EP2184180B1

EP2184180B1 - Stift mit Verschlusskappe

Info

Publication number: EP2184180B1
Application number: EP09167608.0A
Authority: EP
Inventors: Werner Zahn; Jochen Griesheimer
Original assignee: Faber Castell AG
Current assignee: Faber Castell AG
Priority date: 2008-08-15
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: EP2184180A2; DE102008041282A1; EP2184180A3; ES2534236T3; US8282302B2; DE102008041282B4; US20100040404A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Stift mit einer Verschlusskappe.
Derartige Stifte umfassen ein Reservoir zum Bevorraten eines Auftragsfluids und eine Applikatorspitze zum Auftragen des Fluids auf eine Oberfläche. Das Auftragsfluid enthält ein bei Raumtemperatur flüchtiges Lösungsmittel, das nach dem Auftragen verdunstet und dadurch ein Antrocknen bzw. eine Filmbildung des Auftragsfluids ermöglicht. Die Stifte umfassen eine Verschlusskappe, welche zum Gebrauch des Stiftes von diesem abnehmbar ist, und die einen zur Aufnahme der Applikatorspitze umfassenden Hohlraum aufweist.
Derartige Stifte sind heute in mannigfaltigen Ausführungsformen bekannt, z.B. in Form von Schreibgeräten wie Füllern, Lack- oder Multimarkerstiften zum Auftragen von Tinte oder Lack, neuerdings aber auch in Form von Kosmetikgeräten wie Nagellack- oder Maskaraapplikatoren zum Auftragen etwa einer Paste. Der Applikator ist z.B. eine Bürste, ein Schwamm, ein Pinsel oder eine Faser- oder Sinterspitze. Für das Lösungsmittel sind beispielsweise Wasser, aber auch Lösungsmittel wie Ethylacetat, Butylacetat, Propylacetat, Ethanol, Isopropanol, Butylalkohol oder Diacetonalkohol, beispielsweise für Nagellacke, denkbar.
Lösungsmittel werden nach Flüchtigkeit oder Volatilität bzw. Verdunstungszahl eingeteilt, die das Bestreben eines Lösungsmittels zur Verdunstung beschreibt. Leichtflüchtige Lösungsmittel sind solche mit einer Verdunstungszahl von unter 10, mittelflüchtige solche mit einer Verdunstungszahl von 10 bis unter 35 und schwerflüchtige solche mit 35 oder mehr. Im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung werden Lösungsmittel mit Verdunstungszahlen unter 35, insbesondere unter 10 betrachtet.
Problematisch bei den beschriebenen Stiften ist, dass trotz aufgesetzter Verschlusskappe ein Eintrocknen der Applikatorspitze zu beobachten ist. Dies liegt einerseits daran, dass ein völlig gasdichter Sitz der Verschlusskappe auf den Stift mit vertretbarem Aufwand nicht zu erreichen ist. Andererseits kann vor allem bei aus Kunststoff gefertigten Verschlusskappen Lösemittel auch durch das Material der Verschlusskappe diffundieren.
Aus der US-A-6102602 ist ein Stift gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Aus der DE 19 01 668 U ist ein Tuschestift bekannt, der ein wassergefülltes Speicherelement im Kappenbereich zum Schutz vor Eintrocknung aufweist.
Aus der DD 206 548 ist es bekannt, dieses Speicherelement bei abgezogener Kappe durch ein Ventil zu verschließen, welches von der Tuschespitze betätigt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen o.g. Stift zu verbessern.
Die Erfindung beruht auf der generellen Idee, dass bei einem Stift der eingangs genannten Art die Verschlusskappe einen Speicherraum und einen den Speicherraum mit dem Hohlraum fluidisch verbindenden Verbindungskanal enthält, wobei der Speicherraum zur Aufnahme einer bei Raumtemperatur flüchtigen Opferflüssigkeit dient. Die Opferflüssigkeit enthält hierbei zumindest ein Lösemittel, das aus der flüssigen Phase in die gasförmige Phase verdampft. Die gasförmige Phase der Opferflüssigkeit wird im Folgenden kurz als Opferlösemittel bezeichnet.
Die Opferflüssigkeit verflüchtigt sich also zu einem Opferlösemittel und gelangt durch den Verbindungskanal in den Hohlraum, wo letzteres bei aufgesetzter Verschlusskappe die Applikatorspitze umgibt bzw. den Hohlraum tränkt. Anstelle des Lösungsmittels des Auftragsfluids verdampft dann mit anderen Worten die Opferflüssigkeit zu einem Opferlösemittel. Durch diese Ausgestaltung der Verschlusskappe wird ein Eintrocknen der Applikatorspitze bzw. des Auftragsfluids an dieser verhindert.
Im Hohlraum addieren sich also die Dampfdrücke des Lösungsmittels der Auftragsflüssigkeit und der Dampfdruck der Opferflüssigkeit. Die Gas- bzw. Dampfphase im Hohlraum der Verschlusskappe wird somit sowohl aus der Opferflüssigkeit als auch aus dem Lösungsmittel der Auftragsflüssigkeit geliefert. Dementsprechend geht eine Leckage aufgrund einer Undichtigkeit zwischen Verschlusskappe und Stiftschaft zu Lasten des Lösungsmittels der Auftragsflüssigkeit und der Opferflüssigkeit. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Applikatorspitze selbst nicht eintrocknen kann bzw. das Eintrocknen zeitlich verzögert wird. Zum Anderen ist ein Eindicken der Auftragsflüssigkeit aufgrund Lösungsmittelverlustes verhindert bzw. verzögert.
