WO2019110635A1 - Kolben und system zum luftfreien einsetzen des kolbens mit einem setzwerkzeug in einen behälter - Google Patents

Kolben und system zum luftfreien einsetzen des kolbens mit einem setzwerkzeug in einen behälter Download PDF

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WO2019110635A1
WO2019110635A1 PCT/EP2018/083585 EP2018083585W WO2019110635A1 WO 2019110635 A1 WO2019110635 A1 WO 2019110635A1 EP 2018083585 W EP2018083585 W EP 2018083585W WO 2019110635 A1 WO2019110635 A1 WO 2019110635A1
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WO
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piston
sealing lip
container
wall
side wall
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PCT/EP2018/083585
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Inventor
Ulrich Hans Nagel
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3lmed GmbH
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Publication date
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    • 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
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    • B65D2205/00—Venting means
    • B65D2205/04—Venting means for venting during the initial insertion of a piston

Definitions

  • the present invention relates to a piston, in particular for use as a dispensing and / or closure piston of a container, having a base body which has a side wall provided with at least one sealing lip, a front wall in the dispensing direction and an outlet wall opposite the front wall. direction back wall has.
  • the invention further relates to a system for air-free insertion of the piston in a container, which comprises a setting tool and the piston and an application system with a piston and a container ter.
  • containers and cartridges are often used, in which the materials are filled and stored closed by a piston.
  • Such containers and cartridges can also be used to discharge the materials.
  • the piston in the container or the cartridge is displaced in the discharge direction and the material exits from an outlet opposite the piston and can be used directly (one-component system) or mixed with a second component from a second container (two-component system).
  • any air remaining in the container between the piston and the material in the container is also considered to be disadvantageous because the air forms a compressible cushion which degrades the accuracy of dosage when dispensing the material.
  • the pistons used must be movably received in the container and close the materials in the container airtight from the environment in the storage condition. For example, pistons are used, which have preloaded elements for sealing, wherein the application pressure does not exceed the preload force, so that a leak in the discharge of the materials does not occur. The disadvantage is that even with the slow deployment of the materials, a high friction occurs.
  • sealing lips and / or elastomeric rings are provided and attached in such a way that in the rest position of the piston there is only a slight contact pressure against the inner wall, but displacement of the piston on the materials, and a resulting pressure, the contact pressure of the seal on the wall elevated.
  • sealing lips this is usually achieved by the sealing lip projecting laterally away from the piston and in the dispensing direction.
  • elastomer seals these are installed so that a pressurized material compresses them in the longitudinal direction. In both cases increases with the material pressure, the force exerted by the sealing element radially on the container wall.
  • Such pistons do not leak even at very high pressures. Typically, such an arrangement fails only when the container is being filled.
  • the piston may first be inserted into the container and advanced to the outlet. Then the material is pressed in through the outlet, pushing the piston away from it.
  • This procedure typically involves inserting the piston and filling the material in a vacuum, otherwise it will be in front of the piston trapped air between material and piston is included.
  • cartridges whose outlet is sealed and which are only opened by the user, it is naturally not possible for the materials to be filled through the outlet, so that the process described for filling the materials for such cartridges is eliminated.
  • the material is filled into the container and then the air space in the cylinder and the space behind it are evacuated to the provided piston. Thereafter, the piston is advanced to the material. As soon as the piston reaches the rear end of the material, it seals. However, with less good vacuum, air between the material and the piston in the container is compressed and remains in the cartridge. The air can only be reduced to an acceptable minimum if the material fills the container so completely that the piston directly touches the material. Fluctuations in the level may, however, cause the material to get on the back of the piston and contaminate the cartridge. Alternatively, the vacuum is improved in a technically complicated manner such that the compressed air can be neglected.
  • a high vacuum can lead to outgassing and thus bubble formation in the materials, so that the insertion of the piston creates a negative pressure in the container, which favors the diffusion of ambient air during storage and thus deteriorates the storage stability.
  • the described outgassing can destabilize the materials, for example, by removing oxygen, which increases the storage stability, especially in polymerizable components.
  • insertion of the piston and filling of the materials in vacuum are usually associated with a high load on the materials.
  • working in a vacuum is technically complicated and time-consuming, thereby significantly increasing the production costs. Because of the described problem and the ease of implementation, is therefore often worked without vacuum. For this purpose, the material is first filled into the container.
  • pistons In order to insert the piston from the side facing away from the outlet into the container, it is necessary to let the air escape in the container, since this is otherwise trapped, which is to be avoided. For this purpose, it is possible to use pistons whose seals leak under pressure and therefore allow the air to escape when being pushed in. Of course, these pistons can not provide sufficient sealing under increased discharge pressures and are unsuitable for longer storage times and air-sensitive materials. Due to the low cost, such pistons are still used in very cheap mass products such as one-component grouts and assembly adhesives.
  • a vent may be provided in the piston.
  • a piston with a vent opening is disclosed, for example, in WO 2012/055921 A1. Although such pistons are sufficiently dense and allow a virtually complete venting, their construction is quite complex, resulting in relatively high production costs.
  • FR 1 333 235 describes a one-piece molded plastic piston.
  • the piston and the sealing lips are made of one piece and a schflexib len plastic. In the unloaded state, the sealing lip protrudes at a right angle from the side wall.
  • US 2005/0 029 306 A1 discloses a piston with a front side in the discharge direction and a rear side.
  • the piston is integral with the sealing lips and made of a thermoplastic.
  • the front sealing lip is pivoted in the direction of the front wall and the rear sealing lip in the direction of the rear wall.
  • US 4,109,833 discloses a piston having a plurality of vertically projecting sealing lips, which pivot when inserting the piston into a container to the rear.
  • recesses may be provided which increase the mobility of the sealing lips.
  • the sealing lips are welded to the main body of the piston and therefore is not designed in one piece with this.
  • EP 2 221 257 A1 discloses a cartridge piston with a plurality of sealing elements. There are provided a plurality of ventilation openings which, in connection with an air-permeable valve lip, permit venting when the piston is inserted into a container.
  • the pistons described above are regularly difficult to vent due to the multiple sealing lips, do not have a high sealing of the container interior to the environment or exert a high pressure on the container inner wall through the sealing lips, so that the breakaway torque is quite high.
  • a piston according to the invention in particular for use as a dispensing and / or closure piston of a container, in that the piston has a base body, a side wall provided with at least one sealing lip, a front wall in the dispensing direction and one of the front wall opposite, in the discharge direction back wall has.
  • the at least one sealing lip is in the unloaded state in the radial direction, in particular substantially at right angles, from the side wall.
  • close the side wall and the at least one Dichtlip pe in the unloaded state preferably an angle of 90 ° ⁇ 10 °, said angle in particular by a pivoting, for example by a load on the sealing lip, is variable.
  • it is essential that the at least one sealing lip and the base body are formed in one piece. In the following, when speaking of a sealing lip, always the majority are meant.
  • each embodiment is meant in which the base body and the sealing lip are formed in a manufacturing step. This can be accomplished, for example, by injection molding, with the same material being provided for the base body and the sealing lip.
  • an integral embodiment of the basic body with the at least one sealing lip has no manufacturing step, in which an assembly of main body and sealing lip takes place, so that in particular no seam between the base body and sealing lip is formed.
  • the sealing lip of the side wall provides a sufficient seal in a container.
  • This can probably be explained by the fact that the radially projecting sealing lip in the container causes a slight widening of the container at the point at which the sealing lip presses against the inner wall of the container, so that even a sealing lip effects a sufficient seal in the storage state.
  • the at least one sealing lip projects beyond the base body in the radial direction.
  • the ratio of radial diameter of the base body dG to the diameter of the base body with sealing lip Ü DL is 0.7 to 0.95. That is, dc / d DL is 0.7 to 0.95, preferably 0.75 to 0.9, more preferably 0.85 ⁇ 0.05.
  • these details relate to a radial cross section which comprises the sealing lip in the unloaded state and the base body.
  • the material for the main body and the sealing lip has a modulus of elasticity between 0.1 and 10 GPa, preferably 0.1 to 5 GPa, particularly preferably 0.5 to 4 GPa.
  • a modulus of elasticity between 0.1 and 10 GPa, preferably 0.1 to 5 GPa, particularly preferably 0.5 to 4 GPa.
  • thermoplastics which are suitable for injection molding, have favorable sliding properties and a low permeability for the substances to be sealed.
  • the pistons can also be milled or the desired shape is created by rolling.
  • Polyoxymethylene (POM), polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP) or polyethylene (PE) are suitable for producing pistons according to the invention. The list is not exhaustive.
  • the at least one sealing lip is pivotable in the direction of the front wall.
  • the sealing lip can be pivoted into a position which leads to an increasing contact pressure on the container inner wall during discharge of material from the container and thus ensures complete sealing even under high pressure load.
  • the pressure applied by the materials due to the materials causes the sealing lip to spread or widen, since the internal pressure in the container rises. This means that no leakage occurs even under the highest pressure load.
  • the sealing lip is pivoted in the direction of the front wall, wherein it is further preferred if in this case the piston is displaceably mounted in a container.
  • the at least one sealing lip in the unloaded state in particular at right angles, projects radially from the side wall, a sufficient seal can be obtained even in the storage state in which the piston seals the container under lower pressure.
  • sealing lip pivotable in the direction of the front wall, it is therefore possible to define two specific states or positions of the sealing lip or of the piston, which are associated with a different orientation and a different functionality of the sealing lip.
  • the radially projecting sealing lip already provides a sufficient seal in the state of storage, since this leads to a minimal widening of the inner wall of the container and thus to a sufficient tightness.
  • the sealing lip can also absorb a high internal pressure occurring during discharge of the materials.
  • the at least one sealing lip can be pivoted in a force-locking manner.
  • a non-positive deformation or pivoting of the sealing lip means that the sealing lip when inserted into the Container can be plastically deformable, but in the container itself allows a elastic cal deformation, which provides a contact pressure on the container inner wall and thus a seal.
  • the sealing lip is plastically deformable under high force effects and pivoting between 5 ° and 70 °, in particular 10 ° to 30 °.
  • Such forces and Verschwenkungen can act on the sealing lip in particular when inserted into the container.
  • the sealing lip is elastically deformable at low force effects and pivoting below 70 °, in particular below 31 °, so that there is a frictional connection between the sealing lip and the container inner wall.
  • the sealing lip may therefore be viscoelastic.
  • At least one support ring protruding in the radial direction from the side wall is formed in front of and / or behind the at least one sealing lip.
  • the at least one support ring may be formed as a simple, radial increase in the side wall or project ridge-shaped in the radial direction of the side wall.
  • the support ring adjoins the at least one sealing lip.
  • the sealing lip can be reinforced and the contact pressure of the sealing lip on the inner wall of the container can be increased in the storage condition.
  • the at least one support ring is configured such that the base body together with the support ring has a maximum radial outer diameter which is smaller than or equal to the inner diameter of the container. If the maximum radial outer diameter is only slightly, for example less than 0.5 mm, preferably approximately 0.2 mm, smaller than the inner diameter of the container, the support ring centers the piston in the container and prevents tilting and thus blocking of the piston during deployment a mass stored within the container. In this case, the ratio of the radial diameter of the base body dG to the diameter of base body with support ring d G s 0.8 to 0.99.
  • dc / dcs is 0.8 to 0.99, preferably 0.82 to 0.97, more preferably 0.9 ⁇ 0.05.
  • these statements relate to a radial cross section at the location of the main body, which comprises the support ring.
  • the support ring stabilizes already during insertion of the piston into the container, so that a particularly good centering and guiding of the piston is achieved.
  • the at least one support ring is chamfered and / or rounded. This allows precise coordination and optimization of the space between the container inner wall and the respective support ring.
  • the at least one sealing lip is chamfered at the end projecting away from the side wall.
  • the ends of the at least one sealing lip are in particular bevelled so that the contact surface of the sealing lip to the container inner wall is increased.
  • the end of the sealing lip is aligned in the axial direction with the container inner wall when the piston is inserted in the container. Since the contact surface can thus be increased, the bevelled end of the sealing lip allows an improvement in the seal, without the contact pressure on the inner wall of the container being significantly increased. Thus, an improved seal is obtained and at the same time the friction and thus the Ausbringkraft not or only slightly increased.
  • the at least one sealing lip is chamfered in the direction of the front wall.
  • Words increases the length, ie the radial extent of the side wall of the piston, the at least one sealing lip against the dispensing direction.
  • the at least one sealing lip is chamfered in the direction of the rear wall.
  • the length of the sealing lip decreases counter to the dispensing direction. Length is again the radial extent of the sealing lip of the side wall of the piston referred to.
  • the at least one sealing lip is wider at the beginning mounted on the side wall in the axial direction than at the end of the sealing lip projecting from the side wall.
  • the ratio of the radial length to the axial width of the at least one sealing lip is 1 to 9, preferably 3 to 7 and particularly preferably 5 ⁇ 1. In this area, a good compromise was found between sufficient sealing and flexibility of the respective sealing lips.
  • the piston is displaceably mounted in a container, that is mounted. It is provided that at least one sealing lip contacts the container inner wall. Due to the contact surface between the sealing lip and the container inner wall, a sealing of the container interior room reached. Therefore, it is particularly preferred if the sealing lip contacts or touches the container inner wall over its entire circumference.
  • sealing lips are provided, which protrude radially from the side wall in the unloaded state.
  • the sealing lips can be subdivided into a sealing lip in the front direction and a sealing lip in the direction of removal.
  • the rear sealing lip is pivotable in the direction of the front wall and the front pivotable in the direction of the rear wall bar.
  • the front and rear sealing lips are assigned different functions. While the front sealing lip allows venting of a container in the rearwardly pivoted position, the rear sealing lip achieves a seal against the ambient air.
  • the venting is made possible by the pivoting or inversion of the front sealing lip according to the invention, which is preferably the foremost sealing lip in the discharge direction.
  • the space lying in the discharge direction in front of the piston and the front sealing lip can be vented, for which purpose a flow connection is established via the front sealing lip between the space lying in front of the front sealing lip and the space located behind the front sealing lip.
  • the front sealing lip can also be swiveled in the container, for which purpose it may be necessary to adapt the radial extent of the front sealing lip to the inner contour of the container or to provide only a very small oversize.
  • the front sealing lip is preferably pivoted in the direction of the rear wall and can thus pivot in the radial direction and towards the side wall of the piston even at low pressure on the front sealing lip and thus release a vent opening.
