DE202020105342U1

DE202020105342U1 - Piston for a pressure vessel and pressure vessel with such a piston

Info

Publication number: DE202020105342U1
Application number: DE202020105342.6U
Authority: DE
Original assignee: Zima Systems GmbH
Current assignee: Zima Systems GmbH
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2021-12-20
Anticipated expiration: 2030-09-18

Abstract

Kolben für einen Druckbehälter,
welcher darin in Richtung einer Längsachse (A) verschieblich lagerbar ausgebildet ist, wobei der Kolben (30) als offene Haube mit an ihrem Umfang zwei in axialem Abstand ringartig umlaufenden Dichtlippen (38) aus flexiblem Werkstoff gestaltet ist, wobei die Dichtlippen (38) derart ausgebildet sind, dass sie mit querschnittlicher Verformung der Innenfläche (15) der Behälterwandung zumindest abschnittsweise dichtend anliegen können sowie einen Zwickelbereich (35) in axialer Richtung zwischen sich begrenzen,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine der Dichtlippen (38) einen Basisabschnitt (80) und einen daran angeordneten Dichtbandabschnitt (82) umfasst, welche als gegeneinander abgewinkelte Dichtlippenabschnitte ausgebildet sind, wobei eine Oberfläche (82a, 82i) des Dichtbandabschnittes (82) mit einer Oberfläche (80a, 80i) des zugeordneten Basisabschnitts (80) einen Oberflächenwinkel (αa, αi) im Bereich von 100° bis 178° einschließt, so dass eine gestufte Dichtlippe (38) ausgebildet ist.

piston for a pressure vessel,
which can be slidably mounted therein in the direction of a longitudinal axis (A), the piston (30) being designed as an open hood with two sealing lips (38) made of flexible material running around at an axial distance in a ring-like manner on its circumference, the sealing lips (38) being such are designed so that they can contact the inner surface (15) of the container wall in a sealing manner at least in sections with cross-sectional deformation and delimit a gusset area (35) between them in the axial direction,
characterized in that
at least one of the sealing lips (38) comprises a base section (80) and a sealing strip section (82) arranged thereon, which are designed as sealing lip sections angled towards one another, with a surface (82a, 82i) of the sealing strip section (82) having a surface (80a, 80i ) of the associated base section (80) includes a surface angle (αa, αi) in the range from 100° to 178°, so that a stepped sealing lip (38) is formed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Druckbehälter sowie einen Druckbehälter für ein Fluid, ein Gas, eine Flüssigkeit, ein pastöses Produkt oder dergleichen Füllgüter mit einem solchen Kolben.The invention relates to a piston for a pressure container and a pressure container for a fluid, a gas, a liquid, a pasty product or similar filling goods with such a piston.

Ein Kolben und ein Druckbehälter sind beispielsweise aus der EP 1 134 167 A1 bekannt. Üblicherweise wird der Behälterraum des Druckbehälters durch den darin in Richtung der Längsachse verschieblich gelagerten Kolben in mindestens zwei einander axial zugeordnete und gegeneinander abgedichtete Kammern unterteilt. Zur Abdichtung der Kammern gegeneinander weisen bisher bekannte Kolben zumindest eine Kolbenlippe auf, welche an der Innenfläche der Behälterwandung dichtend anliegt. Die Kolbenlippen erstrecken sich also zwischen der Innenwand und einem Kolbengrundkörper und sind zumeist querschnittlich konisch ausgeführt.A piston and a pressure vessel are, for example, from EP 1 134 167 A1 known. Usually, the container space of the pressure container is divided into at least two chambers that are axially assigned to one another and sealed off from one another by the piston mounted therein so that it can be displaced in the direction of the longitudinal axis. In order to seal the chambers from one another, previously known pistons have at least one piston lip which rests sealingly against the inner surface of the container wall. The piston lips thus extend between the inner wall and a piston base body and are mostly designed with a conical cross section.

Bisher bekannte, insbesondere querschnittlich konische Kolbenlippen sind derart ausgebildet, dass sie in einem Montagezustand in dem Druckbehälter teilweise an der Innenwand anliegen, so dass eine Kolbenlippenauflagefläche entsteht. Ein Bereich der Kolbenlippe liegt jedoch nicht an der Innenwand an, sondern hält eine potenzielle Kolbenauflagefläche vor für den Fall, dass sich die Innenfläche der Behälterwandung verformt. Wie groß die Kolbenlippenauflagefläche ist bzw. wie groß der Teil der Kolbenlippe ist, der an der Innenfläche der Behälterwandung anliegt, hängt also insbesondere von dem Anpressdruck zwischen der Innenfläche der Behälterwandung und dem Kolben ab.Piston lips known to date, in particular conical in cross-section, are designed in such a way that in an assembled state in the pressure vessel they partially rest against the inner wall, so that a piston lip contact surface is formed. However, an area of the piston lip does not bear against the inner wall, but rather provides a potential piston bearing surface in the event that the inner surface of the container wall deforms. The size of the piston lip contact surface or the size of the part of the piston lip that contacts the inner surface of the container wall depends in particular on the contact pressure between the inner surface of the container wall and the piston.

Es sind auch Kolben mit zwei Kolbenlippen bekannt, wie in oben genannter Offenlegungsschrift gezeigt. Hierbei wird die Kolbenlippenauflagefläche bestimmt durch einen ersten Durchmesser des Kolbens auf Höhe des kolbenfernen Randes jeder Dichtlippe und eines zweiten Durchmessers im Grund eines Zwickelbereichs zwischen den beiden Dichtlippen. Je nach Material bzw. Kunststoffmischung, Druckbehälteranforderungen in Abhängigkeit des Drucks und der Temperatur wie auch abhängig von einer Temperaturspreizung müssen diese zwei Parameter der Kolbenlippenauflagefläche angepasst und validiert werden.Pistons with two piston lips are also known, as shown in the above publication. Here, the piston lip contact surface is determined by a first diameter of the piston at the level of the edge of each sealing lip remote from the piston and a second diameter at the base of a gusset area between the two sealing lips. Depending on the material or plastic mixture, pressure vessel requirements depending on the pressure and temperature as well as depending on a temperature spread, these two parameters of the piston lip contact surface must be adjusted and validated.

