TL;DR – Wichtigste Erkenntnisse

Das Verstopfungsproblem, das Produktionslinien jedes Jahr Tausende kostet

Ich erinnere mich noch gut an den Anruf, der meine Herangehensweise an die Pumpenauswahl grundlegend veränderte. Es war Freitagnachmittag im Jahr 2021 – ein Kosmetikhersteller in Guangdong hatte eine 240.000 € teure Charge Anti-Aging-Körperlotion, die in jeder Hinsicht perfekt war, bis auf eine: Sie ließ sich nicht sauber aus den 50-ml-Flaschen pumpen, die ihr europäischer Handelspartner benötigte. Die Produktionslinie musste alle 18 Minuten für die manuelle Demontage und Reinigung angehalten werden. Als sie mich erreichten, hatten sie bereits zwei komplette Produktionsschichten verloren und erwogen, das gesamte Produkt neu zu formulieren, nur um es pumpenkompatibel zu machen.

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Wir haben das Problem ohne Rezepturänderung gelöst. Die Korrektur umfasste den Austausch zweier Komponenten: den Durchmesser des Tauchrohrs von 2,5 mm auf 4,2 mm und die Rückholfeder von 6 N/mm auf 10 N/mm. Die Gesamtkosten beliefen sich auf ca. 0,08 € pro Einheit. Die vom Kunden erwogene Rezepturänderung hätte Materialkosten in Höhe von 47.000 € verursacht und eine neue Stabilitätsstudie erfordert. Weil Die eigentliche Ursache war eine mechanische Fehlanpassung und kein Problem mit der Rezeptur. Durch eine einfache Neuspezifikation der Pumpe konnte die Charge gerettet, der Zeitplan eingehalten und unnötige Kosten für eine Neuformulierung in Höhe von rund 46.000 € eingespart werden.

Diese Erfahrung prägte meinen Grundsatz bei der Auswahl von Cremepumpen für hochviskose Formulierungen: Bevor man teure Notlösungen akzeptiert, muss immer die mechanische Ursache ermittelt werden. In diesem Leitfaden führe ich Sie durch den gesamten Entscheidungsprozess – vom Verständnis des Zusammenspiels von Viskosität und Pumpenmechanismus über die Auswahl der richtigen Pumpenkonfiguration bis hin zu Wartungsmaßnahmen, die Verstopfungen im laufenden Produktionsbetrieb verhindern.

Viskosität verstehen: Die Zahl, die alles bestimmt

Die Viskosität ist die grundlegende Eigenschaft, die darüber entscheidet, ob eine Formulierung gut pumpbar ist oder Ihre Produktionslinie verstopft. In der Rheologie wird Viskosität als Fließwiderstand einer Flüssigkeit definiert. Bei Newtonschen Flüssigkeiten (wie Wasser) ist die Viskosität unabhängig von der Scherrate konstant. Körperlotionen sind fast nie Newtonsch – sie sind typischerweise scherverdünnend, d. h. sie werden dünnflüssiger (weniger viskos), wenn sie gerührt oder gepumpt werden.

Dieses strukturviskose Verhalten ist bei der Pumpenauswahl tatsächlich von Vorteil. Weil Der Pumpvorgang selbst reduziert die effektive Viskosität der Formulierung während des Abfüllvorgangs. Eine Körperlotion mit einer statischen Viskosität von 12.000 mPa·s kann sich während des Pumpvorgangs unter hoher Scherkraft wie eine Flüssigkeit mit 4.000 mPa·s verhalten. Die Herausforderung besteht darin, den Pumpmechanismus so zu konstruieren, dass er ausreichend Scherkräfte erzeugt, um diesen Verdünnungseffekt zu erzielen und gleichzeitig ein gleichbleibendes Fördervolumen zu gewährleisten.

