EP2198970B1 - Kartuschenkolben - Google Patents

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EP2198970B1
EP2198970B1 EP09176564.4A EP09176564A EP2198970B1 EP 2198970 B1 EP2198970 B1 EP 2198970B1 EP 09176564 A EP09176564 A EP 09176564A EP 2198970 B1 EP2198970 B1 EP 2198970B1
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EP
European Patent Office
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piston
cartridge
axis
accordance
edge
Prior art date
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EP09176564.4A
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French (fr)
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EP2198970A1 (de
EP2198970B2 (de
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Manfred Obrist
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Medmix Switzerland AG
Original Assignee
Sulzer Mixpac AG
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Publication date
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Application filed by Sulzer Mixpac AG filed Critical Sulzer Mixpac AG
Priority to EP09176564.4A priority Critical patent/EP2198970B2/de
Publication of EP2198970A1 publication Critical patent/EP2198970A1/de
Publication of EP2198970B1 publication Critical patent/EP2198970B1/de
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C17/00—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces
    • B05C17/005—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces for discharging material from a reservoir or container located in or on the hand tool through an outlet orifice by pressure without using surface contacting members like pads or brushes
    • B05C17/00576—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces for discharging material from a reservoir or container located in or on the hand tool through an outlet orifice by pressure without using surface contacting members like pads or brushes characterised by the construction of a piston as pressure exerting means, or of the co-operating container
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    • B05C17/00579—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces for discharging material from a reservoir or container located in or on the hand tool through an outlet orifice by pressure without using surface contacting members like pads or brushes characterised by the construction of a piston as pressure exerting means, or of the co-operating container comprising means for allowing entrapped air to escape to the atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D83/00—Containers or packages with special means for dispensing contents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D83/00—Containers or packages with special means for dispensing contents
    • B65D83/0005—Containers or packages provided with a piston or with a movable bottom or partition having approximately the same section as the container

Definitions

  • the invention relates to a piston for a cartridge, in particular for the discharge of solids containing fillings.
  • the fillings may contain multicomponent mixtures.
  • Such a piston is for example from the DE 200 10 417 U1 known.
  • the piston has a first piston part, which is provided with a sealing lip. The sealing lip abuts the cartridge wall.
  • FIG. 1 Another prior art piston is in the EP1 165 400 B1 disclosed.
  • This piston is made of a soft plastic, for example LDPE (low density polyethylene), in order to achieve the required sealing effect towards the cartridge wall.
  • LDPE low density polyethylene
  • Such a piston can be only partially compatible with materials which form the filling of the cartridge.
  • a cover plate is used, which consists of a plastic which is resistant to the filling.
  • the cover plate covers a majority of the cross-sectional area on the delivery side, with the exception of the edge region, which is adjacent to the cartridge wall.
  • the edge region is formed by a leg which extends outside the cover disk along the outer circumference of the piston in the direction of the delivery side. The leg is separated from the cover by a V-shaped groove.
  • the piston is the CH 610 994 only with an adapted to the geometry of the piston Ausd Wegstössel usable when viscous or pasty media to be discharged with this piston from a cartridge. This means that this piston is not compatible with standard dispensers.
  • the object of the invention is to provide an improvement to said piston, so that solids containing material can be discharged with the piston, wherein the tightness of the piston is ensured. Furthermore, the piston should be displaceable by means of commercial dispensing devices in the cartridge.
  • a piston which contains a stripping element which serves for stripping solid particles from the piston wall.
  • the piston comprises a piston body, which is surrounded by a delivery side, an opposite drive side and the circumference of a piston skirt, wherein the piston skirt a connection formed between the delivery side and the drive side, wherein the piston skirt is disposed about a piston axis, wherein the piston skirt on the delivery side merges into a projection having a guide element for guiding the piston in a cartridge, which is for making a sealing contact with a wall of the Cartridge is suitable.
  • the projection comprises a stripping element, which has a smaller distance to the delivery side, than the guide element. The distance to the delivery side is determined in the direction of the piston axis.
  • the delivery side is the surface of the piston which is in contact with the charge.
  • the filling is located in a cartridge in which the piston is displaceable.
  • the surface is usually part of a plane that is normal to the piston axis. The surface need not coincide with this plane, but may deviate therefrom, if the piston has a curvature, or recesses and projections for receiving stiffening elements, protective elements, venting elements and the like.
  • a reference surface is assumed which lies in a plane which is normal to the piston axis and which contains the point (s) of the piston which project furthest into the filling. In other words, if one were to place the piston with its delivery side on a flat surface and align it so that its piston axis is normal to this surface, this flat surface forms the reference surface.
  • the stripping element has a smaller distance to the reference surface than the guide element.
  • the stripping element has a section which is inclined with respect to the piston axis such that the stripping element is pressed against the wall of the cartridge when a component is discharged
  • the scraper element has an edge which contains points of the scraper element farthest from the piston axis in the radial direction.
  • the guide element has a distance from the piston axis in the radial direction, which is greater than the distance of the edge of the piston axis. This means that the guide element has a larger diameter has as the edge.
  • the guide member contacts the wall of a cartridge when the piston is in the cartridge.
  • the guide element may even have a diameter which is greater than the inner diameter of the cartridge, that is to say have an excess in relation to the inner diameter of the cartridge.
  • the edge of the stripping element has a radial distance R1 from the piston axis and the guide element has a distance R2 from the piston axis, wherein the difference is at most 0.5 mm, preferably 0.3 mm, particularly preferably 0.2 mm. Because the wiping element thus has a smaller radial extent than the guide element, it is not damaged during assembly of the piston with the cartridge. Once the wiper element is inserted into the cartridge, the piston is centered by the wiper element and canting can be avoided. If the piston is moved further into the interior of the cartridge, the guide element comes into contact with the circumference of the wall of the cartridge.
  • the force exerted by the wall on the guide element contact pressure will distribute evenly over the circumference of the guide element. As a result, damage to the guide element can be avoided.
  • the guide element can thus exert its sealing function as soon as it is in contact with the wall of the cartridge.
  • the edge defines a bearing surface, which is arranged between 80 ° and 110 °, in particular substantially normal to the piston axis.
  • a bearing surface of the scraper element adjoins the edge.
  • This support surface receives during the discharge of the proportion of the compressive forces which are exerted by the filling on the piston when the filling is to be discharged from the cartridge.
  • the forces acting on the bearing surface pressure forces have a resultant, which extends in the direction of the piston axis. If the support surface is arranged at an angle of 80 ° to 110 ° to the piston axis, the compressive forces cause the the projection belonging to the stripping element is deformed in such a way that the edge of the stripping element comes into contact with the wall of the cartridge.
  • the projection has an inclined surface instead of an edge.
  • the inclination thereof is designed such that the distance between the projection and the cartridge wall increases in the direction of the delivery side.
  • This inclined surface has the advantage that the piston can be better inserted into the cartridge.
  • the projection has a diameter which is larger than the inner diameter of the associated cartridge, the piston can be easily positioned in the bore of the cartridge.
  • the end of the projection is in contact with the cartridge wall. The farther the piston is inserted into the bore, the farther the line of contact between the projection and the cartridge wall moves away from the end of the projection.
  • the projection receives an ever greater bias.
  • the diameter of the projection increases more and more along the inclined surface.
  • the projection is deformed such that it can engage in the interior of the cartridge. It also follows that the projection is pressed with an increasing contact pressure against the wall, the further the assembly process progresses. This has the result that in the end position, when the piston is pushed so far into the interior of the cartridge that the sealing lip comes to rest on the inner wall, the end of the projection comes to lie at a distance from the cartridge wall.
  • the inclined surface remains.
  • the piston is displaced to discharge the filling with a discharge device, that is, for example, a plunger
  • the internal pressure of the filling exerts a force on the inclined surface in the direction of the piston axis. This force can be decomposed into a force component directed normal to the inclined surface and into a force component directed in the direction of the inclined surface. From the force diagram it follows that the force normal to the inclined surface seeks to move the projection away from the cartridge wall.
  • the angle can be determined as follows.
  • the piston axis facing edge of the support surface is a plane normal to the piston axis. This normal plane is cut with a plane extending in the direction of the piston axis, which contains the edge, so that there is a line of intersection.
  • the angle is spanned between the line of intersection and the line of intersection of the section with the plane extending in the direction of the piston axis.
  • the section is located on the side of the projection which is aligned with the piston axis, ie on the inside of the projection. On the section also acts a compressive force, which is due to the filling. This force may in turn be broken down into two force components, a normal component which is normal to the portion and a component which extends in the direction of the portion. Due to the normal component, the section and thus the projection including the edge is pressed against the cartridge wall. Thus, the way for the solid particles is blocked, it can therefore be avoided that solid particles come to rest between the cartridge wall and projection. It follows that by means of the projection, a redirection of any solid particles in the piston interior takes place.
  • annular piston additionally comprises an inner piston skirt, wherein the inner piston skirt defines the piston body on an inner side facing the piston axis, comprising an inner projection comprising an inner guide element for guiding the piston along the piston axis, wherein the inner guide element for producing a sealing Contact with a wall of the inner tube is suitable.
  • the inner projection comprises an inner stripping element, which has a smaller distance to the delivery side than the inner guide element.
  • the inner wiper element has an inner edge, the inner edge containing the points of the inner wiper element that are least distant from the piston axis in the radial direction.
  • the inner guide member has a distance from the piston axis in the radial direction, which is less than or equal to the distance of the inner edge of the piston axis.
  • the inner edge has a radial distance R3 from the piston axis and the guide element has a radial distance R4 from the piston axis, the difference between R3 and R4 being at most 0.5 mm, preferably 0.3 mm, particularly preferably 0.2 mm.
  • the piston can be configured such that a protective element is attached to the piston body on the delivery side.
  • a protective element may be made of a material having a higher resistance to filling than the piston material.
  • the protective element can develop a protective function for the piston material.
  • the piston body or the protective element may include a venting element.
  • This venting element serves to remove gases from gas inclusions, which arise for example when inserting the piston into the cartridge wall, from the piston interior.
  • the gas may be air.
  • stiffening ribs On the drive side of the piston stiffening ribs may be arranged.
  • the provision of stiffening ribs ensures that the piston remains dimensionally stable, even when the discharge of the filling of the piston is placed under pressure by means of a discharge device.
  • a Kipp Fernauerselement may be arranged, which serves to improve the guidance of the piston in a cartridge.
  • the piston is guided non-tilting by the anti-tip element, which is in contact with the wall of the cartridge, that is, the axis of the piston body coincides with the piston axis.
  • the anti-tip element is ensured that the delivery side is arranged in a plane normal to the piston axis, or if the delivery side is not flat, that points of the delivery side piston surface, which are characterized by a certain radius and a certain height, along the circumference in substantially the same Normal level lie. If the piston tilted, the condition for such points would not be met.
  • a tilt protection element a peripheral contact with the wall of the cartridge can be maintained during the entire discharge process, so that a deflection of the piston can be prevented together with the guide element described earlier.
  • a discharge device comprises a piston according to one of the preceding embodiments.