Um zu einem geeigneten Kolben zu kommen, müssen bisher also enorme Anstrengungen unternommen werden, wobei die Anpassung des Initialanpressdrucks der Kolbenlippen an die Innenfläche der Behälterwandung ungenau gesteuert werden kann.In order to arrive at a suitable piston, enormous efforts have to be made, whereby the adaptation of the initial contact pressure of the piston lips to the inner surface of the container wall can be controlled imprecisely.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben zu schaffen, welcher die Probleme des Standes der Technik überwindet.The invention is therefore based on the object of creating a piston which overcomes the problems of the prior art.

Diese Aufgabe ist gelöst durch den Kolben mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 sowie durch den Druckbehälter mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 10.This object is achieved by the piston having the features of claim 1 and by the pressure vessel having the features of claim 10.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist also ein Kolben für einen Druckbehälter vorgeschlagen, welcher darin in Richtung einer Längsachse verschieblich lagerbar ausgebildet ist, wobei der Kolben als offene Haube mit an ihrem Umfang zwei in axialem Abstand ringartig umlaufenden Dichtlippen aus flexiblem Werkstoff gestaltet ist, wobei die Dichtlippen derart ausgebildet sind, dass sie mit querschnittlicher Verformung der Innenfläche der Behälterwandung zumindest abschnittsweise dichtend anliegen können sowie einen Zwickelbereich in axialer Richtung zwischen sich begrenzen. Zumindest eine der Dichtlippen umfasst einen Basisabschnitt und einen daran angeordneten Dichtbandabschnitt, welche als gegeneinander abgewinkelte Dichtlippenabschnitte ausgebildet sind, wobei eine Oberfläche des Dichtbandabschnittes mit einer Oberfläche des zugeordneten Basisabschnitts einen Oberflächenwinkel im Bereich von 100° bis 178° einschließt, so dass eine gestufte Dichtlippe ausgebildet ist.In an advantageous manner according to the invention, a piston is therefore proposed for a pressure vessel, which is designed so that it can be slidably mounted in the direction of a longitudinal axis, the piston being designed as an open hood with two sealing lips made of flexible material running around at an axial distance in a ring-like manner on its circumference, the sealing lips are designed in such a way that they can abut sealingly at least in sections with cross-sectional deformation of the inner surface of the container wall and limit a gusset area between them in the axial direction. At least one of the sealing lips comprises a base section and a sealing strip section arranged thereon, which are designed as mutually angled sealing lip sections, wherein a surface of the sealing strip section encloses a surface angle in the range of 100° to 178° with a surface of the associated base section, so that a stepped sealing lip is formed is.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Segmentierung der Dichtlippe in einen Basisabschnitt und einen daran angeordneten Dichtwandabschnitt kann ein Initialanpressdruck der Dichtlippen an eine Druckbehälterwandung erheblich besser gesteuert werden. Aus Kunststoff ausgeführte Dichtlippen neigen unter mechanischer und/oder thermischer Belastung dazu, sich an die umgebende Form anzupassen, was im Sinne einer Dichtungsfunktion durchaus wünschenswert ist. Durch die gestufte Dichtlippe kann die Formanpassung unter Belastung verbessert gesteuert und ein verbessertes Entgegenwirken erzielt werden. Dadurch, dass die Dichtlippe nunmehr in Form des zumindest einen Dichtwandabschnitts eine ausgewiesene und definierte Kolbenlippenauflagefläche aufweist, ist die Größe der Auflagefläche und der Anpressdruck zwischen dem Dichtwandabschnitt und der Innenwandung des Druckbehälters nicht mehr zu großen Teilen von der Biegesteifigkeit der üblicherweise querschnittlich konisch ausgebildeten Dichtlippe abhängig, sondern vielmehr von der geometrischen Ausgestaltung der beiden Dichtlippenabschnitte bzw. der Stufung zueinander. Diese stufige Ausbildung der Dichtlippen mit einer Kolbenlippenauflagefläche und einem Basisabschnitt erhöht die Flexibilität und Toleranz der Dichtlippen für kurzfristige und gleichsam teilweise langfristige Formveränderungen des Druckbehälters, wie beispielsweise Einkerbungen oder Beulen in dem Druckbehälter.Due to the segmentation of the sealing lip according to the invention into a base section and a sealing wall section arranged thereon, an initial contact pressure of the sealing lips on a pressure vessel wall can be controlled considerably better. Under mechanical and/or thermal stress, sealing lips made of plastic tend to adapt to the surrounding shape, which is definitely desirable in terms of a sealing function. Due to the stepped sealing lip, the shape adjustment under load can be better controlled and an improved counteract can be achieved. Because the sealing lip now has a designated and defined piston lip contact surface in the form of at least one sealing wall section, the size of the contact surface and the contact pressure between the sealing wall section and the inner wall of the pressure vessel are no longer dependent to a large extent on the bending stiffness of the sealing lip, which is usually conical in cross section , but rather from the geometric design of the two sealing lip sections or the gradation to each other. This stepped design of the sealing lips with a piston lip contact surface and a base section increases the flexibility and tolerance of the sealing lips for short-term and sometimes long-term changes in the shape of the pressure vessel, such as indentations or bulges in the pressure vessel.

Zudem führt die gestufte Dichtlippe zu geometrisch vereinfacht ausgebildeten Spritzgusswerkzeugen und senkt dadurch die Herstellungskosten. Durch die gesteigerte eigene Robustheit der Dichtlippen wird zugleich der Produktionsausschuss minimiert.In addition, the stepped sealing lip leads to injection molding tools that are designed in a geometrically simplified manner, thereby reducing the manufacturing costs. The increased inherent robustness of the sealing lips also minimizes production rejects.

