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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft unter Druck gesetzte Ausgabebehälter, wie
beispielsweise Aerosolbehälter, bei
denen das auszugebende Produkt und die druckerzeugenden Medien,
d.h. das Treibmittel, durch eine Trennung zu beiden Seiten eines
Sperrelements isoliert voneinander gehalten sind. Ein Aerosolbehälter dieses Typs
wird allgemein als ein „Sperrelementpaket„-Aeorsolbehälter bezeichnet.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Aerosol-Sperrelementpakete
des Standes der Technik gab es in zumindest drei allgemeinen Arten.
Bei dem Sperrelementpaket des Kolbentyps ist das Sperrelement ein
kolbenartiges Bauteil, das in dem Behälter in einer verschiebbaren
Weise bezüglich
der Innenseite des Behälters
montiert ist. Das auszugebende Produkt ist auf der Ventilseite des
Kolbens angeordnet, und das Treibmittel, welches den Druck im Behälter erzeugt, befindet
sich auf der anderen Seite des Kolbens. In dem Aerosol-Handbuch,
2. Ausgabe, 1982, ist ein durch die American Can Company unter dem
Handelsnamen „Mira-Flo„ vermarkteter
Aerosol-Spender des Kolbentyps beschrieben. Bei dem Mira-Flo-Spender
ist der Kolbenmantel derart konstruiert, dass er dicht gegen die Behälterseiten
abschließt,
um einen Übertritt
des Treibgases in die Produktkammer auf der anderen Seite des Kolbens
zu verhindern. Eine Betätigung
des Aerosol-Ausgabeventils bewirkt eine Druckverminderung in der Produktkammer,
wodurch der Druck in der Treibmittelkammer den Kolben zum Ausgabeventil
treibt und eine Ausgabe des Produkts durch das Ausgabeventil bewirkt.
Beispiele eines Sperrelementpakets des Kolbentyps sind in den US-Patenten
Nr. 3,022,923, 3,756,476 und 3,929,132 beschrieben.
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Bei
einem zweiten Typ von Aerosol-Sperrelementpaket ist ein flexibler
Faltbeutel in dem Behälter
befestigt, welcher entweder zu dem Aerosol-Ausgabeventil oder zur
Bördelung
der Behälteröffnung offen
ist. Die Continental Can Company führte in den späten 1960ern
einen Aerosol-Sperrelement-Spender ein, der als „Sepro-Can„ bekannt ist. Der Sepro-Can
enthält
einen inneren Plastik-Produktbeutel mit einer Öffnung, die an der Ventilöffnung an
der Oberseite des Behälters
angebracht ist. Die Seitenwände
des Beutels erstrecken sich entlang der Seitenwände des Behälters und sind wie ein Akkordeon gefaltet,
sodass der Beutel unter dem Einfluss eines Drucks in dem übrigen Teil
des Behälters
nach innen und oben zusammenklappen kann, wenn der Beutel entleert
wird. Patente, die ein Sperrelementpaket des zweiten Typs veranschaulichen,
sind in den US-Patenten
Nr. 3,788,521, 3,896,970 und 4,067,499 ausgeführt. Modifikationen von Sperrelementpaketen
des zweiten Typs beinhalten das Anbringen des Beutels an der Seitenwand
des Behälters
oder an der Verbindung zwischen der Seitenwand des Behälters und
dem Deckel des Behälters.
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Ein
dritter Typ eines vorbekannten Sperrelementpakets ist ein sich entfaltendes
napfförmiges
Sperrelement, wobei das Sperrelement eine Außenwand aufweist, welche in
einem Dichtungsflansch endet, wobei die Außenwand angrenzend an der Innenwand
des Behälters
angeordnet ist. Die Innenwand des Sperrelements ist zunächst innerhalb
der Außenwand
gefaltet, wobei die Innenwand in einem das Ende verschließenden Abschnitt
endet. Das Sperrelement ist in einem Aerosolbehälter mit Ventil enthalten und
an der zwischen der Seitenwand und dem unteren Endverschluss des
Behälters
gebildeten Verbindung abgedichtet. Das Produkt wird durch die mit
einem Ventil versehene Öffnung
des Behälters,
und das Treibmittel wird durch eine Öffnung im unteren Endverschluss
des Behälters
eingefüllt.
Eine Betätigung
des Ventils verringert den Druck in dem Produktraum und bewirkt,
dass die Innenwand des Sperrelements sich von innerhalb der Außenwand
des Sperrelements entfaltet und dass der das Ende verschließende Abschnitt
der Innenwand des Sperrelements vorgeschoben wird und dadurch das
Produkt zu dem Ausgabeventil treibt. Ein Patent, das den dritten
Typ eines vorbekannten Sperrelementpakets veranschaulicht, ist das
US-Patent Nr. 3,109,463.
