DE3883959T2

DE3883959T2 - Vorrichtung zur Herstellung eines nachschäumenden Gels.

Info

Publication number: DE3883959T2
Application number: DE88120038T
Authority: DE
Inventors: Roger David Ellis; Paul Wigglesworth
Original assignee: Colgate Palmolive Co
Current assignee: Colgate Palmolive Co
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1988-12-01
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2008-12-02
Also published as: DE3883959D1; NO885481D0; AU2653588A; DK687988D0; NO885481L; AU617390B2; ATE94088T1; IE62949B1; DK687988A; PT89180A; EP0324932B1; EP0324932A1; NO171487C; ES2043771T3; FI885732A; NO171487B; PT89180B; IE883674L; CA1330876C; FI885732A0

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Herstellung eines nachschäumenden Gels.
Vor der vorliegenden Erfindung sind Versuche unternommen worden, um nachschäumende Mittel, wie beispielsweise Pentan/Butan-Mischungen Gelgrundlagen in konventionellen teilweise gefüllten Druckgefäßen zuzusetzen, um ein nachschäumendes Gel herzustellen. Jedoch wird jedes nachschäumende Gel von kosmetisch akzeptabler Steifigkeit dazu tendieren, spontan dann zu schäumen, wenn es dem atmosphärischen Druck ausgesetzt ist, wenn es Luft- oder Kohlenwasserstoff-Blasen enthält. Diese wirken als Kern für ein Schäumen, indem sie das Gel in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft expandieren und trennen. Dies bedeutet, daß Pentan/Butan- Mischungen nicht in die Gelgrundlage in einem konventionellen teilweise gefüllten Druckgefäß eingebracht werden können, selbst dann nicht, wenn der Kopfraum mit Luft oder Stickstoff unter Druck gesetzt wird. Es ist unvermeidbar, daß etwas von dem wasserlöslichen Gas in das Gel hinein mitgerissen wird. Das resultierende spontane Schäumen macht ein Füllen in Behälter sehr schwierig und schmutzig. Selbst dann wird sich das Erzeugnis beim Lagern nicht beruhigen, um ein zufriedenstellendes Resultat zu ergeben.
Wenn man eine möglicherweise "leichte" Situation nimmt, wie beispielsweise das Zusetzen nur von Isopentan (Siedepunkt 29ºc) oder n-Pentan (Siedepunkt 37ºC), dann gibt es immer noch Probleme. Nehmen wir an, ein gutes Gel wird durch Kaltmischen erzeugt, dann werden Sie feststellen, daß bei Temperaturen um die 20ºC die Mischung bedeutende Mengen an Schäummittel verdampft und das resultierende Gel schaumig ist.
Diese Blasengele sind nicht für ein Abpacken in Behälter geeignet, weil das bei den Behältern verwendete externe Treibmittel einen unzureichenden Druck ergibt, um die Blasen bei der Lagerung zum Zusammenfallen zu bringen. Dies ist weitgehend die Folge der Tatsache, daß diese Gele einen solchen Fließwert haben, daß sie dem aufgebrachten Druck widerstehen (oder nicht die volle Wirkung auf die Blasen übertragen).
US-A-4 405 489 offenbart ein System für die Herstellung eines nachschäumenden Gels für das Erzeugen von Schaum zum Rasieren, die Kopfwäsche und andere Verwendungsarten bei der Körperpflege. Die nachschäumenden Gelbestandteile werden durch einen unter Druck gesetzten Tank zu einer Füllmaschine geleitet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für das Herstellen eines nachschäumenden Gels, welche umfaßt:
eine Pumpe für die Herstellung und das Pumpen des Gels oder der Emulsion;
einen Speicherzylinder, der eine Kammer hat;
einen Kolben, der gleitend in dem Zylinder aufgenommen wird und die Kammer in einen ersten, das Gel oder die Emulsion aufnehmenden Raum und einen zweiten Raum trennt;
eine Antriebsbaueinheit für das Treiben des Kolbens in Richtung auf das Gel in dem ersten Raum;
