DE102011100976A1 - Verschluss- und Ausdrückkolben für Kartuschen für plastische Massen und Verfahren zum Einsetzen eines solchen Kolbens in eine Kartusche - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Verschluss- und Ausdrückkolben für Kartuschen für plastische Massen, der eine nach vorne weisende Dichtlippe (3) am Umfang der Kolbenplatte (3) hat. Der Kolben hat kein Entlüfteventil, und die Kolbenplatte oder das Setzwerkzeug ist so ausgebildet, dass bei Ausüben einer axialen Schubkraft durch das Setzwerkzeug auf den Kolben eine Querbiegebeanspruchung auf den Kolben erzeugt wird. Dazu ist beispielsweise an der Kolbenplatte ein rückwärts vorspringender Setzring mit mindestens zwei am Umfang gleichmäßig verteilten rückwärtigen axialen Vorsprüngen gebildet, oder die Kolbenplatte ist nach vorne gewölbt ausgebildet, die mit der nach vorne weisenden Dichtlippe durch die Nut zwischen Kolbenplatte und Dichtlippe überspannenden Verbindungselementen verbunden ist. Die Erfindung umfasst weiter ein Verfahren zum Einsetzen eines solchen Kolbens in das offene hintere Ende der Kartusche.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Verschluß- und Ausdrückkolben aus elastischem Kunststoff für Kartuschen für plastische Massen, der eine Entlüftefunktion aufweist, die das Entweichen von zwischen dem Kolben und der Füllmasse der Kartusche beim Einsetzen des Kolbens in das offene hintere Kartuschenende nach dem Befüllen der Kartusche ermöglicht.
- Kolben mit Entlüftefunktion sind seit langem bekannt. Bei früher üblichen derartigen Kolben mit nach rückwärts weisenden, mit der Kartuscheninnenwand zusammenwirkenden Dichtlippen ergab sich die Entlüftefunktion von selbst, weil die zum Erzielen einer guten Abdichtung notwendigerweise relativ weichen Dichtlippen bei dem Einsetzen des Kolbens in das hintere Kartuschenende unter dem Druck der komprimierten eingeschlossenen Luft zwischen Kolben und Füllmasse die Dichtlippen zurückbewegte und die eingeschlossene Luft entweichen ließ.
- Im Zuge der Weiterentwicklung derartiger Kolben wurde aber erkannt, dass, zumal bei höheren Auspressdrücken, die herkömmlichen, rückwärts weisenden Dichtlippen des Kolbens für eine saubere Abdichtung nicht ausreichen, da beim Ausdrücken auch der Gegendruck des Materials auf die Dichtlippen wirkt, so dass diese nicht mehr vollkommen dicht an der Kartuschenwand anliegen und Füllmaterialfilme sich zwischen den Dichtlippen und der Kartuschenwand ausbilden. Man ist deshalb dazu übergegangen, am vorderen Bereich des Kolbens eine nach vorne weisende Dichtlippe vorzusehen, die bei zunehmendem Auspressdruck durch den Gegendruck des Füllmaterials stärker an die Kartuscheninnenwand angedrückt wird und bessere Abdichtungsergebnisse ergibt.
- Allerdings ist bei Verwendung einer nach vorne weisenden Dichtlippe keine selbsttätige Entlüftung des Kolbens mehr möglich, wenn dieser in die befüllte Kartusche eingesetzt wird. Man hat deshalb Ventile in solchen Kolben entwickelt, die ein Ventilelement haben, das durch ein Kolbensetzwerkzeug beim Einsetzen des Kolbens in das hintere Kartuschenende das Ventilelement öffnen, das sich anschließend elastisch wieder schließt.