  • the discharge device comprises a cartridge for discharging a plurality of components, wherein the components are arranged in juxtaposed or coaxial cavities of the cartridge.
  • the discharge device may comprise a discharge device, by means of which the piston is connectable on the drive side.
  • the piston according to one of the preceding embodiments use for the discharge of solids-containing fillings, as well as pasty or viscous masses.
  • Fig. 1 shows a piston, as it is known from the prior art.
  • the piston 101 comprises a piston body 102, which is usually made of plastic by means of an injection molding process.
  • the piston 101 is preferably used to fill in particular of fluid or pasty media out of a cartridge.
  • a wall 116 of the cartridge 117 is shown.
  • the piston 101 slides along the wall 116 and during this movement pushes the filling out through a discharge opening (not shown).
  • the media-side side of the piston 101 will be referred to below as the delivery side 103.
  • the discharge device of which a plunger element 118 is shown, is located on the side of the piston, which lies opposite the delivery side 103. This page is referred to below as the drive side 104.
  • the piston body 102 is thus limited by the drive side 104, the delivery side 103 and a piston skirt 105.
  • the piston skirt 105 forms the connection between the drive side 104 and delivery side 103.
  • the piston body has a plurality of recesses or is constructed as a hollow body.
  • the piston can contain a protective element 113.
  • a protective element 113 may be formed as a cover, the function of which is to shield the piston body from the filling. A cover is used when the filler tends to attack the piston material. This is especially true for soft plastic pistons such as LDPE.
  • LDPE is attacked by polyester resins and swells up.
  • the piston may also contain a venting element.
  • a venting element 114 is in Fig. 1 shown.
  • gas which is located in the interior of the cartridge 117 between the filling and the piston 101 can escape outwards, that is to say escape to the drive side 104, without the filling emerging.
  • the venting element 114 is closed as long as the cartridge is stored in the filled state. If the filling is to be discharged, the discharge device 118 is brought into contact with the piston on its drive side 104.
  • the pin protrudes beyond the surface which comes in contact with the discharge device on the drive side, so that the pin lifts off its seat 120 when the discharge device 118 comes into contact with the drive side 104.
  • a flow path for the gas is opened.
  • the gas enters the space between the valve body 122 and the piston body 102 via the flanks 121 of the valve body 122 in the form of a cover disk and leaves the piston via the opened flow path through the opening between the pin 119 and the seat 120.
  • the flanks 121 are engaged via latching connections with the piston body 102.
  • the flank 121 engages, for example, in a circumferential groove 123 of the piston body 102 on the delivery side 103. In Fig. 2 this is shown in detail.
  • the flank can also have a sealing lip 124, which engages in a recess 125 of a projection 106 of the piston 101.
  • a labyrinthine connection path between the piston body 102 and the cover plate 113 may be provided. Any filling material passing through the recesses is deposited along this labyrinthine communication path. This connection is not shown in detail.
  • the piston 101 must otherwise have means against the discharge of charge to the drive side.
  • at least one sealing lip is usually provided along the sliding surface on the wall of the cartridge.
  • this sealing lip is shown as a guide member 107, see in particular also Fig. 2 .
  • the guide member 107 is located on a projection 106 which extends between the groove 123 and the wall of the cartridge.
  • the protrusion 106 is formed as an arm communicating with the piston body 102. What is not visible in the sectional view is the fact that the arm belongs to an annular bead which extends along the entire circumference of the piston body 102 and forms a fluid-tight connection with the wall 116 of the cartridge 117.
  • Fig. 2 is a section of Fig. 1 , which in particular the projection 106 shows enlarged.
  • the projection comprises a guide element 107, which is intended to rest on the wall 116 of the cartridge 117.
  • an edge 110 adjoins the guide element and a support surface 111.
  • a further edge or a section 112 can adjoin the support surface, which protrudes into the filling.
  • the support surface is inclined with respect to the wall of the cartridge, in such a way that the distance of the support surface from the wall increases with increasing distance from the guide element.
  • the edge 110 is the end of the support surface that is the smallest distance from the wall of the cartridge, the portion 112 includes the opposite end of the support surface, which has the greatest distance from the wall of the cartridge.
  • the inclination of the support surface is chosen for the reason that the piston can be easily inserted into the interior of the cartridge.
  • the piston must not tilt during insertion into the cartridge and should not tilt, as in this case the sealing lip may be damaged.
  • the support surface 111 is tilted to keep the piston in the correct position relative to the wall 116 of the cartridge. In the correct position, the piston axis 109 is parallel to the wall 116 of the cartridge.
  • FIG. 3 shows a representation of the beginning of the discharge of a solids-containing filling with a piston according to Fig. 1 according to the prior art and Fig. 4 a representation of what the discharge may look like at a later date.
  • the projection 106 is already inserted into the interior of the cartridge.
  • the piston rests with the guide element 107 on the wall 116 of the cartridge.
  • the filling 124 is located on the delivery side 103 of the piston. Only a portion of the piston 101 is shown to better discern the details.
  • the projection is the same as in Fig. 1 or Fig. 2 described.
  • a pressure force from the filling acts on the piston.
  • This pressure force also acts on the projection and in particular on the bearing surface 111.
  • the resultant of the pressure force which is represented by an arrow 125, counteracts the discharge direction.
  • the resultant of the compressive force can be translated as vectorial greetings into a tangential component 126 and a normal component 127 are decomposed.
  • the normal component of the force can cause deformation by bending the projection 106. From the Fig. 3 it follows immediately that the projection 106 tends to be moved away from the wall of the cartridge by the normal component 127.
  • the position of the projection in advanced discharge is in Fig. 4 shown. Due to the internal pressure so the gap between support surface 111 and wall 116 is possibly greater. If the filling now contains solids that are in 3 or 4 As particles 128 are shown, individual particles can enter the gap between the bearing surface and the wall. As the discharge progresses, the particles will continue to penetrate the gap. In particular, if the particles have a greater hardness than the plastic of the piston, the particles damage the plastic, in particular the sealing lip or are bypassed by the plastic, that is, the sealing lip bulges, thus losing contact with the wall and the particle can - together With filling material from the interior of the cartridge leak, as in Fig. 4 shown.
  • Fig. 5 shows a first embodiment of a piston according to the invention.
  • the piston 1 comprises a piston body 2, a delivery side 3, a drive side 4, and a piston skirt 5.
  • the delivery side 3 is the boundary of the piston to the filling, the drive side 4, the boundary in the direction of the discharge.
  • the piston skirt connects delivery side 3 and drive side 4 and represents the boundary to the wall 16 of the cartridge 17.
  • the piston 1, the piston body 2, which is surrounded by a delivery side 3, an opposite drive side 4 and the circumference of the piston skirt 5, is preferably a plastic component, which has been advantageously produced by injection molding.
  • the piston skirt 5 forms a connection between the delivery side 3 and the Drive side 4, wherein the piston skirt 5 is arranged around a piston axis 9.
  • the piston skirt is rotationally symmetrical when the piston is intended to be received in a cylindrical cartridge.
  • the piston skirt 5 merges into a projection 6 on the delivery side 3.
  • the projection 6 is a thin-walled rotationally symmetrical body in the embodiment, which is visible in the sectional view as an arm of the piston body 2.
  • the projection 6 has a guide element 7 for guiding the piston in a cartridge 17, which is suitable for producing a sealing contact with a wall 16 of the cartridge 17.
  • the guide element may be formed in particular as a sealing lip. If necessary, a plurality of sealing lips may be provided.
  • the projection 6 comprises a stripping element 8, which has a smaller distance to the delivery side 3 than the guide element 7. To determine the distance, the dimension of the piston is determined which is closest to the filling or even extends into the filling. This dimension may be the piston surface in simple pistons, or the protective element 13 covering the piston surface, for example a cover plate.
  • a Kippschselement 18 may be arranged, which serves to improve the guidance of the piston in a cartridge.
  • the piston is guided by the anti-tip element 18, which is in contact with the wall 16 of the cartridge 17, non-tilting, that is, the axis of the piston body 2 coincides with the piston axis 9.
  • the anti-tip element 18 ensures that the delivery side 3 is arranged in a plane normal to the piston axis 9, or if the delivery side 3 is not a flat surface or contains portions that are not in a plane that points the delivery-side piston surface by a certain Radius and a certain height are located along the circumference in substantially the same normal plane. If the piston 1 tilted, the condition for such points would no longer be satisfied. Through such a tilt protection element 18, therefore, a circumferential contact with the wall 16 of the cartridge can be maintained throughout the discharge process, so that a deflection of the piston can be prevented together with the guide element 7 described earlier.
  • Fig. 5 it is the delivery end of the piston skirt 5, which is formed as a projection 6.
  • a normal plane to the piston axis 9 is placed.
  • the normal distance between this normal plane to the stripping element 8 is compared with the normal distance between the guide element 7 and this normal plane.
  • the point of the guide element 7 is selected, on which the guide element 7, the wall 16 of the cartridge 17 touches. Due to the rotational symmetry of the piston, this point is representative of all points of contact of the guide element 7 with the wall 16.
  • the distance between the point of contact of the guide element and the conveying side characterizing plane is therefore greater than the distance of any point of the stripping element 8 to the aforementioned plane ,
  • the stripping element 8 has an edge 10.
  • the edge 10 contains the points of the stripping element 8 farthest from the piston axis 9 in the radial direction.
  • proximity to the wall is understood to mean the contact of the edge 10 of the stripping element against the wall or a small distance from the wall, the distance being smaller is the average expected particle diameter.
  • the guide element 7 has a distance from the piston axis 9 in the radial direction, which is greater than or equal to the distance of the edge 10 from the piston axis 9.
  • the guide element rests against the wall of the cartridge and seals the interior of the cartridge containing the filling against the environment, so that leakage of the filling onto the drive side is prevented.
  • the edge 10 has a radial distance R1 from the Piston axis and the guide member 7 has a radial distance R2 of the piston axis, wherein the difference between R1 and R2 is at most 0.5 mm, preferably 0.3 mm, particularly preferably 0.2 mm. This distance corresponds to the distance of the edge 10 from the wall 16 of the cartridge, as long as no pressure force has been applied to the piston, that is, in a state in which the discharge has not yet begun.
  • the edge 10 defines a support surface 11, which is arranged between 80 ° and 110 °, in particular substantially normal to the piston axis 9.
  • the bearing surface is thus arranged such that any solid particles detected by means of the scraping element 8 are discharged together with the filling. If the support surface is arranged substantially normal to the piston axis, the solid particles can migrate in the direction of the piston axis. An accumulation of solid particles in the near wall region can thus be prevented.
  • the support surface 11 has a portion 12 which encloses an angle 19 of up to 80 °, preferably up to 60 °, more preferably up to 45 ° to the support surface.
  • the angle 19 can be determined as follows. By the piston axis 9 facing edge 30 of the support surface 12 a plane normal to the piston axis 9 is placed. This normal plane is cut with a plane extending in the direction of the piston axis, which contains the edge 30, so that there is a line of intersection. The angle 19 is spanned between the cutting line and the section line of the section 11 with the plane extending in the direction of the piston axis.