eine Leitung für das Einleiten des Gels oder der Emulsion in den ersten Raum und ein Abgabeelement für das Entfernen des Gels oder der Emulsion aus dem ersten Raum;
eine Kolbenstange, die sich von dem Kolben aus dem Zylinder heraus erstreckt, einen Schalter, der durch diese Kolbenstange betätigt wird, wenn der erste Raum sich in maximal gefülltem Zustand befindet und eine reaktive Einrichtung, die auf diesen Schalter reagiert, um die Pumpe zu unterbrechen;
eine zweite Pumpe, die mit der Leitung verbunden ist, um ein Schäummittel in die Gelgrundlage hineinzubringen, ein Strömungsmeßgerät, das die Strömungsgeschwindigkeit der Gelgrundlage mißt und einen Strom/Druck-Wandler für das Umsetzen des Ausgangssignals aus dem Strömungsmesser und für das Steuern der Rate der zweiten Pumpe, und
einen weiteren Schalter, der durch die Kolbenstange aktiviert wird, wenn der erste Raum sich in einem minimal gefüllten Zustand befindet.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Mittels für das Messen der Strömungsrate der gepumpten Gelgrundlage.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist die Bereitstellung eines Mittels, das auf das Meßmittel reagiert, um das Schäummittel bei einer Strömungsrate zu pumpen, die in einem vorbestimmten Verhältnis zu der Strömungsrate der Gelgrundlage steht.
Ein Merkmal der Erfindung ist, dar das gewünschte Verhältnis der Grundlage und des Schäummittels automatisch bestimmt wird.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß das gewünschte Verhältnis von Grundlage und Schäummittel variiert werden kann.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß die Grundlage und das Gel auf eine vereinfachte Weise gesteuert werden.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist, daß die Vorrichtung von vereinfachter Bauweise bei verminderten Kosten ist.
Noch ein anderes Merkmal der Erfindung ist, daß die Rate des die Grundlage pumpenden Mittels gesteuert werden kann.
Noch ein weiteres Merkmal ist die Bereitstellung eines Mittels für das Glätten der Strömungspulsation von dem Grundlagen- Pumpmittel.
Ein Merkmal der Erfindung ist, daß das Mittel zum Pumpen des Schäumungsmittels variabel ist.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Bereitstellung von Mitteln für das Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Schäumungsmittels, das durch das Mittel zum Pumpen des Schäumungsmittels gelangt.
Folglich ist ein Merkmal der Erfindung, daß die Strömungsraten der Grundlage und des Schäumungsmittels miteinander verglichen werden können.
Ein anderes Mittel der Erfindung ist die Bereitstellung von Mitteln für das Abgasen von Luft und Dampf von dem Schäumungsmittel.
Noch ein anderes Merkmal der Erfindung ist die Bereitstellung von Mitteln für das Lagern des geschäumten Gels oder der Emulsion unter Druck.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß das Gel oder die Emulsion selektiv zu einer Vielzahl von Lagerungszylindern geleitet werden kann.
Ein Merkmal der Erfindung ist, daß der Zustand der maximalen und der minimalen Füllung des Behälters bestimmt werden kann.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß die Vorrichtung für eine kontinuierliche Gelherstellung bei gleichzeitiger Möglichkeit des Abfüllens in Behälter sorgt.
Noch ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß das Pumpmittel im Fall des Zustands maximaler und minimaler Füllung des Behälters unterbrochen werden kann.
Weitere Merkmale werden in der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen dieser Erfindung und aus den beigefügten An-Sprüchen vollständig offensichtlich.

