DE69401895T2 - Abgabevorrichtung mit einem zylindrischen behälter und einem kolben - Google Patents

Abgabevorrichtung mit einem zylindrischen behälter und einem kolben

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Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Abgabevorrichtung mit einem zylindrischen Behälter, der einen Kolben aufweist.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere eine Abgabevorrichtung mit einem Behälter und einem Abgabemittel zur Abgabe des in dem Behälter enthaltenen Produktes, wobei der Behälter zylindrisch ist und einen Kolben aufweist, der aus einem Körper aus starrem Material gebildet ist, welcher einen zylindrischen Teil besitzt, der eine Dichtung aus elastischem Material trägt.
  • Im allgemeinen umfaßt der Kolben bis jetzt einen Körper aus einem starren Kunststofformteil, bei dem ein Abschnitt mit kreisförmigem Querschnitt an seinem Umfang eine Lippe aufweist, die zusammen mit dem Körper des Kolbens geformt ist und die sich axial in der Nähe einer Nut befindet, in die eine torusförmige Dichtung eingelegt ist.
  • Ein derartiger Kolben weist die Nachteile auf, daß er einerseits aufgrund seiner Konstruktion und vor allem in dem Fall, wo das abzugebende Produkt eine geringe Viskosität besitzt, keine vollkommen zufriedenstellende Dichtigkeit aufweist und er andererseits in der Herstellung teuer ist, insbesondere wenn er in großer Serie hergestellt wird. Diese Nachteile werden in der folgenden Beschreibung detaillierter beschrieben. Insbesondere bei der Abgabe von Produkten, deren Qualität sich im Kontakt mit der Umgebungsluft verschlechtert, wird eine praktisch perfekte Dichtigkeit benötigt, insbesondere in einem Fall, wo der Kolben durch ein unter Druck stehendes Gas, wie Druckluft, angetrieben wird.
  • Es wurde bereits versucht, preisgünstige Kolbendichtungen herzustellen. So beschreibt US-A-4 027 810 einen dichten Tauchkolben mit Verbindungs- und Kalfalterkartusche, dessen Dichtung so angeordnet ist, daß während der gesamten Dauer einer langen Lagerung der Kartusche eine perfekte Dichtigkeit gewährleistet ist, wobei die darin enthaltenen Produkte luft- und feuchtigkeitsempfindlich sind, und die die Phänomene der Wärmekontraktion und -ausdehnung berücksichtigt. Jedoch ist das Formen der Dichtung ebenso kompliziert wie das der Verankerungsmittel, die zur Befestigung der Dichtung am Körper des Tauchkolbens notwendig sind, obwohl die Dichtung bei der Benutzung nur bis zum Zeitpunkt des Verbrauchs des in der Kartusche enthaltenen Produktes verwendet und anschließend weggeworfen wird. GB-A-2 192 577 beschreibt die Halterung einer Rinne, die mit einer Dichtung versehen ist. Die Halterung und die Dichtung bestehen aus chemisch kompatiblen Kunststoffformteilen, die durch in situ Aufformen der Dichtung auf der Halterung die Verbindung der Dichtung gewährleisten und vermeiden, daß Halterungsmittel für die Dichtung bei der Montage der Rinne vorgesehen werden müsen und die so die Montagekosten verringern. Dazu ist jedoch einerseits anzumerken, daß eine solche Dichtung eine statische Dichtung ist und daß andererseits in diesem Dokument vorgesehen ist, falls notwendig die Verbindung der Dichtung auf chemischem Weg durch eine mechanische Verbindung zu unterstützen, beispielsweise durch Anformen von Rundstücken.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf der Feststellung der Erfinder, daß überraschenderweise ein beweglicher Kolben, der mit einer in situ aufgeformten Dichtung versehen ist, wobei der Kolben und die Dichtung aus chemisch kompatiblen Materialien bestehen, vollkommen zufriedenstellend ist, falls die Dichtung wenigstens einen halbtorus-förmigen Abschnitt aufweist, der die Dichtigkeit und die Beweglichkeit des Kolbens in die beiden Richtungen gewährleistet, so daß er für zahlreiche Produktabgaben verwendet werden kann.
  • Erfindungsgemäß ist eine Abgabevorrichtung mit einem Behälter und einem Abgabemittel zur Abgabe des in dem Behälter enthaltenen Produktes, wobei der Behälter zylindrisch ist und einen Kolben aufweist, der aus einem Körper aus starrem Material gebildet ist, welcher einen zylindrischen Teil besitzt, der eine Dichtung aus elastischem Material trägt, somit dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung durch Aufformen auf den Körper des Kolbens aus starrem Material erhältlich ist, wobei das elastische Material und das starre Material chemisch kompatibel sind, um die Verbindung der Dichtung und des Körpers des Kolbens zu gewährleisten, wobei die Dichtung wenigstens einen halbtorus-förmigen Abschnitt und eine Dichtlippe aufweist.