  • the slope of the section is towards the drive side, that is, each point of the section 11 remote from the edge 30 is closer to the drive side than the point at which the edge 30 intersects the cutting plane of the drawing.
  • the inclination of the section 12 thus takes place in the direction of the drive side.
  • Fig. 6 shows a section of the piston, the Fig. 5 in which the details concerning the projection 6 can be seen even better. From the piston body 2 projects an arm in the direction of the wall 16 of the cartridge 17, which the Projection 6 forms. On the function of the parts which have the same reference numerals as in Fig. 5 should not be further discussed, since they are not from Fig. 5 different.
  • an additional sealing lip 31 was provided. This further sealing lip 31 is particularly advantageous when the piston has a tendency to assume an inclination with respect to the piston axis. By providing a further sealing lip or a plurality of sealing lips, possible leaks resulting from this inclination can be prevented.
  • the attachment of a further sealing lip also has the advantage that, even if the guide element 7 or the first sealing lip attached thereto is damaged, there is still another sealing lip, so that it is ensured that the filling can not escape onto the drive side 4 with certainty.
  • a stripping element 8 which has a small distance from the wall 16 of the cartridge 17.
  • This stripping element 8 comprises a support surface 11, which extends almost over the entire width of the projection 6.
  • the support surface 11 extends in the sectional view from the edge 10 to the edge 30.
  • this support surface 11 is annular.
  • To the support surface 11 of the section 12 connects.
  • This section 12 includes with the plane passing through the edge 30 normal plane on the piston axis a large angle, which is between 60 and 90 °.
  • the choice of the inclination of the section can influence how strongly the wiper element 8 is pressed against the wall 16 during dispensing.
  • FIGS. 7 and 8 show two different positions of the piston 1, in Fig. 7 is a rest position shown. This rest position takes the piston before the start of the discharge and it corresponds to the position in which the filled cartridge can be transported and stored.
  • Fig. 8 shows a position at a time during which emptying, so a discharge of the filling takes place from the cartridge.
  • a compressive force acts 32 on the support surface 11, which is aligned substantially normal to the piston axis 9, a compressive force acts 32.
  • the compressive force generates a compressive stress in the interior of the projection 6.
  • a bending moment can be introduced into the projection when the pressing force 32 does not act on the support point , but this is offset.
  • the point of the shoulder 34 is defined, which corresponds to the center of gravity of a plane passing through the shoulder cutting plane. The cutting plane is laid so that it divides the shoulder into two substantially equal parts, measured at the smallest cross-section.
  • the projection deforms under the effect of the compressive force in such a way that a compression and a bend occur around the support point.
  • the attacking bending moment depending on the wall thickness of the projection 6, deformation of the projection and of the stripping element is either already caused or the tendency for deformation is intensified.
  • a compressive force engages along the section 12.
  • this compressive force can be decomposed into a tangential component 35 and a normal component 36.
  • the normal component 36 can in turn be decomposed into a radial component pointing in the direction of the wall 16 and into an axial component which is arranged parallel to the piston axis 9. It follows that the stripping element is displaced by this radial component against the wall 16 until the edge 10 comes into contact with the wall.
  • Fig. 9 shows an annular piston 51, as used for example for coaxial cartridges are used.
  • a coaxial cartridge two or more coaxially arranged cylindrical cavities are arranged. Each of these cavities is filled with a component.
  • the one or more internal cavities are completely surrounded by the outer cavity, which is formed as a cylindrical cartridge.
  • the annular piston 51 comprises a piston body 52, which is usually made of plastic by means of an injection molding process.
  • the annular piston 51 is preferably used to discharge a filling in particular of fluid or pasty media from a cartridge.
  • the filling may in particular also contain solid particles.
  • a wall 16 of the cartridge 17 is shown.
  • the annular piston 51 slides along the wall 16 and pushes in this movement, the filling through a discharge opening, not shown.
  • the media-side side of the piston 51 will be referred to below as the delivery side 53.
  • the dispenser which is not shown here, is located on the side of the piston, which is the delivery side 53 opposite. This page is referred to below as the drive side 54.
  • the piston body 52 is thus bounded by the drive side 54, the delivery side 53 and an outer piston skirt 5 and an inner piston skirt 55.
  • the outer piston skirt 5 may have the same structure as under Fig. 5 to Fig. 8 described.
  • the inner piston skirt 55 forms the inner connection between the drive side 54 and the delivery side 53.
  • the inner piston skirt 55 delimits the piston body 52 on an inner side 59 facing the piston axis 9.
  • the inner piston skirt 55 merges into a projection 56 on the delivery side 53.
  • the projection 56 is in the embodiment, a thin-walled rotationally symmetrical body, which is visible in the sectional view as an arm of the piston body 52.
  • the projection 56 has an inner guide element 57 for guiding the piston along, ie in the direction of the piston axis 9, for example along an inner tube 67.
  • the guide member 57 is suitable for making a sealing contact with a wall 66 of the inner tube 67.
  • the guide member 57 may be formed in particular as a sealing lip. If necessary, a plurality of sealing lips may be provided.
  • the projection 56 comprises a stripping element 58, which has a smaller distance to the delivery side 53 than the guide element 57.
  • the dimension of the piston is determined which is closest to the filling or even reaches into the filling.
  • This dimension can be simple Piston be the piston surface, or the piston surface covering protective element 63, for example, a cover.
  • the conveyor-side surface of the protective element 63 is placed a normal plane to the piston axis.
  • the normal distance between this normal plane to the stripping element 58 is compared with the normal distance between the guide element 57 and the normal plane.
  • the point of the guide element 57 is selected, on which the guide element 57 contacts the wall 66 of the inner tube 57. Due to the rotational symmetry of the piston, this point is representative of all points of contact of the guide member 57 with the wall 66.
  • the distance between the point of contact of the guide member 57 and the conveying side characterizing plane is therefore greater than the distance of any point of the stripping member 58 to the aforementioned Level.
  • the filling therefore "sees” during discharge only the stripping element 58, which rests against the wall 66 as soon as a pressure force is exerted on the piston. In the direction of the filling on the piston, the stripping element 58 thus lies in front of the guide element 57.
  • the stripping element 58 has an edge 60.
  • the edge 60 includes the closest of the piston axis 9 in the radial direction points of the stripping element 58.
  • the term proximity to the wall is the abutment of the edge 60 of the stripping element 58 on the wall or a small distance thereof to the wall understood, the distance smaller than average expected particle diameter is.
  • the guide element 57 has a distance from the piston axis 9 in the radial direction, which is less than or equal to the distance of the edge 60 from the piston axis 9.
  • the guide member 57 abuts against the wall 66 of the inner tube and seals the interior of the cartridge, which contains the filling, against the environment, so that leakage of the filling is prevented on the drive side.
  • the edge 60 has a radial distance R3 from the piston axis 9 and the inner guide member 57 a radial distance R4 from the piston axis, wherein the difference of R3 and R4 is at most 0.5 mm, preferably 0.3 mm, particularly preferably 0.2 mm. This radial distance corresponds to the distance of the edge 60 of the wall 66 of the inner tube, as long as no pressure force has been applied to the piston, that is, in a state in which the discharge has not yet begun.
  • the edge 60 defines a support surface 61, which is arranged between 80 ° and 110 °, in particular substantially normal to the piston axis 9.
  • the bearing surface is thus arranged such that any solid particles captured by the wiping element 58 are discharged together with the filling. If the support surface is arranged substantially normal to the piston axis, the solid particles can migrate in the direction of the piston axis. An accumulation of solid particles in the near wall region can thus be prevented.
  • the support surface 61 has a portion 62 which includes an angle 69 of up to 80 °, preferably up to 60 °, more preferably up to 45 ° to the support surface 61.
  • the angle 69 is measured from the bearing surface 61 or the normal plane to the piston axis, which contains the edge which forms between bearing surface 61 and section 62.
  • the slope of the section is toward the drive side, that is, each point of the section 61 that is away from the edge 80 is closer to the drive side 54 than the point at which the edge 80 intersects the cutting plane of the drawing. The inclination of the section 62 thus takes place in the direction of the drive side 54.
  • the annular piston may also contain a venting element, which is not shown here in the drawing.
  • the piston body may also have stiffening ribs 65 or a tilt protection element (18, 64).

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Kartusche, insbesondere zum Austrag von feststoffhaltigen Füllungen. Die Füllungen können Mehrkomponentengemische enthalten.
  • Ein derartiger Kolben ist beispielsweise aus der DE 200 10 417 U1 bekannt. Der Kolben weist ein erstes Kolbenteil auf, welches mit einer Dichtlippe versehen ist. Die Dichtlippe liegt an der Kartuschenwand an.
  • Ein weiterer vorbekannter Kolben ist in der EP1 165 400 B1 offenbart. Dieser Kolben besteht aus einem weichen Kunststoff, zum Beispiel LDPE (low density polyethylene), um zur Kartuschenwand hin die erforderliche Abdichtwirkung zu erzielen. Ein derartiger Kolben kann mit Materialien, welche die Füllung der Kartusche bilden, nur bedingt verträglich sein. Um zu vermeiden, dass der Kolben entlang seiner Förderseite mit derartigen Materialien in Kontakt kommt, wird eine Abdeckscheibe verwendet, welche aus einem Kunststoff besteht, der gegenüber der Füllung resistent ist. Die Abdeckscheibe deckt einen Grossteil der Querschnittsfläche auf der Förderseite ab, mit Ausnahme des Randbereichs, welcher benachbart zur Kartuschenwand ist. Der Randbereich wird durch einen Schenkel gebildet, der sich ausserhalb der Abdeckscheibe entlang des äusseren Umfangs des Kolbens in Richtung der Förderseite erstreckt. Der Schenkel ist von der Abdeckscheibe durch eine v-förmige Nut getrennt. Der Schenkel ist in diesem Ausführungsbeispiel zwar mit der Füllung in Kontakt, die übrigen Bereiche des Kolbens werden durch die Abdeckscheibe abgeschirmt. Für die meisten Füllungen gilt, dass ein Kontakt mit dem Kolbenmaterial zu einem Quellen des Kolbenmaterials führt, es somit zu einer Aufweitung im Bereich des Schenkels kommt. Dies hat den Vorteil, dass die Dichtwirkung allenfalls verstärkt wird. Alternativ dazu können auch mehrere Dichtlippen am Kolbenumfang angeordnet sein, was beispielsweise aus CH 610 994 bekannt ist.
  • Allerdings haben sich diese vorbekannten Kolben für den Austrag von feststoffhaltigen Füllungen als ungeeignet erwiesen. Feststoffe können in den Zwischenraum zwischen dem Ende des Schenkels und der Dichtlippe eintreten und in dem Zwischenraum gefangen bleiben. Wird der Austragvorgang fortgesetzt, überstreicht die Dichtlippe das an der Kartuschenwand liegende Feststoffkorn. Der Kontakt der Dichtlippe mit der Kartuschenwand geht verloren, dementsprechend ist die Dichtwirkung nicht mehr gegeben.
  • Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, eine Dichtlippe vorzusehen, die sich am äussersten Ende des Schenkels befindet. Allerdings eignet sich eine derartige Dichtlippe nicht für eine praktische Anwendung, da sie beim Einführen des Kolbens in die Kartusche leicht beschädigt wird. Diesem Problem kann dadurch abgeholfen werden, indem der Kolben selbst verformbar ausgestaltet ist, wie beispielsweise der Kolben der CH 610 994 .
  • Allerdings ist der Kolben der CH 610 994 nur mit einem an die Geometrie des Kolbens angepassten Ausdrückstössel verwendbar, wenn zähflüssige oder pastöse Medien mit diesem Kolben aus einer Kartusche ausgetragen werden sollen. Das heisst, dieser Kolben ist mit handelsüblichen Austraggeräten nicht kompatibel.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, zu den genannten Kolben eine Verbesserung zu schaffen, sodass mit dem Kolben feststoffhaltige Materialien ausgetragen werden können, wobei die Dichtigkeit des Kolbens gewährleistet bleibt. Des weiteren soll der Kolben mittels handelsüblichen Austraggeräten in der Kartusche verschiebbar sein.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Kolben gelöst, der ein Abstreifelement enthält, welches zum Abstreifen von Feststoffpartikeln von der Kolbenwand dient. Der Kolben umfasst einen Kolbenkörper, der von einer Förderseite, einer gegenüberliegenden Antriebsseite und umfangsseitig von einem Kolbenmantel umgeben ist, wobei der Kolbenmantel eine Verbindung zwischen der Förderseite und der Antriebsseite ausbildet, wobei der Kolbenmantel um eine Kolbenachse angeordnet ist, wobei der Kolbenmantel auf der Förderseite in einen Vorsprung übergeht, der ein Führungselement zur Führung des Kolbens in einer Kartusche aufweist, welches zur Herstellung eines dichtenden Kontakts mit einer Wand der Kartusche geeignet ist. Der Vorsprung umfasst ein Abstreifelement, welches einen geringeren Abstand zur Förderseite aufweist, als das Führungselement. Der Abstand zur Förderseite wird in Richtung der Kolbenachse ermittelt. Die Förderseite ist die Oberfläche des Kolbens welche mit der Füllung in Kontakt ist. Die Füllung befindet sich in einer Kartusche, in welcher der Kolben verschiebbar ist. Die Oberfläche ist zumeist Teil einer Ebene, die normal auf die Kolbenachse steht. Die Oberfläche muss nicht mit dieser Ebene zusammenfallen, sondern kann hiervon abweichen, wenn der Kolben eine Wölbung aufweist, oder Ausnehmungen und Vorsprünge zur Aufnahme von Versteifungselementen, Schutzelementen, Entlüftungselementen und dergleichen aufweisen. Zur Bestimmung der relativen Distanz von Förderelement und Abstreifelement wird eine Referenzfläche angenommen, die in einer Ebene liegt, die normal zur Kolbenachse aufgespannt ist und den oder die Punkte des Kolbens enthält, die am weitesten in die Füllung hineinragen. Oder anders ausgedrückt: Würde man den Kolben mit seiner Förderseite auf eine ebene Fläche stellen und so ausrichten, dass seine Kolbenachse normal auf diese Fläche ist, bildet diese ebene Fläche die Referenzfläche aus.
  • Nach dieser Definition weist das Abstreifelement eine geringere Distanz zur Referenzfläche als das Führungselement auf. Hierdurch werden beim Austragen der Füllung aus der Kartusche Feststoffpartikel vom Abstreifelement erfasst und von diesem ausgeschoben oder in Richtung der Kolbenachse umgelenkt, sodass die Feststoffpartikel vollständig mit der Füllung ausgetragen werden.
  • Erfindungsgemäss weist das Abstreifelement einen Abschnitt auf, der gegenüber der Kolbenachse so geneigt ist, dass das Abstreifelement beim Austragen einer Komponente gegen die Wand der Kartusche gedrückt wird
  • Das Abstreifelement weist eine Kante auf, die von der Kolbenachse in radialer Richtung am weitesten entfernten Punkte des Abstreifelements enthält. Das Führungselement hat einen Abstand von der Kolbenachse in radialer Richtung, der grösser als der Abstand der Kante von der Kolbenachse ist. Das heisst, dass das Führungselement einen grösseren Durchmesser aufweist als die Kante. Das Führungselement berührt die Wand einer Kartusche, wenn der Kolben sich in der Kartusche befindet. Das Führungselement kann sogar einen Durchmesser haben, der grösser als der Innendurchmesser der Kartusche ist, also ein Übermass in Bezug auf den Innendurchmesser der Kartusche aufweisen. Mittels des Führungselements erfolgt somit die Abdichtung des die Füllung enthaltenden förderseitigen Kolbenraums von der Antriebsseite.
  • Die Kante des Abstreifelements weist einen Radialabstand R1 von der Kolbenachse und das Führungselement weist einen Abstand R2 von der Kolbenachse auf, wobei die Differenz maximal 0.5 mm, bevorzugt 0.3 mm, besonders bevorzugt 0.2 mm beträgt. Weil das Abstreifelement somit eine kleinere radiale Ausdehnung aufweist als das Führungselement, wird es beim Zusammenbau des Kolbens mit der Kartusche nicht beschädigt. Sobald das Abstreifelement in die Kartusche eingeführt ist, wird der Kolben durch das Abstreifelement zentriert und ein Verkanten kann vermieden werden. Wird der Kolben weiter in den Innenraum der Kartusche hineinbewegt, kommt das Führungselement umfangsseitig in Kontakt mit der Wand der Kartusche. Da durch die Zentrierung des Abstreifelements allenfalls geringe Schrägstellungen des Kolbens möglich sind, wird der von der Wand auf das Führungselement ausgeübte Anpressdruck sich über den Umfang des Führungselements gleichmässig verteilen. Hierdurch kann eine Beschädigung des Führungselements vermieden werden. Das Führungselement kann somit seine Dichtfunktion ausüben, sobald es mit der Wand der Kartusche in Kontakt ist.
  • Die Kante begrenzt eine Auflagefläche, die zwischen 80° und 110° insbesondere im wesentlichen normal zur Kolbenachse angeordnet ist. An die Kante schliesst somit eine Auflagefläche des Abstreifelements an. Diese Auflagefläche nimmt während des Austrags der Füllung anteilig die Druckkräfte auf, welche von der Füllung auf den Kolben ausgeübt werden, wenn die Füllung aus der Kartusche ausgetragen werden soll. Die auf die Auflagefläche wirkenden Druckkräfte haben eine Resultierende, welche in Richtung der Kolbenachse verläuft. Ist die Auflagefläche in einem Winkel von 80° bis 110° zur Kolbenachse angeordnet, bewirken die Druckkräfte, dass der zu dem Abstreifelement gehörende Vorsprung derart verformt wird, dass die Kante des Abstreifelements mit der Wand der Kartusche in Berührung kommt.
  • Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorsprüngen, wie sie beispielsweise in der EP 1 165 400 B1 gezeigt sind, weist der Vorsprung anstatt einer Kante eine geneigte Oberfläche auf. Die Neigung derselben ist derart ausgestaltet, dass der Abstand zwischen Vorsprung und Kartuschenwand in Richtung der Förderseite zunimmt. Diese geneigte Oberfläche hat den Vorteil, dass der Kolben besser in die Kartusche eingeführt werden kann. Insbesondere wenn der Vorsprung einen Durchmesser aufweist, der grösser als der Innendurchmesser der zugehörigen Kartusche ist, kann der Kolben einfacher in der Bohrung der Kartusche positioniert werden. Zu Beginn des Montagevorgangs des Kolbens in der Kartusche ist das Ende des Vorsprungs mit der Kartuschenwand in Kontakt. Je weiter der Kolben in die Bohrung eingeschoben wird, desto weiter entfernt sich die Kontaktlinie zwischen Vorsprung und Kartuschenwand von dem Ende des Vorsprungs. Gleichzeitig erhält der Vorsprung eine immer grössere Vorspannung. Der Durchmesser des Vorsprungs nimmt entlang der geneigten Oberfläche immer mehr zu. Da der Innendurchmesser der Kartuschenwand aber vorgegeben ist, wird der Vorsprung derart verformt, dass er in den Innenraum der Kartusche eingreifen kann. Hieraus folgt auch, dass der Vorsprung mit einem zunehmenden Anpressdruck gegen die Wand gepresst wird, je weiter der Montagevorgang fortschreitet. Dies hat zur Folge, dass in der Endstellung, wenn der Kolben so weit in dem Innenraum der Kartusche eingeschoben ist, dass die Dichtlippe an der Innenwand zu liegen kommt, das Ende des Vorsprungs in einem Abstand zur Kartuschenwand zu liegen kommt. Die geneigte Oberfläche bleibt vorhanden. Wenn der Kolben zum Austrag der Füllung mit einem Austraggerät, das heisst, beispielsweise einem Stössel, verschoben wird, übt der Innendruck der Füllung auf die geneigte Oberfläche eine Kraft in Richtung der Kolbenachse aus. Diese Kraft kann in eine normal zur geneigten Oberfläche gerichtete Kraftkomponente und in eine in Richtung der geneigten Oberfläche gerichtete Kraftkomponente zerlegt werden. Aus dem Kräftediagramm ergibt sich, dass die normal auf die geneigte Oberfläche gerichtete Kraft den Vorsprung von der Kartuschenwand wegzubewegen sucht.
  • Wenn ein Feststoffpartikel zwischen die geneigte Oberfläche und die Kartuschenwand gelangt, unterstützt das Feststoffpartikel diese Tendenz. Das Feststoffpartikel wird einerseits durch den Druck der Füllung immer weiter in den Spalt zwischen der geneigten Oberfläche und der Kartuschenwand eingeklemmt. Da der Kolben und die Dichtlippe aus weichem Material bestehen, gibt das Kolbenmaterial nach und das Feststoffpartikel kann die Dichtlippe passieren. Hierdurch wird der Kontakt zwischen Dichtlippe und Kartuschenwand unterbrochen, somit kann das Feststoffpartikel und weiteres Füllmaterial austreten. Diese Undichtigkeit ist ein Problem, welches bei den Lösungen nach dem Stand der Technik häufig auftritt, insbesondere bei Verarbeitung von Füllungen, die Feststoffpartikel enthalten.
  • Vorteilhafterweise weist die Auflagefläche einen Abschnitt auf, der einen Winkel von bis zu 80°, bevorzugt bis zu 60°, besonders bevorzugt bis zu 45° zur Auflagefläche einschliesst. Der Winkel kann wie folgt ermittelt werden. Durch die der Kolbenachse zugewandte Kante der Auflagefläche wird eine Normalebene zur Kolbenachse gelegt. Diese Normalebene wird mit einer in Richtung der Kolbenachse verlaufenden Ebene, welche die Kante enthält geschnitten, sodass sich eine Schnittgerade ergibt. Der Winkel ist zwischen der Schnittgerade und der Schnittlinie des Abschnitts mit der in Richtung der Kolbenachse verlaufenden Ebene aufgespannt.