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Ein
Problem bei dem Sperrelementpaket des Kolbentyps der ersten Art
ist die unvollkommene Dichtung zwischen dem Seitenrand des Kolbens
und der Seitenwand des Behälters,
die ein Eindringen von Treibmittel in das Produkt mit einer daraus
folgenden Ausgabe von Treibmittel während einer Produktausgabe
sowie eine Verunreinigung des Produkts mit Treibmittel gestattet.
Ebenso ist es nicht ungewöhnlich
für Aerosolbehälter, verbeult
zu werden und so ihre eigentliche Außenform zu verlieren, mit der
Folge, dass der Kolben nach der abweichenden Struktur in dem Behälter keine
Axialbewegung mehr ausführen
kann.
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Ein
Problem bei den Sperrelementpaketen des zweiten Typs, bei denen
das Sperrelement an dem Ventil oder der Ventilöffnung des Behälters angebracht
ist, besteht darin, dass das Sperrelement sich in einer Weise zusammenfaltet,
dass es ein Einschließen
des Produkts in Taschen des zusammenfaltbaren Sperrelements erlaubt,
mit der Folge einer unerwünschten
Verminderung der Entleerung des Produkts aus dem Behälter.
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Bei
dem hier beschriebenen dritten Typ eines herkömmlichen Sperrelementpakets
schiebt sich das sich entfaltende napfförmige Sperrelement nicht nach
und nach und gleichmäßig gegen
die Innenwand des Behälters
vor, sondern neigt dazu, das Produkt gegen die Wand oder in in dem
Sperrelement selbst gebildeten Taschen einzufangen, wenn es sich
entfaltet. Bemühungen,
diese Probleme zu lösen,
schlossen ein Hinzufügen
eines zusätzlichen
starren Kolbens zu dem das Ende verschließenden Abschnitt der Innenwand
oder ein Anhaften der Außenwand
des Sperrelements in einer abziehbaren Weise an der Innenwand des
Behälters
ein. Allgemein können
Sperrelemente des dritten Typs schwierig geformt, und auch nur schwierig
in den Behälter eingesetzt
und mit diesem dicht verbunden werden.
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Weiter
ist in der
US 3,494,513 ein
Raumfahrzeug-Treibmitteltank offenbart, der eine Innenmembran aufweist,
gegen die unter Druck gesetztes Gas drückt, um zu expandieren und
die Membran zu verschieben, um dadurch die Treibmittel aus dem Tank
auszustoßen.
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Außerdem ist
aus der
US 3,415,425 ein
Aerosol-Spender mit einem unitären
flexiblen Sperrelement zur Verwendung in einem Mehrzonen-Druckbehälter mit
Ventil bekannt, welcher eine bearbeitete Raumform mit einer Enddichtungseinrichtung,
einen flexiblen und dehnbaren Wandabschnitt sowie einen zentralen
Kolbenbereich aufweist, wobei die Dichtungseinrichtung, der Wandabschnitt
und der Kolbenbereich als eine unitäre Raumform mit einer ausreichenden
Steifheit zum Beibehalten ihrer Form vor dem Einsetzen in einen
und dem Gebrauch in einem Mehrzonen-Druckbehälter ausgebildet sind. Die
Enddichtungseinrichtung ist zur Dichtung in einem Behälter ausgebildet,
um eine Treibmittelzone und eine Produktzone zu bilden, und der
flexible und dehnbare Wandabschnitt weist ein inneres Wandsegment
und ein äußeres Wandsegment
auf, die über eine
Faltung verbunden sind. Das äußere Wandsegment
und das innere Wandsegment besitzen im Wesentlichen eine zylindrische
Form, wobei sich das äußere Wandsegment
von der Enddichtungseinrichtung zu der Faltung erstreckt und das
innere Wandsegment von der Faltung ausgeht. Weiter ist der zentrale
Kolbenbereich mit dem untersten Teil des inneren Wandsegments verbunden
und erstreckt sich von diesem nach innen, um das unitäre Sperrelement
zu schließen
und zu vervollständigen.
Das innere Wandsegment besitzt eine ausreichende Flexibilität, um eine
Bewegung des inneren Wandsegments und des zentralen Kolbenbereichs
unter dem Einfluss des Treibmitteldrucks in einer axialen Richtung
zu erlauben, und das äußere Wandsegment
besitzt eine ausreichende Dehnbarkeit, um sich unter dem Einfluss
eines Treibmitteldrucks nach außen
zu dehnen, um sich von der Enddichtungseinrichtung zu der Faltung
zunehmend wesentlich der Behälterinnenfläche anzupassen,
und das innere Wandsegment besitzt eine ausreichende Dehnbarkeit,
um sich unter dem Einfluss eines Treibmitteldrucks nach außen zu dehnen,
um sich von der Faltung im Wesentlichen an die Behälterinnenfläche anzupassen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
Anbetracht dieses aus der
US
3,415,425 bekannten nächsten
Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein unitäres
flexibles und dehnbares Sperrelement zur Erfindung in einem Mehrzonen-Druckbehälter mit
Ventil vorzusehen, das einfach herzustellen und zu transportieren
ist, das einfach in den Behälter
einzusetzen und an ihm abzudichten ist, das einen Austritt der Fluide
aus einem Raum zu dem anderen Raum verhindert, und das keine Taschen
bildet und deshalb eine Entleerung beträchtlicher Mengen des auszugebenden
Produkts nicht verhindert.