Beschreibung der Zeichnungen

Bei den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines nachschäumenden Gels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Paars Speicherzylinder für die Vorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Dosierpumpe für die Vorrichtung von Fig. 1;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Speicherzylinders für die Vorrichtung von Fig. 1; und
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer pneumatischen Hub-Positioniereinrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Jetzt unter Verweis auf Fig. 1 wird eine Vorrichtung, die generell mit 10 bezeichnet ist, für die Herstellung eines nachschäumenden Gels aus einer Gelgrundlage und einem Schäummittel gezeigt. Die Vorrichtung 10 hat einen Speicherbehälter 12, der die Gelgrundlage enthält, wobei der Behälter 12 mit einer Pumpe 14 durch eine Leitung 16 verbunden ist. Typischerweise kann die Pumpe 1.000 Liter pro Stunde pumpen und kann die Rate der Pumpe 14 durch eine Steuereinrichtung 18 an der Pumpe 14 manuell geändert werden.
Die Pumpe 14 ist durch eine Leitung 20 mit einem Rückschlagventil 22 verbunden, um einen Durchtritt des Schäummittels zu der Pumpe 14 zu verhüten und die Vorrichtung flammensicher zu machen. Das Ventil 22 ist über eine Leitung 24 mit einem Überdruckventil 26 verbunden, um einen übermäßigen Druck in der Vorrichtung 10 zu verhüten. Die Gelgrundlage wird über die Leitung 28 einem Druckschwingungsdämpfer 30 zugeleitet, um die Druckschwankungen beim Strömen der gepumpten Gelgrundlage zu glätten. Die Gelgrundlage gelangt von dem Dämpfer 30 über eine Leitung 32 zu einem Strömungsmesser 34, welcher die Strömungsrate der Gelgrundlage zwischen minimalen und maximalen Grenzwerten, wie beispielsweise einem Bereich von 0 bis 1000 Litern pro Stunde, feststellt. Der Strömungsmesser 34 erzeugt ein elektrisches Signal, das eine Anzeige für die Strömungsrate der Grundlage ist. Das Signal wird einem Strom/Druck-Wandler zugeführt, welcher das elektrische Signal in ein pneumatisches Signal für einen Zweck umwandelt, welcher nachstehend beschrieben wird. Die Gelgrundlage gelangt dann durch eine Leitung 36 an einen Ort 38 in der Vorrichtung.
Eine Quelle für das Schäummittel ist in einem Behälter 40 enthalten, und das Schäummittel gelangt von dem Behälter 40 durch eine Leitung 42 zu einer Pumpe 44, welche das Schäummittel in flüssiger Form hält. Das Schäummittel gelangt von der Pumpe 44 durch eine Leitung 46 zu einem Ventil 48.
Die Vorrichtung 10 hat eine pneumatische Hub-Positioniereinrichtung 51 auf der Grundlage eines stark reaktionsfähigen schnellwirkenden Keil/Zylinder-Mechanismus', welche die Einstellung proportional zu einem Luftsignal von 0,2 bis 1 Bar (3 bis 15 lb/in²) justiert. Ein Ausfall des Luftsignals oder ein Fehlen von Luftdruck bringt die Hubeinstellung auf Null zurück.
Unter Verweis auf Fig. 1, 3 und 5 gelangt das Schäummittel dann durch eine Leitung 50 zu dem Pumpenkopf 53 einer Dosierpumpe 52. Die Pumpe 52 hat ein erstes Einweg-Kugelventil 54, welches sich zwischen einer ersten Stellung weg von einem Sitz 56, um ein Durchlassen des Schäummittels durch das Ventil 54 in eine Kammer 58 zu gestatten und einer zweiten Stellung gegen den Sitz 56, um ein Durchtreten des Schäummittels von der Kammer 58 zu der Leitung 50 zu verhüten, bewegt. Die Pumpe 52 hat ein zweites Einweg-Kugelventil 60, welches sich von einer ersten Stellung weg von einem Sitz 62, um ein Durchlassen des Schäummittels von der Kammer 58 zu der Leitung 64 zu gestatten und einer zweiten Stellung gegen den Sitz 62, um ein Durchtreten des Schäummittels oder der Gelgrundlage von der Leitung 64 zu der Kammer 58 zu verhüten, bewegt. Die Pumpe 52 hat einen länglichen Zylinder 66, welcher gleitend einen Kolben 68 aufnimmt, der mit einer Kolbenstange 70 verbunden ist, und der Kolben 68 wird in dem Zylinder 66 hin- und