  • Vorteilhaft weist die Dichtung wenigstens zwei halbtorusförmige Abschnitte auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtung an einem Zwischenabschnitt des Körpers des Kolbens angeordnet, sie kann jedoch auf der gesamten Zylinderhöhe angeordnet sein. Gemäß einer Abwandlung befindet sich die Dichtung am Rand des offenen Endes des Körpers des Kolbens.
  • Bevorzugt besitzt die Dichtung aus elastischem Material eine Shore-A-Härte zwischen 30 und 120. Das Materialpaar aus starrem und elastischem Material ist ein thermoplastisches Materialpaar, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Paaren Polypropylen-EPDM, Polypropylen-Polyethylen, Polypropylen-Styrol, Polypropylen-Epdmipolypropylen- Copolymerisat, Polyamid-Polyethylen, Polyester-EPDM, Polystyrol-Polyethylen. In der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen bezeichnet die Abkürzung EPDM ein (Ethylen- Propylen-Dien, Polymethylen)-Copolymerisat.
  • Die Erfindung ermöglicht es, ein Produkt, das eine Viskosität zwischen einem Wert um 1 Poise und einem Wert um 70 Poise besitzt, sicher abzugeben, d.h. ohne Leck zwischen dem Kolben und der Innenwand des Behälters.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Abgabemittel eine Pumpe, die keine Luft ansaugt, wobei der Boden des Behälters eine Lufteinlaßöffnung aufweist.
  • Gemäß einer Variante ist das Abgabemittel ein Abgabeventil, wobei der Kolben durch ein unter Druck stehendes Treibgas angetrieben wird, welches in dem zwischen dem Boden des Behälters und dem Kolben befindlichen Volumen vorgesehen ist. Bei dieser Variante ist der Boden des Behälters mit einem Nachfüllsystem zum Auffüllen mit Treibgas versehen: Beispielsweise wird das Treibgas durch einen Stopfen, der eine im Boden des Behälters befindliche Öffnung verschließt, eingespritzt.
  • Gemäß einer anderen Variante ist das Abgabemittel der manuell betätigbare Kolben selbst, wobei die Abgabevorrichtung eine Spritze bildet.
  • Zum besseren Verständnis des Gegenstandes der Erfindung wird nun lediglich zur Illustration und nicht zur Einschränkung eine in den beigefügten Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschrieben.
  • In den Zeichnungen zeigt:
  • - Figur 1 eine erfindungsgemäße Abgabeanordnung im Teilschnitt;
  • - Figur 2 eine Schnittdarstellung eines Kolbens nach dem Stand der Technik;
  • - die Figuren 3-5 eine schematische Darstellung des Formvorgangs, der zum erfindungsgemäßen Kolben führt;
  • - Figur 6 einen Teilschnitt einer Variante des erfindungsgemäßen Kolbens;
  • - Figur 7 einen Schnitt einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Kolbens.
  • Die in Figur 1 dargestellte Abgabevorrichtung 1 umfaßt einen starren Behälter 2 mit zylindrischer Seitenwand 3 aus einem extrudierten oder spritzgegossenen thermoplastischen Material; der Behälter 2 umfaßt im Inneren der Wand 3 eine Folgekolben 16, auf dessen, dem in dem Behälter 2 enthaltenen Produkt abgewandte Seite aufgrund eines in dem Boden 5 des Behälters 2 vorgesehenen Lochs 4 der Atmosphärendruck einwirkt; eine Feder kann zwischen dem Boden 5 und dem Kolben 16 angeordnet sein.
  • Ein napfartiger Sockel 6 ist mit Hilfe von Wülsten 7, die durch entsprechende, auf der Innenfläche der Wand 3 vorgesehene Nuten aufgenommen werden, all oberen Ende des Behälters 2 eingerastet; ein von dem Sockel 6 getragener Kragen 8 bedeckt bei gleichzeitigem Einklemmen eines Dichtungsrings 9 das obere Ende der Wand 3.