  • the piston is mounted displaceably in a container and the front sealing lip is pivoted from the radially out of the side wall in the unloaded state alignment in the direction of the front wall or in the direction of the rear wall.
  • the rear sealing lip is pivoted out of the direction in the unloaded state radially away from the side wall alignment in the direction of the front wall.
  • the said wasted positions of the front and / or rear sealing lip are particularly preferred when the piston is slidably mounted in a container.
  • the sealing by the rear sealing lip is in particular supported by the fact that in a preferred embodiment, the rear sealing lip is pivoted in a container during insertion of the piston into the container in the discharge direction and thus in the direction of the front wall.
  • the rear sealing lip In this position, which in particular includes an inner angle between the side wall of the piston and the rear sealing lip of 30 to 60 °, preferably 45 ° ⁇ 5 °, the rear sealing lip points in the direction of the front wall of the piston, so that one on the front wall and pressure acting on the rear sealing lip presses the sealing lip radially outwards and against a container inner wall.
  • Such a position allows a very good seal against the environment even at high discharge pressure. Therefore, it is preferable if the rear sealing lip remains in this position.
  • the front sealing lip is pivoted when inserting the piston into the container, only inside the container in the direction of the rear wall. This simplifies the insertion of the piston into the container. Furthermore, this embodiment allows that a part of the air removed from the container interior via the front sealing lip between the front and the rear sealing lip can be enclosed. This is advantageous because the air trapped there can have a slight overpressure and thus particularly reliably prevents ingress of ambient air. Therefore, in this case, in which the front sealing lip in the container is pivoted toward the rear wall and the rear sealing lip is pivoted in the container towards the front wall, a particularly good seal against the environment is obtained, even if it is during storage to temperature - And / or pressure fluctuations comes.
  • the distance along the side wall of the front sealing lip to the nearest rear sealing lip is smaller than the sum of the respective radial lengths of the front and rear sealing lips.
  • the radial length of the front or rear sealing lip is understood to be the radial extent of the sealing lip from the side wall of the piston. In other words, the distance of the front and rear sealing lips from one another is smaller than the sum of the respective distances of the ends of the sealing lips projecting from the side wall to the radial outer contour of the side wall of the piston.
  • the front sealing lip immediately behind, i. in the direction of the rear wall of the piston, is provided a recess in the side wall.
  • the radial diameter of the main body of the piston is reduced immediately behind the front sealing lip.
  • the depression extends in the axial direction only over a partial region of the main body and in particular has an axial extent of 150% to 50% of the length of the front sealing lip. The depression simplifies the pivoting of the sealing lip, in particular in the direction of the rear wall, and thus facilitates venting.
  • the invention further relates to a system comprising a setting tool for inserting a piston according to the invention into a container having an inner contour, in particular a container of a discharge cartridge, and a piston described above.
  • the setting tool has an insertable into the container insertion portion with an adapted to the inner contour of the container outer contour, wherein within the Einsetzabitess provided at least one side with an opening for insertion and ejection of the piston piston receptacle with a formed on one of the front and the rear sealing lip Outer contour of the Piston adapted inner contour is provided.
  • the setting tool also has a device for generating an axial relative movement between the insertion section and the piston received in the piston receptacle.
  • Such a system makes it possible to use the pistons according to the invention air-free in a container, so that no injury or permanent deformation of the sealing lips occurs and therefore a high storage stability of the filled materials and a good seal against the environment is achieved.
  • the piston is not deformed unevenly at any point.
  • the container in which the piston is used at no point damaged or unevenly loaded, so that there are no leaks.
  • the piston receptacle has an inner contour adapted to the outer contours of the piston. It is not necessary that the outer contour of the piston and its outer diameter are smaller than or equal to the inner contour and the inner diameter of the piston receiving are configured, since the front and the rear sealing lip of the piston also compared to the piston receiving an above-described excess and the piston below a force-locking, or plastic / elastic or viscoelastic, deformation is used in the piston seat and thereby the respective sealing lips are pivoted.
  • the setting tool has a device for generating an axial relative movement between the insertion section and a piston accommodated in the piston receptacle.
  • the device for generating an axial relative movement is in the simplest case an ejector plunger, which can eject the piston from the piston receptacle through the insertion section. Since, in a preferred variant, the piston is placed on a liquid or pasty material present in the container, it is preferred, however, that when the ejector ram holds the piston axially to the container and thus to the material, while the insertion portion is pulled out of the container. In manual design, this movement is particularly facilitated by the fact that handles are provided on the ejector ram and / or on the insertion section, the holder in machines will be designed differently.
  • a device for generating an axial relative movement between the insertion section and the piston can be provided on the insertion section itself.
  • the piston receptacle of the setting tool has a wall thickness of 0.02 mm to 0.5 mm, preferably 0.05 mm to 0.25 mm, in particular 0.15 mm ⁇ 0.05 mm.
  • the wall thickness should be selected as a function of the material used for the production of the setting tool.
  • a high stiffness material such as steel, aluminum, titanium and / or fiber reinforced composites
  • lower wall thicknesses can be achieved without deforming the setting tool when used in a method as described above.
  • small wall thicknesses in particular in the range of 0.05 mm to 0.25 mm, it is advantageous that the piston or its seal is not unnecessarily deformed when inserted into the setting tool or within it.
  • the wall thickness is selected relative to the inner and outer diameter of the piston receptacle. This can take into account the fact that larger settlement Tools require regularly higher wall thicknesses to provide the stability required for the application of setting tools.
  • the ratio of the inner diameter to the outer diameter of the piston receptacle is 95% to 99.9%, preferably 97% to 99.5%, particularly preferably 99% ⁇ 0.5%. Within these ratios, a balance between the lowest possible wall thickness and the highest possible rigidity of the setting tool is obtained.
  • the piston receptacle is limited on the side opposite the opening in the axial direction by a stop.
  • This stop prevents insertion of the piston in the setting tool beyond the piston seat addition. Therefore, it is particularly preferred if the axial length of the limited by the stopper piston seat is adapted to the axial extent of the piston, so that the piston does not protrude further than necessary in the setting tool.
  • the setting tool can be made more compact.
  • the piston receptacle in the axial direction can not be completely absorbed by the piston receptacle so that a sealing lip of the seal of the piston in the dispensing direction is not deformed in the setting tool, whereas a sealing lip which is rear in the dispensing direction is deformed in the piston receptacle of the setting tool.
  • the outer contour of the insertion section is adapted to the inner contour of the container such that a vent opening is formed between the outer contour of the insertion section and the inner contour of the container.
  • This embodiment is the simplest variant of a vent opening, which is designed in this way around the insertion section circumferentially. Because through the venting If only low-viscosity air is to be conducted, it is generally sufficient if the setting tool can be inserted into the container such that the inner diameter of the container is greater than or equal to the outer diameter of the setting section of the setting tool.
  • the at least one vent opening is formed by roughness and unevenness on the inner contour of the container and / or the outer contour of the setting tool.
  • the insertion section can be inserted into the container, whereby at least one vent opening is already formed.
  • Further variants, however, which are more complex due to the design, can provide depressions on the outer contour of the insertion section, which extend in the axial direction along the insertion section and guide the air out of the container.
  • the setting tool does not produce a widening thereof when the insertion section is inserted into the container, as this can lead to a deformation of the inner contour of the container and / or the outer contour of the insertion section, so that a Sealing between the container and insertion portion results and a vent through the at least one vent opening is difficult.
  • the setting tool additionally has a deformation funnel which can be moved relative to the insertion section and has a conically tapered opening.
  • the inner diameter of the deformation funnel is smaller than or equal to the inner diameter of the inner contour of the piston receptacle.
  • the conical opening of the deformation cutter facilitates the insertion of the piston into the deformation funnel. It is also ensured that the deformation of the seal of the piston takes place uniformly over the entire circumference.
  • the deformation funnel has a stop which is supported behind the piston receiving means, in particular on the thick-walled part, of the setting tool. This can be avoided that high axial forces are transmitted to the thin-walled and therefore knife-like sharp front edge of the piston seat when pushing the piston. This considerably increases the stability of the setting tool.
  • the radial width of the stop preferably corresponds to the wall thickness of the piston receptacle. As a result, the deformation funnel can be easily placed on the piston seat and held axially in one direction.
  • the deformation funnel is designed in several parts, in particular in two parts, and thus has a plurality of parts, for example jaws, which together form the deformation funnel.
  • the deformation funnel is divided along the opening for insertion of a piston so that two separable parts are obtained. If the parts of the deformation funnel are removed from each other, the radial cross section of the opening increases, so that the deformation funnel can be mounted very easily, in particular from the side, on the setting tool. The piston is then pushed into the setting tool in one go through the forming funnel mounted on the setting tool.
  • the present invention also relates to an application system with a piston and a container described above, wherein the piston is mounted displaceably within the container.
  • Such an application system is usually used for storage and discharge of flowable materials.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a first embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of a second embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a third embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of a fourth embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 5 shows a longitudinal section of a fifth embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 6 shows a longitudinal section of a sixth embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 7 shows a longitudinal section of a seventh embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 8 shows a longitudinal section of an eighth embodiment of a piston according to the invention
  • FIGS Fig. 10 is a longitudinal section of a system of a setting tool and a piston according to the fifth embodiment.
  • Figure 1 shows a piston 1 with a base body 2 and a circumferential side wall 3, which is provided with a sealing lip 4a.
  • the piston 1 has a front wall 5 which is arranged in the discharge direction and therefore can come into contact with a material located in a container (not shown).
  • a rear wall 6 is provided, to which a plunger (not shown) can typically engage, in order to displace the piston in the container in the discharge direction.
  • the sealing lip 4a projects in the radial direction from the side wall 3 at right angles and is integrally formed with the base body 2.
  • Figure 2 shows a piston 1 with a base body 2 and a circumferential side wall 3, which is provided with a plurality of sealing lips 4a, 4b, 4c, 4d and 4e.
  • the sealing lips 4a, 4b, 4c, 4d and 4e are in the radial direction of the side wall 3 at right angles.
  • the piston 1 according to the first embodiment is simple and inexpensive to manufacture, since no expensive rubber rings are provided and must be mounted during manufacture.
  • FIG. 2 shows the unloaded state in which the sealing lips 4a, 4b, 4c, 4d and 4e project radially from the side wall 3.
  • the sealing lips 4a, 4b, 4c, 4d and 4e are pivotable in the direction of the front wall 5, which is indicated by the arrows 7.
  • the front sealing lip 4a which merges directly into the front wall 5, is non-positively from a waste to the front wall 5 position (not shown), or plastic / elastic or viscoelastic, pivotable in the direction of the rear wall 6, which is indicated by the double arrow. 8 is indicated.
  • the front sealing lip 4a also from the shown unloaded state in the direction of the rear wall 6 pivotally, which is indicated by the second double arrow 8.
  • Venting can be achieved in that the front sealing lip 4a is pivoted in the direction of the rear wall 6 and is thus pressed radially in the direction of the side wall 3 even with slight overpressure and a vent opening or a flow connection between the space in front of the front seal 4a and behind the front seal 4a releases.
  • the sealing lips 4b, 4c, 4d and 4e rear sealing lips in the sense of the application.
  • the distance 9 between the front sealing lip 4a and the rear sealing lip 4b is smaller than the sum of the lengths 10 of the front 4a and rear sealing lip 4b. Since all the sealing lips 4a, 4b, 4c, 4d and 4e have the same length 10, the length 10 of the sealing lip 4c is shown for a better overview. However, it is also possible for the sealing lips 4a, 4b, 4c, 4d and 4e to have different lengths 10. In the example shown here, the distance 9 between the adjacent sealing lips 4a and 4b is approximately 60% of the sum of the lengths 10 of the front sealing lip 4a and the rear sealing lip 4b.
  • the distance 9 is in the range of 0.4 to 0.8 of the sum of the lengths 10 of the front sealing lip 4a and the rear sealing lip 4b.
  • This short distance 9 causes a pivoting of the rear sealing lip 4b in the direction of the front wall 5 and a pivoting of the front sealing lip 4a in the direction of the rear wall 6 generates a mutual tension of the two sealing lips 4a and 4b, whereby a improved sealing is achieved.
  • FIG. 3 shows the third embodiment of a piston 1.
  • This embodiment differs from the variant shown in FIG. 2 in that the sealing lip 4b has been omitted.
  • the distance 9 between the front sealing lip 4a and the rear sealing lip 4c is significantly increased, so that it does not lead to a strain of the sealing lips 4a and 4c.
  • the piston 1 of Figure 3 is therefore easier to move within the container.
  • the fourth embodiment according to FIG. 4 is based on the example of a piston 1 according to the invention shown in FIG. 3, wherein behind the front sealing lip 4 a a circumferential recess 11 is provided in the side wall 3 of the piston 1.
  • the front sealing lip 4a becomes more flexible and the insertion of the piston 1 into a container is simplified.
  • the increased flexibility also facilitates pivoting of the front sealing lip 4 a in the direction of the rear wall 6 and radial pressing of the sealing lip 4 a in this direction against the side wall 3. Therefore, a flow channel for venting is relatively easily released.
  • the flexibility of the front sealing lip 4a should not be too high, since this can promote leaks which can be generated by pressure fluctuations or air trapped between the front sealing lip 4a and the rear sealing lip 4c.
  • FIG. 5 shows the fifth embodiment of a piston 1.
  • This is based on the third embodiment of Figure 4, but has an additional support ring 12 which is provided immediately behind the rear sealing lip 4e.
  • This support ring 12 ensures that the rear sealing lip 4e is reinforced and stiffer and that the piston 1 is centered in the container more accurate. Furthermore, tilting of the piston 1 in the container is prevented and undesired folding or everting of the rear sealing lips 4c, 4d and 4e in the direction of the rear wall 6 is made more difficult.
  • This piston is very robust and can be mounted very well with the system of piston and setting tool according to the invention.
  • more than two sealing lips are used.
  • a cascade-like failure of the sealing lips can be observed, depending on the flexibility, length and distance between the sealing lips. This can occur when, in the case of heavy application pressure, the foremost rear sealing lip 4b or 4c is folded over or everted from a wasted position in the direction of the front wall 5 into a position that is wasted in the direction of the rear wall 6.
  • the pressure on the next rear sealing lip abruptly increases and this sealing lip also folds over, so that the seal provided by the sealing lips can be completely ineffective.
  • FIGs 6, 7 and 8 show embodiments with two sealing lips.
