist. Die Betätigung erfolgt insbesondere durch Eindrücken des Stems. Ein elastisches Element, das mit dem Stem verbunden ist, bewirkt die Rückstellung des Ventils in den geschlossenen Zustand nach Betätigung. Zwischen Ventilteller und Ventilkörper sowie zwischen Ventilkörper und Stem sind Dichtelemente angeordnet.
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Der Produktbeutel ist am dosenseitigen Ende des Ventils montiert. Dazu weist der Ventilkörper dosenseitig einen umlaufenden Kragen auf, der über das dosenseitige Ende des Stems hinausgeht. Der Beutel ist an einem Halteelement montiert, das einen zentralen Durchgang aufweist, und über einen sich seitlich (dosenauswärts) erstreckenden Halteteller mit dem Kragen verbunden ist. Die Verbindung ist gas- und flüssigkeitsdicht.
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Der Halteteller des Halteelements kann mit dem Kragen des Ventils verklebt oder verschweißt sein. Die Verbindung kann beispielsweise durch Verschweißen mit Ultraschall (HF-Schweißen) erfolgen. Bevorzugt ist aber eine Rast- oder Schnappverbindung, die das einfache Verrasten des Haltetellers mit dem bereits montierten Beutel und dem Kragen des Ventils erlaubt. Es versteht sich, dass zwischen Halteteller und Kragen ein Dichtelement angeordnet sein muss.
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Eine Rast- oder Schnappverbindung kann beispielsweise über einen außen am umlaufenden Kragen des Ventilkörpers angeordneten Vorsprung und randständig am Halteteller angeordnete Rasthaken bewirkt werden. Das Prinzip solcher Rastverbindungen ist an und für sich bekannt. Die Rastverbindung ist auf Dauer angelegt, eine Trennung von Ventil und Halteteller ist nicht vorgesehen.
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Die erforderliche Dichtung kann beispielsweise durch einen O-Ring bereitgestellt werden, der randständig in einer Aufnahme des Haltetellers angeordnet ist und gegen das dosenseitige Ende des Kragens abdichtet. Hierzu kann das dosenseitige Ende des Kragens doseneinwärts abgeschrägt sein, dergestalt, dass die Schräge zur Dosenachse weist und der O-Ring gegen diese Schräge dichtet.
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Eine solche Schräge ergibt einen besonders guten und dauerhaften Kontakt zwischen Dichtung und Kragen des Ventilkörpers, der gegen Treibmittelverlust während der Lagerung einer befüllten Druckdose schützt. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Druckdose ist entsprechend der geringe Treibmittelverlust während der Lagerzeit und Gebrauchsdauer.
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Alternativ kann die erforderliche Dichtung auch durch ein an den äußeren Rand des Haltetellers angeformtes oder angespritztes Dichtelement, das beispielsweise aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) besteht. Solche aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehende Kunststoffprodukte können beispielsweise in einem 2K-Spritzverfahren hergestellt werden.
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Auch bei einem angespritzten Dichtelement kommt die Dichtwirkung durch den engen und dichtenden Kontakt zwischen Halteteller und Kragen zustande. Der dosenseitige Rand des Kragens kann dazu doseneinwärts abgeschrägt sein, wie vorstehend für den O-Ring beschrieben.
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Der Produktbeutel ist an einem zentralen Zapfen des Halteelements festgelegt. Es versteht sich, dass die zentrale Bohrung des Halteelements sich durch diesen Zapfen erstreckt. Der Zapfen selbst kann rund sein, aber auch jede andere Form annehmen, die mit dem Verwendungszweck kompatibel ist, beispielsweise mehreckig, insbesondere viereckig, rautenförmig oder tropfenförmig. Die Festlegung erfolgt insbesondere durch Verkleben oder Verschweißen, etwa mit Ultraschall. Eine horizontal umlaufendere Füllung des Zapfens ist vorteilhaft, insbesondere auch während der Montage.
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Der Beutel selbst ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt und mehrschichtig ausgebildet. Die mehrschichtige Ausbildung erhöht die Reißfestigkeit und verhindert das Abreißen des Beutels von dem Halteelement nach dem Befüllen. Es versteht sich, dass zur Verbesserung der Dichtigkeit Verbundmaterialien aus mehreren Kunststoffen oder unter Verwendung von Aluminium verwandt werden können. Auch das Metallisieren einer Kunststofffolie für den Beutel ist möglich.