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Diese
Aufgabe wird durch das unitäre
flexible und dehnbare Sperrelement gelöst, wie es in Anspruch 1 definiert
ist.
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Aufgrund
einer ausreichenden Steifheit, um seine Form vor dem Einsetzen in
den Behälter
beizubehalten, sowie des Vorhandenseins des konischen äußeren Wandsegments
ist das Sperrelement der vorliegenden Erfindung sehr einfach in
den Boden des Behälters
einsetzbar. Ferner ist das äußere Wandsegment
wenigstens im Ausgangszustand dicker und steifer als das innere
Wandsegment im Ausgangszustand. Aufgrund des konischen äußeren und
inneren Wandsegments ist das Sperrelement mit anderen Sperrelementen
zur Bequemlichkeit und Kostenreduzierung beim Transport ineinander
steckbar. Ferner vereinfacht das Ineinanderstecken eine schnelle
und einfache maschinelle Zufuhr von gestapelten Sperrelementen nacheinander
in die Behälter.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist das innere Wandsegment auch etwas kürzer als
das äußere Wandsegment;
und die Dichtungseinrichtung ist ein sich radial erstreckender Flansch,
der als eine Dichtung zwischen dem untersten Teil der Seitenwand
des Behälters
und dem unteren Verschluss des Behälters dient. Der zentrale Kolbenbereich
kann auch dicker als das innere Wandsegment sein.
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Die
Gesamtlänge
der flexiblen und dehnbaren Wandabschnitte und die Kontur des zentralen
Kolbenbereichs sind derart konstruiert, dass sich das Sperrelement
bei einer vollständigen
Entleerung des Produkts aus dem unter Druck gesetzten Behälter gegen
alle Innenflächen
des Behälters
pressen wird, um dadurch die Entleerung der Behälterinhalte zu maximieren.
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Ein
besonders vorteilhaftes Material für Sperrelemente ist Polyethylenterephtalat
(PET). In Fällen,
in denen die Durchlässigkeit
durch das Sperrelement von Bedeutung ist, kann das Sperrelement
der vorliegenden Erfindung einen unitären Mehrschichtenaufbau verwenden.
Derartige Mehrschichtenaufbauten, ihre Baumaterialien und ihre Herstellung
sind dem Fachmann wohlbekannt. Im Allgemeinen ist bei einem Dreischichtensystem
die innere Schicht ein Material, das den Transport von Treibmittel
und Produkt hindurch verhindert, und die äußeren Schichten sind bezüglich des
Treibmittels und des Produkts inert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels des Sperrelements
dieser Erfindung.
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2 ist
eine Seitenquerschnittsansicht des Sperrelements von 1,
das in einem leeren Aerosolbehälter
angeordnet ist, wobei die obere Öffnung
des Behälters
schematisch und das Aerosolventil gar nicht gezeigt sind.
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3 ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels zum Bilden
der Dichtung zwischen der Dichtungseinrichtung des Sperrelements,
der Seitenwand des Behälters
und dem Bodenverschluss des Behälters.
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4a und 4b sind
schematische Ansichten des Sperrelements dieser Erfindung in einem
Aerosolbehälter,
wobei in 4a das Sperrelement in einer
Ausgangsstellung kurz nach dem Füllen
des Behälters mit
Produkt und Treibmittel und in 4b die
Endkontur des Sperrelements nach der Entleerung des Produkts aus
dem Behälter
gezeigt ist.
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5 ist
eine Teilquerschnittsansicht eines Mehrschichten-Sperrelements der
vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des zentralen
Kolbenbereichs des Sperrelements dieser Erfindung.
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7 zeigt
Sperrelemente dieser Erfindung in einer ineinander geschachtelten
Beziehung.
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8 ist
eine schematische Darstellung der mehreren Schritte, die bei der
Herstellung des Sperrelementpakets dieser Erfindung aus einer Kunststoffbahn
verwendet werden.