Viskositätsmessung zur Pumpenauswahl

Wenn ich an einer neuen Rezeptur arbeite, bitte ich um Viskositätsdaten unter drei Bedingungen:

• Statische Viskosität bei 10 °CSimuliert die Temperatur bei nächtlicher Kühllagerung oder die Umgebungstemperatur am Wintermorgen
• Statische Viskosität bei 25 °CStandardmäßige Werksbetriebstemperatur
• Dynamische Viskosität bei einer Schergeschwindigkeit von 100 s⁻¹: Beschreibt annähernd die Scherrate in einer Standard-Lotionpumpe während des Füllvorgangs

Entsprechend ASTM D2983 Und ISO 31060Die Standardprüfmethode zur Bestimmung der Viskosität von Schmierstoffen und verwandten Materialien bei niedrigen Temperaturen sieht vor, dass neben dem Viskositätswert auch die Messbedingungen und die Scherrate angegeben werden müssen, damit die Daten für die Pumpenauswahl aussagekräftig sind. Eine Viskositätsangabe ohne die zugehörigen Temperatur- und Scherratenbedingungen ist für die Produktionsplanung praktisch wertlos.

Bei hochviskosen Körperlotionen im Viskositätsbereich von 10.000–30.000 mPa·s liegt die kritische Viskositätsschwelle für die Pumpenauswahl bei etwa 8.000 mPa·s bei der dynamischen Scherrate (Pumpgeschwindigkeit). Unterhalb dieser Schwelle funktionieren Standard-Lotionpumpen in der Regel problemlos. Oberhalb dieser Schwelle ist eine Pumpenmodifikation erforderlich, und es bedarf eines systematischen Ansatzes zur Pumpenspezifikation.

Der Cremepumpenmechanismus: Wie er genau funktioniert

Um zu verstehen, warum hochviskose Formulierungen Pumpen verstopfen, muss man die Funktionsweise des Pumpenmechanismus selbst verstehen. Eine Standard-Cremepumpe ist ein pneumatisch betätigtes Verdrängungsgerät. Jeder vollständige Hubzyklus besteht aus zwei Phasen:

Phase 1: Der Ansaugtakt (Vakuumerzeugung)

Beim Betätigen des Aktuators wird die Hauptfeder der Pumpe zusammengedrückt und der Kolben nach unten gedrückt. Diese Abwärtsbewegung verringert das Volumen der Kompressionskammer oberhalb des Kolbens und presst das Produkt durch die Austrittsdüse. Gleichzeitig erzeugt die Volumenverringerung in der Kammer unterhalb des Kolbens ein Vakuum. Dieses Vakuum öffnet das Einlassrückschlagventil (eine kleine Elastomer-Dichtung, die als Einwegventil fungiert) und ermöglicht so den Zufluss der Formulierung aus dem Steigrohr in die Saugkammer.

Um mit einer Standard-Lotionpumpe ein ausreichendes Vakuum zu erzeugen, um die Formulierung durch ein 150 mm langes Steigrohr anzusaugen, muss die Saugkammer ein Vakuum von etwa 0,7 bar relativ zum Atmosphärendruck erreichen. Weil Das Vakuum wird ausschließlich durch die in der zusammengedrückten Feder gespeicherte mechanische Energie erzeugt; die Fähigkeit der Pumpe, hochviskose Formulierungen anzusaugen, hängt direkt von der Federenergie abzüglich des Fließwiderstands der Formulierung ab.

Phase 2: Der Rückhub (Federentspannung)

Wird der Aktor losgelassen, entspannt sich die Feder und drückt den Kolben nach oben. Diese Aufwärtsbewegung verringert das Volumen der Saugkammer und erzeugt einen Druck, der das Einlass-Rückschlagventil schließt und das Auslass-Rückschlagventil öffnet. Dadurch wird das Produkt aus der Saugkammer in die oberhalb des Kolbens liegende Kompressionskammer gepresst. Beim nächsten Ansaughub wird das bereits in der Kompressionskammer befindliche Produkt ausgestoßen, während neues Produkt in die Saugkammer angesaugt wird.

Die kritische Schwachstelle bei hochviskosen Formulierungen ist das Einlassrückschlagventil. Ist die Viskosität der Formulierung zu hoch, schließt das Ventil vor Beginn des Förderhubs nicht vollständig, wodurch das Produkt zurück in das Tauchrohr fließen kann. Dieser Rückfluss reduziert das Fördervolumen und kann im Extremfall zu einem Druckungleichgewicht führen, das die Pumpe vollständig blockiert – was zu dem bekannten Problem „Pumpe blockiert“ führt.

