EP2221257A1

EP2221257A1 - Kartuschenkolben mit Entlüftungsvorrichtung

Info

Publication number: EP2221257A1
Application number: EP10152759A
Authority: EP
Inventors: Martin SCHÄR
Original assignee: Sulzer Mixpac AG
Current assignee: Medmix Switzerland AG
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2010-08-25
Also published as: RU2010104684A; CA2690171A1; KR20100091893A; BRPI1000375A2; AU2010200456A1; US20100200617A1; JP2010184235A; TW201043346A; CN101797549A

Abstract

Ein Kartuschenkolben (20) umfasst einen Kolbenmantel (21) und eine Entlüftungsvorrichtung (22). Die Entlüftungsvorrichtung (22) ist als Ausnehmung (23) ausgebildet, die am Kolbenmantel (21) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kartuschenkolben mit einer Entlüftungsvorrichtung zum Einsatz in einer Kartusche oder einem Austraggerät. Die Kartusche kann als Vorratsbehälter für eine oder mehrere zu mischende Komponenten, welche sich insbesondere in einer Zweikomponentenkartusche befinden, angesehen werden.
Ein derartiger Kartuschenkolben ist beispielsweise aus der DE 200 10 417 U1 bekannt. Der Kolben weist ein erstes Kolbenteil auf, welches mit einer Dichtlippe versehen ist, welche zur Anlage mit der Kartuschenwand bestimmt ist. Das erste Kolbenteil weist eine kreiszylindrische Vertiefung auf. Des Weiteren weist der Kolben ein zweites Kolbenteil auf, welches ein kreiszylindrisches Wandungsteil besitzt, welches am Grund der Vertiefung mit dem ersten Kolbenteil verrastet ist und somit eine Rastverbindung ausbildet. Das kreiszylindrische Wandungsteil geht bogenförmig in einen Ventilzapfen eines Entlüftungsventils über. Dieser Ventilzapfen durchdringt eine zylindrische, entlang der Kolbenachse angeordnete Bohrung im ersten Kolbenteil und weist einen Ventilkegel auf, der zur Anlage an eine Ventillippe des ersten Kolbenteils kommt. Die Rastverbindung ist durch einen kleinen Luftkanal unterbrochen, der zwischen dem kreiszylindrischen Wandungsteil und dem ersten Kolbenteil eine Filterstrecke bildet. Die Filterstrecke besteht aus engen Kanälen an der Innenwand des kreiszylindrischen Wandungsteils.
Wird der Kartuschenkolben in eine Kartusche eingesetzt, dann wird der Ventilzapfen derart bewegt, dass das Entlüftungsventil geöffnet wird und die zwischen der Füllmasse und dem Kartuschenkolben eingeschlossene Luft über den Luftkanal und die Filterstrecke entweicht und über das Entlüftungsventil austritt. Wird der Kartuschenkolben gegen die Füllmasse gedrückt, kann diese über den Luftkanal bis zur Filterstrecke gelangen, wird aber durch das von der Filterstrecke gebildete Labyrinth daran gehindert, durch das Entlüftungsventil auszutreten.
Ein derartiges Entlüftungsventil gemäss der obigen Ausführung wird als ein zusätzlich zum Kartuschenkolben separat zu fertigendes Bauteil hergestellt. Die Herstellung des Entlüftungsventils erfordert somit ein eigenes Werkzeug, was zur Folge hat, dass der Kartuschenkolben teuer in seiner Herstellung ist, da sowohl ein Werkzeug für den Kartuschenkolben als auch ein Werkzeug für das Entlüftungsventil bereitgestellt werden müssen. Zudem muss vor dem Einsatz des Kartuschenkolbens in einer Austragkartusche das Entlüftungsventil in den Kartuschenkolben eingesetzt werden, somit ein Montageschritt vorgesehen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kartuschenkolben mit einer Entlüftungsvorrichtung vorzusehen, welcher einfacher herzustellen ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Kartuschenkolben einen Kolbenmantel und eine Entlüftungsvorrichtung umfasst, wobei die Entlüftungsvorrichtung als Ausnehmung ausgebildet ist, die am Kolbenmantel angeordnet ist. Die Entlüftungsvorrichtung ist somit als Teil des Kartuschenkolbens ausgebildet und bildet mit dem Kartuschenkolben eine Einheit.
Diese Entlüftungsvorrichtung kann eine Dichtlippe mit einer Mehrzahl von Entlüftungskanälen umfassen. Die Entlüftungskanäle sind als Barriere gegen den Durchtritt von Füllmasse ausgebildet. Des weiteren kann die Entlüftungsvorrichtung eine Ventillippe umfassen. Die Ventillippe hat bevorzugt geringeren Querschnitt als die Dichtlippe oder jede der Dichtlippen, sodass sie bei einem bestimmten Luftdruck ähnlich einer Membran öffnen kann, sodass die Luft zwischen der Kartuschenwand und der Dichtlippe hindurchtreten kann.
Ein wesentlicher Vorteil dieses erfindungsgemässen Kartuschenkolbens ist darin begründet, dass der Kartuschenkolben in einem einzigen Arbeitsgang in die Kartusche eingesetzt werden kann, nachdem oder während die Kartusche mit Füllmasse befüllt wird. Hierdurch wird die Befüllung der Kartusche vereinfacht. Die Befüllung der Kartusche kann entweder über eine in der Kartusche vorgesehene Austragsöffnung erfolgen oder vor Einsetzen des Kartuschenkolbens direkt in den Innenraum der Kartusche. In beiden Fällen erfolgt die Entlüftung, also das Entweichen von Luft oder anderen Gasen, zwischen Kartuschenkolben und Füllmasse, sobald ein Druck auf das eingeschlossene Gasvolumen wirkt, sei es von Seiten der Füllmasse oder von Seiten des sich bewegenden Kartuschenkolbens.