  • a support ring 12 arranged behind the rear sealing lip 4b is provided, which in this case, however, is arranged at a distance from the sealing lip 4b and therefore has a negligible influence on the flexibility and pivotability of the rear sealing lip 4b , Furthermore, a further support ring 13 is arranged in front of the front sealing lip 4a, the outer diameter of which is made smaller by 0.4 mm than the inner container diameter, and the ratio dG / dGs is 0.91.
  • the front sealing lip 4a and the rear sealing lip 4b are protected between the robust support rings 12 and 13 and are made wider on the side wall 3 in the axial direction than at their projecting from the side wall 3 end.
  • the seventh embodiment is shown in FIG. This is based on the sixth embodiment, wherein the space lying between the here axially wider running support ring 13 and the front sealing lip 4a has been reduced. Due to the semicircular transition between the support ring 13 and the front sealing lip 4a, this space can still be well vented by entering material, the escaping air flows past the front sealing lip 4a. Depending on, in particular rheological, properties of the material, it may be useful to match the geometry of the support ring 13, the space lying between the support ring 13 and the front sealing lip 4a, and the flexibility of the front sealing lip 4a. It is also shown in FIG. 7 that the front sealing lip 4 a is tapered in the direction of the front wall 5 and is therefore radially longer in the direction of the rear wall 6 than in the direction of the front wall 5.
  • FIG. 8 shows the eighth embodiment of a piston 1 according to the invention, in which, as in the seventh embodiment, the space between the support ring 13 and the front sealing lip 4 a has been reduced.
  • the support ring 13 decreases linearly in the radial direction to the side wall 3, on which the front sealing lip 4a is provided. In other words, the support ring 13 runs conically in the direction of the rear wall.
  • All embodiments can also be mounted in a container, that all sealing lips are tilted forward. This is always possible and sensible if a sealing function of the piston against the ingress of air is not necessary or formulated in other words, if a suppression in the container is not to be expected.
  • the ninth embodiment is shown in FIG. This comprises a front sealing lip 4a, which merges directly into the front wall 5 here. Contrary to the application direction, the support ring 13 closes behind the front sealing lip 4a on. This is adapted by a circumferential rounding 13a immediately behind the front sealing lip 4a at the movement radius, and follows a possible pivoting of the front sealing lip 4a in the direction of the rear wall 6. Further supports the support ring 13, the front sealing lip 4a in the direction of the back wall 6 waste position. The rounded portion 13a is followed by a projection 13b, which assumes the guiding function of the support ring 13 within the container.
  • the support ring 13 is tapered, here in the direction of the rear sealing lip 4b, which has a tapered end corresponding to the front sealing lip 4a in the seventh embodiment.
  • the second rear sealing lip 4c and the support ring 12 are analogous to the embodiment of Figure 8 executed.
  • FIG. 10 shows the system of setting tool 14 and piston 1 according to the invention, the piston 1 according to the sixth embodiment being shown by way of example having two sealing lips 4a, 4b provided between two support rings 12, 13 on the side wall 3 (see FIG Figure 6).
  • the piston 1 according to the sixth embodiment can also be used in the system of setting tool 14 and piston 1 according to the invention. Because of the design of the piston 1, reference is made to the above description.
  • the setting tool 14 comprises an insertion section 15 with an outer contour 16, wherein within the insertion section 15 a piston receptacle 17 is provided, which has an opening for inserting and ejecting the plunger 1.
  • the piston receptacle 17 has an inner contour 18, which is adapted to the outer contour of the piston 1.
  • the wall thickness of the piston seat 17 is in the present preferred embodiment 0.15 mm, the piston 1 here has an outer diameter of 18.5 mm and an axial extent of 9 mm.
  • the foreign diameter of the sealing lips here is 19.8 mm.
  • the inner diameter of the piston seat 17 is in this case smaller than the outer diameter of the sealing lips of the piston 1, by 1, 1 mm.
  • the axial length of the piston seat 17 is 9 mm.
  • this piston is preferably only partially inserted into the piston seat 17, which can be ensured by washers, not shown here. If the front sealing lip is tilted later in the container to the rear, the piston 1 is pushed so far into the piston seat 17 that only the rear sealing lip is compressed within the piston seat 17 by tilting forward on the inner diameter of the Kolbenauf- acceptance 17, the The front sealing lip remains outside the piston seat 17 and is not deformed. If later in the container both sealing lips are tilted forward, the piston 1 is pressed correspondingly deeper into the piston seat 17, so that both sealing lips within the piston housing 17 are compressed by tilting to the front.
  • sealing lips which are located in the piston receptacle 17 are not changed. Sealing lips, which are located in front of the piston seat 17 and therefore are not compressed, are compressed by the container and inevitably tilted or pivoted backwards.
  • the sealing lips which were previously heavily compressed in the piston seat 17, expand radially as far as the container wall. This is done by reducing the pivoting forward. For a radially perpendicular protruding of the sealing lips or even a folding the room is not enough.
  • the piston receptacle 17 On the side opposite the opening of the piston receptacle 17, the piston receptacle 17 has a stop 19, which limits the piston receptacle 17 and prevents any further insertion of the piston 1.
  • the piston 1 can be completely or only partially received in the piston seat 17.
  • the abutment 19 is designed here circumferentially along the inner contour, but may also have other shapes, for example in the form of a secant-inserted web.
  • the stop 19 is formed by the fact that the wall thickness of the insertion portion 15 increases in the adjoining the piston seat 17 area to 3.5 mm. H here is the above-mentioned not shown washer on.
  • the setting tool 14 preferably has a vent opening, which is formed along the insertion section 15, so that air outside the setting tool 1 can leave the container and be vented.
  • the vent opening is formed as an intermediate space between the inner contour of the container (not shown) and the outer contour 16 of the insertion section 15.
  • the vent opening 15 can also be formed as an axially extending recess provided on the outer contour 16 along the insertion section 15, so that the air can escape from the container along the setting tool 14.
  • the setting tool 14 preferably has a step 20 provided on the insertion section 15, which can be adapted such that it can be placed on the deformation funnel 24.
  • the step 20 in conjunction with a corresponding bearing surface of the deformation funnel 24 provide increased mechanical stability for insertion of the piston 1 into the setting tool 14.
  • a device for producing an axial relative movement between the insertion section 15 and the piston 1 is provided according to the invention.
  • this is an ejector ram 21, which can be inserted into a recess 22 within the insertion section 15.
  • the ejector ram 21 has a diameter of 12 mm and is dimensioned from its axial length such that it can eject the piston 1 out of the piston receptacle 17 through the insertion section 15.
  • 15 handles 23 are provided both on the ejector ram 21 and on the insertion section. Therefore, the setting tool 14 is so constructed that by squeezing the handles 23, the ejector plunger 21 axially fixes the plunger 1 inside the container while the inserting portion 15 inserted in the container is pulled out of the container.
  • the system of setting tool 14 and piston 1 is supplemented by an additionally provided deformation funnel 24.
  • the deformation funnel 24 comprises a conically tapered opening 25 whose largest inner diameter is preferably 22 mm and whose smallest inner diameter is preferably 18.7 mm. Due to the conical shape, a piston 1 and its sealing lips 4a, 4b, 4c, 4d and 4e which can be inserted into the opening 25 are uniformly positively frictionally or plastically / elastically or viscoelastically deformed, whereby damage to the sealing lips 4a, 4b, 4c , 4d and 4e is avoided.
  • the conical portion of the opening 25 is followed by a static section with a constant inner diameter.
  • the inner diameter of this section of the deformation funnel 24 is preferably dimensioned so that it is less than or equal to the inner diameter of the inner contour 18 of the piston receiving 19. Furthermore, the deformation funnel 24 has a step 26 whose radial width corresponds to the wall thickness of the piston receptacle 17. In this case, the inner diameter of the deformation funnel 24 can be widened by the radial width of the step 26, so that the piston receptacle 17 can be inserted into a receiving region of the deformation funnel 24 and inserted up to the step 26.
  • the piston 1 Due to the coordination of the radial width of the step 26 to the wall thickness of the piston seat 17, the piston 1 can be transferred from the deformation bar 24 into the piston seat 17 without resulting in steps in the formed inner contour of the deformation funnel 24 and piston seat 19. This in turn protects the sealing lips 4a, 4b, 4c, 4d and 4e of the piston 1 against damage.
  • the deformation funnel 24 can be supported on the step 20 of the setting tool 14.
  • the piston 1 can also be inserted so that only the front sealing lip 4a is not pivoted, but remains freely movable and is pivoted only when inserted into the container in the direction of the rear wall 6.
  • the deformation funnel 24 is removed from the setting tool 14 and the system of piston 1 and setting tool 14 inserted into a container. Is filled in the container, a liquid or pasty material, the setting tool 14 is advanced in the discharge direction until the piston 1 contacts the material. The air in the container escapes via the vent opening 15 of the setting tool 14. As a result of pressure on the material and because of the air still present in front of the front sealing lip 4 a, it is pivoted in the direction of the rear wall 6. In this position, the front sealing lip 4a can be moved radially in the direction of the side wall 3 and thus provide a flow connection for the air, so that the air can escape. In the event that the front sealing lip 4a has already been pivoted with insertion of the setting tool 14 in the container in the direction of the rear wall, the front sealing lip 4 a vented in the same way.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (1), insbesondere zur Verwendung als Ausbring- und/oder Verschlusskolben eines Behälters, mit einem Grundkörper (2), der eine mit wenigstens einer Dichtlippe (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) versehene Seitenwand (3), eine in Ausbringrichtung vordere Wand (5) und eine der vorderen Wand (5) gegenüberliegende, in Ausbringrichtung rückseitige Wand (6) aufweist. Die wenigstens eine Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) steht im unbelasteten Zustand in radialer Richtung, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig, von der Seitenwand (3) ab. Ferner ist die wenigstens eine Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) und der Grundkörper (2) einstückig ausgebildet und aus demselben Material gefertigt.

Description

Kolben und System zum luftfreien Einsetzen des Kolbens
mit einem Setzwerkzeug in einen Behälter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere zur Verwendung als Ausbring- und/oder Verschlusskolben eines Behälters, mit einem Grundkörper, der eine mit wenigstens einer Dichtlippe versehene Seitenwand, eine in Ausbringrich- tung vordere Wand und eine der vorderen Wand gegenüberliegende, in Ausbring- richtung rückseitige Wand aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein System zum luftfreien Einsetzen des Kolbens in einen Behälter, das ein Setzwerkzeug und den Kolben umfasst sowie ein Applikationssystem mit einem Kolben und einem Behäl- ter.
Zur Lagerung und zum Transport von Materialien oder Stoffgemischen werden, bspw. für Dentalmaterialien oder Baustoffe, häufig Behälter und Kartuschen eingesetzt, in welchen die Materialien eingefüllt und durch einen Kolben ver- schlossen aufbewahrt werden. Derartige Behälter und Kartuschen können auch zum Austragen der Materialien verwendet werden. Dazu wird der Kolben in dem Behälter bzw. der Kartusche in Ausbringrichtung verschoben und das Material tritt aus einem dem Kolben gegenüberliegenden Auslass aus und kann direkt verwendet (Einkomponentensystem) oder mit einer zweiten Komponente aus einem zweiten Behälter (Zweikomponentensystem) vermischt werden.
Da viele Materialien dazu neigen, mit der nach dem Befüllen des Behälters und dem Einsetzen des Kolbens in den Behälter verbleibenden Luft zu reagieren, ist man bestrebt, die Luft möglichst vollständig aus dem Behälter entweichen zu lassen. Etwaige in dem Behälter verbleibende Luft zwischen dem Kolben und dem in dem Behälter befindlichen Material wird auch deshalb als nachteilig empfunden, weil die Luft ein kompressibles Polster bildet, das die Genauigkeit der Dosierung beim Ausbringen des Materials verschlechtert. Die verwendeten Kolben müssen in dem Behälter beweglich aufgenommen sein und die im Behälter befindlichen Materialien im Lagerzustand luftdicht von der Umgebung abschließen. Beispielsweise werden Kolben eingesetzt, die zur Abdichtung vorgespannte Elemente aufweisen, wobei der Ausbringdruck die Vorspannkraft nicht übersteigt, so dass eine Undichtigkeit beim Ausbringen der Materialien nicht auftritt. Nachteilhaft ist daran, dass auch beim langsamen Ausbringen der Materialien eine hohe Reibung auftritt. Dadurch wird, insbeson- dere bei manueller Betätigung, die zum Ausbringen benötigte Kraft so hoch, dass eine genaue Dosierung der ausgetragenen Menge erschwert wird. Übli- cherweise werden daher Dichtlippen und/oder Elastomerringe vorgesehen und derart angebracht, dass in Ruhelage des Kolbens nur ein geringer Anpressdruck zur Innenwand besteht, aber ein Verschieben des Kolbens auf die Materialien, und ein dadurch entstehender Druck, den Anpressdruck der Dichtung auf die Wand erhöht. Dies wird bei Verwendung von Dichtlippen üblicherweise dadurch erreicht, dass die Dichtlippe seitlich vom Kolben und in Ausbringrichtung weg- ragt. Bei der Verwendung von Elastomerdichtungen werden diese so eingebaut, dass ein unter Druck stehendes Material diese in Längsrichtung komprimiert. In beiden Fällen steigt mit dem Materialdruck die Kraft, die das Dichtelement radial auf die Behälterwand ausübt. Solche Kolben werden auch bei sehr hohen Dru- cken nicht undicht. Typischerweise versagt so eine Anordnung erst beim Plat- zen des Behälters.
Für ein im Wesentlichen luftfreies Einsetzen der luftundurchlässigen Kolben und damit verbundenem Abfüllen der Materialien gibt es mehrere Möglichkeiten.
Beispielsweise kann zuerst der Kolben in den Behälter eingeführt werden und bis zum Auslass vorgeschoben werden. Anschließend wird das Material durch den Auslass eingepresst und schiebt dabei den Kolben von diesem weg. Bei diesem Verfahren wird typischerweise das Einsetzen des Kolbens und die Abfül- lung des Materials im Vakuum vorgenommen, da sonst die vor dem Kolben befindliche Luft zwischen Material und Kolben eingeschlossen wird. Bei Kartu- schen, deren Auslass zugeschmolzen wird und welche erst vom Anwender geöffnet werden, ist eine Abfüllung der Materialien durch den Auslass naturge- mäß nicht möglich, so dass das beschriebene Verfahren zur Abfüllung der Mate- rialien für solche Kartuschen ausscheidet.
