Welche Pumpe eignet sich am besten für welches hochviskose Produkt?

Sollte sich die Formel nach dem Stehenlassen immer noch ausgleichen und ein Saugrohr versorgen, beginnen Sie mit einer speziell entwickelten, hochviskosen Lotionspumpe für atmosphärischen Betrieb. Ihr entscheidender Vorteil liegt nicht einfach in einer höheren angegebenen Förderleistung, sondern in der Fähigkeit, die Kammer vor dem nächsten Hub über den gesamten Saugweg hinweg wieder zu befüllen. Ein robuster Motor, relativ offene Ein- und Auslässe, eine geeignete Ventilgeometrie und ein Antrieb, der dem Verbraucher genügend Hebelkraft bietet, sind wichtiger als das Aussehen der Pumpe.

Marktbeobachtungen stützen diese Einteilung, ohne dabei eine allgemeingültige Grenze festzulegen. Aptar beschreibt eine Lotionspumpe mit metallfreiem Durchfluss für Formulierungen von wasserbasiert bis hochviskos, während seine Hochdosis-HDA-Pumpe eine Dosiermenge von 5 cm³ für hochviskose Anwendungen vorsieht. Das aktuelle Beauty-Portfolio von Silgan unterscheidet ebenfalls zwischen Atmosphärenpumpen, Airless-Pumpen und Vollstrom-Optionen für sehr hohe Viskositäten. Diese Beispiele zeigen, dass verschiedene Konstruktionen funktionieren können; sie beweisen jedoch nicht, dass eine bestimmte Pumpe mit einer ungeprüften Rezeptur kompatibel ist.

Warum die Viskosität allein keine Aussage über die Pumpbarkeit zulässt

Viele kosmetische Cremes, Gele und Haarspülungen sind nicht-newtonsch. Ihr Fließwiderstand ändert sich in Abhängigkeit von der ausgeübten Beanspruchung und mit der Zeit. Ein einzelner Brookfield-Messwert kann für die Fertigungskontrolle nützlich sein, wenn die Methode festgelegt ist, kann jedoch nicht alle Vorgänge im Inneren eines Spenders abbilden: langsame Bewegung in Richtung eines Tauchrohrs, schneller Durchfluss durch ein Ventil, hohe Scherbeanspruchung durch eine Düse und strukturelle Erholung nach der Abgabe.

Fließgrenze: Beginnt sich das Produkt zu bewegen?

Ein Produkt mit Fließgrenze verhält sich feststoffähnlich, bis die aufgebrachte Beanspruchung einen Schwellenwert überschreitet. Dies ist hilfreich, wenn eine Creme auf der Hand eine Spitze bilden soll, kann jedoch auch zu stationären Zonen um ein Entnahmerohr herum führen. Untersuchungen zu komplexen Flüssigkeiten in Dosierflaschen für Konsumgüter haben ergeben, dass die Fließgrenze und die Viskosität bei niedriger Scherung zu Restmengen am Flaschenboden beitragen, da sich das Material abseits der Entnahmestelle möglicherweise nicht bewegt. Eine Pumpe kann daher die erste Hälfte einer Flasche hervorragend fördern und dennoch den Haltbarkeitstest nicht bestehen.

Scherverdünnung: Lässt sich das Produkt dadurch leichter in der Pumpe fördern?

Viele Lotionen und Gele weisen bei steigender Schergeschwindigkeit einen Rückgang der Viskosität auf. Das kann zwar den Durchfluss durch eine Pumpe erleichtern, entscheidend ist jedoch das Fließverhalten der Formulierung unter den Belastungen, die vom tatsächlichen Motor erzeugt werden. Eine bei niedriger Scherung gemessene hohe scheinbare Viskosität bedeutet nicht automatisch eine schlechte Pumpbarkeit. Umgekehrt kann eine Formulierung, die bei einem schnellen Labortest gut handhabbar erscheint, während der Ansaugphase bei geringer Belastung nur langsam nachgefüllt werden.

Thixotrope Rückstellung: Kann sich die Kammer vor dem nächsten Pressvorgang wieder füllen?

