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EP1454845A1 - Flüssigkeitsspender und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

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Publication number
EP1454845A1
EP1454845A1 EP03005152A EP03005152A EP1454845A1 EP 1454845 A1 EP1454845 A1 EP 1454845A1 EP 03005152 A EP03005152 A EP 03005152A EP 03005152 A EP03005152 A EP 03005152A EP 1454845 A1 EP1454845 A1 EP 1454845A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
product container
expansion body
container
fluid
fluid dispenser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03005152A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcus Horder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gmg Beratungs- und Beteiligungs & Co KG GmbH
Original Assignee
Gmg Beratungs- und Beteiligungs & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gmg Beratungs- und Beteiligungs & Co KG GmbH filed Critical Gmg Beratungs- und Beteiligungs & Co KG GmbH
Priority to EP03005152A priority Critical patent/EP1454845A1/de
Priority to PCT/EP2004/002290 priority patent/WO2004078634A2/de
Publication of EP1454845A1 publication Critical patent/EP1454845A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D83/00—Containers or packages with special means for dispensing contents
    • B65D83/771—Containers or packages with special means for dispensing contents for dispensing fluent contents by means of a flexible bag or a deformable membrane or diaphragm
    • B65D83/7711—Containers or packages with special means for dispensing contents for dispensing fluent contents by means of a flexible bag or a deformable membrane or diaphragm the contents of a flexible bag being expelled by the contracting forces inherent in the bag or a sleeve fitting snugly around the bag
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D83/00—Containers or packages with special means for dispensing contents
    • B65D83/0094—Containers having an external wall formed as, or with, a diaphragm or the like which is deformed to expel the contents

Definitions

  • the invention relates to a fluid dispenser with the features the preamble of claim 1.
  • the invention also relates Method of loading and / or operating fluid dispensers.
  • Spray cans are known for various techniques, which are particularly notable in terms of generating pressure in the Differentiate spray can, under whose effect the filling material is carried out.
  • the discharge print can be made with a propellant gas are generated, but this is disadvantageous because the propellant gas is generally harmful to the environment. If the pressure however, manually with a displacement piston or a pump is generated (see for example US 2002/0047026, WO 93/12013), there are disadvantages in terms of ease of use.
  • the product container To avoid the dead volume remaining in the relaxed container has also been proposed in the product container to arrange an expansion body that fills the dead volume.
  • the filling material is in the space between the expansion body and the arranged by the pressure of the filling product container.
  • Spray cans with an expansion body in the elastic product container are described in US 5,372,311 and US 3,672,543. It is provided that a product container in Shape of an elongated, essentially cylindrical Bag by inserting a cylindrical expansion body is clamped axially. There is a disadvantage to this technique in that these spray cans have an impractical discharge behavior demonstrate. It has been shown that the discharge of the filling material is not constant, but initially strong and with increasing emptying increasingly weaker. The cause of this behavior is the lack or inadequate radial tension of the product container, which is even too radial Bulges and constrictions with residual filling material at a distance can lead from the discharge opening.
  • the object of the invention is to provide improved fluid dispensers provide with the disadvantages of conventional Fluid dispensers are overcome and which are particular through an expanded scope, a minimal Residual filling quantity and a constant fluid discharge mark across the entire work area.
  • the task of Invention is also improved methods of filling and / or to provide for the operation of fluid dispensers with which have the disadvantages of using conventional fluid dispensers be overcome and in particular a discharge with a minimal remaining filling quantity and a constant Allow fluid discharge.
  • the invention is based on the general device technical teaching, a fluid dispenser with an elastic To design filling containers for receiving a fluid so that the voltage that is filled by the product container Good and possibly by an internal expansion body in the Product container is imprinted by one or more of the three measures targeted in a predetermined manner is adjustable.
  • the product container be operated in a work area in which the Tension as little as possible from the current state of elongation of the Filling container is influenced.
  • the work area can do so be set so that the expansion of the product container in each empty state in part of the stress-strain diagram is where this is as horizontal as possible has.
  • the work area includes the state of maximum Elongation of the product container with maximum loading with fluid (filling material) up to the state of minimal expansion of the Product container when the fluid is discharged and the Product container essentially stretched by the expansion body becomes. If the tension between the two states of elongation changes as little as possible, the discharge pressure (discharge pressure) essentially constant.
  • the fluid delivery can be done with high precision.
  • the Filling container still one even in the state of low stretch sufficiently high voltage so that the discharge even at low Fluid quantities is guaranteed.
  • the tension between the two stretching states especially between the beginning and the end of the work area less than 30% to 20%, preferably less than 10 % changes.
  • a particularly high dosage accuracy can advantageously be achieved when the tension is less than 2% changes.
  • the adjustability of the additionally impressed tension and thus the work area allows an adjustment of the fluid dispenser different materials and operating conditions, so that with a fluid dispenser according to the invention universal applicability for a wide variety of tasks given is.
  • a first measure for the adjustability of the additionally imprinted Tension is that the material of the product container is chosen and / or structured so that a internal tension of the material of the product container depending adjustable from a material property and in particular can be enlarged.
  • the axial and radial tension of the product container set become.
  • a change in the internal tension means the difference for tension caused by external forces, that the tension (ability of the material to deflect to build up a retraction force) through a material property, z. B. changed a morphological material property becomes.
  • a second measure for the adjustability of the additionally imprinted Tension is one from the outside of the product container and formed in a predetermined manner adjustable force is provided.
  • the application of force results in an additional displacement of the filled product container, whose advantage is that the tension in the Product container further increased and therefore in the filled state a pre-stressed state is set becomes.
  • the prestressed state is set so that the elastic properties of the at least one material of the product container results in the desired work area.
  • the inner expansion body comprises a material, the Volume caused by an external reaction (e.g. chemical Reaction, mechanical action) to a predetermined Value is adjustable.
  • the volume expansion of the inner Stretch body can start and achieve the desired one Tension in the product container can be stopped. advantageously, can thus the size ratio relative to Product containers can be changed in a targeted manner.
  • the invention is of various forms of practically interesting products that can be implemented in Form of a fine mist, atomized jet or liquid jet should be delivered.
  • the contents can be general for example gaseous, liquid, pasty or thixotropic and is generally referred to here as a fluid.
  • the product container the product is usually condensed to be in the liquid state.
  • the fluid is preferably not compressible.
  • Fluid dispenser can advantageously be a dispenser for different fluids can be adjusted.
  • the elastic material of the product container is a shrinkable or shrinkable material may have advantages in Regarding the structure and attitude of the embossed Result in tension.
  • the ability to shrink or shrink in particular be an inherent material property or by an external influence, such as a heat or microwave radiation is activated and after achieving one desired shrinkage state can be stopped. from that can have advantages in terms of targeted control of the imprinted preload.
  • the shrinkable or shrinkable Material preferably comprises plastic materials, such as those used in electrical engineering for manufacturing shrinkable insulation hoses are used (e.g.
  • the at least one inner expansion body made of at least an expandable material
  • the expandable material consists of a mixture of at least two components at operating temperature (e.g. room temperature) are inert and when heated (e.g. by microwave radiation) a reaction with volume expansion demonstrate.
  • the components include, for example, PU foam and a Expansion additive that react with each other when heated.
  • controllable heating the expansion process is started in a predetermined manner and be stopped again when the desired voltage of the Filling container is achieved.
  • the expansion body as a hollow body from a composition of a extendable linkage and one spanned by this elastic sleeve exist. In this case too Advantages in terms of the targeted control of the preload result.
  • the expansion body can also be a mechanical one Force element included with the elastic restoring forces can be generated, for example from rubber or one elastic spring is made.
  • the elastic material of the product container has a texture and / or an inner structure with at least one preferred direction which has elastic properties. advantageously, can thus the direction of tension in the elastic product container can be set.
  • the texture can be or outside of the product container can be provided.