Die medienseitige Oberfläche des Kartuschenkolbens, auch als Dom bezeichnet, soll der Innenform der Kartusche entsprechen. Die medienseitige Oberfläche des Kartuschenkolbens soll insbesondere derart ausgestaltet sein, dass bei völliger Entleerung der Kartusche, diese medienseitige Oberfläche möglichst auf dem Austrittsende der Kartusche aufliegt, um möglichst zu vermeiden, dass in der Kartusche Füllmasse verbleibt, nachdem der Ausdrückvorgang abgeschlossen ist. Auch aus diesem Grund sind die Entlüftungskanäle möglichst schmal ausgebildet, sodass das Verlustvolumen der Füllmasse auf ein Minimum reduziert ist.
Der Kartuschenkolben zeichnet sich auch durch eine flachere Bauweise im Vergleich zum Stand der Technik aus. Somit wird neben der erzielten Materialeinsparung bei der Herstellung des Kolbens auch das Füllvolumen in der Kartusche vergrössert. Der Kolben ist trotzdem kippsicher in der Kartusche geführt, weil am Kolbenmantel eine Mehrzahl von Führungselementen vorgesehen ist. Diese Führungselemente haben gleichzeitig die Funktion von Dichtlippen, um einen Austritt der Füllmasse aus dem vom Kartuschenkolben verschlossenen Kartuscheninnenraum zu verhindern.
Der Kartuschenkolben kann somit mittels eines einzigen Werkzeugs im Spritzgiessverfahren hergestellt werden. Allfällige nachgeordnete Montageschritte können hiermit gänzlich entfallen. Zudem ist das Spritzgiessverfahren vereinfacht, wenn ein entlang der Kolbenachse verlaufender Hohlraum, welcher zur Aufnahme eines Entlüftungsventils bestimmt wäre, entfallen kann. In diesem Fall kann nämlich der Einspritzpunkt für die Polymerschmelze im Spritzgiesswerkzeug entlang der Kolbenachse liegen. Am Einspritzpunkt erfolgt der Eintrag von Polymerschmelze in den Werkzeuginnenraum des Spritzgiesswerkzeugs. Der Werkzeuginnenraum weist die Form des Kartuschenkolbens auf. Von diesem Einspritzpunkt ausgehend fliesst die Polymerschmelze und füllt den gesamten Werkzeuginnenraum aus. Dabei verhindert die gegenüberliegend angeordnete Sacklochbohrung eine unerwünschte Freistrahlbildung, die sich ungünstig auf das Füllverhalten der Polymerschmelze in der Werkzeugkavität auswirken würde. Die Polymerschmelze kann zumindest teilweise einer Kühlung unterworfen werden, sodass sie sich derart verfestigt, dass der fertiggestellte Kartuschenkolben dem Werkzeuginnenraum entnommen werden kann, das heisst, entformt werden kann.
Da die Entlüftungsvorrichtung als Ausnehmung im Kolbenmantel ausgebildet ist, ist die dadurch bedingte lokale Änderung der Wandstärke vernachlässigbar, sodass keine besonderen Anpassungen an die Werkzeuggestaltung oder die Kühlung des Spritzgiesswerkzeugs für den Kartuschenkolben vorgenommen werden müssen. Die aufgrund der Form der Entlüftungsvorrichtung mögliche Vereinfachung des Spritzgiesswerkzeugs führt überraschenderweise sogar zu einer wirtschaftlicheren Herstellung des Kartuschenkolbens. Für den Kartuschenkolben muss gemäss der Ausführung der Erfindung keine zentrale Öffnung vorgesehen werden, die den Platz für das separat herzustellende Entlüftungsventil bietet. Durch diese zentrale Öffnung konnte im Stand der Technik kein Anspritzpunkt gefunden werden, von dem ausgehend sich die Polymerschmelze gleichmässig in alle Raumrichtungen verteilen konnte, da genau an dem Ort, an welchem der zentrale Anspritzpunkt vorzusehen gewesen wäre, die Öffnung für das Entlüftungsventil vorzusehen ist.
Durch die Integration der Funktion der Entlüftungsvorrichtung in den Kartuschenkolben ist es zudem gelungen, auf zwei Herstellungsschritte gänzlich zu verzichten, nämlich die separate Herstellung eines Entlüftungsventils, wie im Stand der Technik erforderlich, und die Montage des Entlüftungsventils und des Kartuschenkolben. Diese Funktionsintegration führt somit zu einer Vereinfachung des Kartuschenkolbens und somit zu einer wirtschaftlicheren Herstellung desselben.
Vorteilhafterweise können mehrere Ausnehmungen am Kolbenmantel angeordnet sein. Hierdurch wird der Strömungsweg für das zu entfernende gasförmige Medium verringert. Bei dem gasförmigen Medium handelt es sich im Allgemeinen um Luft, die sich zwischen Füllmasse und Kartuschenkolben angesammelt hat, die Entlüftungsvorrichtung funktioniert allerdings in gleicher Weise für andere gasförmige Medien.
