EP2522438A2

EP2522438A2 - Verschluss- und Ausdrückkolben für Kartuschen für plastische Massen und Verfahren zum Einsetzen eines solchen Kolbens in eine Kartusche

Info

Publication number: EP2522438A2
Application number: EP12001289A
Authority: EP
Inventors: Frank Ritter; Oliver Wolf
Original assignee: Ritter GmbH
Current assignee: Ritter GmbH
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: DE102011100976A1; EP2522438B1; EP2522438A3; PL2522438T3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verschluss- und Ausdrückkolben für Kartuschen für plastische Massen, der eine nach vorne weisende Dichtlippe (3) am Umfang der Kolbenplatte (1) hat. Der Kolben hat kein Entlüfteventil, und die Kolbenplatte (1) oder das Setzwerkzeug ist so ausgebildet, dass bei Ausüben einer axialen Schubkraft durch das Setzwerkzeug auf den Kolben eine Querbiegebeanspruchung auf den Kolben erzeugt wird. Dazu ist beispielsweise an der Kolbenplatte (1) ein rückwärts vorspringender Setzring (5) mit mindestens zwei am Umfang gleichmäßig verteilten rückwärtigen axialen Vorsprüngen (9) gebildet, oder die Kolbenplatte (1) ist nach vorne gewölbt ausgebildet, die mit der nach vorne weisenden Dichtlippe (3) durch die Nut zwischen Kolbenplatte (1) und Dichtlippe (3) überspannenden Verbindungselementen (7) verbunden ist. Die Erfindung umfasst weiter ein Verfahren zum Einsetzen eines solchen Kolbens in das offene hintere Ende der Kartusche.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verschluß- und Ausdrückkolben aus elastischem Kunststoff für Kartuschen für plastische Massen, der eine Entlüftefunktion aufweist, die das Entweichen von zwischen dem Kolben und der Füllmasse der Kartusche beim Einsetzen des Kolbens in das offene hintere Kartuschenende nach dem Befüllen der Kartusche ermöglicht.
Kolben mit Entlüftefunktion sind seit langem bekannt. Bei früher üblichen derartigen Kolben mit nach rückwärts weisenden, mit der Kartuscheninnenwand zusammenwirkenden Dichtlippen ergab sich die Entlüftefunktion von selbst, weil die zum Erzielen einer guten Abdichtung notwendigerweise relativ weichen Dichtlippen bei dem Einsetzen des Kolbens in das hintere Kartuschenende unter dem Druck der komprimierten eingeschlossenen Luft zwischen Kolben und Füllmasse die Dichtlippen zurückbewegte und die eingeschlossene Luft entweichen ließ.
Im Zuge der Weiterentwicklung derartiger Kolben wurde aber erkannt, dass, zumal bei höheren Auspressdrücken, die herkömmlichen, rückwärts weisenden Dichtlippen des Kolbens für eine saubere Abdichtung nicht ausreichen, da beim Ausdrücken auch der Gegendruck des Materials auf die Dichtlippen wirkt, so dass diese nicht mehr vollkommen dicht an der Kartuschenwand anliegen und Füllmaterialfilme sich zwischen den Dichtlippen und der Kartuschenwand ausbilden. Man ist deshalb dazu übergegangen, am vorderen Bereich des Kolbens eine nach vorne weisende Dichtlippe vorzusehen, die bei zunehmendem Auspressdruck durch den Gegendruck des Füllmaterials stärker an die Kartuscheninnenwand angedrückt wird und bessere Abdichtungsergebnisse ergibt.
Allerdings ist bei Verwendung einer nach vorne weisenden Dichtlippe keine selbsttätige Entlüftung des Kolbens mehr möglich, wenn dieser in die befüllte Kartusche eingesetzt wird. Man hat deshalb Ventile in solchen Kolben entwickelt, die ein Ventilelement haben, das durch ein Kolbensetzwerkzeug beim Einsetzen des Kolbens in das hintere Kartuschenende das Ventilelement öffnen, das sich anschließend elastisch wieder schließt.