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9 ist
ein Schema des Thermoformwerkzeugs, das bei der Formung des Sperrelementpakets
dieser Erfindung verwendet wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bezug
nehmend nun auf die Zeichnungen, zeigt 1 ein allgemein
mit 10 bezeichnetes unitäres Sperrelement, wie es ursprünglich geformt
ist, wobei das Sperrelement eine Wand 11 mit einem flexiblen
und dehnbaren äußeren Wandsegment 12 und
einem flexiblen und dehnbaren inneren Wandsegment 14, die durch
eine Faltung 15 verbunden sind, aufweist, wobei das äußere Wandsegment 12 in
einen Dichtungsflansch 16 ausläuft. Am Ende 18 des
inneren Wandsegments 14 verläuft ein zentraler Kolbenbereich 20 nach innen,
um das Sperrelement zu schließen.
Es ist zu beachten, dass das äußere Wandsegment 12 eine
steile Kegelstumpfform besitzt, die sich von dem Dichtungsflansch 16 zu
der Faltung 15 erstreckt, und dass das innere Wandsegment 14 eine
entgegengesetzt zu dem äußeren Wandsegment 12 gerichtete,
steile Kegelstumpfform besitzt, die sich von der Faltung 15 zu
dem zentralen Kolbenbereich 20 erstreckt.
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Das äußere Wandsegment 12,
einschließlich
des Dichtungsflansches 16, ist ausreichend dick und steif,
um dem Sperrelement eine bearbeitete Raumform zu verleihen, und
bewirkt, dass das Sperrelement freistehend und zum Einsetzen in
den Behälter
bereit ist.
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Es
wurde festgestellt, dass ein aus PET gebildetes Sperrelement mit
den folgenden Abmessungen zufriedenstellend als ein Sperrelement
in einem unter Druck gesetzten Behälter wirkt:
| Dicke
des Dichtungsflansches: | 0,178
mm (0,007'') |
| Dicke
des äußeren Wandsegments: | 0,178
mm (0,007'') am Flansch, abnehmend
auf 0,102 mm (0,004")
an der Faltung |
| Dicke
des inneren Wandsegments: | 0,102
mm (0,004'') an der Faltung,
abnehmend auf 0,051 mm (0,002'') am zentralen Kolbenbereich |
| Dicke
des zentralen Kolbenbereichs: | 0,051
mm (0,002'') an der Verbindungsstelle
des inneren Wandsegments und des zentralen Kolbenbereichs, zunehmend
auf 0,102 mm (0,004'') direkt an der vorgenannten
Verbindungsstelle und weiter zunehmend auf 0,178 mm (0,007'') im Mittelbereich des Kolbens |
| Länge des äußeren Wandsegments: | 79,4
mm (3 1/8'') |
| Länge des
inneren Wandsegments: | 65,9
mm (2 19/32'') |
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Der
mit dem vorbeschriebenen PET-Sperrelement benutzte Behälter war
eine 202 × 509
geradseitige Dose mit einem Durchmesser von 54,0 mm (2 1/8'') und einer Länge von 141,3 mm (5 9/16'').
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Das
Sperrelement hatte eine 1°-Kegelsteigung
für sowohl
das äußere als
auch das innere Wandsegment 12 bzw. 14, um eine
Faltung 15 mit einem eingeschlossenen Winkel von 2° zwischen
dem äußeren und dem
inneren Wandsegment 12 und 14 zu bilden. Es wird
angenommen, dass einen 3°-Kegelsteigung
für sowohl
das äußere als
auch das innere Wandsegment ebenso zufriedenstellend funktionieren
wird. Der zentrale Kolbenbereich für das oben beschriebene Sperrelement
hat eine Konstruktion, wie in 1 gezeigt,
wobei das Ende 18 an der äußeren Begrenzung des Kolbens
eine Tiefe von 4,775 mm (0,188'') und einen Radius
von 1,60 mm (0,063'') aufweist. Der Dichtungsflansch 16 für das beschriebene
Sperrelement besitzt einen Wenderadius in das äußere Wandsegment 12 von
1,98 mm (0,078'').
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2 zeigt
das Sperrelement 10 eingesetzt in einen allgemein mit 22 bezeichneten
Druckbehälter
mit Ventil, mit einer Innenwandfläche 23, und dauerhaft
verbunden mit dem Behälter
durch den Dichtungsflansch 16 mittels einer geeigneten
Crimpverbindung des Flansches 16 zwischen der durch das
untere Ende 24 der Seitenwand des Behälters 22 und der äußeren Begrenzung
des Bodenverschlusses 26 des Behälters 22 gebildeten
Verbindung. Ohne die Art des (Aerosol-)Druckbehälters, mit dem das Sperrelementpaket
dieser Erfindung brauchbar eingesetzt werden kann, begrenzen zu
wollen, wurde festgestellt, dass es insbesondere bei dem Einsatz
in einem Aerosolbehälter,
der allgemein als ein „eingezogener„ Behälter bezeichnet
wird, brauchbar ist. Eine dicht verschließbare Öffnung 28 ist in dem
Bodenverschluss 26 zum Einfüllen eines Treibmittels vorgesehen.
