DE7524227U

DE7524227U - Unter druck stehender ausgabebehaelter

Info

Publication number: DE7524227U
Application number: DE19757524227
Authority: DE
Original assignee: Gillette Co LLC
Current assignee: Gillette Co LLC
Priority date: 1974-07-29
Filing date: 1975-07-28
Publication date: 1977-05-26
Also published as: CA1018946A; DE2534021A1; BR7504800A

Description

IBERLINSS Auflutto-Viktoria-StraBeee Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschk·

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Berlin, 13. Januar 1977

The Gillette Company, Boston, Massachusetts, V.St. A. Unter Druck stehender Ausgabebehälter

Die vorliegende Erfindung betrifft Ausgabebehälter und insbesondere unter Druck stehende Ausgabebehälter zur Ausgabe eines flüssigen Produktes in einem Sprühmuster.

Aerosolbehälter, die ihren Inhalt in einem Sprühmuster ausgeben, sind bekannt und für eine große Anzahl von Erzeugnissen eingesetzt worden. Nach dem Aerosolprinzip wird das Produkt zusamnen mit einer erheblichen Menge eines gasförmigen, unter Druck stehenden Treibmittels - bspw. eines Fluorkohlenstoffs - mittels einer Dampfanzapfung ("vapor tap") ausgegeben. Das gasförmige Treibmittel dehnt sich schnell aus, wenn die Mischung aus Produkt und Treibmittel in die Atmosphäre eintritt und trägt dazu bei, daß das Produkt sich aufteilt und sich ein erwünschtes Sprühmuster aus winzigen Teilchen bildet.

Während Aerosolausgabebehälter für viele Produkte - bspw. Deodorantien und Haarsprays - ein erwünschtes Sprühmuster erzeugen, wird das mit dem

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Produkt zusammen austretende gasförmige Treibmittel notwendigerweise in verhältnismäßig großen Mengen an die Atmosphäre abgegeben. Ein alternatives Abgabeverfahren, bei dem die Abgabe verhältnismäßig großer Mengen des Treibmittels nicht erforderlich ist, basiert auf einem unter Druck stehenden Treibmittel wie bspw. einem gasförmigen Treibmittel, das in dem Produkt wenigstens teilweise löslich ist, oder einem gasförmigen Treibmittel, das auf einen komprimierbaren Behälter einwirkt, in dem das Produkt gespeichert ist. Bei Betätigung des Ventils drückt der Treibmitteldruck das Produkt durch eine Ausgabeöffnung hindurch hinaus. Beim Ausgeben des Produkts dehnt das unter Druck stehende Treibmittel sich aus und erhält im Behälter einen ausreichenden Ausgabedruck aufrecht. Die abgegebene Substanz besteht dabei aus dem verhältnismäßig reinen Produkt, das mit dem Treibmittel kaum oder gar nicht verdünnt ist. Es war bisher schwierig, mit dieser Art eines Ausgabesystems ein zufriedenstellendes Sprühmuster fein verteilter Teilchen zu erreichen, da bestenfalls nur eine geringe Menge des Treibmittels zur Ausdehnung außerhalb des Behälters verfügbar ist. Von einem unter Druck stehenden Ausgabesystem des herkömmlichen Aerosoltyps, bei dem ein flüssiges Produkt mit nur einem kleinen Treibmittelanteil ausgegeben werden soll, läßt sich die Erzeugung des gewünschten gleichmäßigen Sprühnebels aus fein verteilten Teilchen nicht zuverlässig erwarten.

Die vorliegende Erfindung schafft demgegenüber eine Ausgabeeinheit mit einem Druckbehälter zur Aufnahme eines auszugebenden flüssigen Produkts und eines gasförmigen Treibmittels, wobei ein Ausgabekanal vom Behälter her in ein«» Ausgabeöffnung mündet, ein Ventil die Strömung des Produkts aus dem Beliälter durch die Ausgabeöffnung steuert, ein die Strömung steuerndes Glied im Ausgabekanal zwischen dem Ventil und der Ausgabe-

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Öffnung angeordnet ist und das die Strömung steuernde Glied eine Vielzahl langgestreckter Kanäle aufweist, die jeweils eine Durchflußabmessung im Bereich von einem bis einhundert Mikrometern aufweisen, wobei die gesamte wirksame Durchflußfläche der Kanäle größer ist als die Flächengröße der Ausgabeöffnung und mindestens einige der langgestreckten Kanäle erheblich länger sind als die maximale Durchflußabmessung der die Strömung steuernden Kanäle, wodurch das die Strömung steuernde Glied in seiner Ausgabefunktion einen Druckabfall zwischen seinen stromaufwärts und dem stromabwärts gelegenen Ende bewirkt, während das Produkt die langgestreckten Kanäle durchströmt und aus der Abgabeöffnung in einem fein verteilten Sprühmuster unter nur geringer Verdünnung durch das gasförmige Treibmittel austritt.