Manche Strukturen zerfallen unter Scherbeanspruchung und bilden sich in der Ruhephase wieder auf. Eine schnelle Erholung kann die Konsistenz des Produkts nach dem Dosieren verbessern, jedoch das Nachfüllen erschweren; eine langsame Erholung kann zwar den Fluss verbessern, jedoch die Abtrenngrenze oder das Aussehen des Produkts verändern. Messen Sie die Pumpenleistung bei einem realistischen Betriebsrhythmus, einschließlich schneller, wiederholter Druckvorgänge und eines Neustarts nach stunden- oder tagelanger Ruhepause.

Temperatur, Luft und Partikel beeinflussen das Ergebnis

Die Lagerung bei niedrigen Temperaturen erhöht häufig den Durchflusswiderstand. Mitgeführte Luft kann das Produkt eher komprimieren als fördern, was zu einem schwammartigen Pumpverhalten oder zu zu geringen Dosiermengen führt. Schwebeteilchen können eine enge Öffnung überbrücken, selbst wenn die kontinuierliche Phase fließt. Das Pumpen-Datenblatt sollte daher Angaben zu einer kontrollierten Rheologie-Methode, der niedrigsten zu erwartenden Einsatztemperatur, der Dichte, der Luftempfindlichkeit sowie der maximal zu erwartenden Partikel- oder Agglomeratgröße enthalten.

Vergleich verschiedener Pumpentypen für hochviskose Flüssigkeiten

1. Pumpe für hochviskose Lotionen bei Raumtemperatur

Dies ist in der Regel die wirtschaftlichste und gängigste Lösung für dickflüssige Körperlotionen, Shampoos, Haarspülungen, Reinigungsprodukte und Friseursalonprodukte in größeren Flaschen. Die Pumpe saugt das Produkt über ein Tauchrohr an, während die Flasche mit Frischluft aufgefüllt wird. Suchen Sie nach einer Pumpenserie, die ausdrücklich für viskose Formulierungen angeboten wird, und vergleichen Sie dann Durchflusswiderstände, Saugleistung, Betätigungskraft, Rücklaufgeschwindigkeit, Dosierung und Verschlussoptionen.

Am besten, wenn: Das Produkt wird über das Eintauchrohr zugeführt, eine größere Packungsgröße und Dosierung sind erwünscht, Kontakt mit Luft ist zulässig und die Verwendung in aufrechter Position ist üblich. Schwäche: In der Flasche kann sich ein Restbestand ansammeln, durch ein Luftleck oder eine eingeschränkte Entnahme kann der Druck nachlassen, und bei niedrigen Temperaturen lässt sich der Inhalt nur schlecht entnehmen. Entdecken Sie kompatible Produkte Formate für Lotionsflaschen und Pumpspender, sondern die gesamte Kombination aus Milchnahrung und Verpackung zuzulassen und nicht nur die Flasche allein.

2. Behandlungs-Pumpe mit großem Durchlass

Eine Dosierpumpe eignet sich für kleinere Produkte für das Gesicht oder für gezielte Anwendungen, jedoch sollte nur eine Ausführung in Betracht gezogen werden, die auf die Rheologie der Rezeptur ausgelegt ist. Zu den nützlichen Merkmalen zählen ein Produktweg mit geringem Druckverlust, zuverlässige Rückschlagventile, eine ausreichende Kolbenfläche und Hebelwirkung für eine komfortable Betätigung sowie eine Düse, die die Dosis ohne langen Faden abgibt. Eine externe Feder oder ein metallfreier Produktweg können bestimmte Risiken durch den Kontakt mit der Rezeptur verringern, allerdings muss die Materialverträglichkeit dennoch geprüft werden.

Am besten, wenn: Die Menge ist gering, das Produkt ist wertvoll und die Aufmachung spielt eine Rolle. Schwäche: Kompakte Abmessungen können zu engen Durchgängen führen; eine Pumpe mit einem Nennvolumen von 0,15 ml lässt sich nicht automatisch leichter mit Creme befüllen als eine größere Pumpe.

