DE60124002T2

DE60124002T2 - Schaumbildungseinheit

Info

Publication number: DE60124002T2
Application number: DE60124002T
Authority: DE
Inventors: Franciskus Markus BROUWER; Hubertus Johannes KELDERS
Original assignee: R and D Injector AG
Current assignee: R and D Injector AG
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2021-11-24
Also published as: JP3999658B2; PT1343593E; CY1106265T1; EP1343593B1; BR0115603B1; EP1343593A1; CA2429685A1; CN1486221A; CN1263551C; BR0115603A; NL1016694C2; CA2429685C; WO2002042005A1; KR100886335B1; DK1343593T3; US7147133B2; AU2002222798B2; HK1062155A1; DE60124002D1; US20040069807A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaumbildungseinrichtung, die besonders für einen Flüssigkeitsbehälter geeignet ist, aufweisend eine Pumpe für Luft und eine Pumpe für Flüssigkeit, welche jeweils mit einem Einlass und einem Auslass versehen sind, wobei die Schaumbildungseinrichtung ferner eine Mischkammer, welche mit dem Auslass jeder Pumpe in Verbindung steht, einen Verteilerabschnitt, der mit einem Ausströmkanal mit einer Schaumöffnung versehen ist, wobei der Kanal mit der Mischkammer in Verbindung steht, und Ventile jeweils in dem Einlass und dem Auslass jeder Pumpe zum Einziehen der ankommenden Luft bzw. Flüssigkeit aufweist.
Eine solche Schaumbildungseinrichtung ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 97/13585 bekannt. Obwohl diese Schaumbildungseinrichtung einen guten Schaum, d.h. einen Schaum mit richtiger Struktur erzeugen kann, besteht diese bekannte Schaumbildungseinrichtung aus einer großen Anzahl von Bauteilen, die aus verschiedenen Materialien hergestellt sind. Die Kosten zur Herstellung einer solchen Schaumbildungseinrichtung sind daher relativ hoch.
Ferner ist in der US-A-4,057,176 eine Fingerpumpe des Hubkolbentyps für die Verwendung bei einem Flüssigkeitsproduktbehälter beschrieben, welche mit einem rohrförmigen Gehäuse mit einer Spritzdüse verbunden ist, die koaxial in der Hülse einer Speicherkappe mit einem Mittelventil montiert ist. Die Ventilöffnung führt zu einem Tauchrohr, welches durch den Behälter hindurch tritt. Wenn das rohrförmige Gehäuse niedergedrückt wird, wird ein Hohlkolben gegen die Spannung einer Feder angetrieben. Um ein atomisiertes Spritzen zu erzeugen, werden zwei aufeinanderfolgende Abwärtshübe benötigt. Diese Pumpe ist nur zum Spritzen von Flüssigkeit konstruiert, obwohl auch andere Produkte, wie Gase, Dämpfe oder Pulver, versprüht werden können. Jedoch kann sie keinen Schaum wie bei der vorliegenden Erfindung bilden.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Schaumbildungseinrichtungen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zu verbessern.
Zu diesem Zweck ist die Schaumbildungseinrichtung gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Durch Kombinieren der miteinander verbundenen Funktionen aller Elemente zu einem einzigen, einstückig ausgebildeten Teil kann die Anzahl von Bauteilen reduziert werden, woraus sich geringere Herstellungskosten ergeben.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung können aus den abhängigen Ansprüchen abgeleitet werden.
Die Erfindung wird nun weiter mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung erläutert, die ein Beispiel der vorliegenden Erfindung darlegt. In der Zeichnung:
1 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht einer Schaumverteilungsanordnung gemäß der Erfindung,
2 zeigt einen Querschnitt der Schaumverteilungsanordnung aus 1 in einer ersten Extremposition,
3 zeigt einen Querschnitt der Schaumverteilungsanordnung aus 1 in einer zweiten Extremposition, und
4 zeigt einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform einer Schaumbildungseinrichtung gemäß der Erfindung.
Dieselben Bezugszeichen werden in jeder der Figuren für dieselben Bauteile verwendet.