Solche Ventilanordnungen sind allerdings auch nicht unproblematisch. Insbesondere müssen Vorkehrungen getroffen werden, dass kein Füllmaterial in die Entlüftungskanäle durch den Ventilmechanismus eindringen kann, das ein sauberes Schließen des Ventils verhindern könnte, da sonst durch die bleibende Undichtigkeit des Ventils und das allmähliche Eindringen von Umgebungsluftbestandteilen zum Verderben des Kartuscheninhalts führen würde.
Es wurde daher zur Vermeidung der Notwendigkeit eines Ventilmechanismus auch schon vorgeschlagen, einen derartigen Kolben mit nach vorne weisender Dichtlippe und ein zugehöriges Setzwerkzeug so auszubilden, dass beim Einsetzen des Kolbens in das hintere Kartuschenende dünne Finger des Setzwerkzeugs die nach vorne weisende Dichtlippe stellenweise etwas von der Kartuscheninnenwand abheben, so dass eingeschlossene Luft entweichen kann. Auch das ist allerdings nicht vollkommen unproblematisch, da eine gewisse Gefahr der Beschädigung der Dichtlippe durch die Finger des Setzwerkzeugs besteht, und überdies das Setzwerkzeug kompliziert ist.
Außerdem hat sich gezeigt, dass das Setzen von Kolben mit nach vorne weisender Dichtlippe nicht unproblematisch ist und dabei die Gefahr der Beschädigung der nach vorne weisenden Dichtlippe besteht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben mit nach vorne weisender Dichtlippe mit Entlüftefunktion zu schaffen, der ohne Entlüfteventil auskommt und beim Einsetzen in eine Kartusche eine zuverlässige Entlüftung ermöglicht. Vorzugsweise soll auch noch die Gefahr der Beschädigung der nach vorne weisenden Dichtlippe weitgehend vermindert werden.
Alternativ liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Kolben mit nach vorne weisender Dichtlippe, der nicht selbst mit einer besonderen, eine Entlüftefunktion bewirkenden Gestaltung ausgebildet ist, in eine Kartusche unter gleichzeitiger Erzeugung einer Entlüftung eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Ansprüchen1 und 2 angegebenen alternativen Ausgestaltungen eines Kolbens oder durch das im unabhängigen Anspruch 3 angegebene Einsetzverfahren gelöst.
Die Entlüftung beim Setzen des Kolbens erfolgt erfindungsgemäß jeweils in der Weise, dass der Kolben durch die auf ihn einwirkende Setzkraft durch Erzeugen einer leichten Biegeverformung um eine diametrale Querachse in einen geringfügig unrunden Zustand versetzt wird, wodurch die nach vorne weisende Dichtlippe nicht mehr perfekt am gesamten Umfang der Kartuscheninnenwand anliegt, sondern an diametral gegenüberliegenden Bereichen Undichtigkeitkeiten erzeugt werden, durch welche die Kobenentlüftung stattfindet. Der Kolben oder das benutzte Setzwerkzeug ist zu diesem Zweck so ausgebildet, dass bei Einwirken der Setzkraft durch den Druck des Setzwerkzeugs auf den Kolben diese Verformung erzeugt wird.
Die weiteren Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

die Fig. 1a und 1b: einen dem Stand der Technik entsprechenden Kolben in perspektivischer Ansicht und im Axialschnitt,
die Fig. 2a und 2b: einen Kolben mit modifizierter Dichtlippe in perspektivischer Ansicht und im Axialschnitt,
die Fig. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e und 3f: einen modifizierten Kolben in perspektivischer Ansicht, gerader Draufsicht, perspektivischer Untersicht, gerader Untersicht, Seitenansicht und im Axialschnitt,
die Fig. 4a, 4b und 4c: ein Setzwerkzeug in zwei um 90° zueinander gedrehten Ansichten sowie in Draufsicht, und
Fig. 5: ein abgewandeltes Setzwerkzeug in perspektivischer Ansicht.