In einem weiteren Verfahren wird zunächst das Material in den Behälter einge- füllt und anschließend der Luftraum im Zylinder und der Raum dahinter zu dem bereitgestellten Kolben evakuiert. Danach wird der Kolben bis zum Material vorgeschoben. Sobald der Kolben das hintere Ende des Materials erreicht, dichtet er ab. Dabei wird allerdings bei weniger gutem Vakuum Luft zwischen Material und Kolben im Behälter verdichtet und verbleibt in der Kartusche. Die Luft lässt sich dabei nur dann auf ein akzeptables Minimum reduzieren, wenn das Material den Behälter so vollständig ausfüllt, dass der Kolben unmittelbar das Material berührt. Schwankungen in der Füllhöhe können jedoch dazu fuh- ren, dass das Material auf die Rückseite des Kolbens gerät und die Kartusche verschmutzt. Alternativ wird in technisch aufwendiger Weise das Vakuum derart verbessert, dass die verdichtete Luft vernachlässigt werden kann. Ein hohes Vakuum kann aber zu Ausgasungen und damit zu Blasenbildung in den Materia- lien führen, so dass das Einsetzen des Kolbens einen Unterdrück im Behälter erzeugt, was ein Eindiffundieren von Umgebungsluft während der Lagerung begünstigt und damit die Lagerstabilität verschlechtert. Außerdem kann das beschriebene Ausgasen die Materialien destabilisieren, indem beispielsweise Sauerstoff entfernt wird, der insbesondere in polymerisierbaren Komponenten die Lagerstabilität erhöht. Jedenfalls sind ein Einsetzen des Kolbens und ein Abfüllen der Materialien im Vakuum meist mit einer hohen Belastung für die Materialien verbunden. Ferner ist das Arbeiten im Vakuum technisch aufwendig und zeitintensiv und erhöht dadurch die Produktionskosten deutlich. Aufgrund der beschriebenen Problematik und der einfachen Umsetzbarkeit, wird daher oftmals ohne Vakuum gearbeitet. Dazu wird das Material zunächst in den Behälter eingefüllt. Um den Kolben von der dem Auslass abgewandten Seite in den Behälter einzuschieben, ist es notwendig, die Luft im Behälter entweichen zu lassen, da diese andernfalls eingeschlossen wird, was es ja zu vermeiden gilt. Dazu können Kolben eingesetzt werden, deren Dichtungen unter Druck undicht werden und daher die Luft beim Einschieben entweichen lassen. Diese Kolben können selbstverständlich unter erhöhten Austragsdrücken keine ausrei- chende Abdichtung bereitstellen und sind für längere Lagerzeiten und luftemp- findliche Materialien ungeeignet. Aufgrund der geringen Kosten, werden solche Kolben dennoch bei sehr günstigen Masseprodukten wie Einkomponenten- Fugenmassen und Montageklebern durchaus verwendet.
Als Alternative dazu kann eine Entlüftungsöffnung im Kolben vorgesehen sein. Ein Kolben mit Entlüftungsöffnung ist beispielsweise in der WO 2012/055921 A1 offenbart. Solche Kolben sind zwar ausreichend dicht und erlauben eine prak- tisch vollständige Entlüftung, allerdings ist deren Aufbau durchaus komplex, so dass relativ hohe Fertigungskosten anfallen.
Eine weitere gängige Lösung zum Entweichen der Luft beim Einsetzen des Kolbens besteht darin, einen Draht oder ein dünnes Rohr zwischen Dichtung des Kolbens und der Innenwand des Behälters einzuklemmen. Durch die so herbeigeführte Undichtigkeit kann die Luft während des Vorschiebens des Kol- bens zum Material entweichen. Anschließend wird der Draht oder das Rohr herausgezogen. Allerdings wird dabei die Dichtung derart beansprucht, dass keine ausreichende Abdichtung nach Herausziehen des Drahtes oder des Rohrs erreicht wird. Kolben, die auf diese Weise eingesetzt werden, werden daher mit zusätzlichen Dichtungen, beispielsweise einem Elastomerring, versehen, der jedoch relativ teuer ist und eine hohe Reibung erzeugt, was das Ausbringen der Materialien durch den Anwender erschwert. Ferner hinterlässt der Draht oder das Rohr oftmals Beschädigungen an der Behälterinnenwand, die zu einer Undichtigkeit führen. Um eine solche Undichtigkeit zu vermeiden werden daher Dichtungen verwendet, die einen hohen Anpressdruck auf die Behälterinnen- wand aufweisen, sodass auch eine Beschädigung an der Dichtung oder der Behälterinnenwand keine Undichtigkeit erzeugt.
Dies führt zwar zu einer ausreichenden Abdichtung sowohl im Lagerzustand als auch beim Austragen von Materialien aus dem Behälter, jedoch sind die ent- sprechenden Kolben relativ aufwendig herzustellen und daher teuer. Ferner ist der Anpressdruck auf die Behälterinnenwand so hoch, dass beim Beginn des Austragens der Materialien aus dem Behälter ein hohes Lochbrechmoment erzeugt wird. Das Lochbrechmoment, also der initiale Impuls, der beim Bewe- gen des Kolben aus der im Lagerzustand des Behälters eingenommenen Positi- on in Ausbringrichtung der Materialien entsteht, führt zu einem ruckartigen Vorstoßen des Kolbens in Ausbringrichtung. Dadurch kommt es zu unkontrollier- tem Austragen eines zu großen Anteils des in dem Behälter gelagerten Materi- als. Dies führt regelmäßig dazu, dass ein nicht unerheblicher Anteil des Materi- als separat ausgetragen und verworfen werden muss, um eine Überdosierung an dem eigentlichen Einsatzort des Materials zu vermeiden. Insbesondere für hochpreisige und in kleinen Mengen vorliegende Materialien, bspw. im Medizin- oder Dentalbereich, ist das Verwerfen des Materials unerwünscht, sodass die bekannten Kolben in Hinblick auf die Kosten und Bedienungsfreundlichkeit nachteilhaft sind. FR 1 333 235 beschreibt einen einteilig geformten Kolben aus Kunststoff. Der Kolben sowie die Dichtlippen sind dabei aus einem Stück und einem halbflexib len Kunststoff gefertigt. Im unbelasteten Zustand steht die Dichtlippe rechtwink- lig von der Seitenwand ab. US 2005/0 029 306 A1 offenbart einen Kolben mit einer in Austragsrichtung liegenden Vorderseite und einer Rückseite. Der Kolben ist einstückig mit den Dichtlippen und aus einem Thermoplasten gefertigt. Die vordere Dichtlippe ist in Richtung der vorderen Wand und die hintere Dichtlippe in Richtung der hinteren Wand verschwenkt.
US 4,109,833 offenbart einen Kolben mit mehreren senkrecht abstehenden Dichtlippen, die beim Einsetzen des Kolbens in einen Behälter nach hinten verschwenken. Dabei können Aussparungen vorgesehen sein, welche die Be- weglichkeit der Dichtlippen erhöhen. Die Dichtlippen sind an den Grundkörper des Kolbens angeschweißt und daher nicht einstückig mit diesem ausgeführt ist.
DE 20 2008 002 847 U1 beschreibt einen Kolben mit einem Führungsabschnitt und zwei Dichtmanschetten, welche innerhalb eines Behälters in Richtung der unteren Stirnseite bzw. oberen Stirnseite verschwenkt sind. Der Kolben ist ein- stückig und aus einem Rohling gedreht.
EP 2 221 257 A1 offenbart einen Kartuschenkolben mit mehreren Dichtelemen- ten. Es sind mehrere Entlüftungsöffnungen vorgesehen, die im Zusammenhang mit einer luftdurchlässigen Ventillippe eine Entlüftung beim Einsetzen des Kol- bens in einen Behälter erlauben.
Die oben beschriebenen Kolben sind aufgrund der mehreren Dichtlippen jedoch regelmäßig schwierig zu entlüften, weisen keine hohe Abdichtung des Behälte- rinnenraums gegenüber der Umgebung auf oder üben durch die Dichtlippen einen hohen Druck auf die Behälterinnenwand auf, sodass das Losbrechmo- ment recht hoch ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kolben bereitzustellen, der kostengünstig hergestellt werden kann, ein geringes Lochbrechmoment aufweist und trotzdem eine ausreichende Abdichtung sowohl im Lagerzustand als auch beim Austragen ermöglicht, so dass die oben beschriebenen Nachteile nicht auftreten. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Kol- bens, der einfach zu entlüften ist.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Kolben, insbesondere zur Verwendung als Ausbring- und/oder Verschlusskolben eines Behälters, dadurch gelöst, dass der Kolben einen Grundkörper, eine mit wenigstens einer Dichtlippe versehene Seitenwand, eine in Ausbringrichtung vordere Wand und eine der vorderen Wand gegenüberliegende, in Ausbringrichtung rückseitige Wand auf- weist. Die wenigstens eine Dichtlippe steht im unbelasteten Zustand in radialer Richtung, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig, von der Seitenwand ab. Mit anderen Worten schließen die Seitenwand und die wenigstens eine Dichtlip pe im unbelasteten Zustand vorzugsweise einen Winkel von 90° ± 10° ein, wobei dieser Winkel insbesondere durch eine Verschwenkung, beispielsweise durch eine Belastung der Dichtlippe, veränderbar ist. Erfindungsgemäß ist we- sentlich, dass die wenigstens eine Dichtlippe und der Grundkörper einstückig ausgebildet sind. Im Folgenden kann, wenn von einer Dichtlippe gesprochen wird, immer auch die Mehrzahl gemeint sein.
Mit einer einstückigen Ausführung des Grundkörpers mit der wenigstens einen Dichtlippe ist jede Ausgestaltung gemeint, in welcher der Grundkörper und die Dichtlippe in einem Fertigungsschritt ausgebildet werden. Dies kann beispiels- weise im Spritzgussverfahren bewerkstelligt werden, wobei für Grundkörper und Dichtlippe dasselbe Material vorgesehen wird. Mit anderen Worten weist eine einstückige Ausführung des Grundkörpers mit der wenigstens einen Dichtlippe keinen Fertigungsschritt auf, in welchem ein Zusammenfügen von Grundkörper und Dichtlippe erfolgt, sodass insbesondere keine Naht zwischen Grundkörper und Dichtlippe ausgebildet ist.
Überraschenderweise wird mit einem Kolben mit einer einstückigen Ausführung von Grundkörper und wenigstens einer Dichtlippe sowie einem radialen Abste- hen der Dichtlippe von der Seitenwand eine ausreichende Abdichtung in einem Behälter bereitgestellt. Dies lässt sich vermutlich dadurch erklären, dass die radial abstehende Dichtlippe in dem Behälter eine geringe Aufweitung des Be- hälters an derjenigen Stelle bewirkt, an der die Dichtlippe auf die Behälterin- nenwand drückt, sodass bereits eine Dichtlippe eine ausreichende Abdichtung im Lagerzustand bewirkt.
Erfindungsgemäß ragt die wenigstens eine Dichtlippe über den Grundkörper in radialer Richtung hinaus. Insbesondere ist das Verhältnis radialen Durchmes- sers des Grundkörpers dG zu dem Durchmesser von Grundkörper mit Dichtlippe Ü DL 0,7 bis 0,95. Das heißt dc/dDL ist 0,7 bis 0,95, vorzugsweise 0,75 bis 0,9, besonders bevorzugt 0,85 ± 0,05. Dabei beziehen sich diese Angaben auf einen radialen Querschnitt der die Dichtlippe in unbelastetem Zustand und den Grund- körper umfasst.
Es ist bevorzugt, wenn das Material für den Grundkörper und die Dichtlippe ein Elastizitätsmodul zwischen 0,1 und 10 GPa, vorzugsweise 0,1 bis 5 GPa, be- sonders bevorzugt 0,5 bis 4 GPa, aufweist. Bevorzugt sind Thermoplaste, die sich für Spritzguss eignen, günstige Gleiteigenschaften und eine geringe Permea- bilität für die abzudichtenden Substanzen haben. Die Kolben können auch gefräst werden oder die gewünschte Form wird durch Aufrollen erzeugt. Polyoxymethylen (POM), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) sind zur Herstellung erfindungsgemäßer Kolben geeignet. Die Aufzählung ist nicht erschöpfend. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Dichtlippe in Richtung der vorderen Wand verschwenkbar. Dadurch kann die Dichtlippe in eine Stellung verschwenkt werden, die beim Austragen von Material aus dem Behälter zu einem ansteigenden Anpressdruck an die Behälterinnenwand führt und so ein vollständiges Abdichten auch unter hoher Druckbelastung sicher- stellt. Mit anderen Worten führt beim Austragen die auftretende Druckbeauf- schlagung durch die Materialien zum Aufspreitzen bzw. Aufweiten der Dichtlip- pe, da der Innendruck im Behälter ansteigt. Das führt dazu, dass auch bei höchster Druckbelastung keine Undichtigkeit auftritt. Es ist insbesondere bevor- zugt, wenn die Dichtlippe in Richtung der vorderen Wand verschwenkt ist, wobei es weiter bevorzugt ist, wenn dabei der Kolben in einem Behälter verschiebbar gelagert ist. Da die wenigstens eine Dichtlippe jedoch im unbelasteten Zustand, insbesondere rechtwinklig, von der Seitenwand radial absteht, kann auch im Lagerzustand, in welchem der Kolben den Behälter unter geringerem Druck abdichtet, eine ausreichende Dichtung erhalten werden.
Bei einer solchen in Richtung der vorderen Wand verschwenkbaren Dichtlippe lassen sich daher zwei bestimmte Zustände bzw. Positionen der Dichtlippe bzw. des Kolbens definieren, die mit einer unterschiedlichen Ausrichtung und einer unterschiedlichen Funktionalität der Dichtlippe verknüpft sind. Wie oben ausge- führt, stellt die radial abstehende Dichtlippe im Lagerzustand bereits eine aus- reichende Abdichtung bereit, da diese zu einer minimalen Aufweitung der Behäl- terinnenwand und damit zu einer ausreichenden Dichtigkeit führt. Durch eine Verschwenkung in Richtung der vorderen Wand kann die Dichtlippe allerdings auch einen beim Austragen der Materialien auftretenden hohen Innendruck auffangen.