  • the at least one preferred direction of the elastic properties of the product container can be caused by an inhomogeneous distribution of elastic properties can be realized.
  • the Product containers can be higher and higher at certain points other places a lower elasticity, up to Have rigidity to form the preferred direction.
  • the Generating the preferred direction means that when applied an initially undirected tension, the elongation of the material of the product container stronger in the preferred direction and done less strongly in other directions.
  • exactly one outer can adjustable expansion body can be provided, with advantages in relation to the setting of the impressed tension can result with only one actuator.
  • the at least one expansion body inside fixed in the product container or outside the product container is arranged.
  • This design can have advantages relative to the positioning of the expansion body result in an opening of the product container.
  • the fixation takes place, for example, with fixing elements, the one partial positive locking (e.g. near the discharge opening) or a frictional connection (for example with a bayonet connection) between the product container and the expansion body result.
  • It can also be a combination of Form locking and friction locking or a material locking (one-piece formation of product container and expansion body) be provided.
  • the at least one Expansion body inside the product container or outside the Filling container is arranged to move freely. It can the structure of the fluid dispenser is simplified. This design is especially with an internal expansion body realized that is spherical or cylindrical with a Length is greater than the diameter of an outer casing is.
  • the outer Force applied by a tensioning device for application is formed by bending or torsional moments.
  • the tensioning device can, for example, by twisting the product container, Twisting or twisting at least part of the Product container or one adjacent to the product container Apply an internal tension to the auxiliary material.
  • Fluid dispensers according to the invention have the particular advantage that that by the possibility of subsequent adjustment the tension of the product container this with an extended Variety of shapes can be produced.
  • Another important advantage of the invention is that the assembly of the fluid dispenser is considerably simplified becomes. In contrast to conventional fluid dispensers, it is not absolutely necessary that the Product container during assembly in a relaxed state less clear width than the inner expansion body. Rather, both parts can have the same dimensions. This will insert the expansion body into the Filled goods container facilitated and an injury to the filled goods container avoided. This also increases operational safety of the fluid dispenser according to the invention increased.
  • the invention is based on the general method technical teaching, with a fluid dispenser, especially one Fluid dispenser according to the invention with an elastic Product container and possibly at least one inner and / or outer expansion body the impressed tension of the product container by changing an internal tension of the Material of the filling container, one from the outside of the Filling container formed ago force and / or a predetermined change in the volume of the inner expansion body in addition to adjusting the elongation through the fluid, around the product container in a work area operate in which the discharge pressure is as constant as possible prevails, and / or around the elastic material of the product container targeted internal tensions with a predetermined Imprint directional distribution.
  • the fluid is taken up in the product container and then the material of the product container the additional Imprinted tension.
  • the product container is being filled stretched with the pressurized fluid so that a certain Preload occurs.
  • the additional one Displacement for example, by introducing at least one internal expansion body.
  • the introduction of the internal expansion body causes an all-round Pressure increase in the product container, which is both is biased radially and axially.
  • the displacement takes place by supplying at least an outer stretch body.
  • the material of the product container through the inner expansion body and / or a change in the internal tension of the product container the extra tension imprinted before or while the fluid is taken up in the product container. It can be an alternating or simultaneous filling of the fluid and stamping of the additional tension can be provided.
  • the invention provides the following additional advantages.
  • the tension of the product container is determined by an external one controllable reaction or effect imprinted.
  • the work area fluid discharge can be optimized.
  • the invention Fluid dispenser is technically practical and industrial, especially producible by mass production.
  • the invention enables a wrinkle-free folding of the Filling container during fluid discharge, whereby it does not become a Constriction or separation of partial volumes comes in which Fluid residues could remain.
  • the above-mentioned measures for setting the work area are first referring to the schematic Cross-sectional view of a fluid dispenser according to the invention 10 explained in the filled state in Figure 1.
  • the fluid dispenser 10 comprises a product container 20 and an inner one Expansion body 30, which in a manner known per se in one can-shaped housing 11 are arranged.
  • the can-shaped Housing 11 consists for example of plastic, sheet metal or hard cardboard. It forms a protection for the product container 20 and the expansion body 30 and possibly a handle Using the fluid dispenser 10.
  • the product container 20 has an opening 21 through which the The fluid is discharged when the fluid dispenser 10 is used. Usually, the opening 21 is also used to fill the Filling container 20 used. Alternatively, for filling a separate, permanent when using the fluid dispenser 10 closed opening may be provided.
  • the opening 21 stands with a valve device 12 known per se Connection, for example, one made by manually Pressure actuated valve includes.
  • the Product container 20 for example via a circumferential collar or a flange (not shown) with the housing 11 connected.
  • the expansion body 30 in the product container 20 is an elongated, cylindrical component with a rounded free end 31 and a foot part 32, which in the opening 21st of the product container 20 is inserted. Between the foot part 32 and the material of the product container 20 around the opening 21 for example a form fit, so that the expansion body 30 is fixed in the opening 21. To improve the Positive fit, the foot part 32 can be roughened.
  • the product container 20 is, for example, an injection molding process manufactured component.
  • the conditions of injection molding may be chosen so that the material at the opening 21 has a greater hardness than the rest of the material of the Product container 20.
  • FIG. 1 The embodiment of the invention shown in Figure 1 is in particular for the implementation of the above-mentioned first and / or third measures to adjust the bias of the container material set up.
  • the material of the product container 20 includes, for example Plastic, the internal tension of which is variable.
  • the internal tension of which is variable.
  • Shrinkage properties exploited to reduce internal tension against the already filled fluid and / or the internal expansion body 30 increase.
  • Shrinking can, for example triggered by a chemical reaction or timed be when a catalyst or reactant is released in the space between the product container 20 and the housing 11 begins.
  • the container material inherent shrinkage stopped by an additive when the desired state of tension is achieved is.
  • the product container 20 can be made in a manner known per se shown as a single layer or alternatively in multiple layers as Layer composite can be built up from two or more layers (not shown).
  • the innermost layer consists of one for the fluid inert material, for example silicone or silicone rubber.
  • a barrier layer may also be provided be, which prevents diffusion of the stored fluid.
  • the internal tension in the material of the product container 20 can adjusted by shrinking a partial layer in the layer composite become.
  • the shrinkable or shrinkable sub-layer can be provided outside on at least one inner layer his.
  • the outer sub-layer can be the inner layer partially enclose, for example in the form of a network, one A large number of patch-shaped partial surfaces or a large number of straight or spiral strips.
  • the structure and / or the material of the inner expansion body 30 are to implement the third measure mentioned above for voltage adjustment for a controlled volume expansion educated.
  • the inner expansion body 30 from a controllable swellable or foamable Material whose volume expansion is caused by a chemical additive and / or an energy supply (for example: microwave radiation) is triggered.
  • the inner stretch body 30 can in a manner known per se with at least one channel be equipped by the fluid in the drained state of the Product container 20 can pass through to the opening 21.
  • the inner expansion body 30 consists of a Hollow body made of an elastic, inert material, in the Inside, a volume expansion is triggered chemically or mechanically can be.
  • the hollow body is chemical, for example Reagents filled that are not under filling conditions are reactive. Only through an external trigger, an internal one Release or by passage of time the reaction to reaction products begins, which have an increased volume with it push the hollow body apart and thereby the tension increase against the product container 20.
  • Can in the hollow body also a mechanical one, from the outside or by a force element actuable linkage provided for volume expansion be (see also Figure 2).
  • the internal expansion body shown in Figure 1 30 is optionally provided.
  • a Fluid dispenser also provided without the inner expansion body 30 become.
  • the Product container 20 for example, be designed so that it is in the relaxed, unfilled condition a vanishing interior volume or has an internal volume that is smaller than that at residual volume in the product container that is still tolerated during emptying is.
  • the product container with the Filled fluid under pressure so that the product container 20 is spanned.
  • the inner one Tension in the product container 20 z. B. by shrinking increased until the desired work area is set.
