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"Pump-Dosierverschluß"
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Die Erfindung betrifft einen Pump-Dosierverschluß zum Aufsetzen, insbesondere
Aufschrauben, auf die Öffnung, insbesondere den Gewindehals, eines Produktbehälters,
Verschlüsse mit Dosiereinrichtungen zum Dosieren von Kleinmengen bis hin zu einzelnen
Tropfen werden beispielsweise für Arzneimittel verwendet. Auch im Bereich der Haushaltschemie,
z.B. bei Reinigungs- und Desinfektionsmitteln, oder im Bereich des Pflanzenschutzes
werden Produkte eingesetzt, die möglichst exakt zu dosieren sind. Bisher verwendete
Dosierhilfen reichen angefangen vom einfachen Meßbecher bis hin zur programmierten
Dosierpumpe. Die verschiedenen Dosierhilfen sind dabei nicht nur auf ein bestimmtes
Dosiervolumen sondern auch auf die Beschaffenheit des zu dosierenden Produkts, beispielsweise
dessen Viskosität und Fließverhalten, abzustimmen. Die Beschaffenheit des jeweiligen
Produkts wiederum beeinflußt, speziell bei dickflüssigen Produkten, das Maß der
Restentleerung der Dosierkammer; es muß also auch Sorge getragen werden, daß die
Dosiergenauigkeit nicht durch unterschiedliche Restentleerung beeinflußt wird.
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Weitere Probleme bereiten - vor allem mit zunehmendem Dosiervolumen
- der die Gesamtkosten hochtreibende Materialaufwand, die Art der Befestigung am
jeweiligen Behälter mit Zusatzkosten für die evtl. vergrößerte Umverpackung sowie
mit der Größe des Gebindes und dem Dosiervolumen zunehmende Schwierigkeiten beim
Abfüllen, weil ein vollautomatisches Verschließen der Behälter
mit
Dosierhilfen in der Regel nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bei allen fließfähigen
Produkten einzusetzenden Dosierverschluß zu schaffen, der eine gleichbleibende Restentleerung
der Dosierkammer, eine Dosiermengenkontrolle und -korrektur ermöglicht, wie ein
normaler Schraubverschluß vollautomatisch zu montieren ist, nicht wesentlich mehr
Raum als ein üblicher Meßbecherverschluß einnimmt sowie mit relativ geringem Materialaufwand
wirtschaftlich herzustellen ist. Ferner soll der Dosierverschluß in einer weitergehenden
Entwicklung auch mit Mitteln zum Entgasen des Behälterinhalts auszustatten sein.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist bei dem Pump-Dosierverschluß zum Aufsetzen
auf die Öffnung eines Produktbehälters gekennzeichnet durch eine im wesentlichen
aus dem Innenraum eines Federbalgs mit mit Hilfe eines doppelt wirkenden Ventils
zu betätigender Produkteinlaßöffnung sowie etwa axial gegenüberliegender Produktauslaßöffnung
gebildete Dosierkammer mit einer absunehmenden Kappe zum Verschließen der Auslaßöffnung
der Dosierkammer sowie zum Betätigen des Ventils entgegen der Rückstellkraft des
Federbalgs durch axialen Druck mit Hilfe eines in Längsrichtung durch den Balg führenden
Stempels.
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Der erfindungsgemäße Dosierverschluß läßt wegen der Entleerung der
Dosierkammer durch Auspressen mit Hilfe des Federbalgs die Anwendung auf alle fließfähigen
Produkte sowie eine gleichbleibende Restentleerung zu. Die Dosiermenge wird durch
Füllen der Dosierkammer bis zu einem bestimmten Pegel vorgegeben. Die Dosierkammer
kann mit Kupplungsmitteln, z.B. mit einem Gewinde,
zum vollautomatischen
Montieren auf der Behälteröffnung versehen werden. Das äußere Volumen und der Aufwand
zum Herstellen des Verschlusses sind gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art
relativ gering.