In Weiterführung dieses Gedankens ist die wenigstens eine Dichtlippe kraft- schlüssig verschwenkbar. Eine solche kraftschlüssige Verformung bzw. Ver- schwenkung der Dichtlippe meint, dass die Dichtlippe beim Einsetzen in den Behälter plastisch verformbar sein kann, jedoch im Behälter selbst eine elasti sche Verformung erlaubt, welche eine Anpresskraft an die Behälterinnenwand und damit eine Abdichtung bereitstellt.
Mit anderen Worten ist die Dichtlippe bei hohen Krafteinwirkungen und Ver- schwenkungen zwischen 5° und 70°, insbesondere 10° bis 30°, plastisch ver- formbar. Solche Krafteinwirkungen und Verschwenkungen können insbesondere beim Einsetzen in den Behälter auf die Dichtlippe einwirken. Gleichzeitig ist die Dichtlippe bei niedrigen Krafteinwirkungen und Verschwenkungen unterhalb von 70°, insbesondere unterhalb von 31 °, elastisch verformbar, sodass ein Kraft- schluss zwischen der Dichtlippe und der Behälterinnenwand erfolgt. In dieser bevorzugten Ausgestaltung kann die Dichtlippe daher viskoelastisch sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vor und/oder hinter der wenigstens einen Dichtlippe wenigstens ein in radialer Richtung von der Sei- tenwand wegragender Stützring ausgebildet. Dabei kann der wenigstens eine Stützring als einfache, radiale Erhöhung in der Seitenwand ausgebildet sein oder stegförmig in radialer Richtung von der Seitenwand wegragen. Vorzugs- weise grenzt der Stützring an die wenigstens eine Dichtlippe an. Damit kann die Dichtlippe verstärkt und der der Anpressdruck der Dichtlippe an die Behälterin- nenwand im Lagerzustand erhöht werden.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Stützring derart ausgestaltet, dass der Grundkörper zusammen mit dem Stützring einen maximalen radialen Außen- durchmesser aufweist, der kleiner oder gleich als der Innendurchmesser des Behälters ist. Ist der maximale radiale Außendurchmesser nur geringfügig, beispielsweis um weniger als 0,5 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm, kleiner als der Innendurchmesser des Behälters, zentriert der Stützring den Kolben im Behälter und verhindert ein Verkippen und damit ein Blockieren des Kolbens beim Ausbringen einer innerhalb des Behälters gelagerten Masse. Dabei kann das Verhältnis des radialen Durchmessers des Grundkörpers dG zu dem Durchmesser von Grundkörper mit Stützring dGs 0,8 bis 0,99. Das heißt dc/dcs ist 0,8 bis 0,99, vorzugsweise 0,82 bis 0,97, besonders bevorzugt 0,9 ± 0,05. Dabei beziehen sich diese Angaben auf einen radialen Querschnitt an der Stelle des Grundkörpers, welche den Stützring umfasst.
Wird der wenigstens eine Stützring in Austragsrichtung vor der wenigstens einen Dichtlippe ausgebildet, stabilisiert der Stützring bereits beim Einsetzen des Kolbens in den Behälter, so dass eine besonders gute Zentrierung und Führung des Kolbens erreicht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der wenigstens eine Stützring abgeschrägt und/oder abgerundet. Dies erlaubt eine genaue Abstimmung und Optimierung des Raumes zwischen Behälterinnenwand und jeweiligem Stütz- ring.
Es ist ferner bevorzugt, wenn die wenigstens eine Dichtlippe an dem von der Seitenwand wegragenden Ende abgeschrägt ist. Die Enden der wenigstens einen Dichtlippe sind dabei insbesondere so abgeschrägt, dass die Kontaktflä- che der Dichtlippe zur Behälterinnenwand vergrößert wird. Mit anderen Worten fluchtet das Ende der Dichtlippe in axialer Richtung mit der Behälterinnenwand, wenn der Kolben in dem Behälter eingesetzt ist. Da so die Kontaktfläche erhöht werden kann, erlaubt das abgeschrägte Ende der Dichtlippe eine Verbesserung der Abdichtung, ohne dass der Anpressdruck auf die Behälterinnenwand deut- lich erhöht wird. Damit wird eine verbesserte Abdichtung erhalten und gleichzei- tig die Reibung und damit die Ausbringkraft nicht oder nur geringfügig erhöht.
In Weiterentwicklung dieses Gedankens ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Dichtlippe in Richtung der vorderen Wand abgeschrägt ist. Mit anderen Worten steigt die Länge, d.h. die radiale Ausdehnung von der Seitenwand des Kolbens, der wenigstens einen Dichtlippe entgegen der Ausbringrichtung an.
Als Alternative dazu ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Dichtlippe in Richtung der rückseitigen Wand abgeschrägt ist. Mit anderen Worten sinkt die Länge der Dichtlippe entgegen der Ausbringrichtung. Mit Länge wird wiederum die radiale Ausdehnung der Dichtlippe von der Seitenwand des Kolbens be- zeichnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die wenigstens eine Dichtlippe an dem an der Seitenwand angebrachten Anfang in axialer Richtung breiter als an dem von der Seitenwand wegragenden Ende der Dichtlippe. Dies erlaubt es, eine stabile Anbringung der wenigstens einen Dichtlippe an der Seitenwand des Kolbens zu erreichen und gleichzeitig im radial äußeren Bereich eine geringe axiale Breite der jeweiligen Dichtlippe vorzusehen, so dass die Dichtlippen im radial äußeren Bereich deutlich flexibler ausgestaltet sind als am radial inliegen den Anfangsbereich. Dadurch kann die Reibung zwischen der Behälterinnen- wand und dem darin eingesetzten Kolben sowie die Ausbringkraft verringert werden.
Es hat sich weiterhin als günstig herausgestellt, wenn das Verhältnis der radia- len Länge zur axialen Breite der wenigstens einen Dichtlippe 1 bis 9, vorzugs- weise 3 bis 7 und besonders bevorzugt 5 ± 1 beträgt. In diesem Bereich wurde ein guter Kompromiss zwischen ausreichender Abdichtung und Flexibilität der jeweiligen Dichtlippen gefunden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kolben in einem Behälter verschieb- bar gelagert, also montiert. Dabei ist vorgesehen, dass wenigstens eine Dicht- lippe die Behälterinnenwandung kontaktiert. Durch die Kontaktfläche zwischen Dichtlippe und Behälterinnenwandung wird eine Abdichtung des Behälterinnen- raums erreicht. Daher ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Dichtlippe über ihren gesamten Umfang die Behälterinnenwandung kontaktiert oder berührt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Dichtlippen vorgesehen sind, die im unbelasteten Zustand radial von der Seitenwand wegstehen. Damit lassen sich die Dichtlippen in eine in Ausbringrichtung vordere und eine in Aus- bringrichtung hintere Dichtlippe unterteilen.
Erfindungsgemäß ist die hintere Dichtlippe in Richtung der vorderen Wand verschwenkbar und die vordere in Richtung der rückseitigen Wand verschwenk- bar.
In dieser bevorzugten Ausführungsform werden der vorderen und der hinteren Dichtlippe unterschiedliche Funktionen zugewiesen. Während die vordere Dicht- lippe in nach hinten verschwenkter Position eine Entlüftung eines Behälters erlaubt, erreicht die hintere Dichtlippe eine Abdichtung gegenüber der Umge- bungsluft.
Die Entlüftung wird durch das erfindungsgemäße Verschwenken bzw. Umstül- pen der vorderen Dichtlippe ermöglicht, welche vorzugsweise die in Ausbring- richtung vorderste Dichtlippe ist. Dabei kann der in Ausbringrichtung vor dem Kolben und der vorderen Dichtlippe liegende Raum entlüftet werden, wozu über die vordere Dichtlippe eine Strömungsverbindung zwischen dem vor der vorde- ren Dichtlippe liegenden Raum und dem hinter der vorderen Dichtlippe liegen- den Raum hergestellt wird. Dabei sind die Positionsangaben "vor" und "hinter" jeweils in Ausbringrichtung zu verstehen.
Beim Entlüften ist vorgesehen, dass eine Undichtigkeit der vorderen Dichtlippe durch deren Verschwenkbarkeit erreicht wird, so dass ein erfindungsgemäßer Kolben auch ohne ein zusätzliches Entlüftungsventil oder ein Rohr bzw. einen Draht beim Einsetzen in einen Behälter dessen Innenraum entlüften kann. Mit anderen Worten ist die vordere Dichtlippe auch noch im Behälter verschwenk- bar, wozu es erforderlich sein kann, die radiale Ausdehnung der vorderen Dicht- lippe an die Innenkontur des Behälters anzupassen oder nur ein sehr geringes Übermaß vorzusehen. Die vordere Dichtlippe ist beim Entlüften vorzugsweise in Richtung der rückseitigen Wand verschwenkt und kann daher bereits bei gerin- gem Druck auf die vordere Dichtlippe in radialer Richtung und zur Seitenwand des Kolbens hin schwenken und so eine Entlüftungsöffnung freigeben. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kolben in einem Behälter verschiebbar gelagert ist und die vordere Dichtlippe aus der im unbelasteten Zustand radial von der Seitenwand wegstehenden Ausrichtung in Richtung der vorderen Wand oder in Richtung der rückseitigen Wand verschwenkt ist. Alternativ oder in Er- gänzung dazu ist die hintere Dichtlippe aus der im unbelasteten Zustand radial von der Seitenwand wegstehenden Ausrichtung in Richtung der vorderen Wand verschwenkt. Die genannten verschwenden Positionen der vorderen und/oder hinteren Dichtlippe sind insbesondere dann bevorzugt, wenn der Kolben in einem Behälter verschiebbar gelagert ist. Die Abdichtung durch die hintere Dichtlippe wird insbesondere dadurch unter- stützt, dass in einer bevorzugten Ausgestaltung die hintere Dichtlippe in einem Behälter beim Einsetzen des Kolbens in den Behälter in Ausbringrichtung und damit in Richtung der vorderen Wand verschwenkt ist. In dieser Position, die insbesondere einen inneren Winkel zwischen der Seitenwand des Kolbens und der hinteren Dichtlippe von 30 bis 60°, vorzugsweise 45° ± 5°, einschließt, weist die hintere Dichtlippe in Richtung der vorderen Wand des Kolbens, so dass ein auf die vordere Wand und auf die hintere Dichtlippe wirkender Druck die Dicht- lippe radial nach außen und an eine Behälterinnenwand drückt. Eine solche Stellung erlaubt eine sehr gute Abdichtung gegenüber der Umgebung auch bei hohem Austragsdruck. Daher ist es bevorzugt, wenn die hintere Dichtlippe in dieser Stellung verbleibt.
In Weiterführung dieses Gedankens ist es vorgesehen, dass die vordere Dicht- lippe beim Einsetzen des Kolbens in den Behälter, erst innerhalb des Behälters in Richtung der rückseitigen Wand verschwenkt wird. Dies vereinfacht das Ein- setzen des Kolbens in den Behälter. Ferner erlaubt diese Ausgestaltung, dass ein Teil der aus dem Behälterinnenraum über die vordere Dichtlippe entfernten Luft zwischen der vorderen und der hinteren Dichtlippe eingeschlossen werden kann. Dies ist deshalb von Vorteil, da die dort eingeschlossene Luft einen leich ten Überdruck aufweisen kann und so ein Eindringen von Umgebungsluft be- sonders zuverlässig verhindert. Daher wird für diesen Fall, in dem die vordere Dichtlippe im Behälter in Richtung der rückseitigen Wand verschwenkt und die hintere Dichtlippe im Behälter in Richtung der vorderen Wand verschwenkt ist, eine besonders gute Abdichtung gegenüber der Umgebung erhalten, selbst wenn es während der Lagerung zu Temperatur- und/oder Druckschwankungen kommt.
Es ist bevorzugt, wenn der Abstand entlang der Seitenwand der vorderen Dicht- lippe zu der nächstliegenden hinteren Dichtlippe kleiner ist als die Summe der jeweiligen radialen Längen der vorderen und hinteren Dichtlippe. Als radiale Länge der vorderen bzw. hinteren Dichtlippe wird die radiale Ausdehnung der Dichtlippe von der Seitenwand des Kolbens aus verstanden. Mit anderen Wor- ten ist der Abstand der vorderen und hinteren Dichtlippe zueinander kleiner als die Summe der jeweiligen Abstände der von der Seitenwand wegragenden Enden der Dichtlippen zu der radialen Außenkontur der Seitenwand des Kol- bens. Dadurch wird bei einer Verschwenkung der Dichtlippen zueinander, ins- besondere wenn die vordere Dichtlippe in Richtung der rückseitigen Wand und die hintere Dichtlippe in Richtung der vorderen Wand verschwenkt wird, eine gegenseitige Verspannung der Dichtlippen erreicht, die den Anpressdruck der Dichtlippen an eine Behälterinnenwand erhöht. Der sich einstellende Anpress- druck ist dabei durch Auswahl der Länge, des Abstands und der axialen Dicke der Dichtlippen einstellbar. Je nach konkreter Auswahl lassen sich durch diese bevorzugte Ausgestaltung Dichtigkeiten erreichen, die mit denen eines her- kömmlichen Gummirings vergleichbar sind. Allerdings wird in diesem Fall auch die Reibung der Dichtlippen an der Behälterinnenwand erhöht, so dass die zum Ausbringen eines Materials aus dem Behälter aufzuwendende Kraft deutlich ansteigt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass unmittelbar hinter, d.h. in Richtung der rückseitigen Wand des Kolbens, der vorderen Dichtlippe eine Vertiefung in der Seitenwand vorgesehen ist. Mit anderen Worten ist der radiale Durchmesser des Grundkörpers des Kolbens unmittelbar hinter der vorderen Dichtlippe verkleinert. Es ist dabei bevorzugt, wenn die Vertiefung sich in axialer Richtung nur über einen Teilbereich des Grundkörpers erstreckt und insbeson- dere eine axiale Ausdehnung von 150% bis 50% der Länge der vorderen Dicht- lippe aufweist. Durch die Vertiefung wird das Verschwenken der Dichtlippe, insbesondere in Richtung der rückseitigen Wand, vereinfacht und so das Entlüf- ten erleichtert.
Die Erfindung betrifft ferner ein System aus einem Setzwerkzeug zum Einsetzen eines erfindungsgemäßen Kolbens in einen Behälter, der eine Innenkontur aufweist, insbesondere einen Behälter einer Austragskartusche, und einem oben beschriebenen Kolben.