Die Ausnehmungen können in gleichem Abstand zueinander angeordnet sein. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der maximale Strömungsweg für eine Gasblase oder einen Gashohlraum verringert wird.
Die Ausnehmung kann als Kanal ausgebildet sein, welcher sich zumindest teilweise auf einer medienseitigen Oberfläche befindet. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass Luft von jedem Ort auf der medienseitigen Oberfläche schnell zu der Ausnehmung geleitet werden kann. Hierdurch wird vermieden, dass die Luft durch die Füllmasse hindurch zur Ausnehmung strömen muss. Insbesondere wenn die Füllmasse zähflüssig ist, sind ansonsten bedingt durch den Strömungswiderstand der Füllmasse erhebliche Verzögerungen bei der Entlüftung zu erwarten.
Der Kanal kann sich als radialer Kanal in radialer Richtung vom Kolbenmantel zur Kolbenachse auf der medienseitigen Oberfläche des Kartuschenkolbens erstrecken. Durch den radialen Kanal wird Luft unmittelbar zu den Ausnehmungen am Kolbenmantel geleitet.
Der Kanal kann als ein Schlitz mit einem offenen Querschnitt ausgebildet sein. Der Kanal ist somit für Luft an jeder Stelle des Kolbenradius zugänglich, sodass Luft von den meisten Orten auf der medienseitigen Oberfläche schnell und gleichmässig entfernt werden kann. Die Tiefe des Kanals kann von einem Zentralbereich, der die Kolbenachse enthält, in Richtung des Kolbenmantels abnehmen, wodurch die Abführung von Luft verbessert werden kann, wenn die Füllmasse zuerst im mittleren Kolbenbereich, also einem Bereich der die Kolbenachse enthält oder nahe derselben angeordnet ist.
Der Kanal kann als ein erster ringförmiger Kanal ausgebildet sein. Mittels des ersten ringförmigen Kanals können Luftpolster, welche sich in der Nähe der Kolbenachse befinden, in Richtung des oder eines der radialen Kanäle geleitet werden. Hierzu kann der erste ringförmige Kanal insbesondere einen Radius von maximal 1/2, bevorzugt maximal 1/3, besonders bevorzugt maximal 1/4 des Kolbenradius aufweisen. Selbstverständlich können auch mehrere ringförmige Kanäle konzentrisch zueinander angeordnet sein.
Ein zweiter ringförmiger Kanal kann vorgesehen sein, dessen Radius mindestens 2/3, bevorzugt mindestens 3/4, besonders bevorzugt mindestens 4/5 des Kolbenradius beträgt. Dieser zweite ringförmige Kanal dient insbesondere der gezielten Führung der Luft zu der oder den Ausnehmungen am Kolbenmantel. Mittels des zweiten ringförmigen Kanals kann vermieden werden, dass Luft sich an Stellen am Kolbenmantel ansammelt, an welchen keine Ausnehmung vorgesehen ist.
Der radiale Kanal schneidet vorzugsweise zumindest einen der ringförmigen Kanäle, sodass die radialen und ringförmigen Kanäle untereinander verbunden sind.
Der Bereich innerhalb des ersten ringförmigen Kanals kann einen Anspritzpunkt enthalten.
Der zweite ringförmige Kanal dient zudem auch als Freistellung zur beweglichen Ausführung der umlaufenden Lippe oder einer Mehrzahl von umlaufenden Lippen, die sich gegebenenfalls an der Innenwand der Kartusche anpassen kann oder können.
Vorzugsweise liegt die medienseitige Oberfläche nicht normal zur Kolbenachse, sondern weist konische Abschnitte auf. Besonders bevorzugt ist die gesamte medienseitige Oberfläche konisch, wobei die Spitze des Konus auf der Kolbenachse liegt. Wird der Kartuschenkolben in eine mit Füllmasse befüllte Kartusche eingesetzt, kommt die Spitze des Konus als erstes in Kontakt mit der Füllmasse. Die zwischen der Füllmasse und dem Kartuschenkolben eingeschlossene Luft, kann dann über den ersten ringförmigen Kanal, den oder die radialen Kanäle sowie den zweiten ringförmigen Kanal zu den Ausnehmungen im Kolbenmantel gelangen und durch diese in Richtung der Förderseite entweichen.
Der Kolbenmantel kann zumindest eine Lippe umfassen, die umfangsseitig zum Kontakt mit einer Kartuschenwand bestimmt ist. Die Lippe soll verhindern, dass Füllmasse von der Medienseite auf die Förderseite des Kartuschenkolbens gelangt.
Am Kolbenmantel kann zumindest eine weitere Dichtlippe angeordnet sein, welche eine oder mehrere Öffnungen zur Entlüftung enthält und/oder ein Dichtelement, insbesondere ein O-Ring, angeordnet sein. Das Dichtelement kann in einer Ringnut eingelegt sein, wobei die Ringnut Entlüftungskanäle aufweisen kann. Die Verwendung eines O-Rings als Dichtelement dient zur Erhöhung der Dichtheit, insbesondere bei dünnflüssigen Füllmassen. Das Dichtelement wird in einem separaten Arbeitsschritt in der hierfür vorgesehenen Ringnut montiert. Selbstverständlich ist die Ringnut nur eine mögliche Ausführungsform für ein Aufnahmemittel eines Dichtelements.