  • Der Abschnitt befindet sich auf der Seite des Vorsprungs, die zur Kolbenachse ausgerichtet ist, also an der Innenseite des Vorsprungs. Auf den Abschnitt wirkt ebenfalls eine Druckkraft, die durch die Füllung bedingt ist. Diese Kraft kann wiederum in zwei Kraftkomponenten zerlegt werden, eine Normalkomponente, welche normal zu dem Abschnitt ausgerichtet ist sowie eine Komponente, die in Richtung des Abschnitts verläuft. Durch die Normalkomponente wird der Abschnitt und somit der Vorsprung inklusive der Kante gegen die Kartuschenwand gedrückt. Somit ist der Weg für die Feststoffpartikel versperrt, es kann daher vermieden werden, dass Feststoffpartikel zwischen Kartuschenwand und Vorsprung zu liegen kommen. Hieraus folgt, dass mittels des Vorsprungs eine Umlenkung allfälliger Feststoffpartikel in den Kolbeninnenraum erfolgt.
  • Derselbe Vorteil ergibt sich für einen ringförmigen Kolben. Ein derartiger ringförmiger Kolben umfasst zusätzlich einen inneren Kolbenmantel, wobei der innere Kolbenmantel den Kolbenkörper an einer der Kolbenachse zugewandten Innenseite begrenzt, umfassend einen inneren Vorsprung, der ein inneres Führungselement zur Führung des Kolbens entlang der Kolbenachse umfasst, wobei das innere Führungselement zur Herstellung eines dichtenden Kontakts mit einer Wand des Innenrohrs geeignet ist. Der innere Vorsprung umfasst ein inneres Abstreifelement, welches einen geringeren Abstand zur Förderseite aufweist als das innere Führungselement.
  • Das innere Abstreifelement weist eine innere Kante auf, wobei die innere Kante die von der Kolbenachse in radialer Richtung am wenigsten weit entfernten Punkte des inneren Abstreifelements enthält.
  • Das innere Führungselement hat einen Abstand von der Kolbenachse in radialer Richtung, der kleiner oder gleich dem Abstand der inneren Kante von der Kolbenachse ist.
  • Die innere Kante weist einen Radialabstand R3 von der Kolbenachse auf und das Führungselement einen Radialabstand R4 von der Kolbenachse, wobei die Differenz zwischen R3 und R4 von maximal 0.5 mm, bevorzugt 0.3 mm, besonders bevorzugt 0.2 mm beträgt.
  • Der Kolben kann derart ausgestaltet sein, dass am Kolbenkörper auf der Förderseite ein Schutzelement angebracht ist. Ein derartiges Schutzelement kann aus einem Material gefertigt sein, welches eine höhere Beständigkeit in Bezug auf die Füllung hat wie das Kolbenmaterial. Somit kann das Schutzelement eine Schutzfunktion für das Kolbenmaterial entfalten.
  • Der Kolbenkörper oder das Schutzelement können ein Entlüftungselement enthalten. Dieses Entlüftungselement, dient dazu, Gase aus Gaseinschlüssen, die beispielsweise beim Einsetzen des Kolbens in die Kartuschenwand entstehen, aus dem Kolbeninnenraum zu entfernen. Insbesondere kann es sich bei dem Gas um Luft handeln.
  • Auf der Antriebsseite des Kolbens können Versteifungsrippen angeordnet sein. Das Vorsehen von Versteifungsrippen gewährleistet, dass der Kolben formstabil bleibt, auch wenn beim Austrag der Füllung der Kolben mittels eines Austraggeräts unter Druckbelastung gesetzt wird.
  • Auf der Antriebsseite des Kolbens kann ein Kippsicherungselement angeordnet sein, welches zur Verbesserung der Führung des Kolbens in einer Kartusche dient. Der Kolben wird durch das Kippsicherungselement, welches in Kontakt mit der Wand der Kartusche ist, kippsicher geführt, das heisst, die Achse des Kolbenkörpers fällt mit der Kolbenachse zusammen. Durch das Kippsicherungselement ist gewährleistet, dass die Förderseite in einer Normalebene zur Kolbenachse angeordnet ist, oder wenn die Förderseite nicht eben ist, dass Punkte der förderseitigen Kolbenoberfläche, die durch einen bestimmten Radius und eine bestimmte Höhe gekennzeichnet sind, entlang des Umfangs in im wesentlichen derselben Normalebene liegen. Würde der Kolben kippen, wäre die Bedingung für solche Punkte nicht erfüllt. Durch ein derartiges Kippsicherungselement kann ein umfangsseitiger Kontakt mit der Wand der Kartusche während des gesamten Austragsvorgangs aufrecht erhalten werden, sodass gemeinsam mit dem früher beschriebenen Führungselement eine Auslenkung des Kolbens verhindert werden kann.
  • Die Vorteile der besonderen Merkmale, die der Ringkolben aufweisen kann, entsprechen den Vorteilen, wie sie in Zusammenhang mit einem Kolben für einen zylindrischen Innenraum oder einen Innenraum anderer geometrischer Gestalt ohne Einbauten an früherer Stelle angeführt worden sind.
  • Eine Austragvorrichtung umfasst einen Kolben nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die Austragvorrichtung umfasst eine Kartusche zum Austrag von mehreren Komponenten, wobei die Komponenten in nebeneinander oder koaxial angeordneten Hohlräumen der Kartusche angeordnet sind. Des weiteren kann die Austragvorrichtung ein Austraggerät umfassen, mittels welchem der Kolben auf der Antriebsseite verbindbar ist.
  • Besonders vorteilhaft findet der Kolben nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele Verwendung für den Austrag von feststoffhaltigen Füllungen, sowie pastösen oder zähflüssigen Massen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Kolben gemäss des Standes der Technik
    Fig. 2
    einen Ausschnitt aus Fig. 1
    Fig. 3
    eine Darstellung des Beginns des Austrags einer feststoffhaltigen Füllung mit einem Kolben gemäss Fig. 1 nach dem Stand der Technik
    Fig. 4
    eine Darstellung des Austrags einer feststoffhaltigen Füllung mit einem Kolben gemäss Fig. 1 nach dem Stand der Technik
    Fig. 5
    einen Kolben gemäss eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung
    Fig. 6
    ein Detail der Fig. 5
    Fig. 7
    eine Darstellung des Beginns des Austrags einer feststoffhaltigen Füllung mit einem Kolben gemäss Fig. 5
    Fig. 8
    eine Darstellung des Austrags einer feststoffhaltigen Füllung mit einem Kolben gemäss Fig. 5
    Fig. 9
    einen Ringkolben gemäss eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt einen Kolben, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Kolben 101 umfasst einen Kolbenkörper 102, der meist mittels eines Spritzgiessverfahrens aus Kunststoff hergestellt ist. Der Kolben 101 wird bevorzugt verwendet, um eine Füllung insbesondere von fluiden oder pastösen Medien aus einer Kartusche auszutragen. Eine Wand 116 der Kartusche 117 ist dargestellt. Der Kolben 101 gleitet entlang der Wand 116 und schiebt bei dieser Bewegung die Füllung durch eine nicht dargestellte Austragöffnung aus. Die medienseitige Seite des Kolbens 101 soll im folgenden als Förderseite 103 bezeichnet werden. Um den Kolben in Bewegung zu versetzen und in Bewegung zu halten wird eine Druckkraft mittels eines Austraggeräts aufgebracht. Das Austraggerät, von welchem ein Stösselelement 118 dargestellt ist, befindet sich auf der Seite des Kolbens, die der Förderseite 103 gegenüber liegt. Diese Seite wird nachfolgend als Antriebsseite 104 bezeichnet.
  • Der Kolbenkörper 102 wird somit von der Antriebsseite 104, der Förderseite 103 sowie einem Kolbenmantel 105 begrenzt. Der Kolbenmantel 105 bildet die Verbindung zwischen Antriebsseite 104 und Förderseite 103. In den meisten Fällen weist der Kolbenkörper eine Mehrzahl von Ausnehmungen aus oder ist als Hohlkörper aufgebaut. Schon aus Gründen der Materialeinsparung sowie aufgrund der Schwierigkeiten, welche das Spritzgiessen von dickwandigen Bauteilen nach sich zieht, werden derartige Kolben schon ab Durchmessern von einigen Zentimetern als dünnwandige Bauteile hergestellt. Die erforderliche Formstabilität erhält der Kolben durch Versteifungsrippen 115. Zudem kann der Kolben ein Schutzelement 113 enthalten. Ein Schutzelement 113 kann als Abdeckscheibe ausgebildet sein, deren Funktion darin besteht, den Kolbenkörper von der Füllung abzuschirmen. Eine Abdeckscheibe wird dann verwendet, wenn das Füllmaterial dazu neigt, das Kolbenmaterial anzugreifen. Dies gilt insbesondere für Kolben aus weichem Kunststoff, wie beispielsweise LDPE. LDPE wird beispielsweise durch Polyesterharze angegriffen und quillt auf.
  • Der Kolben kann auch ein Entlüftungselement enthalten. Ein derartiges Entlüftungselement 114 ist in Fig. 1 gezeigt. Durch dieses Entlüftungselement kann Gas, welches sich im Innenraum der Kartusche 117 zwischen Füllung und Kolben 101 befindet, nach aussen, das heisst auf die Antriebsseite 104 entweichen, ohne dass die Füllung austritt. Das Entlüftungselement 114 ist geschlossen, solange die Kartusche in gefülltem Zustand gelagert wird. Soll die Füllung ausgetragen werden, wird das Austraggerät 118 mit dem Kolben auf seiner Antriebsseite 104 in Kontakt gebracht. Hierbei kommt das Austraggerät auch mit einem Zapfen 119 des Entlüftungselements 114 in Kontakt. Der Zapfen ragt über die Fläche, welche auf der Antriebsseite mit dem Austraggerät in Kontakt gelangt, hinaus, sodass der Zapfen von seinem Sitz 120 abhebt, wenn das Austraggerät 118 mit der Antriebsseite 104 in Kontakt kommt. Hierbei wird ein Strömungsweg für das Gas geöffnet. Das Gas tritt über die Flanken 121 des als Abdeckscheibe ausgebildeten Ventilkörpers 122 in den Zwischenraum zwischen Ventilkörper 122 und Kolbenkörper 102 ein und verlässt den Kolben über den geöffneten Strömungsweg durch die Öffnung zwischen Zapfen 119 und Sitz 120.