  • Ein Abgabemittel, beispielsweise eine Abgabepumpe 12, die keine Luft ansaugt, ist dicht durch eine Schale 14 getragen, die auf den oberen Teil einer Hülse gebördelt ist, in der sie verläuft. Die Hülse ist, ebenfalls dicht, in der Ausnehmung des Sockels 6 auf eine von dem Boden des Sockels 6 getragene Manschette 11 eingeschnappt. Der Abgabeschaft 13 der Pumpe 12 trägt ein Betätigungsmittel 15 in Form eines Druckknopfes; eine solche Abgabevorrichtung ist an sich bekannt und wird nicht weiter detailliert beschrieben.
  • Figur 2 zeigt einen Kolben 50, mit dem üblicherweise eine Abgabevorrichtung der im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Art versehen ist. Der Kolben 50 weist einen starren Formkörper 56 aus Kunststoff mit kreisförmigem Querschnitt auf, der am Rand eine bei der Formung entstandene Lippe 57 aufweist, die sich axial in der Nähe einer Nut befindet, in die eine torusförmige Dichtung 56 eingesetzt ist. Ein derartiger Kolben 50 weist Nachteile auf: Einerseits können zwischen der Dichtung und der Innenwand des Behälters und/oder zwischen der Dichtung und dem Kolben Lecks entstehen, aufgrund der Tatsache, daß die Dichtung, die in der Nut des Kolbens rollend montiert ist, nicht auf dem gesamten Umfang der Nut identisch eingepreßt angebracht ist; andererseits führt die gegenwärtige Formungstechnologie zu einem Mikrograd auf der Oberfläche der torusförmigen Dichtung, der der Verbindungsebene der beiden Backen der Form entspricht, wobei sich dieser Mikrograd in der Ebene des größten Durchmessers des Torus oder in einer benachbarten Ebene befindet: Dieser Mikrograd ist der Ursprung mehrerer Lecks, wenn er sich in Kontakt mit der Innenwand des Behälters befindet und die Dichtung nicht mit einem Preßsitz montiert ist. Ein derartiger Kolben so ist außerdem kostspielig, denn nicht nur, daß die Herstellung des Kolbenkörpers eine Ziehform erfordert, da die zur Aufnahme der torusförmigen Dichtung gedachte Nut nicht anders erhältlich ist, auch das Einsetzen der torusförmigen Dichtung in diese Nut ist nicht umsonst, selbst wenn man diesen Vorgang automatisiert.
  • Der erfindungsgemäße Kolben 16 weist diese Nachteile nicht auf.
  • Der Körper 10 des Kolbens 16 besteht aus einem starren thermoplastischen Material und die Dichtung 17 aus einem flexiblen Material, etwa einem Thermoplast oder einem Elastomer, dessen Shore-A-Härte geringer als die des Körpers 10 ist und im Bereich von 30 bis 120 liegt. Der Körper 10 des Kolbens 16 hat eine konkave Form und seine Ausnehmung ist zum Boden 5 des Behälters 2 gerichtet, wenn er in diesem montiert ist. Der Körper 10 weist auf wenigstens einem Teil seiner Länge, der einem unteren zylindrischen Abschnitt 24 entspricht, einen Durchmesser auf, der mit dem nötigen Montagespiel dem Innendurchmesser der Wand 3 des Behälters 2 entspricht.
  • Die Dichtung 17, die auf Höhe eines zylindrischen Abschnitts 25 des Körpers 10 mit einem etwas geringeren Durchmesser als dem des Abschnitts 24 angeordnet ist, weist eine Lippe 19 und einen halbtorus-förmigen Abschnitt 18 auf, der sich in der Nähe der Lippe 19 befindet. Man erhält die Dichtung 17 durch ein zweites teilweises Aufformen auf den Körper 10 in situ, genauer gesagt nach der Formung des Körpers 10 selbst. Die Figuren 3-5 zeigen schematisch die verschiedenen Verfahrensschritte: in Figur 3 sind die beiden, mit Vertiefungen versehenen Backen 20 und 21 der Form der Formgebungsmaschine geschlossen und bereit, das starre Material aufzunehmen, um den Körper 10 des Kolbens 16 herzustellen und in einem ersten Schritt wird der Körper 10 geformt. In einem zweiten Schritt werden, wie in Figur 4 dargestellt, die Backen 20 und 21 entlang eines Spiels 22 von einander entfernt und geben so ein Volumen 23 frei, in welches das elastische Material 31, wie in Figur 5 erkennbar, eingespritzt wird, um die Dichtung 17 herzustellen, deren Lippe 19 und deren halbtorus-förmiger Abschnitt 18 somit gleichzeitig und einstückig hergestellt werden. Dabei ist zu bemerken, daß dieses Aufformverfahren nicht nur die Herstellung der Dichtung 17 sondern auch deren Montage auf dem Körper 10 des Kolbens 16 ermöglicht, auf dem sie deshalb gehalten wird, weil chemisch kompatible Materialien 30 und 31 vorgesehen sind, um das Aneinanderhaften der beiden bei der Formgebung erhaltenen Materialien aufgrund einer adhäsiven Verbindung durch das Mischen der Materialien im Grenzbereich zu gewährleisten. Als Materialpaare aus starrem und elastischem Material können Paare verwendet werden, die beispielsweise aus Polyolefin, Polyester, Polystyrol oder Polyamid für den Körper 10 des Kolbens 16 und einem Gemisch von Polyolefinen und weiteren Polyolefinen für die Dichtung 17 zusammengesetzt sind: Diese Paare können beispielsweise sein Polypropylen-EPDM, Polypropylen- Polyethylen, Polypropylen-styrol, Polypropylen- EPDM/Polypropylen-Copolymerisat, Nylon-Polyethylen ...