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Der Ventilteil des erfindungsgemäßen Beutelventils ist im Wesentlichen nach der
EP 2 028 131 A1 gestaltet. Dabei weist der Ventilkörper eine um den Stem umlaufende Nut auf, in der das elastische Element gelagert ist. Das elastische Element umgreift den Stem und bringt neben der Federwirkung (Rückstellwirkung nach Betätigung des Ventils) eine zusätzliche Dichtwirkung gegen den Stem mit sich. Hierzu besteht das elastische Element vorzugsweise aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE). Alternativ kann auch eine Schraubenfeder verwandt werden. Besonders zweckmäßig ist auch eine Kombination aus Schraubenfeder und thermoplastischem Elastomer. Als Widerlager für das elastische Element am ventilseitigen Ende des Stems dient ein Haltering aus einem widerstandsfähigen Kunststoff, beispielsweise Polyoxymethylen.
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Die Erfindung betrifft ferner mit einem solchen Beutelventil ausgestattete Druckbehälter, insbesondere Druckdosen. Als Treibmittel in solchen Druckdosen kann beispielsweise Stickstoff oder ein anderes inertes Gas, Luft oder auch ein übliches Treibgas, beispielsweise ein Flüssiggas oder eine Flüssiggasmischung (Propan, Butan, Dimethylether) dienen.
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Das erfindungsgemäße Beutelventil erlaubt eine besonders effiziente Befüllung von Druckdosen. Dazu wird das Halteelement mit dem Beutel verbunden, Ultraschall-verschweißt und der Beutel in die noch oben offene Druckdose eingehängt. Das Halteelement bleibt außerhalb der Druckdose. Der Beutel kann nunmehr befüllt werden. Im Anschluss an die Befüllung wird der Halteteller der Kombination aus Halteelement und gefülltem Beutel mit dem Kragen des Ventils verbunden, beispielsweise durch Verrasten oder durch Ultraschall-verschweißen. Unter einer Druckglocke wird anschließend die Druckdose mit Treibmittel befüllt, wobei der Druck im Bereich von 2 bis 14 bar liegt, und - noch unter der Druckglocke - der Ventilteller mit dem Dosendom verkrimpt. Nach Etikettierung und Verpackung ist die Dose versandfertig.
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Die Erfindung wird durch die beiliegenden Abbildungen bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert. Es versteht sich, dass die in den Abbildungen gezeigten Merkmale in beliebigem technischen Zusammenhang zur Erfindung gehören. Es zeigen:
- 1 eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Beutelventils ohne Beutel;
- 2 eine Detailansicht des Halteelements;
- 3 eine Detailansicht der Verbindung von Haltelement und Ventilkragen;
- 4 die einzelnen Elemente des Beutelventils gemäß 1 bis 3;
- 5 eine zweite Variante des Halteelements mit angespritzter TPE-Dichtung;
- 6 eine Detailansicht der Verbindung des Halteelements gemäß 5 mit dem Ventilkragen;
- 7 eine dritte Variante des Halteelements;
- 8 eine Detailansicht der Verbindung des Halteelements gemäß 7 mit dem Ventilkragen; und
- 9 schematisch die Schritte bei der Montage von Druckdose und Beutelventil einschließlich Befüllung.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Beutelventil ohne montierten Beutel. Das eigentliche Ventil ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, das Halteelement für den Beutel mit 2. Das Ventil 1 besteht aus dem Ventilteller 3 mit dem Krimbrand 4, dem Stem 5, dem Ventilkörper 6 mit einem herabgezogenen Kragen 7, der dosenseitig ausgerichtet ist und dem elastischen Element 8, in diesem Fall einer um den Stem 5 angeordneten Manschette aus einem thermoplastischen Elastomer. Der Stem 5 hat an seinem dosenseitigen Ende 2 mehrere Einlassöffnungen 9 und am ventilseitigen Ende eine Austrittsöffnung 10. Im Bereich der Austrittsöffnung 10 befindet sich eine Kunststoffmanschette 11, die als oberes Widerlager für das elastische Element 8 dient. Das untere oder dosenseitige Ende des elastischen Elements 8 stützt in einer ringförmigen Nut des Ventilkörpers 6 ab.