Die Opferflüssigkeit kann das Lösungsmittel des Auftragsfluids sein bzw. enthalten. Im aufgesteckten Zustand der Abdeckkappe ist damit das Auftragsfluid mit seinem eigenen Lösungsmittel umgeben, welches jedoch zum Teil aus dem Speicherraum stammt.
Ein Verdampfen von Lösungsmittel aus dem Auftragsfluid bzw. Eintrocknen der Applikatorspitze ist so besonders wirkungsvoll vermieden.
Generell sollte der Dampfdruck der Opferflüssigkeit bzw. des Opferlösemittels dem entsprechenden Wert des Auftragsfluids bzw. dessen Komponenten vergleichbar oder höher sein, also der Siedepunkt geringer.
Gemäß der Erfindung enthält die Verschlusskappe ein Dichtelement, das zwischen einer den Verbindungskanal verschließenden Dichtstellung und einer den Verbindungskanal freigebenden Öffnungsstellung bewegbar ist. Das Dichtelement ist hierbei zu seiner Bewegung zwischen Öffnungs- und Dichtstellung mit einem in den Hohlraum der Verschlusskappe ragenden Abschnitt des Schaftes des Stifts bewegungsgekoppelt. Mit anderen Worten bewegt dieser Schaftabschnitt beim Aufsetzen bzw. Abziehen der Abdeckkappe durch die Bewegungskopplung das Dichtelement und gibt den Verbindungskanal frei bzw. verschließt diesen. So ist im aufgesetztem Zustand der Verschlusskappe der Verbindungskanal geöffnet, so dass sich - wie oben beschrieben - Opferflüssigkeit verflüchtigen und zur Applikatorspitze gelangen kann. Bei abgenommener Verschlusskappe steht der Hohlraum mit der Umgebung in Verbindung. Durch den geschlossenen Verbindungskanal gelangt aber dann kein Opferlösemittel zum Hohlraum und von dort in die Umgebung. Eine unnötige Freisetzung sich verflüchtigender Opferflüssigkeit in die Umgebung ist also verhindert. Diese bzw. das Opferlösemittel verbleibt in dem nun von der Außenumgebung abgeschlossenen Speicherraum. Da die Betätigung durch den Stiftschaft erfolgt, bleibt die Stiftspitze mechanisch unbelastet. Dies ist z.B. für feine Faserspitzen wichtig, die nicht deformiert werden dürfen.
Gemäß der Erfindung ist das Dichtelement in der Kappe axial verschiebbar gelagert. Die Axialbewegung ist eine generell beim Aufsetzen bzw. Abziehen der Stiftkappe erfolgende Grundbewegung. Wenn das Dichtelement in der Verschlusskappe ebenfalls axial verschiebbar gelagert ist, lässt sich die Aufsteck- bzw. Abziehbewegung oder Relativbewegung zwischen Stiftschaft und Verschlusskappe leicht durch eine einfache Bewegungskopplung in die Axialbewegung des Dichtelements in der Verschlusskappe umsetzen.
Gemäß der Erfindung umfasst das Dichtelement ein den Speicherraum vom Hohlraum abgrenzendes Wandsegment. Das Wandsegment lässt hierbei lediglich zumindest einen Längsabschnitt des Verbindungskanals frei, damit sich dieser durch das Wandsegment oder an diesem vorbei erstrecken kann. Das Dichtelement umfasst außerdem ein mit dem Schaftabschnitt zusammenwirkendes Mitnehmerelement, das der Kappenöffnung zugewandt ist, um dort mit dem Schaftabschnitt in Eingriff zu treten. Mit anderen Worten wird also beim Aufsteck- bzw. Abziehvorgang der Verschlusskappe das Mitnehmerelement vom Schaftabschnitt bewegt, welches wiederum den Verschließmechanismus des Dichtelements, z.B. in Form einer Bewegung des Wandsegments betätigt. Das Wandsegment als Teil des Dichtelements kann ebenfalls axial verschiebbar in der Verschlusskappe gelagert sein.
Gemäß der Erfindung ist zwischen der Innenseite der Verschlusskappe und dem Wandsegment ein Spalt vorhanden, der zumindest einen Längsabschnitt des Verbindungskanals bildet. Der Spalt kann hierbei insbesondere ein das Wandsegment umgebender Ringspalt sein. Der Ringspalt kann dann bezüglich seiner Weite so gering ausgelegt werden, dass z.B. flüssige Opferflüssigkeit durch den Ringspalt im Speicherraum zurückgehalten wird und nur dampfförmiges Medium, also verdampfte Opferflüssigkeit bzw. Opferlösemittel durch den Ringspalt zum Hohlraum gelangen kann. Der Ringspalt bildet dann eine Diffusionsstrecke.
Insbesondere kann dabei der Strömungsquerschnitt des Spalts geringer sein als der des restlichen Verbindungkanals. Der Spalt bestimmt dann wesentlich das Strömungsverhalten des Verbindungskanals. So kann z.B. durch Dimensionierung des Spalts sichergestellt werden, dass die richtige Menge Opferlösemittel gerade schnell genug in den Hohlraum gelangt, um die Applikatorspitze vor Austrockung zu schützen.
Der Spalt kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Ringspalt sein. Dieser ist insbesondere für rotationssymmetrische Stifte einfach zu bewerkstelligen.
Bei Vorhandensein eines entsprechenden Spalts ist bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein Verschlusselement an der Innenseite der Verschlusskappe angeordnet, welches in der Schließstellung des Dichtelements den Spalt verschließt. Mit anderen Worten fährt das Dichtelement bei seiner Bewegung gegen das Verschlusselement dichtend an.