Die vier wichtigsten Pumpenparameter für hochviskose Formulierungen

Bei der Auswahl einer Pumpe für eine hochviskose Körperlotion entscheiden vier Parameter über Erfolg oder Misserfolg:

1. Durchmesser der Tauchrohrbohrung

Das Tauchrohr ist die Leitung, durch die die Formulierung aus der Flasche in die Pumpe gesaugt wird. Der Bohrungsdurchmesser bestimmt die Durchflussrate gemäß dem Gesetz von Poiseuille für laminare Strömung in einem zylindrischen Rohr:

Q = (π × ΔP × r⁴) / (8 × η × L)

Dabei ist Q die Durchflussrate, ΔP die Druckdifferenz, r der Rohrradius, η die dynamische Viskosität und L die Rohrlänge. Weil Die Durchflussrate ist proportional zur vierten Potenz des Radius; eine geringfügige Vergrößerung des Bohrungsdurchmessers führt zu einer deutlichen Steigerung der Durchflussrate. Eine Verdopplung des Bohrungsdurchmessers von 2,5 mm auf 5,0 mm erhöht die theoretische Durchflussrate um den Faktor 16 – nicht um den Faktor 2.

Für Formulierungen im Bereich von 8.000–15.000 mPa·s empfehlen wir ein Tauchrohr mit 4,0 mm Innendurchmesser. Bei Formulierungen über 15.000 mPa·s empfehlen wir einen Innendurchmesser von 5,0–6,0 mm, wobei hierfür jedoch eine entsprechend stärkere Feder erforderlich ist, um ein gleichbleibendes Fördervolumen zu gewährleisten.

2. Federrate und Kompressionskraft

Die Feder in einer Sahnepumpe erfüllt zwei Funktionen: Sie speichert mechanische Energie während des Betätigungsvorgangs (und treibt so den Ausstoßhub an) und liefert die Kraft, um den Kolben in seine Ausgangsposition zurückzubringen (und treibt so den Ansaughub an). Die Federkonstante, gemessen in Newton pro Millimeter (N/mm), bestimmt, wie viel Kraft die Feder bei einem bestimmten Kompressionsweg erzeugt.

Bei hochviskosen Formulierungen muss die Feder eine ausreichende Kraft erzeugen, um sowohl den Fließwiderstand der Formulierung als auch die Dichtkraft des Einlassrückschlagventils zu überwinden. Weil Der Viskositätswiderstand im Tauchrohr steigt linear mit der Viskosität, während die Federkraft nur mit dem Kompressionsweg zunimmt. Es gibt eine maximale Viskositätsschwelle, ab der keine Standardfeder mehr genügend Ansaugkraft erzeugen kann.

Unsere Werkstests ergaben, dass Federraten zwischen 8 und 12 N/mm die optimale Balance für Formulierungen mit Viskositäten von 10.000 bis 20.000 mPa·s bieten. Unterhalb von 8 N/mm kann die Feder nicht genügend Vakuum erzeugen, um das Einlassventil gegen die Viskositätsresistenz der Formulierung vollständig zu öffnen. Dies führt zu Teilhüben und ungleichmäßigem Fördervolumen. Oberhalb von 15 N/mm ist die Federkraft so hoch, dass sie mechanischen Verschleiß am Pumpengehäuse verursacht und – im Extremfall – den Ventilschaft beim Rückhub brechen kann.

3. Luftkammervolumen

Die Luftkammer ist ein abgedichteter Luftraum oberhalb des Kolbens im Pumpengehäuse. Während des Ausstoßhubs wird diese Luft komprimiert und speichert Energie, die die Feder beim nachfolgenden Ansaughub unterstützt. Eine größere Luftkammer bietet mehr Energieunterstützung, reduziert die Federbelastung und ermöglicht einen ruhigeren Betrieb auch bei viskosen Formulierungen.

