DE202018100003U1

DE202018100003U1 - Setzwerkzeug zum Einsetzen eines Kolbens in einen Behälter

Info

Publication number: DE202018100003U1
Application number: DE202018100003.9U
Authority: DE
Original assignee: Kettenbach GmbH and Co KG
Current assignee: Nagel Ulrich Hans Dr De
Priority date: 2018-01-02
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2028-01-03

Abstract

Setzwerkzeug (1) zum Einsetzen eines Kolbens (6), der eine zumindest bereichsweise durch eine verformbare Dichtung (17) definierte Außenkontur (8) aufweist, in einen Behälter (25), der eine Innenkontur aufweist, insbesondere einen Behälter (25) einer Austragskartusche, wobei das Setzwerkzeug (1) einen in den Behälter (25) einsetzbaren Einsetzabschnitt (2) mit einer an die Innenkontur des Behälters angepassten Außenkontur (3) aufweist, wobei innerhalb des Einsetzabschnitts (2) eine wenigstens einseitig mit einer Öffnung (5) zum Einsetzen und Auswerfen des Kolbens (6) versehenen Kolbenaufnahme (4) mit einer an die Außenkonturen (8) des Kolbens (6) angepassten Innenkontur (7) vorgesehen ist, und wobei das Setzwerkzeug (1) eine Einrichtung (13) zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt (2) und einem in der Kolbenaufnahme (4) aufgenommenen Kolben (6) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Setzwerkzeug zum Einsetzen eines Kolbens in einen Behälter, insbesondere einen Behälter einer Austragskartusche.
Zur Lagerung und zum Transport von Materialien oder Stoffgemischen, bspw. für Dentalmaterialien, Kleb- und Baustoffe, werden häufig Behälter und Kartuschen eingesetzt, in welchen die Materialien eingefüllt und durch einen Kolben verschlossen aufbewahrt werden. Derartige Kartuschen können auch zum Austragen der Materialien verwendet werden. Dazu wird der Kolben in dem Behälter bzw. der Kartusche in Austragsrichtung verschoben und das Material tritt aus einem dem Kolben gegenüberliegenden Auslass aus und kann direkt verwendet (Einkomponentensystem) oder mit einer zweiten Komponente aus einem zweiten Behälter (Zweikomponentensystem) vermischt werden.
Da viele Materialien dazu neigen, mit der nach dem Befüllen der Kartusche und dem Einsetzen des Kolbens in der Kartusche verbleibenden Luft zu reagieren, ist man bestrebt, die Luft möglichst vollständig aus dem Behälter entweichen zu lassen. Etwaige in dem Behälter verbleibende Luft zwischen dem Kolben und dem in der Kartusche befindlichen Material wird auch deshalb als nachteilig empfunden, weil die Luft ein kompressibles Polster bildet, das die Genauigkeit der Dosierung beim Austragen des Materials aus der Kartusche verschlechtert.
Die verwendeten Kolben müssen in dem Behälter beweglich aufgenommen sein und die im Behälter befindlichen Materialien dicht von der Umgebung abschließen. Beispielsweise werden Kolben eingesetzt, die elastische oder viskoelastische Elemente aufweisen, die zur Abdichtung vorgespannte Elemente aufweisen, wobei der Austragsdruck die Vorspannkraft nicht übersteigt, so dass eine Undichtigkeit beim Austragen nicht auftritt. Nachteilhaft ist daran, dass auch beim langsamen Austragen der Komponenten eine hohe Reibung auftritt. Dadurch wird, insbesondere bei manueller Betätigung der Kartusche, die zum Austragen benötigte Kraft so hoch, dass eine genaue Dosierung der ausgetragenen Menge erschwert wird. Üblicherweise werden daher Dichtlippen und/oder Elastomerringe vorgesehen und derart angebracht, dass in Ruhelage der Kolben nur ein geringer Anpressdruck zur Innenwand besteht, aber ein Verschieben des Kolben auf die Komponentenmasse, und ein dadurch entstehender Druck, den Anpressdruck der Dichtung auf die Wand erhöht. Dies wird üblicherweise dadurch erreicht, dass die Dichtung seitlich vom Kolben und in Austragsrichtung wegragt. Solche Kolben werden auch bei sehr hohen Drucken nicht undicht. Typischerweise versagt eine solche Anordnung erst beim starken Aufblähen oder gar Platzen des Behälters der Kartusche.
Für ein im Wesentlichen luftfreies Einsetzen der luftundurchlässigen Kolben und damit verbundenem Abfüllen der Masse gibt es mehrere Möglichkeiten.
Beispielsweise kann zuerst der Kolben in den Behälter eingeführt werden und bis zum Auslass vorgeschoben werden. Anschließend wird das Material durch den Auslass eingepresst und schiebt dabei den Kolben von diesem weg. Bei diesem Verfahren wird typischerweise das Einsetzen des Kolbens und die Abfüllung des Materials im Vakuum vorgenommen, da sonst die vor dem Kolben befindliche Luft zwischen Material und Kolben eingeschlossen wird. Bei Kartuschen, deren Auslass zugeschmolzen wird und welche erst vom Anwender geöffnet werden, ist eine Abfüllung der Masse durch den Auslass naturgemäß nicht möglich, sodass das beschriebene Verfahren zur Abfüllung der Masse für solche Kartuschen ausscheidet.
In einem weiteren Verfahren wird zunächst das Material in den Behälter eingefüllt und anschließend der Luftraum im Zylinder und der Raum dahinter zu dem bereitgestellten Kolben evakuiert. Danach wird der Kolben bis zum Material vorgeschoben. Sobald der Kolben das hintere Ende des Behälters erreicht, dichtet er ab. Dabei wird allerdings bei weniger gutem Vakuum Luft zwischen Material und Kolben im Behälter verdichtet und verbleibt in der Kartusche. Die Luft lässt sich dabei nur dann auf ein akzeptables Minimum reduzieren, wenn das Material den Behälter so vollständig ausfüllt, dass der Kolben unmittelbar das Material berührt. Schwankungen in der Füllhöhe können jedoch dazu führen, dass Masse auf die Rückseite des Kolben gerät und die Kartusche verschmutzt.
Alternativ wird in technisch aufwendiger Weise das Vakuum derart verbessert, dass die verdichtete Luft vernachlässigt werden kann. Ein hohes Vakuum kann aber zu Ausgasungen von Inhaltsstoffen des Füllguts und damit zu Blasenbildung in den Materialien führen, sodass das Einsetzen des Kolbens einen Unterdruck im Behälter erzeugt, was ein Eindiffundieren von Umgebungsluft während der Lagerung begünstigt und damit die Lagerstabilität verschlechtert. Außerdem kann das beschriebene Ausgasen die Materialien destabilisieren, indem beispielsweise Sauerstoff entfernt wird, der insbesondere in polymerisierbaren Komponenten die Lagerstabilität erhöht. Jedenfalls sind ein Einsetzen des Kolbens und ein Abfüllen der Materialien im Vakuum meist mit einer hohen Belastung für die Materialien verbunden. Ferner ist das Arbeiten im Vakuum technisch aufwendig und zeitintensiv und erhöht dadurch die Produktionskosten deutlich.
Aufgrund der beschriebenen Problematik und der einfachen Umsetzbarkeit wird daher oftmals ohne Vakuum gearbeitet. Dazu wird das Material zunächst in den Behälter eingefüllt. Um den Kolben von der dem Auslass abgewandten Seite in den Behälter einzuschieben, ist es notwendig, die Luft im Behälter entweichen zu lassen, da diese andernfalls eingeschlossen wird, was es ja zu vermeiden gilt. Dazu können Kolben eingesetzt werden, deren Dichtungen unter Druck undicht werden und daher die Luft beim Einschieben entweichen lassen. Diese Kolben können selbstverständlich unter erhöhtem Austragsdruck keine ausreichende Abdichtung bereitstellen und sind für längere Lagerzeiten und luftempfindliche Materialien ungeeignet. Aufgrund der geringen Kosten werden solche Kolben dennoch bei sehr günstigen Masseprodukten wie Einkomponenten-Fugenmassen und Montageklebern durchaus verwendet.
Als Alternative dazu kann eine Entlüftungsöffnung im Kolben selbst vorgesehen sein. Ein solcher Kolben mit Entlüftungsöffnung ist beispielsweise in der WO 2012/055921 A1 offenbart. Solche Kolben sind zwar ausreichend dicht und erlauben eine praktisch vollständige Entlüftung, allerdings ist deren Aufbau durchaus komplex, sodass relativ hohe Fertigungskosten anfallen.