- Solche Ventilanordnungen sind allerdings auch nicht unproblematisch. Insbesondere müssen Vorkehrungen getroffen werden, dass kein Füllmaterial in die Entlüftungskanäle durch den Ventilmechanismus eindringen kann, das ein sauberes Schließen des Ventils verhindern könnte, da sonst durch die bleibende Undichtigkeit des Ventils und das allmähliche Eindringen von Umgebungsluftbestandteilen zum Verderben des Kartuscheninhalts führen würde.
- Es wurde daher zur Vermeidung der Notwendigkeit eines Ventilmechanismus auch schon vorgeschlagen, einen derartigen Kolben mit nach vorne weisender Dichtlippe und ein zugehöriges Setzwerkzeug so auszubilden, dass beim Einsetzen des Kolbens in das hintere Kartuschenende dünne Finger des Setzwerkzeugs die nach vorne weisende Dichtlippe stellenweise etwas von der Kartuscheninnenwand abheben, so dass eingeschlossene Luft entweichen kann. Auch das ist allerdings nicht vollkommen unproblematisch, da eine gewisse Gefahr der Beschädigung der Dichtlippe durch die Finger des Setzwerkzeugs besteht, und überdies das Setzwerkzeug kompliziert ist.
- Außerdem hat sich gezeigt, dass das Setzen von Kolben mit nach vorne weisender Dichtlippe nicht unproblematisch ist und dabei die Gefahr der Beschädigung der nach vorne weisenden Dichtlippe besteht.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben mit nach vorne weisender Dichtlippe mit Entlüftefunktion zu schaffen, der ohne Entlüfteventil auskommt und beim Einsetzen in eine Kartusche eine zuverlässige Entlüftung ermöglicht. Vorzugsweise soll auch noch die Gefahr der Beschädigung der nach vorne weisenden Dichtlippe weitgehend vermindert werden.
- Alternativ liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Kolben mit nach vorne weisender Dichtlippe, der nicht selbst mit einer besonderen, eine Entlüftefunktion bewirkenden Gestaltung ausgebildet ist, in eine Kartusche unter gleichzeitiger Erzeugung einer Entlüftung eingesetzt werden kann.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 angegebenen alternativen Ausgestaltungen eines Kolbens oder durch das im unabhängigen Anspruch 3 angegebene Einsetzverfahren gelöst.
- Die Entlüftung beim Setzen des Kolbens erfolgt erfindungsgemäß jeweils in der Weise, dass der Kolben durch die auf ihn einwirkende Setzkraft durch Erzeugen einer leichten Biegeverformung um eine diametrale Querachse in einen geringfügig unrunden Zustand versetzt wird, wodurch die nach vorne weisende Dichtlippe nicht mehr perfekt am gesamten Umfang der Kartuscheninnenwand anliegt, sondern an diametral gegenüberliegenden Bereichen Undichtigkeitkeiten erzeugt werden, durch welche die Kobenentlüftung stattfindet. Der Kolben oder das benutzte Setzwerkzeug ist zu diesem Zweck so ausgebildet, dass bei Einwirken der Setzkraft durch den Druck des Setzwerkzeugs auf den Kolben diese Verformung erzeugt wird.