Dieses Verschlusselement kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein umlaufender Ringvorsprung sein. Ein solcher wirkt z.B. besonders einfach mit einem das Wandsegment umgebenden Ringspalt zusammen, indem das Wandsegment nach Art eines Kolbens unter Freilassung des Ringspalts in der zylinderförmigen Abdeckkappe gleitet, bis dieses auf den Ringvorsprung auffährt, der dann den Ringspalt verschließt.
Eine besonders kompakte Ausgestaltung des Stiftes ergibt sich, wenn das Dichtelement zumindest Teil einer innerhalb der Verschlusskappe angeordneten Innenkappe ist. Eine entsprechende Innenkappe kann beispielsweise spritzgusstechnisch besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden, ist dabei stabil und bildet an ihrer Innenseite den Hohlraum und kann insbesondere einfach axial verschiebbar in der Verschlusskappe gelagert werden. Der Verbindungskanal oder zumindest ein Teil dessen kann dann besonders einfach als Durchbrechung in der Innenkappe gebildet sein.
Die Innenkappe kann dann auch gemäß einer Weiterbildung der oben genannten Ausführungsform mit Wandsegment und Mitnehmerelement diese beiden Bauteile umfassen. Der von der Kappenöffnung abgewandte Boden der Innenkappe kann hierbei das Wandsegment darstellen. In diesem Bereich kann dann zwischen Innenkappe und Verschlusskappe der Ringspalt gebildet sein. Die sich vom Boden wegerstreckende Wandung der Innenkappe kann dann das Mitnehmerelement bilden bzw. dieses beinhalten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stift einen ersten axial wirksamen Formschluss, der die Relativbewegung von Dichtelement und Verschlusskappe beim Abnehmen dieser vom Schaft begrenzt. Ein zweiter, die Bewegungskopplung zwischen Dichtelement und Schaftabschnitt beim Abziehen der Verschlusskappe bewirkender Formschluss ist zwischen diesen beiden Elementen gebildet. Der erste Formschluss weist hierbei in Axialrichtung gesehen eine höhere Festigkeit auf als der zweite.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Stiftes lässt sich beim Abnehmen der Stiftkappe folgender Bewegungsablauf realisieren: Ein Benutzer greift die Verschlusskappe und beginnt diese vom Stift abzuschrauben bzw. abzuziehen. Hierbei wird das Dichtelement über den zweiten Formschluss weiterhin fest am Schaft gehalten, wodurch die Abziehbewegung der Verschlusskappe zunächst zu einer Relativbewegung von Verschlusskappe und Dichtelement führt. Erst wenn die Verschlusskappe soweit vom Stift bzw. Dichtelement abgezogen ist, dass der erste Formschluss greift, ist eine weitere Relativbewegung zwischen Verschlusskappe und Dichtelement verhindert. Durch weiteres Aufwenden von Kraft bei der Abziehbewegung auf die Verschlusskappe wird jedoch zuerst der zweite Formschluss ausgelöst, d.h. das Dichtelement löst seine Bewegungskopplung zum Schaft. Mit anderen Worten wird dadurch die Verschlusskappe als Ganzes vom Schaft gelöst.
Durch die entsprechende Relativbewegung zwischen Verschlusskappe und Dichtelement wird in diesem Fall zuerst der Verbindungskanal verschlossen, so dass dieser bereits beim Ablösen des Dichtelements vom Schaft verschlossen ist. Beim Aufstecken der Verschlusskappe auf den Stift wird zunächst das Dichtelement wieder in die Verschlusskappe zurückgeschoben und abschließend das Dichtelement am Schaft verrastet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Formschlüsse jeweils durch sich radial überlappende Vorsprünge an Verschlusselement und Dichtelement einerseits bzw. Dichtelement und Schaftabschnitt andererseits gebildet.
Denkbar ist z.B. als erster Formschluss ein Anschlagelement, welches die Relativbewegung von Dichtelement und Verschlusskappe beim Abnehmen der Verschlusskappe vom Stift begrenzt und als zweiter Formschluss ein Rastelement, welches das Dichtelement beim Abnehmen der Verschlusskappe zunächst am Schaft hält. Die Rastkraft des Rastelementes ist hierbei kleiner als die Anschlagkraft des Anschlagelements, weshalb sich beim Abziehen der Verschlusskappe nur der zweite Formschluss löst, wenn der erste anschlägt.
Der erste Formschluss kann insbesondere durch einen an der Verschlusskappe angeordneten Anschlag und einen am Dichtelement angeordneten Vorsprung gebildet sein. Der zweite Formschluss kann durch eine Rastnase am Schaftabschnitt und einen Rastvorsprung am Dichtelement gebildet sein. Eine derartige Lösung ist z.B. spritzgusstechnisch leicht zu realisieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verfügt die Verschlusskappe über eine mit dem Dichtelement bewegungsgekoppelte Abdeckung, die im gelösten Zustand der Verschlusskappe einen an die Öffnung anschließenden Abschnitt der Verschlusskappe verdeckt. In der Regel verfügt die Verschlusskappe in diesem Abschnitt über ein diese am Schaft arretierendes Halteelement, z.B. ein Schraubgewinde, einen Bajonettverschluss oder eine Reib- oder Schnappverbindung. Die Abdeckung verdeckt dann dieses Halteelement im gelösten Zustand der Verschlusskappe. Mit anderen Worten wird beim Abziehen der Verschlusskappe vom Stift wie oben erläutert das Dichtelement bewegt, welches wiederum über eine Bewegungskopplung die Abdeckung in eine das Halteelement verdeckende Position führt. Beim späteren Aufsetzen der Verschlusskappe auf den Stift ist also das Halteelement zunächst verdeckt, weshalb dieses, also z.B. das Gewinde, nicht mit Auftragsfluid verschmutzt werden kann. Durch die Aufsteckbewegung und die entsprechende Bewegungskopplung mit dem Dichtelement wird die Abdeckung während des Aufsteckens der Verschlusskappe vom Halteelement weg bewegt, so dass das Halteelement schließlich am Stift greifen kann, um die Verschlusskappe an diesem zu arretieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Speicherraum ein Speicherelement für die Opferflüssigkeit. Dies kann z.B. ein Faser- oder Sinterelement sein. Innerhalb des Speicherraums ist dann die Opferflüssigkeit im Speicherelement bevorratet.