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Gemäß weiterer Erfindung ist der in Längsrichtung durch den Balg führende
Stempel an seinem einen Längsende mit der Auslaßöffnung des Federbalgs bzw. der
Dosierkammer verbunden und weist am anderen Längsende einen Ventilteller zum Verschließen
des Dosierkammereinlasses bei entspanntem Federbalg auf. In der Ruhestellung wird
der Behälter daher stets selbsttätig geschlossen. Ferner ist es günstig, wenn der
Stempel auf einem kurzen Stück seiner Länge im Anschluß an den Ventilteller einen
deutlich kleineren Durchmesser als die Einlaßöffnung der Dosierkammer besitzt und
wenn der Stempeldurchmesser im Anschluß daran gleich der lichten Weite der Einlaßöffnung
ist. Dadurch wird erreicht, daß bei geringem Druck auf den Stempel bzw. gegebenenfalls
auf die mit dem Stempel in Berührung stehende Kappe die Einlaßöffnung der Dosierkammer
geöffnet und bei starkem Druck wieder geschlossen wird. Dadurch wird es möglich,
die Dosierkammer bei auf dem Kopf stehendem Behälter bei leichtem Druck auf den
Stempel bzw. die Kappe zu füllen und dann den Stempel weiter einzudrücken, so daß
die Einlaßöffnung der Dosierkammer wieder geschlossen wird. Hierbei wird ersichtlich
der Federbalg zusammengepreßt und damit das Volumen der Dosierkammer verkleinert,
derart, daß die Dosierkammer - bei abgenommener Kappe -bis zu dem durch den vollkommen
zusammengepreßten Federbalg gegebenen Maß - also bei stets gleicher Restentleerung
- zu entleeren ist. Bei dünnflüssigen Produkten kann die Dosierkammer natürlich
auch durch einfaches Ausgießen - bei ebenfalls immer gleicher Restentleerung - entleert
werden. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen
angegeben.
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Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden
Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch den
Pump-Dosierverschluß mit aufgesetzter Kappe auf einer Weithalsflasche im Längsschnitt
in zwei Positionen mit geschlossenem bzw. geöffnetem Einlaßventil der Dosierkammer;
und Fig. 2 den Pump-Dosierverschluß von Fig. 1 ohne Kappe im Schnitt in zwei weiteren
Positionen mit geschlossenem Dosierkammer-Einlaßventil und entspanntem bzw. zusammengepreßtem
Federbalg; und Fig. 3 die Draufsicht auf das zentrale Rohrteil des Federbalgs ohne
Verschlußkappe.
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Der Pump-Dosierverschluß nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer
Bodenwanne 1, dem Federbalg 2, einem Rohrteil 3, einem Ventilstopfen 4 und einer
Verschlußkappe 5.
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Die Bodenwanne 1 wird mit Hilfe eines Gewindes 6 an dem Flaschenhals
7 befestigt. Der Boden 8 der Wanne 1 besitzt eine zentrische Bohrung 9 mit einem
umlaufenden Rand 10. Am äußeren etwa zylindrischen Umfang bzw. Außenkranz der Bodenwanne
1 befinden sich in axialer Richtung verlaufende Rippen 11.
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Der Federbalg 2 paßt sich in seinem unteren, dem Behälterinnern zuzuwendenden
Bodenbereich dem Innenprofil der Bodenwanne 1 an und besitzt eine zentrische Öffnung
12 mit rohrförmigem Ansatz 13, welcher dichtend in die Bohrung 9 der Bodenwanne
1 paßt sowie mittels eines Schnappwulstes 14 unter dem Rand 10 zu fixieren ist.
Die Öffnung 12 stellt die Produkteinlaßöffnung des als Dosierkammer dienenden Innenraums
des Federbalgs 2 dar. Der Federbalg 2 besitzt an dem der Einlaßöffnung 12 gegenüberliegenden
Ende
eine Auslaßöffnung 15 bestehend aus einem Zylinderstück, an dessen Ende sich ein
umlaufender, keilförmig ausgebildeter Rand 16 anschließt, Der axial durch den Federbalg
2 zu führende Stempel wird im Ausführungsbeispiel als Rohrteil 3 ausgebildet. Zu
diesem gehört ein Umfangs- bzw. Außenrohr 17 mit umlaufendem Bund 18, dessen Unterseite
dem keilförmig ausgebildeten Rand 16 des Federbalgs 2 angepaßt ist und diesen am
Umfang einklemmt. Der äußere Durchmesser des Außenrohrs 17 wird dichtend in den
inneren Durchmesser des die Auslaßöffnung 15 umfassenden Zylinderstücks eingepaßt.