Eine weitere gängige Lösung zum Entweichen der Luft beim Einsetzen des Kolbens besteht darin, einen Draht oder ein dünnes Rohr zwischen Dichtung des Kolbens und der Innenwand des Behälters einzuklemmen. Durch die so herbeigeführte Undichtigkeit kann die Luft während des Vorschiebens des Kolbens zum Material allerdings nur punktuell entweichen. Wenn Füllmaterial diese Stelle erreicht, ist eine weitere Entlüftung nicht mehr möglich. In den meisten Fällen wird also Luft zurückbleiben.
Nach dem Entlüften wird der Draht oder das Rohr herausgezogen. Allerdings wird dabei die Dichtung derart beansprucht, dass keine ausreichende Abdichtung nach Herausziehen des Drahtes oder des Rohrs erreicht wird. Kolben, die auf diese Weise eingesetzt werden, werden daher mit zusätzlichen Dichtungen, beispielsweise einem Gummiring, versehen, der jedoch relativ teuer ist und eine hohe Reibung erzeugt, was das Austragen der Materialien durch den Anwender erschwert. Ferner hinterlässt der Draht oder das Rohr oftmals Beschädigungen an der Behälterinnenwand, die zu einer Undichtigkeit und daher geringerer Lagerstabilität führen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Setzwerkzeug zum luftfreien Einsetzen eines Kolbens bereitzustellen, das ein Entweichen der Luft beim Einsetzen erlaubt und ferner eine Beschädigung am Behälter und/oder dem Kolben verhindert.
Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Setzwerkzeug nach Anspruch 1 gelöst und ist für alle bekannten Kolben anwendbar.
Ein Verfahren zum Einsetzen eines Kolbens in einen Behälter, insbesondere einen Behälter einer Austragskartusche, umfasst ein Einsetzen eines Kolbens, der an seinem Außenumfang mit wenigstens einer, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, verformbaren Dichtung versehen ist, in ein Setzwerkzeug, insbesondere wie weiter unten beschrieben. Im Setzwerkzeug ist die wenigstens eine Dichtung des Kolbens, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, nach innen verformt, wodurch insbesondere der radiale Durchmesser der Dichtung bzw. des Kolbens verringert wird. Mit anderen Worten ist die von der zumindest bereichsweise durch die, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, verformbare Dichtung definierte Außenkontur des Kolbens radial gesehen verkleinert. Das Setzwerkzeug wird mit dem darin aufgenommenen Kolben in den Behälter eingeführt, wobei Luft aus dem Behälter durch wenigstens eine Entlüftungsöffnung entweicht oder entweichen kann. Schließlich wird der Kolben innerhalb des Behälters aus dem Setzwerkzeug ausgeworfen, so dass sich die wenigstens eine Dichtung des Kolbens zur Anlage an die Innenseite des Behälters, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, radial aufweiten kann.
Das Verfahren erlaubt ein luftfreies Einsetzen des Kolbens, so dass die oben beschriebenen Nachteile nicht auftreten. Dabei ist das Verfahren für die Kolben so schonend, dass keinerlei Verletzung oder dauerhafte Verformung der Dichtung auftritt und daher auch ein hohe Lagerstabilität der abgefüllten Materialien und eine gute Abdichtung gegenüber der Umgebung erreicht wird. Insbesondere wird der Kolben an keiner Stelle ungleichmäßig verformt. Ebenso wird der Behälter, in den der Kolben eingesetzt wird, an keiner Stelle beschädigt oder ungleichmäßig belastet, so dass sich keine Undichtigkeiten ergeben. Das Verfahren erlaubt es ferner einfacher gefertigte Kolben, bspw. ohne zusätzlichen Elastomerring, zu verwenden, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der Abdichtung kommt. Entsprechend kann bei der Fertigung und dem Einsetzen der Kolben eine erheblich Kosten- und Montagezeitreduktion erreicht werden, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist es, dass der Kolben erst dann im Behälter ausgeworfen und platziert wird, wenn die Luft bereits durch die wenigstens eine Entlüftungsöffnung entfernt wurde. Daher ist es nicht notwendig, die Luft am platzierten Kolben vorbei zu führen. Daher können die Dichtung des Kolbens und der Kolben selbst ausschließlich die ihnen zugedachte Funktion erfüllen, bei welcher die Abdichtung und gerade nicht das Entlüften im Vordergrund steht. Das erst in der gewünschten Position innerhalb des Behälters stattfindende Aufweiten der Dichtung, dichtet den Innenbereich des Behälters gegenüber der Umgebung ab. Daher ist es vorgesehen, dass die Dichtung des Kolbens im Setzwerkzeug, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, radial nach innen verformt ist, was insbesondere durch Einschieben des Kolbens in das Setzwerkzeug erreicht werden kann.
Ein im Verfahren bevorzugter Kolben weist einen, insbesondere zylindrischen Grundkörper auf, der eine in Ausbringrichtung vordere Wand und eine der vorderen Wand gegenüberliegende, in Ausbringrichtung, rückseitige Wand umfasst. Sowohl die vordere als auch die rückseitige Wand können Vertiefungen und Erhöhungen enthalten. Die Ausbringrichtung ist im Sinne der Anmeldung diejenige Richtung, in welcher im Behälter befindliches Material aus diesem ausgebracht werden kann, wozu der Kolben in die Ausbringrichtung verschoben wird. Bevorzugt wird der Kolben im Verfahren so in einen Behälter eingebracht, dass die vordere Wand in Ausbringrichtung und die rückseitige Wand entgegen der Ausbringrichtung angeordnet sind. Für Kolben, die insoweit eine interne Spiegelebene aufweisen und deren vordere Wand sich daher nicht von der rückseitigen Wand unterscheidet, ist die Richtung, in welcher der Kolben in den Behälter eingesetzt wird, unerheblich.
Es ist bevorzugt, wenn die Dichtung des Kolbens eine in Ausbringrichtung vordere Dichtlippe und eine in Ausbringrichtung hintere Dichtlippe umfasst, wobei die Dichtlippen in radialer Richtung von der Seitenwand abstehen. Besonders bevorzugt sind die wenigstens zwei Dichtlippen aus der im unbelasteten Zustand, insbesondere wenn der Kolben nicht in einem Behälter montiert ist, radial von der Seitenwand wegstehenden Ausrichtung, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, in Richtung der vorderen Wand verschwenkbar, wobei die vordere Dichtlippe aus der zur vorderen Wand verschwenkten Stellung, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, in Richtung der rückseitigen Wand verschwenkbar ist. Dabei ist bevorzugt, wenn die verschwenkte Stellung erreicht ist, wenn der Kolben in einem Behälter montiert ist.
Als Alternative dazu ist es möglich, lediglich eine Dichtlippe vorzusehen, welche in radialer Richtung von der Seitenwand absteht und aus diesem unbelasteten Zustand, insbesondere in welchem der Kolben nicht im Behälter montiert ist, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, in Richtung der vorderen Wand verschwenkbar ist.
Luftfrei im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist jedes Einsetzen eines Kolbens in einen Behälter, bei dem das Volumen der Luft im durch den Kolben abgeschlossenen Behälterinnenraum unterhalb von 2%, bevorzugt 1%, besonders bevorzugt 0,5% und ganz besonders bevorzugt 0,2% des Volumens des abgeschlossenen Behälterinnenraums beträgt. Dies entspricht einem vollständigen Entweichen der Luft. Der Behälterinnenraum erstreckt sich dabei von der vorderen, in Ausbringrichtung gerichteten Wand des Kolbens zum Auslass des Behälters.