Denkbar ist aber auch, den Speicherraum durch eine semipermeable Membran zu verschließen, um so ein Rückhaltevolumen für die Opferflüssigkeit zu schaffen. Die Membran könnte auch z.B. den o.g. Diffusionsspalt bzw. -kanal ausfüllen oder diesen bilden. Die Membran kann dann auch zur Dosierung der pro Zeit abgegebenen Menge an Lösungsmittel dienen bzw. entsprechend ausgelegt werden.
Das Speicherelement kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Kartusche, also ein mit Opferflüssigkeit gefüllter Behälter sein. So muss nicht die gesamte Verschlusskappe, sondern lediglich die Kartusche zur Aufbewahrung der Opferflüssigkeit geeignet, z.B. entsprechend materialverträglich ausgestaltet sein. Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass die Kartusche bereits vor Fertigung des gesamten Stiftes gefüllt werden kann und im gefüllten Zustand bei der Montage in die Verschlusskappe bzw. den Speicherraum eingesetzt werden kann. Die Kartusche ist hierbei z.B. eine Flüssigkeitskartusche mit Docht.
Die als Opferflüssigkeit in Frage kommenden organischen Lösungsmittel besitzen einen hohen Dampfdruck, sind oft gesundheitsschädlich und vor allen Dingen leicht entzündbar. Beim Umgang mit derartigen Stoffen müssen entsprechende Schutzmaßnahmen, insbesondere Brand- oder Explosionsschutzmaßnahmen vorgesehen werden. Vorteil bei der Verwendung einer Kartusche ist, dass das Befüllen der Kartusche in einem separaten Verfahrensschritt erfolgen kann. Nur bei der Kartuschenfertigung und nur dort sind dann auch die Schutzmaßnahmen zu treffen, was einfacher zu bewerkstelligen ist als Schutzmaßnahmen für die gesamte Stiftfertigung. Bei der eigentlichen Stiftmontage sind dann keine Schutzmaßnahmen mehr erforderlich, weil die Kartusche im geschlossenen Zustand an das Montageband angeliefert werden kann. Die Stiftmontage ist daher weiterhin einfach und unaufwändig durchzuführen. Die Kartusche muss so verschlossen werden, dass das Opferlösemittel kontrolliert in die Verschlusskappe gelangen kann. Denkbar ist hier z.B. eine Membran oder eine gesinterte Scheibe.
Die Kartusche sollte also bei der Anlieferung an das Montageband geschlossen sein. Entweder man wählt die Wandstärke der Kartusche zumindest an einer Stelle so dünn, dass sie dann bei der Montage im Stift angestochen werden kann und dadurch eine kleine Öffnung entsteht. Durch diese kann dann Opferflüssigkeit zwar nicht im fließfähigen Zustand, wohl aber Flüssigkeitsdampf entweichen. Denkbar ist alternativ, dass in der Kartuschenwand eine Öffnung vorhanden ist, die nach Befüllen verschlossen wird, etwa durch eine Kunststofffolie oder dergleichen. Das Verschlusselement kann dann später ebenfalls durchstochen oder abgezogen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Öffnung der Kartusche mit einem Material zu verschließen, das für den Flüssigkeitsdampf durchlässig ist.
Eine derartige Öffnung muss natürlich ebenfalls verschlossen sein, etwa mit einer angeklebten Folie oder auf sonstige Weise.
Ein weiterer Vorteil einer Kartusche ist, dass sich so eine größere Menge an Opferflüssigkeit in der Verschlusskappe unterbringen lässt. Innerhalb der Kartusche muss nämlich - z.B. im Gegensatz zur Verwendung eines Speicherelements - kein kappilar wirksames Speichermaterial vorhanden sein, da die Opferflüssigkeit bereits durch die Kartusche gehalten ist.
Die Kartusche kann in die Verschlusskappe bzw. deren Speicherraum durch die herkömmliche einzige Öffnung der Verschlusskappe, welche auch zum Aufsetzen dieser auf den Stift dient, eingebracht werden. Denkbar ist jedoch auch in einer alternativen Ausführungsform, dass die Verschlusskappe im Bereich des Speicherraums eine Durchbrechung aufweist, in der die Kartusche dichtend einliegt. Die Kartusche bildet mit anderen Worten somit einen Teil der Verschlusskappe bzw. setzt diese im Bereich der Durchbrechung fort. Die Kartusche kann dann bei der Montage des Stiftes leicht von innen oder außen in die Verschlusskappe eingesetzt werden. Auch ist es z.B. möglich, in der Kartusche selbst ein Sichtfenster anzubringen, welches dann als Teil der Verschlusskappe sichtbar ist und eine Kontrolle der Menge an noch vorhandener Opferflüssigkeit ermöglicht.
In einer alternativen Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Kartusche einstückig mit der oben genannten Innenkappe ausgeführt. Dies ist beispielsweise spritzgusstechnisch einfach möglich, für die Kartusche muss dann nicht ein separates Bauteil angefertigt werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist zumindest ein Teil des Verbindungskanals als kapillarer Kanal ausgebildet. Ein Verschluss des Kanals durch ein Dichtelement ist dann nicht unbedingt nötig. Eine Dichtung zwischen Innen- und Außenkappe kann dann z.B. fest montiert, also nicht verschiebbar sein. Auch die Innenkappe muss z.B. nicht verschiebbar in der Verschlusskappe gelagert sein. Zwischen Innen- und Verschlusskappe bzw. einer zwischen diesen einliegenden Dichtung und der Kappe befinden sich dann kapillare Kanäle, die in den Speicherraum münden. Die kapillaren Kanäle münden gleichzeitig in den Hohlraum, so dass Opferlösemittel aus dem Speicherraum durch die Kanäle in den Hohlraum verdampfen kann.