  • Die gegenwärtig in einer solchen Abgabevorrichtung verwendeten Produkte haben eine Viskosität zwischen 10 und 50 Poise. Es kann sich dabei um eine Emulsion von Öl in Wasser (oder von Wasser in Öl) handeln, deren Viskosität in der Größenordnung von 12 Poise liegt, um ein Gel, dessen Viskosität in der Größenordnung von 50 Poise liegt, um eine zähe Flüssigkeit, deren Viskosität in der Größenordnung von 30 Poise liegt, sowie um Produkte mit Viskositäten oberhalb von 50 Poise, die beispielsweise bis zu 70 Poise gehen können. Erfindungsgemäß kann mit einer derartigen Abgabevorrichtung auch ein Produkt mit noch geringerer Viskosität, die sogar unterhalb von einem Poise liegen kann, abgegeben werden: dazu genügt es, falls notwendig, eine Dichtung mit 2 oder mehr halbtorus-förmigen Abschnitten vorzusehen, was erfindungsgemäß leicht und mit geringen Kosten möglich ist. Figur 6 zeigt eine derartige Dichtung 27, die mit dem Körper 26 des Kolbens verbunden ist, wobei die Dichtung 27 außer der Lippe 29 zwei halbtorus-förmige Abschnitte 28A, 28B aufweist.
  • Unterschiedlichste Produkte können abgegeben werden: Selbstschäumende Gele, beispielsweise Rasiergele, Enthaarungsmittel, Pflegecremes, Haarpflegemittel, Haarfärbemittel ... Der Behälter 2 wurde als aus einem extrudierten oder spritzgegossenen thermoplastischen Material bestehend beschrieben; gemäß einer Variante ist er ein Aluminiumkörper und der Kolben wurde in ihm eingeführt bevor der Hals zur Befestigung des Abgabemittels in seine Form gebracht wird.
  • Das Abgabemittel der im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Abgabevorrichtung weist eine Abgabepumpe auf. Es versteht sich, daß das Abgabemittel auch ein Abgabeventil sein kann, und der Kolben durch ein unter Druck stehendes Treibgas angetrieben werden kann, das in dem Volumen zwischen dem Boden des Behälters und dem Kolben vorgesehen ist, wobei der Boden des Behälters in diesem Fall mit einer Rückschlagklappe zum Befüllen mit Treibgas oder mit jeglichem anderen bekannten Nachfüllsystem versehen ist. Das Abgabemittel kann auch vom Kolben selbst gebildet werden, auf den man direkt manuell einwirkt, wobei die Abgabevorrichtung dann aus einer Spritze besteht.