Diese Dichtlippe und/oder das Dichtelement dient als weitere Barriere für die Füllmasse und dient zusätzlich der Führung des Kartuschenkolbens entlang der Innenwand der Kartusche. Eine oder mehrere Dichtlippen tragen auch zur Erhöhung der Kippsicherheit des Kartuschenkolbens bei.
Am Kolbenmantel kann auf der Förderseite zumindest eine Ventillippe angeordnet sein, die umfangsseitig zum Kontakt mit der Kartuschenwand bestimmt ist. Diese Ventillippe soll die Luft nur in Richtung der Förderseite durchlassen können und erfüllt zudem die Funktion als Kolbensicherung oder als Anschlag. Hierdurch wird verhindert, dass der Kolben aus der Kartusche rutschen kann, beispielsweise beim Befüllen der Kartusche von den Austrittsöffnungen des Fördermediums.
Der Kolbenmantel kann über eine Mehrzahl von Stegen mit der medienseitigen Oberfläche verbunden sein. Die Stege haben die Funktion von Versteifungsrippen und können auch als Auflage für einen Stössel dienen, welcher zum Austrag der Füllmasse vorgesehen sein kann.
Der Kartuschenkolben kann eine der medienseitigen Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche aufweisen, welche eine Aussparung enthält. Eine derartige Aussparung kann vorgesehen sein um den Materialbedarf zur Herstellung des Kartuschenkolbens zu verringern. Des Weiteren kann eine Materialanhäufung vermieden werden, welche zu Einfallstellen und Verzug des Formteils führen kann und welche eine Erhöhung der Kühlzeit während des Spritzgiessverfahrens und während der gegebenenfalls daran anschliessenden Kühlphase vor der Entformung zur Folge hätte. Eine Erhöhung des Zeitbedarfs für die Kühlphase kann eine Verlängerung der Zykluszeit für den gesamten Spritzgiessprozess nach sich ziehen, was eine Verteuerung der Herstellung des Kartuschenkolbens zur Folge hätte.
Der Kartuschenkolben kann insbesondere Verwendung zur Mischung eines aushärtenden Mischguts aus fliessfähigen Komponenten finden.
Eine weitere mögliche Verwendung des Kartuschenkolbens ist die Mischung von Abformmassen im Dentalbereich oder zur Mischung von Mehrkomponentenklebstoffen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt durch einen Kartuschenkolben gemäss des Standes der Technik
Fig. 2: eine Ansicht eines Kartuschenkolbens gemäss der Erfindung
Fig. 3: einen Schnitt durch den Kartuschenkolben gemäss Fig. 2
Fig. 4: eine Ansicht auf den Kartuschenkolben gemäss Fig. 2 von der Medienseite
Fig. 5: eine Ansicht auf den Kartuschenkolben gemäss Fig. 2 von der Förderseite
Fig. 6: eine Variante als Detail X der Fig. 3
Fig. 7: einen Schnitt durch eine Variante des Kartuschenkolbens gemäss Fig. 2

In Fig. 1 ist ein Kartuschenkolben gemäss des Standes der Technik gezeigt. Der vorbekannte Kartuschenkolben weist ein erstes Kolbenteil 1 auf, welches mit einer Dichtlippe 2 versehen ist, welche zur Anlage mit der Kartuschenwand bestimmt ist. Das erste Kolbenteil 1 weist eine kreiszylindrische Vertiefung 3 auf. Des Weiteren weist der Kolben ein zweites Kolbenteil 4 auf, welches ein kreiszylindrisches Wandungsteil 5 besitzt, welches am Grund der Vertiefung mit dem ersten Kolbenteil 1 verrastet ist und somit eine Rastverbindung 6 ausbildet. Das kreiszylindrische Wandungsteil 5 geht bogenförmig in einen Ventilzapfen 7 über und bildet einen bogenförmigen Übergangsbereich 8 aus. Dieser Ventilzapfen 7 durchdringt eine zylindrische, entlang der Kolbenachse angeordnete, Bohrung 11 im ersten Kolbenteil 1 und weist einen Ventilkegel 9 auf, der zur Anlage an eine Ventillippe 10 des ersten Kolbenteils 1 kommt. Die Rastverbindung 6 ist durch einen kleinen Luftkanal 13 unterbrochen, der zwischen dem kreiszylindrischen Wandungsteil 5 und dem ersten Kolbenteil 1 eine Filterstrecke 14 bildet. Die Filterstrecke 14 besteht aus engen Kanälen an der Innenwand des kreiszylindrischen Wandungsteils 5.
Wird der Kartuschenkolben in eine Kartusche eingesetzt, dann wird der Ventilzapfen 7 derart bewegt, dass das Entlüftungsventil geöffnet wird und die zwischen der Füllmasse und dem Kartuschenkolben eingeschlossene Luft über den Luftkanal 13 und die Filterstrecke 14 entweicht und über das Entlüftungsventil austritt. Wird der Kartuschenkolben gegen die Füllmasse gedrückt, kann diese über den Luftkanal 13 bis zur Filterstrecke 14 gelangen, wird aber durch das von der Filterstrecke 14 gebildete Labyrinth daran gehindert, durch das Entlüftungsventil auszutreten.