Von dem relativ kurzen Außenrohr 17 führt ein trichterförmiges Verbindungsstück
19, welches mehrere Profilöffnungen 20 gemäß Fig. 3 aufweist, zu dem eigentlichen
Rohr bzw. inneren Rohrstück 21. Der Außendurchmesser 22 des inneren Rohrstücks 21
wird auf dem größten Teil der Länge dem inneren Durchmesser der Einlaßöffnung 12
des Federbalgs 2 derart angepaßt, daß sich ein leichter Schiebesitz ergibt. Das
innere Rohrstück 21 besitzt jedoch einen an den Ventilstopfen 4 angrenzenden unteren
Teil mit deutlich geringerem Durchmesser 23. Dieser Teil kleineren Durchmessers
23 soll in der axialen Richtung länger als die Einlaßöffnung sein. Im allgemeinen
kommt eine Länge infrage, die gleich der Summe aus der Länge der Einlaßöffnung und
der Differenz der Radien zwischen den Bereichen mit größerem und kleinerem Außendurchmesser
22, 23 des inneren Rohrstücks 21 ist.
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Die Gesamtlänge des Rohrteils 3 wird derart ausgelegt, daß im fertig
montierten Zustand gemäß Position A von Fig. 1 der Federbalg 2 unter einer Vorspannung
steht, die ein dichtendes Anliegen des Ventiltellers 24 gegen die Stirnfläche 26
des Rohrstücks 14 am unteren Ende des Federbalgs 2 gewährleistet. Ferner
soll
das obere, dem Behälter abgewandte, Ende des inneren Rohrstücks 21 an der inneren
Unterseite der Verschlußkappe 5 anliegen. Hierdurch wird in der Mitte der Verschlußkappe
5 eine begrenzte Fläche 32 geschaffen, die nie oder nur sporadisch mit Füllgut direkt
in Berührung kommt. An dieser Stelle kann also ein Be- oder Entlüftungssystem eingebaut
werden, das nicht der Gefahr der Verstopfung durch vordringendes Produkt ausgesetzt
ist.
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Der Ventilstopfen 4 besitzt wie gesagt einen Ventilteller 24.
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Die obere Dichtfläche ?5 des Ventiltellers 24 ist dazu vorgesehen,
durch Anlegen an der unteren Stirnfläche 26 des rohrförmigen Ansatzes 13 die Einlaßöffnung
12 des Federbalgs 2 zu verschließen. Der Ventilstopfen 4 kann durch Klemmsitz über
ein angeformtes Zylinderstück 27 mit dem inneren Rohrstück 21 verbunden werden.
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Die Kappe 5 besitzt im wesentlichen Zylinderform mit großflächiger
Kopfseite 28. Letztere wird vorzugsweise als Standfuß des auf den Kopf gestellten
Behälters ausgebildet. Der freie (untere) Randbereich 29 derKappe 5 weist im Ausführungsbeispiel
am Innenumfang Rippen 30 auf, die - in der axialen Richtung - so angeordnet sind,
daß sie nach Anordnung und Profil zwischen den am Außenkranz der Bodenwanne 1 vorgesehenen
Rippen 11 leicht gleitend eingreifen und ein axiales Verschieben zulassen. Der freie
Randbereich 29 der Kappe 5 kann im Durchmesser aus der Zylinderfläche der Kappe
vorspringen, so daß der Innendurchmesser in diesem Bereich größer ist als oberhalb
der Rippen 11 der Bodenwanne 1. Die Höhe des im Durchmesser erweiterten Randbereichs
9 wird vorzugsweise so gewählt, daß eine geringe axiale Verschiebung der Kappe 5
von Position A nach Position B von Fig. 1 möglich ist. Das Maß dieses Ver-
satzes
wird so vorgegeben, daß der Ventilteller 24 von der Stirnfläche 26 des rohrförmigen
Ansatzes 13 abgehoben ist, aber die Schulter am Übergang zum Bereich mit größerem
Außendurchmesser 22 des inneren Rohrstücks 21 noch Abstand von der Einlaßöffnung
12 hat. In dieser Stellung des Ventils kann die Dosierkammer bei auf dem Kopf stehendem
Behälter gefüllt werden.
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Zum Abdichten bzw. zum Zentrieren besitzt die Kappe 5 an der Innenfläche
der Kopfseite 28, vorzugsweise kreisförmig, umlaufende Rippen 31, die in bzw. um
den Bund 18 des äußeren Rohrstücks 17 greifen.
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Die Funktionsweise des Dosierverschlusses ist bei allen fließfähigen
Produkten gleich. Das Vordosieren erfolgt durch leichten Druck auf die Kappe 5,
z.B. bis zur Anlage des unteren Kappenrandes an der Flaschen- bzw. Behälterschulter.
