DE2442328A1

DE2442328A1 - Vorrichtung zum abgeben eines fludes unter druck

Info

Publication number: DE2442328A1
Application number: DE2442328A
Authority: DE
Inventors: Richard G Buckles; Harold M Leeper; Mark A Lorberbaum; Su Il Yum
Original assignee: Alza Corp
Current assignee: Alza Corp
Priority date: 1973-09-04
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1975-03-06
Also published as: SE7411133L; IT1020708B; FR2242158A1; FR2242158B1; GB1463336A; BE826089A; CA1000669A; SE414015B; JPS5072208A

Description

Vorrichtung zum Abgeben eines Fludes unter Druck

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abgeben eines Fludes unter einem Druck von wenigstens 1 kp/cm , mit einem Behältnis zur Aufnahme des Fludes unter einem für dessen Abgabe unter einem Mindestdruck von 1 kp/cm ausreichenden Druck, einem aus dem Innern des Behältnisses nach außen führenden Fludauslaßkanal und mit einem darin angeordneten Strömungsregler.

Immer zahlreicher werden die Flüssigkeiten, die mit Hilfe von kleinen, in sich abgeschlossenen Druckbehältnissen abgegeben werden, die gemeinhin als "Aerosoldosen" bezeichnet werden. Anstrichmittel, Haarsprays, Mittel gegen Achselnässen, Desodorantien, Herd- oder Backofenreiniger und inhalierbare Arzneimittel sind gebräuchliche Stoffe, die aus derartigen Behältnissen versprüht werden. Rasiercremes, Käse und Zahnpasten sind als Beispiele anderer Produkte zu nennen, die sich auf diese Weise abgeben lassen. Üblicherweise wird die Energie zum Abgeben oder Aussprühen dieser Flüssigkeiten einem komprimierten Gas entnommen, das nahezu

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immer ein Fluorkohlenwasserstoff ist und entweder zusammen mit der abzugebenden Flüssigkeit oder gesondert von dieser, in einem Kunststoffbeutel ο.dgl. in das Behältnis eingefüllt wird. In beiden Fällen erfolgt das Austreiben der Flüssigkeit mit einem komprimierten Gas, das im Falle von "Sprüh"-Packungen die Energie liefert, die zum feinen Verteilen oder Vernebeln der Flüssigkeit erforderlich ist. Ungeachtet der zunehmenden Verwendung herkömmlicher "Aerosoldosen" besteht eine Anzahl von Schwierigkeiten: erstens, ein größer werdendes Bewußtsein der gesundheitsgefährdenden Wirkung von Treibmitteln des Fluorkohlenwasserstoff-Typs, zweitens, die korrodierende Wirkung fluorkohlenwasserstoffhaltiger Stoffe, die bei vielen Produkten und Behältnissen zu einer kurzen Lagerfähigkeit führt, drittens, die Fluorkohlenwasserstoff-Treibmittel sind verhältnismäßig teuer, und viertens, unter Druck stehende "Aerosoldosen" können explodieren, wenn sie, beispielsweise zusammen mit anderen Abfällen, in Abfall- oder Müllverbrennungsofen eingegeben werden.

Eingedenk dieser Schwierigkeiten hat man sich anderen Energiequellen für Druckbehältnisse zugewandt. In der einschlägigen Literatur werden elastische Kautschukblasen beschrieben, die sich beim Füllen verformen und ihren Inhalt unter der Wirkung des Druckes abgeben, der sich aus den durch die aufgeblähte Blase erzeugten Spannungen ergibt. Diese ihre Energie aus Elastizität gewinnenden und sich selbst unter Druck setzenden Abgabevarichtungen oder Spender bieten die folgenden vorteilhaften Eigenschaften:

1) Sie vermeiden die Benutzung korrodierender und gefährdender Fluorkohlenwasserstoff-Treibgase.

2) Sie sind auch in vollgefülltem Zustand nichtexplosiv.

3) Sie gestatten die Verwendung eines nichtmetallischen Außengefäßes, beispielsweise aus Kunststoff oder Karton, so daß sich der Spender ohne weiteres durch Verbrennen beseitigen läßt.

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4) In der Abgabevorrichtung braucht kein Raum für ein Treibgaskissen vorgesehen zu werden, so daß sich in den meisten Anwendungsfällen in einer Abgabevorrichtung einer gegebenen Größe eine größere Menge Wirkstoff, d.h. abzugebenden Pluds, unterbringen läßt.