  • Die Flanken 121 stehen über Rastverbindungen im Eingriff mit dem Kolbenkörper 102. Hierzu greift die Flanke 121 beispielsweise in eine umlaufende Nut 123 des Kolbenkörpers 102 auf der Förderseite 103 ein. In Fig. 2 ist dies im Detail dargestellt. Die Flanke kann auch eine Dichtlippe 124 aufweisen, die in eine Ausnehmung 125 eines Vorsprungs 106 des Kolbens 101 eingreift. Für das Gas werden üblicherweise mehrere kleine Ausnehmungen in der Flanke vorgesehen. Im Anschluss an diese Ausnehmungen kann ein labyrinthartiger Verbindungsweg zwischen dem Kolbenkörper 102 und der Abdeckscheibe 113 vorgesehen sein. Allfälliges, durch die Ausnehmungen hindurchtretendes Füllmaterial wird entlang dieses labyrinthartigen Verbindungswegs abgelagert. Dieser Verbindungsweg ist nicht näher zeichnerisch dargestellt.
  • Der Kolben 101 muss ansonsten Mittel gegen den Austritt von Füllung auf die Antriebsseite aufweisen. Hierzu wird entlang der Gleitfläche an der Wand der Kartusche üblicherweise mindestens eine Dichtlippe vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Dichtlippe als Führungselement 107 dargestellt, siehe insbesondere auch Fig. 2. Das Führungselement 107 befindet sich an einem Vorsprung 106, der sich zwischen der Nut 123 und der Wand der Kartusche erstreckt. Der Vorsprung 106 ist als ein Arm ausgebildet, der mit dem Kolbenkörper 102 in Verbindung steht. Was im Schnittbild nicht sichtbar ist, ist die Tatsche, dass der Arm zu einem ringförmigen Wulst gehört, der sich entlang des gesamten Umfangs des Kolbenkörpers 102 erstreckt und eine fluiddichte Verbindung mit der Wand 116 der Kartusche 117 ausbildet.
  • Fig. 2 ist Ausschnitt von Fig. 1, welche insbesondere den Vorsprung 106 vergrössert zeigt. Der Vorsprung umfasst ein Führungselement 107, welches zur Auflage an der Wand 116 der Kartusche 117 bestimmt ist. In Richtung der Förderseite 103 schliesst an das Führungselement eine Kante 110 an sowie eine Auflagefläche 111. An die Auflagefläche kann eine weitere Kante oder ein Abschnitt 112 anschliessen, der in die Füllung hineinragt. Die Auflagefläche ist bezüglich der Wand der Kartusche geneigt, und zwar derart, dass die Entfernung der Auflagefläche von der Wand mit zunehmendem Abstand vom Führungselement zunimmt. Die Kante 110 ist das Ende der Auflagefläche, welches den geringsten Abstand zur Wand der Kartusche aufweist, der Abschnitt 112 enthält das gegenüberliegende Ende der Auflagefläche, welches den grössten Abstand zu der Wand der Kartusche aufweist. Die Neigung der Auflagefläche ist aus dem Grund gewählt, dass der Kolben leicht in den Innenraum der Kartusche eingeführt werden kann. Der Kolben darf während des Einführens in die Kartusche nicht verkanten und sich nicht schrägstellen, da in diesem Fall die Dichtlippe beschädigt werden kann. Aus diesem Grund wird die Auflagefläche 111 mit einer Neigung versehen, damit der Kolben in der korrekten Position bezogen auf die Wand 116 der Kartusche bleibt. In der korrekten Position ist die Kolbenachse 109 parallel zur Wand 116 der Kartusche.
  • Fig. 3 zeigt eine Darstellung des Beginns des Austrags einer feststoffhaltigen Füllung mit einem Kolben gemäss Fig. 1 nach dem Stand der Technik und Fig. 4 eine Darstellung, wie der Austrag zu einem nachfolgenden Zeitpunkt aussehen kann. In Fig.3 ist der Vorsprung 106 bereits in den Innenraum der Kartusche eingeführt. Der Kolben liegt mit dem Führungselement 107 auf der Wand 116 der Kartusche auf. Die Füllung 124 befindet sich auf der Förderseite 103 des Kolbens. Es ist nur ein Teil des Kolbens 101 gezeigt, damit die Einzelheiten besser erkennbar sind. Der Vorsprung ist gleich ausgestaltet wie in Fig. 1 oder Fig. 2 beschrieben. Wird nun der Kolbenkörper 102 von einem nicht dargestellten Austraggerät in Richtung der Kolbenachse 109 gegen die Füllung bewegt, wirkt eine Druckkraft von der Füllung auf den Kolben. Diese Druckkraft wirkt auch auf den Vorsprung und insbesondere auf die Auflagefläche 111. Die Resultierende der Druckkraft, die mit einem Pfeil 125 dargestellt ist, wirkt entgegen der Austragrichtung. Die Resultierende der Druckkraft kann als vektorielle Grüsse in eine Tangentialkomponente 126 und eine Normalkomponente 127 zerlegt werden. Die Normalkomponente der Kraft kann Verformungen durch Biegung des Vorsprungs 106 verursachen. Aus der Fig. 3 ergibt sich unmittelbar, dass der Vorsprung 106 durch die Normalkomponente 127 von der Wand der Kartusche tendenziell wegbewegt wird.
  • Die Position des Vorsprungs bei fortgeschrittenem Austrag ist in Fig. 4 gezeigt. Durch den Innendruck wird also der Spalt zwischen Auflagefläche 111 und Wand 116 allenfalls grösser. Wenn die Füllung nun Feststoffe enthält, die in Fig.3 oder 4 als Partikel 128 dargestellt sind, können einzelne Partikel in den Spalt zwischen Auflagefläche und Wand gelangen. Schreitet der Austrag weiter fort, werden die Partikel immer weiter in den Spalt eindringen. Insbesondere wenn die Partikel eine grössere Härte als der Kunststoff des Kolbens aufweisen, beschädigen die Partikel den Kunststoff, insbesondere die Dichtlippe oder werden vom Kunststoff umgangen, das heisst, die Dichtlippe wölbt sich auf, verliert somit den Kontakt zur Wand und das Partikel kann - zusammen mit Füllmasse aus dem Innenraum der Kartusche austreten, wie in Fig. 4 gezeigt.
  • Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kolbens gemäss der Erfindung. Der Kolben 1 umfasst einen Kolbenkörper 2, der eine Förderseite 3, eine Antriebsseite 4, sowie einen Kolbenmantel 5. Die Förderseite 3 ist die Begrenzung des Kolbens zu der Füllung, die Antriebsseite 4 die Begrenzung in Richtung des Austraggeräts. Der Kolbenmantel verbindet Förderseite 3 und Antriebsseite 4 und stellt die Begrenzung zur Wand 16 der Kartusche 17 dar.
  • Die Funktion des Schutzelements 13, eines Entlüftungselements 14 sowie der Versteifungsrippen 15 unterscheidet sich nicht vom Stand der Technik, daher wird bezüglich dieser Elemente auf die Beschreibung des Standes der Technik verwiesen.
  • Der Kolben 1, der Kolbenkörper 2, der von einer Förderseite 3, einer gegenüberliegenden Antriebsseite 4 und umfangsseitig von dem Kolbenmantel 5 umgeben ist, ist bevorzugt ein Kunststoffbauteil, welches vorteilhafterweise im Spritzgiessverfahren hergestellt worden ist. Der Kolbenmantel bildet 5 eine Verbindung zwischen der Förderseite 3 und der Antriebsseite 4 aus, wobei der Kolbenmantel 5 um eine Kolbenachse 9 angeordnet ist. Insbesondere ist der Kolbenmantel rotationssymmetrisch ausgebildet, wenn der Kolben zur Aufnahme in einer zylindrischen Kartusche bestimmt ist. Der Kolbenmantel 5 geht auf der Förderseite 3 in einen Vorsprung 6 über. Der Vorsprung 6 ist in dem Ausführungsbeispiel ein dünnwandiger rotationssymmetrischer Körper, der in der Schnittdarstellung als Arm des Kolbenkörpers 2 sichtbar ist. Der Vorsprung 6 weist ein Führungselement 7 zur Führung des Kolbens in einer Kartusche 17 auf, welches zur Herstellung eines dichtenden Kontakts mit einer Wand 16 der Kartusche 17 geeignet ist. Das Führungselement kann insbesondere als Dichtlippe ausgebildet sein. Bei Bedarf können auch eine Mehrzahl von Dichtlippen vorgesehen sein. Der Vorsprung 6 umfasst ein Abstreifelement 8, welches einen geringeren Abstand zur Förderseite 3 aufweist als das Führungselement 7. Zur Bestimmung des Abstandes wird die Abmessung des Kolbens bestimmt, die am nächsten zu der Füllung ist oder sogar in die Füllung hineinreicht. Diese Abmessung kann bei einfachen Kolben die Kolbenoberfläche sein, oder das die Kolbenoberfläche abdeckende Schutzelement 13, beispielsweise eine Abdeckscheibe.
  • Auf der Antriebsseite 4 des Kolbens kann ein Kippsicherungselement 18 angeordnet sein, welches zur Verbesserung der Führung des Kolbens in einer Kartusche dient. Der Kolben wird durch das Kippsicherungselement 18, welches in Kontakt mit der Wand 16 der Kartusche 17 ist, kippsicher geführt, das heisst, die Achse des Kolbenkörpers 2 fällt mit der Kolbenachse 9 zusammen. Durch das Kippsicherungselement 18 ist gewährleistet, dass die Förderseite 3 in einer Normalebene zur Kolbenachse 9 angeordnet ist, oder wenn die Förderseite 3 keine ebene Fläche ist oder Abschnitte enthält, die nicht in einer Ebene liegen, dass Punkte der förderseitigen Kolbenoberfläche, die durch einen bestimmten Radius und eine bestimmte Höhe gekennzeichnet sind, entlang des Umfangs in im wesentlichen derselben Normalebene liegen. Würde der Kolben 1 kippen, wäre die Bedingung für solche Punkte nicht mehr erfüllt. Durch ein derartiges Kippsicherungselement 18 kann somit ein umfangsseitiger Kontakt mit der Wand 16 der Kartusche während des gesamten Austragsvorgangs aufrecht erhalten werden, sodass gemeinsam mit dem früher beschriebenen Führungselement 7 eine Auslenkung des Kolbens verhindert werden kann.
  • Gemäss Fig. 5 ist es das förderseitige Ende des Kolbenmantels 5, der als Vorsprung 6 ausgebildet ist. Durch das Ende des Kolbenmantels oder gegebenenfalls einen anderen Punkt, der obiges Kriterium erfüllt, wird eine Normalebene zur Kolbenachse 9 gelegt. Der Normalabstand zwischen dieser Normalebene zum Abstreifelement 8 wird verglichen mit dem Normalabstand zwischen dem Führungselement 7 und dieser Normalebene. Insbesondere wird der Punkt des Führungselements 7 gewählt, an welchem das Führungselement 7 die Wand 16 der Kartusche 17 berührt. Aufgrund der Rotationssymmetrie des Kolbens ist dieser Punkt repräsentativ für alle Berührungspunkte des Führungselements 7 mit der Wand 16. Der Abstand zwischen dem Berührungspunkt des Führungselements und der die Förderseite charakterisierenden Ebene ist daher grösser als der Abstand jedes beliebigen Punkts des Abstreifelements 8 zu der vorher genannten Ebene.