  • Das im Zusammenhang mit der Variante des Kolbens 16 gemäß Figur 1 beschriebene Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Kolbens ist auch auf die Herstellung der in Figur 7 dargestellten Variante des Kolbens 46 anwendbar. Der Kolben 46 weist einen aus relativ starrem Material bestehenden Körper 40 und eine aus einem flexiblen Material bestehende Dichtung 47 auf, die durch teilweises Aufformen des Körpers 40 in situ erhalten wurde. Genauergesagt weist der Körper 40 des hohlen Kolbens 46 der Variante der Figur 7 drei aufeinanderfolgende zylindrische Abschnitte 41,42,44 mit zunehmenden Durchmessern auf, wobei der Abschnitt 44 in einem Rand 45 mit kegelstumpfartiger Form endet. Ausgehend von der Verbindung zwischen den Abschnitten 42 und 44 verläuft eine Lippe 49, deren Querschnitt bis zu ihrem freien Ende abnimmt und die den Abschnitt 42 teilweise umgibt. Die Lippe 49 ist gleichzeitig mit dem Körper 40 des Kolbens 46 geformt und entspricht der Lippe 57, die im Zusammenhang mit dem Kolben der Figur 2 beschrieben wurde. Die Dichtung 47 hat, wie in Figur 7 erkennbar, in einer Ebene, die durch die Längsachse des Kolbens 46 verläuft, die Allgemeinform eines Parallelogramms und weist einen halbtorus-förmigen Abschnitt 48 auf. Die Dichtung 47 ist durch Aufformen in situ auf den Rand 45 des Körpers 40 aufgesetzt. Ein derartiger, einfach herstellbarer Kolben 46 weist die gleichen Vorteile auf, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem Kolben 16 der Figur 1 beschrieben wurden. Der Kolben 46 wird bevorzugt in einer Abgabevorrichtung verwendet, dessen Betätigungsmittel ein Abgabeventil ist und bei dem der Kolben durch ein unter Druck stehendes Treibgas angetrieben wird, wobei der Druck vorteilhaft auf die Dichtung 47 einwirkt, die sich am offenen Ende des Kolbens 46 an der Innenwand des Behälters 2 befindet. Exzellente Ergebnisse sind aber auch dann erhältlich, wenn der Kolben 46 in einer Abgabevorrichtung verwendet wird, dessen Abgabemittel eine Abgabepumpe ist, wie sie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde. Vorteilhaft besteht der Körper 40 des Kolbens 46 aus Polypropylen und die Dichtung 47 aus einem EPDM/Polypropylen-Copolymerisat.

Claims (11)

1. Abgabevorrichtung mit einem Behälter (2) und einem Abgabemittel zur Abgabe des in dem Behälter (2) enthaltenen Produktes, wobei der Behälter (2) zylindrisch ist und einen Kolben (16, 26, 46) aufweist, der aus einem Körper (10, 40) aus starrem Material (30) gebildet ist, welcher einen zylindrischen Teil besitzt, der eine Dichtung (17, 27, 47) aus elastischem Material (31) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17, 27, 47) durch Aufformen auf den Körper (10, 40) des Kolbens (16, 26, 46) aus starrrem Material (30) erhältlich ist, wobei das elastische Material (31) und das starre Material (30) chemisch kompatibel sind, um die Verbindung der Dichtung (17, 27, 47) und des Körpers (10, 40) des Kolbens (16, 26, 46) zu gewährleisten, wobei die Dichtung (17, 27, 47) wenigstens einen halbtorus-förmigen Abschnitt (18, 48) und eine Dichtlippe (19, 29) aufweist.
2. Abgabevorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (27) wenigstens zwei halbtorus-förmige Abschnitte (28A, 28B) aufweist.
3. Abgabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 26 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17, 27) gegenüber einem Zwischenabschnitt (25) des Körpers (10) des Kolbens (16, 26) angeordnet ist.
4. Abgabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (47) gegenüber dem Rand (45) des offenen Endes des Körpers (40) des Kolbens (46) angeordnet ist.
5. Abgabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17, 27, 47) aus elastischem Material (31) eine Shore-A-Härte zwischen 30 und 120 besitzt.
6. Abgabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar aus starrem Material (30) und elastischem Material (31) ein thermoplastisches Materialpaar ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Paaren Polypropylen-EPDM, Polypropylen-Polyethylen, Polypropylen-Styrol, Polypropylen-EPDM/Polypropylen- Copolymerisat, Polyamid-Polyethylen, Polyester-EPDM, Polystyrol-Polyethylen.
7. Abgabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das abzugebende Produkt eine Viskosität zwischen einem Wert um 1 Poise und einem Wert um 70 Poise besitzt.
8. Abgabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß daß Abgabemittel eine Pumpe (12) ist, die keine Luft ansaugt, wobei der Boden (5) des Behälters (2) eine Öffnung (4) aufweist.
9. Abgabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgabemittel ein Abgabeventil ist, wobei der Kolben (16, 26, 46) durch ein unter Druck stehendes Treibgas angetrieben wird, welches in dem zwischen dem Boden des Behälters (2) und dem Kolben (16, 26, 46) befindlichen Volumen vorgesehen ist.
10. Abgabevorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Behälters mit einem Nachfüllsystem zum Auffüllen mit Treibgas versehen ist.
11. Abgabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgabemittel der manuell betätigbare Kolben (16, 26, 46) selbst ist, wobei die Abgabevorrichtung (1) eine Spitze bildet.
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