Dabei gibt der Ventilteller 24 die Einlaßöffung 12 der Dosierkammer frei, Das Produkt
kann bei Neigung oder bei auf dem Kopf stehendem Behälter in den Innenraum des Federbalgs
2 einfließen.
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Ist der Balg gefüllt, wird der Behälter wieder aufgerichtet und die
Kappe 5 abgezogen (vergleiche Fig. 2 Position C). Dabei schließt das Bodenventil
(Ventilteller 24) bedingt durch die Rückstellkraft des Federbalgs 2, so daß das
vordosierte Produkt nicht in den Behälter zurückströmen kann.
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Das Austragen des Produkts aus der Dosierkammer erfolgt durch axiales
Zusammendrücken des Federbalgs 2 bis zum Anschlag.
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Hierbei wird zwar zunächst die Einlaßöffnung 12 geöffnet aber sofort
durch den Bereich mit größerem Außendurchmesser des inneren Rohrstücks 21 wieder
verschlossen (vergleiche Fig. 2 Position D). Wenn in der kurzen Öffnungszeit beim
Niederdrücken des Rohrstücks 21 zu viel Produkt in den Behälter zurückfließen
sollte,
kann das Zusammenpressen des Federbalgs 2 und damit das Dosieren auch - teilweise
oder ganz - in der Überkopfstellung des Behälters erfolgen. Die durch das Zusammendrücken
des Federbalgs bewirkte definierte Volumenverminderung zwingt speziell bei pasteusen
Produkten bei jedem Dosiervorgang die gleiche Produktmenge zum Austritt. Dementsprechend
bleibt auch die Restmenge stets gleich. Bei dünnflüssigen Produkten kann auf das
Zusammendrücken des Federbalgs verzichtet werden.
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Es kann dann ein einfaches Ausgießen des Balginhalts genügen.
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Der Anwender kann - je nach Fließverhalten des Produkts - unterschiedlich
vordosieren.
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Bei leichtfließenden Produkten genügt ein Herunterdrücken der Kappe
5 und kurzfristiges Über-Kopf-Halten des Gebindes, um vorzudosieren. Dabei kann
bei transparenter oder transluzenter Ausbildung der Verschlußkappe, insbesondere
wenn eine Dosierskala vorgesehen wird, der Dosiervorgang - gegebenenfalls messend
- beobachtet werden. Beim Loslassen der heruntergedrückten Kappe schließt das Bodenventil,
und der Dosiervorgang ist beendet.
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Bei schlechter fließenden Produkten, z.B. gerade noch fließfähigen
Pasten, empfiehlt es sich, den Behälter mit aufgesetztem erfindungsgemäßen Dosierverschluß
auf dem Kopf stehend aufzubewahren. Dabei wird das Ventil zwangsläufig in Position
B von Fig. 1 gestellt, und es wird während der Lagerzeit allmählich vordosiert.
Auf diese Weise ergibt sich überraschender Weise auch für den Behälter selbst eine
gute Restentleerung bei schwerflüssigen Produkten. Beim Anheben des Gebindes schließt
das Bodenventil als Folge der Rückstellkraft des Federbalgs sofort. Falls erforderlich
kann nun in Normalstellung (bei oben befindlichem Verschluß) durch kurzzeitiges
Tippen auf die Kappe
die vorproportionierte Menge auf einen vorgegebenen
Füllstand reduziert werden. Letzteres gilt natürlich auch für leichter flüssige
Produkte.
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Bezugszeichenliste 1 = Bodenwanne 2 = Federbalg 3 = Rohrteil 4 = Ventil
stopfen 5 = Kappe 6 = Gewinde 7 = Flaschenhals 8 = Boden (1) 9 = zentrale Öffnung
(1) 10 = Rand (9) 11 = Rippen 12 = Einlaßöffnung 13 = rohrförmiger Ansatz 14 = Schnappwulst
15 = Zylinderstück 16 = Rand 17 = äußeres Rohrstück 18 = Bund 19 = Verbindungsstück
20 = Profil öffnungen 21 = inneres Rohrstück 22 = größerer Außendurchmesser 23 =
kleinerer Außendurchmesser 24 = Ventilteller 25 = Dichtfläche 26 = Stirnfläche 27
= Zylinderstück 28 = Kopfseite 29 = unterer bzw. freier Rand ( 30 = Rippen (29)
31 = Rippen (28) 32 = Fläche (28)