Ein manuell aktivierbares Ventil (nicht gezeigt) ist in einer dem
Fachmann wohlbekannten Weise in der Öffnung 29 des Druckbehälters 22 angeordnet.
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In 2 trennt
das Sperrelement 10 das Innere des Behälters 22 in einen
Mehrzonen-Druckbehälter; die
obere Zone 32 zum Aufnehmen des abzugebenden Produkts und
die untere Zone 34 zum Aufnehmen des Treibmittels. Im Allgemeinen
wird der Behälterhersteller
das Sperrelement 10 in den Behälter 22 einsetzen
und das Sperrelement mit dem Behälter
dicht verbinden, wie oben beschrieben. Ein Produktfüller wird
danach das Produkt und das Treibmittel in die jeweiligen Kammern 32 und 34 einfüllen.
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Für viele
Anwendungen des Sperrelementpakets der vorliegenden Erfindung in
einem Aerosolbehälter wird
das Sperrelement 10, wie es in 1 gezeigt
ist, in den Behälter 22 eingesetzt
und am unteren Ende dicht mit dem Behälter verbunden, wie in 2 gezeigt
und oben beschrieben.
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Alternativ
kann nach der unteren Abdichtung des Sperrelements 10 in
dem Behälter 22,
wie in 2 gezeigt, und mit dem an seinem Platz im Behälter 22 befindlichen
Aerosolventil ein Treibmittel in den Behälter 22 in die Zone 34 eingelassen
werden, um zu bewirken, dass sich das Sperrelement 10 vollständig oder
teilweise in dem Behälter 22 ausdehnt
(in 4b ist es vollständig ausgedehnt dargestellt),
wobei es selbstverständlich
ist, dass das Aerosolventil in der Behälteröffnung, wenn es vorhanden ist,
geöffnet
sein muss, um die Ausdehnung des Sperrelements zu erlauben. Nachdem
sich das Sperrelement 10 in dem Behälter 22 ausgedehnt
hat, kann ein Produkt mit Druck in die Zone 32 gefüllt werden,
um zu bewirken, dass sich das Sperrelement 10 zu der Form
oder ähnlich
der Form, wie sie in 2 gezeigt ist, zurückfaltet.
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Eine
weitere Alternative besteht darin, das Sperrelementpaket dieser
Erfindung oben abzudichten, d.h. das Sperrelementpaket dieser Erfindung
umzudrehen und den Dichtungsflansch 16 zwischen dem Deckelabschnitt
des Behälters 22 und
der oberen Seitenwand des Behälters
abzudichten. In einer derartigen Anordnung mit oberer Abdichtung
kann ein Produkt in die Produktzone eingeleitet werden, um zu bewirken,
dass sich das Sperrelement 10 vollständig nach unten in dem Behälter 22 ausdehnt,
um sich im Wesentlichen an die Innenfläche 23 des Behälters 22 anzupassen.
Während
des Einfüllens
des Produkts in den Behälter
kann es notwendig sein, eine Einrichtung zum Evakuieren von Luft
in der Treibmittelzone vorzusehen. Nach dem Einleiten von Treibmittel
in die Treibmittelzone ist der Behälter funktionsbereit, um durch
eine Betätigung
des in der Behälteröffnung 29 angeordneten
Aerosolventils das Produkt auszugeben. Bei einer vollständigen Entleerung
des Produkts aus dem Behälter 22 wird
das Sperrelement 10 eine Form wie in 1 annehmen,
wobei die innere Wand 14 in der äußeren Wand 12 gefaltet
sein wird, aber bei dem oben abgedichteten Dichtungsflansch 16 wird
das Sperrelement 10 in einer umgekehrten Weise wie die
in 2 gezeigte in dem Behälter sein. In beiden, gerade
oben beschriebenen alternativen Anordnungen und Verfahren, ist die äußere Wand 12 wesentlich
dicker und steifer als die innere Wand 14.
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3 zeigt
eine Konstruktion zum Befestigen des Sperrelements 10 an
dem Behälter 22. 3 zeigt die
Sperrelement-Dichtungseinrichtung als einen Endflansch 16,
der von dem äußeren Wandsegment 12 ausgeht.
Der Flansch 16 passt dicht zwischen die Flansche 24 und 26.
Die Naht wird durch Aufrollen der Flansche 24, 26 und 16 zu
der Seitenwand 12 gebildet, um durch dem Fachmann bekannte
Techniken eine Walznaht zu bilden. Es kann eine Doppel-Walznaht
verwendet werden. Die Dicke und die Länge des Dichtungsflansches 16 werden
durch die Anforderungen der Rollnähte bestimmt, welche durch
die Art des Behälters
und des Aufrollwerkzeuges variieren können. Der Dichtungsflansch 16 dann
dicker sein als das angrenzende äußere Wandsegment 12.