In bevorzugten Ausführungsformen weist die Ausgabeöffnung einen Durchmesser im Bereich von 0,1 ... 0,4 mm auf. Außerdem liegt die wirksame Durchflußabmessung (Breite) jedes strömungssteuernden Kanals vorzugsweise im Bereich von 10 bis SO Mikron.

Die Länge des strömungssteuernden Glieds beträgt vorzugsweise mindestens das zehnfache der mittleren Durchflußabmessung der Kanäle im strömungssteuernden Glied, und die wirksame Durchflußlänge jedes der Kanäle ist vorzugsweise mindestens gleich der doppelten seitlichen Breite des Ausgabekanals unmittelbar stromabwärts des strömungssteuernden Glieds.

In besonderen Ausführungsformen weist das Ventil ein festes Dichtungsglied und ein bewegliches Ventilglied auf, wobei eine Federeinrichtung normalerweise das Ventilglied gegen das feste Glied drückt, um den Ventilkanal zu schließen, und ein Ventilschaft aus dem Behälter heraus

verläuft und eine Längsbohrung von etwa 1,5 ran Durchmesser aufweist. Auf den oberen Teil des Ventilschafts ist ein Betätigungsknopf aufgepaßt, der eine Abschlußöffnung von etwa 0,2 mm Durchmesser und einen Kanal zwischen der Abschlußöffnung und der Schaftbohrung enthält. In einer Ausführungsform ist ein strömungssteuemdes Glied einer Länge von etwa 6 um im Ventilschaft befestigt und weist eine Vielzahl von Kanälen auf, die mit mehr als 500 einzelnen Kanalöffnungen sich über die Länge des Gliedes erstrecken. Die Kanäle dieser speziellen Ausführungsform sind miteinander verbunden (obgleich in anderen Äusführungsfoimen auch voneinander getrennte Kanäle eingesetzt werden können) und haben einen mittleren Durchmesser von weniger als etwa 0,04 mm. In einer anderen Ausführungsform ist das Strömungssteuernde Glied im Betätigungsknopf angeordnet. In bestimmten Ausführungsformen läßt sich im Ausgabekanal stromaufwärts des strömungssteuemden Gliedes mit Vorteil ein Filtersieb einsetzen. Vorzugsweise hat das strömungssteuernde Glied die Wirkung, den Durchsatz des Produkts durch die Ausgabeöffnung um mindestens 10% zu reduzieren. Wenn man den Betätigungsknopf drückt, bewegt dieser den Ventilschaft und öffnet dadurch den Ventildurchlaß. Während des Ausgabevorgangs erfährt das Produkt beim Durchlaufen der vielen winzigen langgestreckten Durchflußkanäle des strömungssteuemden Gliedes im Ausgabekanal einen Druckabfall. Das Produkt wird folglich in einem kommerziell annehmbaren dispersen Sprühnebel winziger Teilchen abgegeben, die einem Aerosolnebel ähnlich sind, ohne daß aber dabei erhebliche Mengen des Treibmittels mit abgegeben werden müssen.

Die Erfindung läßt zu, den Ausgabedurchsatz zu senken, mit dem Vorteil, daß die ausgebene Substanz einen erheblich höheren Anteil des Produktes (mindestens etwa 90 %) enthält als bei typischen Aerosolsystemen, bei

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denen der Produktanteil nur etwa 40 t beträgt; weiterhin wird das auegegebene Produkt zu einen gewünschten fein zerteilten und preproduzierbaren Sprübjufter aufgeteilt. Während die Gründe hierfür noch nicht vollständig geklärt sind, ergibt die Erfindung Sprüheigenschaften, die denen ähnlicher Arten von Sprtthsystemen mit einer Drpsselstelle wie einem Filtersieb oder einem anderen Filterelement oder mit einen ähnlichen Stromungssteuernden Element, das sich zwischen dem Steuerventil und dem Produkt im Behälter befindet, überlegen sind· Es wird dafür gehalten, daß diese überlegenen Eigenschaften teilweise das Ergebnis des verhältnismäßig geringen Volumens des Ausgabekanals in stremabwärtiger Richtung vom stromungssteuernden SGlied zwischen diesem und der Abschlußöffnung und auch des reduzierten Drucks im Ausgabekanal unmittelbar stromabwärts des stromungssteuernden Gliedes sind.

Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben:

Fig. 1 ist ein teilweise aufgebrochener Seitenriß eines Abgabedruckbehälters nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt durch einenteiljder Fig. 1; Fig. 3 ist ein weiter vergrößerter Schnitt, der zusätzliche Einzelheiten der Anordnung der Fig. 1 zeigt;

Fig. 4 ist eine der Fig. 3 ähnliche Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform.

Die in der Zeichnung, Fig. 1, dargestellte Ausgabeeinheit weist einen Behälter 10 auf, der auf herkömmliche Weise aufgebaut ist. Das abzugebende flüssige Produkt 12, bspw. ein Deodorant in Äthylalkohol, ist im

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unteren Teil des BehXlters 10 gespeichert und über ihm befindet sich ein unter Druck stehender Vorrat 14 eines geeigneten gasförmigen Treibmittels wie Kohlendioxid oder Stickstoffoxid. Die Viskosität des flüssigen Produkts kann in Bereich von 0,5 ... 1500 cP liegen, vorzugsweise jedoch ta Bereich von 1 ... 100 cP. Ein typischer anfänglicher Gasdruck ist etwa 6 kg/cm² (85 psig). Das gasförmige Treibmittel ist in der Flüssigkeit nach Maßgabe seines Drucks und seiner Temperatur gelöst, wobei die gelöste Gasmenge am größten ist_fwenn der BehAlter vollständig gefüllt ist, und mit fortlaufender Abgabe des Produkts sinkt.

Ein allgemein mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnete Ventilanordnung ist an einem Ventilbecher 13 befestigt, dieser wiederum an einem Bördelsaum 20 in der oberen Wand des Behälters. Die Ventilanordnung weist einen rohrförmigen Ventilschaft 22 auf, auf dem ein Betätigungsknopf 24 angebracht ist. Eine Vertiefung 26, diejin eine seitliche Wand des Knopfes eingelassen ist, enthält einen Kunststoffstopfen 28. Der Stopfen 28 hat eine Ausgabebzw. Abschlußöffnung 30, deren Durchmesser etwa 0,2 mn beträgt und durch die das Produkt aus dem Behälter in die Atmosphäre austritt. Ein Tauchrohr 32 verläuft senkrecht abwärts von der Ventilanordnung durch das Produkt 12 zum Boden des Behälters 10 und dient als Leitung, die das Produkt zum Ventil 16 hinauf befördert.

Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, weist die Ventilanordnung 16 ein becherartiges Gehäuseglied 34 auf, das mit einem aufgeweiteten Oberteil 36, einem Zwischenteil 38 und einem unteren rohrförmigen Ansatz 40 versehen ist, der das Tauchrohr 32 aufnimmt. Auf die obere ringförmige Lippe 42 des Gliedes 34 ist eine elastomere Drehscheibe 44 aufgesetzt, die zwischen

der Lippe 42 und der oberen Wand 46 des Ventilbechers 18 eingepreßt wird. Das Gehäuse 34 ist am Ventilbecher 18 mit den Sicken 48 befestigt. Ein innerhalb des Gehäuses 34 angeordnetes Ventilglied 50 weitet sich schalenartig zu einem oberen Teil 52 auf, dessen obere Kante 54 normalerweise durch die zusamnengedrückte Schraubfeder 56 gegen die Unterfläche der Dichtscheibe 44 gedruckt wird. Durch Abwärtsbewegen des Ventilgliedes 50 von der Scheibe 44 hinweg wird die Ventilanordnung geöffnet. Der Ventilschaft 22 weist einen mit einem Flansch versehenen unteren Teil 58, der im Schalenteil 52 des Ventilgliedes 50 sitzt, sowie einen aufwärts sich erstreckenden Durchlaßteil 60 mit einem Durchmesser von etwa 1, 5 mm undlpiner Länge von etwa 9 mm auf. In den untersten Teil des Durchlaßteils 60 ist eine Ventilöffnung 62 mit einem Durchmesser von etwa 0,3 mm eingelassen.