3. Luftlose Kolbenpumpe

Bei einer Airless-Kolbenverpackung wird eine bewegliche Plattform verwendet, um den Produktbehälter beim Ausbringen der Creme zu verkleinern; andere Airless-Konstruktionen nutzen einen flexiblen Innenbeutel. Dadurch kann das wiederholte Einsaugen von Luft verringert, das Ausbringen in verschiedenen Ausrichtungen ermöglicht und die Exposition des Produkts an der Öffnung begrenzt werden. Dies sind Vorteile der Verpackungsfunktion, jedoch kein Beweis dafür, dass das System für jede dickflüssige Creme geeignet ist.

Am besten, wenn: Der Schutz der Rezeptur, die hygienische Anwendung sowie die kontrollierte Dosierung und Entnahme der Hautpflegeprodukte stehen im Vordergrund. Schwäche: Eine Mischung mit hoher Fließgrenze lässt sich möglicherweise nicht reibungslos in den Pumpeneinlass befördern, eingeschlossene Luft kann den Durchfluss unterbrechen, und übermäßige Kolbenreibung oder ein Defekt an der Bodendichtung können die Leistung beeinträchtigen. Vergleichen Sie Optionen für Airless-Pumpflaschen und Füllversuche frühzeitig einbeziehen.

4. Tube zum Ausdrücken oder Spender mit Kolben

Wenn eine Paste ihre Form behält und nicht zuverlässig zum Einfüllrohr fließt, kann es sinnvoller sein, die Verpackung zu wechseln, als die Pumpkraft zu erhöhen. Ein flexibler Schlauch ermöglicht es dem Anwender, Druck auf die Produktmasse auszuüben, während ein Spender mit Nachlaufkolben das Produkt zum Auslass drückt. Ein Schlauch kann zudem eine große Öffnung und einen kurzen Fließweg bieten.

Am besten, wenn: Die Textur ähnelt einer Paste, einer dickflüssigen Maske, einem reichhaltigen Balsam oder einer konzentrierten Pflege. Schwäche: Die Dosiergenauigkeit und die Einhandbedienbarkeit sind möglicherweise geringer, und der wiederholte Kontakt mit einem offenen Glas ist eine separate hygienische Entscheidung. Boyus Sortiment an Kosmetikcremetuben bietet eine alternative Plattform für die Probenahme.

5. Warum eine Schaumpumpe oder ein Feinvernebelungssprühgerät in der Regel ungeeignet ist

Eine Schaumpumpe verteilt eine formulierte Flüssigkeit mithilfe von Luftbeimischung und Siebelementen; ein Feinnebelsprüher drückt das Produkt durch ein System aus sehr kleinen Wirbel- und Düseneinheiten. Dickflüssige Cremes lassen sich mit diesen Zielen nicht vereinbaren. Wenn das Marketingkonzept Schaum erfordert, entwickelt der Formulierer in der Regel eine Flüssigkeit mit geeigneten Tensiden und einem geeigneten Fließverhalten. Boyus Leitfaden zu Wie eine Schaumpumpe funktioniert erklärt, warum das Netz und der Luftweg unterschiedliche Einschränkungen mit sich bringen.

Eine siebenstufige Methode zur Auswahl der Pumpe

Schritt 1: Bestimmen Sie die Verzehrmenge in Gramm

Beginnen Sie mit der pro Anwendung benötigten Menge und der Anzahl der vollen Hubbewegungen, die dafür erforderlich sind. Es ist unwahrscheinlich, dass Verbraucher einen Teilhub konsistent wiederholen können. Wenn die Zielmenge 1,5 g beträgt und die Produktdichte 0,95 g/ml ist, entspricht das einem Volumen von etwa 1,58 ml. Das ist ein Konstruktionsziel und keine Erlaubnis, davon auszugehen, dass eine Pumpe mit einer Nennmenge von 1,6 ml auch tatsächlich 1,6 ml der Creme abgibt.

Eine ausführlichere Anleitung findest du in Boyus geprüfter Anleitung zu Ausstoß der Lotionspumpe pro Hub. Dabei wird die Nennleistung von der gemessenen Leistung des Bauteils unterschieden.