herbewegt, während er mit dem ersten und dem zweiten Ventil 54 und 60 zusammenarbeitet, um das Schäummittel in die Kammer 68 hinein und von dort heraus zu pumpen. Die Rate der Hin- und Herbewegung des Kolbens 68 wird durch das pneumatische Signal von dem Strömungsmesser 34 gesteuert, um die Pumprate des Schäummittels in einem vorbestimmten Verhältnis bezogen auf die Strömungsrate der Gelgrundlage zu steuern. Die Pumpe 52 ist geeicht, um die gewünschte Rate von Gelgrundlage und Schäummittel zu erhalten, und das Verhältnis kann, wenn gewünscht, durch geeignete Eichungen geändert werden.
Das gepumpte Schäummittel gelangt durch die Leitung 64 zu einem Überduckventil 72, um einen übermäßigen Druck des Schäummittels in der Vorrichtung 10 zu verhüten, und das Schäummittel gelangt dann durch ein Rückschlagventil 74, welches eine Rückwärtsbewegung des Schäummittels in der Vorrichtung 10 verhütet. Das Schäummittel gelangt durch einen Strömungsmesser 75, welcher die Strömungsrate des Schäummittels feststellt, so daß das Strömungsverhältnis der Gelgrundlage und des Schäummittels verglichen werden kann. Das Schäummittel gelangt dann durch eine Leitung 76 zu einem Abgasventil 78, um Luft oder Dampf abzugasen, während ein manuelles Ventil 80 geschlossen ist, um zu bestätigen, daß des Schäummittel in flüssiger Form ist. Wenn einmal Luft oder Dampf von dem Schäummittel abgegast worden ist, wird das Ventil 80 geöffnet, um einen Durchtritt des gepumpten Schäummittels zu der Stelle 38 zu gestatten, um einen Kontakt mit der gepumpten Gelgrundlage zu ermöglichen.
Sowohl die Gelgrundlage als auch das Schäummittel werden von Stelle 38 durch eine Leitung 82 zu einem Mischer 84 gepumpt, welcher ein statischer oder ein dynamischer Mischer oder beides sein kann. Der Mischer 84 bildet das nachschäumende Gel oder eine Emulsion aus Gelgrundlage und Schäummittel je nach den Bedingungen von Vorrichtung 10, wie beispielsweise der Temperatur. Das Gel oder die Emulsion gelangt dann durch eine Leitung 86 zu einem Ventil 88 zu einem Zweck, welcher nachstehend beschrieben wird.
Die Vorrichtung 10 hat einen Speicherzylinder 90, der eine Kammer 92 und einen Kolben 94 hat, der gleitend in der Kammer 92 aufgenommen wird, wobei der Kolben 94 eine Kolbenstange 96 hat, die sich aus dem Zylinder 90 heraus erstreckt. Der Kolben 94 trennt die Kammer 92 in einen ersten Raum 98 für die Aufnahme des Gels oder der Emulsion und einen zweiten Raum 100 zur Aufnahme eines komprimierten Gases durch eine Leitung 102 von einer Druckgasquelle von beispielsweise 344 - 689 kPa (50 - 100 lbs/in²), welcher variiert werden kann, um den Druck auf dem Kolben 94 zu steuern. Das Gel oder die Emulsion wird in den ersten Raum 98 gegen den Druck auf dem Kolben 94 gepumpt, welcher so gesteuert wird, daß man einen Druck in dem bevorzugten Bereich von 413 - 689 kPa (60 - 100 lbs/in²) erhält, um das Schäummittel in flüssigem Zustand ohne Verdampfen zu halten.
Wenn der Zylinder 90 einmal voll ist, dann kann das Ventil 88 geschlossen werden, und das Gel oder die Emulsion wird durch ein Ventil 104 zu geeigneten Behältern geleitet. Im Fall des Gels wird dies in Behälter 106 mit einer offenen Oberseite geleitet, wonach dann ein Ventil an dem Behälter 106 befestigt wird, um das Gel abzugeben, wenn der Behälter mit einem geeigneten Treibmittel, das in der Technik bekannt ist, versehen worden ist. Im Fall der Emulsion wird diese durch die aktivierten Ventile 108 geeigneter Behälter 110, die in der Technik bekannt sind, geleitet, um ein sekundäres Mischen durch die Ventile 108 zu erhalten und die Emulsion zu dem nachschäumenden Gel in den Behältern 110 zu bilden. Die Behälter werden mit einem geeigneten Treibmittel versehen, wie es in der Technik bekannt ist, um das Gel aus den Behältern abzugeben, wenn die Ventile 108 aktiviert werden.