  • the embodiment of the invention shown in Figure 2 is especially for the implementation of the second measure mentioned above set up to adjust the bias of the container material.
  • An outer expansion body 40 is provided, the during or after the filling of the product container 20 with the fluid in the expansion area of the product container 20 protrudes, with the force thus formed the product container 20 is additionally biased.
  • the outer expansion body 40 includes, for example elongated, cylindrical body, the volume of which may analogous to the principles of enlargement described above of the inner expansion body 30 can be enlarged. It is for example, as shown schematically with a hollow body a closed, elastic cover with an inner Force element provided. The force element is on the inside of the housing 11 attached and with an actuator (not shown) operable and limited, so that the free end of the outer expansion body 40 in a predetermined Protrudes into the housing 11 and the product container 11 repressed. Alternatively, a thread for a screw feed be provided with which the outer expansion body 40th is adjustable.
  • the volume of the outer expansion body 40 cannot be enlarged.
  • the force when Inserting the product container 20 into the housing 11 is filled by the Product container 20 first in an intermediate position in the Housing 11 inserted, then filled with the fluid and is finally pushed to the bottom of the housing 11, the expansion body 40 in the material of the product container 20 presses and the desired additional preload generated.
  • FIG. 3 An alternative design with one piece on the product container 20 molded outer expansion body 40 is in Figure 3 illustrated.
  • a composite material the For example, is produced by injection molding. The conditions at Injection molding is selected so that the outer expansion body 40 is formed with a greater hardness than the rest of the product container 20.
  • the product container 20 can be used with other processes available per se.
  • frame B shows the product container 20 in the filled state. The Wall material of the product container 20 is stretched and prestressed.
  • Shape The outer expansion body 40 is moved from a position in which it protrudes from the product container 20 into a position moved in which he directed towards the product container is and displaces it. Through this repression the Product container 20 the desired voltage for setting of the work area.
  • Deviating from the compact form of the Product container 40 can have an expansion component 41 included, according to the principles described above the filling of the product container expandable in a predetermined manner is.
  • the expansion component 41 can according to the partial image A of Figure 4 separated from the inside of the product container 20 be or according to drawing B of Figure 4 inside protrude in order to expand the volume in the Pressurize the product container.
  • a plurality of outer expansion bodies 40.1, 40.2 can be provided, as illustrated schematically in FIG. 5 is. It can be a one-piece construction of the expansion body be provided with the product container, as in Figures 3 and 4 is illustrated.
  • the expansion body can generally from all sides against the product container protrude, for example as shown from the side.
  • At this Embodiment is also the combination of at least an inner expansion body 30 with at least one outer Elongation body 40 illustrated.
  • the Direction of action and displacement of the different expansion bodies be combined so that to optimize the Desired tension alignment in the material of the product container 20 is achieved.
  • FIG. 6 illustrates the two-stage generation according to the invention the bias of the product container 20 using an example.
  • the additional displacement with the subsequently introduced expansion body 30 see diagram on the right) the internal stress within the desired work area further increased.
  • the setting of the additionally impressed tension by a structuring of the material of the product container is in Figure 7 illustrates.
  • the product container 20 with the opening 21 is in the relaxed state without the remaining parts of the fluid dispenser shown.
  • the product container 20 has a texture 22, which is oriented so that with axial tension of the product container 20 via that aligned with the texture Force parallelogram generates a radially acting stress component becomes.
  • the texture 22 includes, for example, a spiral Groove or spirally arranged groove sections along the axial length of the product container 20.
  • the texture 22 makes stretching behavior preferred Direction with which the setting of the product container is generated 20 is optimized in the desired work area.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Containers And Packaging Bodies Having A Special Means To Remove Contents (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

Es werden Fluiddispenser (10) mit einem Füllgutbehälter (20) aus einem elastischen Material, der zur Aufnahme eines Fluids eingerichtet ist und im gefüllten Zustand eine aufgeprägte Spannung aufweist, unter deren Wirkung das Fluid aus dem Füllgutbehälter (20) ausgetragen werden kann, beschrieben, wobei die aufgeprägte Spannung des Füllgutbehälters (20) einstellbar ist: durch eine vorbestimmte Verstellung einer inneren Spannung des Materials des Füllgutbehälters (20), durch eine von der Außenseite des Füllgutbehälters (20) her gebildete Krafteinwirkung, und/oder durch eine Vergrößerung mindestens eines inneren Dehnungskörpers (30) im Füllgutbehälter (20), wobei der innere Dehnungskörper (30) ein Material umfasst, dessen Volumen durch eine von außen ausgelöste Reaktion auf einen vorbestimmten Wert einstellbar ist. Es werden auch Verfahren zum Betrieb derartiger Fluiddispenser (10) beschrieben,

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluiddispenser mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Beschickung und/oder zum Betrieb von Fluiddispensern.
Zum Austrag von Füllgut (zum Beispiel Flüssigkeiten) aus Sprühdosen sind verschiedene Techniken bekannt, die sich insbesondere in Bezug auf die Erzeugung des Druckes in der Sprühdose unterscheiden, unter dessen Wirkung das Füllgut ausgetragen wird. Beispielsweise kann der Austragsdruck mit einem Treibgas erzeugt werden, was jedoch nachteilig ist, da das Treibgas in der Regel umweltschädlich ist. Wenn der Druck hingegen manuell mit einem Verdrängerkolben oder einer Pumpe erzeugt wird (siehe zum Beispiel US 2002/0047026, WO 93/12013), ergeben sich Nachteile in Bezug auf den Bedienkomfort.
Es ist auch bekannt, das Füllgut in der Sprühdose in einem Füllgutbehälter aus einem elastischen Material so aufzunehmen, dass dieses durch das Füllgut gedehnt wird (siehe zum Beispiel US 5,265,765, DE 43 33 627 C2). In diesem Fall wird der Austragsdruck durch die elastische Rückstellkraft des Füllgutbehälters erzeugt. Ein Nachteil dieser Technik besteht darin, dass nach der Entspannung des Behältermaterials noch ein Rest des Füllgutes im Füllgutbehälter bleibt und damit für die Anwendung verloren geht. In US 4,981,238 wird vorgeschlagen, den Füllgutbehälter im entleerten Zustand durch permanent von außen wirkende elastische Elemente zusammenzupressen und dadurch den Rest des Füllgutes auszutreiben. Dadurch wird der Aufbau der Sprühdose jedoch kompliziert.
Zur Vermeidung des im entspannten Behälter verbleibenden Totvolumens ist ferner vorgeschlagen worden, im Füllgutbehälter einen Dehnungskörper anzuordnen, der das Totvolumen ausfüllt. Das Füllgut wird im Raum zwischen dem Dehnungskörper und dem durch den Druck des Füllguts gespannten Füllgutbehälter angeordnet.
Sprühdosen mit einem Dehnungskörper im elastischen Füllgutbehälter werden in US 5,372,311 und US 3,672,543 beschrieben. Dabei ist jeweils vorgesehen, dass ein Füllgutbehälter in Form eines langgestreckten, im wesentlichen zylinderförmigen Beutels durch Einschieben eines zylinderförmigen Dehnungskörpers axial aufgespannt wird. Ein Nachteil dieser Technik besteht darin, dass diese Sprühdosen ein unpraktikables Austragsverhalten zeigen. Es hat sich gezeigt, dass der Austrag des Füllgutes nicht konstant, sondern zunächst stark und mit zunehmender Leerung immer schwächer erfolgt. Die Ursache für dieses Verhalten besteht in der fehlenden oder unzureichenden radialen Spannung des Füllgutbehälters, die sogar zu radialen Ausbauchungen und Abschnürungen mit Restfüllgut mit Abstand von der Austragsöffnung führen kann.