Schritt 2: Charakterisierung der Strömung unter festgelegten Bedingungen

Geben Sie mehr als nur “dick” oder einen Viskositätswert ohne Angabe der Messmethode an. Halten Sie die Rezepturversion, die Charge, das Alter, die Messtemperatur, das Messgerät, die Geometrie bzw. die Spindel, die Drehzahl oder Schergeschwindigkeit sowie den Prüfverlauf fest. Idealerweise sollten Sie eine Fließkurve, die Fließgrenze und das Rückstellverhalten angeben. Geben Sie außerdem die Dichte, den pH-Wert, den Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, das Öl- und Lösungsmittelsystem, die suspendierten Feststoffe sowie die maximale Partikelgröße an, die tatsächlich in die Pumpe gelangen kann.

Schritt 3: Ermitteln Sie die engsten Stellen der gesamten Strecke

Überprüfen Sie den Innendurchmesser und den Einlass des Tauchrohrs, die Ventilsitze, die Kammeranschlüsse, die Kolbenkanäle, den Stellkanal und die Enddüse. Die kleinste effektive Verengung kann die Leistung entscheidend beeinflussen. Veröffentlichte Untersuchungen an Verbraucherverpackungen ergaben, dass der Durchmesser des Tauchrohrs, der Ansaugdruck und der Volumenstrom den Austritt komplexer Flüssigkeiten beeinflussen. Separate Untersuchungen zeigten, dass der Schnitt des Tauchrohrs und der Bodenabstand unter den getesteten Bedingungen die Durchflussrate und den Restbestand beeinflussten. Diese Erkenntnisse sprechen dafür, die Geometrie zu testen, anstatt das Tauchrohr als Standardkomponente zu betrachten.

Schritt 4: Saugleistung, Nachfüllen und manuelle Betätigung gemeinsam prüfen

Eine leistungsstarke Pumpe, deren Betätigung einen unangenehm hohen Kraftaufwand mit dem Daumen erfordert, ist kein erfolgreiches Verbraucherprodukt. Messen Sie die maximale Betätigungskraft, das Kraftprofil, die Zeit bis zur vollständigen Rückstellung und die Förderleistung bei realistischer Trittfrequenz. Achten Sie darauf, ob sich der Betätiger vor dem nächsten Druck vollständig zurückstellt. Ein größerer Betätiger kann die Hebelwirkung verbessern, doch die Konstruktion des Antriebs und der Widerstand der Formel bestimmen nach wie vor die zugrunde liegende Belastung.

Schritt 5: Gestaltung der Abholvorrichtung und des Behälters unter Berücksichtigung der Entleerung

Ein Einfüllrohr sollte bis in den unteren Sammelbereich reichen, ohne dabei flach am Boden anzuliegen. Die Flaschenform sollte das Produkt zu diesem Punkt leiten. Bei Cremes, die sich nicht von selbst verteilen, können Schultern, Vertiefungen am Boden und breite Flaschenbereiche dazu führen, dass Produkt außerhalb des Entnahmebereichs zurückbleibt. Bewerten Sie die Verpackung im aufrechten Zustand, in geneigter Position während der Verwendung sowie nach der Lagerung auf der Seite, falls Verbraucher dies tun könnten.

Schritt 6: Entscheiden Sie, ob sich durch den Formelschutz die Architektur ändert

Wenn die Formel sauerstoffempfindlich ist oder wiederholte Umwelteinflüsse möglichst vermieden werden müssen, kann sich der Einsatz eines Airless-Systems trotz der damit verbundenen höheren Komplexität bei System und Abfüllung lohnen. Wenn es in erster Linie darum geht, eine großzügige Dosis für die Körperpflege aus einer 500-ml-Flasche zu entnehmen, ist eine robuste Pumpe für hochviskose Produkte unter atmosphärischen Bedingungen möglicherweise praktischer. Sollte der Kontakt mit Metall ein Problem darstellen, fordern Sie einen dokumentierten metallfreien Produktweg an; verwechseln Sie dieses Merkmal nicht mit allgemeiner chemischer Verträglichkeit.