Die erfindungsgemäß gestufte Dichtlippe führt darüber hinaus zu einer optimalen Entleerung und somit zu möglichst geringen Restmengen in dem Druckbehälter.The sealing lip, which is stepped according to the invention, also leads to optimal emptying and thus to the smallest possible residual quantities in the pressure vessel.

Bevorzugt sind die Dichtlippen zumindest in dem Zwickelbereich oder zumindest in der Kolbenlippenauflagefläche beschichtet und/oder poliert, insbesondere mit einer Kunststoffbeschichtung beschichtet, um mögliche Mikrorisse zu glätten und die Dichtungsfunktion des Kolbens mit Dichtlippen zu der Innenwandung des Druckbehälters zu verbessern.The sealing lips are preferably coated and/or polished at least in the gusset area or at least in the piston lip contact surface, in particular coated with a plastic coating, in order to smooth out possible microcracks and to improve the sealing function of the piston with sealing lips to the inner wall of the pressure vessel.

Alternativ oder zusätzlich zu der Beschichtung kann zur Verbesserung der Dichtungsfunktion der Zwickelbereich oder ein Zwickelraum zwischen den Dichtlippen und der Innenwandung des Druckbehälters mit einem Dichtmittel oder Fluid befüllt sein, insbesondere mit einem abdichtenden Gel oder Öl. Dieser Zwickelraum bildet sich im montierten Zustand des Kolbens mit dem Druckbehälter aus, insbesondere durch die abgewinkelten Dichtlippenabschnitte.Alternatively or in addition to the coating, the gusset area or a gusset space between the sealing lips and the inner wall of the pressure vessel can be filled with a sealant or fluid, in particular with a sealing gel or oil, to improve the sealing function. This gusset space is formed when the piston is in the assembled state with the pressure vessel, in particular as a result of the angled sealing lip sections.

Zumindest die radial außen liegenden Oberflächen des Basisabschnitts und/oder des Dichtbandabschnitts können plan bzw. eben sein. Der Druckbehälter kann einen Körper umfassen, welcher zumindest abschnittsweise zylindrisch und/oder zumindest abschnittsweise konisch oder mehrfachkonisch ausgebildet sein kann. Auch bei derartigen Körperausgestaltungen entfaltet die erfindungsgemäß gestufte Dichtlippe ihre oben beschriebene Wirkung.At least the radially outer surfaces of the base section and/or the sealing strip section can be planar or flat. The pressure vessel can comprise a body which can be at least partially cylindrical and/or at least partially conical or multi-conical. The sealing lip, which is stepped according to the invention, also develops its above-described effect in such body configurations.

Eine Verschiebung des Kolbens in Richtung oder entlang der Längsachse kann durch einen zumindest in einer der Kammern vorhandenen Über-und/oder Unterdruck erfolgen. Beispielsweise kann bei einem konischen Dosenkörper, welcher ohne innere Druckdifferenz zur Umgebung ausgebildet sein kann, eine von extern an den Druckbehälter anlegbare Pump- und/oder Saugvorrichtung einen Über- oder Unterdruck im Inneren des Druckbehälters erzeugen, welcher zu einer Verschiebung des Kolbens und zum Austrag führt. Es ist jedoch alternativ oder zusätzlich denkbar, dass der Über- und/oder Unterdruck im Druckbehälter bereits vor Verwendung eingebracht ist.A displacement of the piston in the direction of or along the longitudinal axis can take place as a result of overpressure and/or underpressure present in at least one of the chambers. For example, in the case of a conical can body, which can be designed without an internal pressure difference to the environment, a pumping and/or suction device that can be applied externally to the pressure vessel can generate positive or negative pressure inside the pressure vessel, which leads to a displacement of the piston and discharge leads. However, it is alternatively or additionally conceivable that the positive and/or negative pressure in the pressure vessel is already introduced before use.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Kolbens nach der Erfindung ist zumindest einer der Dichtbandabschnitte unmittelbar, vorzugsweise monolithisch, an dem entsprechenden Basisabschnitt angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen zumindest einem der Dichtbandabschnitte und dem entsprechenden Basisabschnitt ein Vorsprung angeordnet sein, welcher nach radial außen gegenüber dem Basisabschnitt vorspringt. Die unmittelbare Anordnung des Dichtbandabschnitts an dem Basisabschnitt und insbesondere die monolithische Ausbildung der beiden Abschnitte führen zu einer einheitlichen Konstruktion, welche in geeigneter Weise Kräfte überträgt und aufnimmt. Die Anordnung eines Vorsprungs zwischen dem Dichtbandabschnitt und dem Basisabschnitt führt dazu, dass der Dichtbandabschnitt noch mehr als Kolbenlippenauflagefläche definiert ist und diese Kolbenlippenauflagefläche gegenüber einer Ausführung ohne Vorsprung näher an einer Innenwandung eines Druckbehälters gebracht werden kann, ohne dabei den Basisabschnitt konstruktiv zu verändern.According to a preferred embodiment of the piston according to the invention, at least one of the sealing band sections is arranged directly, preferably monolithically, on the corresponding base section. Alternatively or additionally, a projection can be arranged between at least one of the sealing strip sections and the corresponding base section, which protrudes radially outwards in relation to the base section. The direct arrangement of the sealing band section on the base section and in particular the monolithic formation of the two sections result in a unitary construction which transmits and absorbs forces in a suitable manner. The arrangement of a projection between the sealing band section and the base section means that the sealing band section is defined even more as a piston lip contact surface and this piston lip contact surface can be brought closer to an inner wall of a pressure vessel compared to an embodiment without a projection, without changing the design of the base section.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Kolbens nach der Erfindung liegt der Oberflächenwinkel im Bereich von 135° bis 178°, vorzugsweise im Bereich von 150° bis 178°, oder beträgt besonders bevorzugt 175°. Ein Oberflächenwinkel in diesem Bereich hat sich insbesondere für die Verwendung bei aus Aluminium ausgebildeten Druckbehältern als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Abdichtung gezeigt.According to a further preferred embodiment of the piston according to the invention, the surface angle is in the range from 135° to 178°, preferably in the range from 150° to 178°, or is particularly preferably 175°. A surface angle in this range has been shown to be particularly advantageous in terms of sealing, in particular for use in pressure vessels made of aluminum.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Kolbens nach der Erfindung ist denkbar, dass zumindest eines der Dichtbandabschnitte von einem kolbenfernen Rand und eine kolbenzentralen Rand begrenzt ist und bei zumindest einem der Dichtbandabschnitte der kolbenferne Rand einen größeren Durchmesser aufweist als der kolbenzentrale Rand und/oder eine zwischen dem Dichtbandabschnitt und dem Basisabschnitt angeordnete Kante von dem kolbenzentralen Rand gebildet ist.According to a further preferred embodiment of the piston according to the invention, it is conceivable that at least one of the sealing band sections is delimited by an edge remote from the piston and a central edge in the piston, and in at least one of the sealing band sections the edge remote from the piston has a larger diameter than the central edge in the piston and/or an edge in between edge disposed between the sealing band portion and the base portion is formed by the piston center edge.