In der perspektivischen Querschnittsansicht von 1 ist eine Schaumverteilungsanordnung gezeigt, die aus einem Flüssigkeitsbehälter 1 und einer Schaumbildungseinrichtung 2 besteht. Die Schaumbildungseinrichtung 2 weist eine Pumpe 3 für Luft und einer Pumpe 4 für Flüssigkeit, welche jeweils mit einem Einlass und einem Auslass versehen sind. Der Einlass der Luftpumpe 3 steht in Verbindung mit der Umgebung, während der Einlass der Flüssigkeitspumpe 4 mit dem Inhalt des Flüssigkeitsbehälters 1 in Verbindung steht. Die Schaumbildungseinrichtung 2 weist ferner eine Mischkammer 5 auf, welche mit dem Auslass sowohl der Luftpumpe 3 als auch der Flüssigkeitspumpe 4 in Verbindung steht.
In dem oberen Teil der Anordnung befindet sich ein Verteilerabschnitt 6, welcher mit einem Ausströmkanal 7 mit einer Schaumöffnung 8 versehen ist. Der Ausströmkanal 7 verläuft von der Mischkammer 5 zu der Schaumöffnung 8. Ein oder mehrere Schaumbildungselemente sind normalerweise in diesem Kanal 7 angeordnet.
Sowohl der Auslass als auch der Einlass jeder Pumpe 3, 4 sind mit einem jeweiligen Ventil 9, 10, 11, 12 zum Zuführen von jeweiliger ankommender Luft oder Flüssigkeit versehen. Das Ventil 12 in dem Einlass der Flüssigkeitspumpe 4 ist ansonsten in den 2 und 3 gezeigt.
Die Flüssigkeitspumpe 4 weist eine Druckkammer 13 auf, die von einem hohlen zylindrischen Kolben 14 gebildet wird, welcher relativ zu einem inneren Abschnitt eines Halteelements 17 verschiebbar ist, in welchem das Ventil 12 sitzt. Es wird ansonsten angemerkt, dass der Begriff „Kolben" so zu verstehen ist, dass er ein Teil der Pumpe bedeutet, welcher bewegt wird (vergleiche 2 und 4). Die Druckkammer 13 liegt daher zwischen dem Einlassventil 12, dem Auslassventil 11 und dem Kolben 14 der Flüssigkeitspumpe 4. Außerdem weist die Luftpumpe 3 eine Druckkammer 15 auf, die von einem hohlen zylindrischen Kolben 16 gebildet wird, welcher relativ zu einem äußeren Abschnitt des zylindrischen Halteelements 17 verschiebbar ist. Die Druckkammer 15 der Luftpumpe 3 ist an der einen Seite von dem Einlassventil 10 und dem Auslassventil 9 und an der anderen Seite zwischen den Kolben 14, 16 der beiden Pumpen 3, 4 und dem Halteelement 17 begrenzt. Diese hohlen zylindrischen Kolben relativ zueinander konzentrisch platziert.
Ein Betätigungselement 16 zum Betätigen der beiden Pumpen 3, 4 ist einstückig mit dem Kolben 16 der Luftpumpe 3 hergestellt. Das Betätigungselement 16 oder der Kolben 16 der Luftpumpe 3 ist in dem Halteelement 17 gleitend angeordnet, welches die Schaumbildungseinrichtung 2 in dem Flüssigkeitsbehälter 1 hält. Auf die Verschiebung des Betätigungselements 16 wird diese Bewegung direkt auf den Kolben 16 übertragen, um die Luftpumpe 3 zu betätigen. Wenn das Betätigungselement 16 verschoben wird, wird die Flüssigkeitspumpe 4 ebenfalls dadurch betätigt, dass ein Kupplungselement 18 zwischen dem Betätigungselement 16 und dem Kolben 14 der Flüssigkeitspumpe 4 angeordnet ist, welches Kupplungselement die Verschiebung des Betätigungselements 16 auf den Kolben 14 der Flüssigkeitspumpe 4 überträgt. Schließlich wird angemerkt, dass der Verteilerabschnitt 6 tatsächlich einstückig mit dem Betätigungselement 16 oder dem Kolben 16 der Luftpumpe 3 ausgebildet ist.
1 zeigt deutlich, dass die Ventile 9, 10, 11 von Membranen mit einer vorbestimmten Dicke gebildet werden, die an den Bauteilen 14 ausgebildet sind. Bei einer Wanddicke der Bauteile 14 und 18 von etwa 1 mm ist die Dicke der zylindrischen Membranen zum Beispiel 0,2 mm. Die Ventile 9, 10, 11 werden gleichzeitig mit der Luftpumpe 3 oder der Flüssigkeitspumpe 4 aus Kunststoff spritzgegossen, um ein einziges Bauteil 14, 18 zu bilden. Für das Verständnis der vorliegenden Erfindung wird angemerkt, dass das Kupplungselement 18 als ein Teil der Luftpumpe 3 zu betrachten ist.