Der Dichtungsflansch 16 kann als eine Dichtung wirken,
indem er das Sperrelement mit der Basis des Behälters abdichtet. Erforderlichenfalls
kann ein Klebstoff zu den Bauteilen gegeben werden, welche die Walznaht
bilden sollen.
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4a zeigt
das Sperrelement in einer Ausgangsstellung kurze Zeit nach dem Laden
des Behälters mit
Produkt und Treibmittel. Während
dieser kurzen Zeitdauer vor der Benutzung durch den Verbraucher
hat sich das äußere Wandsegment 12 wegen
des Treibmitteldrucks ausgehend von seiner Stellung von 2 ausgedehnt,
um die Innenwandfläche 23 des
Behälters 22 zu
berühren
und sich ihr vollständig
anzupassen. Aufgrund der Kegelstumpfform des äußeren Wandsegments 12 treten
der Kontakt und die Anpassung des äußeren Wandsegments fortschreitend
von dem Flansch 16 zu der Faltung 15 nach oben
auf, wodurch das Produkt aus dem Raum zwischen dem äußeren Wandsegment 12 und
der Innenwandfläche 23 des
Behälters 22 entfernt
wird.
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Bei
kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Betätigung des in der oberen Öffnung des
unter Druck gesetzten Behälters
angeordneten Ventils wird das Produkt aus dem Behälter durch
Verringern des Drucks in der Produktzone 32 und Bewirken
des größeren Drucks
in der Treibmittelzone, um das Sperrelement gegen das Produkt auszudehnen
und das Produkt durch das Ausgabeventil des Behälters zu drücken, entleert. Wenn das Produkt
aus dem Behälter 22 entleert
wird, bewegen sich das innere Wandsegment 14 und der zentrale
Kolbenbereich 20 axial zu dem Aerosol-Ausgabeventil, wenn
sich das Sperrelement entfaltet.
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Das
Sperrelement kann derart bemessen sein, dass nach einer Entleerung
des meisten Produkts in dem Behälter
der zentrale Kolbenbereich noch nicht hoch genug angestiegen ist,
um die Produktausgabeöffnung(en)
in dem Ventil zu verschließen.
Wenn sich die Entleerung ihrem Ende nähert, kann das Sperrelement sich
ausdehnen, um die durch die gestrichelte Linie in 4b gezeigte
Konstruktion anzunehmen, wobei es selbstverständlich ist, dass in 4b das äußere und
das innere Wandsegment 12 und 14 die Innenwandfläche 23 berühren und
sich ihr voll anpassen.
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Es
wurde beobachtet, dass die Kegelstumpf-Konstruktion des inneren
Wandsegments 14 sowie die dehnbare Natur des Sperrelements 10 zu
der Innenwandfläche 23 des
Behälters 22 in
einem zunehmenden Fortschreiten der Außenfläche des inneren Wandsegments
in einer axialen Richtung gegen die Innenwandfläche 23 des Druckbehälters resultieren,
um das zunehmende Fortschreiten des Produkts zu dem Ausgabeventil und
eine Minimierung des Einfangens oder Einschließens von Produkt zwischen der
Außenseite
des Sperrelements und der Innenseite des Behälters zu bewirken. Es wurden
keine Taschen beobachtet, die sich in dem Sperrelement selbst gebildet
haben.
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Die
Kegelform des äußeren Wandsegments
erleichtert das Einführen
des Sperrelements der vorliegenden Erfindung in den Druckbehälter. Das
Vorhandensein der Konizität
sowohl des äußeren als
auch des inneren Wandsegments, und, dies bei kleinen Winkeln, erlaubt
auch ein maximales Ineinanderstecken der Sperrelemente zur bequemen
Handhabung und Kostenersparnis beim Verbringen der Sperrelemente
von einem Herstellungsort zu dem Ort der Durchführung der Behälterherstellung.
Am Ort der Behälterherstellung
erleichtern die Stapel der ineinander geschachtelten Sperrelemente
ein schnelles und einfaches Zuführen
der Sperrelemente nacheinander in die Behälter. Jedes der ineinander
gesteckten Sperrelemente kann unter dem Einfluss eines anfänglichen
Vakuums in der Behälterschale
aus seinem Stapel in den gewünschten
Behälter gezogen
werden, wobei jedes Sperrelement bei seinem Einsatz in den Behälter das
Vakuum absperrt; alternativ kann jedes der ineinander gesteckten
Sperrelemente durch Luft aus seinem Stapel in den gewünschten Behälter geblasen
werden. Die nächste
Behälterschale
wird unter den Stapel der ineinander geschachtelten Sperrelemente
zugeführt,
und der gleiche Prozess wird für
den nächsten
Behälter
und das nächste
Sperrelement fortgesetzt. Behälter
werden weiter nacheinander unter die ineinander geschachtelten Stapel
von Sperrelementen zugeführt,
und die Verschachtelung erlaubt eine Hochgeschwindigkeits- und sehr
einfache Zuführ-Funktion.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des zentralen Kolbenbereichs 20, der mehrere Verstärkungsrippen 100 aufweist,
die der Steifigkeit des zentralen Kolbenbereichs 20 dienen.