Bei einer bevorzugten Form, siehe Fig. 2, hat die Vorrichtung ein Paar Zylinder 90, 112 des vorstehend beschriebenen Typs. Das Gel oder die Emulsion wird von dem Mischer 84 durch eine Leitung 114 geführt. Das Gel oder die Emulsion gelangt von der Leitung 114 durch eine Leitung 116 mit einem manuellen Ventil 118, das der Leitung 116 zugeordnet ist, die mit dem Behälter 90 verbunden ist. Das Gel oder die Emulsion gelangt auch von Leitung 114 durch eine Leitung 120 mit einem manuellen Ventil 122, das der Leitung 120 zu dem Zylinder 112 zugeordnet ist. Die Ventile 118 und 122 können wie gewünscht betätigt werden, um die Zylinder 90 und 112 nacheinander zu füllen, wonach dann das Gel oder die Emulsion aus den Zylindern 90 und 112 in einer Art und Weise entleert wird, wie vorstehend beschrieben. Wie gezeigt, kann die Leitung 120 eine Temperatursonde 124 haben, um die Temperatur des Gels oder der Emulsion zu messen.
Eine bevorzugte Form des Zylinders 90 wird in Fig. 4 gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen. Bei dieser Ausführungsform gelangt das Gel oder die Emulsion G durch eine Leitung 126 in einen ersten Raum 98 des Zylinders 90 in einer Art und Weise, wie vorstehend beschrieben, und das Gel oder die Emulsion gelangt von dem Zylinder 90 aus einer Leitung 128 heraus, um die Behälter für die Abgabe des Produkts zu füllen. Wie gezeigt, hat die Vorrichtung 10 einen Schalter 130 zum Absenken eines hohen Flüssigkeitsstands und einen Schalter 132 zum Erhöhen eines niedrigen Flüssigkeitsstands, welche durch die Stellung eines Stiftes 134 den der Kolbenstange aktiviert werden können. Wenn der Zylinder 90 ausreichend voll mit dem Gel oder der Emulsion G ist, wird der Schalter 130 betätigt, und die Vorrichtung einschließlich der Pumpen wird ausgeschaltet, um das Aufbauen eines Drucks in der Vorrichtung zu verhüten, wenn sich eine maximale Menge des Produkts in dem Zylinder 90 befindet. Normalerweise kann der Kolben 94 des Zylinders 90 als Puffer benutzt werden, um das Produkt von der Leitung 126 durch den Zylinder 90 in die Leitung 128 zu lenken, solange die Aktivierung des Schalters 132 unterbrochen ist, und danach wird ein Durchtreten des Produkts durch den Zylinder aufrechterhalten, sofern nicht der Schalter 132 wieder berührt wird, in welchem Falle die Füllvorrichtung stromab von der Leitung 128 abgeschaltet wird, um einen "Mangel" an Gel oder Emulsion zu der Füllvorrichtung zu verhüten.
Die Gelgrundlage wird in der folgenden Weise entsprechend der nachstehend dargelegten Formulierung hergestellt:
(1) Ungefähr 20 % des Wassers einem geschlossenen Mischgefäß zusetzen.
(2) Dem Mischgefäß Fettsäure und dann GMS/Farbe zusetzen, dann auf 80 - 85º C erwärmen, bis alles Pulver geschmolzen ist.
(3) Das Triäthanolamin dem Gefäß unter Rühren zusetzen, um eine Seife zu bilden. Auf 60 ºC abkühlen. Die Hydroxyäthylzellulose zusetzen.
(4) Auf 40 ºC abkühlen und die Hydroxypropylzellulose zusetzen.
(5) Die Sorbitollösung unter Rühren der wäßrigen Seife zusetzen.
(6) Die Mischung auf 30 ºC abkühlen, den Duftstoff unter Rühren zusetzen.
Die Gelgrundlage hat die folgende Formulierung: GRUNDLAGE Palmitinsäure Stearinsäure Triäthanolamin Sorbitol - 70%ige Lösung Hydroxyäthylzellulose Hydroxypropylzellulose Glyzerylmonostearat (GMS) Duftstoff Farbstoffe Wasser nach Bedarf
Das fertige Produkt hat die folgende Formulierung: FERTIGES PRODUKT Grundlage wie vorstehend Isopentan Isobutan
Entsprechend der vorliegenden Erfindung liefert die Vorrichtung 10 eine kontinuierliche Gelherstellung bei gleichzeitiger Möglichkeit des Abfüllens in Behälter. Die vorliegende Erfindung ist folglich eine Verbesserung gegenüber einer chargenweisen Gelherstellung wegen der reduzierten Produktionszeit und weil das Produkt unmittelbar (innerhalb von 1 - 2 Minuten) nach dem Bilden abgefüllt werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zu Herstellung eines nachschäumenden Gels, welche umfaßt