- Die weiteren Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
- die
1a und1b einen dem Stand der Technik entsprechenden Kolben in perspektivischer Ansicht und im Axialschnitt, - die
2a und2b einen Kolben mit modifizierter Dichtlippe in perspektivischer Ansicht und im Axialschnitt, - die
3a ,3b ,3c ,3d ,3e und3f einen modifizierten Kolben in perspektivischer Ansicht, gerader Draufsicht, perspektivischer Untersicht, gerader Untersicht, Seitenansicht und im Axial schnitt, - die
4a ,4b und4c ein Setzwerkzeug in zwei um 90° zueinander gedrehten Ansichten sowie in Draufsicht, und -
5 ein abgewandeltes Setzwerkzeug in perspektivischer Ansicht. - Die in den Zeichnungen dargestellten Kolben bestehen alle jeweils aus einer etwas nach vorne gewölbten Kolbenplatte
1 und einer sich daran rückwärts anschließenden zylindrischen Schürze2 . - Der Übergangsbereich zwischen der Kolbenplatte
1 und der Schütze2 ist mit einem nach vorne öffnenden V-Querschnittsprofil ausgebildet, so dass am Umfang der Kolbenplatte1 eine nach vorne weisende, schräg vorwärts und auswärts verlaufende Dichtlippe3 gebildet ist, die mit der Kartuscheninnenwand zusammenwirkt. An der Außenseite der Schürze sind weitere, axial beabstandete, aber nach hinten weisende Dichtlippen4 gebildet, die ebenfalls mit der Kartuscheninnenwand zusammenwirken. - An der Rückseite der Kolbenplatte
1 ist ein radial innerer, etwa zylindrisch ausgebildeter und über eine kurze Distanz nach hinter vorstehender Ring5 angeformt, der als Setzring bezeichnet wird und beim Einsetzen des Kolbens in das offene hintere Kartuschenende einerseits zentrierend mit dem Setzwerkzeug zusammenwirkt, andererseits die vom Setzwerkzeug ausgeübte axiale Schubkraft aufnimmt und auf die Kolbenplatte überträgt. Weiter ist an der Rückseite der Kolbenplatte ein radial äußerer, nach hinten vorspringender Ring6 angeformt, der konisch ist und einen schräg rückwärts und einwärts zur Kolbenachse hin verlaufenden Querschnitt hat und über den Setzring5 axial nach hinten vorspringt. Dieser radial äußere Ring6 dient zur Übertragung der Schubkraft eines Auspressstempels beim Ausdrücken der Kartusche auf den Kolben, wobei seine konische Gestaltung bewirkt, dass die nach vorne weisende Dichtlippe3 sich nach außen zu spreizen sucht und dadurch deren dichtende Anlage mit der Kartuscheninnenwand verstärkt wird. - Alle diese bisher beschriebenen Merkmale sind an sich bekannt. Der in den
1a und1b dargestellte Kolben weist nur diese Merkmale auf. - Der in den
2a und2b dargestellte Kolben unterscheidet sich davon durch das weitere Merkmal, dass die nach vorne weisende Dichtlippe3 an ihrer Innenseite eine kranzartige Anordnung von mit gleichen Umfangsabständen verteilt angeordneten kleinen radialen Rippen7 aufweist, die an der inneren, also der Kolbenachse zugewandten Seite der Dichtlippe angeordnet sind. Sie sind mit keinem anderen Teil des Kolbens verbunden. Sie stehen axial nach vorne etwas über die Dichtlippe3 vor und haben jeweils eine nach außen weisende schräge Rampenfläche8 , die schräg rückwärts und auswärts verläuft und in die Dichtkantenfläche der Dichtlippe3 übergeht. - Diese kleinen Rippen
7 bilden mit ihren Rampenfläche8 Einführhilfen beim Einsetzen des Kolbens in das rückwärtige Kartuschenende, in dem sie zentrierend wirken und sicherstellen, dass die nach vorne weisende Dichtlippe3 sich mit der rückwärtigen Kantenfläche der Kartuschenwand nicht verhaken kann und insbesondere die Kartuschenwand, etwa aufgrund einer bestehenden leichten Unrundheit, der Kolbenplatte1 hinein geraten kann. - Der in den
3a bis3f dargestellte Kolben ist mit weiteren Merkmalen ausgebildet, die, wie im folgenden noch beschrieben wird, alternativ oder kumulativ zur Anwendung kommen können, um eine Entlüftefunktion des Kolbens beim Einsetzen in das hintere Kartuschenende ohne Notwendigkeit eines Ventils bewerkstelligen zu können. - Wie man aus der perspektivischen Ansicht und der Draufsicht nach den