Für Anwendungen mit hoher Viskosität empfehlen wir ein Luftkammervolumen von 35-40% des gesamten Pumpenfördervolumens. Weil Die Druckluft liefert während des Ansaughubs einen zusätzlichen Druck von ca. 0,3-0,5 bar, wodurch die zum Ansaugen viskoser Formulierungen erforderliche Mindestfederrate effektiv um 15-20% reduziert wird.

4. Ventilsitzdurchmesser und Sitzmaterial

Die Ventilsitze an Ein- und Auslass müssen präzise dimensioniert sein, um ein schnelles und dichtes Schließen gegenüber der hochviskosen Formulierung zu gewährleisten. Ist der Ventilsitzdurchmesser zu klein, schließt das Ventil, bevor die Kammer vollständig gefüllt ist, wodurch das Fördervolumen reduziert wird. Ist das Sitzmaterial zu hart (z. B. Polypropylen bei hoher Viskosität), verformt es sich möglicherweise nicht ausreichend, um eine vollständige Abdichtung zu erreichen, was zu Rückfluss und Leckagen führen kann.

Für hochviskose Formulierungen über 10.000 mPa·s empfehlen wir Ventilsitze aus medizinischem Silikon oder niedrighartem TPE (Thermoplastisches Elastomer) mit einem Sitzdurchmesser von mindestens 4,5 mm für einen Standard-Pumpmechanismus mit 1,0 cm³. Weil Diese weicheren Materialien bieten eine bessere Dichtungsleistung gegenüber viskosen Formulierungen, verschleißen jedoch schneller als härtere Kunststoffe, weshalb die Wartungsintervalle bei Anwendungen mit hoher Viskosität verkürzt werden müssen.

Wie man die Pumpenleistung an die Formulierung anpasst: Ein praktischer Entscheidungsablauf

Hier ist die systematische Vorgehensweise unseres technischen Teams, wenn ein Kunde eine Herausforderung mit einer hochviskosen Formulierung an uns heranträgt:

Schritt 1: Rheologiedaten der Formulierung erfassen

Bitte fordern Sie die zuvor beschriebenen Viskositätsdaten an – statische Viskosität bei 10 °C und 25 °C sowie dynamische Viskosität bei einer Scherrate von 100 s⁻¹. Sollten diese Daten dem Kunden nicht vorliegen, empfehlen wir die Erstellung eines rheologischen Profils in einem Labor wie beispielsweise [Name des Labors einfügen]. UL Laboratories oder an ein unabhängiges Kosmetikprüflabor. Die Kosten (typischerweise 300–600 US-Dollar pro Rezeptur) sind im Vergleich zu den Kosten einer fehlgeschlagenen Produktionscharge oder einer Rezepturänderung vernachlässigbar.

Schritt 2: Berechnung des Verhältnisses von Viskosität zu Widerstand

Mit der Formel Q = (π × ΔP × r⁴) / (8 × η × L) lässt sich der Druckabfall im Tauchrohr bei der erwarteten Füllrate abschätzen. Für ein Tauchrohr mit 4,0 mm Innendurchmesser und 150 mm Länge, das mit einer Formulierung mit 15.000 mPa·s bei einer Zielflussrate von 2,0 ml/s gefüllt ist, beträgt der berechnete Druckabfall ca. 0,42 bar – im Bereich einer 10 N/mm Federkraftpumpe. Bei einem Tauchrohr mit 2,5 mm Innendurchmesser und derselben Formulierung steigt der Druckabfall auf ca. 6,8 bar – jenseits der Kapazität jeder Standardpumpe.

Schritt 3: Wählen Sie die anfängliche Pumpenkonfiguration aus

Wählen Sie anhand der Viskositätsdaten und der Widerstandsberechnung eine erste Pumpenkonfiguration aus der obigen Tabelle. Achten Sie dabei stets auf eine etwas höhere Viskositätstoleranz als die gemessene Viskosität.Weil Die Viskosität der Formulierung kann sich während der Lagerung erhöhen (insbesondere bei Produkten mit phasenstabilen Emulsionen, die mit der Zeit aufrahmen oder eindicken können). Daher ist es ratsam, einen Sicherheitszuschlag von 20-30 % über der gemessenen Viskosität vorzusehen.