Herkömmliche Vorrichtungen des hier besprochenen !Typs haben sich jedoch nicht als zufriedenstellend erwiesen, insofern als die bei der Abgabe des Wirkstoffs erzielte Sprühstrahlform in vielen Anwendungsfällen inakzeptabel ist. Diese Vorrichtungen wurden somit in der Praxis auf die flüssige Abgabe von Cremes und Lotionen zurückgedrängt. Aber auch auf diesen Gebieten haben sie bis heute keinen wirklichen Erfolg gehabt, aufgrund von Schwierigkeiten, die u.a. durch unzureichenden und veränderlichen Druck bei der Abgabe des Wirkstoffs aus der Vorrichtung hervorgerufen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgabevorrichtung für Flud der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die, um die Abgabe des Fludes in Aerosol-Form zu ermöglichen, ausreichend hohe Drücke selbst erzeugt und aufrechterhält.

Eine diese Aufgabe lösende Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß das Behältnis eine längliche, dehnbare Blase aus einem elastischen bzw. Elastomer-Werkstoff ist, deren Innenlänge nicht weniger als das Vierfache ihres Innendurchmessers, jeweils im entspannten Zustand, beträgt, und die einen Modul bei 300$ Dehnung und ein Verhältnis der mittleren Wanddicke zum Innendurchmesser im entspannten Zustand aufweist, deren Werte in der von der Linie ABCD eingeschlossenen Fläche in der in Anspruch 1 enthaltenen grafischen Darstellung liegen.

Es wurde festgestellt, daß die elastischen Vorrichtungen nach der Erfindung in der Lage sind, den Behältnisinhalt

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im wesentlichen vollständig abzugeben, wodurch eine Vergeudung des Wirkstoffs vermieden wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich, ebenfalls mit Vorteil, dazu verwenden, Flude in unter hohem, beispielsweise 1 kp/cm übersteigendem Druck stehende Milieus mit einem Druck abzugeben, der zweckmäßigerweise gleich oder höher ist als der Milieudruck.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt längs der Hauptachse, einer Abgabeblase nach der Erfindung,

Pig. 2 eine grafische Darstellung der bei Abgabeblasen nach der Erfindung erzielten Druck-VoIumen-Leistung,

Pig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt in einer senkrechten Schnittebene, einer Sprüh-Abgabevorrichtung nach der Erfindung, im Leerzustand,

Pig. 4 eine Pig. 3 ähnliche Ansicht, nach Püllung mit einer Flüssigkeit,

Pig. 5 eine Schnittansicht in einer senkrechten Schnittebene eines in der Vorrichtung nach der Erfindung beispielsweise verwendbaren Ventils zum Regulieren der Pludströmung aus der Vorrichtung, und

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Fig. 6 eine grafische Darstellung des Verhältnisses der mittleren Wanddicke zum Innendurchmesser in Abhängigkeit vom Modul bei 300',I Längung bzw. Dehnung der Abgabeblase.

In Fig. 1 ist eine Blase 10 in ungedehntem oder entspanntem Zustand dargestellt. Nach ihrer geometrischen Form ist die Blase 10 ein länglicher, vorzugsweise zylindrischer" Rohrkörper mit einem geschlossenen Ende 11 und, entgegengesetzt zu diesem, einem offenen Ende 12. Das geschlossene Ende 11 kann bei Bedarf eine Vorrichtung zum Füllen der Blase aufweisen oder durch Abklemmen eines Teils der Blase erhalten sein. Das Innere der Blase 10 bildet eine enge, längliche Höhlung 14, die eine ovale, elliptische, quadratische, rechteckige oder eine andere vieleckige Querschnittsgestalt haben kann, jedoch vorzugsweise kreisrunden Querschnitt aufweist. Die Länge L der Höhlung 14 beträgt wenigstens das Vierfache ihres Durchmessers. Die Blase 10 besitzt ein Verhältnis der mittleren Wanddicke zum Innendurchmesser im entspannten Zustand und einen Modul bei 3OO^l)6 Längung oder

Dehnung, deren Werte in einer von einer Linie ABCD in Fig. 6 eingeschlossenen Fläche liegen. Ein am offenen Ende 12 der Blase 10 vorhandener Flansch 15 gestattet die Befestigung der Blase am Gehäuse der Abgabevorrichtung (Fig. 3).