3a und3b sowie aus dem Axialschnitt nach3f erkennen kann, ist dieser Kolben wiederum mit an der nach vorne weisenden Dichtlippe3 angeordneten radialen Rippen7 ausgebildet, die aber nun, im Gegensatz zu der Anordnung bei dem Kolben nach den2a und2b , nicht freistehend nur an der Dichtlippe angeordnet sind, sondern an der Kolbenplatte1 angebunden sind. Diese wiederum Rampenflächen8 bildenden Rippen7 sind beiderseits einer in3b eingezeichneten, einer Durchmesserlinie entsprechender Querachse symmetrisch angeordnet, wobei aber die jeweils der Querachse nächstgelegenen Rippen voneinander einen Abstand haben, der wesentlich größer als die übrigen Rippenabstände ist. - Weiter weist bei der Ausführungsform des Kolbens nach den
3a bis3f , die die Untersichten nach den3c und3b zeigen, der Setzring4 an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen jeweils eine Erhebung in Gestalt eines über den übrigen Setzring5 nach hinten vorstehenden Noppen9 auf. Diese beiden Noppen sind auf der gleichen (in3b eingezeichneten) Durchmesserlinie bzw. Querachse angeordnet, bezüglich derer die Rippen7 beiderseits angeordnet sind. - Die Noppen
9 können alternativ zu oder kumulativ mit an der Kolbenplatte1 angebundenen Rippen7 vorgesehen sein. - Die nicht drehsymmetrisch, sondern lediglich in Bezug auf die Durchmesserlinie bzw. Querachse in
3b achsensymmetrisch angeordneten, mit der Kolbenplatte1 verbundenen Rippen7 führen dazu, dass die Biegesteifigkeit des Kolbens nicht mehr drehsymmetrisch ist, sondern dass die Biegesteifigkeit um die in3b eingezeichnete Durchmesserlinie bzw. Querachse weicher ist als um jede andere Durchmesserlinie. Bei Ausübung eines Axialdrucks auf den Setzring5 durch ein Setzwerkzeug, auch wenn die Noppen9 nicht vorhanden sind, wird der Kolben, weil der Setzring5 auf einem Radius zwischen der Kolbenachse und der Schürze2 angeordnet ist, einer Biegebeanspruchung ausgesetzt, die sich aufgrund der Anbindung der Rippen7 an die Kolbenplatte1 auf die nach vorne weisende Dichtlippe3 überträgt. Weil aber der Kolben in Bezug auf die in3b eingezeichnete Durchmesserlinie biegeweicher ist als quer dazu, erfolgt bei Ausübung des Setzdrucks auf den Setzring5 eine geringfügige Durchbiegung des Kolbens um diese Querachse, wodurch an quer dazu diametral gegenüberliegenden Bereichen die Abdichtung der Dichtlippe3 mit der Kartuscheninnenwand vermindert wird und eine Entlüftung stattfinden kann. - Die Anbindung der Dichtlippe
3 an der Kolbenplatte1 über die Rippen7 beschränkt zwar die freie Beweglichkeit der Dichtlippe3 in radialer Richtung, jedoch ist wegen deren divergierender Gestalt in Verbindung mit der gewölbten Kolbenplatte1 trotzdem noch genügend radial federnde Bewegungsmöglichkeit für die Dichtlippe3 vorhanden, um eine saubere Abdichtung mit der Kartuscheninnenwand zu gewährleisten. - Bei Vorhandensein der Noppen
9 an der hinteren Endfläche des Setzrings5 wird die erwähnte Biegung des Kolbens um die genannte Querachse schon dadurch erzeugt, dass das Setzwerkzeug nicht mehr über den Umfang des Setzrings5 verteilt gleichmäßig mit seinem Axialdruck an diesem angreift, sondern an zwei diametral entlang dieser Querachse gegenüberliegenden Stellen des Setzrings. - Solche Noppen
9 können daher auch bei Kolbenausführungsformen, wie sie in den1a und1b sowie2a und2b dargestellt sind, vorgesehen werden, womit dann mit einem üblichen unveränderten Setzwerkzeug der gleiche Effekt der Herbeiführung einer leichten Durchbiegung des Kolbens um die Querachse bzw. Durchmesserlinie, auf welcher die beiden Noppen9 liegen, herbeizuführen und dadurch eine Entlüftefunktion zu erzeugen. - Damit ist also, um eine Kolbenentlüftung beim Einsetzen in das hintere Kartuschenende bewerkstelligen zu können, damit die eingeschlossene Luft zwischen Füllmasse und Kolben austreten kann, keinerlei Ventil am Kolben mehr erforderlich, das fertigungstechnisch aufwendig wäre und irgendwelche Probleme in der Praxis hervorrufen könnte.