Abhängig
von dem Gewicht und der Art des auszugebenden Produkts kann es von
Vorteil sein, einen dickeren und/oder verstärkten zentralen Kolbenbereich
und/oder dickere Wandsegmente zu haben, um eine gleichmäßige und
voll-ständige
Ausgabe des Produkts sicherzustellen. Alternativ kann es wünschenswert
sein, einen zentralen Kolbenbereich zu haben, der dünner als
das angrenzende innere Wandsegment ist, um eine vollständige Ausdehnung
des zentralen Kolbenbereichs in die oberen Ausnehmungen des Behälters zu
ermöglichen.
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Um
das Problem des Durchtritts von Treibmittel und/oder Produkt durch
das Sperrelement, welches bei früheren
Spendern festgestellt wurde, zu überwinden,
besteht das flexible Sperrelement gemäß der vorliegenden Erfindung
optional aus einem mehrschichtigen Material. 5 zeigt
einen Wandaufbau, der aus einer inneren Schicht 102 aufgebaut
ist, die zum Verhindern des Transports von Treibmittel und Produkt
konstruiert ist. Die Schicht 102 liegt zwischen äußeren Schichten 104 und 106,
die bezüglich
des Treibmittels oder Produkts in Kontakt mit den äußeren Schichten
inert sind. Optional können
Klebstoffschichten 108 und 110 vorgesehen sein,
oder alternativ können
die innere und die äußeren Schichten 102, 104 und 106 durch
Erwärmung
oder andere Maßnahmen
zusammengeschmolzen werden. In einem Ausführungsbeispiel ist die innere Schicht 102 eine
Gas-Sperrschicht, und die äußeren Schichten 104 und 106 sind
Sperrschichten für
wasserhaltige oder organische Fluide. Die Gas-Sperrschicht kann
aus PET, Ethylen-Vinyl-Alkohol, Polyvinylalkohol, Polyvinylidenchlorid,
Polyacrylnitril, Cellophan oder anderen ähnlich geeigneten Materialien
bestehen. Die äußeren Schichten
können
aus PET, Polyethylen (insbesondere hochdichtes Polyethylen), Polypropylen,
Polytetrafluorethylen, Polybutan, Surlyn-Ionomer, Butylkautschuk,
Polyvinylidenchlorid, Polychlorotrifluoroethylen, Penton, Polyvinylfluorid
oder anderen ähnlich
geeigneten Materialien bestehen. Ethylen-Vinyl-Alkohol und Polyvinyl-Alkohol
sind bevorzugte Materialien für
die Gas-Sperrschicht, und hochdichtes Polyethylen ist ein bevorzugtes
Sperrmaterial für
wasserhaltige oder organische Fluide.
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Alle
in der Technik bekannten Treibmittel können mit dem Spender und dem
flexiblen Sperrelement der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
Das Sperrelement der vorliegenden Erfindung erfordert kleinere Mengen
von verflüssigten
Treibmitteln als sie in Aerosolsystemen ohne Sperrelementpaket und
in gewissen Sperrelementpaketsystemen mit komprimierten Gasen erforderlich
sind, wodurch eine sparsame Verwendung von teureren Treibmitteln
möglich
ist. Das vorliegende System verhilft sich selbst zu einer Maximierung
der aus einem vorgegebenen Behälter
auszugebenden Produktmenge.
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Das
Sperrelementpaket dieser Erfindung wird derzeit unter Verwendung
eines Formgebungsprozesses, der allgemein als Thermoformung bezeichnet
wird, hergestellt. Die Thermoformungstechnik für die Herstellung von Kunststoffformen
aus einer Bahn des Kunststoffmaterials ist im allgemeinen Sinne
wohlbekannt. Spezielle Modifikationen der allgemeinen Techniken
werden benutzt, um den Thermoformungsprozess auf die Formgebung
einer besonderen Form zuzuschneiden. Die schematische Darstellung
von
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8 zeigt
die mehreren Schritte, die bei der Formgebung der Sperrelementpakete
dieser Erfindung involviert sind. In Schritt 1 wird das
Kunststoff-Bahnmaterial, zum Beispiel PET, mit einer Dicke von 0,635
mm (0,025") durch
eine Heißluftzone
(einen Ofen) geführt,
um das PET auf eine Formtemperatur von 121–165°C (250–330°F) zu bringen. Es ist wünschenswert,
das PET bei 140–149°C (285–300°F) zu haben,
d.h. die Grenzen des 121–165°C (250–330°F)-Bereichs
zu vermeiden. Das zur Formung der Sperrelementpakete als geeignet
festgestellte PET-Material ist biaxial orientiert und für eine Tiefzieh-Thermoformung
geeignet.