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Der Ventilkörper 6 weist einen Fuß 13 auf, der sich ringförmig seitwärts erstreckt und den Stem gegen den Ventilkörper 6 abdichtet. Im Kontaktbereich von Ventilfuß 13 mit Ventilkörper 6 befinden sich Dichtlippen 12.
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Der Ventilkörper 6 ist auf bekannte Art und Weise in dem Ventilteller 3 eingepasst und an ihm festgelegt.
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Das Halteelement 2 besteht aus einem Haltezapfen 21 und einem Halteteller 22, die konzentrisch um einen Durchgang 23 angeordnet sind. Der Halteteller 22 erstreckt sich seitwärts in Richtung auf den Rand einer umgebenden Druckdose und ist über einen Dichtring 24 und Rastelemente 25 mit dem Kragen 7 des Ventilkörpers 6 verbunden, siehe Detail X.
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Der Haltezapfen 21 selbst kann beliebige Form aufweisen, ist aber zweckmäßiger Weise rautenförmig länglich gestaltet, hat also in etwa eine Schiffsform. Er weist umlaufende Rippen 26 auf, die dem besseren Halt eines montierten Beutels dienen.
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Das erfindungsgemäße Beutelventil wird zur Entnahme von Beutelinhalt durch Eindrücken des Stems 5 mittels eines üblichen Adapters betätigt. Nach Beendigung der Entnahme sorgt das elastische Element 8 für die Rückstellung des Ventils in die geschlossene Position. Das Ventil kann erneut betätigt werden, bis der Beutelinhalt komplett entnommen ist.
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2 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Halteelements 2 mit dem Haltezapfen 21 und dem Halteteller 22. Im Zentrum des Halteelements 2 verläuft ein Durchgang 23, durch den Beutelinhalt in den Beutel eingefüllt und bei Entnahme ausgebracht wird. Rippen 26 umgeben den Zapfen 21 horizontal. Zur Erleichterung der Einbringung in eine Druckdose und zur Festlegung eines Beutels ist der Zapfen 21 an seinem dosenseitigen Ende verjüngt, d. h. die Seitenflächen sind abgeschrägt.
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Oberhalb des Zapfens 21 befindet sich eine Einschnürung 28, die als Halterung bei der Befüllung eines angeschlossenen Beutels dienen kann. Der Teller 22 weist eine Aufnahme 27 für einen O-Ring auf, um den Umfang angeordnete Rasten 25 zur Festlegung des Halteelements am Kragen 7 des Ventilkörpers 6 und einen inneren aufragenden Rand 29, der sich ventilseitig erstreckt und den Sitz des Halteelements am Kragen 7 des Ventiltellers 6 verbessert.
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3 zeigt das Detail X aus 1 mit dem dosenseitig vom Ventil 1 herabragenden Kragen 7, dem Halteteller 22 mit seinem aufragenden Rand 29 und der Aufnahme 27 für ein O-Ring 24. Der O-Ring 24 liegt seinerseits in der Aufnahme 27 des Ventiltellers 22 und stützt sich am Ventil 1 im Bereich des Kragens 7 an einer schräg verlaufenden Fläche 15 ab, die mit ihrer Schräge doseneinwärts weist. Der Kragen 7 weist ferner an seiner Außenseite (dosenauswärts gerichtet) einen umlaufenden Vorsprung 16 auf, hinter den die Rastelemente 25 des Halteelements 2 greifen. Der unverrückbare Sitz der Rastelemente 25 am Vorsprung 16 wird durch den aufragenden Rand 29 des Haltetellers 22 gewährleistet, der unmittelbar an der Innenwandung des Kragens 7 anliegt.
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4 zeigt die einzelnen Elemente der 1 bis 3 zusammen mit einem Beutel 30 in der Zusammenschau. Das Ventil 1 mit dem Kragen 7 wird bei zwischengelegtem O-Ring 24 mit dem Halteelement 2 verrastet. Der Beutel 30 wird mit dem Zapfen 21 des Halteelements 2 verbunden.