Dieser schräg verlaufende Dichtwandabschnitt adressiert die Situation eines Temperaturunterschieds zwischen einem Abfüllort des Druckbehälters und einem Verwendungsort des Druckbehälters. Der aus einem Kunststoff ausgebildete Kolben reagiert nämlich auf Umgebungstemperaturen derart, dass er sich bei Wärme ausdehnt und bei Kälte zusammenzieht. Jedoch ist in jeder Umgebungstemperatur eine funktionsfreie Dichtung gewünscht. Die beiden Durchmesser können so zueinander gewählt werden, dass in einer Montagestellung bei kältester angenommener Umgebungstemperatur zumindest ein Drittel der Höhe des Dichtwandabschnitts in Kontakt mit der Innenwandung des Druckbehälters steht und in der höchsten angenommener Umgebungstemperatur der Dichtwandabschnitt vollflächig anliegt.This sloping sealing wall section addresses the situation of a temperature difference between a filling point of the pressure vessel and a use point of the pressure vessel. This is because the piston, which is made of a plastic, reacts to ambient temperatures in such a way that it expands when it is hot and contracts when it is cold. However, a function-free seal is desired in any ambient temperature. The two diameters can be selected relative to each other so that in an assembly position at the assumed coldest ambient temperature at least one third of the height of the sealing wall section is in contact with the inner wall of the pressure vessel and at the highest assumed ambient temperature the sealing wall section is in full contact.

Das Problem bei bisherigen querschnittlich konisch ausgebildeten Dichtlippen liegt nämlich darin, dass sie bei höheren Temperaturen durch Ausdehnung nicht zu vermeidende Ausfransungen realisieren, welche sich höchst negativ auf die Dichtigkeit auswirken.The problem with previous sealing lips with a conical cross-section lies in the fact that at higher temperatures they produce unavoidable fraying due to expansion, which has a highly negative effect on the tightness.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Kolbens nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der Dichtbandabschnitte in axialer Richtung eine Höhe im Bereich von 3mm bis 9mm, vorzugsweise von 6mm aufweist. Grundsätzlich gilt, dass eine größere Kolbenlippenauflagefläche zu einer geringeren Geometrieänderungstoleranz führt. Die beanspruchten Werte bilden einen experimentell ermittelten Optimalbereich zwischen diesen beiden Faktoren ab.According to a further preferred embodiment of the piston according to the invention, it can be provided that at least one of the sealing strip sections has a height in the range of 3 mm to 9 mm, preferably 6 mm, in the axial direction. In principle, a larger piston lip contact surface leads to a lower geometry change tolerance. The values claimed represent an experimentally determined optimal range between these two factors.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Kolbens nach der Erfindung ist jeder der Dichtbandabschnitte an einem separaten Basisabschnitt angeordnet. Alternativ oder zusätzlich definieren die Basisabschnitte den Zwickelbereich. Das Vorsehen von zwei Dichtlippen mit jeweils einem Basisabschnitt und einem Dichtbandabschnitt führt dazu, dass jede Dichtlippe separat auf Geometrieänderungen des Druckbehälters reagieren kann, da die Basisabschnitte unabhängig voneinander sind.According to a further preferred embodiment of the piston according to the invention, each of the sealing band sections is arranged on a separate base section. Alternatively or additionally, the base portions define the gusset area. The provision of two sealing lips, each with a base section and a sealing strip section, means that each sealing lip can react separately to changes in the geometry of the pressure vessel, since the base sections are independent of one another.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Kolbens nach der Erfindung ist denkbar, dass zumindest einer der Basisabschnitte weitgehend parallele Seitenflächen aufweist und/oder zumindest einer der Dichtbandabschnitte, von allen Elementen der Dichtlippe vorzugsweise nur der Dichtbandabschnitt, querschnittlich konisch ausgebildet ist. Diese Ausführungsform überwindet die insbesondere bei komplett oder zu großen Teilen querschnittlich konisch ausgebildeten Kolbenlippen auftretenden Nachteile. Die Kombination der gestuften Dichtlippe mit einem derart ausgebildeten Basisabschnitt führt dazu, dass die Dichtlippe verhältnismäßig dünn ausgebildet werden kann und nur wenig Material verwendet werden muss. Bisher verwendete querschnittlich konische Dichtlippen haben im Gegensatz dazu einen erheblich größeren Materialeinsatz, was gerade bei höheren Temperaturen regelmäßig dazu führt, dass sich der Kolben ausdehnt und innerhalb des Druckbehälters verklemmt oder den Druckbehälter sogar verformt. Auch die große Menge des Materials im breiten Abschnitt der konischen Dichtlippen führt zu einer zwangsläufig wellenartigen Verformung der Dichtlippen. Im Gegensatz hierzu ist mit dem erfindungsgemäßen Kolben die Gefahr der Wellenbildung bei Ausdehnung durch höhere Temperaturen ausgeschlossen.According to a further preferred embodiment of the piston according to the invention, it is conceivable that at least one of the base sections has largely parallel side surfaces and/or at least one of the sealing band sections, preferably only the sealing band section of all elements of the sealing lip, has a conical cross-section. This embodiment overcomes the disadvantages that occur in particular in the case of piston lips that are completely or largely conical in cross section. The combination of the stepped sealing lip with a base section designed in this way means that the sealing lip can be made relatively thin and only a small amount of material has to be used. In contrast, the sealing lips that have been used to date with a conical cross-section use a considerably larger amount of material, which, especially at higher temperatures, regularly leads to the piston expanding and jamming inside the pressure vessel or even deforming the pressure vessel. The large amount of material in the wide section of the conical sealing lips also inevitably leads to a wave-like deformation of the sealing lips. In contrast to this, with the piston according to the invention, the risk of waves forming during expansion due to higher temperatures is ruled out.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Kolbens nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der Dichtbandabschnitte an seinem distalen Ende eine querschnittliche Stärke im Bereich von 0,2mm bis 0,7mm, vorzugsweise von 0,5mm aufweist. Bei der Ausgestaltung des distalen Endes der Dichtlippe bzw. des Dichtwandabschnitts ist abzuwägen zwischen einer großen Stärke, welche einer Dichtigkeit dient und einer geringen Stärke, welche eine größere Geometrieänderungstoleranz aufweist und Wellenbildung bei Hitze durch Ausdehnung vorbeugt. Der beanspruchte Bereich stellt ein experimentell ermitteltes Optimum dar.According to a further preferred embodiment of the piston according to the invention, it can be provided that at least one of the sealing strip sections has a cross-sectional thickness in the range from 0.2 mm to 0.7 mm, preferably 0.5 mm, at its distal end. When configuring the distal end of the sealing lip or the sealing wall section, a trade-off must be made between a high thickness, which serves to provide a seal, and a low thickness, which has a greater tolerance for changes in geometry and prevents the formation of waves due to expansion when it is hot. The claimed range represents an experimentally determined optimum.