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Das
Sperrelementpaket dieser Erfindung ist ein tiefgezogenes Teil und
somit für
eine „Stegbildung„ (webbing),
d.h. für
die Ausbildung eines Umschlags an der Formenbasis und der Seitenwand
des Sperrelements, anfällig.
In den Fällen,
in denen die Stegbildung bedeutsam ist, ist die sorgfältige Steuerung
der Temperatur des Kunststoff-Bahnmaterials kritisch. Außerdem wird
mit der Temperatursteuerung und dem Vermeiden einer Temperatur oberhalb
der Erweichungstemperatur des Kunststoff-Bahnmaterials ein Grad
von Gedächtnis
des Kunststoffes durch das Kunststoffmaterial zurückbehalten,
wobei dieses Gedächtnis
bei der Verhinderung oder Entfernung des „Stegbildungs„-Problems
hilft.
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In
Schritt 2 wird die vorgewärmte PET-Bahn zu der Formungsstation
(dem Thermoformer) bewegt, wo die PET-Bahn mittels eines „Bolzenassistenten„ für die anfängliche
Formung des inneren Wandsegments und des Kolbenbereichs des Sperrelementpakets
und mittels eines „Ringes„ zur teilweisen
Formung des äußeren Wandsegments
vorgestreckt wird. Siehe auch 9. Der „Ring unterstützt die
Vermeidung der „Stegbildung„. Der „Bolzenassistent„ und der „Ring„ sind
an der oberen bewegbaren Auflageplatte (Ober-Basisplatte) des Thermoformwerkzeuges
direkt gegenüber
der unteren bewegbaren Auflageplatte (Basisplatte), auf der das Formwerkzeug
befestigt ist, befestigt. Nach dem Einrichten der erwärmten Kunststoffbahn
zwischen der oberen und der unteren Auflageplatte wird der Formgebungsprozess
durch Bewegen der Auflageplatten zueinander, um die erwärmte Bahn
zwischen sich anzuordnen, gestartet. Während des Bewegungsverlaufs
der Auflageplatten bis zu ihrer weitesten gegenseitigen Kontaktierung
ziehen der „Bolzenassistent„ und der „Ring„ die Bahn
in und um die innere Vertiefungsfläche des Formwerkzeuges, um
die erwärmte
PET-Bahn zur Anpassung und Kontaktierung des Formwerkzeuges an die
das äußere Wandsegment
und das innere Wandsegment verbindende Faltung und an die Basis
des „Ringes„ zu pressen.
Der „Ring„ bewirkt
bei dem Andrücken
der PET-Kunststoffbahn gegen die Basisplatte des Thermoformwerkzeuges
eine ringförmige
Abdichtung um das Formwerkzeug. Nach dem Bewirken der Abdichtung
wird ein Vakuum an das Formwerkzeug angelegt, um die PET-Kunststoffbahn
gegen die Formwerkzeugfläche
zu ziehen und dadurch die endgültige
Formung der PET-Kunststoffbahn abzuschließen.
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Das
Formwerkzeug wird wassergekühlt,
besteht aus mit Teflon beschichtetem Aluminium und ist wärmeleitend,
und der „Bolzenassistent„ und der „Ring„ sind
mit Filz überzogenes
feinfaseriges Holz, um ein Fressen und Festsetzen des Formteils
zu vermeiden.
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Nach
einer entsprechenden Kühlung
werden die obere und die untere Auflageplatte getrennt, und die geformte
Bahn wird zu der Beschneidungsstation (Schritt 3) transportiert,
wo Stanzwerkzeuge die Formteile beschneiden. Die Formteile werden
zu einer Stapelvorrichtung ausgeworfen, und der Stanzabfall am Dichtungsflansch
wird zum Recycling und zur Rückgewinnung
in den Kunststoffbahn-Extrusionsprozess zerbröckelt.
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Es
wird angenommen, dass eine biaxiale Orientierung des Kunststoffes
während
des Extrudierens der zu thermoformenden Kunststoffbahn und die biaxiale
Orientierung während
des Thermoformprozesses die Durchlässigkeit des Sperrelement-Materials
verringern.
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Während die
Erfindung speziell anhand von beispielhaften und bevorzugten Ausführungsbeispielen gezeigt
und beschrieben wurde, ist es für
den Fachmann selbstverständlich,
dass obige und andere Veränderungen
in der Form und in Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne
den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, welcher ausschließlich durch
den Schutzumfang der anhängenden
Ansprüche
begrenzt wird.