Die Entlüftungsöffnung wird im einfachsten Fall durch einen umlaufenden Spalt zwischen Setzwerkzeug und Behälter gebildet, was dadurch erreicht wird, dass die Außen- bzw. die Innenkontur des Setzwerkzeugs und des Behälters auf einander abgestimmt sind. Für eine zylindrische Grundstruktur von Setzwerkzeug und Behälter ist daher der Innendurchmesser des Behälters größer oder gleich dem Außendurchmesser des Setzwerkzeugs, sodass das Setzwerkzeug wie oben beschrieben in den Behälter einführbar ist. Da Luft ein sehr niedrigviskoses Medium ist, reichen bereits fertigungsbedingt auftretende Rauigkeiten und Unebenheiten auf der Oberfläche des Behälters und des Setzwerkzeugs zur Ausbildung einer Entlüftungsöffnung aus, so dass eine Entlfüftung in jedem Fall möglich ist. Davon ausgeschlossen sind nur Fälle, in denen ein Einsetzen des Setzwerkzeugs in den Behälter mit einer Aufweitung des Behälters verbunden ist, da durch die Verformung des Behälters eine Abdichtung zwischen Setzwerkzeug und Behälter erfolgen könnte.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kolben mittels eines separaten Verformungstrichters, der auch aus mehreren Teilen bestehen kann (z.B. zwei Backen) in das Setzwerkzeug eingesetzt. Durch den Verformungstrichter wird die wenigstens eine Dichtung des Kolbens, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, radial nach innen verformt. Diese Verformung erfolgt beim Einschieben des Kolbens in den Verformungstrichter und wird entsprechend durch eine axiale Kraft auf den Kolben in Einschieberichtung und einer aus der Form des Verformungstrichters resultierenden radialen Kraft erreicht. Der Verformungstrichter erleichtert das Einsetzen des Kolbens in das Setzwerkzeug, was das Verfahren insgesamt beschleunigt und vereinfacht.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Kolben in einem Zustand, in dem die wenigstens eine Dichtung des Kolbens, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, radial nach innen verformt ist, vom Verformungstrichter in das Setzwerkzeug überführt wird. Mit anderen Worten wird die wenigstens eine Dichtung beim Einsetzen des Kolbens in den Verformungstrichter, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, radial nach innen verformt und verbleibt auch beim Überführen in das Setzwerkzeug in dieser Position und Verformung. Damit wird eine übermäßige, insbesondere elastische oder viskoelastische, Belastung der Dichtung vermieden. Auch empfindliche Elastomerdichtungen werden somit nicht durch scharfe Kanten, insbesondere am Setzwerkzeug, verletzt.
In Weiterführung dieses Gedankens ist es bevorzugt, wenn der Verformungstrichter nach dem Überführen des Kolbens in das Setzwerkzeug von diesem entfernt wird. Damit wird erreicht, dass der Verformungstrichter die Handhabung und das Einsetzen des Setzwerkzeugs in den Behälter nicht erschweren kann. Dennoch wird der Kolben nach wie vor einfach in den Verformungstrichter eingesetzt und in das Setzwerkzeug überführt, so dass die oben beschriebenen Vorteile erhalten bleiben.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist die wenigstens eine Dichtung des Kolbens vor dem Einsetzen in das Setzwerkzeug mittels des Verformungstrichters derart, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, radial nach innen verformt, dass eine Dichtlippe in eine Richtung umgeklappt wird, die der Einführrichtung des Setzwerkzeugs in den Behälter entspricht. Die derart umgeklappte Dichtlippe ragt in Richtung der Einführrichtung des Setzwerkzeugs von dem Kolben weg und ist damit in Austragsrichtung des Behälters angeordnet. Mit anderen Worten wird die Dichtung so verformt, dass beim Austragen der Anpressdruck der Dichtung an die Behälterinnenwand ansteigt. Ein Vorteil des Verfahrens ist dabei, dass die Dichtung des Kolbens nicht im Herstellprozess des Kolbens in eine solche Stellung festgelegt werden muss, sondem beim Einsetzen in das Setzwerkzeug in die entsprechende Position gebracht wird. Dadurch können die verwendeten Kolben günstiger hergestellt werden.
In einer bevorzugten Variante ist der Verformungstrichter mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgeführt, weist also mehrere Teile, bspw. Backen, auf, die zusammengefügt den Verformungstrichter bilden. In einer bevorzugten Ausführung ist der Verformungstrichter entlang der Öffnung zum Einsetzen eines Kolbens geteilt, sodass zwei voneinander trennbare Teile erhalten werden. Werden die Teile des Verformungstrichters voneinander entfernt, vergrößert sich der radiale Querschnitt der Öffnung, sodass der Verformungstrichter sehr leicht, insbesondere von der Seite, auf das Setzwerkzeug montiert werden kann. Danach wird der Kolben in einem Zug durch den auf dem Setzwerkzeug montierten Verformungstrichter in das Setzwerkzeug geschoben. Dadurch ist es möglich, die vorderste, also die in Ausbringrichtung liegende, oder auch mehrere vordere Dichtlippen der Dichtung des Kolbens unverformt zu belassen, während eine oder auch mehrere hintere Dichtlippen im Setzwerkzeug elastisch nach innen verformt werden, indem der Kolben nur teilweise in das Setzwerkzeug eingeführt und danach der Verformungstrichter seitwärts entfernt wird. Dieses Vorgehen schont diese Dichtlippen, die dann beim Einsetzen in den Behälter durch den Behälter nach hinten, also entgegen der Ausbringrichtung, verformt werden.
Solche über die Kolbenaufnahme des Setzwerkzeugs ragende Dichtlippen würden beim Abziehen eines einteiligen Verformungstrichters vom Setzwerkzeug zuerst nach vorne gebogen und danach bei der Montage im Behälter nach hinten. Dadurch würde das Material extrem belastet, was durch einen mehrteiligen Verformungstrichter vermieden werden kann. Außerdem können bei Verwendung eines mehrteiligen Verformungstrichters vordere nicht elastische Stützringe mit einem Durchmesser bis zum Innendurchmesser des Behälters möglich, wobei die Stützringe über den kleineren Innendurchmesser der Kolbenaufnahme des Setzwerkzeugs hinausragen.
Vorzugsweise wird zum Auswerfen des Kolbens aus dem Setzwerkzeug innerhalb des Behälters der Kolben in axialer Richtung relativ zum Behälter festgehalten und gleichzeitig das Setzwerkzeug in axialer Richtung aus dem Behälter entfernt. Mit einem Festhalten des Kolbens relativ zum Behälter im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird jede Ausführung verstanden, bei der sich die Bewegung des Kolbens relativ zum Behälter auf eine Strecke vom weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm, ganz besonders bevorzugt auf weniger als 0,1 mm beschränkt. So kann der Kolben direkt auf dem abgefüllten Material platziert und dort gehalten werden, während das Setzwerkzeug axial abgezogen wird.
In Weiterführung dieses Gedankens ist es bevorzugt, dass der Kolben zum Auswerfen innerhalb des Behälters mittels eines Auswerferstößels in axialer Richtung relativ zum Behälter festgehalten wird. Dadurch kann ein einfach durchzuführender und leicht automatisierbarer Bewegungsablauf erreicht werden, bei dem das Setzwerkzeug aus dem Behälter in axialer Richtung entfernt wird und sich daher in axialer Richtung relativ zum Auswerferstößel bewegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Behälter vor dem Einführen des Setzwerkzeugs mit einem, insbesondere flüssigen oder pastösen, Material befüllt, wobei das Setzwerkzeug so weit in den Behälter eingeführt wird, dass der Kolben das flüssige oder pastöse Material berührt. Dadurch wird das Volumen der Luft zwischen Material und Kolben möglichst gering gehalten und der Kolben punktgenau platziert. Insbesondere ist vorgesehen, dass nach dem vollständigen Entweichen der Luft durch den wenigstens einen Entlüftungskanal ein weiteres Vorschieben des Kolbens auf das Material dazu führt, dass das Material in die wenigstens eine Entlüftungsöffnung eindringt und diesen damit verschließt. Das in der wenigstens einen Entlüftungsöffnung befindliche Material kann nach dem Auswerfen des Kolbens und dem Entfernen des Setzwerkzeugs aus dem Behälter von dem Setzwerkzeug entfernt werden, wodurch das Setzwerkzeug für eine erneutes Einsetzen eines weiteren Kolbens zur Verfügung steht.
In Weiterführung dieses Gedankens ist vorgesehen, dass das Erreichen einer Position des Kolbens in dem Behälter und/oder das Entweichen von Luft aus dem Behälter überwacht wird, und dass das Auswerfen des Kolbens aus dem Setzwerkzeug erst dann erfolgt, wenn das Erreichen einer Position des Kolbens in dem Behälter, in welcher der Kolben das Material berührt, und/oder das vollständige Entweichen von Luft aus dem Behälter detektiert wird. Die Überwachung der Position kann beispielsweise kontaktlos durch ein in dem Kolben vorgesehenes magnetisierbares Element und Anlegen eines äußeren Magnetfeldes erfolgen oder über ein an sich bekanntes bildgebendes Verfahren mittels elektromagnetischer Strahlung. Eine andere Variante sieht Drucksensoren vor, welche einen Anstieg der zum Vorschieben des Setzwerkzeugs aufgewendeten Kraft detektieren, sobald der Kolben das flüssige oder pastöse Material berührt und dadurch die Position des Kolbens bestimmen. Vorteilhaft ist an dieser Ausgestaltung, dass das Einsetzen des Kolbens automatisiert erfolgen und überwacht werden kann, was die Produktionskosten senkt. Es können auch mehrere der oben beschriebenen Varianten kombiniert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird das Setzwerkzeug vor dem Auswerfen des Kolbens aus dem Setzwerkzeug relativ zu dem Behälter gedreht und/oder in einer von der axialen Richtung abweichenden Richtung bewegt. Dies erleichtert das Entweichen der Luft, da etwaige Rauigkeiten auf der Oberfläche der Behälterinnenseite als unterstützende Entlüftungsöffnungen ausgenutzt werden können.