Zur Lösung des oben genannten Problems wird zudem ein Druckbehälter für ein Fluid vorgeschlagen. Der Druckbehälter ist geeignet für ein Fluid, eine Flüssigkeit, ein pastöses Produkt od.dgl. Füllgüter, wobei dessen Behälterraum durch einen darin in Richtung einer Längsachse verschieblich gelagerten Kolben gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in zwei einander axial zugeordnete und gegeneinander abgedichtete Kammern unterteilt ist, von denen eine Kammer mit dem Behälterboden und einem Abschnitt der rohrartigen Behälterwandung einen Bereich für ein Treibmittel bildet sowie die andere Kammer mit einem etwa axial angeordneten Auslassventil versehen ist. Das Auslassventil kann beispielsweise ein High-Delivery-Ventil bzw. Kippventil sein, welches üblicherweise einen Ventilaufnahmebereich im Kolben mit einem Durchmesser von etwa 1" aufweist.To solve the above problem, a pressure vessel for a fluid is also proposed. The pressure vessel is suitable for a fluid, a liquid, a pasty product or the like. Filling goods, the container space of which is divided by a piston according to one of Claims 1 to 8, which is mounted displaceably therein in the direction of a longitudinal axis, into two chambers which are assigned to one another axially and are sealed off from one another, of which one chamber with the container bottom and a section of the tubular container wall has an area for forms a propellant and the other chamber is provided with an approximately axially arranged outlet valve. The outlet valve can be, for example, a high-delivery valve or tilting valve, which usually has a valve receiving area in the piston with a diameter of about 1″.

Der Druckbehälter weist im Wesentlichen die bezüglich des Kolbens beschriebenen Vorteile auf, worauf hiermit verwiesen wird.The pressure vessel essentially has the advantages described with regard to the piston, to which reference is hereby made.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen:

1 einen Längsschnitt durch einen Druckbehälter mit zwei Kammern und dazwischen vorgesehenem Kolben zum Versprühen von Füllgut;
2 eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Kolbens in Alleinstellung;
3 einen Querschnitt durch den Kolben entlang der Linie III-III nach 2; und
4 eine Detailansicht der Dichtlippen aus 3.

Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawings. These show:

1 a longitudinal section through a pressure vessel with two chambers and between them provided piston for spraying filling material;
2 a side view of the in 1 piston shown alone;
3 a cross-section through the piston along line III-III 2 ; and
4 a detailed view of the sealing lips 3 .

Ein in 1 gezeigter und als Spraydose ausgebildeter Druckbehälter 10 weist einen einends mit einem muldenartig eingeformten Behälterboden 12 versehenen zylindrischen Dosenkörper 14 auf. Der Dosenkörper 14 weist einen Innendurchmesser d auf. Er weist auch einen Außendurchmessers D von beispielsweise 53mm auf, der andernends zu einem Wulstrand 16 des Innendurchmessers d von beispielsweise 26mm hin eingezogen ist. An diesem Wulstrand 16 ist ein schüsselartiger Dosendeckel 18 festgelegt, dessen Deckelboden 19 in Abstand a zum Deckelrand 20 verläuft. Der Dosendeckel 18 umfasst eine zentrische Ausformung 22, die zur Aufnahme eines sie durchsetzenden Auslass- oder Sprühventils 24 mit Sprühkopf 25 ausgebildet ist. Im Boden 12 der Spraydose 10 ist ein einen Bodendurchbruch verschliessender Gummistopfen 26 angeordnet.a in 1 The pressure container 10 shown and designed as a spray can has a cylindrical can body 14 provided at one end with a trough-like molded container bottom 12 . The can body 14 has an inner diameter d. It also has an outer diameter D of, for example, 53mm, the other end to a beaded edge 16 of the inner diameter d of for example, 26mm is retracted. A bowl-like can lid 18 is fixed to this beaded edge 16, the lid base 19 of which runs at a distance from the edge 20 of the lid. The can lid 18 comprises a central formation 22 which is designed to accommodate an outlet valve or spray valve 24 with a spray head 25 passing through it. In the base 12 of the spray can 10 there is a rubber stopper 26 which closes a base opening.