Die in den Zeichnungen dargestellten Kolben bestehen alle jeweils aus einer etwas nach vorne gewölbten Kolbenplatte 1 und einer sich daran rückwärts anschließenden zylindrischen Schürze 2.
Der Übergangsbereich zwischen der Kolbenplatte 1 und der Schütze 2 ist mit einem nach vorne öffnenden V-Querschnittsprofil ausgebildet, so dass am Umfang der Kolbenplatte 1 eine nach vorne weisende, schräg vorwärts und auswärts verlaufende Dichtlippe 3 gebildet ist, die mit der Kartuscheninnenwand zusammenwirkt. An der Außenseite der Schürze sind weitere, axial beabstandete, aber nach hinten weisende Dichtlippen 4 gebildet, die ebenfalls mit der Kartuscheninnenwand zusammenwirken.
An der Rückseite der Kolbenplatte 1 ist ein radial innerer, etwa zylindrisch ausgebildeter und über eine kurze Distanz nach hinter vorstehender Ring 5 angeformt, der als Setzring bezeichnet wird und beim Einsetzen des Kolbens in das offene hintere Kartuschenende einerseits zentrierend mit dem Setzwerkzeug zusammenwirkt, andererseits die vom Setzwerkzeug ausgeübte axiale Schubkraft aufnimmt und auf die Kolbenplatte überträgt. Weiter ist an der Rückseite der Kolbenplatte ein radial äußerer, nach hinten vorspringender Ring 6 angeformt, der konisch ist und einen schräg rückwärts und einwärts zur Kolbenachse hin verlaufenden Querschnitt hat und über den Setzring 5 axial nach hinten vorspringt. Dieser radial äußere Ring 6 dient zur Übertragung der Schubkraft eines Auspressstempels beim Ausdrücken der Kartusche auf den Kolben, wobei seine konische Gestaltung bewirkt, dass die nach vorne weisende Dichtlippe 3 sich nach außen zu spreizen sucht und dadurch deren dichtende Anlage mit der Kartuscheninnenwand verstärkt wird.
Alle diese bisher beschriebenen Merkmale sind an sich bekannt. Der in den Fig. 1a und 1b dargestellte Kolben weist nur diese Merkmale auf.
Der in den Fig. 2a und 2b dargestellte Kolben unterscheidet sich davon durch das weitere Merkmal, dass die nach vorne weisende Dichtlippe 3 an ihrer Innenseite eine kranzartige Anordnung von mit gleichen Umfangsabständen verteilt angeordneten kleinen radialen Rippen 7 aufweist, die an der inneren, also der Kolbenachse zugewandten Seite der Dichtlippe angeordnet sind. Sie sind mit keinem anderen Teil des Kolbens verbunden. Sie stehen axial nach vorne etwas über die Dichtlippe 3 vor und haben jeweils eine nach außen weisende schräge Rampenfläche 8, die schräg rückwärts und auswärts verläuft und in die Dichtkantenfläche der Dichtlippe 3 übergeht.
Diese kleinen Rippen 7 bilden mit ihren Rampenfläche 8 Einführhilfen beim Einsetzen des Kolbens in das rückwärtige Kartuschenende, in dem sie zentrierend wirken und sicherstellen, dass die nach vorne weisende Dichtlippe 3 sich mit der rückwärtigen Kantenfläche der Kartuschenwand nicht verhaken kann und insbesondere die Kartuschenwand, etwa aufgrund einer bestehenden leichten Unrundheit, der Kolbenplatte 1 hinein geraten kann.
Der in den Fig. 3a bis 3f dargestellte Kolben ist mit weiteren Merkmalen ausgebildet, die, wie im folgenden noch beschrieben wird, alternativ oder kumulativ zur Anwendung kommen können, um eine Entlüftefunktion des Kolbens beim Einsetzen in das hintere Kartuschenende ohne Notwendigkeit eines Ventils bewerkstelligen zu können.