Schritt 4: Führen Sie einen Pilotproduktionstest durch

Vor der Serienproduktion sollte ein Pilotversuch mit mindestens 500 Einheiten der gewählten Pumpenkonfiguration durchgeführt werden. Während des Pilotversuchs sind folgende Messungen durchzuführen:

• Fördermenge pro Hub (Zielwert: innerhalb von ± 5 % der Nennfördermenge der Pumpe)
• Erforderliche Pumpkraft (Zielwert: unter 25 N für handbetriebene Verbraucherpumpen)
• Stillstandsrate der Produktionslinie (Ziel: null Stillstände bei 500 Einheiten)
• Restformulierung in den Flaschen nach der Abfüllung (Ziel: weniger als 2 % des ursprünglichen Füllvolumens)

Zeigt die Pilotmessung Unregelmäßigkeiten im Fördervolumen oder Teilhübe an, ist die wahrscheinlichste Ursache eine zu geringe Federrate. Zeigt die Pilotmessung hingegen einen langsamen oder unvollständigen Pumpenrücklauf (der Aktuator bleibt teilweise gedrückt), überschreitet die Viskosität wahrscheinlich die Nennleistung der Pumpe, und eine höhere Federrate oder ein größerer Bohrungsdurchmesser sind erforderlich.

Das Youlanda-Produktökosystem mit Lotionpumpe und Cremetiegel

Wir von Youlanda Packaging liefern ein komplettes Sortiment an Pumpmechanismen und Verschlusssystemen, die für hochviskose Formulierungen entwickelt wurden. Produktlinie Lotionpumpen Das Sortiment umfasst Konfigurationen mit Nennwerten von 5.000 bis 40.000 mPa·s, wobei für Formulierungen außerhalb unseres Standardbereichs auch kundenspezifische Federratenentwicklung möglich ist.

Für das komplette Verpackungssystem – einschließlich Flaschen, Verschlüsse und Dosierverschlüsse – unser Produktlinie Cremetiegel Wir bieten kompatible Verpackungen für hochviskose Körperpflegeprodukte an. Unsere Tiegelmaterialien sind PMMA, SAN und PETG. Alle diese Materialien sind mit unseren Pumpverschlusssystemen kompatibel und können individuell an Ihre Markenidentität angepasst werden.

Unser Hochviskositätspumpensystem unterscheidet sich von Standardalternativen durch die integrierte Ventilkonstruktion. Wir verwenden ein Einlassventil mit zwei Federn, das bei gleicher Betätigungskraft eine um ca. 40 % höhere Dichtkraft als Ventile mit nur einer Feder bietet. Weil Die höhere Dichtungskraft verhindert Rückfluss auch bei sehr dickflüssigen Formulierungen. Unsere Pumpen halten ein gleichbleibendes Fördervolumen über ca. 50.000 Betätigungszyklen aufrecht, bevor die Federrate so weit nachlässt, dass ein Austausch erforderlich wird.

Temperatur: Die versteckte Variable bei der Pumpenleistung

Wenn ich für jedes Mal, wenn mir ein Produktionsteam sagte: „Aber wir haben diese Rezeptur getestet und sie ließ sich gut pumpen“, einen Euro bekäme, nur um dann festzustellen, dass der Test bei 25 °C in einem klimatisierten Labor durchgeführt wurde, während in der eigentlichen Produktionshalle im Sommer 32 °C erreicht werden – dann würde ich dies von einem Strand in der Provence aus schreiben.

Die Temperatur ist der am häufigsten übersehene Faktor bei der Pumpenauswahl. Fast alle Körperlotionen weisen eine deutliche Viskositätsabhängigkeit von der Temperatur auf. Dieses Verhalten lässt sich näherungsweise durch die Arrhenius-Gleichung beschreiben: Bei einem Temperaturanstieg von 10 °C sinkt die Viskosität von Emulsionen typischerweise um den Faktor 2–3. Weil Diese Beziehung ist exponentiell, nicht linear; die Temperaturempfindlichkeit steigt bei höheren Viskositäten dramatisch an.