Die kapillaren Kanäle können sich hierbei auch in Richtung auf den Speicherraum hin verengen. Opferflüssigkeit kann dann wegen der gerichteten kapillaren Kraft nicht aus dem Speicherraum auslaufen.
Die kapillaren Kanäle können durch Nuten oder Abflachungen an der Außenseite der Dichtung oder der Innenseite der Verschlusskappe oder der Außenseite der Innenkappe gebildet werden.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:

Fig. 1: einen Stift mit aufgesetzter Verschlusskappe,
Fig. 2: das Detail II aus Fig. 1,
Fig. 3: das Detail III aus Fig. 1
Fig. 4: den Stift aus Fig. 1 beim Abziehen der Verschlusskappe,
Fig. 5: das Detail V aus Fig. 4,
Fig. 6: die vollständig vom Stift abgezogene Verschlusskappe aus Fig. 1,
Fig. 7: das Detail VII aus Fig. 6,
Fig. 8-10: Schnitte durch die Positionen VIII, XI und X in Fig. 4,
Fig. 11: einen Stift mit Kartusche als Speicherelement,
Fig. 12: eine an der Innenkappe angeformte Kartusche,
Fig. 13: eine durchbrochene Verschlusskappe mit von außen eingesetzter Kartusche,
Fig. 14: eine von innen eingesetzte Kartusche.

Fig. 1 zeigt einen Stift 2 mit einem Schaft 4, von dem nur der vordere Teil gezeigt ist. Auf den Schaft 4 ist eine Kappe 6 mit ihrer Öffnung 24 aufgesetzt, da der Stift derzeit nicht benutzt wird, sich also in einer Verschluss- bzw. Aufbewahrungsposition befindet. Der Schaft 4 verschließt hierbei die Öffnung 24. Der Schaft 4 umfasst im wesentlichen einen den Grund- bzw. Griffkörper des Stiftes 2 bildenden Container 8 mit einem Reservoir 10 für ein Auftragsfluid 12 mit einem Lösungsmittel 13. Der Schaft umfasst außerdem einen auf den Container 8 stirnseitig aufgesetzten Schaftabschnitt 14, der als Adapter wirkt und eine Applikatorspitze 16 trägt. Die Applikatorspitze 16 steht über einen Transportkanal 18 mit dem Reservoir 10 in Verbindung, und dient bei der Nutzung des Stiftes 2 zur Applikation des Auftragsfluids 12. Der Stift ist im wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Mittellängsachse 20 aufgebaut.
Die Kappe 6 ist im Ausführungsbeispiel als Außenkappe 30 gestaltet und beinhaltet eine in dieser einliegende Innenkappe 32. In axialer Richtung der Mittelängsachse 20 des Stiftes 2 ist die Innenkappe 32 um etwa ein Drittel kürzer als die Außenkappe 30. In Fig. 1 befindet sich die Innenkappe 32 in der zum vorderen Ende 34 der Außenkappe 30 maximal vorgeschobenen Position. Zwischen dem Boden 36 der Außenkappe und dem Boden 38 der Innenkappe verbleibt dann ein Speicheraum 40, in welchem ein Speicherelement 42 einliegt. Das Speicherelement 42 ist mit einer Opferflüssigkeit 44 getränkt, aus welcher bei Raumtemperatur ein Opferlösemittel 45 verdampft, welches sich im Speicherraum 40 verteilt. Die Innenkappe 32 ist im wesentlichen durch einen Wandabschnitt in Form eines Bodens 38 und eine sich an den Wandabschnitt anschließende hülsenförmige Wand gebildet, die wiederum ein Mitnehmerelement 39 für den Boden 38 darstellt.
Das Speicherelement 42 ist im Innenraum der Außenkappe 30, d.h. im Speicherraum 40 durch drei - oder in einer alternativen Ausführungsform mehrere - über den Umfang der Kappe 6 verteilte Klemmstege 46 gehalten, von denen in Fig. 1 nur zwei sichtbar sind. Die zur Öffnung 24 hin weisenden Enden 48 der Klemmstege 46 bilden gleichzeitig einen Anschlag für die Innenkappe 32 in Richtung des Pfeils 50 in der in Fig. 1 gezeigten Relativposition von Innen- 32 und Außenkappe 30.
Die Kappe 32 ist in einem als Dichtelement 52 wirkenden Kopfbereich bezüglich ihres Außendurchmessers d_a ihrer Außenseite 53 etwas kleiner dimensioniert als der Innendurchmesser d_i der Außenkappe 30 an ihrer Innenseite 51. In einem Längsabschnitt 54 bleibt so zwischen Außenkappe 30 und Innenkappe 32 ein Ringspalt 56 frei. Durch den Ringspalt 56, einen sich an diesen anschließenden Spalt 58 und eine - oder in einer alternativen Ausführungsform mehrere - Bohrungen 60 in der Innenkappe 32 ist ein Kanal 72 gebildet, der den Speicherraum 40 mit dem Hohlraum 22 verbindet.