- Die gleiche Funktion der Entlüftung eines Kolbens ohne Notwendigkeit eines Entlüfteventils kann aber bei einem den Stand der Technik entsprechenden Kolben nach den
1a und1b oder bei einem Kolben nach den2a und2b , wo der Setzring5 jeweils eine gerade hintere Endfläche hat, also keine Noppen9 vorgesehen sind, erreicht werden, indem ein modifiziertes Setzwerkzeug benutzt wird, wie es in den4a bis4c oder5 dargestellt ist. - Das Setzwerkzeug weist dort jeweils einen vorspringenden mittigen zylindrischen Teil
10 auf, der zentrierend in den Setzring5 eingreift, und einen dazu abgestuften, im Durchmesser größeren zylindrischen Teil11 auf, der mit seiner vorderen Endfläche an der rückwärtigen Endfläche des Setzrings5 angreift und den Axialschub auf diesen überträgt. - Erfindungsgemäß sind bei dem modifizierten Setzwerkzeug auf der nach vorne weisenden Endfläche des den Axialschub ausübenden Teils
11 des Setzwerkzeugs an diametral gegenüberliegenden Positionen Erhebungen in Gestalt runder Noppen12 , die bei der Ausführungsform nach den4a bis4c dargestellt, oder Rippen13 , wie bei der Ausführungsform nach5 dargestellt, vorgesehen. Dadurch wird der Axialschub auf zwei diametral gegenüberliegende, also auf einer Querachse bzw. Durchmesserlinie liegende Bereiche des Setzrings des Kolbens konzentriert, so dass dieser wegen der ungleichen Belastung um diese Querachse beim Setzen leicht durchgebogen wird und die Entlüftungsfunktion stattfindet. - Abweichend von den Darstellungen in den
3a bis3f ,4a bis4c und5 , wo jeweils eine Biegebeanspruchung um eine Querachse entsprechend einer Durchmesserlinie erzeugt wird, ist auch eine Abwandlung dergestalt denkbar, dass an drei mit etwa gleichen Winkelabständen verteilten Stellen eine Biegebeanspruchung erzeugt wir, nämlich durch Verwendung von drei Noppen9 am Setzring oder drei großen Abständen zwischen Rippen7 , oder durch drei Noppen12 oder Rippen13 am Setzwerkzeug.