Das Kupplungselement 18 weist an der dem Verteilerabschnitt 6 zugewandten Seite eine Verlängerung 27 mit zwei kreisförmigen Sitzen 28, 29 mit unterschiedlichem Durchmesser auf. In diesen Sitzen sind ein oder mehrere Schaumbildungselemente platziert, zum Beispiel in der Form von feinmaschigen Sieben (nicht gezeigt). In der Ausführungsform von 4 ist das Schaumbildungselement gleichfalls in der Verlängerung 27 des Kupplungselements 18 angeordnet, wird jedoch in diesem Fall von einer Wand mit Löchern 30 gebildet, welche während des Spritzgießens des Kupplungselements 18 zusammen geformt werden. Für eine gute Schäumungswirkung haben die Löcher einen maximalen Durchmesser von etwa 0,2 mm, die Wand, in welcher sie liegen, ist etwa 0,2 mm dick, und die Wand enthält zwischen 100 und 200 Löcher, bevorzugt etwa 150 Löcher. Diese Spezifikationen können in einigermaßen einheitlicher Weise bei Schaumbildungseinrichtungen für kosmetische Produkte angewendet werden.
In der zweiten Ausführungsform der Schaumbildungseinrichtung 2, die in 4 gezeigt ist, wird ein Auslassventil 11 der Flüssigkeitspumpe 4 von einem separaten konischen Anschlag gebildet, welche mit dem oberen Rand des Kolbens 14 zusammenwirkt. An dem Anschlag 11 befindet sich eine Stange 31, welche in Kontakt an der Wand mit den Löchern 30 anliegt. Durch Dimensionierung und Materialauswahl hat dieses Schaumbildungselement 30 eine bestimmte Flexibilität erlangt, so dass es sich unter dem Einfluss von Druck verformen kann, der in der Druckkammer 13 aufgebaut und durch den Anschlag 11 und die Stange 31 übertragen wird. Das Schaumbildungselement 30 dient daher in erster Linie zusammen mit der Stange 31 dazu, das Ventil 11 zu schließen. wenn der Druck in der Kammer 13 größer als der Widerstand des Schaumbildungselements 30 ist, wird das Ventil geöffnet.
Ein Lüftungsloch 19 ist ferner in dem Halteelement 17 angeordnet, um den Flüssigkeitsbehälter 1 mit Luft aus der Umgebung aufzufüllen, wenn Flüssigkeit aus dem Behälter zur Schaumverteilung gepumpt wird. In einer nicht druckbeaufschlagten Extremposition (siehe 2) der Schaumverteilungsanordnung befindet sich das Lüftungsloch 19 zwischen zwei Dichtungsrippen 20, 21 des Luftkolbens 16. Diese Dichtungsrippen 20, 21 stellen sicher, dass in der in 2 gezeigten Position keine Flüssigkeit nach außen austreten kann, wenn die Anordnung relativ zu dieser Position auf dem Kopf stehend gehalten wird. In der zweiten Extremposition, die in 3 gezeigt ist, kann Luft von außen in den Flüssigkeitsbehälter 1 strömen, um den Behälter 1 wieder mit Luft zu füllen.
Die in den 2 und 3 gezeigten Positionen sind zwei Extrempositionen der Anordnung. Zwischen diesen beiden Positionen ist ein Hub jeweils in Abwärtsrichtung (aus der Position von 2 in die Position von 3) und in Aufwärtsrichtung (aus der Position von 3 in die Position von 2) definiert. Der Aufwärtshub ist der Saughub, bei dem sowohl Luft als auch Flüssigkeit in die jeweiligen Druckkammern 13, 15 gezogen werden, während der Abwärtshub der Förderhub ist, bei dem die Luft und die Flüssigkeit aus den Druckkammern 13, 15 in die Mischkammer 5 gedrückt werden.
Der Betrieb der Schaumbildungseinrichtung wird mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben, beginnend mit 3. Das Betätigungselement (Luftkolben) 16, das Kupplungselement 18 und der Flüssigkeitskolben 14 bilden während des Betriebs der Schaumverteilungsanordnung ein Ganzes und werden daher nachfolgend mit dem allgemeinen Begriff „Kolben" bezeichnet. Zwischen dem Kolben 14, 16, 18 und dem Halteelement 17 befindet sich eine Feder 22, welche in der in 2 gezeigten Position nicht gespannt ist.