Ein bedeutender Vorteil der in Fig. 1 dargestellten Blase besteht darin, daß sie ihren Inhalt bei einem 1 kp/cm übersteigenden Druck im wesentlichen vollständig abzugeben vermag.

In Fig. 2 ist der Typ einer Druck-Volumen-Kurve gezeichnet, der mit der in Fig. 1 dargestellten Blase erzielbar ist. Wie die Kurve zeigt, werden mehr als 90% der in die Blase eingefüllten Flüssigkeit bei einem Druck von gut über 1 kp/cm abgegeben, einem Druck, der ausreicht, iun die

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Flüssigkeit bei Bedarf fein verteilt auszusprühen oder zu vernebeln. Ist im entspannten Zustand die Innenlänge der Blase kleiner als etwa viermal ihr Innendurchmesser, oder liegen die Werte des Verhältnisses der mittleren Wanddicke zum Innendurchmesser und des Moduls bei 300',ϊ Dehnung außerhalb der von der Linie ABOD eingeschlossenen Fläche (Fig. 6), wird die angestrebte vollständige und konstante Abgabe bei Drücken über 1 kp/cm nicht erreicht oder das Restvolumen stellt einen übermäßig großen Anteil an der gesamten Fludfüllung dar.

Die meisten Ausbildungsformen der Abgabevorrichtung nach der Erfindung werden mit einer Blase ausgestattet sein, deren Innenlänge das 6- bis 40fache ihres Innendurchmessers, jeweils im entspannten Zustand, beträgt, und die einen Modul bei

300';w Dehnung im Bereich zwischen etwa 20 und 200 kp/cm sowie ein Verhältnis der mittleren Wanddicke zum Innendurchmesser im entspannten Zustand aufweist, das in dem dem genannten Modulbereich von 20 bis 200 kp/cm entsprechenden Teil der von der Linie ABCD eingeschlossenen Fläche (?ig. 6) liegt.

Zu den zur Herstellung einer zweckdienlichen elastischen Blase verwendbaren Elastomer-Werkstoffen zählen beispielsweise Polybutadiene und synthetische Polyisoprene mit mehr als 85/0 ausmachender Cis-1 ,4-3truktur, Butylkautschuk, Chlorbutylkautschuk und chemisch vernetztes Polyurethan. Bei den Polybutadienen, Polyisoprenen und Polyurethanen wird ein Vernetzungssystem bevorzugt, bei dem Kohlenstoff-Kohlenstoff-Vernetzungen zwischen benachbarten Polymerketten entstehen, wie sie sich beispielsweise mit einem Peroxid, wie z.B. Dicumyl- und Di-t-Butyl-Peroxid erzielen lassen. Ein anderes bevorzugtes Vernetzungssystem benutzt Schwefel oder schwefelhaltige organische Verbindungen und ergibt Thio-Vernetzungen. Für Butylkautschuk eignet sich nur die Thio-Vernetzung, während bei Chlorbutylkautschuk das

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Vernetzungsmittel Zinkoxid sein muß. Verstärkungsfüllstoffe mit kleiner Partikelgröße, wie z.B. Ruß, SiOg., Galciumsilikat, Zinkoxid, Ton oder Calciumcarbonat können bei Bedarf zur Erhöhung des Moduls "bei 30Op mit dem Elastomer vermischt werden. Der Anteil dieser Verstärkungsfüllstoffe je 100 Gew.-Teile des Elastomeren kann 2 bis 75 Teile betragen. Das Herstellen der Blasen kann nach bekannten Gieß-, Form- oder Extrudierverfahren erfolgen,

Das Elastomer sollte mit dem abzugebenden Flud kompatibel sein. Dies ist nicht nur dafür wichtig, sicherzustellen, daß das Flud durch Verbindungen aus dem Elastomeren nicht verunreinigt wird, sondern auch um zu verhindern, daß das Flud das Elastomere angreift. In den Fällen, wo eine vollständige Kompatibilität zwischen dem Elastomeren und dem Flud nicht erreicht werden kann, kann es zweckmäßig sein, die Elastomer-Blase mit einer undurchlässigen Auskleidung zu versehen. Diese Auskleidung kann selbst aus einem Elastomer-Werkstoff hergestellt oder elastisch sein, so daß sie sich zusammen mit der Blase dehnen und aufblähen läßt, oder sie kann zusammenlegbar sein, damit sie sich beim Aufblähen der Blase dehnungsfrei vergrößert. Die Innenauskleidungen können, falls sie zur Anwendung kommen, praktisch aus ,jedem beliebigen undurchlässigen Material hergestellt werden, beispielsweise aus aluminisierter Mylar-Folie (Polyäthylenterephthalat).