Die Erfindung betrifft ein Setzwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein erfindungsgemäßes Setzwerkzeug zum Einsetzen eines Kolbens, der eine zumindest bereichsweise durch eine, insbesondere elastisch oder viskoelastisch, verformbare Dichtung definierte Außenkontur aufweist, in einen Behälter, der eine Innenkontur aufweist, insbesondere einen Behälter einer Austragskartusche, umfasst einen in den Behälter einsetzbaren Einsetzabschnitt mit einer an die Innenkontur des Behälters angepassten Außenkontur. Mit anderen Worten ist das Setzwerkzeug in den Behälter einsetzbar, da die Außen- bzw. die Innenkontur des Setzwerkzeugs und des Behälters auf einander abgestimmt sind. Dazu ist es regelmäßig ausreichend, wenn für den Behälter und das Setzwerkzeug dieselbe Grundform, beispielsweise zylindrisch, ausgewählt werden und der Außendurchmesser des Setzwerkzeugs kleiner oder gleich dem Innendurchmesser des Behälters ist. Innerhalb des Einsetzabschnitts ist erfindungsgemäß wenigstens eine einseitig mit einer Öffnung zum Einsetzen und Auswerfen des Kolbens versehene Kolbenaufnahme vorgesehen.
Die Kolbenaufnahme hat eine an die Außenkontur des Kolbens angepasste Innenkontur. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die Außenkontur des Kolbens und dessen Außendurchmesser kleiner oder gleich der Innenkontur und dessen Innendurchmesser der Kolbenaufnahme ausgestaltet sind. Vielmehr kann es vorgesehen sein, dass der Kolben unter einer, insbesondere elastischen oder viskoelastischen, Verformung in die Kolbenaufnahme eingesetzt wird und dabei in dieser gestaucht wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Kolben eine umlaufende Dichtung aufweist, die im Setzwerkzeug radial nach innen verformt ist, jedoch in einem unverformten Zustand über die Innenkontur des Setzwerkzeugs hinausragt.
Schließlich weist das Setzwerkzeug eine Einrichtung zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt und einem in der Kolbenaufnahme aufgenommenen Kolben auf. Dies erlaubt das Auswerfen des Kolbens innerhalb eines Behälters.
Ein erfindungsgemäßes Setzwerkzeug wird bevorzugt in einem oben beschriebenen Verfahren zum Einsetzen eines Kolbens verwendet. Bevorzugt betrifft die Erfindung daher auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs in einem oben beschriebenen Verfahren zum Einsetzen eines Kolbens in einen Behälter.
Die Einrichtung zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung ist im einfachsten Fall ein Auswerferstößel, der durch den Einsetzabschnitt hindurch den Kolben aus der Kolbenaufnahme auswerfen kann. Da der Kolben in einer bevorzugten Variante auf ein im Behälter vorhandenes flüssiges oder pastöses Material aufgesetzt wird, ist es jedoch bevorzugt, wenn der Auswerferstößel den Kolben axial zum Behälter und damit zum Material festhält, während der Einsetzabschnitt aus dem Behälter herausgezogen wird. Diese Bewegung wird insbesondere dadurch erleichtert, dass im Falle einer manuellen Betätigung am Auswerferstößel und/oder am Einsetzabschnitt Haltegriffe vorgesehen werden. Im Falle einer automatischen Betätigung können die nötigen Kräfte zum Auswerfer auf eine dem technischen Standard und an sich bekannte Weise übertragen werden.
Alternativ dazu kann an dem Einsetzabschnitt selbst eine Einrichtung zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt und dem Kolben vorgesehen werden. Beispielsweise ist es möglich, den Einsetzabschnitt und/oder die Wände der Kolbenaufnahme in axialer Richtung entgegen der Einsetzrichtung des Setzwerkzeugs in den Behälter weggleiten zu lassen, und eine Mitbewegung des Kolben durch einem Anschlag am Setzwerkzeug oder ähnliches zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Kolbenaufnahme des Setzwerkzeugs eine Wandstärke von 0,02 mm bis 0,5 mm, bevorzugt 0,05 mm bis 0,25 mm, insbesondere 0,15 mm ± 0,05 mm, auf. Insbesondere ist die Wandstärke in Abhängigkeit des Materials zu wählen, das für die Herstellung des Setzwerkzeugs verwendet wird. Bei einem Material mit hoher Steifigkeit, beispielsweise Stahl, Aluminium, Titan und/oder faserverstärkten Verbundstoffen, können geringere Wandstärken erreicht werden, ohne dass es zu einer Verformung des Setzwerkzeugs bei der Verwendung in einem oben beschriebenen Verfahren kommt. Gleichzeitig ist bei geringen Wandstärken, insbesondere im Bereich 0,05 mm bis 0,25 mm, von Vorteil, dass der Kolben bzw. dessen Dichtung nicht unnötig stark beim Einsetzen in das Setzwerkzeug bzw. innerhalb desselben verformt wird.
Alternativ oder in Ergänzung dazu ist es bevorzugt, wenn die Wandstärke relativ zum Innen- und Außendurchmesser der Kolbenaufnahme ausgewählt wird. Dadurch kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass größere Setzwerkzeuge regelmäßig höhere Wandstärken benötigen, um die für die Anwendung der Setzwerkzeuge erforderliche Stabilität bereitzustellen. Insbesondere ist es daher bevorzugt, wenn das Verhältnis des Innendurchmessers zum Außendurchmesser der Kolbenaufnahme 95% bis 99,9%, vorzugsweise 97% bis 99,5%, besonders bevorzugt 99% ± 0,5%, beträgt. Innerhalb dieser Verhältnisse wird ein ausgewogenes Verhältnis zwischen möglichst geringer Wandstärke und möglichst hoher Steifigkeit des Setzwerkzeugs erhalten.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Kolbenaufnahme auf der der Öffnung gegenüberliegenden Seite in axialer Richtung durch einen Anschlag begrenzt wird. Dieser Anschlag verhindert ein Einsetzen des Kolbens in das Setzwerkzeug über die Kolbenaufnahme hinaus. Daher ist es besonders bevorzugt, wenn die axiale Länge der durch den Anschlag begrenzten Kolbenaufnahme an die axiale Ausdehnung des Kolbens angepasst ist, so dass der Kolben nicht weiter als notwendig in das Setzwerkzeug hineinragt. Das Setzwerkzeug kann so kompakter ausgestaltet werden.
Es ist Alternativ möglich die Kolbenaufnahme in axialer Richtung kürzer als die axiale Ausdehnung des Kolbens auszugestalten. Dabei kann der Kolben nicht vollständig von der Kolbenaufnahme aufgenommen werden, sodass eine in Ausbringrichtung vordere Dichtlippe der Dichtung des Kolbens nicht im Setzwerkzeug verformt wird, während eine in Ausbringrichtung hintere Dichtlippe in der Kolbenaufnahme des Setzwerkzeugs verformt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Setzwerkzeugs, ist die Außenkontur des Einsetzabschnitts derart an die Innenkontur des Behälters angepasst, dass zwischen der Außenkontur des Einsetzabschnitts und der Innenkontur des Behälters eine Entlüftungsöffnung ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ist die einfachste Variante für eine Entlüftungsöffnung, welcher auf diese Weise um den Einsetzabschnitt umlaufend ausgestaltet ist. Da durch die Entlüftungsöffnung lediglich niedrigviskose Luft geleitet werden soll, ist es in der Regel ausreichend, wenn das Setzwerkzeug so in den Behälter einsetzbar ist, dass der Innendurchmesser des Behälters größer oder gleich dem Außendurchmesser des Einsetzabschnitts des Setzwerkzeugs ist. In diesem Fall wird die wenigstens eine Entlüftungsöffnung durch Rauigkeiten und Unebenheiten auf der Innenkontur des Behälters und/oder der Außenkontur des Setzwerkzeugs gebildet.
Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß ausreichend, dass der Einsetzabschnitt in den Behälter einsetzbar ist, wodurch bereits zumindest eine Entlüftungsöffnung ausgebildet wird. Weitere, allerdings konstruktionsbedingt aufwendigere Varianten, können Vertiefungen auf der Außenkontur des Einsetzabschnitts vorsehen, die sich in axialer Richtung entlang des Einsetzabschnitts erstrecken und die Luft aus dem Behälter führen. Es ist in diesem Zusammenhang ferner bevorzugt, wenn das Setzwerkzeug beim Einsetzen des Einsetzabschnitts in den Behälter keine Aufweitung desselben erzeugt, da dies zu einer Verformung der Innenkontur des Behälters und/oder der Außenkontur des Einsetzabschnitts führen kann, sodass eine Abdichtung zwischen Behälter und Einsetzabschnitt resultiert und eine Entlüftung durch die wenigstens eine Entlüftungsöffnung erschwert wird.
In einer weiteren bevorzugten Variante weist das Setzwerkzeug zusätzlich einen relativ zu dem Einsetzabschnitt bewegbaren Verformungstrichter mit einer konisch zulaufenden Öffnung auf. Dabei ist der Innendurchmesser des Verformungstrichters kleiner oder gleich dem Innendurchmesser der Innenkontur der Kolbenaufnahme. Durch die konisch zulaufende Öffnung des Verformungstrichters wird ein Einschieben des Kolbens in den Verformungstrichter erleichtert. Ferner wird sichergestellt, dass die Verformung der Dichtung des Kolbens gleichmäßig über den gesamten Umfang erfolgt. Durch diese Abstimmung des Innendurchmessers des Verformungstrichters, insbesondere des kleinsten Innendurchmessers des Verformungstrichters, an den Innendurchmesser der Kolbenaufnahme, wird sichergestellt, dass der Kolben einfach vom Verformungstrichter in die Kolbenaufnahme überführt werden kann. Ferner wird eine Beschädigung der Dichtung des Kolbens beim Übergang vom Verformungstrichter in die Kolbenaufnahme vermieden.
In Weiterentwicklung des Verformungstrichters ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Verformungstrichter einen Anschlag aufweist, der sich hinter der Kolbenaufnahme, insbesondere an dem dickwandigen Teil, des Setzwerkzeuges abstützt. Dadurch kann vermieden werden, dass hohe axiale Kräfte beim Durchschieben des Kolbens auf den dünnwandigen und daher messerartig scharfen vorderen Rand der Kolbenaufnahme übertragen werden. Dies erhöht die Standfestigkeit des Setzwerkzeugs erheblich. Vorzugsweise entspricht die radiale Breite des Anschlags der Wandstärke der Kolbenaufnahme. Dadurch kann der Verformungstrichter einfach auf die Kolbenaufnahme aufgesetzt und axial in einer Richtung gehalten werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen.
Es zeigen schematisch:

1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs und eines darin einsetzbaren Kolbens,
2 eine Explosionszeichnung des in 1 gezeigten Setzwerkzeugs,
3 einen Längsschnitt eines Verformungstrichters zusammen mit einem Längsschnitt eines darin einsetzbaren Kolbens,
4 einen Längsschnitt des Setzwerkzeugs nach 1 mit einem Verformungstrichter nach 3 und darin aufgenommenem Kolben nach 4.
5a einen Längsschnitt eines Behälters mit einem Längsschnitt eines darin einsetzbaren Einsetzabschnitt des Setzwerkzeugs beim Einsetzen in einen Behälter,
5b einen Querschnitt entlang der Achse A-A durch den Behälter und den Einsetzabschnitt des Setzwerkzeugs nach 5a,
5c einen Querschnitt entlang einer Achse A-A wie in 5b gezeigt, mit einer weiteren Variante zur Ausbildung einer Entlüftungsöffnung,
6a eine Draufsicht auf einen zweiteiligen Verformungstrichter in einem zusammengefügten Zustand,
6b eine Draufsicht auf einen zweiteiligen Verformungstrichter in einem separierten Zustand,
6c eine Draufsicht auf einen zweiteiligen Verformungstrichter nach 6b mit einem darin aufgenommenen Setzwerkzeug,
6d eine Draufsicht auf einen zweiteiligen Verformungstrichter in einem zusammengefügten Zustand mit einem darin aufgenommenen Setzwerkzeug,
7 eine Draufsicht auf eine Montageplatte zum automatisierbaren Einsetzen mehrerer Kolben in ein erfindungsgemäßes Setzwerkzeug und anschließendes Einsetzen der Kolben in mehrere Behälter einer Kartusche,
8 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs mit Kolben, zweiteiligem Verformungstrichter und Montageplatte,
9a bis 9d einen Längsschnitt eines mehrteiligen Verformungstrichters (9a), mit erfindungsgemäßen Setzwerkzeug (9b) und einen darin einsetzbaren Kolben (9d), beim Einsetzen des Kolbens in das Setzwerkzeug mit Hilfe des Verformungstrichters,
10a bis 10d einen Längsschnitt des Systems nach den 9a bis 9d mit einem Behälter (10b), beim Einsetzen des Kolbens in den Behälter.

1 zeigt das erfindungsgemäße Setzwerkzeug 1, welches in einem Verfahren zum Einsetzen eines Kolbens in einen Behälter verwendet werden kann. Das Setzwerkzeug 1 umfasst einen Einsetzabschnitt 2 mit einer Außenkontur 3, wobei innerhalb des Einsetzabschnitts 2 eine Kolbenaufnahme 4 vorgesehen ist, welche eine Öffnung 5 zum Einsetzen und Auswerfen eines Kolbens 6 aufweist. Die Kolbenaufnahme 4 hat eine Innenkontur 7, welche an die Außenkontur 8 des Kolbens 6 angepasst ist.
Die Wandstärke der Kolbenaufnahme 4 ist in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform 0,15 mm, wobei der Kolben 6 hier einen Außendurchmesser von 18,5 mm und eine axiale Ausdehnung von 9 mm aufweist. Der Außendurchmesser des Kolbens einschließlich der Dichtlippen beträgt hier 19,8 mm. Der Innendurchmesser der Kolbenaufnahme 4 ist in diesem Fall geringer als der Außendurchmesser der Dichtlippen des Kolbens 6, und zwar um 1,1 mm. Die axiale Länge der Kolbenaufnahme 4 beträgt 9 mm.
Soll der Kolben 6 nur teilweise in die Kolbenaufnahme 4 eingesetzt werden können hier nicht gezeigte Unterlegscheiben verwendet werden. Soll eine vordere Dichtlippe der Dichtung des Kolbens 6 (s. 3) später im Behälter entgegen der Ausbringrichtung, also nach hinten, verkippt werden, wird der Kolben so weit in die Kolbenaufnahme 4 gedrückt, dass nur die hintere Dichtlippe innerhalb der Kolbenaufnahme 4 durch eine Verkippung nach vorne auf den Innendurchmesser der Kolbenaufnahme 4 gestaucht wird, die vordere Dichtlippe bleibt außerhalb der Kolbenaufnahme 4 und wird zunächst nicht verformt. Sollen später im Behälter beide Dichtlippen nach vorne gekippt sein, wird der Kolben 6 entsprechend tiefer in die Kolbenaufnahme 4 gedrückt, so dass beide Dichtlippen innerhalb der Kolbenaufnahme 4 durch Verkippen nach vorne gestaucht werden.
Beim Einführen der Kolbenaufnahme 4 mit dem darin befindlichen Kolben 6 in den hier nicht gezeigten Behälter werden Dichtlippen, die sich in der Kolbenaufnahme befinden, nicht verändert. Dichtlippen, die sich vor der Kolbenaufnahme 4 befinden und daher nicht gestaucht sind, werden durch den Behälter gestaucht und dabei zwangsläufig nach hinten gekippt. Beim Herausziehen der Kolbenaufnahme 4 aus dem Behälter weiten sich die Dichtlippen, die vorher in der Kolbenaufnahme 4 stark gestaucht waren, radial bis zur Behälterinnenwand auf. Dies geschieht durch eine Verringerung der Verschwenkung der Dichtlippe nach vorne. Für ein radial lotrechtes Abstehen der Dichtlippen oder gar ein Umklappen reicht der Raum innerhalb des Behälters nicht aus.