Schritt 7: Wählen Sie mindestens zwei Motoren aus und testen Sie den gefüllten Rucksack

Durch eine Lieferantenprüfung lassen sich zwar ungeeignete Ausführungen ausschließen, doch sie kann die Verpackungstests nicht ersetzen. Verwenden Sie serienrepräsentative Pumpen, Eintauchrohre, Flaschen, Dichtungen, Verschlüsse und Abfüllbedingungen. Beziehen Sie nach Möglichkeit mehr als eine Pumpencharge oder Formkammer ein und bewahren Sie nach der Auswahl eine freigegebene Systemprobe sowie eine Zeichnung auf.

So validieren Sie eine Pumpe für eine hochviskose Formel

Ein sinnvoller Prüfplan unterscheidet zwischen der Leistung beim Anlaufen, im stationären Zustand und am Ende der Verpackungslebensdauer. Außerdem werden kritische Prüfungen nach der Lagerung wiederholt, da sich Rezepturen sowie Polymer- oder Elastomerkomponenten im Laufe der Zeit verändern können. Die Norm ASTM D4333/D4333M-18, deren Verlängerung bis 2025 von der ASTM gelistet ist, regelt die Kompatibilitätsprüfung von mechanischen Pumpenkomponenten mit Konsumgütern. ASTM D4336-18(2025) regelt die mittlere Fördermenge nach Gewicht pro Betätigung und legt fest, dass das Verfahren zur Unterstützung von Pumpen- und Endverpackungsspezifikationen dienen kann.

Mindestablauf für die Funktionsprüfung

1. Zustandsproben: Führen Sie die Prüfung unter definierten Raumbedingungen und bei der niedrigsten realistischen Temperatur im Verbraucherbereich durch. Beziehen Sie zur Bewertung der Verträglichkeit Proben ein, die bei erhöhter Temperatur gealtert wurden, aber behaupten Sie nicht, dass eine beschleunigte Lagerung Rückschlüsse auf die Haltbarkeit zulässt, ohne dass ein begründeter Zusammenhang vorliegt.
2. Datensatzvorbereitung: Zählen Sie die Gesamtzahl der Hübe bis zum ersten Produkt und bis zu einer kontinuierlichen, luftfreien Dosis. Legen Sie für jeden Wert separate Akzeptanzkriterien fest.
3. Messen Sie die Leistung im stationären Betrieb gravimetrisch: Zunächst eine festgelegte Reihe vollständiger Hübe erfassen, die Nettomasse durch die Hubzahl teilen und das Volumen ausschließlich anhand der bei der Prüftemperatur gemessenen Dichte umrechnen.
4. Maßabweichung: Geben Sie die Ergebnisse von Pumpe zu Pumpe und Hub zu Hub an, nicht nur einen Durchschnittswert. Legen Sie im Qualitätsplan die Stichprobengröße und die Akzeptanzgrenzen fest.
5. Kraft messen und zurückgeben: Erfassen Sie die Spitzenkraft, den unvollständigen Rückhub und die zum Wiederaufladen benötigte Zeit sowohl bei normaler als auch bei schneller Kadenz.
6. Beurteilung der Dosisqualität: Fadenbildung, Nachlaufen, Tropfen, Spritzer, eingeschlossene Luft, Sprudeln und ob das getrocknete Produkt nach einer Pause den Auslass verstopft.
7. Durch das Feld laufen: Prüfen Sie den Anfangs-, den mittleren und den fast leeren Füllstand. Wiegen Sie das nicht zugängliche Restprodukt und geben Sie es als Prozentsatz der Nettofüllmenge an.
8. Auf Undichtigkeiten und die Verkleidung prüfen: Prüfen Sie das Verschlussdrehmoment, die Dichtungsfunktion, die Flaschenentlüftung, die Luftdichtheit der Kolbenabdichtung, die Lagerlage sowie die für den Vertriebskanal geeigneten Transportbedingungen.
9. Alter und Wiederholung: Überprüfen Sie nach Ablauf des festgelegten Kompatibilitätszeitraums auf Schwellungen, Erweichung, Risse, Verfärbungen, Korrosion, Gerüche, Leistungsschwankungen und den Verlust der Leistungsfähigkeit.