In Fig. 3 ist die Abgabevorrichtung nach der Erfindung in einer Ausbildungsform als "Aerosoldose" dargestellt. Die in ihrer Gesamtheit mit 30 bezeichnete Abgabevorrichtung enthält eine Blase 10, die in nicht aufgeblähtem oder entspanntem Zustand gezeichnet ist. Die Blase 10 ist in.,einem ochutzgefäß oder -gehäuse angeordnet/ das eine zylindrische Seitenwand 31, einen Boden 32 und ein sich verjüngendes oder konisches Oberteil 33 aufweist. Dieses Gefäß oder Gehäuse muß keinen Druck aushalten oder_mit dem abzugebenden

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Plud in Berührung stehen und braucht somit nicht druckfest ausgeführt zu sein. Es kann daher aus Karton, Kunststoff o.dgl. hergestellt sein, oder muß, wenn aus Metall hergestellt, keire inert gemachten Innennähte aufweisen. Die 111 a se 10 ist mit dem (in Pig. 3 nicht gezeichneten) Plansch 15 an einer Hülse 34 befestigt, die einen (nicht gezeichneten) Flud-Strömungskanal und einen (nicht gezeichneten) Flud-Strömungsregler enthält. Die Hülse 34 ist am Oberteil 33 mit einem üingfalz 3 6 befestigt. Der in der Hülse 34 aufgenommene Strömungsregler laßt sich mit einem Druckknopf 37 betätigen, der eine Innenbohrung aufweist, welche den reguliertaa Fludstrom zu einer Düse 38 leitet, durch die das Plud in Aerosol-Form ausgetrieben wird. Wie in Fig. 3 zu erkennen, läßt die zylindrische Seitenwand 31 der Abgabevorrichtung 30 eine im wesentlichen unbehinderte Vergrößerung/tfe^si^sW¹^ zu. Die Seitenwand 31 ist so bemessen, daß eine Vergrößerung in Achsenrichtung um nicht weniger als 50'/o der Länge der Blase 10 im entspannten Zustand und in radialer Richtung um nicht weniger als 80'/o des mittleren Durchmessers der Blase 10 im entspannten Zustand möglich ist. Läßt die Wand eine solche Vergrößerung nicht zu, bleibt der Druck bei der Abgabe nicht verhältnismäßig konstant, und es verbleiben auch verhältnismäßig große, beispielsweise mehr als 10/j der Gesamtkapazität übersteigende Fludmengen, die am Ende der Abgabe nicht ausgetrieben sein werden.

Fig. 4 zeigt die Abgabevorrichtung 30 im mit Flud 14' gefüllten Zustand. Weiterhin ist in Fig. 4 zu erkennen, daß aufgrund der Bemessung der Seitenwand 31 der Abgabevorrichtung 30 die Blase 10 in ihrem vergrößerten Zustand ohne wesentliche Behinderung aufgenommen ist. Das geschlossene Ende der Blase 10 ist im Innern der Abgabevorrichtung frei beweglich und hat keine Berührung mit dem Boden 32, noch kommt es in sich behindernd auswirkender Weise zur Anlage an der zylindrischen Wand 31 oder am konischen

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Oberteil 33. Die Blase 10 wird durch das Volumen der !flüssigkeit 14' gedehnt. Diese Dehnung führt dazu, daß die Blase 10 auf das Flud 14' einen Druck ausübt. Aufgrund der vorbeschriebenen Ausbildung der Blase 10 beträgt dieser Druck wenigstens 1 kp/cm und wird gewöhnlich im Bereich zwischen 1 und etwa 7 kp/cm^ liegen und während der gesamten Abgabe des Fludes aus der Blase 10 einen höheren Wert als 1 kp/cm^ behalten. Im Boden 32 ist eine Be- bzw. Entlüftungsöffnung 41 vorgesehen, mit der sich während des Füllens der Vorrichtung und während der Abgabe ei.i Ausgleich zwischen Innen- und Außendruck herbeiführen läßt.

