DE3248370C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie eine Vor­ richtung zu dessen Durchführung.

Bei einem vorgeschlagenen Verfahren dieser Art (DE- 32 25 692 A1 mit älterem Zeitrang) wird der Unterdruck in seiner Einwirkdauer in der Pumpenkammer dadurch be­ grenzt, daß er nach beendetem Drucktakt der Pumpe abge­ schaltet wird. Erst nach Abbau des Unterdrucks erfolgt der Pumpensaugtakt. Während des Pumpensaugtaktes wird über den Saugkopf ein Druckluftstoß ausgeübt, der das Auslaßventil zum Schließen zwingt. In der Praxis ist mit diesem Verfahren eine gleichbleibend korrekte Vorfüllung der Pumpenkammern vieler Behälter außerordentlich schwierig. Wird die Einwirkdauer des Unterdrucks zu lan­ ge eingestellt, so wird Füllgut durch das noch offene Auslaßventil in den Auslaßkanal und gegebenenfalls bis in den Saugkopf gesaugt. Ist die Einwirkdauer hingegen zu kurz bemessen, so gelangt nur eine nicht ausreichende Füllgutmenge in die Pumpenkammer. Bei zu geringer Vor­ füllung wird aber das Ziel, beim späteren Gebrauch be­ reits beim ersten Pumpendrucktakt Füllgut auszustoßen, nicht erreicht, so daß die Pumpe selbst nach mehrmaligem Betätigen noch kein Füllgut fördert, weil die noch im Pumpendruckraum enthaltene Luft erst entfernt werden muß. Deshalb wird in der Praxis eine möglichst lange Einwirkdauer des Unterdrucks eingestellt, wobei sich dann nicht vermeiden läßt, daß gelegentlich Füllgut in den Auslaßkanal einer Pumpe und sogar in den Saugkopf gelangt. Dies führt dazu, daß das Füllgut im nach außen offenen Auslaßkanal der Pumpe eintrocknet und diesen zu­ legt, und daß das in den Saugkopf gelangte Füllgut die­ sen so verschmutzt, daß er funktionsunfähig wird und ge­ säubert werden muß. Zu wenig vorgefüllte Pumpen können den Verbraucher irrtümlich zur Annahme verleiten, die Pumpe sei defekt oder der Behälter wäre leer. Bei zu stark vorgefüllten Pumpen kann der Auslaßkanal verlegt sein und ist der Saugkopf häufig zu reinigen, was zu Un­ terbrechungen beim Vorfüllen der üblicherweise kontinu­ ierlich und in großer Zahl dem Verfahren unterworfen Behälter führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine zu seiner Durch­ führung geeignete Vorrichtung anzugeben, wobei mit dem zu schaffenden Verfahren eine gleichmäßig korrekte und störungsfreie Vorfüllung erzielbar sein soll, bei der Füllgut nicht in den Auslaßkanal der Pumpe gelangt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Da der Unterdruck bis zum Ende des Saugtaktes der Pumpe aufrechterhalten bleibt, entfällt die von außen schwie­ rig vorzunehmende Einstellung der Einwirkdauer jedes Unterdruck-Zyklusses. Die Einwirkdauer des Unterdrucks in der Pumpenkammer wird allein durch die Taktgeschwin­ digkeit beim Drucktakt und beim darauffolgenden Saugtakt der Pumpe festgelegt, was wesentlich einfacher ist, da das für die Einwirkdauer verantwortliche Element das in der Pumpenkammer befindliche, hubabhängig schließende Auslaßventil der Pumpe selbst ist. Da bei den mit großer Präzision hergestellten und genau arbeitenden Pumpen das Auslaßventil jeweils in der gleichen Hubposition öffnet bzw. schließt, kann mit der exakt vornehmbaren Einstel­ lung der Taktgeschwindigkeit die Einwirkdauer des Unter­ drucks in der Pumpenkammer genau festgelegt werden, ob­ wohl der Unterdruck außerhalb der Pumpenkammer länger ansteht. Da das Ansaugen des Füllguts über den unteren Umkehrpunkt der Pumpe bis zum Schließen des Auslaßven­ tils fortgesetzt und dabei allmählich verlangsamt wird, läßt sich die Luft vollständig aus der Pumpenkammer ent­ fernen, ohne Füllgut in den Auslaßkanal der Pumpe oder gar in den Saugkopf zu saugen. Der Unterdruck wird sogar mit eingesetzt, das Auslaßventil mit Nachdruck zu schließen. Der Unterdruck ist ferner daran beteiligt, den Saugtakt der Pumpe zügig bis zum Ende zu unterstüt­ zen, damit die Pumpenkammer durch die der Pumpe eigene Saugkraft vollständig gefüllt wird. Da der Saugkopf mit dem Betätigungselement der Pumpe durch den weiterhin wirkenden Unterdruck sozusagen elastisch gekuppelt ist, übt der Arbeitszylinder, der den Saugkopf hochzieht, beim Saugtakt auf die sich bewegenden Elemente der Pumpe eine zusätzliche Kraft aus, wobei das Auslaßventil dank des Unterdrucks fest geschlossen bleibt. Es hat sich in der Praxis überraschend gezeigt, daß bei diesem Verfah­ ren die genaue Einstellung der jeweiligen Vorfüllmenge für die Pumpenkammer einfach ist und auch über eine große Zahl von Pumpen beibehalten bleibt, so daß die Pumpen beim Gebrauch nach dem ersten Drucktakt ordnungs­ gemäß fördern. Auch Verschmutzungen des Auslaßkanals der Pumpe und des Saugkopfes unterbleiben.