Auf der der Öffnung 5 gegenüberliegenden Seite, weist die Kolbenaufnahme 4 einen Anschlag 10 auf, der die Kolbenaufnahme 4 begrenzt und ein darüber hinausgehendes Einschieben des Kolbens 6 verhindert. Je nach Positionierung des Anschlags 10 kann der Kolben 6 vollständig oder nur teilweise in der Kolbenaufnahme 4 aufgenommen werden. Der Anschlag 10 ist hier entlang der Innenkontur 7 umlaufend ausgestaltet, kann aber auch andere Formen, bspw. in Form eines sekantenförmig eingesetzten Steges aufweisen. In dem dargestellten Fall wird der Anschlag 10 dadurch gebildet, dass die Wandstärke des Einsetzabschnitts 2 im sich an die Kolbenaufnahme 4 anschließenden Bereich auf 3,5 mm ansteigt.
Das Setzwerkzeug 1 weist vorzugsweise eine Entlüftungsöffnung 11 auf, die entlang des Einsetzabschnitts 2 ausgebildet ist, so dass Luft außen am Setzwerkzeug 1 vorbei den Behälter verlassen kann und dieser entlüftet wird. Im einfachsten Fall, ist die Entlüftungsöffnung 11 als, bspw. umlaufender, Zwischenraum zwischen der Innenkontur des Behälters (nicht dargestellt) und der Außenkontur 3 des Einsetzabschnitts 2 ausgebildet. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Entlüftungsöffnung 11 auch als auf der Außenkontur 3 vorgesehene axial verlaufende Vertiefung entlang des Einsetzabschnitts 2 ausgebildet sein, sodass die Luft an dem Setzwerkzeug 1 entlang aus dem Behälter entweichen kann.
Das Setzwerkzeug weist vorzugsweise einen am Einsetzabschnitt 2 vorgesehene Stufe 12 auf, welche derart angepasst sein kann, dass diese auf einem vorzugsweise vorgesehenen Verformungstrichter (nicht dargestellt) aufgesetzt werden kann. So kann die Stufe 12 im Zusammenspiel mit einer entsprechenden Auflagefläche eines Verformungstrichters eine erhöhte mechanische Stabilität für das Einsetzen des Kolbens 6 in das Setzwerkzeug 1 bereitstellen.
Um den Kolben 6 im Behälter (nicht dargestellt) auszuwerfen, ist erfindungsgemäß eine Einrichtung zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt 2 und dem Kolben 6 vorgesehen. Diese ist im einfachsten Fall eines Werkzeugs für die manuelle Handhabung ein Auswerferstößel 13, der in eine Aussparung 14 innerhalb des Einsetzabschnitts 2 eingesetzt werden kann. Der Auswerferstößel 13 hat im vorliegenden Beispiel einen Durchmesser von 12 mm und ist von seiner axialen Länge her so bemessen, dass dieser durch den Einsetzabschnitt 2 hindurch den Kolben 6 aus der Kolbenaufnahme 4 auswerfen kann. Um das Auswerfen zu erleichtern, sind sowohl am Auswerferstößel 13 als auch am Einsetzabschnitt 2 Haltegriffe 15 vorgesehen. Das Setzwerkzeug 1 ist daher so konstruiert, dass durch Zusammendrücken der Haltegriffe 15 der Auswerferstößel 13 den Kolben 6 axial innerhalb des Behälters fixiert, während der im Behälter eingesetzte Einsetzabschnitt 2 aus dem Behälter herausgezogen wird.
Zum besseren Verständnis des Aufbaus des Setzwerkzeugs 1, sind die in 1 dargestellten Komponenten nochmals in einer Explosionszeichnung in 2 gezeigt, weshalb auf die obige Beschreibung zur 1 verwiesen wird.
3 zeigt einen Verformungstrichter 16 in einem Längsschnitt und einen darin einsetzbaren Kolben 6. Der Kolben 6 weist an seinem Außenumfang eine umlaufende Dichtung 17 auf, die vorzugsweise wenigstens zwei verformbare Dichtlippen 18 und zwei Stützringe 19 umfasst. Die Stützringe 19 vereinfachen und stabilisieren die Zentrierung des Kolbens 6 im Setzwerkzeug 1 und innerhalb des Behälters.
Der Verformungstrichter 16 umfasst eine Öffnung 20, die einen konischen Abschnitt 21 aufweist, deren größter Innendurchmesser vorzugsweise 22 mm und deren kleinster Innendurchmesser vorzugsweise 18,7 mm beträgt. Durch die konische Form wird ein in die Öffnung 20 einsetzbarer Kolben 6 und dessen Dichtung 17, insbesondere die verformbaren Dichtlippen 18, elastisch oder viskoelastisch, gleichmäßig verformt, wodurch eine Beschädigung der Dichtung 17 vermieden wird. An den konischen Abschnitt 21 der Öffnung 20 schließt sich ein statischer Abschnitt 22 mit konstantem Innendurchmesser an. Der Innendurchmesser dieses Abschnitts 22 des Verformungstrichters 16 ist vorzugsweise so bemessen, dass dieser kleiner oder gleich dem Innendurchmesser der Innenkontur 7 der Kolbenaufnahme 4 in 1 ist.
Ferner weist der Verformungstrichter 16 eine Stufe 23 auf, dessen radiale Breite der Wandstärke 9 der Kolbenaufnahme 4 entspricht. Vorzugsweise ist die Stufe 23 so konstruiert, dass die Stufe 23 sich direkt an den Abschnitt 22 anschließt. In diesem Fall kann der Innendurchmesser des Verformungstrichters 16 um die radiale Breite der Stufe 23 aufgeweitet werden, so dass die Kolbenaufnahme 4 in einen Aufnahmebereich 24 des Verformungstrichters 16 eingesetzt bis zur Stufe 23 eingeschoben werden kann. Aufgrund der Abstimmung der radialen Breite der Stufe 23 an die Wandstärke 9 der Kolbenaufnahme 4 kann der Kolben 6 vom Verformungstrichter 16 in die Kolbenaufnahme 4 überführt werden, ohne dass es zu Stufen oder Kanten in der gemeinsam gebildeten Innenkontur von Verformungstrichter 16 und Kolbenaufnahme 4 kommt. Dies wiederum schützt die Dichtung 17 des Kolbens 6 vor Beschädigungen. Um die Stufe 23 zu schonen, kann der Verformungstrichter 16 an der Stufe 12 des Setzwerkzeugs 1 abgestützt werden.
4 zeigt ein Setzwerkzeug für den manuellen Betrieb nach 1, mit aufgesetzten Verformungstrichter 16 und darin aufgenommenen Kolben 6. Zur besseren Übersicht sind nicht alle Bezugszeichen übernommen worden, es wird insoweit auf die obigen detaillierten Beschreibungen verwiesen.
Die 5a, 5b und 5c sollen die Ausbildung und mögliche Ausgestaltungen einer Entlüftungsöffnung 11 illustrieren.
In 5a ist der Einsetzabschnitt 2 des erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs 1 innerhalb eines Behälters 25, bzw. beim Einsetzen in den Behälter 25 gezeigt. Hierbei ist die Außenkontur 3 des Einsetzabschnitts 2 derart an die Innenkontur 26 des Behälters angepasst, dass der Einsetzabschnitt 2 in den Behälter 25 einsetzbar ist. Zwischen der Innenkontur 26 des Behälters 25 und der Außenkontur 3 des Einsetzabschnitts 2 bildet sich zumindest eine Entlüftungsöffnung 11 aus, die im einfachsten Fall durch Unebenheiten oder Rauigkeiten auf der Innenkontur 26 des Behälters 25 und/oder der Außenkontur 3 des Einsetzabschnitts 2 gebildet wird.
5b zeigt einen Querschnitt A-A aus 5a, um die Struktur der Entlüftungsöffnung 11 zu verdeutlichen. Hier ist diese als umlaufende Aussparung oder Zwischenraum zwischen der Außenkontur 3 des Einsetzabschnitts 2 und der Innenkontur 26 des Behälters 25 ausgebildet. In der Regel ist es bevorzugt, die radiale Breite, also den Abstand zwischen der Außenkontur 3 des Einsetzabschnitts 2 und der Innenkontur 26 des Behälters 25, einer Entlüftungsöffnung 11 so klein wie möglich zu halten, da dadurch der Durchmesser der Kolbenaufnahme 4 so groß wie möglich ausgestaltet werden kann. Dadurch kann die mechanische Belastung auf den Kolben 6 bzw. dessen Dichtung 17 so gering wie möglich gehalten werden und gleichzeitig eine gute Abdichtung zwischen Kolben 6 und Behälterinnenkontur 26 erreicht werden.