Fig. 5 zeigt Einzelheiten einer beispielsweisen Ausbildungsform eines Ventils zum Regulieren des Fludstromes aus der Abgabevorrichtung 3-0. In Fig. 5 ist der obere Teil der Abgabevorrichtung 30 dargestellt. Die Flud 14.* enthaltende Blase 10 ist mit dem Flansch 15 an der Hülse 34 befestigt. Das Flud 14' im Innern der Blase 10 steht mit einem in einem Ventilgehäuse 52 umlaufenden Kanal 51 in Verbindung. In einem Ventilmittelstück 54 ist ein Kanal 53 ausgebildet. Das Ventilmittelstück 54 ist im Ventilgehäuse 52 verschieblich angeordnet. Der Druckknopf 37 ist am Ventilmittelstück 54 angebracht. Durch Riederdrücken des Ventilmittelstückes 54 mit dem Druckknopf 37 wird der Kanal 53 zur Deckung und in Verbindung mit dem Umlaufkanal 51 gebracht, so daß in diesem befindliches Flud 14' unter dem Einfluß des von der Blase 10 erzeugten Druckes durch den Kanal 53 und die Bohrung 57 zur Düse 38 strömt, wo es abgegeben wird.

Eine Feder 56 drängt das verschiebbare Ventilmittelstück in seine Ausgangsstellung zurück, sobald der nach unten gerichtete Druck auf den Druckknopf 37 aufgehoben wird.

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Claims

ANSPRÜCHE

Q Vorrichtung zum Abgeben eines Fludes unter einem Druck wenigstens 1 kp/cm², mit einem Behältnis zur Aufnahme des Fludes unter einem für dessen Abgabe unter einem Mindestdruck von 1 kp/cm² ausreichenden Druck aus einer länglichen, dehnbaren Blase aus einem elastischen bzw. Elastomer-Werkstoff, einem aus dem Inneren des Behältnisses nach außen führenden Fludauslaßkanal und mit einem darin angeordneten Strömungsregler, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenlänge (L) der Blase (10) nicht weniger als das Vierfache ihres Innendurchmessers, jeweils im entspannten Zustand, beträgt, und daß sie einen Modul bei 300 % Dehnung und ein Verhältnis der mittleren Wanddicke zum Innendurchmesser im entspannten Zustand aufweist, deren Werte in der von der Linie ABCD eingeschlossenen Fläche in der nachstehenden grafischen Darstellung liegen:

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Blase (10) in einem Gehäuse (31» 32,33) so untergebracht ist, daß dieses die Blase (10) in gedehntem Zustand nicht wesentlich "behindert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gek e nnz e i chnet, daß das Flud (14') unter einem Druck steht, der zu seiner Abgabe in Aerosol-Form ausreicht, und daß die Abgabevorrichtung (30) am äußeren Ende des Auslaßkanals (53»57)" eine Sprühdüse (38) zum Aussprühen des Eludes (14^f) in feiner Verteilung oder als Rebel aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (10) zylindrisch ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (10) im Gehäuse (31,32,33) so aufgenommen ist, daß sie sich in Achsenrichtung um nicht weniger als 50$ ihrer entspannten Länge und in radialer Richtung um nicht weniger als 80$ ihres entspannten mittleren Durchmessers unbehindert dehnen kann.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gek ennz e ichne t, daß die Blase (10) im entspannten Zustand eine Innenlänge (L) vom 6- bis 40fachen ihres entspannten Innendurchmessers, einen Modul bei 300/5 Dehnung von etwa 20 bis etwa 200 kp/cm , sowie ein Verhältnis der mittleren Wanddicke zum Innendurchmesser im entspannten Zustand aufweist, das in dem dem genannten Modulbereich entsprechenden Teil der in Anspruch 1 bereits definierten Fläche liegt.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, daß die Blase (10) an einem Ende (12) offen ist und mit diesem bei fluddichter Abdichtung gegenüber dem inneren Ende des Auslaßkanals (53»57) am Gehäuse (31,32,33) befestigt ist, und daß das andere Ende (11) der Blase (10) geschlossen und innerhalb des Gehäuses (31,32,33) frei beweglich ist.

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