DE3225692A1 - Dosierpumpe sowie verfahren und vorrichtung zum befuellen eines mit einer dosierpumpe versehenen behaelters - Google Patents

Description

Dosierpumpe sowie Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines mit einer Dosierpumpe versehenen Behälters

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines mit einer Dosier- oder Zerstäuberpumpe versehenen Behälters mit einem auszugebenden , insbesondere flüssigen, pastösen oder gelartigen Füllmedium, bei dem der Behälter gefüllt und danach die Pumpe auf die Behälteröffnung dicht aufgebracht wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Dosierpumpe, die in besonderer Weise gefüllt ist.

Bei derartigen Dosierpumpen ist es, insbesondere bei Befüllung mit höher viskosen Flüssigkeiten, pastösen oder gelartigen Medien oft schwierig, die Pumpe zur erstmaligen Betätigung zu bringen, weil sie schwer ansaugt. Dies ist für den Benutzer störend und kann dazu führen, daß die Pumpe für defekt gehalten wird. Bei pharmazeutischer Anwendung kann es ferner wegen Ungeduld des Benutzers dann zu Fehlbenutzungen kommen.

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Es ist üblich, Pa rfum-Zerstäuber nach ihrer Herstellung* jedoch vor der Aufbringung auf die Behälter, durch Betätigung der Pumpe mit einer Prüfflüssigkeit (Alkohol1ösung ) zu prüfen. Diese Flüssigkeit wird jedoch aus der Pumpe wieder entfernt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dosier- oder Zerstäuberpumpe vor der Erstbenutzung so vorzubereiten, daß sie schon nach einem oder wenigen ßetätigungshüben ihre Funktion erfüllt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der Ansprüche 1, 6 und 11 gelbst.

Die Dosierpumpe wird also nach dem Befüllen des Behälters und dem Aufbringen, beispielsweise Aufschrauben, der Pumpe einerseits so betätigt, daß das Auslaßventil sich öffnet und andererseits mit der Mündungsöffnung des Auslaßkanals an einen Unterdruck, im folgenden mit Vakuum bezeichnet, angelegt. Dadurch wird das Medium unter selbsttätiger Öffnung des Einlaßventils der Pumpenkammer in diese hochgesaugt. Es hat sich erstaunlicherweise gezeigt, daß eine eine so befüllte Pumpe auch noch nach sehr langer Zeit die Befüllung in ihrer Pumpenkammer behält und schon beim ersten oder zweiten Betätigungshub ihre Funktion aufnimmt.

Die Verwendung eines Vakuums anstelle des Ansaugens durch Betätigung der Pumpe ermöglicht nicht nur eine wesentliche Zeitersparnis, sondern hat viele Vorteile. Vorzugsweise erfolgt die Einsaugung nur bis zum Auslaßventil. Die Größe des Vakuums, seine Einwi rkungszeit und der Durchgangsquerschnitt des stromab des Auslaßventils liegenden Auslaßkanals kann vorteilhaft so bemessen sein, daß beim

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Einsaugen wenig oder kein Füllmedium in den AuslaßkanaT dringt. Obwohl das Vakuum ausreichend bemessen sein sollte, um eine schnelle Füllung der Pumpenkammer durch das Einlaßventil hindurch zu erzeugen, sind der Durchgangswiderstand des Auslaßventils, die Größe des Vakuums und seine Einwirkungszeit so aufeinander abgestimmt, daß das Medium nicht über das Einlaßventil hinwegströmen kann. Die einzelnen Werteder Bezugsgrößen sind von den baulichen Verhältnissen der Pumpe und der Viskosität des Füllmediums abhängig.

Dadurch, daß der Ausgangskanal frei bleibt, wird erreicht, daß das Füllmedium nicht durch Eintrocknen den Auslaßkanal und eine beispielsweise daran vorgesehene Zerstäubungsdüse verstopfen kann. Ferner wird eine Kontaminierung von im Auslaßkanal verbleibendem Medium verhindert.