  • Die Füllung "sieht" daher während des Austrags nur das Abstreifelement 8, welches an der Wand 16 anliegt, sobald auf den Kolben eine Druckkraft ausgeübt wird. In Blickrichtung von der Füllung auf den Kolben liegt das Abstreifelement 8 somit vor dem Führungselement 7. Durch dieses Merkmal ergibt sich bereits der Vorteil, dass die Füllung beim Austrag entlang der Auflagefläche 11 in Richtung der Kolbenachse geleitet wird. Durch die Nähe des Abstreifelements zur Wand können in der Füllung enthaltene Feststoffpartikel das Abstreifelement 8 nicht passieren. Insbesondere weist das Abstreifelement 8 eine Kante 10 auf. Die Kante 10 enthält die von der Kolbenachse 9 in radialer Richtung am weitesten entfernten Punkte des Abstreifelements 8. Unter dem Begriff Nähe zur Wand wird das Anliegen der Kante 10 des Abstreifelements an der Wand oder ein geringer Abstand derselben zur Wand verstanden, wobei der Abstand kleiner als durchschnittlich zu erwartende Partikeldurchmesser ist.
  • Das Führungselement 7 hat einen Abstand von der Kolbenachse 9 in radialer Richtung, der grösser oder gleich wie der Abstand der Kante 10 von der Kolbenachse 9 ist. Das Führungselement liegt an der Wand der Kartusche auf und dichtet den Innenraum der Kartusche, der die Füllung enthält, gegen die Umgebung ab, sodass ein Austreten der Füllung auf die Antriebsseite verhindert wird. Die Kante 10 weist einen Radialabstand R1 von der Kolbenachse aufweist und das Führungselement 7 einen Radialabstand R2 von der Kolbenachse aufweist, wobei die Differenz zwischen R1 und R2 maximal 0.5 mm, bevorzugt 0.3 mm, besonders bevorzugt 0.2 mm beträgt. Dieser Abstand entspricht dem Abstand der Kante 10 von der Wand 16 der Kartusche, solange auf den Kolben noch keine Druckkraft aufgebracht worden ist, das heisst also in einem Zustand, in dem mit dem Austrag noch nicht begonnen worden ist.
  • Die Kante 10 begrenzt eine Auflagefläche 11, die zwischen 80° und 110° insbesondere im wesentlichen normal zur Kolbenachse 9 angeordnet ist. Die Auflagefläche ist somit derart angeordnet, dass allfällige mittels des Abstreifelements 8 erfasste Feststoffpartikel gemeinsam mit der Füllung ausgetragen werden. Wenn die Auflagefläche im wesentlichen normal zur Kolbenachse angeordnet ist, können die Feststoffpartikel in Richtung der Kolbenachse wandern. Eine Ansammlung von Feststoffpartikeln im wandnahen Bereich kann somit verhindert werden.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Auflagefläche 11 einen Abschnitt 12 aufweist, der einen Winkel 19 von bis zu 80°, bevorzugt bis zu 60°, besonders bevorzugt bis zu 45° zur Auflagefläche einschliesst. Der Winkel 19 kann wie folgt ermittelt werden. Durch die der Kolbenachse 9 zugewandte Kante 30 der Auflagefläche 12 wird eine Normalebene zur Kolbenachse 9 gelegt. Diese Normalebene wird mit einer in Richtung der Kolbenachse verlaufenden Ebene, welche die Kante 30 enthält, geschnitten, sodass sich eine Schnittgerade ergibt. Der Winkel 19 ist zwischen der Schnittgerade und der Schnittlinie des Abschnitts 11 mit der in Richtung der Kolbenachse verlaufenden Ebene aufgespannt. Die Neigung des Abschnitts ist in Richtung der Antriebsseite, das heisst jeder Punkt des Abschnitts 11, der von der Kante 30 entfernt ist, hat einen geringeren Abstand zur Antriebsseite als der Punkt, an welchem die Kante 30 die Schnittebene der Zeichnung schneidet. Die Neigung des Abschnitts 12 erfolgt somit in Richtung der Antriebsseite.
  • Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt des Kolbens, der Fig. 5, in welchen die Details betreffend den Vorsprung 6 noch besser ersichtlich sind. Vom Kolbenkörper 2 ragt ein Arm in Richtung der Wand 16 der Kartusche 17, welcher den Vorsprung 6 bildet. Auf die Funktion der Teile, welche die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 tragen, soll nicht weiter eingegangen werden, da sie sich nicht von Fig. 5 unterscheidet. Zusätzlich zu der Darstellung gemäss Fig. 5 wurde eine weitere Dichtlippe 31 vorgesehen. Diese weitere Dichtlippe 31 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Kolben eine Tendenz hat, eine Schrägstellung in Bezug auf die Kolbenachse einzunehmen. Durch das Vorsehen einer weiteren Dichtlippe oder einer Mehrzahl von Dichtlippen, können mögliche Undichtigkeiten, die sich durch diese Schrägstellung ergeben, verhindert werden. Das Anbringen einer weiteren Dichtlippe hat auch den Vorteil, dass auch bei Beschädigung des Führungselements 7, bzw. der daran angebrachten ersten Dichtlippe, noch eine weitere Dichtlippe vorhanden ist, sodass sichergestellt ist, dass die Füllung mit Sicherheit nicht auf die Antriebsseite 4 austreten kann.
  • Des weiteren ist in Fig. 6 ein Abstreifelement 8 dargestellt, welches einen geringen Abstand zur Wand 16 der Kartusche 17 aufweist. Dieses Abstreifelement 8 umfasst eine Auflagefläche 11, die sich fast über die gesamte Breite des Vorsprungs 6 erstreckt. Die Auflagefläche 11 reicht in der Schnittdarstellung von der Kante 10 bis zur Kante 30. Für einen rotationssymmetrischen Kolben gilt, dass diese Auflagefläche 11 ringförmig ausgebildet ist. An die Auflagefläche 11 schliesst der Abschnitt 12 an. Dieser Abschnitt 12 schliesst mit der durch die Kante 30 verlaufenden Normalebene auf die Kolbenachse einen grossen Winkel ein, der zwischen 60 und 90° liegt.
  • Durch die Wahl der Neigung des Abschnitts kann Einfluss genommen werden, wie stark das Abstreifelement 8 während des Austragens gegen die Wand 16 gedrückt wird.
  • Fig. 7 und Fig. 8 zeigen zwei verschiedene Positionen des Kolbens 1, in Fig. 7 ist eine Ruheposition dargestellt. Diese Ruheposition nimmt der Kolben vor Beginn des Austrags ein und sie entspricht der Position, in welcher die gefüllte Kartusche transportiert und gelagert werden kann.
  • Fig. 8 zeigt eine Position zu einem Zeitpunkt, während dessen ein Entleeren, also ein Austrag der Füllung aus der Kartusche erfolgt.
  • Zur Veranschaulichung der während des Austrags auf den Kolben und somit auch auf das Abstreifelement 8 wirkenden Kräfte, werden die Kräfte auf die Auflagefläche 11 sowie den Abschnitt 12 eingezeichnet. Auf die Auflagefläche 11, die im wesentlichen normal zur Kolbenachse 9 ausgerichtet ist, wirkt eine Druckkraft 32. Die Druckkraft erzeugt eine Druckspannung im Inneren des Vorsprungs 6. Zusätzlich kann ein Biegemoment in den Vorsprung eingeleitet werden, wenn die Druckkraft 32 nicht auf den Auflagerpunkt wirkt, sondern hierzu versetzt ist. Als Auflagerpunkt wird hierbei der Punkt der Schulter 34 definiert, der dem Schwerpunkt einer durch die Schulter verlaufenden Schnittebene entspricht. Die Schnittebene wird so gelegt, dass sie die Schulter in zwei in im wesentlichen gleiche Teile teilt, gemessen am kleinsten Querschnitt.
  • Da als Kolbenmaterial vorzugsweise ein weicher, nachgiebiger Kunststoff zum Einsatz kommt, verformt sich der Vorsprung unter der Wirkung der Druckkraft dergestalt, dass eine Stauchung und eine Biegung um den Auflagerpunkt eintritt. Durch das angreifende Biegemoment wird somit abhängig von der Wandstärke des Vorsprungs 6 entweder bereits eine Verformung des Vorsprungs und des Abstreifelements hervorgerufen oder die Tendenz zu einer Verformung verstärkt.
  • Zusätzlich greift entlang des Abschnitts 12 eine Druckkraft an. Wie schon in Zusammenhang mit Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt, kann diese Druckkraft in eine Tangentialkomponente 35 und eine Normalkomponente 36 zerlegt werden. Die Normalkomponente 36 kann wiederum in eine Radialkomponente zerlegt werden, die in Richtung der Wand 16 zeigt, sowie in eine Axialkomponente, die parallel zur Kolbenachse 9 angeordnet ist. Hieraus folgt, dass das Abstreifelement durch diese Radialkomponente gegen die Wand 16 verschoben wird, bis die Kante 10 in Berührung mit der Wand kommt.
  • Fig. 9 zeigt einen Ringkolben 51, wie er beispielsweise für Koaxialkartuschen zum Einsatz kommt. In einer Koaxialkartusche sind zwei oder mehrere koaxial zueinander angeordnete zylindrische Hohlräume angeordnet. Jeder dieser Hohlräume ist mit einer Komponente befüllt. Der oder die inneren Hohlräume werden vollständig von dem äusseren Hohlraum umgeben, der als eine zylinderförmige Kartusche ausgebildet ist.
  • Der Ringkolben 51 umfasst einen Kolbenkörper 52, der meist mittels eines Spritzgiessverfahrens aus Kunststoff hergestellt ist. Der Ringkolben 51 wird bevorzugt verwendet, um eine Füllung insbesondere von fluiden oder pastösen Medien aus einer Kartusche auszutragen. Die Füllung kann insbesondere auch Feststoffpartikel enthalten. Eine Wand 16 der Kartusche 17 ist dargestellt. Der Ringkolben 51 gleitet entlang der Wand 16 und schiebt bei dieser Bewegung die Füllung durch eine nicht dargestellte Austragöffnung aus. Die medienseitige Seite des Kolbens 51 soll im folgenden als Förderseite 53 bezeichnet werden. Um den Kolben in Bewegung zu versetzen und in Bewegung zu halten wird eine Druckkraft mittels eines Austraggeräts aufgebracht. Das Austraggerät, welches hier nicht dargestellt ist, befindet sich auf der Seite des Kolbens, die der Förderseite 53 gegenüber liegt. Diese Seite wird nachfolgend als Antriebsseite 54 bezeichnet.
  • Der Kolbenkörper 52 wird somit von der Antriebsseite 54, der Förderseite 53 sowie einem äusseren Kolbenmantel 5 und einem inneren Kolbenmantel 55 begrenzt. Der äussere Kolbenmantel 5 kann den gleichen Aufbau haben, wie unter Fig. 5 bis Fig. 8 beschrieben. Der innere Kolbenmantel 55 bildet die innere Verbindung zwischen Antriebsseite 54 und Förderseite 53. Der innere Kolbenmantel 55 begrenzt den Kolbenkörper 52 an einer der Kolbenachse 9 zugewandten Innenseite 59.