In 3 ist der Kolben 14, 16, 18 in seiner zusammengedrückten Position und ist an der Stelle, an der er durch die Federkraft der Feder 22 nach oben gedrückt wird. Während des Aufwärtshubes wird das Volumen der Druckkammer 15 der Luftpumpe 3 größer, wodurch der Druck niedriger als der Umgebungsdruck wird. Infolge dieser Druckdifferenz wird das Einlassventil 10 der Luftpumpe 3 geöffnet, und eine Verbindung wird zwischen der Umgebung und der Luftdruckkammer 15 gebildet. Dasselbe trifft für das Volumen in der Druckkammer 13 der Flüssigkeitspumpe 4 zu. Hier wird auch das Volumen erhöht, wodurch der Druck fällt und die Flüssigkeit über ein Steigrohr 23 aus dem Flüssigkeitsbehälter 1 herausgezogen wird. Das Saugen der Flüssigkeit über das Einlassventil 12 ist möglich, da der Flüssigkeitskolben 14 mit daran angeordneten Dichtungsrippen 24, 25 nach unten verschoben wird und ein Durchgang zwischen dem Einlassventil 12 und dem Kolben 14 zu der Druckkammer 13 gebildet wird.
Die Pumpe ist nun in ihrer obersten Position (2), wobei sowohl die Luftdruckkammer 15 als auch die Flüssigkeitsdruckkammer 13 mit Luft bzw. Flüssigkeit gefüllt sind. Wenn nun auf den Kolben 14, 16, 18 eine Abwärtskraft ausgeübt wird, welche größer als die Federkraft der Feder 22 zuzüglich der Reibungskräfte zwischen dem Kolben 14, 16, 18 und dem Halteelement 17 ist, wird der Kolben 14, 16, 18 nach unten verschoben. Das Volumen in der Luftdruckkammer 15 wird reduziert, und der Druck steigt daher an, wodurch das Einlassventil 10, welches bei dem Aufwärtshub geöffnet wurde, nun zugedrückt wird, während das Auslassventil 9 geöffnet wird. Dasselbe trifft für das Volumen in der Flüssigkeitskammer 13 zu, wobei das Einlassventil 12 durch den Druckanstieg derart in seinen Sitz gedrückt wird, dass der Einlass der Flüssigkeitspumpe 4 geschlossen wird. Außerdem wird das Auslassventil 11 der Flüssigkeitspumpe 4 durch den erhöhten Druck in der Flüssigkeitsdruckkammer 13 geöffnet.
Die Luft und die Flüssigkeit gelangen in der Mischkammer 5 zusammen. Da der Luftstrom und der Flüssigkeitsstrom miteinander kollidieren, werden die beiden gut gemischt. Nachdem die Mischung durch ein oder mehrere Schaumbildungselemente hindurch geführt wurde, wird Schaum erzeugt, welcher die Schaumöffnung 8 des Verteilerabschnitts 6 der Anordnung über den Ausströmkanal 7 verlässt. Der Widerstand der Membran 11 in der in den 1–3 gezeigten Ausführungsform und der Wand mit den Löchern als Schaumbildungselement 30 in der Ausführungsform von 4 stellt sicher, dass die Flüssigkeit nicht frei aus der Flüssigkeitspumpe 4 herausströmt. Der Strom der Flüssigkeit in der Mischkammer 5 wird hierdurch gesteuert und kontrollierbar. Versuche haben gezeigt, dass dies wesentlich ist, um einen guten Schaum zu erzielen.
Da das Einlassventil 12 mit einem Anschlagkörper versehen ist, welcher mit den Dichtungsrippen 24, 25 zusammenwirkt, die an dem Kolben angeordnet sind, wird ferner eine Flüssigkeitssperre gebildet. Das heißt, dass in der Ruheposition (2) sichergestellt ist, dass keine Flüssigkeit aus der Anordnung austritt oder zwischen den Kolben 14, 16, 18 und das Halteelement 17 gelangt, wenn der Druck in dem Behälter 1 ansteigt, zum Beispiel weil der Behälter gequetscht wird. Wenn der Druck in dem Flüssigkeitsbehälter 1 ansteigt, wird der Anschlagkörper 12 gegen die Dichtungsrippe 25 gedrückt und verhindert dadurch den Durchgang der Flüssigkeit zu jeder der Druckkammern 13, 15.