Wie man aus der perspektivischen Ansicht und der Draufsicht nach den Fig. 3a und 3b sowie aus dem Axialschnitt nach Fig. 3f erkennen kann, ist dieser Kolben wiederum mit an der nach vorne weisenden Dichtlippe 3 angeordneten radialen Rippen 7 ausgebildet, die aber nun, im Gegensatz zu der Anordnung bei dem Kolben nach den Fig. 2a und 2b, nicht freistehend nur an der Dichtlippe angeordnet sind, sondern an der Kolbenplatte 1 angebunden sind. Diese wiederum Rampenflächen 8 bildenden Rippen 7 sind beiderseits einer in Fig. 3b eingezeichneten, einer Durchmesserlinie entsprechender Querachse symmetrisch angeordnet, wobei aber die jeweils der Querachse nächstgelegenen Rippen voneinander einen Abstand haben, der wesentlich größer als die übrigen Rippenabstände ist.
Weiter weist bei der Ausführungsform des Kolbens nach den Fig. 3a bis 3f, die die Untersichten nach den Fig. 3c und 3b zeigen, der Setzring 4 an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen jeweils eine Erhebung in Gestalt eines über den übrigen Setzring 5 nach hinten vorstehenden Noppen 9 auf. Diese beiden Noppen sind auf der gleichen (in Fig. 3b eingezeichneten) Durchmesserlinie bzw. Querachse angeordnet, bezüglich derer die Rippen 7 beiderseits angeordnet sind.
Die Noppen 9 können alternativ zu oder kumulativ mit an der Kolbenplatte 1 angebundenen Rippen 7 vorgesehen sein.
Die nicht drehsymmetrisch, sondern lediglich in Bezug auf die Durchmesserlinie bzw. Querachse in Fig. 3b achsensymmetrisch angeordneten, mit der Kolbenplatte 1 verbundenen Rippen 7 führen dazu, dass die Biegesteifigkeit des Kolbens nicht mehr drehsymmetrisch ist, sondern dass die Biegesteifigkeit um die in Fig. 3b eingezeichnete Durchmesserlinie bzw. Querachse weicher ist als um jede andere Durchmesserlinie. Bei Ausübung eines Axialdrucks auf den Setzring 5 durch ein Setzwerkzeug, auch wenn die Noppen 9 nicht vorhanden sind, wird der Kolben, weil der Setzring 5 auf einem Radius zwischen der Kolbenachse und der Schürze 2 angeordnet ist, einer Biegebeanspruchung ausgesetzt, die sich aufgrund der Anbindung der Rippen 7 an die Kolbenplatte 1 auf die nach vorne weisende Dichtlippe 3 überträgt. Weil aber der Kolben in Bezug auf die in Fig. 3b eingezeichnete Durchmesserlinie biegeweicher ist als quer dazu, erfolgt bei Ausübung des Setzdrucks auf den Setzring 5 eine geringfügige Durchbiegung des Kolbens um diese Querachse, wodurch an quer dazu diametral gegenüberliegenden Bereichen die Abdichtung der Dichtlippe 3 mit der Kartuscheninnenwand vermindert wird und eine Entlüftung stattfinden kann.
Die Anbindung der Dichtlippe 3 an der Kolbenplatte 1 über die Rippen 7 beschränkt zwar die freie Beweglichkeit der Dichtlippe 3 in radialer Richtung, jedoch ist wegen deren divergierender Gestalt in Verbindung mit der gewölbten Kolbenplatte 1 trotzdem noch genügend radial federnde Bewegungsmöglichkeit für die Dichtlippe 3 vorhanden, um eine saubere Abdichtung mit der Kartuscheninnenwand zu gewährleisten.
Bei Vorhandensein der Noppen 9 an der hinteren Endfläche des Setzrings 5 wird die erwähnte Biegung des Kolbens um die genannte Querachse schon dadurch erzeugt, dass das Setzwerkzeug nicht mehr über den Umfang des Setzrings 5 verteilt gleichmäßig mit seinem Axialdruck an diesem angreift, sondern an zwei diametral entlang dieser Querachse gegenüberliegenden Stellen des Setzrings.