Eine zweckmäßige Ausführungsvariante des erfindungsge­ mäßen Verfahrens geht aus Anspruch 2 hervor. Mit der Verweilzeit wird dafür gesorgt, daß auch mit einem ver­ hältnismäßig niedrigen Unterdruck, der nur ausreicht, das Einlaßventil der Pumpe zu öffnen, das Vorfüllen ord­ nungsgemäß bis zur Beseitigung der gesamten Luft von­ statten geht, ehe die Pumpenkammer über den letzten Teil des Saugtaktes durch die der Pumpe eigene Saugkraft vollständig gefüllt wird. Speziell bei Pumpen mit großer Druckkammer ist eine derartige Verweilzeit zweckmäßig.

Wichtig ist ferner das Merkmal von Anspruch 3, weil mit der Einstellung der Geschwindigkeit dank des hubabhängi­ gen Öffnens und Schließens des Auslaßventiles die Ein­ wirkdauer des Unterdrucks in der Pumpenkammer sehr exakt und reproduzierbar einstellbar ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich insbesondere eine Vorrichtung, wie sie aus Anspruch 4 hervorgeht. Mit der Verstelleinrichtung des Arbeitszy­ linders des Saugkopfes läßt sich die Arbeitsgeschwindig­ keit des Arbeitszylinders und damit des Saugkopfes beim Druck- und Saugtakt exakt derart einstellen, daß der Un­ terdruck in der Pumpenkammer nur über eine Zeitdauer wirksam ist, die durch das Öffnen und Schließen des Aus­ laßventils während der Takte der Pumpe begrenzt wird und die so bemessen ist, daß praktisch keine Luft mit einge­ schlossen bleibt, sondern das Füllgut genau bis zum Aus­ laßventil eingesaugt wird.

Nachstehend wird anhand der Zeichnungen das erfindungs­ gemäße Verfahren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdar­ stellung durch einen mit einer Pumpe verschlossenen Behälter vor einem Vorfüllvorgang, der durch eine mit der Pumpe in Ar­ beitsverbindung stehende Vor­ richtung bewirkbar ist, und

Fig. 2 ein Schaubild zum besseren Ver­ ständnis des Vorfüllvorganges.

Bei einem mit einer Dosier- oder Zerstäuberpumpe ver­ schlossenen, gefüllten Behälter ist es, insbesondere bei Befüllung mit hochviskosen, pastösen oder gelartigen Füllgütern, oft schwierig, im Gebrauch die Pumpe zur erstmaligen Förderung zu bringen, weil sie schwer an­ saugt. Dies ist für den Verbraucher störend und kann da­ zu führen, daß die Pumpe für defekt gehalten wird. Bei pharmazeutischer Anwendung kann es ferner wegen der Un­ geduld des Benutzers zu Fehlbenutzungen kommen, z. B. bei einem Nasenspray. Deshalb hat es sich als zweckmäßig er­ wiesen, die Pumpenkammer mit dem Füllgut vorzufüllen, so daß die Pumpe bei ihrer erstmaligen Betätigung im Ge­ brauch ordnungsgemäß fördert.