5c zeigt eine weitere Möglichkeit die Entlüftungsöffnung 11 auszugestalten, indem in die Außenkontur 3 des Einsetzabschnitts 2 Einschnitte 27 vorgesehen sind, die den Entlüftungskanal 11 bilden. Durch solche Einschnitte 27 wird die Entlüftung vereinfacht. Da die Einschnitte 27 jedoch in der Regel auch in die Innenkontur 7 der Kolbenaufnahme 4 hineinragen, ist eine solche Variante mit erhöhter mechanischer Belastung für den Kolben 6 bzw. dessen Dichtung 17 verbunden, weshalb eine solche Ausgestaltung nur bei besonders elastischen oder viskoelastischen Kolben 6 bzw. Kolbendichtungen 17 verwendet werden sollte. Regelmäßig ist es auch ausreichend einen einzigen Einschnitt 27 an der Außenkontur 3 des Einsetzabschnitts 2 vorzusehen.
In den 6a bis 6d ist die Struktur und Funktionsweise eines zweiteiligen Verformungstrichters 16 veranschaulicht, indem eine schematische Draufsicht eines entsprechenden Verformungstrichters 16 gezeigt ist.
Ein zweiteiliger Verformungstrichter 16 umfasst einen ersten und einen zweiten Teil 16a bzw. 16b, welche entlang der durch die Pfeile 28 angezeigten Richtungen verschiebbar sind. Ferner ist in der hier dargestellten bevorzugten Variante der Verformungstrichter 16 so abgewandelt, dass zwei Öffnungen 20 zur gleichzeitigen Aufnahme von jeweils einem Kolben 6 (nicht dargestellt) vorgesehen sind. Dadurch können mehrere Kolben 6 gleichzeitig in mehrere Kolbenaufnahmen 4 eines oder mehrerer Setzwerkzeuge 1 eingesetzt werden, was eine erhebliche Zeitersparnis beim Einsetzen von Kolben 6 in einen Behälter bedeutet. Ferner ist es nicht unüblich, mehrere Behälter in einer Kartuschenanordnung vorzusehen, sodass eine an die Zahl der Behälter angepasste Ausführung des Setzwerkzeugs 1 und des Verformungstrichters 16 bevorzugt ist.
6a zeigt einen Verformungstrichter 16 mit zwei Öffnungen 20 zum Einsetzen eines Kolbens 6, bei welchem die Teile 16a und 16b zusammengefügt sind.
In der in 6b gezeigten Stellung sind die Teile 16a und 16b entlang der durch die Pfeile 28 illustrierten Richtung voneinander weg verschoben, wodurch sich die radiale Querschnittsfläche der Öffnung 20 vergrößert.
Anschließend können mehrere Setzwerkzeuge 1 mit entsprechender Kolbenaufnahme 4, bzw. ein Setzwerkzeug 1 mit mehreren Kolbenaufnahmen 4, in jede vergrößerte Öffnung 20 eingesetzt werden, was in 6c veranschaulicht ist.
Schließlich werden der erste Teil 16a und der zweite Teil 16b aufeinander zu geschoben und zusammengefügt, sodass die jeweiligen Kolbenaufnahmen 4 von den Öffnungen 20 eingefasst werden, was in 6d gezeigt ist. Dadurch wird ein Aufsetzen des Verformungstrichters 16 auf das Setzwerkzeug 1 erleichtert und einfacher automatisierbar.
In der konstruktiv einfachsten Variante sind die Teile 16a und 16b getrennt voneinander ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, beide Teile 16a und 16b über mindestens ein dehnbares und/oder verlängerbares Element zu verbinden. Insbesondere ist es bevorzugt, die Teile 16a und 16b auf einer Schiene zu führen, sodass eine Bewegung entlang der durch die Pfeile 28 dargestellten Richtung möglich ist und eine Bewegung entlang einer davon abweichenden Richtung verhindert wird. Ein oben beschriebener zweiteiliger Verformungstrichter 16 erlaubt ferner eine einfachere Automatisierung des Einsetzens eines Kolbens 6 in ein Setzwerkzeug 1.
Eine Weiterentwicklung des Verfahrens umfasst die Verwendung einer in der 7 gezeigten scheibenförmigen Montageplatte 29. Die Montageplatte 29 weist mehrere Bohrungen 30 zur Aufnahme von jeweils einem Kolben 6 auf. Ferner ist auf der Montageplatte 29 ein zweiteiliger Verformungstrichter 16 mit den Teilen 16a und 16b vorgesehen, wie er in Hinblick auf die 6a bis 6d oben erläutert wurde. In der Montageplatte 29 ist außerdem eine Aufnahme 31 für eine Kartuschenanordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Behältern vorgesehen. Die Bohrungen 30 und der Verformungstrichter 16 sind in axialer Richtung der Montageplatte 29 daher auf unterschiedlichen Positionen bzw. Höhen angeordnet.
Die Bohrungen 30, die Aufnahme 31 sowie der zweiteilige Verformungstrichter 16 sind vorzugsweise derart auf der Montageplatte 29 angeordnet, dass für die jeweils darin aufgenommen Kolben 6 eine dreizählige Rotationsachse bezüglich des Mittelpunkts der Montageplatte 29 resultiert. Mit anderen Worten werden in den Bohrungen 30 aufgenommene Kolben 6 durch Rotation der Montageplatte 29 entlang der durch die Pfeile 32 gezeigten Rotationsrichtung an diejenige Position überführt, die der Öffnungen 20 des Verformungstrichters 16 entspricht. Dadurch können in den Bohrungen 30 aufgenommene Kolben 6 durch Rotation der Montageplatte 29 unterhalb der Öffnungen 20 des Verformungstrichters 16 positioniert werden, sodass die Kolben 6 anschließend in den Verformungstrichter 16 überführt werden können. Vom Verformungstrichter 16 können die Kolben 6 in mindestens ein (nicht dargestelltes) Setzwerkzeug 1 überführt werden. Wird die Montageplatte 29 in gleicher Richtung weiterverdreht, werden die Behälter einer in der Aufnahme 31 aufgenommenen Kartuschenanordnung (nicht dargestellt) unterhalb des mindestens einen Setzwerkzeug 1 platziert und die Kolben 6 können in die Behälter der Kartuschenanordnung luftfrei eingesetzt werden. Die genaue Funktionsweise der Montageplatte 29 beim Einsetzen eines Kolbens in das erfindungsgemäße Setzwerkzeug wird in Zusammenschau mit der 8 im Detail erläutert.
8 zeigt einen schematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Setzwerkzeugs 1 im Zusammenspiel mit einem zweiteiligen Verformungstrichter 16 und einer Montageplatte 29, jeweils wie oben beschrieben, beim Einsetzen eines Kolbens 6 in das Setzwerkzeug 1.
Zum Einsetzen eines Kolbens 6 wird dieser zunächst in der Bohrung 30 der Montageplatte 29 platziert und dort gehalten. Im einfachsten Fall ist die Bohrung 30 so dimensioniert, dass der Kolben 6 mit seiner Außenkontur 8 vollständig aufgenommen wird, ohne dass es zu einer Verformung der Dichtung des Kolbens 6 kommt.
In der in 8 nicht-maßstabsgetreu dargestellten Ausführungsform wird der Kolben von oben in die Montageplatte 29 in die Bohrung 30 eingesetzt und eine Stufe 33 verhindert ein schwerkraftbedingtes Herausfallen des Kolbens 6 aus der Bohrung 30.
Nachdem der Kolben 6 in der Bohrung 30 aufgenommen wurde, dreht sich die Montageplatte 29 um 120° und kommt unterhalb des Verformungstrichters 16 zu einem Halt. Die Teile 16a und 16b des Verformungstrichters 16 öffnen sich, sodass die Öffnung 20 vergrößert wird. Anschließend kann das Setzwerkzeug 1 in den Verformungstrichter 16 eingesetzt werden, dieser durch Zusammenfügen der Teile 16a und 16b geschlossen und der Kolben 6 zunächst in den Verformungstrichter 16 und anschließend in die Kolbenaufnahme 4 des Setzwerkzeugs 1 überführt werden, indem bspw. der Stößel 34 den Kolben 6 aus der Öffnung 20 des Verformungstrichters 16 heraus in die Kolbenaufnahme 4 schiebt.