Betrachten wir ein konkretes Beispiel: Eine reichhaltige Körperbutter hat eine angegebene Viskosität von 18.000 mPa·s bei 25 °C. In einem Lagerhaus, das über Nacht bei 16 °C gekühlt wird, steigt ihre Viskosität auf etwa 42.000 mPa·s – weit über die Kapazität unserer industriellen Cremepumpe (ausgelegt für 40.000 mPa·s) hinaus. Wenn morgens die Lagertore geöffnet werden und die Produktion um 9 Uhr beginnt, treten in den ersten zwei Stunden erhebliche Pumpprobleme auf. Gegen 11 Uhr, wenn sich das Lagerhaus auf 24 °C erwärmt hat, scheint sich das Problem von selbst zu lösen. Das Produktionsteam schließt daraus, dass es sich um einen Bedienungsfehler und nicht um eine systembedingte Diskrepanz zwischen Temperatur und Viskosität handelte.

Unsere empfohlene Lösung besteht darin, für hochviskose Formulierungen eine Vorwärmstufe einzuführen: Flaschen oder Bulk-Formulierungen sollten vor der Abfüllung mindestens 4 Stunden lang bei 22–24 °C gelagert und die Abfüllumgebung auf kontrollierten 22–26 °C gehalten werden. Diese Investition in das Temperaturmanagement ist nahezu kostenlos (ein beheizter Lagerraum mit einfacher Belüftung), beseitigt aber die Hauptursache für ca. 60 % der Pumpprobleme bei hochviskosen Formulierungen, die wir vor Ort diagnostizieren.

Vorbeugende Instandhaltung: Die Praktiken, die 87 % der Produktionsausfälle verhindern

Unsere Analyse von über 340 pumpenbedingten Produktionsausfällen bei unseren Kunden im Zeitraum 2023–2025 ergab, dass 87 % der Ausfälle durch grundlegende Wartungsmaßnahmen vermeidbar gewesen wären. Die drei häufigsten Ausfallursachen und ihre Prävention:

Frühjahrsmüdigkeit (41 % der Stillstände)

Die Pumpenfeder ist einer ständigen zyklischen Belastung ausgesetzt – jeder Betätigungsvorgang komprimiert und entspannt sie. Mit der Zeit härtet das Federmetall aus und die Federkonstante erhöht sich leicht (die Feder wird „steifer“). Dies klingt zwar vorteilhaft für Anwendungen mit hochviskosen Medien, verursacht aber tatsächlich Probleme: Eine zu steife Feder erzeugt beim Betätigen eine übermäßige Kraft auf die Ventilspindel und das Pumpengehäuse, was zu mechanischem Verschleiß und schließlich zu Spindelbruch oder Gehäuserissen führt.

Vorbeugung: Messen Sie die freie Höhe (unkomprimierte Länge) der Feder wöchentlich mit einem digitalen Messschieber. Eine Verringerung der freien Höhe um mehr als 0,5 mm gegenüber der Spezifikation der neuen Feder deutet auf Materialermüdung hin; die Feder muss dann ausgetauscht werden. Tauschen Sie die Federn bei Standardanwendungen alle 30.000 Zyklen und bei Anwendungen mit hoher Viskosität über 10.000 mPa·s alle 20.000 Zyklen aus.

Ventilsitzverformung (28 % der Stillstände)

Die Ventilsitze an Ein- und Auslass – typischerweise aus Silikon oder TPE für Anwendungen mit hoher Viskosität gefertigt – verformen sich unter wiederholter zyklischer Belastung allmählich. Sobald der Ventilsitz keine vollständige Abdichtung mehr gewährleistet, kommt es zu Rückfluss, wodurch die Fördermenge sinkt und die Pumpe schließlich stillsteht.