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In der in den 1 bis 4 dargestellten Variante des erfindungsgemäßen Beutelventils besteht der Ventilkörper aus HDPE, dass Haltelement aus PP und der Beutel aus mehreren Schichten PE.
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5 und 6 zeigen eine weitere Variante der Dichtung zwischen dem Ventil 1 und dem Halteelement 2. Die Dichtung 24 besteht aus einem an den Halteteller 22 im 2K-Verfahren angespritzten Dichtring aus einem thermoplastischen Elastomer, der, wie in 6 dargestellt, gegen die Schräge 15 des Kragens 7 des Ventils 1 abdichtet. Das Dichtprinzip entspricht im Übrigen dem Prinzip, das in den 2 und 3 dargestellt ist.
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7 und 8 zeigen eine dritte Variante einer Dichtung zwischen dem Ventil 1 und dem Halteelement 2. In diesem Fall ist das Dichtelement durch eine Schweißverbindung ersetzt, die eine außen umlaufende Nut 31 des Haltetellers 22 mit einem umlaufenden Vorsprung 17 des Kragens 7 des Ventils 1 verbindet. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise das Material des Ventils 1 identisch mit dem Material des Halteelements 2, beispielsweise HDPE. Die Verbindung wird vorzugsweise durch Ultraschall-Verschweißen vorgenommen.
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9 zeigt schematisch das Montageprinzip für eine erfindungsgemäß ausgestattete Druckdose. Im ersten Schritt A wird der Beutel 30, der bereits mit dem Halteelement 2 verbunden ist, in eine Druckdose 40 mit einem Dom 41 eingehängt. Der Halteteller 2 bleibt außerhalb des Doms. Der Beutel 30 wird durch den Durchgang des Halteelements 2 befüllt. Im zweiten Schritt B wird das Ventil 1 auf das Halteelement 2 aufgeklickt. Das Beutelventil wird weiter in die Dose hinein abgesenkt, jedoch noch nicht mit dem Dosendom 41 verbunden (C). Über eine Druckglocke wird Treibmittel (Pfeil) in die Dose eingebracht (D) und, noch unter der Glocke, das Beutelventil mit dem Dosendom verkrimpt (E).
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Dieses spezielle Verfahren macht Gebrauch von herkömmlichen Druckdosen, wie sie für zahlreiche Zwecke in Industrie, Handwerk und Haushalt in Gebrauch sind. Der Beutel 30 braucht nicht durch das Ventil hindurch befüllt zu werden, sondern erhält seinen Inhalt durch den Durchgang des Halteelements. Erst dann wird der Beutel 30 durch Aufklicken des Ventils 1 dicht verschlossen. Bei der Befüllung mit Treibmittel dringt kein Treibmittel in den Beutel 30 ein.
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Eine Befüllung des Beutels durch den Stem des Ventils ist ebenfalls möglich, erfordert allerdings anschließend die Reinigung des Stems. Eine Befüllung durch das Ventil ist in der Regel notwendig, wenn Ventil und Halteelement miteinander verschweißt sind.
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Die Verwendung eines Feststoffventils, wie es aus dem Stand der Technik für Polyurethanschaumdosen bekannt ist, hat den Vorteil, dass über den relativ großen Querschnitt des Stems Befüllung und Entleerung des Beutels in sehr kurzer Zeit erfolgen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich die Notwendigkeit einer Befüllung des Beutels durch den Stem ergibt.
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Das erfindungsgemäße Beutelventil und damit ausgestattete Druckdosen können für eine Vielzahl von zähflüssigen und pastösen Produkten verwandt werden. Im Lebensmittelsektor können beispielsweise Honig, Kuchendekore, Käse, Teig, Fett, Pudding, Cremes genannt werden. Im Hygienesektor sind Zahnpasta und Seife geeignete Produkte. Im Kosmetiksektor wie in der Medizin kommen Cremes und Salben infrage. Im technischen Bereich wären Dichtmassen, Schmierfett und Pasten zu nennen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2028131 A1 [0008, 0019]
- EP 3044123 A1 [0008]