Die Position der Stufe 12 des Setzwerkzeugs 1 kann derart mit der Position des Anschlags 35 des Verformungstrichters 16 abgestimmt werden, dass das Setzwerkzeug 1 auf dem Verformungstrichter 16 abgestützt werden kann, wodurch die mechanische Stabilität erhöht wird.
Nachdem der Kolben 6 in der Kolbenaufnahme 4 aufgenommen ist, wird die Montageplatte 29 weitergedreht und die Aufnahme 31 mit darin aufgenommener Kartuschenanordnung kommt unterhalb des Setzwerkzeugs 1 zu einem Halt. Nun wird das Setzwerkzeug 1 in den Behälter 25 der Kartuschenanordnung eingesetzt und bis zu einen in dem Behälter 25 eingefülltem Material vorgefahren. Ein Drucksensor (nicht dargestellt) detektiert ein Ansteigen der zum Vorfahren benötigten Kraft, sobald das Setzwerkzeug 1 das Material berührt. Da zeitgleich die im Behälter 25 befindliche Luft an dem Setzwerkzeug 1 vorbei aus dem Behälter 25 entfernt wird, kann der Kolben 6 praktisch luftfrei auf dem Material platziert werden. Der Auswerferstößel 13 wird auf den Kolben 6 gefahren und das Setzwerkzeug 1 wird aus dem Behälter 25 entfernt. Sobald der Kolben 6 aus der Kolbenaufnahme 4 ausgeworfen wurde, weitet sich die Dichtung 17 radial auf und dichtet zur Behälterinnenkontur 26 ab. Der Kolben 6 ist damit praktisch luftfrei auf dem Material platziert.
Die Funktionsweise des Setzwerkzeugs 1 im Zusammenspiel mit einem zweiteiligen Verformungstrichter 16 im Verfahren zum Einsetzen eines Kolbens 6 in einen Behälter soll anhand der 9a bis 9d und 10a bis 10a erläutert werden. Die Bewegungsrichtung der einzelnen Bauteile wird durch Pfeile 28 illustriert.
Die 9a bis 9d und 10a bis 10d zeigen schematische Längsschnitte durch einen zweiteiligen Verformungstrichter 16 mit den Teilen 16a und 16b, ein erfindungsgemäßes Setzwerkzeug 1, einen Kolben 6 und einen Behälter 25.
In einem ersten Verfahrensschritt (9a) liegt der Verformungstrichter 16 in einer geöffneten Stellung vor, in welcher die Teile 16a und 16b voneinander beabstandet positioniert und so zur Aufnahme des Setzwerkzeugs 1 geeignet sind.
In einem zweiten Verfahrensschritt (9b) wird das Setzwerkzeug 1 in den geöffneten Verformungstrichter 16 eingesetzt und der Verformungstrichter 16 geschlossen, indem die Teile 16a und 16b aufeinander zu bewegt werden bis diese formschlüssig aneinander liegen (9c). Dadurch wird der Verformungstrichter 16 am Setzwerkzeug 1 angesetzt und das Setzwerkzeug 1 vom Verformungstrichter 16 aufgenommen. Diese Abfolge wird auch durch die 6a bis 6d veranschaulicht.
In einem dritten Verfahrensschritt wird der Kolben 6 durch den Verformungstrichter 16 in das Setzwerkzeug 1, bzw. dessen Kolbenaufnahme 4, geschoben, wie in 9d gezeigt. Im hier gezeigten Fall ist die Länge der Kolbenaufnahme 4 so bemessen, dass die an die vordere Wand angrenzende Dichtlippe 18 unverformt verbleibt, da diese über die Kolbenaufnahme 4 des Setzwerkzeugs 1 hinausragt, wie am besten aus der 10b zu erkennen.
In einem vierten Verfahrensschritt wird der zweiteilige Verformungstrichter 16 von Setzwerkzeug 1 entfernt, indem die Teile 16a und 16b voneinander weg verschoben werden, was in 10a illustriert ist.
In einem fünften Verfahrensschritt wird das Setzwerkzeug 1 in einen Behälter 25 eingesetzt (10b). Dabei wird die unverformte Dichtlippe 18 in Richtung der in Ausbringrichtung hinteren Wand verformt, was in 10c und 10d zu erkennen ist.
Nachdem das Setzwerkzeug 1 mit darin aufgenommenem Kolben 6 in dem Behälter 25 eingeführt wurde, kann in einem sechsten Verfahrensschritt der Kolben 6 innerhalb des Behälters 25 ausgeworfen werden, wozu der Auswerferstößel 13 auf den Kolben 6 gedrückt wird, um diesen innerhalb des Behälter 25 verschiebesicher zu halten. Gleichzeitig wird das Setzwerkzeug 1 aus dem Behälter gezogen, wie durch die Pfeile 28 angedeutet.
Die 10d zeigt den im Behälter 25 platzierten Kolben 6 nach Herausziehen des Setzwerkzeugs 1.
Bezugszeichenliste

1: Setzwerkzeug
2: Einsetzabschnitt
3: Außenkontur des Einsetzabschnitts
4: Kolbenaufnahme
5: Öffnung der Kolbenaufnahme
6: Kolben
7: Innenkontur der Kolbenaufnahme
8: Außenkontur des Kolbens
9: Wandstärke der Kolbenaufnahme
10: Anschlag der Kolbenaufnahme
11: Entlüftungskanal
12: Anschlag des Setzwerkzeug
13: Auswerferstößel
14: Aussparung
15: Haltegriffe
16: Verformungstrichter
16a: erste Backe des Verformungstrichters
16b: zweiter Backe des Verformungstrichters
17: Dichtung
18: Dichtlippe
19: Stützringe
20: Öffnung des Verformungstrichters
21: konischer Abschnitt
22: statischer Abschnitt
23: Stufe des Verformungstrichters
24: Aufnahmebereich des Verformungstrichters
25: Behälter
26: Innenkontur des Behälters
27: Einschnitte
28: Pfeile
29: Montageplatte
30: Bohrung
31: Aussparung
32: Pfeile
33: Stufe
34: Stößel
35: Anschlag

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2012/055921 A1 [0010]

Claims

Setzwerkzeug (1) zum Einsetzen eines Kolbens (6), der eine zumindest bereichsweise durch eine verformbare Dichtung (17) definierte Außenkontur (8) aufweist, in einen Behälter (25), der eine Innenkontur aufweist, insbesondere einen Behälter (25) einer Austragskartusche, wobei das Setzwerkzeug (1) einen in den Behälter (25) einsetzbaren Einsetzabschnitt (2) mit einer an die Innenkontur des Behälters angepassten Außenkontur (3) aufweist, wobei innerhalb des Einsetzabschnitts (2) eine wenigstens einseitig mit einer Öffnung (5) zum Einsetzen und Auswerfen des Kolbens (6) versehenen Kolbenaufnahme (4) mit einer an die Außenkonturen (8) des Kolbens (6) angepassten Innenkontur (7) vorgesehen ist, und wobei das Setzwerkzeug (1) eine Einrichtung (13) zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt (2) und einem in der Kolbenaufnahme (4) aufgenommenen Kolben (6) aufweist.
Setzwerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenaufnahme (4) eine Wandstärke (9) von 0,02 mm bis 0,5 mm, bevorzugt 0,05 mm bis 0,25 mm, insbesondere etwa 0,15 mm, aufweist.
Setzwerkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenaufnahme (4) auf der der Öffnung (5) gegenüberliegenden Seite in axialer Richtung durch einen Anschlag (10) begrenzt wird.
Setzwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (3) des Einsetzabschnitts (2) derart an die Innenkontur des Behälters (25) angepasst ist, dass zwischen der Außenkontur (3) des Einsetzabschnitts (2) und der Innenkontur des Behälters (25) eine Entlüftungöffnung (11) ausgebildet ist.
Setzwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das zusätzlich einen relativ zu dem Einsetzabschnitt (2) bewegbaren Verformungstrichter (16) mit zumindest einer Öffnung (20) und einem Abschnitt (22) aufweist, dessen Innendurchmesser kleiner oder gleich dem Innendurchmesser der Innenkontur (7) der Kolbenaufnahme (4) ist.
Setzwerkzeug (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungstrichter (16) eine Stufe (23) aufweist, deren radiale Breite der Wandstärke (9) der Kolbenaufnahme (4) entspricht.
Setzwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungstrichter (16) einen ersten und einen zweiten Teil (16a, 16b) umfasst, welche zusammengefügt und voneinander getrennt werden können.