Fig. 2 zeigt einen Kartuschenkolben 20 gemäss der Erfindung. Der Kartuschenkolben 20 umfasst einen Kolbenmantel 21 und eine Entlüftungsvorrichtung 22, wobei die Entlüftungsvorrichtung 22 als Ausnehmung 23 ausgebildet ist, die am Kolbenmantel 21 angeordnet ist. Die Entlüftungsvorrichtung 22 ist somit als Teil des Kartuschenkolbens 20 ausgebildet und bildet mit dem Kartuschenkolben 20 eine Einheit. Der Kartuschenkolben 20 ist bestimmt zur Aufnahme in einer nicht dargestellten Kartusche.
Die Kartusche hat zumeist die Form eines Hohlzylinders, in welchem sich eine Füllmasse befinden kann. Die Füllmasse kann über eine zumeist verschliessbare Austrittsöffnung an einem Ende der Kartusche ausgetragen werden. Ist die Kartusche als Koaxialkartusche ausgebildet, befindet sich im Inneren des Hohlzylinders ein weiterer Hohlzylinder, welcher zur Aufnahme einer weiteren Füllmasse bestimmt ist. In diesem Fall umfasst die Füllmasse im äusseren Hohlzylinder eine erste Komponente oder ein erstes Gemisch von mehreren Komponenten. Die Füllmasse im inneren Hohlzylinder umfasst eine zweite Komponente oder ein zweites Gemisch von mehreren Komponenten. Die beiden Füllmassen unterscheiden sich somit voneinander und sollen vor ihrem gemeinsamen Austrag nach Möglichkeit nicht miteinander in Kontakt kommen.
Gemäss einer Variante kann eine Kartusche auch mehrere, nebeneinander angeordnete Hohlzylinder enthalten, die Kammern für je eine erste und eine zweite Komponente oder ein erstes und zweites Gemisch enthalten. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Kammern vorgesehen sein. Die Kammern müssen nicht notwendigerweise als Hohlzylinder ausgebildet sein, sie können auch nur Teile eines Hohlzylinders umfassen oder eine von der Zylinderform abweichende Form des Hohlraums aufweisen.
Der Kartuschenkolben 20 ist in seinem Hohlraum somit verschiebbar. Hierzu wird mit einem Austraggerät ein Druck auf die Förderseite des Kartuschenkolbens ausgeübt. Als Austraggerät kann beispielsweise ein Austragstössel zum Einsatz kommen, welcher als Teil einer handelsüblichen Dosierpistole ausgebildet ist.
Die Förderseite 24 des Kartuschenkolbens liegt der Medienseite 25 des Kartuschenkolbens gegenüber. Die Medienseite 25 umfasst die medienseitige Oberfläche 26 des Kartuschenkolbens, welche zumindest während des Austrags in Kontakt mit der Füllmasse kommt. Die Entlüftungsvorrichtung 22 ist vorzugsweise als eine Ausnehmung 23 ausgebildet, die auf der Medienseite 25 sichtbar ist. Die Ausnehmung 23 ist somit auf der medienseitigen Oberfläche 26 des Kolbens angeordnet. Im Bereich der Ausnehmung 23 wird der Kontakt des Kolbenmantels mit der Innenwand der Kartusche lokal unterbrochen, sodass die Luft durch die Ausnehmung entweichen kann.
Mehrere Ausnehmungen 23 können am Kolbenmantel angeordnet sein. Die Luft kann durch jede der Ausnehmungen 23 austreten. Fig. 2 sowie Fig. 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel, welches mehrere Ausnehmungen 23 enthält. Selbstverständlich kann die Form einzelner Ausnehmungen sich von der Form anderer Ausnehmungen unterscheiden. Beispielsweise kann ein Teil der Ausnehmungen einen grösseren Austrittsquerschnitt aufweisen.
Die Ausnehmungen 23 können in gleichem Abstand zueinander angeordnet sein. Gemäss Fig. 2 oder Fig. 4 befinden sich eine Mehrzahl von Ausnehmungen 23 am Kolbenmantel 21, die jeweils gleichen Abstand zu den benachbarten Ausnehmungen aufweisen. Die Anzahl und der Abstand der einzelnen Ausnehmungen 23 voneinander ist abhängig von der zu erwartenden abzuführenden Luftmenge sowie von der Grösse des Kartuschenkolbens 20, insbesondere des Kolbendurchmessers.
Die Ausnehmung 23 kann als Kanal 27 ausgebildet sein, welcher sich zumindest teilweise auf einer medienseitigen Oberfläche 26 befindet. Der Kanal 27 kann die Entlüftung erleichtern, wenn sich Luft in einem Bereich in der Nähe der Kolbenachse 28 befindet. Diese Luft wird in den Kanal 27 eingeleitet, welcher mit der Ausnehmung 23 in Verbindung steht. Diese Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Füllmasse zähflüssig ist, das heisst, die Luft sich nur langsam durch die Füllmasse bewegt. Der Strömungswiderstand der Füllmasse ist in diesem Fall hoch. Der Kanal 27 bietet sich somit als alternativer Strömungsweg für die Luft an, der nicht durch die Füllmasse führt. Somit kann die Entlüftungsgeschwindigkeit insbesondere für zähflüssige Füllmassen erhöht werden.
Der Kanal 27 erstreckt sich in Fig. 2, Fig. 3 oder Fig. 4 als radialer Kanal 29 in radialer Richtung vom Kolbenmantel 21 zur Kolbenachse 28 auf der medienseitigen Oberfläche 26 des Kartuschenkolbens. Der Kanal 27 ist als ein Schlitz mit einem offenen Querschnitt ausgebildet. Der Schlitz hat eine kleine Schlitzweite, sodass Füllmasse wesentlich langsamer in den Kanal eintreten kann als die Luft und somit die Füllmasse erst von dem Kanal vollständig aufgenommen wird, wenn die Luft bereits entwichen ist.