In DE 28 26 784 wird eine Sprühdose mit einem nicht-elastischen Füllgutbehälter beschrieben, der mit einem elastischen Schlauch von außen gegen den Dehnungskörper gedrückt wird. Der elastische Schlauch wird zwar radial aufgespannt. Dennoch kann mit dieser Sprühdose kein konstanter Austragsdruck und auch kein rückstandsfreier. Austrag erzielt werden, da der Schlauch kein lineares Ehtspannungsverhalten besitzt und mit fortschreitender Leerung der Füllgutbehälter ungleichförmig gefaltet zwischen dem Dehnungskörper und dem Schlauch liegt, so dass unerwünschtes Totvolumen gebildet wird.
Die beschriebenen Nachteile Ungleichförmigkeit und Rückstandsbildung können zwar bei herkömmlichen Sprühdosen beispielsweise bei kosmetisch wirkenden Füllgütern toleriert werden.'Bei der Anwendung mit teuren Füllgütern, die genau dosiert werden müssen, zum Beispiel in der Medizin sind die Nachteile jedoch unakzeptabel.
Ein genereller Nachteil der herkömmlichen Fluiddispenser besteht schließlich darin, dass für verschiedene Anwendungen allgemeinen verschiedene Behältermaterialien erforderlich sind, an die jeweils der Dehnungskörper angepasst werden muss. Daher sind die Sprühdosen bisher in der Regel Spezialgeräte, was nachteilig für die Herstellungskosten ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Fluiddispenser bereitzustellen, mit denen die Nachteile der herkömmlichen Fluiddispenser überwunden werden und die sich insbesondere durch einen erweiterten Anwendungsbereich, eine minimale Restfüllmenge und einen möglichst konstanten Fluidaustrag über den gesamten Arbeitsbereich auszeichnen. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, verbesserte Verfahren zur Befüllung und/oder zum Betrieb von Fluiddispensern bereitzustellen, mit denen die Nachteile bei der Verwendung herkömmlicher Fluiddispenser überwunden werden und die insbesondere einen Austrag mit einer minimalen Restfüllmenge und einem konstanten Fluidaustrag ermöglichen.
Diese Aufgaben werden durch Fluiddispenser und Verfahren mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1 oder 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung basiert vorrichtungsbezogen auf der allgemeinen technischen Lehre, einen Fluiddispenser mit einem elastischen Füllgutbehälter zur Aufnahme eines Fluids so auszubilden, dass die Spannung, die dem Füllgutbehälter durch das eingefüllte Gut und ggf. durch einen inneren Dehnungskörper im Füllgutbehälter aufgeprägt ist, durch eine oder mehrere der unten genannten drei Maßnahmen in vorbestimmter Weise gezielt einstellbar ist.
Durch die gezielte Einstellung der mechanischen Spannung oder des Materialverbundes des Füllgutbehälters kann der Füllgutbehälter in einem Arbeitsbereich betrieben werden, in dem die Spannung möglichst wenig vom aktuellen Dehnungszustand des Füllgutbehälters beeinflusst wird. Der Arbeitsbereich kann so eingestellt werden, dass die Dehnung des Füllgutbehälters in jedem Leerungszustand in einem Teil des Spannungs-Dehnungs-Diagramm liegt, wo dieses einen möglichst horizontalen Verlauf besitzt. Der Arbeitsbereich umfasst den Zustand maximaler Dehnung des Füllgutbehälters bei maximaler Beschickung mit Fluid (Füllgut) bis hin zum Zustand minimaler Dehnung des Füllgutbehälters, wenn das Fluid ausgetragen ist und der Füllgutbehälter im wesentlichen durch den Dehnungskörper gespannt wird. Wenn sich die Spannung zwischen beiden Dehnungszuständen möglichst wenig ändert, ist der Austragsdruck (Entleerungsdruck) im wesentlichen konstant. Die Fluid-abgabe kann mit hoher Präzision erfolgen. Des weiteren besitzt der Füllgutbehälter auch im Zustand geringer Dehnung noch eine genügend hohe Spannung, so dass der Austrag auch bei geringen Fluidmengen gewährleistet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die Spannung zwischen beiden Dehnungszuständen insbesondere zwischen dem Beginn und dem Ende des Arbeitsbereiches weniger als 30 % bis 20 %, bevorzugt weniger als 10 %, ändert. Eine besonders hohe Dosierungsgenauigkeit kann vorteilhafterweise erzielt werden, wenn sich die Spannung weniger als 2 % ändert.
Die Einstellbarkeit der zusätzlich aufgeprägten Spannung und damit des Arbeitsbereiches ermöglicht eine Anpassung des Fluiddispensers an verschiedene Materialien und Betriebsbedingungen, so dass mit einem erfindungsgemäßen Fluiddispenser eine universale Anwendbarkeit für die verschiedensten Aufgaben gegeben ist.
Eine erste Maßnahme zur Einstellbarkeit der zusätzlich aufgeprägten Spannung besteht darin, dass das Material des Füllgutbehälters so gewählt und/oder strukturiert ist, dass eine innere Spannung des Materials des Füllgutbehälters in Abhängigkeit von einer Materialeigenschaft verstellbar und insbesondere vergrößerbar ist. Vorteilhafterweise kann damit die axiale und radiale Spannung des Füllgutbehälters eingestellt werden. Eine Änderung der inneren Spannung bedeutet im Unterschied zur Spannung durch eine Krafteinwirkung von außen, dass die Spannung (Fähigkeit des Materials, bei Auslenkung eine Rückstreckkraft aufzubauen) durch eine Materialeigenschaft, z. B. eine morphologische Materialeigenschaft verändert wird.
Eine zweite Maßnahme zur Einstellbarkeit der zusätzlich aufgeprägten Spannung besteht darin, dass eine von der Außenseite des Füllgutbehälters gebildete und in vorbestimmter Weise einstellbare Krafteinwirkung vorgesehen ist. Die Krafteinwirkung ergibt eine zusätzliche Verdrängung des befüllten Füllgutbehälters, deren Vorteil es ist, dass die Spannung im Füllgutbehälter weiter erhöht und dadurch im gefüllten Zustand ein in bestimmter Weise vorgespannter Zustand eingestellt wird. Der vorgespannte Zustand wird so eingestellt, dass die elastischen Eigenschaften des mindestens einen Materials des Füllgutbehälters den gewünschten Arbeitsbereich ergibt.
Schließlich besteht eine dritte Maßnahme zur Einstellbarkeit der zusätzlich aufgeprägten Spannung darin, dass mindestens ein innerer Dehnungskörper im Füllgutbehälter vorgesehen ist, wobei das Volumen des inneren Dehnungskörpers in vorbestimmter Weise einstellbar und insbesondere vergrößerbar ist.
Hierzu umfasst der innere Dehnungskörper ein Material, dessen Volumen durch eine von außen ausgelöste Reaktion (z. B. chemische Reaktion, mechanische Einwirkung) auf einen vorbestimmten Wert einstellbar ist. Die Volumenexpansion des inneren Dehnungskörpers kann gestartet und bei Erzielung der gewünschten Spannung im Füllgutbehälter gestoppt werden. Vorteilhafterweise kann damit das Größenverhältnis relativ zum Füllgutbehälter gezielt verändert werden.
Vorteilhafterweise ist die Erfindung mit verschiedenen Formen von praktisch interessierenden Füllgütern umsetzbar, die in Form eines feinen Nebels, zerstäubten Strahls oder Flüssigkeitsstrahls abgegeben werden sollen. Das Füllgut kann allgemein zum Beispiel gasförmig, flüssig, pastös oder thixotrop sein und wird hier allgemein als Fluid bezeichnet. Im Füllgutbehälter wird das Füllgut in der Regel kondensiert, also im flüssigen Zustand sein. Das Fluid ist vorzugsweise nicht kompressibel. Durch die Einstellbarkeit des erfindungsgemäßen Fluiddispensers kann vorteilhafterweise ein Dispenser für verschiedene Fluide angepasst werden.
Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das elastische Material des Füllgutbehälters ein schrumpf- oder schwindfähiges Material umfasst, können sich Vorteile in Bezug auf den Aufbau und die Einstellung der aufgeprägten Spannung ergeben. Die Schrumpf- oder Schwindfähigkeit kann insbesondere eine inhärente Materialeigenschaft sein oder durch eine äußere Einwirkung, wie zum Beispiel eine Wärme- oder Mikrowellenbestrahlung aktiviert und nach Erzielung eines gewünschten Schrumpfzustandes gestoppt werden. Daraus können sich Vorteile in Bezug auf die gezielte Steuerung der aufgeprägten Vorspannung ergeben. Das schrumpf- oder schwindfähige Material umfasst vorzugsweise Kunststoffmaterialien, wie sie beispielsweise in der Elektrotechnik zur Herstellung schrumpffähiger Isolationsschläuche verwendet werden (z. B.
PE mit geeigneten, die Schrumpffähigkeit beeinflussenden Zusätzen).
Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der mindestens eine innere Dehnungskörper aus mindestens einem expansionsfähigen Material besteht, können sich Vorteile in Bezug auf das Einsetzen des Dehnungskörpers ergeben. Das expansionsfähige Material umfasst eine Mischung aus mindestens zwei Komponenten, die bei der Betriebstemperatur (z. B. Raumtemperatur) inert sind und bei Erwärmung (z. B. durch Mikrowellenbestrahlung) eine Reaktion mit Volumenexpansion zeigen. Die Komponenten umfassen bspw. PU-Schaum und einen Expansionszusatz, die bei Erwärmung miteinander reagieren. Vorteilhafterweise kann mit der steuerbaren Erwärmung der Expansionsprozess in vorbestimmter Weise gestartet und wieder gestoppt werden, wenn die gewünschte Spannung des Füllgutbehälters erzielt ist. Alternativ kann der Dehnungskörper als Hohlkörper aus einer Zusammensetzung aus einem ausfahrbaren Gestänge und einer von diesem aufgespannten elastischen Hülle bestehen. Auch in diesem Fall können sich Vorteile in Bezug auf die gezielte Steuerung der Vorspannung ergeben. Der Dehnungskörper kann ferner ein mechanisches Kraftelement enthalten, mit dem elastische Rückstellkräfte erzeugbar sind und das beispielsweise aus Gummi oder einer elastischen Feder besteht.
Gemäß einer Abwandlung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das elastische Material des Füllgutbehälters eine Textur und/oder eine innere Struktur mit mindestens einer Vorzugsrichtung der elastischen Eigenschaften besitzt. Vorteilhafterweise kann damit die Spannungsrichtung im elastischen Füllgutbehälter eingestellt werden. Die Textur kann auf der Innen- oder Außenseite des Füllgutbehälters vorgesehen sein.
Die mindestens eine Vorzugsrichtung der elastischen Eigenschaften des Füllgutbehälters kann durch eine inhomogene Verteilung der elastischen Eigenschaften realisiert werden. Der Füllgutbehälter kann an bestimmten Stellen eine höhere und an anderen Stellen eine geringere Elastizität, bis hin zur Starrheit besitzen, um die Vorzugsrichtung auszubilden. Die Erzeugung der Vorzugsrichtung bedeutet, dass bei Aufbringung einer zunächst ungerichteten Spannung die Dehnung des Materials des Füllgutbehälters stärker in der Vorzugsrichtung und weniger stark in anderen Richtungen erfolgt.
Zur Realisierung der oben genannten zweiten Maßnahme kann vorgesehen sein, dass die von der Außenseite des Füllgutbehälters her gebildete Krafteinwirkung durch mindestens einen äußeren Dehnungskörper gebildet wird. Im Unterschied zu den herkömmlichen Sprühdosen ist der Dehnungskörper bei dieser Variante außerhalb des Füllgutbehälters angeordnet. Ein besonderer Vorteil der Verdrängung von außen ist es, dass durch das Wirkgefüge des Verdrängens sowohl radial als auch axial wirkende Spannungen im Füllgutbehälter erzeugt werden. Durch die Position und Ausrichtung des Dehnungskörpers kann die Richtung der Spannungsverteilung im Füllgutbehälter beeinflusst werden.
Gemäß einer Variante der Erfindung kann genau ein äußerer verstellbarer Dehnungskörper vorgesehen sein, wobei sich Vorteile in Bezug auf die Einstellung der aufgeprägten Spannung mit nur einem Stellglied ergeben können. Alternativ können mehrere Dehnungskörper vorgesehen sein, die mindestens einen äußeren Dehnungskörper und mindestens einen inneren Dehnungskörper umfassen.
Wenn zur Einstellung der aufgeprägten Spannung vorgesehen ist, dass die Position des mindestens einen Dehnungskörper relativ zum Füllgutbehälter veränderlich ist, können sich Vorteile in Bezug auf die Genauigkeit der Einstellung der Vorspannung ergeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Dehnungskörper innen im Füllgutbehälter oder außerhalb des Füllgutbehälters fixiert angeordnet ist. Bei dieser Gestaltung können sich Vorteile in Bezug auf die Positionierung des Dehnungskörpers relativ zu einer Öffnung des Füllgutbehälters ergeben. Die Fixierung erfolgt beispielsweise mit Fixierelementen, die einen teilweisen Formschluss (beispielsweise nahe der Austragsöffnung) oder einen Kraftschluss (beispielsweise mit einer Bajonettverbindung) zwischen dem Füllgutbehälter und dem Dehnungskörper ergeben. Es kann ferner eine Kombination aus Formschluss und Kraftschluss oder ein Materialschluss (einstückige Bildung von Füllgutbehälter und Dehnungskörper) vorgesehen sein.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Dehnungskörper innen im Füllgutbehälter oder außerhalb des Füllgutbehälters frei beweglich angeordnet ist. Dabei kann sich der Aufbau des Fluiddispensers vereinfachen. Diese Gestaltung wird insbesondere mit einem inneren Dehnungskörper realisiert, der kugelförmig ist oder zylinderförmig mit einer Länge ist, die größer als der Durchmesser eines äußeren Gehäuses ist.
Zur Realisierung der oben genannten zweiten Maßnahme kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die äußere Krafteinwirkung durch eine Spanneinrichtung zum Aufbringen von Biege- oder Torsionsmomenten gebildet wird. Die Spanneinrichtung kann dem Füllgutbehälter beispielsweise durch Verdrehen, Verdrillen oder Tordieren mindestens eines Teils des Füllgutbehälters oder eines an den Füllgutbehälter angrenzenden Hilfsmaterials eine innere Spannung aufprägen.
Erfindungsgemäße Fluiddispenser besitzen den besonderen Vorteil, dass durch die Möglichkeit zur nachträglichen Einstellung der Spannung des Füllgutbehälters dieser mit einer erweiterten Formenvielfalt herstellbar ist. Der gesamte Aufbau des Fluiddispensers kann je nach den Wünschen des Anwenders, z. B. zur Herstellung einer charakteristischen Gestaltung oder zur Bereitstellung einer verbesserten Bedienbarkeit gebildet werden.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Montage des Fluiddispensers erheblich vereinfacht wird. Im Unterschied zu herkömmlichen Fluiddispensern ist es zwar möglich, aber nicht zwingend erforderlich, dass der Füllgutbehälter bei der Montage im entspannten Zustand eine geringere lichte Weite als der innere Dehnungskörper besitzt. Beide Teile können vielmehr die gleichen Dimensionen besitzen. Dadurch wird das Einsetzen des Dehnungskörpers in den Füllgutbehälter erleichtert und eine Verletzung des Füllgutbehälters vermieden. Damit wird ferner die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Fluiddispensers erhöht.