Das Setzwerkzeug weist einen in den Behälter einsetzbaren Einsetzabschnitt mit einer an die Innenkontur des Behälters angepassten Außenkontur auf, wobei innerhalb des Einsetzabschnitts eine wenigstens einseitig mit einer Öffnung zum Einsetzen und Auswerfen des Kolbens versehene Kolbenaufnahme mit einer an eine durch die vordere und die hintere Dichtlippe gebildete Außenkontur des Kolbens angepassten Innenkontur vorgesehen ist. Das Setzwerkzeug weist ferner eine Einrichtung zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt und dem in der Kolbenaufnahme aufgenommenen Kolben auf.
Ein solches System erlaubt es die erfindungsgemäßen Kolben luftfrei in einen Behälter einzusetzen, so dass keinerlei Verletzung oder dauerhafte Verformung der Dichtlippen auftritt und daher auch ein hohe Lagerstabilität der abgefüllten Materialien und eine gute Abdichtung gegenüber der Umgebung erreicht wird. Insbesondere wird der Kolben an keiner Stelle ungleichmäßig verformt. Ebenso wird der Behälter, in den der Kolben eingesetzt wird, an keiner Stelle beschädigt oder ungleichmäßig belastet, so dass sich keine Undichtigkeiten ergeben.
Die Kolbenaufnahme hat eine an die Außenkonturen des Kolbens angepassten Innenkontur. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die Außenkontur des Kolbens und dessen Außendurchmesser kleiner oder gleich der Innenkontur und dessen Innendurchmesser der Kolbenaufnahme ausgestaltet sind, da die vordere und die hintere Dichtlippe des Kolbens auch im Vergleich zur Kolbenaufnahme ein oben beschriebenes Übermaß aufweisen und der Kolben unter einer kraft- schlüssigen, bzw. plastisch/elastischen oder viskoelastischen, Verformung in die Kolbenaufnahme eingesetzt wird und dabei die jeweiligen Dichtlippen ver- schwenkt werden.
Schließlich weist das Setzwerkzeug eine Einrichtung zum Erzeugen einer axia- len Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt und einem in der Kolben- aufnahme aufgenommenen Kolben auf. Die Einrichtung zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung ist im einfachsten Fall ein Auswerferstößel, der durch den Einsetzabschnitt hindurch den Kolben aus der Kolbenaufnahme auswerfen kann. Da der Kolben in einer bevorzugten Variante auf ein im Behälter vorhan- denes flüssiges oder pastöses Material aufgesetzt wird, ist es jedoch bevorzugt, wenn der Auswerferstößel den Kolben axial zum Behälter und damit zum Mate- rial festhält, während der Einsetzabschnitt aus dem Behälter herausgezogen wird. Bei manueller Ausführung wird diese Bewegung insbesondere dadurch erleichtert, dass am Auswerferstößel und/oder am Einsetzabschnitt Haltegriffe vorgesehen werden, die Halterung in Automaten wird anders ausgeführt sein.
Alternativ dazu kann an dem Einsetzabschnitt selbst eine Einrichtung zum Er- zeugen einer axialen Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt und dem Kolben vorgesehen werden. Beispielsweise ist es möglich, den Einsetzabschnitt und/oder die Wände der Kolbenaufnahme in axialer Richtung entgegen der Einsetzrichtung des Setzwerkzeugs in den Behälter weggleiten zu lassen, und eine Mitbewegung des Kolbens durch einem Anschlag am Setzwerkzeug oder ähnliches zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Kolbenaufnahme des Setzwerk- zeugs eine Wandstärke von 0,02 mm bis 0,5 mm, bevorzugt 0,05 mm bis 0,25 mm, insbesondere 0,15 mm ± 0,05 mm, auf. Insbesondere ist die Wand- stärke in Abhängigkeit des Materials zu wählen, das für die Herstellung des Setzwerkzeugs verwendet wird. Bei einem Material mit hoher Steifigkeit, bei spielsweise Stahl, Aluminium, Titan und/oder faserverstärkten Verbundstoffen, können geringere Wandstärken erreicht werden, ohne dass es zu einer Verfor- mung des Setzwerkzeugs bei der Verwendung in einem oben beschriebenen Verfahren kommt. Gleichzeitig ist bei geringen Wandstärken, insbesondere im Bereich 0,05 mm bis 0,25 mm, von Vorteil, dass der Kolben bzw. dessen Dich- tung nicht unnötig stark beim Einsetzen in das Setzwerkzeug bzw. innerhalb desselben verformt wird.
Alternativ oder in Ergänzung dazu ist es bevorzugt, wenn die Wandstärke relativ zum Innen- und Außendurchmesser der Kolbenaufnahme ausgewählt wird. Dadurch kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass größere Setz- Werkzeuge regelmäßig höhere Wandstärken benötigen, um die für die Anwen- dung der Setzwerkzeuge erforderliche Stabilität bereitzustellen. Insbesondere ist es daher bevorzugt, wenn das Verhältnis des Innendurchmessers zum Au- ßendurchmesser der Kolbenaufnahme 95% bis 99,9%, vorzugsweise 97% bis 99,5%, besonders bevorzugt 99% ± 0,5%, beträgt. Innerhalb dieser Verhältnisse wird ein ausgewogenes Verhältnis zwischen möglichst geringer Wandstärke und möglichst hoher Steifigkeit des Setzwerkzeugs erhalten.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Kolbenaufnahme auf der der Öffnung ge- genüberliegenden Seite in axialer Richtung durch einen Anschlag begrenzt wird. Dieser Anschlag verhindert ein Einsetzen des Kolbens in das Setzwerkzeug über die Kolbenaufnahme hinaus. Daher ist es besonders bevorzugt, wenn die axiale Länge der durch den Anschlag begrenzten Kolbenaufnahme an die axiale Ausdehnung des Kolbens angepasst ist, so dass der Kolben nicht weiter als notwendig in das Setzwerkzeug hineinragt. Das Setzwerkzeug kann so kompak- ter ausgestaltet werden.
Es ist Alternativ möglich die Kolbenaufnahme in axialer Richtung kürzer als die axiale Ausdehnung des Kolbens auszugestalten. Dabei kann der Kolben nicht vollständig von der Kolbenaufnahme aufgenommen werden, sodass eine in Ausbringrichtung vordere Dichtlippe der Dichtung des Kolbens nicht im Setz- werkzeug verformt wird, während eine in Ausbringrichtung hintere Dichtlippe in der Kolbenaufnahme des Setzwerkzeugs verformt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Setzwerkzeugs, ist die Außenkontur des Einsetzabschnitts derart an die Innenkontur des Behälters angepasst, dass zwischen der Außenkontur des Einsetzabschnitts und der Innenkontur des Behälters eine Entlüftungsöffnung ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ist die einfachste Variante für eine Entlüftungsöffnung, welcher auf diese Weise um den Einsetzabschnitt umlaufend ausgestaltet ist. Da durch die Entlüftungsöff- nung lediglich niedrigviskose Luft geleitet werden soll, ist es in der Regel aus- reichend, wenn das Setzwerkzeug so in den Behälter einsetzbar ist, dass der Innendurchmesser des Behälters größer oder gleich dem Außendurchmesser des Einsetzabschnitts des Setzwerkzeugs ist. In diesem Fall wird die wenigs- tens eine Entlüftungsöffnung durch Rauigkeiten und Unebenheiten auf der Innenkontur des Behälters und/oder der Außenkontur des Setzwerkzeugs gebil det.
Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß ausreichend, dass der Einsetzab- schnitt in den Behälter einsetzbar ist, wodurch bereits zumindest eine Entlüf- tungsöffnung ausgebildet wird. Weitere, allerdings konstruktionsbedingt auf- wendigere Varianten, können Vertiefungen auf der Außenkontur des Einsetzab- schnitts vorsehen, die sich in axialer Richtung entlang des Einsetzabschnitts erstrecken und die Luft aus dem Behälter führen. Es ist in diesem Zusammen- hang ferner bevorzugt, wenn das Setzwerkzeug beim Einsetzen des Einsetzab- schnitts in den Behälter keine Aufweitung desselben erzeugt, da dies zu einer Verformung der Innenkontur des Behälters und/oder der Außenkontur des Ein- setzabschnitts führen kann, sodass eine Abdichtung zwischen Behälter und Einsetzabschnitt resultiert und eine Entlüftung durch die wenigstens eine Entlüf- tungsöffnung erschwert wird.
In einer weiteren bevorzugten Variante weist das Setzwerkzeug zusätzlich einen relativ zu dem Einsetzabschnitt bewegbaren Verformungstrichter mit einer ko- nisch zulaufenden Öffnung auf. Dabei ist der Innendurchmesser des Verfor- mungstrichters kleiner oder gleich dem Innendurchmesser der Innenkontur der Kolbenaufnahme. Durch die konisch zulaufende Öffnung des Verformungstrich- ters wird ein Einschieben des Kolbens in den Verformungstrichter erleichtert. Ferner wird sichergestellt, dass die Verformung der Dichtung des Kolbens gleichmäßig über den gesamten Umfang erfolgt. Durch diese Abstimmung des Innendurchmessers des Verformungstrichters, insbesondere des kleinsten Innendurchmessers des Verformungstrichters, an den Innendurchmesser der Kolbenaufnahme, wird sichergestellt, dass der Kolben einfach vom Verfor- mungstrichter in die Kolbenaufnahme überführt werden kann. Ferner wird eine Beschädigung der Dichtung des Kolbens beim Übergang vom Verformungstrich- ter in die Kolbenaufnahme vermieden.
In Weiterentwicklung des Verformungstrichters ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Verformungstrichter einen Anschlag aufweist, der sich hinter der Kol- benaufnahme, insbesondere an dem dickwandigen Teil, des Setzwerkzeuges abstützt. Dadurch kann vermieden werden, dass hohe axiale Kräfte beim Durchschieben des Kolbens auf den dünnwandigen und daher messerartig scharfen vorderen Rand der Kolbenaufnahme übertragen werden. Dies erhöht die Standfestigkeit des Setzwerkzeugs erheblich. Vorzugsweise entspricht die radiale Breite des Anschlags der Wandstärke der Kolbenaufnahme. Dadurch kann der Verformungstrichter einfach auf die Kolbenaufnahme aufgesetzt und axial in einer Richtung gehalten werden.
In einer bevorzugten Variante ist der Verformungstrichter mehrteilig, insbeson- dere zweiteilig, ausgeführt, weist also mehrere Teile, bspw. Backen, auf, die zusammengefügt den Verformungstrichter bilden. In einer bevorzugten Ausfüh- rung ist der Verformungstrichter entlang der Öffnung zum Einsetzen eines Kol- bens geteilt, sodass zwei voneinander trennbare Teile erhalten werden. Werden die Teile des Verformungstrichters voneinander entfernt, vergrößert sich der radiale Querschnitt der Öffnung, sodass der Verformungstrichter sehr leicht, insbesondere von der Seite, auf das Setzwerkzeug montiert werden kann. Da- nach wird der Kolben in einem Zug durch den auf dem Setzwerkzeug montierten Verformungstrichter in das Setzwerkzeug geschoben. Dadurch ist es möglich, die vorderste, also die in Ausbringrichtung liegende, oder auch mehrere vordere Dichtlippen der Dichtung des Kolbens unverformt zu belassen, während eine oder auch mehrere hintere Dichtlippen im Setzwerkzeug kraftschlüssig, bzw. plastisch/elastischen oder viskoelastisch, nach innen verformt werden, indem der Kolben nur teilweise in das Setzwerkzeug eingeführt und danach der Ver- formungstrichter seitwärts entfernt wird. Dieses Vorgehen schont diese Dichtlip pen , die dann beim Einsetzen in den Behälter durch den Behälter nach hinten, also entgegen der Ausbringrichtung, verformt werden.
Solche über die Kolbenaufnahme des Setzwerkzeugs ragende Dichtlippen würden beim Abziehen eines einteiligen Verformungstrichters vom Setzwerk- zeug zuerst nach vorne gebogen und danach bei der Montage im Behälter nach hinten. Dadurch würde das Material extrem belastet, was durch einen mehrteili gen Verformungstrichter vermieden werden kann. Außerdem können bei Ver- wendung eines mehrteiligen Verformungstrichters vordere nicht elastische Stützringe mit einem Durchmesser bis zum Innendurchmesser des Behälters möglich, wobei die Stützringe über den kleineren Innendurchmesser der Kol- benaufnahme des Setzwerkzeugs hinausragen.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Applikationssystem mit einem oben beschriebenen Kolben und einem Behälter, wobei der Kolben in- nerhalb des Behälters verschiebbar gelagert ist. Ein solches Applikationssystem wird üblicherweise zur Lagerung und zum Austragen fließfähiger Materialien verwendet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei bilden alle beschrie- benen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kom- bination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfas- sung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Kolbens,
Fig. 2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfin- dungsgemäßen Kolbens,
Fig. 3 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Kolbens,
Fig. 4 einen Längsschnitt einer vierten Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Kolbens,
Fig. 5 einen Längsschnitt einer fünften Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Kolbens,
Fig. 6 einen Längsschnitt einer sechsten Ausführungsform eines erfin- dungsgemäßen Kolbens,
Fig. 7 einen Längsschnitt einer siebten Ausführungsform eines erfin- dungsgemäßen Kolbens,
Fig. 8 einen Längsschnitt einer achten Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Kolbens,
Fig. 9 einen Längsschnitt einer neunten Ausführungsform eines erfin- dungsgemäßen Kolbens, und Fig. 10 einen Längsschnitt eines System aus einem Setzwerkzeug und einem Kolben gemäß der fünften Ausführungsform.
Figur 1 zeigt einen Kolben 1 mit einem Grundkörper 2 und einer umlaufenden Seitenwand 3, welche mit einer Dichtlippe 4a versehen ist. Der Kolben 1 hat eine vordere Wand 5, die in Ausbringrichtung angeordnet ist und daher mit einem in einem (nicht dargestellten) Behälter befindlichen Material in Kontakt treten kann. Ebenso ist eine rückseitige Wand 6 vorgesehen, an die typischer- weise ein (nicht dargestellter) Stößel angreifen kann, um den Kolben im Behäl- ter in Ausbringrichtung zu verschieben. Die Dichtlippe 4a stehet in radialer Richtung von der Seitenwand 3 rechtwinklig ab und ist einstückig mit dem Grundkörper 2 ausgebildet.
Figur 2 zeigt einen Kolben 1 mit einem Grundkörper 2 und einer umlaufenden Seitenwand 3, welche mit mehreren Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e versehen ist. Die Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e stehen in radialer Richtung von der Seitenwand 3 rechtwinklig ab.