  • Der innere Kolbenmantel 55 geht auf der Förderseite 53 in einen Vorsprung 56 über. Der Vorsprung 56 ist in dem Ausführungsbeispiel ein dünnwandiger rotationssymmetrischer Körper, der in der Schnittdarstellung als Arm des Kolbenkörpers 52 sichtbar ist. Der Vorsprung 56 weist ein inneres Führungselement 57 zur Führung des Kolbens entlang, also in Richtung der Kolbenachse 9, beispielsweise längs eines Innenrohrs 67 auf. Das Führungselement 57 ist zur Herstellung eines dichtenden Kontakts mit einer Wand 66 des Innenrohrs 67 geeignet. Das Führungselement 57 kann insbesondere als Dichtlippe ausgebildet sein. Bei Bedarf können auch eine Mehrzahl von Dichtlippen vorgesehen sein. Der Vorsprung 56 umfasst ein Abstreifelement 58, welches einen geringeren Abstand zur Förderseite 53 aufweist als das Führungselement 57. Zur Bestimmung des Abstandes wird die Abmessung des Kolbens bestimmt, die am nächsten zu der Füllung ist oder sogar in die Füllung hineinreicht. Diese Abmessung kann bei einfachen Kolben die Kolbenoberfläche sein, oder das die Kolbenoberfläche abdeckende Schutzelement 63, beispielsweise eine Abdeckscheibe. Durch die förderseitige Oberfläche des Schutzelements 63 eine Normalebene zur Kolbenachse gelegt. Der Normalabstand zwischen dieser Normalebene zum Abstreifelement 58 wird verglichen mit dem Normalabstand zwischen dem Führungselement 57 und der Normalebene. Insbesondere wird der Punkt des Führungselements 57 gewählt, an welchem das Führungselement 57 die Wand 66 des Innenrohrs 57 berührt. Aufgrund der Rotationssymmetrie des Kolbens ist dieser Punkt repräsentativ für alle Berührungspunkte des Führungselements 57 mit der Wand 66. Der Abstand zwischen dem Berührungspunkt des Führungselements 57 und der die Förderseite charakterisierenden Ebene ist daher grösser als der Abstand jedes beliebigen Punkts des Abstreifelements 58 zu der vorher genannten Ebene. Die Füllung "sieht" daher während des Austrags nur das Abstreifelement 58, welches an der Wand 66 anliegt, sobald auf den Kolben eine Druckkraft ausgeübt wird. In Blickrichtung von der Füllung auf den Kolben liegt das Abstreifelement 58 somit vor dem Führungselement 57. Durch dieses Merkmal ergibt sich bereits der Vorteil, dass die Füllung beim Austrag entlang der Auflagefläche 61 in Richtung der Kolbenachse geleitet wird. Durch die Nähe des Abstreifelements 58 zur Wand 66 können in der Füllung enthaltene Feststoffpartikel das Abstreifelement 58 nicht passieren. Insbesondere weist das Abstreifelement 58 eine Kante 60 auf. Die Kante 60 enthält die von der Kolbenachse 9 in radialer Richtung am nächsten liegenden Punkte des Abstreifelements 58. Unter dem Begriff Nähe zur Wand wird das Anliegen der Kante 60 des Abstreifelements 58 an der Wand oder ein geringer Abstand derselben zur Wand verstanden, wobei der Abstand kleiner als durchschnittlich zu erwartende Partikeldurchmesser ist.
  • Das Führungselement 57 hat einen Abstand von der Kolbenachse 9 in radialer Richtung, der kleiner oder gleich wie der Abstand der Kante 60 von der Kolbenachse 9 ist. Das Führungselement 57 liegt an der Wand 66 des Innenrohrs auf und dichtet den Innenraum der Kartusche, der die Füllung enthält, gegen die Umgebung ab, sodass ein Austreten der Füllung auf die Antriebsseite verhindert wird. Die Kante 60 weist einen Radialabstand R3 von der Kolbenachse 9 auf und das innere Führungselement 57 einen Radialabstand R4 von der Kolbenachse auf, wobei die Differenz von R3 und R4 maximal 0.5 mm, bevorzugt 0.3 mm, besonders bevorzugt 0.2 mm beträgt. Dieser Radialabstand entspricht dem Abstand der Kante 60 von der Wand 66 des Innenrohrs, solange auf den Kolben noch keine Druckkraft aufgebracht worden ist, das heisst also in einem Zustand, in dem mit dem Austrag noch nicht begonnen worden ist.
  • Die Kante 60 begrenzt eine Auflagefläche 61, die zwischen 80° und 110° insbesondere im wesentlichen normal zur Kolbenachse 9 angeordnet ist. Die Auflagefläche ist somit derart angeordnet, dass allfällige mittels des Abstreifelements 58 erfasste Feststoffpartikel gemeinsam mit der Füllung ausgetragen werden. Wenn die Auflagefläche im wesentlichen normal zur Kolbenachse angeordnet ist, können die Feststoffpartikel in Richtung der Kolbenachse wandern. Eine Ansammlung von Feststoffpartikeln im wandnahen Bereich kann somit verhindert werden.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Auflagefläche 61 einen Abschnitt 62 aufweist, der einen Winkel 69 von bis zu 80°, bevorzugt bis zu 60°, besonders bevorzugt bis zu 45° zur Auflagefläche 61 einschliesst. Der Winkel 69 wird von der Auflagefläche 61 oder der Normalebene zur Kolbenachse gemessen, welche die Kante enthält, welche sich zwischen Auflagefläche 61 und Abschnitt 62 ausbildet. Die Neigung des Abschnitts ist in Richtung der Antriebsseite, das heisst, jeder Punkt des Abschnitts 61, der von der Kante 80 entfernt ist, hat einen geringeren Abstand zur Antriebsseite 54 als der Punkt, an welchem die Kante 80 die Schnittebene der Zeichnung schneidet. Die Neigung des Abschnitts 62 erfolgt somit in Richtung der Antriebsseite 54.
  • Der Ringkolben kann ebenfalls ein Entlüftungselement enthalten, was hier zeichnerisch nicht dargestellt ist. Der Kolbenkörper kann auch Versteifungsrippen 65 oder ein Kippsicherungselement (18,64) aufweisen.

Claims (15)

  1. Kolben (1, 51), umfassend einen Kolbenkörper (2, 52), der von einer Förderseite (3, 53), einer gegenüberliegenden Antriebsseite (4, 54) und umfangsseitig von einem Kolbenmantel (5, 55) umgeben ist, wobei der Kolbenmantel (5, 55) eine Verbindung zwischen der Förderseite (3, 53) und der Antriebsseite (4, 54) ausbildet, wobei der Kolbenmantel (5, 55) um eine Kolbenachse (9) angeordnet ist, wobei der Kolbenmantel (5, 55) auf der Förderseite (3, 53) in einen Vorsprung (6) übergeht, der ein Führungselement (7) zur Führung des Kolbens in einer Kartusche (17) aufweist, welches zur Herstellung eines dichtenden Kontakts mit einer Wand (16) der Kartusche (17) geeignet ist und der Vorsprung (6) ein Abstreifelement (8) umfasst, welches einen geringeren Abstand zur Förderseite (3) aufweist als das Führungselement (7),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Abstreifelement (8) einen Abschnitt (12) aufweist, der gegenüber der Kolbenachse (9) so geneigt ist, dass das Abstreifelement (8) beim Austragen einer Komponente gegen die Wand (16) der Kartusche (17) gedrückt wird.
  2. Kolben nach Anspruch 1, wobei das Abstreifelement (8) eine Kante (10) aufweist, wobei die Kante (10) die von der Kolbenachse (9) in radialer Richtung am weitesten entfernten Punkte des Abstreifelements (8) enthält.
  3. Kolben nach Anspruch 2, wobei das Führungselement (7) einen Abstand von der Kolbenachse (9) in radialer Richtung hat, der grösser als der Abstand der Kante (10) von der Kolbenachse (9) ist.
  4. Kolben nach Anspruch 3, wobei die Kante (10) einen Radialabstand R1 von der Kolbenachse aufweist und das Führungselement (7) einen Radialabstand R2 von der Kolbenachse aufweist, wobei die Differenz zwischen R1 und R2 maximal 0.5 mm, bevorzugt 0.3 mm, besonders bevorzugt 0.2 mm beträgt.
  5. Kolben nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Kante (10) eine Auflagefläche (11) begrenzt, die zwischen 80°und 110°, insbesondere im wesentlichen normal zur Kolbenachse (9) angeordnet ist.
  6. Kolben nach Anspruch 5, wobei die Auflagefläche (11) den Abschnitt (12) aufweist, der einen Winkel (19) von bis zu 80°, bevorzugt bis zu 60 °, besonders bevorzugt bis zu 45 ° zur Auflagefläche (11) ei nschliesst.
  7. Kolben (51) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen inneren Kolbenmantel (55), wobei der innere Kolbenmantel (55) den Kolbenkörper (52) an einer der Kolbenachse (9) zugewandten Innenseite (59) begrenzt, umfassend einen inneren Vorsprung (56), der ein inneres Führungselement (57) zur Führung des Kolbens entlang der Kolbenachse (9) umfasst, wobei das innere Führungselement (57) zur Herstellung eines dichtenden Kontakts mit einer Wand eines Innenrohrs geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Vorsprung (56) ein inneres Abstreifelement (58) umfasst, welches einen geringeren Abstand zur Förderseite aufweist als das innere Führungselement (57).
  8. Kolben nach Anspruch 7, wobei das innere Abstreifelement (58) eine innere Kante (60) aufweist, wobei die innere Kante (60) die von der Kolbenachse (9) in radialer Richtung am wenigsten weit entfernten Punkte des inneren Abstreifelements (58) enthält.
  9. Kolben nach Anspruch 8, wobei das innere Führungselement (57) - einen Abstand von der Kolbenachse (9) in radialer Richtung hat, der kleiner oder gleich dem Abstand der inneren Kante (60) von der Kolbenachse ist.
  10. Kolben nach Anspruch 9, wobei die innere Kante (60) einen Radialabstand R3 von der Kolbenachse (9) aufweist und das innere Führungselement (57) einen Radialabstand R4 von der Kolbenachse (9) aufweist, wobei die Differenz zwischen R3 und R4 maximal 0.5 mm, bevorzugt 0.3 mm, besonders bevorzugt 0.2 mm beträgt.
  11. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Förderseite (3, 53) ein Schutzelement (13, 63) angebracht ist.
  12. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei der Kolben ein Entlüftungselement (14) enthält.
  13. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Antriebsseite (4, 54) Versteifungsrippen (15, 65) angeordnet sind und/oder ein Kippsicherungselement (18, 64) angeordnet ist.
  14. Austragvorrichtung umfassend einen Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Austragvorrichtung nach Anspruch 14, umfassend eine Kartusche (17) zum Austrag von mehreren Komponenten, wobei die Komponenten in nebeneinander oder koaxial angeordneten Hohlräumen der Kartusche angeordnet sind.
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