Besonders geeignet ist die Erfindung für Dosier- und Zerstäuberpumpen, die einen sehr hohen Druck von mehreren Bar erzeugen und diesen Druck in der Pumpenkammer aufbauen, bevor das Auslaßventil öffnet. Bei diesen Pumpen ist der Venti1 querschnitt des Auslaßventils so gering, daß die oben genannten Forderungen leicht zu erfüllen sind. Bei diesen Pumpen reicht aber das Vakuum nicht aus, um das Auslaßventil zu öffnen. Deswegen ist es bei diesen Pumpen erforderlich, das Auslaßventil zwangsweise durch äußere Betätigung zu öffnen. Dies kann geschehen, indem der Pumpenkolben, der mittels eines elastischen Abschnittes als ein Bauteil des Auslaßventils wirkt, gegen einen festen Anschlag gefahren wird, so daß sich das Auslaßventil öffnet. Eine solche Pumpenkonstruktion ist beispielsweise in der EP-A-O 025 224 beschrieben.

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Das Verfahren ist einfach mittels der Vorrichtung nach Anspruch 6 durchzuführen und nimmt nur sehr kurze Zeit in Anspruch.

Ein Ausführungsbeispiel der Dosierpumpe mit Behälter und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine auf einen Behälter aufgesetzte Dosierpumpe und einen Teil der Vorrichtung,

Fig* 2 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung und

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung nach der Linie III-III in Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Behälter 11 gezeigt, der mit einem Füllmedium 12 gefüllt ist. Es handelt sich dabei um ein flüssiges, pastöses oder gelartiges Medium, insbesondere für kosmetische oder pharmazeutische Verwendung, z.B.ein in die Nase eines Patienten zu spritzendes Gel. Die Erfindung ist besonders für derartige Gele, Pasten oder hochviskose Flüssigkeiten geeignet.

Auf die Mündung 13 des Behälters ist eine Dosier- oder Zerstäuberpumpe 14 dicht aufgesetzt, und zwar im dargestellten Beispiel durch Aufschnappen eines Pumpen-Basis-Teils 15 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 16. Die Pumpe besteht mit nahezu allen ihren Einzelteilen aus Kunststoff. Zum Zwecke der besseren Herstellung sind einzelne der hier zur Vereinfachung einstückig dargestellten

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Teile, wie beispielsweise das Basisteil 1.5, aus mehreren zusammengesetzten Einzelteilen hergestellt.

Die Pumpe besitzt einen Pumpenzylinder 17, an dessen unterem Ende ein Sitz 18 für ein kugelförmiges Einlaßventil 19 angeformt ist. Der nach unten herausführende Einlaßkanal ist an einen flexiblen Saugschlauch 20 angeschlossen, der in den Behälter hineinragt. In dem Pumpenzylinder 17 läuft ein aus flexiblem Material bestehender Kolben 21, der insgesamt als eine manschettenartige Hülse ausgebildet ist, dessen untere Dichtlippen 22 an der Pumpenzylinderwand anliegen. Ein mittlerer, die innere öffnung des Kolbens 21 umgebender Abschnitt 23 des Kolbens bildet zusammen mit einem konischen Ventilsitzköper 24 das Auslaßventil 25 der .einfachwirkenden Kolbenpumpe. Der Ventilsitzköper 24 ist in eine hohle Kolbenstange 26 eingepreßt und wird im übrigen von einem oberen schlauchartigen, einen elastischen Hals 27 bildenden Abschnitt des Kolbens umgeben, dessen oberes Ende an der Kolbenstange 26 dicht eingespannt ist. Die Montage des Kolbens erfolgt so, daß der elastische Hals 27 im Ruhezustand unter Ausbauchung nach außen vorgespannt ist und so eine Schließkraft auf das zwischen den Teilen 24 und 25 gebildete Auslaßventil ausübt. Der Ventilsitzkbrper hat mehrere Nuten 28 am Außenumfang, die mit dem übrigen, in der hohlen Kolbenstange ausgebildeten Auslaßkanal 29 in Verbindung stehen. Auf den Ventilsitzkörper 24 wirkt eine Rückhol-Schraubenfeder 30 ein, die die einfachwirkende Pumpe in ihre Ruhestellung zu drücken sucht und gleichzeitig das unkontrollierte Eindringen des kugelförmigen Auslaßventils in die Pumpenkammer 31 verhindert.