Claims (9)
- Verschluß- und Ausdrückkolben aus elastischem Kunststoff für Kartuschen für plastische Massen, mit einer Kolbenplatte (
1 ) und einer sich daran rückwärts anschließenden zylindrischen Schürze (2 ), wobei der Übergangsbereich zwischen Kolbenplatte (1 ) und Schürze (2 ) mit V-artigem Querschnitt ausgebildet ist und dadurch am Umfang eine schräg nach vorne und auswärts weisende Dichtlippe (3 ) ausgebildet ist, und mit am Umfang der Schürze (2 ) gebildeten weiteren, rückwärts weisenden Dichtlippen (4 ), weiter mit einem rückseitig an der Kolbenplatte angeformten, axial rückwärts von der Kolbenplatte (1 ) vorspringenden Setzring (5 ), dadurch gekennzeichnet, dass an der rückwärts weisenden Endfläche des Setzrings (5 ) mindestens zwei am Umfang gleichmäßig verteilte axiale Vorsprünge (9 ) vorgesehen wird. - Verschluß- und Ausdrückkolben aus elastischem Kunststoff für Kartuschen für plastische Massen, mit einer Kolbenplatte (
1 ) und einer sich daran rückwärts anschließenden zylindrischen Schürze (2 ), wobei der Übergangsbereich zwischen Kolbenplatte (1 ) und Schürze (2 ) mit V-artigem Querschnitt ausgebildet ist und dadurch am Umfang eine schräg nach vorne und auswärts weisende Dichtlippe (3 ) ausgebildet ist, und mit am Umfang der Schürze (2 ) gebildeten weiteren, rückwärts weisenden Dichtlippen (4 ), weiter mit einem rückseitig an der Kolbenplatte angeformten, axial rückwärts von der Kolbenplatte (1 ) vorspringenden Setzring (5 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenplatte (1 ) noch gewölbt ausgebildet ist und die nach vorne weisende Dichtlippe (3 ) durch mehrere, die nach vorne weisende Dichtlippe (3 ) mit der Kolbenplatte (1 ) verbindende und die zwischen dieser Dichtlippe (3 ) und der Kolbenplatte (1 ) gebildete V-Nut überspannende Verbindungselemente (7 ) verbunden sind, die zwischen mindestens wie Radiallinien drehsymmetrisch am Umfang der Dichtlippe verteilt angeordnet sind, wobei jedoch die den Radiallinien jeweils nächstliegenden Verbindungsglieder einen Abstand voneinander haben, der erheblich größer als der Abstand zwischen den übrigen Verbindungsgliedern (7 ) ist. - Verfahren zum Einsetzen eines Kolbens aus elastischem Kunststoff in das offene hintere Ende einer Kartusche, wobei der Kolben eine Kolbenplatte (
1 ), eine sich daran axial rückwärts anschließende Schürze (2 ), und einen rückseitig an der Kolbenplatte (1 ) axial rückwärts vorspringenden Setzring (5 ) aufweist, wobei der Übergangsbereich zwischen Kolbenplatte (1 ) und Schürze (2 ) im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist und dadurch eine nach vorne weisende Dichtlippe (3 ) am Umfang der Kolbenplatte (1 ) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einsetzen des Kolbens in die Kartusche ein Setzwerkzeug benutzt wird, dessen eine axiale Schubkraft auf den Setzring (5 ) des Kolbens übertragender Bereich (11 ) mindestens zwei am Umfang verteilte axiale Vorsprünge (12 ;13 ) aufweist. - Kolben nach Anspruch 1, wobei der Setzring (
5 ) zwei axial rückwärts vorspringende Noppen (9 ) aufweist, die auf einer gemeinsamen Durchmesserlinie liegen. - Kolben nach Anspruch 2, wobei die Verbindungsglieder (
7 ) Rippen sind, die jeweils axial nach vorne über die Dichtlippe (3 ) überstehen und eine schräg rückwärts und auswärts verlaufende, nach außen weisende Rampenfläche (8 ) bilden, die in die Kantenfläche der Dichtlippe (3 ) übergeht. - Kolben nach Anspruch 2 oder 5, bei welchem der Setzring (
5 ) mindestens zwei an seinem Umfang angeordnete, axial vorspringende Noppen (9 ) aufweist, die auf den genannten Radiallinien liegen. - Kolben nach Anspruch 2, 5 oder 6, wobei zwei Radiallinien vorgesehen sind, die miteinander eine Durchmesserlinie bilden.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Setzwerkzeug zwei diametral gegenüberliegende axiale Vorsprünge (
12 ;13 ) aufweist. - Verfahren nach Anspruch 3 oder 8, wobei die Vorsprünge des Setzwerkzeugs als runde Noppen (
12 ) oder als Rippen (13 ) ausgebildet sind.
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