Das Halteelement 17 ist zum Zwecke der Begrenzung des Hubs des Kolbens 14, 16, 18 relativ zu den Druckkammern 13, 15 mit einer Anzahl von Umfangssegmenten versehen, die mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet sind. Diese Umfangssegmente liegen vor allem in der Linie der zylindrischen unteren Wand des Halteelements 17, d.h. sie werden in dieser Position zusammen mit dem Halteelement 17 spritzgegossen, und werden während der Montage der Schaumverteilungsanordnung gebogen. Während der Montage wird das Halteelement 17 an den Flüssigkeitsbehälter 1 gerastet oder geschraubt, wohingegen der Kolben 14, 16, 18 an dem Halteelement 17 platziert wird und die Umfangssegmente 26 nach innen gebogen werden.
Die vorliegende Erfindung ist natürlich nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, die in den Zeichnungen gezeigt sind. Obwohl die Pumpen 3, 4 als konzentrisch gezeigt sind, ist es auch möglich, diese exzentrisch oder benachbart zueinander vorzusehen. Ein Beispiel einer solchen Konstruktion ist in der internationalen Patentanmeldung WO 99/54054 zu finden. Es ist ferner auch zum Beispiel möglich, das Einlassventil 12 für die Flüssigkeitspumpe 4 als eine Membran zu gestalten, die an dem Kolben 14 oder dem Halteelement 18 ausgebildet ist, wobei eine Flüssigkeitssperre in einer anderen Weise vorgesehen werden muss. In jedem Fall wird gemäß der Erfindung eine vereinfachte Schaumbildungseinrichtung mit einer relativ geringen Anzahl von Bauelementen geschaffen.

Claims

Schaumbildungseinrichtung (2) für die Verwendung in Verbindung mit einem Flüssigkeitsbehälter (1), aufweisend: – eine Pumpe für Luft (3), die mit einem Einlass mit einem Einlassventil (10) und einem Auslass mit einem Auslassventil (9) versehen ist, – eine Pumpe für Flüssigkeit (4), die mit einem Einlass mit einem Einlassventil (12) und einem Auslass mit einem Auslassventil (11) versehen ist, wobei die Pumpen (4, 3) eine Druckkammer (13, 15) mit einem verschiebbaren Kolben (14, 16) zum Erhöhen oder Reduzieren des Volumens der Druckkammer aufweisen, – eine Mischkammer (5), die wenigstens ein Schaumbildungselement aufweist und mit den Auslässen der beiden Pumpen (3, 4) verbunden ist, – einen Verteilerabschnitt (6), der einen Ausströmkanal (7) aufweist, welcher zwischen der Mischkammer (5) und einer Schaumöffnung (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (14, 16) durch ein Betätigungselement (16) gekuppelt und betätigt werden, ein mechanisches Kupplungselement (18) den Kolben (16) der Luftpumpe (3) und den Kolben (14) der Flüssigkeitspumpe (4) kuppelt, und wenigstens das Auslassventil (9) der Luftpumpe (3) als eine Membran vorgesehen und einstückig mit dem Kupplungselement (18) ausgebildet ist, um ein einziges Bauelement zu bilden.
Schaumbildungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (11) der Flüssigkeitspumpe (4) einstückig mit dem Kolben (14) der Flüssigkeitspumpe (4) ausgebildet ist, um ein einziges Bauelement (14) zu bilden.
Schaumbildungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (9, 11) als eine zylindrische Membran ausgebildet ist.
Schaumbildungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (10) der Luftpumpe (3) als eine Membran vorgesehen und einstückig mit dem Kupplungselement (18) ausgebildet ist.
Schaumbildungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumbildungselement und die Mischkammer (5) einstückig mit dem Kupplungselement (18) ausgebildet sind.
Schaumbildungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (12) der Flüssigkeitspumpe (4) von einem konischen Anschlagkörper gebildet wird, der mit der Einlassöffnung der Flüssigkeitspumpe (4) zusammenwirkt.
Schaumbildungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung der Flüssigkeitspumpe (4) mit Paaren von Dichtungsrippen (24, 25) versehen ist.
Schaumbildungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14, 16) ein Kolben mit offener zylindrischer Form ist, welcher relativ zu einem zylindrischen Halteelement (17) bewegbar ist.
Schaumbildungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (16) und der Kolben (16) der Luftpumpe (3) einstückig zu einem Teil geformt ist.
Schaumbildungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (10) und das Auslassventil (9) der Luftpumpe (3) einstückig mit dem Kupplungselement (18) ausgebildet sind, um ein einziges Bauteil zu bilden.
Schaumbildungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfangssegment (26) vorgesehen ist, welches den Aufwärtshub der Kolben (14, 16) beider Pumpen (4, 3) begrenzt.