Den Doseninnenraum 11 durchspannt ein Kolben 30, welcher den Doseninnenraum 11 in zwei einander axial zugeordnete und gegeneinander abgedichtete Kammern 28, 29 unterteilender. Die Kammer 28 bzw. die Füllgutkammer ist mit einem Fluid füllbar und die Kammer 29 ist mit einem Mittel zum Austreiben füllbar, welches den Kolben 30 in Richtung des Dosendeckels 18 kraftbeaufschlagt. Der Kolben 30 ist bezüglich der Längsachse A rotationssymmetrisch ausgebildet, in Längsachse A verschieblich gelagert und kann aus Polyethylen od.dgl. Kunststoff geformt sein. Der Kolben 30 weist einen in Richtung des Bodens 12 offenen haubenartigen Grundkörper 32 auf, welcher einen an diesen angeformten Anschlagabschnitt 42 als Ventilaufnahmebereich umfasst. Letzterer enthält eine in die Längsachse A der Spraydose 10 fallende zentrische Einformung 44 des Durchmessers e1 für Teile des Sprühventils 24 in nicht gezeigter oberer Endlage des Kolbens 30. Der Durchmesser des Anschlagabschnitts 42 und/oder der Einformung 44 kann beispielsweise mit einem Standardventil oder einem High-Delivery-Ventil (ca. 1" Durchmesser des Ventilaufnahmebereichs aufweisend) korrespondieren. Die Einformung 44 kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass sie ein High-Delivery-Ventil aufnehmen kann. Zu seinem Aussenumfang 34 hin sind an den Grundkörper 32 des Kolbens 30 zwei in axialem Abstand ringartig umlaufende Dichtlippen 38 angeformt. Die Dichtlippen 38 nehmen den Aussenumfang 34 auf und begrenzen in axialer Richtung bzw. in Längsachse A einen Zwickelraum 36 zwischen sich und dem Dosenkörper 14. Die Dichtlippen 38 legen sich zumindest abschnittsweise an die Behälterwandung oder die Innenfläche 15 des Dosenkörpers 14 dichtend an und deren Lippenkanten 40 stehen in dargestellter Montagestellung (Kolben 30 funktionsgemäß montiert in dem Druckbehälter 10) in einem Spreizabstand n von etwa 19 mm zueinander.A piston 30 spans the interior of the can 11 and divides the interior of the can 11 into two chambers 28, 29 which are axially associated with one another and sealed against one another. The chamber 28 or the filling material chamber can be filled with a fluid and the chamber 29 can be filled with an expulsion agent which applies a force to the piston 30 in the direction of the can lid 18 . The piston 30 is rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis A, is displaceably mounted in the longitudinal axis A and can be made of polyethylene or the like. plastic molded. The piston 30 has a hood-like base body 32 that is open in the direction of the base 12 and includes a stop section 42 that is molded onto the base body as a valve receiving area. The latter contains a central indentation 44 of diameter e1 falling in the longitudinal axis A of the aerosol can 10 for parts of the spray valve 24 in the upper end position of the piston 30 (not shown). -Delivery valve (approx. 1" in diameter of the valve receiving area). The indentation 44 can, for example, be designed in such a way that it can receive a high-delivery valve axially spaced ring-like circumferential sealing lips 38. The sealing lips 38 accommodate the outer circumference 34 and delimit a gusset space 36 between themselves and the can body 14 in the axial direction or in the longitudinal axis A. The sealing lips 38 lie at least in sections on the container wall or the inner surface 15 of the can body 14 sealingly and the lip edges 40 ste hen in the illustrated assembly position (piston 30 functionally mounted in the pressure vessel 10) at a spread distance n of about 19 mm to each other.

Vorzugsweise ist der Zwickelraum 36 zwischen den Dichtlippen 38 und dem Dosenkörper 14 mit einem Fluid als Dichtmittel befüllt, insbesondere mit einem abdichtenden Gel oder Öl, um die Dichtfunktion der Dichtlippen zu verbesseren.The gusset space 36 between the sealing lips 38 and the can body 14 is preferably filled with a fluid as a sealing agent, in particular with a sealing gel or oil, in order to improve the sealing function of the sealing lips.

Die beiden im Dosenkörper 14 gespreizten Dichtlippen 38 haben die Aufgabe, die zwei durch den Kolben 30 getrennten Kammern 28, 29 voneinander abzudichten, so dass sich in der oberen Kammer 28 befindliches Füllgut nicht mit Gas vermischen kann, welches in die untere Kammer 29 mit beispielsweise 18 bis 20 bar durch jenen Gummistopfen 26 eingepresst wird. Das Gas drückt gleichmässig auf die Dichtlippen 38 des Kolbens 30 sowie dessen Unterseite.The two sealing lips 38 spread apart in the can body 14 have the task of sealing the two chambers 28, 29 separated by the piston 30 from one another, so that the filling material in the upper chamber 28 cannot mix with gas that has entered the lower chamber 29 with, for example 18 to 20 bar is pressed through that rubber stopper 26. The gas presses evenly on the sealing lips 38 of the piston 30 and its underside.

Bei Betätigung des Sprühkopfes 25 öffnet sich das Sprühventil 24 und das unter Druck stehende Füllgut wird ausgetragen. Dabei entsteht in der oberen Kammer 28 ein Unterdruck. Um diesen Unterdruck auszugleichen, bewegt sich der Kolben 30 nach oben.When the spray head 25 is actuated, the spray valve 24 opens and the pressurized filling material is discharged. This creates a negative pressure in the upper chamber 28 . To compensate for this negative pressure, the piston 30 moves upwards.