Der Kanal 27 kann als ein erster ringförmiger Kanal 30 ausgebildet sein.
Der erste ringförmige Kanal 30 kann einen Radius von maximal 1/2, bevorzugt maximal 1/3, besonders bevorzugt maximal 1/4 des Kolbenradius aufweisen. Der Kolbenradius ist der Normalabstand gemessen von der Kolbenachse 28 zum Kolbenmantel 21 gemessen an einer Stelle, an welcher der Kolbenmantel 21 zum Kontakt mit der Innenwand der Kartusche bestimmt ist.
Ein zweiter ringförmiger Kanal 31 ist vorgesehen, dessen Radius mindestens 2/3, bevorzugt mindestens 3/4, besonders bevorzugt mindestens 4/5 des Kolbenradius beträgt. Zudem dient der zweite ringförmige Kanal 31 als Freistellung zur beweglichen Ausführung einer zwischen dem zweiten ringförmigen Kanal 31 und dem Kolbenmantel 21 sich erstreckenden Lippe 33. Die Lippe 33 kann sich an eine Innenseite einer Kartuschenwand anpassen, in welcher der Kolben geführt ist.
Der radiale Kanal 29 schneidet zumindest einen der ringförmigen Kanäle 30 und 31, sodass eine fluiddurchlässige Verbindung der Kanäle ausgebildet wird.
Der Bereich der medienseitigen Oberfläche 26, welcher innerhalb des ersten ringförmigen Kanals 30 liegt, kann einen Anspritzpunkt 32 enthalten. Von diesem Anspritzpunkt 32 ausgehend, fliesst die Polymerschmelze im Spritzgiesswerkzeug so lange, bis die dem Kartuschenkolben entsprechende Form des Spritzgiesswerkzeugs mit Polymerschmelze vollständig ausgefüllt ist. Dabei verhindert eine gegenüberliegend zum Anspritzpunkt 32 auf der Förderseite 24 angeordnete Sacklochbohrung 42 eine unerwünschte Freistrahlbildung, die sich ungünstig auf das Füllverhalten während des Spritzgiessens bei der Herstellung des Kolbens auswirken würde. Der Anspritzpunkt kann gemäss dieses Ausführungsbeispiels auf der Kolbenachse 28 liegen, sodass der Fliessweg der Polymerschmelze aufgrund der zumeist vorhandenen Rotationssymmetrie für alle Punkte, die auf demselben Umfang liegen, bei Herstellung des Kolbens gleich ist. Durch diese Anordnung des Anspritzpunktes 32 auf oder in unmittelbarer Nähe der Kolbenachse 28 kann demzufolge der Spritzgiessprozess gegenüber einem Kartuschenkolben aus dem Stand der Technik wesentlich vereinfacht werden.
Der Kolbenmantel 21 umfasst somit vorteilhafterweise zumindest die Lippe 33, die umfangsseitig zum Kontakt mit der Innenseite der Kartuschenwand bestimmt ist. Die Lippe 33 enthält die Ausnehmung 23 oder die Mehrzahl von Ausnehmungen 23, was in Fig. 2 bis Fig. 4 dargestellt ist.
Am Kolbenmantel kann zumindest eine weitere Dichtlippe 34 angeordnet sein, welche eine Öffnung 35 zur Entlüftung enthält. Diese Öffnung kann als Einbuchtung ausgebildet sein, wie in Fig. 2 dargestellt ist, oder gemäss Fig. 3 eine Bohrung in der Wand der Dichtlippe 34 umfassen. Diese Öffnung 35 kann auch als Freistellung mit Durchbruch zur gegenüberliegenden Seite der Dichtlippe 34 ausgebildet sein. Die Öffnung oder Freistellung mit Durchbruch kann auch im Fussbereich der Dichtlippe 34 angeordnet sein. Selbstverständlich können mehrere derartige Öffnungen in der Dichtlippe 34 und gegebenenfalls weitere Dichtlippen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Öffnungen 35 versetzt zu den Ausnehmungen 23 angeordnet. Hierdurch wird ein Labyrinth gebildet, sodass nur die Luft durch die Öffnungen 35 austritt, allfällige Füllmasse aber durch das Labyrinth zurückgehalten wird.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Dichtelement 36, insbesondere ein O-Ring, angeordnet sein, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 3 ist ein Schnitt, der entlang der Linie A-A verläuft, die in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Lösung gemäss Fig. 3 kann zum Einsatz kommen wenn dünnflüssigere Medien als Füllmassen verwendet werden oder wenn die Dichtlippe aus weichem Material hergestellt ist oder dünnwandig ist, sodass sie durch den Druck der ausströmenden Luft den Kontakt mit der Innenwand der Kartusche verliert. Sollte es hierbei zum Austritt von Füllmasse durch diese Dichtlippe 34 kommen, dient das Dichtelement 36 zur Abdichtung gegen einen Austritt von Füllmasse auf die Förderseite 24. Wird als Dichtelement 36 ein O-Ring eingesetzt, kann Luft durch zumindest einen Entlüftungskanal 44, der in der Ringnut 43 zur Aufnahme des Dichtelements 36 integriert ist, abgeführt werden.