Im Pumpenzylinder befindet sich am Ende der Zylinderlauf-

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bahn eine Stufe 32, gegen die die Dichtlippen 22 des Kolbens stoßen, wenn das Ende des Pumpenhubes erreicht ist. Dieser Zustand ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei wird unter weiterer Zusammendrückung des elastischen Halses der Teil 23 des Kolbens von dem Ventilsitzkörper 24 abgehoben und somit das Auslaßventil 25 geöffnet.

In der in Fig. 1 nicht dargestellten Ruhestellung der Pumpe liegt ein äußerer Dichtkonus 34 des Kolbens an einer oberen Stufe 35 des Pumpenzylinders an und dichtet die Pumpenkammer und insbesondere eine in Form eines Durchbruches in der Pumpenzylinderwand vorgesehene Luftausgleichsöffnung 36 ab. Die Pumpe ist also im Ruhezustand nach außen völlig abgeschlossen, während im betätigten Zustand eine dem ausgegebenen Volumen entsprechende Luftmenge von außen her in den Behälter einströmen kann.

An die Kolbenstange 26 schließt sich ein den Auslaßkanal enthaltender Betätigungsdrücker an, der auch als ein auswechselbarer Adapter ausgebildet sein kann. Entsprechend seiner Funktion kann er die unterschiedlichsten Gestaltungen haben und mit geraden Ausgangskanälen, Sprühdüsen oder dgl. versehen sein. Im vorliegenden Falle handelt es sich um einen abgebrochen dargestellten, langgestreckt kegelförmigen Adapter mit gerader Austrittsmündung 38, der an seinem pumpennahen Ende eine breite Stufe 39 zur Auflage der Finger beim Niederdrücken des Betätigungsdruckers aufwei st.

Der Behälter ist in einer Vorrichtung 41 aufgenommen und in seiner aufrechten Lage gegenüber einem von oben in Richtung des Pfeiles 42 auf die Pumpe niederdrückbaren Saugkopfes 40 positioniert. Die Vorrichtung ist in den Figuren 2 und 3 im einzelnen dargestellt.

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In Fig. 2 ist die Vorrichtung 41 in Draufsicht dargestellt. Sie bildet eine Maschine, die in einen Fertigungsablauf zum Befüll en der Behälter 11 und Aufbringen der Pumpen auf sie eingeschaltet ist. Die Füll- und Aufbringungsstationen sind hier nicht dargestellt.

In einem Förderkanal 43 kommen die befüllten und mit Pumpe versehenen Behälter 11 an und werden durch einen von einem Pneumatikzylinder 44 betätigten Schieber 45 jeweils paarweise in zwei halbkreisförmige Ausnehmungen am Außenumfang einer horizontal angeordneten, schrittweise drehbaren Scheibe 47 geschoben. Die Scheibe ist in einigem Abstand von einem kreisförmig angeordneten L-Profil 48 (Fig. 3) umgeben, das eine Auflage und kreisförmige Führung für die Behälter 11 bildet. Dadurch werden die Behälter jeweils paarweise mit der schrittweisen Drehung der Scheibe 47 im Kreis herumgefördert. An der Scheibe sind zahlreiche, beispielsweise zwölf Paare von Ausnehmungen in gleichmäßigem Abstand vorgesehen, und der Schrittantrieb schaltet jeweils um eine Teilung (eine Zwölfte 1umdrehung) weiter.

An einer Saugstation 49 sind zwei Saugköpfe 40 angeordnet, um gleichzeitig das Behälterpaar zu bearbeiten.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist an der Saugstation eine Führungssäule 50 angeordnet, auf der höheneinstellbar an einem Träger 51 die beiden Saugköpfe 40 nebeneinander aufgenommen sind.