Aus Fig. 1 ist eine Sprühflasche 1 erkennbar, die aus einem mit einem Füllgut 3 gefüllten Behälter 2 und einer in eine Öffnung 4 eingesetzten Pumpe P besteht, die mit­ tels eines Befestigungsflansches 5 festgelegt ist. Ein Pumpenkörper 6 taucht mit einem Einlaßrohr 7 in das Füllgut 3. Im Einlaßrohr 7 führt ein Einlaßkanal 8 zu einem Dichtsitz 9, auf dem ein kugelförmiges Schließ­ glied 19 durch eine Feder 38 festgehalten wird. Das Schließglied 10 bildet mit dem Dichtsitz 9 ein Einlaß­ ventil zu einer Pumpenkammer 11.

In der Pumpenkammer 11 dient ein Anschlag 12 zum Abfan­ gen eines an der einer Innenwand 13 des Pumpenkörpers 6 verschiebbaren Kolbens 14 mit Gegenanschlägen 15.

Der Kolben 14 ist über eine in Längsrichtung verformbare Hülse 16 an einem rohrartigen Betätigungsglied 17 befestigt, das in der Hülse 16 durch ein dünnes Rohr 18 fortgesetzt wird, das unten einen Schließkolben 21 trägt, gegen den sich die Feder 38 oben abstützt. Im Betätigungsglied 17 führt ein Auslaßkanal 19 bis zum freien Ende. Eine Öffnung 20 in der Wand des Rohres 18 führt in den Auslaßkanal. Der Schließkolben 21 bildet mit der Unterseite des Kolbens 14 und einer darin vorgesehenen Öffnung 29 ein Auslaßventil aus der Pumpenkammer 11.

Das Betätigungsglied 17 ist in einer Öffnung des Befe­ stigungsflansches 5 geführt. Die Hülse 16 ist am unteren Ende 22 des Betätigungsgliedes 17 so festgelegt, daß vom Inneren der Hülse 16 keine Verbindung zum umgebenden Raum oberhalb des Kolbens 14 besteht. Dieser Raum steht vielmehr über eine Entlüftungsöffnung 37 mit dem Behäl­ terinneren in Verbindung.

Am Betätigungsglied 17 ist ein glockenförmiger Flansch 23 angeformt, der außen über den Befestigungsflansch 5 schiebbar ist und an der Oberseite eine Betätigungsflä­ che 24 trägt.

In Fig. 1 ist die Pumpe in nicht betätigtem und nicht vorgefülltem Zustand gezeigt.

Auf dem Betätigungsglied 17 sitzt ein Saugkopf 25 mit einem Dichteinsatz 26 auf, der von einem Kanal 27 durch­ setzt wird. Der Saugkopf 25 ist mittels eines Arbeitszy­ linders 33 in Richtung eines Doppelpfeiles 28 auf- und abbewegbar. Der Arbeitszylinder 33 steht über eine Ver­ bindungsleitung 34 (pneumatisch oder hydraulisch) mit einer Druckquelle 36 in Verbindung, wobei eine Verstell­ einrichtung 35, z. B. eine Drosseleinrichtung, dazwischen geschaltet ist, mit der sich die Arbeitsgeschwindigkeit des Arbeitszylinders 33 einstellen läßt.

An den Kanal 27 ist eine Verbindungsleitung 30 zu einer Unterdruckquelle 31 angeschlossen. Ein Sperrglied 32 in der Verbindungsleitung 30 unterbricht in der dargestell­ ten Lage des Saugkopfes 25 die Verbindung zwischen der Unterdruckquelle 31 und dem Kanal 27. Zweckmäßigerweise ist eine elektrische oder mechanische Verbindung 40 zwi­ schen dem Saugkopf 25 bzw. dem Arbeitszylinder 33 und dem Sperrglied 32 vorgesehen, so daß dieses dann in sei­ ne Öffnungsstellung geht, wenn der Saugkopf 25 nach un­ ten bewegt wird.

Das Sperrglied 32 ist entbehrlich, d. h. es kann der Un­ terdruck ständig im Kanal 27 wirken.