In Fig. 2 sind die entsprechenden Verhältnisse vergrößert dargestellt. In der gezeigten Situation der Öffnungsstellung 47 des Kanals 72 gelangt Opferlösemittel 45 aus dem Speicherraum 40 durch den Ringspalt 56. Opferflüssigkeit 44 hingegen wird wegen der kleinen Dimensionierung der lichten Weite des Ringspalts 56 zurückgehalten. Opferlösemittel 45 umgibt daher im Hohlraum 22 die Applikatorspitze 16, um diese vor Austrocknung zu schützen.
Zur Aufrechterhaltung des Ringspalts 56 bzw. zur konzentrischen Lagerung der Innenkappe 32 in der Außenkappe 30 ist diese über drei - oder in einer alternativen Ausführungsform mehrere - an ihrem Umfang verteilte Nasen 62 und eine an der Innenseite 51 der Außenkappe 30 angebrachte Ringdichtung 64 zentriert. Die einzelnen Nasen 62 lassen außerdem zwischen sich Raum zur Bildung des Kanals 72 frei. Die Ringdichtung 64 begrenzt hierbei außerdem den Spalt 58 in der gezeigten Öffnungsstellung 47 zur Öffnung 24 hin. Der Hohlraum 22 wiederum ist durch eine an der Innenseite 63 der Innenkappe 32 angebrachte, auf den Schaftabschnitt 14 wirkende Ringdichtung 66 abgedichtet. Zusätzlich ist die Außenkappe 30 mit einer weiteren Ringdichtung 68 nochmals gegenüber dem Schaft 4 bzw. Container 8 abgedichtet. Zur sicheren Befestigung der Kappe 6 auf dem Schaft 4 sind beide Bauteile mit einem Abschnitt 70 versehen, der im Ausführungsbeispiel als Schraubgewinde ausgeführt ist.
Zur Benutzung des Stiftes 2 wird die Kappe 6 zunächst durch Abschrauben vom Abschnitt 70 gelöst. Hierdurch überwindet die Ringdichtung 64 einen nach innen vorspringenden Absatz 69 der Innenkappe 32, weshalb sich der Reibungswiderstand zwischen Außenkappe 30 und Innenkappe 32 sprunghaft verringert. Die Außenkappe 30 wird dann weiter in Richtung des Pfeils 50 abgezogen. Zunächst findet hierbei eine Relativbewegung zwischen Außenkappe 30 und Innenkappe 32 statt, da die Innenkappe 32 zunächst am Schaftabschnitt 14 gehalten ist, also zum Schaft 4 zunächst in unveränderter Position verbleibt. Dies ist bewerkstelligt durch am Schaftabschnitt 14 außen angeordnete Rastnasen 80, welche einen entsprechenden Rastvorsprung 82 an der Innenkappe 32 hintergreifen. Fig. 3 zeigt hierzu das entsprechende Detail III.
Die Außenkappe 30 bewegt sich also in Richtung des Pfeils 50 immer weiter von der Innenkappe 32 ab, bis das Dichtelement 52 den Längsabschnitt 54 verlässt und dichtend auf ein an der Innenseite 51 der Außenkappe 30 angeordnetes Verschlusselement 84 aufläuft, das im Ausführungsbeispiel als Ringdichtung ausgeführt ist. Die entsprechende Situation ist in Fig. 4 und im Detail in Fig. 5 dargestellt. Durch das Verschlusselement 84 wird der Ringspalt 56 und damit der gesamte Kanal 72 verschlossen bzw. der Speicherraum 40 hermetisch verschlossen. Lösemittel 44 kann nicht über den nun nicht mehr gegenüber der Umgebung abgedichteten Spalt 58 nutzlos ausdampfen. In der in Fig. 4 bzw. Fig. 5 gezeigten Situation endet die Relativbewegung zwischen Außenkappe 30 und Innenkappe 32, da die Nase 62 an der Ringdichtung 64 anschlägt. Die Ringdichtung 64 erfüllt damit neben ihrer Dichtfunktion einen Doppelzweck als Anschlag 65. Weiteres Ziehen an der Außenkappe 30 in Richtung des Pfeils 50 überwindet die Rastkraft der Rastnasen 80 aus den Rastvorsprüngen 82 und bewirkt somit deren Auslösen und damit ein Lösen der gesamten Kappe 6 vom Schaft 4 bzw. Schaftabschnitt 14. Die an der Außenkappe 30 aufgewendete Kraft überwindet hierbei zwar die Rastkraft, jedoch nicht die höhere Anschlagkraft der Nasen62 am Anschlag 65. Fig. 4 bzw. 5 zeigt also den Kanal 72 bzw. die gesamte Kappe 6 in der nunmehr erreichten Dichtstellung 49.
Fig. 6 zeigt die vollständig gelöste Kappe 6. In Fig. 6 ist nochmals deutlich zu erkennen, dass der Speicheraum 40 durch die Ringdichtung 84 in Zusammenwirkung mit dem Dichtelement 52 der Innenkappe 32 dicht gegenüber dem nun mit der Umgebung kommunizierenden Hohlraum 22 bzw. den Spalt 58 abgeschlossen ist, um ein unnötiges Ausdampfen der Opferflüssigkeit 44 zu verhindern. An der Öffnung 24 bildet der Endabschnitt der Innenhülse 32 eine Schürze 86. Diese schiebt sich beim Lösen der Kappe 6 durch die Relativbewegung von Außenhülse 30 und Innenhülse 32 über die Innenseite des Abschnitts 70 der Außenhülse 30. So ist das Schraubgewinde z.B. vor Kontakt mit der Applikatorspitze 16 und damit vor Verschmutzung z.B. mit dem Auftragsfluid 12 geschützt.
Fig. 7 zeigt nochmals im Detail VII den Anschlag der Nase 62 an der Ringdichtung 64.