Jeder Saugkopf hat an seinem unteren Ende eine im dargestellten Beispiel kegelförmige Aufnahme 52 für den Betätigungsdrücker im Mündungsbereich (s. Fig. 1). Diese Aufnahme kann in beliebiger Weise entsprechend den Auslaßkanalmündungen 38 und der Betätigungsdrückergestalt

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angeordnet sein. Sie sollte den Betätigungsdrücker niederdrücken und gleichzeitig eine abgedichtete Verbindung zwischen dem Auslaßkanal 29 und dem Saugkopf herstellen können.

Der Saugkanal 53 im Saugkopf 40 ist über eine Leitung 54 an eine Steuereinrichtung 55 angeschlossen, die als Dreiwegeventil dargestellt ist und, in Abhängigkeit von der Gesamtsteuerung der Vorrichtung, wahlweise an eine Vakuumleitung 56 oder eine Druckluftleitung 57 anschließbar ist.

Ein pneumatischer Zylinder 58 wird von der Gesamsteuerung der Vorrichtung betätigt und bewegt den Saugkopf 40 auf und ab.

Der Saugst'ation 49 gegenüber ist eine in die kreisförmige Führungsbahn 49 für die Behälter eingreifende Schiene 60 vorgesehen, die die Behälter von dem Rad abnimmt und auf eine Abtransportbahn 61 leitet, von wo aus die nunmehr fertiggestellten Behälter zur Verpackung und zum Abtransport gefördert werden.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung beschrieben.

Die von dem Schieber 45 in die Ausnehmungen 46 der einen Rundtisch bildenden Scheibe 47 geschobenen, mit Medium gefüllten und mit einer Pumpe 14 versehenen Behälter 11 werden schrittweise zur Saugstation 49 gefördert. Es sei hier bemerkt, daß je nach Bedarf auch eine andere Zahl von Behältern_} beispielsweise jeweils drei oder vier, parallel bearbeitet werden könnten und/oder am Rundtisch noch weitere ßearbeitungsvorgänge durchgeführt werden könnten, beispielsweise das Aufkleben von Etiketten oder dgl. .

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Die Scheibe 47 plaziert die Behälter unter den jeweiligen Saugköpfen 40, und diese werden durch den pneumatischen Zylinder 58 abwärts bewegt, so daß die gegebenenfalls mit einer Dichtung versehene Aufnahme 52 auf dem Betätigungsdrücker aufliegt und diesen soweit niederdrückt, bis die in Fig. 1 gezeigte Stellung erreicht ist, i.n der die Dichtlippen 22, oder bei anderen Ausführungen ein anderes Teil des Kolbens, an der Stufe 32 zur Anlage kommen und unter Überwindung der Vorspannung des elastischen Halses das Auslaßventil 25 öffnet. Gleichzeitig wird die Saugleitung 43 an die Vakuumleitung 56 gelegt, so daß über den Auslaßkanal 29, die Nuten 28 und das Auslaßventil 25 eine Saugwirkung in der Pumpenkammer 31 entsteht, die dazu führt, daß das Füllmedium 12 über den Saugschlauch 20 und das Einlaßventil 18, 19 in die Pumpenkammer ei ngssäugt wird. Wegen der relativ großen Querschnitte in dem Ansaugweg für das Füllmedium ist die Befüllung der Pumpenkammer in sehr kurzer Zeit (ca. zwei zehntel Sekunden) beendet. Eine Weitersaugung des Füllmediums durch das Auslaßventil in den Auslaßkanal findet nicht statt, da das Vakuum in Abhängigkeit vom Auslaßventi1-Querschnitt und der Viskosität des Mediums so bemessen ist, daß eine Durchströmung des Auslaßventils eine wesentlich längere Zeit in Anspruch nehmen würde.