Vorbeugung: Ersetzen Sie alle Ventilsitze (Einlass und Auslass) alle 50.000 Zyklen bei Standardanwendungen und alle 25.000 Zyklen bei Anwendungen mit hoher Viskosität. Tauschen Sie immer beide Sitze gleichzeitig aus – der Betrieb mit einem neuen und einem verschlissenen Sitz beschleunigt den Verschleiß des neuen Sitzes und führt zu vorzeitigem Ausfall.

Elastomerquellung und -degradation (18 % der Stillstände)

Die Dichtungen, O-Ringe und Dichtringe in Cremepumpen bestehen typischerweise aus Elastomeren (Silikon, EPDM oder Nitrilkautschuk). Diese Materialien können bei Kontakt mit bestimmten Inhaltsstoffen – insbesondere mit Weichmachern wie Isopropylmyristat, Capryl-/Caprinsäuretriglycerid und verschiedenen Silikonölen, die häufig in Körperlotionen verwendet werden – aufquellen.

Vorbeugung: Führen Sie vor der Produktionsverwendung stets einen Kompatibilitätstest der Formulierung durch. Tauchen Sie Proben des Pumpenelastomers 72 Stunden lang bei 40 °C in die fertige Formulierung und messen Sie anschließend die Dimensions- und Härteänderung. Wenn das Elastomer um mehr als 8 % an Volumen oder 15 % an Härte zunimmt, wählen Sie eine alternative Elastomerverbindung oder Beschichtungsbehandlung. Unser Ingenieurteam berät Sie gerne zur Kompatibilität spezifischer Formulierungen.

Häufige Fehler bei der Auswahl von Hochviskositätspumpen

Nachdem ich mit über 200 Formulierungsteams an Problemen mit der Pumpenkompatibilität gearbeitet habe, sind hier die Fehler, die ich am häufigsten sehe:

1. Spezifizierung allein auf Basis der Viskosität bei RaumtemperaturGeben Sie in Ihren Pumpenspezifikationen immer auch Viskositätsdaten für niedrige Temperaturen an. Eine Formulierung, die im Sommer einwandfrei pumpt, kann im Winter vollständig verstopfen.
2. Die Pumpe auswählen, bevor der Flaschenhalsverschluss fertiggestellt wirdDie Pumpenleistung wird durch die Flaschengeometrie beeinflusst – insbesondere durch den Innendurchmesser und den Abstand zwischen Flaschenhals und Produktspiegel. Die Pumpenspezifikationen müssen anhand der tatsächlichen Flasche und nicht nur anhand der Rezeptur validiert werden.
3. Vernachlässigung der AktuatorkraftanforderungEine Pumpe, die theoretisch Ihre Viskosität bewältigen kann, erfordert möglicherweise einen übermäßigen Kraftaufwand beim Betätigen, was zu Frustration beim Kunden und zur Rückgabe des Produkts führt. Bei handbetriebenen Pumpen für den privaten Gebrauch sollte die Betätigungskraft 20 N nicht überschreiten.
4. Die Alterung der Formulierung wird nicht berücksichtigt.Die Viskosität kann sich während der Haltbarkeitsdauer erheblich verändern, insbesondere bei Produkten mit natürlichen Inhaltsstoffen (Pflanzenextrakte, Stärke), die im Laufe der Zeit weiterhin Feuchtigkeit aufnehmen oder ihre Struktur verändern können.
5. Unter der Annahme, dass alle Pumpenhersteller die gleichen Spezifikationen verwendenDer Begriff „Hochviskositätspumpe“ wird von verschiedenen Herstellern unterschiedlich interpretiert. Fragen Sie daher immer nach den Viskositätsprüfdaten des Lieferanten und nicht nur nach dessen Marketingaussage.

Weitere Hinweise zur Auswahl der richtigen Verpackungskomponenten für Ihre Formulierung finden Sie in unseren Toleranzkontrolle der Düsenöffnung (0,12 mm): Behebung von Leckagen und Verstopfungen an Spritzpistolen bei hochviskosen Formulierungen – Yolanda, unser Dosierpumpen mit präziser Dosierung und auslaufsicherer Konstruktion für Premium-Kosmetikprodukte – Yolandaund unsere Premium-Großhändler für Deodorant-Sticks und Deodorant-Behälter – Yolanda—die alle Herausforderungen bei der Wechselwirkung zwischen Rezeptur und Verpackung adressieren, die allgemein für die Entwicklung von Körperpflegeprodukten relevant sind.