Der Kolben 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist einfach und kostengünstig herzustellen, da keine teuren Gummiringe vorgesehen sind und bei der Ferti- gung montiert werden müssen.
In Figur 2 ist der unbelastete Zustand dargestellt, in dem die Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e radial von der Seitenwand 3 abstehen. In dieser bevorzugten Ausgestaltung sind die Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e in Richtung der vorde- ren Wand 5 verschwenkbar, was durch die Pfeile 7 angedeutet wird. Die vordere Dichtlippe 4a, die unmittelbar in die vordere Wand 5 übergeht, ist aus einer zur vorderen Wand 5 verschwenden Position (nicht dargestellt) kraftschlüssig, bzw. plastisch/elastischen oder viskoelastisch, in Richtung der rückseitigen Wand 6 verschwenkbar, was durch den Doppelpfeil 8 angedeutet ist. In einer bevorzug- ten Variante ist die vordere Dichtlippe 4a auch vom gezeigten unbelasteten Zustand in Richtung der rückseitigen Wand 6 verschwenkbar, was durch den zweiten Doppelpfeil 8 angedeutet wird. Eine Entlüftung kann dadurch erreicht werden, dass die vordere Dichtlippe 4a in Richtung der rückseitigen Wand 6 verschwenkt ist und damit auch bei leichtem Überdruck radial in Richtung der Seitenwand 3 gedrückt wird und eine Entlüftungsöffnung bzw. eine Strömungs- verbindung zwischen dem Raum vor der vorderen Dichtung 4a und hinter der vorderen Dichtung 4a freigibt. In diesem Fall sind die Dichtlippen 4b, 4c, 4d und 4e hintere Dichtlippen im Sinne der Anmeldung.
In der zweiten Ausführungsform ist der Abstand 9 zwischen der vorderen Dicht- lippe 4a und der hinteren Dichtlippe 4b kleiner als die Summe der Längen 10 der vorderen 4a und hinteren Dichtlippe 4b. Da alle Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e die gleiche Länge 10 aufweisen, ist zur besseren Übersicht die Länge 10 der Dichtlippe 4c dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e unterschiedliche Längen 10 aufweisen. In dem hier ge- zeigten Beispiel beträgt der Abstand 9 zwischen den benachbarten Dichtlippen 4a und 4b in etwa 60% der Summe der Längen 10 der vorderen Dichtlippe 4a und der hinteren Dichtlippe 4b. Vorzugsweise liegt der Abstand 9 im Bereich von 0,4 bis 0,8 der Summe der Längen 10 der vorderen Dichtlippe 4a und der hinteren Dichtlippe 4b. Dieser kurze Abstand 9 führt dazu, dass ein Verschwen- ken der hinteren Dichtlippe 4b in Richtung der vorderen Wand 5 und ein Ver- schwenken der vorderen Dichtlippe 4a in Richtung der rückseitigen Wand 6 eine gegenseitige Verspannung der beiden Dichtlippen 4a und 4b erzeugt, wodurch eine verbesserte Abdichtung erreicht wird.
In Figur 3 ist die dritte Ausführungsform eines Kolbens 1 gezeigt. Diese Ausfüh- rungsform unterscheidet sich von der in Figur 2 gezeigten Variante dadurch, dass die Dichtlippe 4b weggelassen wurde. Damit ist der Abstand 9 zwischen der vorderen Dichtlippe 4a und der hinteren Dichtlippe 4c deutlich vergrößert, so dass es nicht zu einer Verspannung der Dichtlippen 4a und 4c kommt. Der Kolben 1 nach Figur 3 ist daher leichter innerhalb des Behälters verschiebbar.
Die vierte Ausführungsform gemäß Figur 4 basiert auf dem in Figur 3 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 1 , wobei hinter der vorderen Dichtlip- pe 4a eine umlaufende Vertiefung 11 in der Seitenwand 3 des Kolbens 1 vorgese- hen ist. Dadurch wird die vordere Dichtlippe 4a flexibler und das Einsetzen des Kolbens 1 in einen Behälter wird vereinfacht. Die erhöhte Flexibilität erleichtert auch ein Verschwenken der vorderen Dichtlippe 4a in Richtung der rückseitigen Wand 6 und ein radiales Andrücken der in diese Richtung verschwenden vorde- ren Dichtlippe 4a an die Seitenwand 3. Daher wird relativ einfach ein Strömungs- kanal zur Entlüftung freigegeben. Allerdings ist zu beachten, dass die Flexibilität der vorderen Dichtlippe 4a nicht zu hoch sein sollte, da dies Undichtigkeiten be- günstigen kann, welche von Druckschwankungen oder von zwischen der vorderen Dichtlippe 4a und der hinteren Dichtlippe 4c eingeschlossener Luft erzeugt werden können.
In Figur 5 ist die fünfte Ausführungsform eines Kolbens 1 gezeigt. Diese basiert auf der dritten Ausführungsform nach Figur 4, weist jedoch einen zusätzlichen Stützring 12 auf, der unmittelbar hinter der hinteren Dichtlippe 4e vorgesehen ist. Dieser Stützring 12 sorgt dafür, dass die hintere Dichtlippe 4e verstärkt und steifer wird und dass der Kolben 1 im Behälter genauer zentriert wird. Ferner wird ein Verkippen des Kolbens 1 im Behälter verhindert und ein unerwünschtes Umklappen oder Umstülpen der hinteren Dichtlippen 4c, 4d und 4e in Richtung der hinteren Wand 6 erschwert. Dieser Kolben ist sehr robust und lässt sich mit dem erfindungsgemäßen System aus Kolben und Setzwerkzeug sehr gut montie- ren.
In den Ausführungsformen gemäß den Figuren 2 bis 5 werden mehr als zwei Dichtlippen verwendet. Nachteilhaft an einer Anzahl von drei und mehr Dichtlippen ist insbesondere, dass die Reibung zur Behälterinnenwand und die Ausbringkraft erhöht werden. Ferner wurde beobachtet, dass bei drei und mehr Dichtlippen je nach Flexibilität, Länge und Abstand der Dichtlippen zueinander ein kaskadenför- miges Versagen der Dichtlippen beobachtet werden kann. Dies kann auftreten, wenn bei starkem Ausbringdruck die vorderste hintere Dichtlippe 4b oder 4c aus einer in Richtung der vorderen Wand 5 verschwenden Stellung in eine in Richtung der hinteren Wand 6 verschwende Stellung umklappt oder umgestülpt wird. Dadurch steigt der Druck auf die nächste hintere Dichtlippe schlagartig an und diese Dichtlippe klappt ebenfalls um, so dass die von den Dichtlippen bereitge- stellte Abdichtung insgesamt unwirksam werden kann.
Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen Ausführungsformen mit zwei Dichtlippen.
In der sechsten in Figur 6 gezeigten Ausführungsform ist ein hinter der hinteren Dichtlippe 4b angeordneter Stützring 12 vorgesehen, der in diesem Fall jedoch von der Dichtlippe 4b beabstandet angeordnet ist und daher einen vernachlässig- baren Einfluss auf die Flexibilität und Verschwenkbarkeit der hinteren Dichtlip pe 4b hat. Ferner ist vor der vorderen Dichtlippe 4a ein weiterer Stützring 13 an- geordnet, dessen Außendurchmesser im Vergleich zum Behälterinnendurchmes- ser nur um 0,4 mm kleiner ausgeführt ist und das Verhältnis dG/dGs ist 0,91 . Durch die Stützringe 12 und 13 wird die Führung des Kolbens 1 im Behälter verbessert. Die vordere Dichtlippe 4a und die hintere Dichtlippe 4b liegen geschützt zwischen den robusten Stützringen 12 und 13 und sind an der Seitenwand 3 in axialer Rich- tung breiter ausgeführt als an deren von der Seitenwand 3 wegragenden Ende.
Die siebte Ausführungsform ist in Figur 7 gezeigt. Diese basiert auf der sechsten Ausführungsform, wobei der zwischen dem hier axial breiter ausgeführten Stütz- ring 13 und der vorderen Dichtlippe 4a liegende Raum verkleinert wurde. Aufgrund des halbrunden Übergangs zwischen Stützring 13 und vorderer Dichtlippe 4a kann dieser Raum trotzdem durch eintretendes Material gut entlüftet werden, wobei die austretende Luft an der vorderen Dichtlippe 4a vorbeiströmt. Je nach, insbesonde- re rheologischen, Eigenschaften des Materials kann es sinnvoll sein, die Geomet- rie des Stützrings 13, des zwischen Stützring 13 und vorderer Dichtlippe 4a lie genden Raums und die Flexibilität der vorderen Dichtlippe 4a aufeinander abzu- stimmen. In der Figur 7 ist auch gezeigt, dass die vordere Dichtlippe 4a in Rich- tung der vorderen Wand 5 abgeschrägt ist und daher in Richtung der rückseitigen Wand 6 radial länger ist als in Richtung der vorderen Wand 5.
In Figur 8 ist die achte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolben 1 gezeigt, bei dem, wie in der siebten Ausführungsform, der Raum zwischen Stütz- ring 13 und vorderer Dichtlippe 4a verkleinert wurde. Statt der in Figur 7 gezeigten Abrundung, verkleinert sich der Stützring 13 in radialer Richtung linear bis zur Seitenwand 3, an der die vordere Dichtlippe 4a vorgesehen ist. Mit anderen Wor- ten verläuft der Stützring 13 in Richtung der rückseitigen Wand konisch zu.
In den Ausführungsformen nach den Figuren 6 bis 8 ist typischerweise der radiale Abstand des Stützrings 13 zur Behälterinnenwand 0,25 mm und die axiale Länge von der vorderen Wand 5 bis zur vorderen Dichtlippe 4a beträgt 3 mm, so dass vor der vorderen Dichtlippe 4a ein sehr geringes Volumen im Behälter einge- schlossen wird.
Alle Ausführungsformen können auch so in einen Behälter montiert werden, dass alle Dichtlippen nach vorne verkippt sind. Dies ist immer dann möglich und sinn- voll, wenn eine Dichtfunktion des Kolbens gegen eindringende Luft nicht notwen- dig ist oder anders formuliert, wenn ein Unterdrück im Behälter nicht zu erwarten ist.
Die neunte Ausführungsform ist in Figur 9 gezeigt. Diese umfasst eine vordere Dichtlippe 4a, die hier unmittelbar in die vordere Wand 5 übergeht. Entgegen der Ausbringrichtung schließt sich hinter der vorderen Dichtlippe 4a der Stützring 13 an. Dieser ist durch eine umlaufende Abrundung 13a unmittelbar hinter der vorde- ren Dichtlippe 4a an deren Bewegungsradius angepasst, und folgt einer möglichen Verschwenkung der vorderen Dichtlippe 4a in Richtung der rückseitigen Wand 6. Ferner stützt der Stützring 13 die vordere Dichtlippe 4a in deren in Richtung der rückseitigen Wand 6 verschwenden Stellung ab. An die Abrundung 13a schließt sich ein Vorsprung 13b an, der die Führungsfunktion des Stützrings 13 innerhalb des Behälters übernimmt. Wie in der siebten Ausführungsform läuft der Stützring 13 konisch zu, hier in Richtung der hinteren Dichtlippe 4b, die entsprechend der vorderen Dichtlippe 4a in der siebten Ausführungsform ein abgeschrägtes Ende aufweist. Die zweite hintere Dichtlippe 4c und der Stützring 12 sind analog zu der Ausführungsform nach Figur 8 ausgeführt.
Figur 10 zeigt das erfindungsgemäße System aus Setzwerkzeug 14 und Kol- ben 1 , wobei exemplarisch der Kolben 1 gemäß der sechsten Ausführungsform dargestellt ist, welcher zwei Dichtlippen 4a, 4b aufweist, die zwischen zwei Stützringen 12, 13 an der Seitenwand 3 vorgesehen sind (s. Figur 6). Selbstver- ständlich können auch alle weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemä- ßen Kolbens 1 in dem erfindungsgemäßen System aus Setzwerkzeug 14 und Kolben 1 verwendet werden. Wegen der Ausgestaltung des Kolbens 1 wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Das Setzwerkzeug 14, umfasst einen Einsetzabschnitt 15 mit einer Außenkon- tur 16, wobei innerhalb des Einsetzabschnitts 15 eine Kolbenaufnahme 17 vorgesehen ist, welche eine Öffnung zum Einsetzen und Auswerfen des Kol- bens 1 aufweist. Die Kolbenaufnahme 17 hat eine Innenkontur 18, welche an die Außenkontur des Kolbens 1 angepasst ist.
Die Wandstärke der Kolbenaufnahme 17 ist in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform 0,15 mm, wobei der Kolben 1 hier einen Außendurchmesser von 18,5 mm und eine axiale Ausdehnung von 9 mm aufweist. Der Außen- durchmesser der Dichtlippen beträgt hier 19,8 mm. Der Innendurchmesser der Kolbenaufnahme 17 ist in diesem Fall geringer als der Außendurchmesser der Dichtlippen des Kolbens 1 , und zwar um 1 ,1 mm. Die axiale Länge der Kolben- aufnahme 17 beträgt 9 mm.
In dieser Ausführungsform wird dieser Kolben bevorzugt nur teilweise in die Kolbenaufnahme 17 eingesetzt, was durch hier nicht gezeigte Unterlegscheiben sichergestellt werden kann. Soll die vordere Dichtlippe später im Behälter nach hinten verkippt werden, wird der Kolben 1 so weit in die Kolbenaufnahme 17 gedrückt, dass nur die hintere Dichtlippe innerhalb der Kolbenaufnahme 17 durch eine Verkippung nach vorne auf den Innendurchmesser der Kolbenauf- nahme 17 gestaucht wird, die vordere Dichtlippe bleibt außerhalb der Kolben- aufnahme 17 und wird nicht verformt. Sollen später im Behälter beide Dichtlip- pen nach vorne gekippt sein, wird der Kolben 1 entsprechend tiefer in die Kol- benaufnahme 17 gedrückt, so dass beide Dichtlippen innerhalb der Kolbenauf- nahme 17 durch Verkippen nach vorne gestaucht werden.