Die Erfindung basiert verfahrensbezogen auf der allgemeinen technischen Lehre, bei einem Fluiddispenser, insbesondere einem erfindungsgemäßen Fluiddispenser mit einem elastischen Füllgutbehälter und ggf. mindestens einem inneren und/oder äußeren Dehnungskörper die aufgeprägte Spannung des Füllgutbehälters durch eine Veränderung einer inneren Spannung des Materials des Füllgutbehälters, eine von der Außenseite des Füllgutbehälters her gebildete Krafteinwirkung und/oder eine vorbestimmte Veränderung des Volumens des inneren Dehnungskörpers zusätzlich zu der Dehnung durch das Fluid einzustellen, um den Füllgutbehälter in einem Arbeitsbereich zu betreiben, in dem ein möglichst konstanter Austragsdruck herrscht, und/oder um dem elastischen Material des Füllgutbehälters gezielt innere Spannungen mit einer vorbestimmten Richtungsverteilung aufzuprägen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zuerst das Fluid in den Füllgutbehälter aufgenommen und anschließend dem Material des Füllgutbehälters die zusätzliche Spannung aufgeprägt. Der Füllgutbehälter wird beim Befüllen mit dem unter Druck stehenden Fluid gedehnt, so dass eine bestimmte Vorspannung entsteht. Anschließend erfolgt die zusätzliche Verdrängung beispielsweise durch Einführung von mindestens einem inneren Dehnungskörper. Vorteilhafterweise bewirkt die Einführung des inneren Dehnungskörpers eine allseitige Druckerhöhung im Füllgutbehälter, der somit sowohl radial als auch axial vorgespannt wird. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Verdrängung durch Zuführung von mindestens einem äußeren Dehnungskörper.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird dem Material des Füllgutbehälters durch den inneren Dehnungskörper und/oder eine Änderung der inneren Spannung des Füllgutbehälters die zusätzliche Spannung aufgeprägt, bevor oder während das Fluid in den Füllgutbehälter aufgenommen wird. Es kann eine wechselweise oder gleichzeitige Einfüllung des Fluids und Aufprägung der zusätzlichen Spannung vorgesehen sein.
Die Einstellung des inneren und/oder äußeren Dehnungskörpers kann nach den oben erläuterten Prinzipien und mit den unten beschriebenen weiteren Einzelheiten erfolgen.
Die Erfindung liefert die folgenden zusätzlichen Vorteile. Die Spannung des Füllgutbehälters wird durch eine von außen steuerbare Reaktion oder Wirkung aufgeprägt. Der Arbeitsbereich beim Fluidaustrag kann optimiert werden. Der erfindungsgemäße Fluiddispenser ist technisch praktikabel und industriell, insbesondere durch Massenproduktion herstellbar.
Die Erfindung ermöglicht ein faltenfreies Zusammenlegen des Füllgutbehälters beim Fluidaustrag, wobei es nicht zu einer Abschnürung oder Abtrennung von Teilvolumina kommt, in denen Fluidreste verbleiben könnten.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1:
eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Fluiddispensers zur Illustration der oben genannten Maßnahmen zur Einstellung des Arbeitsbereiches,
Figuren 2 bis 5:
schematische Querschnittsansichten erfindungsgemäßer Fluiddispenser zur Illustration der Erzeugung einer von außen aufgeprägten Kraftwirkung,
Figur 6:
eine Illustration einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Figur 7:
eine schematische Illustration eines erfindungsgemäß strukturierten Füllgutbehälters.
Die Erfindung wird im folgenden unter beispielhaftem Bezug auf einen Fluiddispenser mit einem elastischen Füllgutbehälter und mindestens einem inneren oder äußeren Dehnungskörper beschrieben. Einzelheiten von Fluiddispensern, insbesondere in Bezug auf die Gestaltung der Öffnung zum Fluidaustrag, die Steuerung der Dosierung zum Beispiel mit einem manuell oder mit einer Stelleinrichtung betätigten Ventil, die Dimensionen der Teile des Fluiddispensers, die baulichen Einzelheiten der Verbindung der einzelnen Teile und die Techniken zur Montage insbesondere des Füllgutbehälters auf einem inneren Dehnungskörper sind an sich von den herkömmlichen Fluiddispensern bekannt. Diese Einzelheiten werden daher, soweit sie nicht für die Umsetzung der Erfindung von Bedeutung sind, hier nicht gesondert beschrieben.
Die oben genannten Maßnahmen zur Einstellung des Arbeitsbereiches werden zunächst unter Bezug auf die schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Fluiddispensers 10 im gefüllten Zustand in Figur 1 erläutert. Der Fluiddispenser 10 umfasst einen Füllgutbehälter 20 und einen inneren Dehnungskörper 30, die in an sich bekannter Weise in einem dosenförmigen Gehäuse 11 angeordnet sind. Das dosenförmige Gehäuse 11 besteht beispielsweise aus Kunststoff, Blech oder Hartpappe. Es bildet einen Schutz für den Füllgutbehälter 20 und den Dehnungskörper 30 und ggf. einen Handgriff zur Benutzung des Fluiddispensers 10.
Der Füllgutbehälter 20 besitzt eine Öffnung 21, durch die der Austrag des Fluids beim Gebrauch des Fluiddispensers 10 erfolgt. Gewöhnlich wird die Öffnung 21 auch zum Befüllen des Füllgutbehälters 20 verwendet. Alternativ kann zum Befüllen eine gesonderte, bei Gebrauch des Fluiddispensers 10 dauerhaft verschlossene Öffnung vorgesehen sein. Die Öffnung 21 steht mit einer an sich bekannten Ventileinrichtung 12 in Verbindung, die zum Beispiel ein durch manuell gebildeten Druck betätigbares Ventil umfasst. An der Öffnung 21 ist der Füllgutbehälter 20 beispielsweise über einen umlaufenden Kragen oder einen Flansch (nicht dargestellt) mit dem Gehäuse 11 verbunden.
Der Dehnungskörper 30 im Füllgutbehälter 20 ist ein langgestrecktes, zylinderförmiges Bauteil mit einem abgerundeten freien Ende 31 und einem Fußteil 32, der in der Öffnung 21 des Füllgutbehälters 20 steckt. Zwischen dem Fußteil 32 und dem Material des Füllgutbehälters 20 um die Öffnung 21 besteht beispielsweise ein Formschluss, so dass der Dehnungskörper 30 in der Öffnung 21 fixiert ist. Zur Verbesserung des Formschlusses kann das Fußteil 32 aufgerauht sein.
Der Füllgutbehälter 20 ist beispielsweise ein im Spritzgussverfahren hergestelltes Bauteil. Die Bedingungen beim Spritzguss sind ggf. so gewählt, dass das Material an der Öffnung 21 eine größere Härte besitzt als das übrige Material des Füllgutbehälters 20.
Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere zur Umsetzung der oben genannten ersten und/oder dritten Maßnahmen zur Einstellung der Vorspannung des Behältermaterials eingerichtet.
Das Material des Füllgutbehälters 20 umfasst zum Beispiel einen Kunststoff, dessen innere Spannung veränderlich ist. Hierzu werden inhärent vorhandene oder gezielt hergestellte Schwindungseigenschaften ausgenutzt, um die innere Spannung gegen das bereits eingefüllte Fluid und/oder den inneren Dehnungskörper 30 zu erhöhen. Ein Schrumpfen kann beispielsweise durch eine chemische Reaktion ausgelöst oder zeitlich gesteuert werden, die bei Freisetzung eines Katalysators oder Reaktionspartners im Zwischenraum zwischen dem Füllgutbehälter 20 und dem Gehäuse 11 beginnt. Umgekehrt kann ein dem Behältermaterial inhärentes Schrumpfen durch einen Zusatzstoff gestoppt werden, wenn der gewünschte Spannungszustand erzielt ist.