Zum Vorfüllen der Pumpenkammer 11 wird wie folgt vorge­ gangen:

Sobald der Saugkopf 25 vom Arbeitszylinder 33 nach unten bewegt wird, schiebt das Betätigungsglied 17 über die Hülse 16 den Kolben 14 nach unten, bis dieser auf dem Anschlag 12 abgefangen wird. Das Auslaßventil 21, 29 wird dann geöffnet, wobei sich die Hülse 16 in Längs­ richtung zusammendrückt. Von diesem Zeitpunkt an ist der Unterdruck in der Pumpenkammer 11 wirksam. Er hebt dann das Schließglied 10 vom Dichtsitz 9 ab. Das Füllgut 3 wird durch den Einlaßkanal 8 angesaugt. Der Drucktakt der Pumpe P ist abgeschlossen. Nun kehrt der Arbeitszy­ linder 33 bzw. der Saugkopf 25 die Bewegungsrichtung um. Ein Saugtakt der Pumpe beginnt. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer bzw. hubabhängig wird das Auslaßventil 21, 29 wieder geschlossen, und zwar unter der Wirkung der Feder 38, der Hülse 16 und des im Auslaßkanal 19 wirksamen Un­ terdrucks. Damit hört jedoch die Einwirkung des angeleg­ ten Unterdrucks in der Pumpenkammer 11 auf. Diese ist bis zum Auslaßventil 21, 29 mit Füllgut vorgefüllt. Bei der anschließenden Bewegung des Kolbens 14 bei geschlos­ senem Auslaßventil 21, 29 wird die Pumpenkammer 11 durch die pumpeneigene Saugwirkung des Kolbens 14 vollständig gefüllt, bis der Kolben 14 wieder in seiner oberen End­ stellung steht (Ende des Saugtaktes der Pumpe). Bis da­ hin ist der angelegte Unterdruck im Auslaßkanal 19 wirk­ sam, so daß wegen der Dichtung zwischen dem Dichteinsatz 26 und dem Betätigungsglied 17 der Arbeitszylinder 33 über den Saugkopf 25 eine Zugkraft auf das Betätigungs­ glied 17 ausübt, die den Saugtakt unterstützt. Im übri­ gen könnte zusätzlich zur Feder 38 eine den Schließkol­ ben 21 und den Kolben 14 in Saugrichtung beaufschlagende Feder vorgesehen sein, die das Schließglied 10 nicht be­ lastet. Eine Feder könnte auch zwischen dem glockenför­ migen Flansch 23 und dem Befestigungsflansch 5 eingeord­ net werden.

Damit die Sprühflasche 1 leicht aus dem Arbeitsbereich des Saugkopfes 25 zu entfernen ist, kann das Sperrglied 32 betätigt werden.

Mit der Einstellvorrichtung 35 läßt sich die Arbeitsge­ schwindigkeit des Arbeitszylinders 33 so einstellen, daß der Unterdruck in der Pumpenkammer 11 nur über eine be­ stimmte Zeitdauer wirksam ist, die durch das Öffnen und Schließen des Auslaßventiles 21, 29 während der Takte der Pumpe P begrenzt wird. Damit läßt sich das Vorfüllen des Totraumes der Pumpe P, d. h. des Volumens der Pumpen­ kammer 11 bei unten stehendem Kolben 14, 21 so genau steuern, daß praktisch keine Luft mit eingeschlossen bleibt, die beim anschließenden Saugtakt das Füllen der Pumpenkammer 11 stören würde. Üblicherweise ist auch der Hub des Arbeitszylinders 33 einstellbar bzw. läßt sich die Auflage für den Behälter 2 so einjustieren, daß bei beiden Takten während des Vorfüllvorganges ein bestimm­ ter Hubweg des Betätigungsgliedes 17 gegeben ist, der zweckmäßigerweise an die jeweiligen Gegebenheiten ange­ paßt ist.

Anhand des Schaubildes (Hubweg H des Saugkopfes 25 über die Zeit t) von Fig. 2 läßt sich das Verfahren zum Vor­ füllen der Pumpenkammer 11 deutlich erkennen.