Danach wird gleichzeitig der Saugkopf 40 durch Betätigung des pneumatischen Zylinders wieder angehoben und durch Umschalten der Steuereinrichtung 55 ein sehr kurzer Druckluftstoß auf den Saugkopf gegeben. Dadurch wird einerseits das Auslaßventil durch umgekehrte Druckbeaufschlagung mit Sicherheit und sehr schnell geschlossen, vorher eventuell durch das Auslaßventil gedrungenes Füllmedium wieder zurückgedrängt (was normalerweise aber nicht eintritt) und schließlich mit Sicherheit dafür gesorgt, daß der Betätigungsdrücker von dem Saugkopf 40 wieder freikommt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Vorrichtung auch ohne den Druckluftstoß zufriedenstellend arbei tet.

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Während des Aufwärtshubes der Pumpe unter Wirkung der Rückholfeder 33 wird die Pumpenkammer nun endgültig gefüllt. Bei der Vakuumeinwirkung wurde ja, wie aus Fig.1 zu erkennen ist, nur der Totraum der Pumpe gefüllt, während der eigentliche Hubraum erst bei der nachfolgenden automatischen Aufwärtsbewegung gefüllt wird. Während dieser Phasen ist der Luftausgleichskanal, der die öffnung 36 enthält, geöffnet. Er wird nach Beendigung des Aufwärtshubes durch Anlage der Schräge 34 an der Stufe 35 wieder geschlossen.

Aufgrund der Tatsache, daß nur der Totraum der Pumpe durch Vakuumeinwirkung gefüllt werden muß, ist auch die sehr kurze Arbeitszeit möglich. Einschließlich der Weiterschaltung des Rundtisches, der Plazierung der Behälter und dem Saug- und Druckvorgang beträgt die Taktzeit nur 0,3 Sekunden, so daß auf der Vorrichtung ca. 10.000 Behälter pro Stunde bearbeitet werden können.

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Claims (11)

Ansprüche

1.] Verfahren zum Befüllen eines mit einer Dosier- oder Zerstäuberpumpe versehenen Behälters mit einem auszugebenden, insbesondere flüssigen, pastösen oder gelartigen Füllmedium, bei dem der Behälter gefüllt und danach die Pumpe auf die Behälteröffnung dicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an das Füllen das Auslaßventil der Pumpe geöffnet und durch Ausübung eines Vakuums auf den Auslaßkanal Füllmedium in die Pumpe eingesaugt und danach durch Schließen des Auslaßventils diese Füllung aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugung nur bis zum Auslaßventil erfolgt

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Vakuums, seine Einwirkungszeit und der Durchgangsquerschnitt des stromab des Auslaßventils liegenden Auslaßkanals so bemessen sind, daß beim Einsaugen wenig oder kein Füllmedium in den Auslaßkanal dringt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Beendigung der Vakuumeinwirkung kurzzeitig ein Druckmedium in den Auslaßkanal geleitet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Vakuumeinwirkung die Pumpe bis zu ihrem Endanschlag betätigt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Vakuumsaugkopf (40), der relativ zur Pumpe (14) bewegbar angeordnet und zum abdichtenden Zusammenwirken mit der Mündung (38) des Pumpen-Auslaßkanals (29) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkopf (40) zur Betätigung der Pumpe (14) bis zu ihrem Endanschlag ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkopf (40) zusätzlich zu einem steuerbaren Vakuumanschluß (56) einen steuerbaren Druckluftanschluß (57) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkopf (40) durch einen Pneumatikzylinder (58) auf die an ihm vorbei geführten Behälter drückbar ist

A 19 512/3 -ΒΙΟ. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rundtisch mit Aufnahmen (46) für die Behälter (11) enthält, die diskontinuierlich an einem oder mehreren Saugköpfen (40) vorbeibewegbar sind.

11. Dosier- oder Zerstäuberpumpe, die auf einen mit einem auszugebenden Medium (12) gefüllten Behälter (11) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (31) der Pumpe im ungebrauchten Zustand bis zu ihrem Auslaßventil (25) mit dem Medium (12) gefüllt ist, und daß der dem Auslaßventil (25) in Strömungsrichtung nachgeschaltete Auslaßkanal (29) im wesentlichen frei von Medium (12) ist.