Der Füllgutbehälter 20 kann in an sich bekannter Weise wie dargestellt einschichtig oder alternativ mehrlagig als Schichtverbund aus zwei oder mehr Schichten aufgebaut sein (nicht dargestellt). Die innerste Schicht besteht aus einem für das Fluid inerten Material, zum Beispiel Silikon oder Silikonkautschuk. Des weiteren kann eine Sperrschicht vorgesehen sein, die eine Diffusion des gespeicherten Fluids verhindert.
Die innere Spannung im Material des Füllgutbehälters 20 kann durch Schrumpfung einer Teilschicht im Schichtverbund eingestellt werden. Die schwindungs- oder schrumpffähige Teilschicht kann außen auf mindestens einer inneren Schicht vorgesehen sein. Die äußere Teilschicht kann die innere Schicht teilweise umschließen, zum Beispiel in Form eines Netzes, einer Vielzahl von fleckenförmigen Teilflächen oder einer Vielzahl von geraden oder spiralförmigen Streifen.
Der Aufbau und/oder das Material des inneren Dehnungskörpers 30 sind zur Realisierung der oben genannten dritten Maßnahme zur Spannungseinstellung für eine gesteuerte Volumenexpansion ausgebildet. Beispielsweise besteht der innere Dehnungskörpers 30 aus einem steuerbar quellfähigen oder aufschäumbaren Material, dessen Volumenexpansion durch einen chemischen Zusatzstoff und/oder eine Energiezufuhr (zum Beispiel: Mikrowellenbestrahlung) ausgelöst wird. Der innere Dehnungskörper 30 kann in an sich bekannter Weise mit mindestens einem Kanal ausgestattet sein, durch den Fluid im Entleerungszustand des Füllgutbehälters 20 zur Öffnung 21 durchtreten kann.
Alternativ besteht der innere Dehnungskörper 30 aus einem Hohlkörper aus einem elastischen, inerten Material, in dessen Inneren eine Volumenexpansion chemisch oder mechanisch ausgelöst werden kann. Der Hohlkörper ist beispielsweise mit chemischen Reagenzien gefüllt, die unter Abfüllbedingungen nicht reaktiv sind. Erst durch eine äußere Auslösung, eine innere Freisetzung oder durch Zeitablauf beginnt die Reaktion zu Reaktionsprodukten, die ein vergrößertes Volumen besitzen, damit den Hohlkörper auseinander drängen und dadurch die Spannung gegen den Füllgutbehälter 20 erhöhen. Im Hohlkörper kann ferner ein mechanisches, von außen oder durch ein Kraftelement betätigbares Gestänge zur Volumenexpansion vorgesehen sein (siehe auch Figur 2).
Die Wahl von Parametern zur Einstellung der Spannung im Füllgutbehälter (Dicke des Materials des Füllgutbehälters, Wahl der Zusatzstoffe, Mechanismus zur Auslösung der Schrumpfungsreaktion, Wahl der Reagenzien im Hohlkörper etc.) ist dem Fachmann ohne Schwierigkeiten auf der Grundlage der an sich bekannten Materialeigenschaften und durch einfache Kalibrierungsversuche möglich.
Es wird betont, dass der in Figur 1 gezeigte innere Dehnungskörper 30 fakultativ vorgesehen ist. Erfindungsgemäß kann ein Fluiddispenser auch ohne den inneren Dehnungskörper 30 bereitgestellt werden. Zur Umsetzung der Erfindung kann der Füllgutbehälter 20 bspw. so ausgebildet sein, dass er im entspannten, ungefüllten Zustand ein verschwindendes Innenvolumen oder ein Innenvolumen besitzt, das kleiner als das bei der Entleerung noch tolerierte Restvolumen im Füllgutbehälter ist. Bei dieser Gestaltung wird der Füllgutbehälter mit dem Fluid unter Druck befüllt, so dass der Füllgutbehälter 20 überspannt wird. Gleichzeitig oder anschließend wird die innere Spannung im Füllgutbehälter 20 z. B. durch Schrumpfen erhöht, bis der gewünschte Arbeitsbereich eingestellt ist.
Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere zur Umsetzung der oben genannten zweiten Maßnahme zur Einstellung der Vorspannung des Behältermaterials eingerichtet. Es ist ein äußerer Dehnungskörper 40 vorgesehen, der während oder nach der Befüllung des Füllgutbehälters 20 mit dem Fluid in das Ausdehnungsgebiet des Füllgutbehälters 20 hineinragt, wobei mit der dadurch gebildeten Krafteinwirkung der Füllgutbehälter 20 zusätzlich vorgespannt wird.
Der äußere Dehnungskörper 40 umfasst beispielsweise einen langgestreckten, zylinderförmigen Körper, dessen Volumen ggf. analog zu den oben beschriebenen Prinzipien der Vergrößerung des inneren Dehnungskörpers 30 vergrößert werden kann. Es ist beispielsweise wie schematisch dargestellt ein Hohlkörper mit einer geschlossenen, elastischen Hülle mit einem inneren Kraftelement vorgesehen. Das Kraftelement ist auf der Innenseite des Gehäuses 11 befestigt und mit einer Stelleinrichtung (nicht dargestellt) betätigbar und begrenzbar, so dass das freie Ende des äußeren Dehnungskörpers 40 in vorbestimmter Weise in das Gehäuse 11 ragt und den Füllgutbehälter 11 verdrängt. Alternativ kann ein Gewinde für einen Schraubvorschub vorgesehen sein, mit dem der äußere Dehnungskörper 40 einstellbar ist.
Es ist alternativ möglich, dass das Volumen des äußeren Dehnungskörpers 40 nicht vergrößerbar ist. In diesem Fall wird durch den äußeren Dehnungskörper 40 die Krafteinwirkung beim Einsetzen des Füllgutbehälters 20 in das Gehäuse 11 erzeugt. Beispielsweise wird der Fluiddispenser 10 befüllt, indem der Füllgutbehälter 20 zunächst in einer Zwischenposition in das Gehäuse 11 eingeführt, dann mit dem Fluid befüllt und schließlich bis auf den Boden des Gehäuses 11 geschoben wird, wobei sich der Dehnungskörper 40 in das Material des Füllgutbehälters 20 drückt und dabei die gewünschte zusätzliche Vorspannung erzeugt.
Eine alternative Gestaltung mit einem einstückig am Füllgutbehälter 20 angeformten äußeren Dehnungskörper 40 ist in Figur 3 illustriert. Gemäß Teilbild A bilden der Füllgutbehälter 20 und der Dehnungskörper 40 einen Materialverbund, der bspw. durch Spritzguss hergestellt ist. Die Bedingungen beim Spritzguss sind so gewählt, dass der äußere Dehnungskörper 40 mit einer größeren Härte gebildet ist als der übrige Füllgutbehälter 20. Alternativ kann der Füllgutbehälter 20 mit anderen, an sich verfügbaren Verfahren hergestellt werden. Teilbild B zeigt den Füllgutbehälter 20 im gefüllten Zustand. Das Wandmaterial des Füllgutbehälters 20 ist gedehnt und vorgespannt. Beim Einsetzen des Verbundes in ein äußeres Gehäuse (nicht dargestellt) ergibt sich die in Teilbild C illustrierte Form. Der äußere Dehnungskörper 40 wird von einer Position, in der er vom Füllgutbehälter 20 absteht, in eine Position verschoben, in der er zum Füllgutbehälter hin gerichtet ist und diesen verdrängt. Durch diese Verdrängung wird dem Füllgutbehälter 20 die gewünschte Spannung zur Einstellung des Arbeitsbereiches aufgeprägt.
Abweichend von der in Figur 3 gezeigten kompakten Form des Füllgutbehälters 40 kann dieser eine Expansionskomponente 41 enthalten, die nach den oben beschriebenen Prinzipien nach der Befüllung des Füllgutbehälters in vorbestimmter Weise expandierbar ist. Die Expansionskomponente 41 kann gemäß Teilbild A von Figur 4 vom Inneren des Füllgutbehälters 20 getrennt sein oder gemäß Teilbild B von Figur 4 in das Innere hineinragen, um bei der Volumenexpansion auch das Fluid im Füllgutbehälter unter Druck zu setzen.