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch die Kappe 6 und insbesondere das konzentrische Einliegen des Speicherelementes 42 in den Klemmstegen 46 der Außenkappe 30.
Fig. 9 zeigt bei entgegen der Richtung des Pfeils 50 herausgezogener Innenkappe 32 aus der Außenkappe 30 deren dichtendes Einliegen im Verschlusselement 84.
Fig. 10 zeigt die über den Umfang der Innenkappe 32 verteilten Nasen 62, welche zum Hintergreifen der Ringdichtung 64 dienen.
Beim Aufsetzen der Kappe 6 auf den Schaft 4 gelangt zunächst der Schaftabschnitt 14 in Berührung mit der Innenkappe 32 und übt auf diese eine Kraft in Richtung des Pfeils 50 aus, weshalb in dieser Richtung eine Relativbewegung zwischen Innenkappe 32 und Außenkappe 30 stattfindet. Das Dichtelement 52 gleitet vom Verschlusselement 84 ab und gibt den Ringspalt 56 bzw. den Kanal 72 frei. Die Relativbewegung wird solange fortgesetzt, bis das nun von der Schürze 86 wieder freigegebene Gewinde im Abschnitt 70 in Eingriff tritt. Durch das Aufschrauben der Kappe 6 auf den Schaft 4 gleitet schließlich die Innenkappe 32 weiter in die Außenkappe 30, bis sie mit ihren Boden 38 die Enden 48 der Klemmstege 46 erreicht und dort anschlägt. Zuletzt rasten dann die Rastnasen 80 hinter die Rastvorsprüngen 82, wobei gleichzeitig die Kappe 6 mit Hilfe des Schraubgewindes endgültig und unter Eingriff sämtlicher Dichtungen 64,66 und 68 dichtend auf den Schaft 4 gelangt.
Da das Mitnehmerelement 39 der Innenhülse 32 sowohl die beim Abziehvorgang benutzten Rastnasen 62 als auch die Rastvorsprünge 82 trägt, verursacht dieses die Bewegung des Bodens 38.
Fig. 11 zeigt einen Ausschnitt aus einer alternativen Kappe 6. Anstelle des Speicherelements 42 ist mit Hilfe der Klemmstege 46 eine Kartusche 90 am Boden 36 im Speicherraum 40 eingeklemmt. Die Kartusche 90 umschließt mit einer diffusionsdichten Wand 94 ein Reservoir 92 für Opferflüssigkeit 44. An der dem Boden 36 abgewandten Seite ist das Reservoir 92 von einer Membran 96 - oder alternativ einer gesinterten Scheibe - verschlossen. Diese erlaubt das Durchtreten von Opferlösemittel 45, hält jedoch die Opferflüssigkeit 44 zurück. Die Membran bzw. gesinterte Scheibe ist z.B. mit der Wand 94 dichtend verschweißt. Bei der Montage des Stiftes 2 wird die Kartusche in Richtung des Pfeils 50 in die Kappe 6 eingeführt.
In einer alternativen Ausführungsform einer Kappe 6 enthält diese keine Kartusche 90. Der Speicherraum 40 ist dann alleine mit Opferflüssigkeit 44 gefüllt. Bei dieser Ausführungsform ist die Innenkappe 32 fest, also nicht verschiebbar in der Außenkappe 30 angeordnet. Dies ist z.B. durch eine geeignete, nicht dargestellte Klemmvorrichtung zwischen beiden Teilkappen bewerkstelligt. Der Kanal 72 übt dann auf die Opferflüssigkeit 44 eine Kapillarkraft aus und verjüngt sich in Richtung des Pfeils 50. Hierdurch ist ein Austreten von Opferflüssigkeit 44 aus dem Speicherraum 40 verhindert, deren Verdunstung jedoch sichergestellt.
Fig. 12 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Kartusche 90, bei welcher die Wand 94 einstückig mit der Innenkappe 32 bzw. deren Boden 38 ausgeführt ist. Die Membran 96 ist entgegen Fig. 11 hier dem Boden 36 zugewandt. Da wie in Fig. 11 auch in Fig. 12 die Kartusche 90 den Speicherraum 40 nicht vollständig ausfüllt, kann wiederum Opferlösemittel 45 durch den Kanal 72 in bekannter Weise in den Hohlraum 22 gelangen.
Auch gemäß Fig. 12 ist eine alternative Ausführungsform der Kappe 6 denkbar, bei welcher die Innenkappe 32 fest, also nicht verschiebbar in der Außenkappe 30 gelagert. Hier sind jedoch - im Gegensatz zur entsprechenden Ausführungsform gemäß Fig. 11 - beide Teilkappen im Bereich des Dichtelements 52 gegeneinander abgedichtet. Dort kann also kein Opferlösemittel 45 bzw. keine Opferflüssigkeit 44 durchtreten. Ein Kanal 72 ist dort nicht länger vorhanden. Anstelle dessen ist in den Boden 38 ein kapillarer Kanal 106 eingelassen, der den Kanal 72 für die Diffusion von Opferlösemittel 45 bzw. Opferflüssigkeit 44 bildet. Diese gelangt dann durch den Kanal 106 direkt vom Speicherraum 40 in den Hohlraum 22. In dieser Ausführungsform ist die nicht weiter benötigte Membran 96 durch einen dichtenden Wandabschnitt 108 ersetzt.
Fig. 13 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform einer Kartusche 90. Hier ist der Boden 38 der Kappe 6 mit einer Durchbrechung 98 versehen, welche jedoch durch die Kartusche 90 wieder verschlossen ist. Die Kartusche 90 wird hier bei der Montage des Stiftes 2 entgegen der Richtung des Pfeils 50 in die Außenkappe 30 eingepresst, bis sie mit einem Vorsprung 100 an einem Anschlag 102 dichtend anschlägt.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Wand 94 im Bereich des Bodens 38 aufgebrochen und an dieser Stelle ein durchsichtiges Fenster 104 eingesetzt. Dieses erlaubt eine optische Füllstandskontrolle der Kartusche 90 bezüglich der Opferflüssigkeit 44. Denkbar ist auch, den gesamten Behälter, also insbesondere die gesamte Wand 94 durchsichtig zu gestalten.