In Fig. 3 ist auch gezeigt, dass der Kolbenmantel 21 über eine Mehrzahl von Stegen 37 mit der medienseitigen Oberfläche verbunden sein kann. Eine Ansicht der Stege 37 ist auch in Fig. 5 gezeigt.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht auf die Medienseite 25 des Kartuschenkolbens 20 der Fig. 2 oder Fig. 3. Weiter zeigt die Fig. 4 den Verlauf des ersten ringförmigen Kanals 30, die radialen Kanäle 29, welche die Verbindung zum zweiten ringförmigen Kanal 31 bilden sowie die Ausnehmungen 23, zu welchen die radialen Kanäle 29 führen. Die Ausnehmungen sind am Kolbenmantel 21 angeordnet. Fig. 4 zeigt, dass der Radius im Bereich der Ausnehmung kleiner als der Kolbenradius ist. Als Kolbenradius ist der Radius definiert, welcher den grössten Normalabstand zwischen Kolbenmantel 21 und Kolbenachse 28 aufweist. Der Kolbenradius entspricht nach dem Einsetzen des Kolbens in die zugehörige Kartusche dem Radius der Innenwand der zugehörigen Kartusche. Des Weiteren zeigt Fig. 4 die Lage des Anspritzpunkts 32, welcher vorzugsweise um die Kolbenachse 28 herum angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt die der medienseitigen Oberfläche 26 gegenüberliegende Oberfläche des Kartuschenkolbens 20, welche die Förderseite 24 ausbildet. Der Kolbenmantel 21 wird in dieser Darstellung durch eine dünner gestaltete Ventillippe 45 gebildet, welche keine Öffnung enthält. Dünner gestaltet, bedeutet dabei, dass die Ventillippe 45 eine geringere Wandstärke als die Lippe 33 aufweist. Dementsprechend ist die Ventillippe 45 durchlässig für Luft, welche von der Medienseite 25 auf die Förderseite 24 gelangen soll. Diese Luft wird durch den fortschreitenden Fördervorgang zunehmend komprimiert. Durch den Druck dieser komprimierten Luft kann die Haftung mit der Innenwand der Kartusche lokal zeitweise unterbrochen werden, sodass die Luft durch die Ventillippe auf die Förderseite austreten kann.
Der Kolbenmantel 21 endet in einem ringförmigen Steg 39, von welchem radiale Stege 40 ausgehen, welche in einen inneren ringförmigen Steg 41 münden. Diese Stegkonstruktion trägt der kunststoffgerechten Formteilgestaltung ei und weist eine vergleichbare Steifigkeit wie ein Kartuschenkolben auf der mit einem vollständig mit Material ausgefüllt ist. Es hat sich sogar als vorteilhaft erwiesen, Aussparungen 38 vorzusehen, um Materialanhäufungen im Bereich des Übergangs von medienseitiger Oberfläche 26 zum Kolbenmantel 21 zu vermeiden.
Die Herstellung des Kartuschenkolbens erfolgt bevorzugt im Spritzgiessverfahren. Der Kartuschenkolben ist einteilig, während des Spritzgiessverfahrens können aber auch mehrere Komponenten verwendet werden, beispielsweise unter Anwendung des Zweikomponentenspritzgiessverfahrens. Die beiden Komponenten können einen formbeständigen Kunststoff, das heisst, insbesondere ein Polymer enthalten, welches dem auf den Kartuschenkolben wirkenden Druck beim Befüllen und beim Austragen standhält, sowie einen flexiblen oder elastischen Kunststoff enthalten, welcher sich Unebenheiten anpasst oder geeignet ist, geringe Schrägstellungen des Kartuschenkolbens zu kompensieren. Als Beispiel für einen derartigen flexiblen Kunststoff soll TPE (thermoplastic elastomer) genannt werden.
Vorzugsweise kann der Kartuschenkolben auch geschäumtem Kunststoff enthalten, wodurch sich der Materialbedarf zur Herstellung des Kartuschenkolbens weiter reduzieren lässt.
Fig. 6 zeigt eine Variante als Detail X der Fig. 3. In dieser Variante ist anstatt einer Entlüftungsbohrung 44 ein Entlüftungskanal 46 gezeigt. Einer oder mehrere derartige Entlüftungskanäle 46 können in der 0-Ringnut 43 angeordnet sein. Durch diese Entlüftungskanäle 46 gelangt Luft von der Medienseite 25 auf die Förderseite 24 des Kolbens. Eine Tiefe des Entlüftungskanals von maximal 0.1 mm, bevorzugt maximal 0.05 mm ist dabei ausreichend.
Fig. 7 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemässen Kartuschenkolbens. Dabei sind Bauteile gleicher Funktion gleich bezeichnet wie in Fig. 3. Für diese Bauteile soll auf die Beschreibung von Fig. 3 verwiesen werden. Anstatt eines O-Rings wird in dieser Ausführungsform eine weitere Lippe 47 zusätzlich zur Lippe 34 gezeigt. Jede der Lippen 34, 47 kann zumindest eine Öffnung 35 oder eine Nut 48, die auch als Ausnehmung oder Freistellung ausgebildet sein kann. Die Öffnungen oder Nuten benachbarter Lippen können auch versetzt zueinander angeordnet sein. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Lippen vorgesehen sein.