Erfindungsgemäß können mehrere äußere Dehnungskörper 40.1, 40.2 vorgesehen sein, wie es in Figur 5 schematisch illustriert ist. Es kann eine einstückige Ausbildung der Dehnungskörper mit dem Füllgutbehälter vorgesehen sein, wie dies in den Figuren 3 und 4 illustriert ist. Die Dehnungskörper können allgemein von allen Seiten her gegen den Füllgutbehälter ragen, beispielsweise wie dargestellt von der Seite. Bei dieser Ausführungsform ist ferner die Kombination von mindestens einem inneren Dehnungskörper 30 mit mindestens einem äußeren Dehnungskörper 40 illustriert. Vorteilhafterweise können die Wirkungs- und Verdrängungsrichtungen der verschiedenen Dehnungskörper so kombiniert werden, dass zur Optimierung des Arbeitsbereiches eine gewünschte Spannungsausrichtung im Material des Füllgutbehälters 20 erzielt wird.
Figur 6 illustriert die erfindungsgemäß zweistufige Erzeugung der Vorspannung des Füllgutbehälters 20 an einem Beispiel. Bei diesem Beispiel wird in den nach seiner Herstellung eigenspannungsfreie Füllgutbehälter 20 zunächst das Fluid eingelassen, bis dieses durch seinen Eigendruck den Füllgutbehälter 20 aufdehnt (linkes Teilbild). In diesem Zustand besitzt das Material des Füllgutbehälters 20 bereits eine Dehnung, bei der im Spannungs-Dehnungs-Diagramm ein nahezu horizontal verlaufender Zweig beginnt. Durch die zusätzliche Verdrängung mit dem anschließend eingeführten Dehnungskörper 30 (siehe rechtes Teilbild) wird die Eigenspannung innerhalb des gewünschten Arbeitsbereiches weiter erhöht.
Die Einstellung der zusätzlich aufgeprägten Spannung durch eine Strukturierung des Materials des Füllgutbehälters ist in Figur 7 illustriert. Der Füllgutbehälter 20 mit der Öffnung 21 ist im entspannten Zustand ohne die übrigen Teile des Fluiddispensers gezeigt. Der Füllgutbehälter 20 trägt eine Textur 22, die so ausgerichtet ist, dass bei axialer Spannung des Füllgutbehälters 20 über das an der Textur ausgerichtete Kräfteparallelogramm ein radial wirkender Spannungsanteil erzeugt wird. Die Textur 22 umfasst beispielsweise eine spiralförmige Nut oder spiralförmig angeordnete Nutabschnitte entlang der axialen Länge des Füllgutbehälters 20.
Durch die Textur 22 wird ein Dehnungsverhalten mit einer bevorzugten Richtung erzeugt, mit dem die Einstellung des Füllgutbehälters 20 im gewünschten Arbeitsbereich optimiert wird.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (16)

  1. Fluiddispenser (10) mit:
    einem Füllgutbehälter (20) aus einem elastischen Material, der zur Aufnahme eines Fluids eingerichtet ist und im gefüllten Zustand eine aufgeprägte Spannung aufweist, unter deren Wirkung das Fluid aus dem Füllgutbehälter (20) ausgetragen werden kann,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die aufgeprägte Spannung des Füllgutbehälters (20) einstellbar ist:
    durch eine vorbestimmte Verstellung einer inneren Spannung des Materials des Füllgutbehälters (20),
    durch eine von der Außenseite des Füllgutbehälters (20) her gebildete Krafteinwirkung, und/oder
    durch eine Vergrößerung mindestens eines inneren Dehnungskörpers (30) im Füllgutbehälter (20), wobei der innere Dehnungskörper (30) ein Material umfasst, dessen Volumen durch eine von außen ausgelöste Reaktion auf einen vorbestimmten Wert einstellbar ist.
  2. Fluiddispenser nach Anspruch 1, bei dem das elastische Material des Füllgutbehälters (20) ein schrumpf- oder schwindfähiges Material umfasst.
  3. Fluiddispenser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das elastische Material des Füllgutbehälters (20) eine Textur und/oder eine innere Struktur mit mindestens einer Vorzugsrichtung der elastischen Eigenschaften aufweist.
  4. Fluiddispenser nach Anspruch 3, bei dem die mindestens eine Vorzugsrichtung der elastischen Eigenschaften durch eine Inhomogenität des Materials des Füllgutbehälters (20) mit verschiedenen elastischen Eigenschaften an verschiedenen Teilen des Füllgutbehälters (20) und/oder durch eine Orientierung im Material des Füllgutbehälters (20) mit einer bevorzugten Dehnungsrichtung gebildet wird.
  5. Fluiddispenser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Material des Füllgutbehälters (20) um eine Öffnung (21) des Füllgutbehälters (20) eine größere Härte besitzt als das übrige Material des Füllgutbehälters (20).
  6. Fluiddispenser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein äußerer Dehnungskörper (40, 40.1, 40.2) vorgesehen ist, durch den die von der Außenseite des Füllgutbehälters (20) gebildete Krafteinwirkung gebildet wird.
  7. Fluiddispenser nach Anspruch 6, bei dem der mindestens eine äußere Dehnungskörper (40, 40.1, 40.2) mit dem Füllgutbehälter (20) verbunden und von einer vom Füllgutbehälter (20) abstehenden Position in eine zum Füllgutbehälter (20) gerichtete Position verstellbar ist.
  8. Fluiddispenser nach Anspruch 6 oder 7, bei dem mehrere innere und äußere Dehnungskörper (30, 40, 40.1, 40.2) vorgesehen sind.
  9. Fluiddispenser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine innere oder äußere Dehnungskörper (30, 40, 40.1, 40.2) aus einem Material mit mindestens zwei Komponenten besteht, zwischen denen in Abhängigkeit von einer Energiezufuhr von außen eine Expansionsreaktion gestartet oder gestoppt werden kann.
  10. Fluiddispenser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, bei dem der mindestens eine innere oder äußere Dehnungskörper (30, 40, 40.1, 40.2) aus einem elastischen Hohlkörper besteht, in dem ein ausfahrbares Gestänge und/oder ein elastisches Kraftelement angeordnet sind.
  11. Fluiddispenser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine innere Dehnungskörper (30) im Füllgutbehälter (20) fixiert angeordnet ist.
  12. Fluiddispenser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, bei dem der mindestens eine Dehnungskörper (30) im Füllgutbehälter (20) beweglich angeordnet ist.
  13. Fluiddispenser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Spanneinrichtung zum Aufbringen von Biege- oder Torsionsmomenten am Füllgutbehälter (20) vorgesehen ist.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Fluiddispensers (10), insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fluid in einem Füllgutbehälter (20) aus einem elastischen Material mit einer aufgeprägten Spannung aufgenommen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die aufgeprägte Spannung eingestellt wird, indem:
    eine innere Spannung des Materials des Füllgutbehälters (20) auf einen vorbestimmten Wert verstellt wird,
    von der Außenseite des Füllgutbehälters (20) eine vorbestimmte Krafteinwirkung gebildet wird, und/oder
    mindestens ein innerer Dehnungskörper (30) im Füllgutbehälter (20) vergrößert wird, wobei von außen eine Reaktion ausgelöst wird, durch die das Material des inneren Dehnungskörpers (30) eine Volumenexpansion auf einen vorbestimmten Wert erfährt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem dem Material des Füllgutbehälters (20) die Spannung aufgeprägt wird, nachdem das Fluid im Füllgutbehälter (20) aufgenommen wurde.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem dem Material des Füllgutbehälters die Spannung aufgeprägt wird, bevor oder während das Fluid im Füllgutbehälter aufgenommen wurde.
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