eine Pumpe (14) für die Herstellung und das Pumpen des Gels oder der Emulsion;

einen Speicherzylinder (90), der eine Kammer (92) hat;

einen Kolben (94), der gleitend in der Kammer (92) des Zylinders (90) aufgenommen wird und die Kammer (92) in einen ersten Raum (98) zur Aufnahme des Gels oder der Emulsion und einen zweiten Raum (100) trennt;

eine Antriebsbaueinheit (102), um den Kolben (94) in Richtung auf das Gel in dem ersten Raum (98) zu treiben;

eine Leitung (86) für die Einleitung des Gels oder der Emulsion in den ersten Raum (98) und ein Abgabeelement (104) für das Entfernen des Gels oder der Emulsion aus dem ersten Raum (98);

eine Kolbenstangee (96), die sich von dem Kolben (94) aus dem Zylinder (90) heraus erstreckt, einen Schalter (130), der durch diese Kolbenstange (96) aktiviert wird, wenn sich der erste Raum (98) in einem maximal gefüllten Zustand befindet und eine reaktive Einrichtung, die auf diesen Schalter (130) reagiert, um die Pumpe (14) zu unterbrechen;

eine zweite Pumpe (52), die mit der Leitung (86) verbunden ist, um ein Schäummittel in die Gelgrundlage einzuleiten, ein Strömungsmesser (34), der die Strömungsrate der Gelgrundlage mißt und ein Strom/Druck-Wandler für die Umwandlung des Ausgangssignals aus diesem Strömungsmesser (34) und zum Steuern der Rate der zweiten Pumpe (52); und

einen weiteren Schalter (134), der durch die Kolbenstange (96) aktiviert wird, wenn sich der erste Raum (98) in einem Zustand minimaler Füllung befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ein Ventil (22) beinhaltet, um zu verhüten, daß das Schäummittel die Pumpe (14) passiert.