Ein Kippen des Kolbens 30 relativ zu der Längsachse A innerhalb der Spraydose 10 ist vermittels des großen Spreizabstandes n ausgeschlossen. Zudem verteilt sich der Druck stets gleichmäßig auf die Druckflächen. Für den Fall, dass die Innenfläche 15 der Spraydose 10 lackiert und glatt ist, gleitet der Kolben 30 mit minimaler Reibung an ihr entlang.A tilting of the piston 30 relative to the longitudinal axis A within the spray can 10 is prevented by the large spreading distance n. In addition, the pressure is always evenly distributed over the printing surfaces. In the event that the inner surface 15 of the aerosol can 10 is painted and smooth, the piston 30 will slide along it with minimal friction.

Die folgenden Figuren zeigen den Kolben 30 und dessen Dichtlippen 38 in entspanntem Zustand. 2 zeigt den Kolben 30 in unmontierter Alleinstellung. Die beiden Dichtlippen 38 begrenzen zwischen sich in axialer Richtung einen Bereich, welcher mangels Dosenkörper 14 nunmehr nicht als Zwickelraum 36 sondern als Zwickelbereich 35 bezeichnet ist. Jede der Dichtlippen 38 umfasst einen mit dem Grundkörper 32 verbundenen Basisabschnitt 80 und einen monolithisch daran angeordneten Dichtbandabschnitt 82, welche als gegeneinander abgewinkelte Dichtlippenabschnitte ausgebildet sind. Jeder Dichtbandabschnitt 82 ist von einem eine Lippenkante 40 aufnehmendem kolbenfernen Rand 84 und einem eine äußere Kante 90 bildenden kolbenzentralen Rand 86 begrenzt. The following figures show the piston 30 and its sealing lips 38 in a relaxed state. 2 shows the piston 30 in unassembled isolation. The two sealing lips 38 define between them in the axial direction an area which, due to the lack of a can body 14 , is now referred to as a gusset area 35 rather than a gusset space 36 . Each of the sealing lips 38 comprises a base section 80 connected to the base body 32 and a sealing strip section 82 arranged monolithically thereon, which are designed as sealing lip sections angled towards one another. Each sealing band portion 82 is bounded by a piston-distal edge 84 receiving a lip edge 40 and a piston-central edge 86 forming an outer edge 90 .

Die äußere Kante 90 definiert die Grenze zwischen dem Basisabschnitt 80 und dem Dichtbandabschnitt 82. Der kolbenferne Rand 84 weist einen größeren Durchmesser auf als der kolbenzentrale Rand 86. Der Kolben 30 ist derart ausgelegt, dass bei maximal definierter Umgebungstemperatur der Dichtbandabschnitt 82 komplett an dem Dosenkörper 14 anliegt und der Basisabschnitt 80 nicht in Kontakt mit dem Dosenkörper 14 steht. Bei minimal definierter Umgebungstemperatur liegt zumindest 1/3 der Höhe des Dichtbandabschnitts 82 an dem Dosenkörper 14 an.The outer edge 90 defines the boundary between the base section 80 and the sealing band section 82. The piston-distal edge 84 has a larger diameter than the piston-central edge 86. The piston 30 is designed such that at a maximum defined ambient temperature, the sealing band section 82 completely on the can body 14 abuts and the base portion 80 is not in contact with the can body 14. At a minimum defined ambient temperature, at least 1/3 of the height of the sealing strip section 82 is in contact with the can body 14 .

Der in 2 abgebildete Kolben 30 ist in 3 in einer Schnittansicht dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass jeder der Dichtbandabschnitte 82 an einem separaten Basisabschnitt 80 angeordnet ist, welche wiederum beide an einem gemeinsamen Verbindungssteg 88 zur monolithischen Anbindung an den Grundkörper 32 angeordnet sind. Der Anschlagabschnitts 42 und die Einformung 44 weisen eine beispielhafte Tiefe h von 10mm auf, gemessen ab der Kolbenoberkante in Richtung der Längsachse A.the inside 2 Piston 30 shown is in 3 shown in a sectional view, wherein it can be seen that each of the sealing strip sections 82 is arranged on a separate base section 80, which in turn are both arranged on a common connecting web 88 for monolithic connection to the base body 32. the Stop section 42 and the indentation 44 have an exemplary depth h of 10 mm, measured from the upper edge of the piston in the direction of the longitudinal axis A.

Zur Verdeutlichung der Dichtlippen 38 zeigt 4 einen vergrößerten Ausschnitt der 3. Beide Dichtlippen 38 sind bezüglich einer Spiegelebene symmetrisch, in welcher der Verbindungssteg 88 liegt. Es ist erkennbar, dass die Basisabschnitte 80 jeweils plane parallele Seitenflächen 80a und 80i aufweisen. Die Dichtbandabschnitte 82 sind querschnittlich konisch ausgebildet, wobei sie ab dem die äußere Kante 90 bildenden kolbenzentralen Rand 86 sich verjüngend bis zum kolbenfernen Rand 84 verlaufende und plane Seitenflächen 82a und 82i aufweisen. Der kolbenferne Rand 84 bildet zugleich ein distales Ende des Dichtbandabschnittes 82 aus, welches zumindest abschnittsweise trapezförmig ausgebildet ist. Es ist erkennbar, dass die äußere Kante 90 die Seitenfläche 80a des Basisabschnitts 80 und eine Seitenfläche 82a des Dichtbandabschnitts 82 voneinander abgrenzt. Gleichsam grenzt eine innere Kante 92 die Seitenfläche 80i des Basisabschnitts 80 und eine Seitenfläche 82i des Dichtbandabschnitts 82 voneinander ab.To clarify the sealing lips 38 shows 4 an enlarged section of the 3 . Both sealing lips 38 are symmetrical with respect to a mirror plane in which the connecting web 88 lies. It can be seen that the base sections 80 each have planar, parallel side faces 80a and 80i. The sealing strip sections 82 are of conical cross-section, having planar side faces 82a and 82i running from the edge 86 in the center of the piston, which forms the outer edge 90, and tapering to the edge 84 remote from the piston. The edge 84 remote from the piston forms at the same time a distal end of the sealing strip section 82 which is trapezoidal at least in sections. It can be seen that the outer edge 90 delimits the side surface 80a of the base section 80 and a side surface 82a of the sealing band section 82 from one another. Likewise, an inner edge 92 delimits the side surface 80i of the base section 80 and a side surface 82i of the sealing band section 82 from one another.