Ein poröses Glied 70 für die Strömungssteuerung mit einer Länge von etwa 6 ran ist reibschlüssig in den Durchlaßteil 60 eingesetzt. In dem Glied 70 lassen sich verschiedene Materialien wie poröse Metalle und Fasermaterialien verwenden, sofern das gewählte Matrial mit dem auszugebenden Produkt verträglich ist. In dieser speziellen Ausführungsform besteht das Glied 70 aus einem Polymerisatmaterial wie hochdichtem Polyäthylen oder einem Fluorkohlenstoff, wie sie von der Porex Division der Fa. Glassrocks Products Inc. verfügbar sind, und hat ein Durchlaßvolumen von etwa 40 I. Das poröse strömungssteuernde Glied 70 weist eine Vielzahl untereinander verbundener Durchlässe 72 auf, die im Mittel eine wirksame Durchflußgröße von etwa 35 Mikrometer haben und eine Vielzahl von Strömungswegen vom stromaufwärts gelegenen Ende 74 zum stromabwärts gelegenen Ende 76 bilden. Tests dieses strömungssteuernden Gliedes mit Äthylalkohol in einem Ausgabesystem mit einem Ventilschaft und einem Betätigungsknopf

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24 haben gezeigt, daß das strftnungssteuernde Glied 70 eine Reduktion des Durchsatzes von etwa 20 bis 30 % bewirkt. Wahlweise kann ein Siel 78 aus rostfreiem Stahldraht der Normgröße "325 mesh", wie in Fig. 3 gezeigt, im Ausgabekanel 60 stromaufwärts des strömungssteuernden Gliedes 70 angeordnet werden. Die Anordnung des Siebes 78 an dieser Stelle bewirkte verbesserte Sprüheigenschaften über die nutzbare Einsatzdauer des Ausgabebehälters gegenüber Ausgabesystemen, bei denen das Sieb 78 sich stromabwärts vom Glied 78 befand oder kein Sieb 78 vorlag.

Der Knopf 24 weist eine geneigte Fingerfläche 80 auf, die vom Benutzer gedrückt werden kann, um die Kappe vor zudrücken, wenn das Produkt ausgegeben werden soll. Ein Hohlraum 82 in der Kappe 24 verläuft bis zum Unterteil des Knopfes und enthält eine Zwischenringwand oder Schulter 84, die den Übergang zwischen dem sich verjüngenden oberen Ende 86 des Hohlraums und dem unteren zylindrischen Teil 88 darstellt. Eine Öffnung 90 mit 0,2 mn Durchmesser am oberen Ende 86 verläuft durch die Hohlraumwand hindurch zur Vertiefung 26, in der der Pfosten 92 mittig angeordnet ist. Der Einsatz 28 ist reibschlüssig in der Vertiefung 26 festgelegt und weist eine Innenfläche 94, die auf der Endfläche 96 des Pfostens aufliegt, und erne Ausgabeöffnung 30 auf. Nuten und Rippen in den Oberflächen des Pfostens und des Stopfeineinsatzes 94 bilden die Wände einer Wirbelkammer 98 zwischen der Öffnung 90 und der Öffnung 30, die einen verwirbelten Sprühstrahl bewirkt, der zum Aufbrechen des ausgegebenen Produktes in eine erwünschte Sprühstrahlgestalt beim Austreten aus der öffnung 30 beiträgt.

Eine weitere Ausführungsform ist in der Fig. 4 gezeigt. Die denen der Fig. 3 entsprechenden Elemente sind mit den jeweils gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, aber mit einem Hochstrich versehen. Das streamings steuernde

Element 70* ist ringförmig gestaltet und auf dem Pfosten 92' so gelagert, daß das stromaufwärtige Ende 74' auf dem Flansch 100 aufliegt und die Kammer 102 sich zwischen dem Ende 74* und der Hohlraumwand 104 bildet. In der Wand 104 schafft eine Vielzahl von Offnungen 90' eine Stromungsverbindung zwischen dem Hohlraum 86 und der Kammer 102. Der Einsatz 28' sitzt auf dem stromabwärtigen Ende 76' des Gliedes 70' derart, daß zwischen dem Ende des Pfostens 92' und dem Einsatz 28* eine Kammer 106 zwischen der Oberfläche 76' und der Aubrechkonstruktion 98' entsteht. In einer alternativen Ausgestaltung der Pfostenkonstruktion 92' kann man das strömungssteuernde Glied 70' und die Abschlußöffnungskonstruktion 28' als Untereinheit ausbilden und in eine entsprechend bemessene Vertiefung 26' im Knopf 24* einsetzen.