Solche Noppen 9 können daher auch bei Kolbenausführungsformen, wie sie in den Fig. 1a und 1b sowie 2a und 2b dargestellt sind, vorgesehen werden, womit dann mit einem üblichen unveränderten Setzwerkzeug der gleiche Effekt der Herbeiführung einer leichten Durchbiegung des Kolbens um die Querachse bzw. Durchmesserlinie, auf welcher die beiden Noppen 9 liegen, herbeizuführen und dadurch eine Entlüftefunktion zu erzeugen.
Damit ist also, um eine Kolbenentlüftung beim Einsetzen in das hintere Kartuschenende bewerkstelligen zu können, damit die eingeschlossene Luft zwischen Füllmasse und Kolben austreten kann, keinerlei Ventil am Kolben mehr erforderlich, das fertigungstechnisch aufwendig wäre und irgendwelche Probleme in der Praxis hervorrufen könnte.
Die gleiche Funktion der Entlüftung eines Kolbens ohne Notwendigkeit eines Entlüfteventils kann aber bei einem den Stand der Technik entsprechenden Kolben nach den Fig. 1a und 1b oder bei einem Kolben nach den Fig. 2a und 2b, wo der Setzring 5 jeweils eine gerade hintere Endfläche hat, also keine Noppen 9 vorgesehen sind, erreicht werden, indem ein modifiziertes Setzwerkzeug benutzt wird, wie es in den Fig. 4a bis 4c oder 5 dargestellt ist.
Das Setzwerkzeug weist dort jeweils einen vorspringenden mittigen zylindrischen Teil 10 auf, der zentrierend in den Setzring 5 eingreift, und einen dazu abgestuften, im Durchmesser größeren zylindrischen Teil 11 auf, der mit seiner vorderen Endfläche an der rückwärtigen Endfläche des Setzrings 5 angreift und den Axialschub auf diesen überträgt.
Erfindungsgemäß sind bei dem modifizierten Setzwerkzeug auf der nach vorne weisenden Endfläche des den Axialschub ausübenden Teils 11 des Setzwerkzeugs an diametral gegenüberliegenden Positionen Erhebungen in Gestalt runder Noppen 12, die bei der Ausführungsform nach den Fig. 4a bis 4c dargestellt, oder Rippen 13, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5 dargestellt, vorgesehen. Dadurch wird der Axialschub auf zwei diametral gegenüberliegende, also auf einer Querachse bzw. Durchmesserlinie liegende Bereiche des Setzrings des Kolbens konzentriert, so dass dieser wegen der ungleichen Belastung um diese Querachse beim Setzen leicht durchgebogen wird und die Entlüftungsfunktion stattfindet.
Abweichend von den Darstellungen in den Fig. 3a bis 3f, Fig. 4a bis 4c und Fig. 5, wo jeweils eine Biegebeanspruchung um eine Querachse entsprechend einer Durchmesserlinie erzeugt wird, ist auch eine Abwandlung dergestalt denkbar, dass an drei mit etwa gleichen Winkelabständen verteilten Stellen eine Biegebeanspruchung erzeugt wir, nämlich durch Verwendung von drei Noppen 9 am Setzring oder drei großen Abständen zwischen Rippen 7, oder durch drei Noppen 12 oder Rippen 13 am Setzwerkzeug.

Claims

Verschluß- und Ausdrückkolben aus elastischem Kunststoff für Kartuschen für plastische Massen, mit einer Kolbenplatte (1) und einer sich daran rückwärts anschließenden zylindrischen Schürze (2), wobei der Übergangsbereich zwischen Kolbenplatte (1) und Schürze (2) mit V-artigem Querschnitt ausgebildet ist und dadurch am Umfang eine schräg nach vorne und auswärts weisende Dichtlippe (3) ausgebildet ist, und mit am Umfang der Schürze (2) gebildeten weiteren, rückwärts weisenden Dichtlippen (4), weiter mit einem rückseitig an der Kolbenplatte angeformten, axial rückwärts von der Kolbenplatte (1) vorspringenden Setzring (5), dadurch gekennzeichnet, dass an der rückwärts weisenden Endfläche des Setzrings (5) mindestens zwei am Umfang gleichmäßig verteilte axiale Vorsprünge (9) vorgesehen wird.