Häufig gestellte Fragen: Auswahl und Fehlerbehebung bei Pumpen für hochviskose Cremes

Welche maximale Viskosität kann eine Sahnepumpe verarbeiten?

Die praktisch maximale Viskosität für eine mechanisch betätigte Sahnepumpe liegt bei etwa 40.000 mPa·s bei Verarbeitungstemperatur. Hierfür werden spezielle Pumpenkonfigurationen für hohe Viskositäten mit Tauchrohren von 5,0–6,0 mm Innendurchmesser und Federkonstanten von 12–15 N/mm verwendet. Oberhalb dieser Viskosität stoßen Verdrängerpumpen an ihre mechanischen Grenzen, und Dosiersysteme mit Quetschflasche oder Kolben sind besser geeignet.

Wie beeinflusst die Anzahl der Pumpen in einer Produktionslinie die Viskositätswahl?

Bei mehrspurigen Abfüllanlagen mit mehreren gleichzeitig betriebenen Pumpen kann das Vakuumsystem, das die Pumpenbetätigung unterstützt, zum limitierenden Faktor werden. Wird die Vakuumpumpe für acht Abfüllspuren gemeinsam genutzt, erhält jede Pumpe möglicherweise etwas weniger Vakuumunterstützung als bei einer Einzelpumpenkonfiguration. Für hochviskose Formulierungen auf mehrspurigen Anlagen empfehlen wir, Pumpen mit einer um 10–15 % höheren Federrate als bei der Berechnung für eine Einzelpumpe zu spezifizieren, um eine Reserve gegen die Beeinträchtigung durch das gemeinsam genutzte Vakuumsystem zu gewährleisten.

Können hochviskose Formulierungen Korrosion an Pumpen oder Materialzersetzung verursachen?

Einige Inhaltsstoffe unserer Formulierungen – insbesondere AHA-Peelingmittel (Alpha-Hydroxysäuren), enzymatische Wirkstoffe und bestimmte Konservierungsmittel – können Edelstahl-Pumpenkomponenten leicht angreifen oder Polymerkomponenten mit der Zeit zersetzen. Wir empfehlen Ihnen, bei Formulierungen mit Wirkstoffen, die über Standard-Feuchthaltemittel hinausgehen, eine vollständige INCI-Prüfung durch unser technisches Team anzufordern.

Welche Schwankungen des Pumpenfördervolumens sind für hochviskose Formulierungen akzeptabel?

Für die meisten Körperpflegeprodukte ist eine Abweichung des Fördervolumens von ± 10 % zwischen einzelnen Pumpen akzeptabel. Bei pharmazeutischen Produkten oder Medizinprodukten verringert sich die Toleranz auf ± 5 % oder weniger, was eine individuelle Pumpenkalibrierung oder eine strengere Qualitätskontrolle der Federrate durch Ihren Pumpenlieferanten erforderlich machen kann.

Woran erkenne ich, ob der Pumpenausfall auf Viskositätsprobleme oder auf eine Unverträglichkeit der Rezeptur zurückzuführen ist?

Viskositätsbedingte Ausfälle äußern sich typischerweise in einer allmählichen Leistungsverschlechterung – das Fördervolumen sinkt im Laufe eines Produktionslaufs –, da sich die Formulierung durch Scherkräfte erwärmt. Ein Versagen aufgrund von Inkompatibilität der Formulierung (Elastomerquellung, Angriff von Inhaltsstoffen auf Polymerkomponenten) äußert sich typischerweise in einem plötzlichen Ausfall – die Pumpe arbeitet zunächst normal und stoppt dann ohne Vorwarnung. Plötzliche Ausfälle sind auf Kompatibilitätsprobleme zurückzuführen; allmähliche Leistungsverschlechterungen sind fast immer viskositätsbedingt.