Ausgehend vom Schnittpunkt der beiden Achsen des Schau­ bildes öffnet beim Drucktakt D nach einer bestimmten Zeitdauer bzw. nach einem bestimmten Hub das Auslaßven­ til 21, 29 (Punkt AV). Mit einer Verzögerung wirkt dann der Unterdruck in der Pumpenkammer 11 (Punkt U) und am Einlaßventil 9, 10 (Punkt EV). Vom Punkt U an wirkt der Unterdruck in der Pumpenkammer 11 über den Resthub des Drucktaktes D und über einen anfänglichen Bereich des sich anschließenden Saugtaktes S. Am Punkt AV′ bzw. U′ wird das Auslaßventil 29, 21 geschlossen. Die Wirkung des Unterdrucks in der Pumpenkammer hört auf. Bis dahin ist vom Punkt U während des Drucktaktes eine Zeitspanne tu verstrichen, die die Einwirkdauer des Unterdruckes in der Pumpenkammer 11 repräsentiert. Über diese Zeitdauer wird Füllgut eingesaugt. Am Punkt AV′ bzw. U′ des Saug­ taktes S ist das Auslaßventil 21, 29 wieder geschlossen, so daß dann anstelle des angelegten Unterdrucks die pum­ peneigene Saugwirkung des Kolbens 14 tritt, die Füllgut ansaugt, bis schließlich am Ende des Saugtaktes S auch das Einlaßventil 10, 9 (Punkt EV′) schließt und damit die Pumpenkammer 11 vollständig gefüllt ist. Über die Zeitdauer tUAV zwischen dem Punkt AV′ und U′ und dem En­ de des Saugtaktes wirkt der angelegte Unterdruck am ge­ schlossenen Auslaßventil 21, 29 weiter. Er hält es ge­ schlossen.

Im Schaubild ist strichliert angedeutet, daß sich an den Drucktakt D eine Verweilzeit V anschließen kann, über die der Saugkopf 25 in seiner unteren Stellung verharrt, damit die Einwirkdauer tu des Unterdrucks in der Pumpen­ kammer 11 verlängert wird. Wie schnell die beiden Takte S, D ausgeführt werden und ob eine Verweilzeit V vorge­ sehen wird, richtet sich nach den jeweiligen Verhältnis­ sen. Es muß nur sichergestellt sein, daß die Pumpenkam­ mer nur soweit gefüllt ist, daß kein Füllgut durch das Auslaßventil 21, 29 hindurch in den Auslaßkanal 19 tre­ ten kann. Andererseits darf auch nicht zu wenig Füllgut in der Pumpenkammer 11 sein, da die dann noch enthaltene Luft beim Gebrauch stören würde.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine Zeitdauer tU für die Einwirkung des Unterdrucks in der Pumpenkammer 11 von weniger als 0,5 sek ausreicht. Bei dieser Ein­ wirkzeit, die sich sehr genau wiederholen läßt, selbst wenn eine außerordentlich große Anzahl solcher Behälter vorbefüllt werden muß, wird eine korrekte Vorfüllung der Pumpenkammern erreicht.

Claims (4)

1. Verfahren zum Vorfüllen einer taktweise betätigbaren Dosier- und Zerstäuberpumpe eines mit Füllgut, vorzugs­ weise mit höherviskosem Füllgut, gefüllten und durch die Pumpe verschlossenen Behälters, bei dem durch einen Pum­ pendrucktakt ein Auslaßventil der Pumpe geöffnet und über einen Auslaßkanal und durch das Auslaßventil von außen ein Füllgut in die Pumpenkammer fördernder Unter­ druck in der Pumpenkammer über eine vorbestimmte Zeit­ dauer zur Einwirkung gebracht wird, ehe über einen da­ rauffolgenden Saugtakt mit der der Pumpe eigenen Saug­ kraft die Pumpenkammer weitergehend gefüllt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des von außen eingebrachten Unterdrucks in der Pumpenkammer erst durch das saugtaktabhängige Schließen des Auslaßventils been­ det wird und daß der Unterdruck über das Schließen des Auslaßventils hinaus im Auslaßkanal der Pumpe aufrecht­ erhalten bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druck- und dem Saugtakt der Pumpe eine Verweilzeit (V) eingehalten wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Taktgeschwindigkeit bzw. die Takt­ zeit für den Druck- und den Saugtakt eingestellt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, bei der ein Saugkopf auf das Betäti­ gungsglied der Pumpe aufgebracht und durch einen Ar­ beitszylinder zwischen zwei Endstellungen hin- und her­ bewegbar und mit einer Unterdruckquelle verbunden ist, wobei der Saugkopf eine druckübertragende Verbindung zwischen der Unterdruckquelle und einem Auslaßkanal der Pumpe herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ar­ beitszylinder (33) des Saugkopfes (25) eine Verstellein­ richtung (35) vorgesehen ist, mit der die Arbeitsge­ schwindigkeit des Arbeitszylinders einstellbar ist.