Sämtliche offenbarten Ausgabebehälter werden auf herkömmliche Weise in Betrieb genommen, indem man den Behälter 10 in einer Hand hält und den Knopf 24 bzw. 24' mit dem Zeigefinger oder Daumen vor- und abwärts drückt, wodurch der Schaft 22, 22' kippt und das Ventil öffnet. Das im unteren Teil des Behälters befindliche Produkt 12 fließt unter dem Druck des Treibgases 14 unten in das Röhrchen 32 ein, von dort in das Innere des Ventilgehäuses 34 und durch die Ventilauslaßöffnung 62, 62', den Ausgabekanal und durch die Aufbrechkonstruktion 98, 98*, um durch die Ausgabeöffnung 30, 30' hindurch in Form eines Sprühnebels 110, 110' fein zerteilter Teilchen in die Atmosphäre zu entweichen. Beim Durchgang des Produktes durch den Durchlaß 72, 72' treten über dem Glied 70, 70' ein Druckabfall und eine Verringerung des Durchsatzes auf, so daß das flüssige Produkt aus der Öffnung 30, 30' in einem gleichmäßigen Sprühmuster aus feinverteilten Teilchen austritt, das in nur geringem Maß von dem gasförmigen Treibmittel (zu etwa 5 4) verdünnt ist. Das Glied 70, 70' wirkt allein oder in Zu-

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samnenarbeit mit dem Sieb 78 als Filter für Faser- oder sonstige Fremdstoffe, die das Produkt enthält und die Aufbrechkonstruktion 98, 98' oder die Ausgabeöffnung 30, 30' teilweise oder vollständig verstopfen würden,, und verhindert so, daß solche Fremdstoffe das aus dem Behälter austretende Sprühmuster verzerren. Das Produkt wird weiter in einem feinverteilten Sprühmuster ausgegeben, bis der Benutzer den Knopf 24, 24' freigibt, das Ventil schließt und die Ausströmung des Produkts beendet.

Claims

Schutfansprüche

1. Ausgabeeinheit mit einem unter Druck stehenden, ein auszugebendes flüssiges Produkt sowie ein gasförmiges Treibmittel aufnehmenden Behälter, mit enem aus dem Behälter herausführenden Ausgabekanal, der in einer Ausgabeöffnung endet, und einem Ventil, um die Strömung des Produkts aus dem Behälter durch den Ausgabekanal zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgabekanal (60) zwischen dem Ventil (16) und der Ausgabeöffnung (30) ein strömungssteuemdes Glied (70) angeordnet ist, daß strömungssteuemde Glied eine Vielzahl langgestreckter Kanäle (72) aufweist und die Strftnungsabmessung jedes Kanals im Bereich von einem bis einhundert Mikrometern liegt, wobei die gesamte wirksame Durchflußfläche der Kanäle größer ist als die Fläche der Ausgabeöffnung und die Länge mindestens einiger der langgestreckten Kanäle wesentlich größter ist als die maximale Durchflußabmessung der strömungssteuemden Kanäle.

2. Ausgabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Strömungslänge jedes der Kanäle durch das strömungssteuemde Glied mindestens das Doppelte der seitlichen Breite des Ausgabekanals unmittelbar stromabwärts vom strömungssteuernden Glied ist.

3. Ausgabeeinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (16) eine Auslaßöffnung (62) aufweist und das strömungssteuemde Glied (70) in dem Ausgabekanal an der Auslaßöffnung (62) des Steuerventils angeordnet ist.

4. Ausgabeeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungssteuemde Glied in dem Ausgabekanal an der öffnung (30) angeordnet ist.

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5. Ausgabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgabekanal (60) stromaufwärts von dem strömungssteuemden Glied (70) ein Filtersieb (78) angeordnet ist.

6. Ausgabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungssteuemde Glied mehr als SOO einzelne ICaialÖffnungen aufweist und daß die Kanäle in dem strömungssteuemden Glied einen mittleren Durchgangsdurchmesser von 10 ... 50, um und eine mittlere Länge von mindestens 2 mm aufweisen.

7. Ausgabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilschaft (22) und ein Betätigungsknopf (24) in einer Konstruktion vorliegen, die den Ausgabekanal bildet, und daß das strömungssteuemde Glied in dem Ventilschaft angeordnet ist.

8. Ausgabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilschaft (22') und ein Betätigungsknopf (24') in einer Konstruktion vorliegen, die den Ausgabekanal bildet, und daß das strömungssteuemde Glied in dem Betätigungsknopf angeordnet ist.

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