Die Seitenfläche 82a des Dichtbandabschnitts 82 und die Seitenfläche 80a des Basisabschnitts 80 schließen einen äußeren Oberflächenwinkel αa von 165° ein und die Seitenfläche 82i des Dichtbandabschnitts 82 und die Seitenfläche 80i des Basisabschnitts 80 schließen einen inneren Oberflächenwinkel αi von 170° ein zur Ausbildung einer gestuften Dichtlippe 38. Die beiden Basisabschnitte 80 spannen gemeinsam einen Zwickelwinkel β von 145° auf. Die Seitenfläche 82a des Dichtbandabschnitts 82 ist gegenüber einer Vertikalen V (echt parallel zu Längsachse A) um einen Winkel γa von 5° und die Seitenfläche 82i des Dichtbandabschnitts 82 ist gegenüber der Vertikalen V um einen Winkel γi von 10° verkippt. Die Seitenflächen 80a und 80i des Basisabschnitts 80 sind gegenüber der Vertikalen V um einen Winkel δ von 17° verkippt. Die Höhe x des Dichtbandabschnitts 82 in Längsrichtung A beträgt hier beispielhaft 5mm und die Höhe y des Basisabschnitts 80 beträgt hier beispielhaft 4,5mm. Der Verbindungssteg 88 weist in Längsrichtung A eine Stärke v von 1mm auf. Der kolbenfernen Rand 84 weist eine Stärke z von 0,45mm auf.The side surface 82a of the sealing strip section 82 and the side surface 80a of the base section 80 enclose an outer surface angle αa of 165° and the side surface 82i of the sealing strip section 82 and the side surface 80i of the base section 80 enclose an inner surface angle αi of 170° to form a stepped sealing lip 38. The two base sections 80 together span a gusset angle β of 145°. The side face 82a of the sealing strip section 82 is tilted at an angle γa of 5° with respect to a vertical V (genuinely parallel to the longitudinal axis A) and the side face 82i of the sealing strip section 82 is tilted with respect to the vertical V at an angle γi of 10°. The side surfaces 80a and 80i of the base section 80 are tilted relative to the vertical V by an angle δ of 17°. The height x of the sealing strip section 82 in the longitudinal direction A is 5 mm here, for example, and the height y of the base section 80 is 4.5 mm here, for example. The connecting web 88 has a thickness v of 1 mm in the longitudinal direction A. The edge 84 remote from the piston has a thickness z of 0.45 mm.

Alternativ zu der Ausführung mit dem Oberflächenwinkel αi von 170°, kann dieser Winkel auch 180° betragen, wodurch eine gerade bzw. ebene Oberfläche ausgebildet ist (feinliniert dargestellt in 4).As an alternative to the version with the surface angle αi of 170°, this angle can also be 180°, resulting in a straight or flat surface (shown finely lined in 4 ).

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 1134167 A1 [0002]

Claims

Piston for a pressure vessel, which is designed to be displaceable therein in the direction of a longitudinal axis (A), the piston (30) being designed as an open hood with two sealing lips (38) made of flexible material running around at an axial distance in a ring-like manner on its circumference, the Sealing lips (38) are designed in such a way that they can contact the inner surface (15) of the container wall in a sealing manner at least in sections with cross-sectional deformation and delimit a gusset area (35) between them in the axial direction, characterized in that at least one of the sealing lips (38) has a Base section (80) and a sealing strip section (82) arranged thereon, which are designed as mutually angled sealing lip sections, with a surface (82a, 82i) of the sealing strip section (82) having a surface (80a, 80i) of the associated base section (80). Includes surface angle (αa, αi) in the range of 100 ° to 178 °, so that a gest air sealing lip (38) is formed.

piston after claim 1 , characterized in that at least one of the sealing strip sections (82) is arranged directly, preferably monolithically, on the corresponding base section (80) and/or a projection is arranged between at least one of the sealing strip sections (82) and the corresponding base section (80), which projecting radially outwardly of the base portion (80).

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the surface angle (αa, αi) is in the range from 150° to 178°, preferably 175°.

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the sealing band sections (82) is delimited by an edge (84) remote from the piston and a piston-central edge (86) and in at least one of the sealing band sections (82) the edge (84) remote from the piston has a has a larger diameter than the piston-central edge (86) and/or an edge (90) arranged between the sealing band section (82) and the base section (80) is formed by the piston-central edge (86).

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the sealing strip sections (82) has a height (x) in the range from 3 mm to 9 mm, preferably 6 mm, in the axial direction.

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that each of the sealing band sections (82) is arranged on a separate base section (80) and/or the base sections (80) define the gusset area (35).

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the base sections (80) has largely parallel side faces (80a, 80i) and/or at least one of the sealing band sections (82), of all elements of the sealing lip (38) preferably only the sealing band section (82) is conical in cross section.

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the sealing band sections (82) has a cross-sectional thickness in the range from 0.2 mm to 0.7 mm, preferably 0.5 mm, at its distal end.

Pressure vessel for a fluid, a liquid, a pasty product or the like. Filling goods, the container space of which is divided by a piston (30) displaceably mounted therein in the direction of a longitudinal axis (A) according to one of the preceding claims into two axially associated and sealed chambers (28, 29), one of which chamber (29) with the container bottom (12) and a section of the tubular container wall forms an area for a propellant and the other chamber (28) is provided with an approximately axially arranged outlet valve (24).