Beim Einführen der Kolbenaufnahme 17 mit dem darin befindlichen Kolben 1 in den hier nicht gezeigten Behälter (der Verformungstrichter 24 wird vorher abge- nommen) werden Dichtlippen, die sich in der Kolbenaufnahme 17 befinden, nicht verändert. Dichtlippen, die sich vor der Kolbenaufnahme 17 befinden und daher nicht gestaucht sind, werden durch den Behälter gestaucht und dabei zwangsläufig nach hinten gekippt bzw. verschwenkt. Beim Herausziehen der Kolbenaufnahme 17 aus dem Behälter weiten sich die Dichtlippen, die vorher in der Kolbenaufnahme 17 stark gestaucht waren, radial bis zur Behälterwand auf. Dies geschieht durch eine Verringerung der Verschwenkung nach vorne. Für ein radial lotrechtes Abstehen der Dichtlippen oder gar ein Umklappen reicht der Raum nicht aus. Auf der der Öffnung der Kolbenaufnahme 17 gegenüberliegenden Seite weist die Kolbenaufnahme 17 einen Anschlag 19 auf, der die Kolbenaufnahme 17 begrenzt und ein darüber hinausgehendes Einschieben des Kolbens 1 verhin- dert. Je nach Positionierung des Anschlags 19 kann der Kolben 1 vollständig oder nur teilweise in der Kolbenaufnahme 17 aufgenommen werden. Der An- schlag 19 ist hier entlang der Innenkontur umlaufend ausgestaltet, kann aber auch andere Formen, bspw. in Form eines sekantenförmig eingesetzten Steges aufweisen. In den dargestellten Fall wird der Anschlag 19 dadurch gebildet, dass die Wandstärke des Einsetzabschnitts 15 im sich an die Kolbenaufnahme 17 anschließenden Bereich auf 3,5 mm ansteigt. H ier liegt die oben erwähnte nicht gezeichnete Unterlegscheibe auf.
Das Setzwerkzeug 14 weist vorzugsweise eine Entlüftungsöffnung auf, die entlang des Einsetzabschnitts 15 ausgebildet ist, so dass Luft außen am Setz- werkzeug 1 vorbei den Behälter verlassen kann und dieser entlüftet wird. Im einfachsten Fall, ist die Entlüftungsöffnung als Zwischenraum zwischen der Innenkontur des Behälters (nicht dargestellt) und der Außenkontur 16 des Ein- setzabschnitts 15 ausgebildet. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Entlüf- tungsöffnung 15 auch als auf der Außenkontur 16 vorgesehene axial verlaufen- de Vertiefung entlang des Einsetzabschnitts 15 ausgebildet sein, sodass die Luft an dem Setzwerkzeug 14 entlang aus dem Behälter entweichen kann. Damit erlaubt das erfindungsgemäße System ein nahezu luftfreies Einsetzen des Kolbens 1 in den Behälter, wobei die übrige Luft durch den erfindungsge- mäßen Kolben 1 entlüftet werden kann, sobald dieser im Behälter eingesetzt wurde.
Das Setzwerkzeug 14 weist vorzugsweise einen am Einsetzabschnitt 15 vorge- sehene Stufe 20 auf, welche derart angepasst sein kann, dass diese auf dem Verformungstrichter 24 aufgesetzt werden kann. So kann die Stufe 20 im Zu- sammenspiel mit einer entsprechenden Auflagefläche des Verformungstrichters 24 eine erhöhte mechanische Stabilität für das Einsetzen des Kolbens 1 in das Setzwerkzeug 14 bereitstellen.
Um den Kolben 1 im Behälter (nicht dargestellt) auszuwerfen, ist erfindungsge- mäß eine Einrichtung zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt 15 und dem Kolben 1 vorgesehen. Diese ist im einfachs- ten Fall ein Auswerferstößel 21 , der in eine Aussparung 22 innerhalb des Ein- setzabschnitts 15 eingesetzt werden kann. Der Auswerferstößel 21 hat im vor- liegenden Beispiel einen Durchmesser von 12 mm und ist von seiner axialen Länge her so bemessen, dass dieser durch den Einsetzabschnitt 15 hindurch den Kolben 1 aus der Kolbenaufnahme 17 auswerfen kann. Um das Auswerfen zu erleichtern, sind sowohl am Auswerferstößel 21 als auch am Einsetzab- schnitt 15 Haltegriffe 23 vorgesehen. Das Setzwerkzeug 14 ist daher so kon- struiert, dass durch Zusammendrücken der Haltegriffe 23, der Auswerferstößel 21 den Kolben 1 axial innerhalb des Behälters fixiert, während der im Behälter eingesetzte Einsetzabschnitt 15 aus dem Behälter herausgezogen wird.
Vorzugsweise wird das System aus Setzwerkzeug 14 und Kolben 1 durch einen zusätzlich vorzusehenden Verformungstrichter 24 ergänzt. Der Verformungs- trichter 24 umfasst eine konisch zulaufende Öffnung 25, deren größter Innen- durchmesser vorzugsweise 22 mm und deren kleinster Innendurchmesser vor- zugsweise 18,7 mm beträgt. Durch die konische Form wird ein in die Öffnung 25 einsetzbarer Kolben 1 und dessen Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e gleichmä- ßig kraftschlüssig, bzw. plastisch/elastischen oder viskoelastisch, verformt, wodurch eine Beschädigung der Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e vermieden wird. An den konischen Abschnitt der Öffnung 25 schließt sich ein statischer Abschnitt mit konstantem Innendurchmesser an. Der Innendurchmesser dieses Abschnitts des Verformungstrichters 24 ist vorzugsweise so bemessen, dass dieser kleiner oder gleich dem Innendurchmesser der Innenkontur 18 der Kol- benaufnahme 19 ist. Ferner weist der Verformungstrichter 24 eine Stufe 26 auf, dessen radiale Breite der Wandstärke der Kolbenaufnahme 17 entspricht. In diesem Fall kann der Innendurchmesser des Verformungstrichters 24 um die radiale Breite der Stufe 26 aufgeweitet werden, so dass die Kolbenaufnahme 17 in einen Aufnahmebe- reich des Verformungstrichters 24 eingesetzt und bis zur Stufe 26 eingeschoben werden kann. Aufgrund der Abstimmung der radialen Breite der Stufe 26 an die Wandstärke der Kolbenaufnahme 17 kann der Kolben 1 vom Verformungstrich- ter 24 in die Kolbenaufnahme 17 überführt werden, ohne dass es zu Stufen in der gebildeten Innenkontur von Verformungstrichter 24 und Kolbenaufnahme 19 kommt. Dies wiederum schützt die Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e des Kol- bens 1 vor Beschädigungen. Um die Stufe 26 zu schonen, kann der Verfor- mungstrichter 24 an der Stufe 20 des Setzwerkzeugs 14 abgestützt werden. Das Einsetzen eines erfindungsgemäßen Kolbens 1 mit dem erfindungsgemä- ßen System aus Setzwerkzeug 14 und Kolben 1 in einen Behälter und das Entlüften des Kolbens 1 wird in einer bevorzugten Ausführungsform im Folgen- den beschrieben: Der Kolben 1 wird über den an dem Setzwerkzeug 14 angebrachten Verfor- mungstrichter 24 vollständig in die Kolbenaufnahme 17 des Setzwerkzeugs 14 geschoben, wobei der Kolben mit der rückseitigen Wand 6 voran eingeschoben wird, so dass die vordere Wand 5 nach dem Einsetzten in den Behälter in Aus- bringrichtung liegt. Beim Einschieben werden alle Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e im Verformungstrichter 24 in Richtung der vorderen Wand 5 verschwenkt. Es ist nicht zu vermeiden, dass dabei Luft zwischen den Dichtlippen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e und der Innenkontur des Verformungstrichters 24 bzw. der Kolbenauf- nahme 17 eingeschlossen wird. Dabei kann der Kolben 1 auch so eingeschoben werden, dass lediglich die vordere Dichtlippe 4a nicht verschwenkt wird, son- dern frei beweglich verbleibt und erst beim Einsetzen in den Behälter in Rich- tung der rückseitigen Wand 6 verschwenkt wird.
Nun wird der Verformungstrichter 24 vom Setzwerkzeug 14 abgenommen und das System aus Kolben 1 und Setzwerkzeug 14 in einen Behälter eingesetzt. Ist in den Behälter ein flüssiges oder pastösen Material eingefüllt, wird das Setzwerkzeug 14 in Ausbringrichtung vorgeschoben, bis der Kolben 1 das Material berührt. Dabei entweicht die Luft im Behälter über die Entlüftungsöffnung 15 des Setzwerkzeugs 14. Durch Druck auf das Material und aufgrund der noch vorhandenen Luft vor der vorderen Dichtlippe 4a wird diese in Richtung der rückseitigen Wand 6 ver- schwenkt. In dieser Stellung kann die vordere Dichtlippe 4a radial in Richtung der Seitenwand 3 bewegt werden und so eine Strömungsverbindung für die Luft be- reitstellen, so dass die Luft entweichen kann. Für den Fall, dass die vordere Dicht lippe 4a bereits mit Einsetzen des Setzwerkzeugs 14 in den Behälter in Richtung der rückseitigen Wand verschwenkt wurde, entlüftet die vordere Dichtlippe 4a in gleicher Weise.
Bezugszeichenliste
1 Kolben
2 Grundkörper
3 Seitenwand
4a vordere Dichtlippe
4b - 4e hintere Dichtlippen
5 vordere Wand
6 rückseitige Wand
7 Pfeile
8 Doppelpfeil
9 Abstand
10 Länge
1 1 Vertiefung
12, 13 Stützring
13a Abrundung
13b Vorsprung
14 Setzwerkzeug
15 Einsetzabschnitt
16 Außenkontur des Einsetzabschnitts
17 Kolbenaufnahme
18 Innenkontur der Kolbenaufnahme
19 Anschlag der Kolbenaufnahme
20 Stufe des Einsetzabschnitts 21 Auswerferstößel
22 Aussparung
23 Haltegriffe
24 Verformungstrichter
25 Öffnung des Verformungstrichters
26 Stufe des Verformungstrichters

Claims

Ansprüche:
1 . Kolben (1 ), insbesondere zur Verwendung als Ausbring- und/oder Ver- schlusskolben eines Behälters, mit einem Grundkörper (2), der eine mit wenigstens einer Dichtlippe (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) versehene Seitenwand (3), eine in Ausbring- richtung vordere Wand (5) und eine der vorderen Wand (5) gegenüberliegende, in Ausbringrichtung rückseitige Wand (6) aufweist, wobei die wenigstens eine Dicht- lippe (4b, 4c, 4d, 4e) im unbelasteten Zustand in radialer Richtung, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig, von der Seitenwand (3) absteht, wobei die wenigs- tens eine Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) und der Grundkörper (2) einstückig ausgebildet sind, wobei die wenigstens eine Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) und der Grundkörper (2) aus demselben Material gefertigt sind und eine in Ausbringrichtung vordere Dicht- lippe (4a) und eine in Ausbringrichtung hintere Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) vorgese- hen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1 ) in einem Behälter ver- schiebbar gelagert ist und dass die vordere Dichtlippe (4a) aus der im unbelasteten Zustand radial von der Seitenwand (3) wegstehenden Ausrichtung in Richtung der rückseitigen Wand (6) verschwenkt ist und die hintere Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) aus der im unbelasteten Zustand radial von der Seitenwand (3) wegstehenden Aus- richtung in Richtung der vorderen Wand (5) in Richtung der vorderen Wand (5) verschwenkt ist.
2. Kolben (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wobei die we- nigstens eine Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) und der Grundkörper (2) aus einem Mate- rial mit einem Elastizitätsmodul von 0,1 bis 10 GPa gefertigt sind.
3. Kolben (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) in Richtung der vorderen Wand (5) verschwenkbar, insbesondere verschwenkt, ist.
4. Kolben (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigs- tens eine Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) kraftschlüssig verschwenkbar ist.
5. Kolben (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder hinter der wenigstens einen Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) we- nigstens ein in radialer Richtung von der Seitenwand (3) wegragender Stützring (12, 13) ausgebildet ist.
6. Kolben (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) an dem an der Seitenwand (3) angebrachten Ende in axialer Richtung breiter ist als an dem von der Seiten- wand (3) wegragenden Ende.
7. Kolben (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Dichtlippe (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) an dem von der Sei- tenwand (3) wegragenden Ende abgeschrägt ist.
8. Kolben (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar hinter der wenigstens einen Dichtlippe (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) eine Vertiefung (11 ) in der Seitenwand (3) vorgesehen ist.
9. Kolben (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der radialen Länge (10) zur axialen Breite der wenigstens einen Dichtlippe (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) 1 bis 9, vorzugsweise 3 bis 7 und besonders bevorzugt 5 ± 1 beträgt.
10. Kolben (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1 ) in einem Behälter verschiebbar gelagert ist und dass die wenigstens eine Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e), insbesondere über ihren gesamten Umfang, die Behälterinnenwandung kontaktiert.
1 1. Kolben (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Dichtlippe (4a) und die hintere Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) aus der im unbelasteten Zustand radial von der Seitenwand (3) wegstehenden Ausrichtung kraftschlüssig in Richtung der vorderen Wand (5) verschwenkbar sind und dass die vordere Dicht- lippe (4a) aus der zur vorderen Wand (5) verschwenden Stellung kraftschlüssig in Richtung der rückseitigen Wand (6) verschwenkbar ist.
12. Kolben (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (9) der vorderen Dichtlippe (4a) zu der hinteren Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e) kleiner ist als die Summe der Längen (10) der vorderen (4a) und hinte- ren Dichtlippe (4b, 4c, 4d, 4e).
13. System aus einem Setzwerkzeug (14) zum Einsetzen eines Kolbens (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche in einen Behälter, der eine Innenkontur aufweist, insbesondere einen Behälter einer Austragskartusche, und einem Kolben nach ei- nem der vorherigen Ansprüche, wobei das Setzwerkzeug (14) einen in den Behäl- ter einsetzbaren Einsetzabschnitt (15) mit einer an die Innenkontur des Behälters angepassten Außenkontur (16) aufweist, wobei innerhalb des Einsetzabschnitts (15) eine wenigstens einseitig mit einer Öffnung zum Einsetzen und Auswerfen des Kolbens versehenen Kolbenaufnahme (17) mit einer an die wenigstens eine Dicht- lippe gebildete Außenkontur des Kolbens (1 ) angepassten Innenkontur vorgesehen ist, und wobei das Setzwerkzeug (14) eine Einrichtung (21 ) zum Erzeugen einer axialen Relativbewegung zwischen dem Einsetzabschnitt (15) und dem in der Kol- benaufnahme (17) aufgenommenen Kolben (1 ) aufweist.
14. Applikationssystem aus einem Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einem Behälter, wobei der Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 12 inner- halb des Behälters verschiebbar gelagert ist.
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