Fig. 14 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Kartusche 90 zu Fig. 13, wobei hier lediglich Vorsprung 100 und Anschlag 102 in entgegengesetzter Richtung ausgeführt sind, so dass bei der Montage des Stiftes 2 die Kartusche 90 in Richtung des Pfeils 50 in die Außenkappe 3 eingesetzt wird.

Claims

Stift (2) mit einem ein Reservoir (10) und eine Applikatorspitze (16) für ein Auftragsfluid (12) umfassenden Schaft (4), mit dem Auftragsfluid (12) das ein bei Raumtemperatur flüchtiges Lösungsmittel (13) enthält, und mit einer auf den Schaft (4) aufgesetzten, einen die Applikatorspitze (16) aufnehmenden Hohlraum (22) aufweisenden Verschlusskappe (6), wobei diese einen Speicherraum (40) zur Aufnahme einer bei Raumtemperatur flüchtigen Opferflüssigkeit (44) und einen den Speicherraum (40) mit dem Hohlraum (22) fluidisch verbindenden Verbindungskanal (72) enthält, wobei die Verschlusskappe (6) ein Dichtelement (52) enthält, das zwischen einer den Verbindungskanal (72) verschließenden Dichtstellung und einer den Verbindungskanal (72) freigebenden Öffnungsstellung axial verschiebbar ist, wobei das Dichtelement (52) zu seiner Bewegung in Öffnungs- und/oder Schließrichtung mit einem in den Hohlraum (22) der Verschlusskappe (6) ragenden Schaftabschnit (14) des Schaftes (4) bewegungsgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet dass das Dichtelement (52) ein den Speicherraum (40) vom Hohlraum (22) unter Freilassung zumindest eines Längsabschnittes des Verbindungskanals (72) abgrenzendes Wandsegment (38), und ein mit dem Schaftabschnitt (14) zusammenwirkendes, der Kappenöffnung (24) zugewandtes Mitnehmerelement (39) umfasst, wobei zwischen der Verschlusskappe (6) und dem Wandsegment (38) ein Spalt (56) vorhanden ist, der zumindest einen Längsabschnitt des Verbindungskanals (72) bildet und wobei der Spalt (56) in Schließstellung des Dichtelements (52) von einem an der Innenseite (51) der Verschlusskappe (6) angeordneten Verschlusselement (84) verschlossen wird.
Stift (2) nach Anspruch 1, bei dem der Spalt (56) einen geringeren Strömungsquerschnitt als der restliche Verbindungskanal (72) aufweist.
Stift (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Spalt (56) ein Ringspalt ist.
Stift (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verschlusselement (84) ein umlaufender Ringvorsprung ist.
Stift (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Dichtelement (52) Teil einer innerhalb der Verschlusskappe (6) angeordneten Innenkappe (32) ist.
Stift (2) nach Anspruch 5, bei dem das Wandsegment (38) den Boden und das Mitnehmerelement (39) die Wand der Innenkappe (32) bildet.
Stift (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem die Relativbewegung (50) von Dichtelement (52) und Verschlusskappe (6) beim Abnehmen der Verschlusskappe (6) begrenzenden axial wirksamen ersten Formschluss, und mit einem die Bewegungskopplung zwischen Dichtelement (52) und dem Schaftabschnitt (14) beim Abnehmen der Verschlusskappe (6) bewirkenden zweiten Formschluss, wobei der erste Formschluss in Axialrichtung gesehen - eine größere Festigkeit aufweist als der zweite Formschluss.
Stift (2) nach Anspruch 7, bei dem erster bzw. zweiter Formschluss durch sich radial überlappende Vorsprünge an Verschlusskappe (6) und Dichtelement (52) bzw. Dichtelement (52) und Schaftabschnitt (14) gebildet sind.
Stift (2) nach Anspruch 8, bei dem der erste Formschluss durch einen Anschlag (65) der Verschlusskappe (6) und einen Vorsprung (62) des Dichtelements (52), und der zweite Formschluss durch eine Rastnase (80) am Schaftabschnitt (14) und einen Rastvorsprung (82) am Dichtelement (52) gebildet ist.
Stift (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem mit dem Dichtelement (52) bewegungsgekoppelten Abdeckelement (86), die einen an die Öffnung (24) anschließenden Abschnitt (70) der Verschlusskappe (6) in deren gelöstem Zustand verdeckt.
Stift (2) nach Anspruch 10 in Verbindung mit Anspruch 5, bei dem das Abdeckelement (86) der der Öffnung (24) zugewandte Endabschnitt der Innenkappe (32) ist.
Stift (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Speicherraum (40) ein Speicherelement (42) für die Opferflüssigkeit (44) enthält.
Stift (2) nach Anspruch 12, bei dem das Speicherelement (42) eine Kartusche (90) ist.
Stift (2) nach Anspruch 13, bei dem die Verschlusskappe (6) im Bereich des Speicherraums (40) eine Durchbrechung (98) aufweist, in der die Kartusche (90) einliegt.
Stift (2) nach Anspruch 13 in Verbindung mit Anspruch 5, bei dem zumindest ein Teil der Kartusche (90) einstückig mit der Innenkappe (32) ausgeführt ist.
Stift (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil des Verbindungskanals (72) als kapillarer Kanal (106) ausgebildet ist.