Beispiel für ein Abnahmerahmenwerk

Die numerischen Grenzwerte müssen sich aus den Produktanforderungen, der Risikoanalyse und den Leistungsfähigkeitsdaten ergeben; die folgende Tabelle gibt an, was festzulegen ist, und enthält keine allgemeingültigen Grenzwerte für die Freigabe.

Was Pumpenausfälle offenbaren

Was soll man einem Pumpen- oder Verpackungslieferanten schicken?

Ein Anbieter kann eine bessere erste Empfehlung abgeben, wenn in der Anfrage die Leistungsmerkmale beschrieben werden, anstatt nur “Pumpe für dickflüssige Sahne” anzugeben. Stellen Sie unter Einhaltung einer entsprechenden Vertraulichkeitsvereinbarung Folgendes bereit:

• Produktkategorie, Verwendungszweck, endgültige Rezeptur und Herstellungsverfahren;
• Rheologiedaten mit Angaben zu Messgerät, Geometrie, Temperatur, Scherbedingungen und Probenhistorie;
• Dichte, pH-Wert, Lösungsmittel, Öle, Tenside, Wirkstoffe und für die Verträglichkeit relevante Einschränkungen hinsichtlich des Kontakts mit Metallen;
• Partikel, Kügelchen oder Kristalle, einschließlich der glaubwürdigen maximalen Agglomeratgröße;
• Zielmenge in Gramm pro Anwendung, zulässige Anzahl der Pumpstöße und Packungsgröße;
• Betriebstemperatur, Lagerungsausrichtung, Einsatzhäufigkeit und voraussichtliche Pause zwischen den Einsätzen;
• Flaschenmaterial, Fassungsvermögen, Zeichnung des Flaschenhalses, Füllstand, Kopfraum und Bodenform;
• Anforderungen hinsichtlich Luftdichtheit, Verschluss, Manipulationsschutz, Eignung für die Dusche, E-Commerce oder Reisen;
• Toleranzgrenzen für Primär-, Ausgangs-, Kraft-, Rücklauf-, Abschalt-, Leckage-, Restprodukt- und Alterungsfunktion.

Häufig gestellte Fragen

Schlussfolgerung

Die beste Pumpe für ein hochviskoses Kosmetikprodukt ist in der Regel eine speziell entwickelte Pumpe für hochviskose Lotionen oder Pflegeprodukte, sofern die Rezeptur über ein Tauchrohr zugeführt werden kann; ein Airless-System, wenn Schutz und kontrollierte Entleerung dies rechtfertigen; oder eine Kombination aus Tube und Stößel, wenn das Produkt nicht zuverlässig zu einer Entnahmestelle gelangt. Die wichtigste Frage beim Kauf lautet nicht: “Wie hoch ist der maximale cP-Wert?”, sondern: “Erfüllt dieses Komplettpaket während der gesamten Lagerung und Verwendung mit der Produktionsformulierung unsere Grenzwerte hinsichtlich Durchfluss, Dosierung, Kraft, Abschaltwert, Dichtheit und Entleerung?”

Quellen

1. ASTM International, D4333/D4333M – Standardverfahren zur Überprüfung der Kompatibilität von Komponenten mechanischer Pumpspender.
2. ASTM International, D4336-18(2025) – Standardverfahren zur Bestimmung der Fördermenge pro Hub eines mechanischen Pumpspenders.
3. Teoman, Potanin und Armenante, Analyse des Austritts komplexer Flüssigkeiten aus Verbraucherspendflaschen unter Verwendung von Rheologie und Strömungsvisualisierung, Applied Rheology (2023).
4. Teoman, Potanin und Armenante: Einfluss der Öffnungsform und des Abstands zum Auslaufrohr auf die Hydrodynamik des Ausflusses und das Restvolumen in einer Dosierflasche, Fluids (2023).
5. Auswirkungen verschiedener Verpackungskonfigurationen auf ein topisches Cremeprodukt, Pharmaceutical Research (2024).
6. Aptar Beauty, Technische Produktseite zur GSA-Dosierpumpe.
7. Aptar Beauty, Technische Produktseite zur HDA-Hochdosierpumpe.
8. Silgan Dispensing, Globales Beauty-Produktportfolio (Ausgabe 2025).