Fig. 7, rechte Seite, zeigt, dass der radiale Kanal 29 in Blickrichtung von der Kolbenachse 28 zum Kolbenmantel 21 hin eine im wesentlichen kontinuierlich abnehmende Tiefe aufweist. Diese Variante ist insbesondere für zähflüssige Füllmassen geeignet. In diesem Fall liegt die Oberfläche der Füllmasse im allgemeinen nicht auf einer normal zur Kolbenachse stehenden Ebene, sondern weist eine gekrümmte Oberfläche auf, welche eine zentrale Ausbuchtung aufweist. Das heisst, die Füllmasse im Bereich der Kolbenachse 28 ist näher am Kartuschenkolben als die Füllmasse in Bereichen, die nahe der Innenwand der Kartusche liegen. Trifft eine derartige Füllmasse auf den Kartuschenkolben, kommt sie als erstes mit dem Anspritzpunkt 32 in Kontakt. Allfällige Luft zwischen der Füllmasse und dem Kartuschenkolben wird bei fortschreitendem Kontakt, das heisst sukzessiver Verringerung des Abstandes zwischen Füllmasse und Kartuschenkolben in den radialen Kanal verschoben. Da die Füllmasse zuerst in einem Bereich nahe der Kolbenachse 28 auf den radialen Kanal 29 auftrifft, kann sie in den radialen Kanal 29 gelangen und noch in dem Kanal 29 vorhandene Luft in Richtung der Innenwand der Kartusche ausschieben. Da der radiale Kanal 29 zunehmend flacher wird, wird für die wandnahen Bereiche des Kanals 29 weniger Füllmasse benötigt, sodass der Kanal 29 weitgehend gleichzeitig durch Füllmasse befüllt werden kann. Hierdurch kann vermieden werden, dass allfällige Lufteinschlüsse in der Füllmasse verbleiben.
Fig. 7, linke Seite, zeigt, dass der radiale Kanal 29 in Blickrichtung von der Kolbenachse 28 zum Kolbenmantel 21 hin eine im wesentlichen kontinuierlich zunehmende Tiefe aufweist. Diese Variante ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn die Füllmasse dünnflüssig ist. In diesem Fall liegt die Oberfläche der Füllmasse im wesentlichen in einer Ebene, die normal zur Kolbenachse liegt, wenn die Kartusche vertikal steht. In diesem Fall muss Luft gleichzeitig aus dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der Füllmasse und dem Kartuschenkolben entfernt werden. Da die Luftmenge in Richtung der Innenwand der Kartusche zunimmt, weil die Entlüftung am Kolbenmantel erfolgen soll, muss die Tiefe des radialen Kanals 29 in diesem Fall zunehmen, um das zunehmende Gasvolumen in Richtung der Innenwand der Kartusche auszuschieben.

Claims

Kartuschenkolben (20) umfassend einen Kolbenmantel (21), eine Kolbenachse (28) und eine Entlüftungsvorrichtung (22), wobei die Entlüftungsvorrichtung (22) eine Ausnehmung (23) umfasst, die am Kolbenmantel (21) angeordnet ist, wobei die Ausnehmung (23) als Kanal (27) ausgebildet ist, welcher sich zumindest teilweise auf einer medienseitigen Oberfläche (26) des Kartuschenkolbens (20) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (27) einen radialen Kanal (29) umfasst, der sich in radialer Richtung vom Kolbenmantel (21) zur Kolbenachse (28) auf der medienseitigen Oberfläche (26) des Kartuschenkolbens (20) erstreckt.
Kartuschenkolben (20) nach Anspruch 1, wobei mehrere Ausnehmungen (23) am Kolbenmantel (21) angeordnet sind.
Kartuschenkolben (20) nach Anspruch 2, wobei die Ausnehmungen (23) in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind.
Kartuschenkolben (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanal (27, 29) als ein Schlitz mit einem offenen Querschnitt ausgebildet ist.
Kartuschenkolben (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanal (27) als ein erster ringförmiger Kanal (30) ausgebildet ist.
Kartuschenkolben nach Anspruch 5, wobei der erste ringförmige Kanal (30) einen Radius von maximal 1/2, bevorzugt maximal 1/3, besonders bevorzugt maximal 1/4 des Kolbenradius aufweist.
Kartuschenkolben nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei ein zweiter ringförmiger Kanal (31) vorgesehen ist, dessen Radius mindestens 2/3, bevorzugt mindestens 3/4, besonders bevorzugt mindestens 4/5 des Kolbenradius beträgt.
Kartuschenkolben (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der radiale Kanal (29) zumindest einen der ringförmigen Kanäle (30, 31) schneidet.
Kartuschenkolben (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Bereich innerhalb des ersten ringförmigen Kanals (30) einen Anspritzpunkt (32) enthält.
Kartuschenkolben (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolbenmantel (21) zumindest eine Lippe (33) umfasst, die umfangsseitig zum Kontakt mit einer Kartuschenwand bestimmt ist.
Kartuschenkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Kolbenmantel (21) zumindest eine weitere Dichtlippe (34) angeordnet ist, welche eine Öffnung (35) zur Entlüftung enthält.
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Kolbenmantel (21) ein Dichtelement (36), angeordnet ist.
Kolben nach Anspruch 12, wobei das Dichtelement (36) als O-Ring ausgebildet ist.
Kartuschenkolben (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolbenmantel (21) über eine Mehrzahl von Stegen (37) mit der medienseitigen Oberfläche (26) verbunden ist.
Kartuschenkolben (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kartuschenkolben (20) eine der medienseitigen Oberfläche (26) gegenüberliegende Oberfläche aufweist, welche eine Aussparung (38) enthält.