Verschluß- und Ausdrückkolben aus elastischem Kunststoff für Kartuschen für plastische Massen, mit einer Kolbenplatte (1) und einer sich daran rückwärts anschließenden zylindrischen Schürze (2), wobei der Übergangsbereich zwischen Kolbenplatte (1) und Schürze (2) mit V-artigem Querschnitt ausgebildet ist und dadurch am Umfang eine schräg nach vorne und auswärts weisende Dichtlippe (3) ausgebildet ist, und mit am Umfang der Schürze (2) gebildeten weiteren, rückwärts weisenden Dichtlippen (4), weiter mit einem rückseitig an der Kolbenplatte angeformten, axial rückwärts von der Kolbenplatte (1) vorspringenden Setzring (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenplatte (1) nach vorne gewölbt ausgebildet ist und die nach vorne weisende Dichtlippe (3) durch mehrere, die nach vorne weisende Dichtlippe (3) mit der Kolbenplatte (1) verbindende und die zwischen dieser Dichtlippe (3) und der Kolbenplatte (1) gebildete V-Nut überspannende Verbindungselemente (7) verbunden sind, die zwischen mindestens wie Radiallinien drehsymmetrisch am Umfang der Dichtlippe verteilt angeordnet sind, wobei jedoch die den Radiallinien jeweils nächstliegenden Verbindungsglieder einen Abstand voneinander haben, der erheblich größer als der Abstand zwischen den übrigen Verbindungsgliedern (7) ist.
Verfahren zum Einsetzen eines Kolbens aus elastischem Kunststoff in das offene hintere Ende einer Kartusche, wobei der Kolben eine Kolbenplatte (1), eine sich daran axial rückwärts anschließende Schürze (2), und einen rückseitig an der Kolbenplatte (1) axial rückwärts vorspringenden Setzring (5) aufweist, wobei der Übergangsbereich zwischen Kolbenplatte (1) und Schürze (2) im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist und dadurch eine nach vorne weisende Dichtlippe (3) am Umfang der Kolbenplatte (1) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einsetzen des Kolbens in die Kartusche ein Setzwerkzeug benutzt wird, dessen eine axiale Schubkraft auf den Setzring (5) des Kolbens übertragender Bereich (11) mindestens zwei am Umfang verteilte axiale Vorsprünge (12; 13) aufweist.
Kolben nach Anspruch 1, wobei der Setzring (5) zwei axial rückwärts vorspringende Noppen (9) aufweist, die auf einer gemeinsamen Durchmesserlinie liegen.
Kolben nach Anspruch 2, wobei die Verbindungsglieder (7) Rippen sind, die jeweils axial nach vorne über die Dichtlippe (3) überstehen und eine schräg rückwärts und auswärts verlaufende, nach außen weisende Rampenfläche (8) bilden, die in die Kantenfläche der Dichtlippe (3) übergeht.
Kolben nach Anspruch 2 oder 5, bei welchem der Setzring (5) mindestens zwei an seinem Umfang angeordnete, axial vorspringende Noppen (9) aufweist, die auf den genannten Radiallinien liegen.
Kolben nach Anspruch 2, 5 oder 6, wobei zwei Radiallinien vorgesehen sind, die miteinander eine Durchmesserlinie bilden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Setzwerkzeug zwei diametral gegenüberliegende axiale Vorsprünge (12; 13) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 8, wobei die Vorsprünge des Setzwerkzeugs als runde Noppen (12) oder als Rippen (13) ausgebildet sind.