WO2023088681A1 - Kartusche zum befüllen und befüllte kartusche - Google Patents

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WO2023088681A1
WO2023088681A1 PCT/EP2022/080572 EP2022080572W WO2023088681A1 WO 2023088681 A1 WO2023088681 A1 WO 2023088681A1 EP 2022080572 W EP2022080572 W EP 2022080572W WO 2023088681 A1 WO2023088681 A1 WO 2023088681A1
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WO
WIPO (PCT)
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cartridge
piston
receiving space
constriction
mass
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/080572
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English (en)
French (fr)
Inventor
Konstantin Schelleis
Simon Hüglin
Clemens Schmidt
Benedikt Scholl
Original Assignee
Fischerwerke Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fischerwerke Gmbh & Co. Kg filed Critical Fischerwerke Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2023088681A1 publication Critical patent/WO2023088681A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C17/00—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces
    • B05C17/005—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces for discharging material from a reservoir or container located in or on the hand tool through an outlet orifice by pressure without using surface contacting members like pads or brushes
    • B05C17/00576—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces for discharging material from a reservoir or container located in or on the hand tool through an outlet orifice by pressure without using surface contacting members like pads or brushes characterised by the construction of a piston as pressure exerting means, or of the co-operating container
    • B05C17/00579—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces for discharging material from a reservoir or container located in or on the hand tool through an outlet orifice by pressure without using surface contacting members like pads or brushes characterised by the construction of a piston as pressure exerting means, or of the co-operating container comprising means for allowing entrapped air to escape to the atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D83/00—Containers or packages with special means for dispensing contents
    • B65D83/0005—Containers or packages provided with a piston or with a movable bottom or partition having approximately the same section as the container
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D2205/00—Venting means
    • B65D2205/04—Venting means for venting during the initial insertion of a piston

Definitions

  • the invention relates to a cartridge for filling with a mass, having the features of the preamble of claim 1, and such a cartridge, after filling, having the features of claim 6.
  • a cartridge for filling with a mass, which here consists of two components, which is not important in what follows.
  • the cartridge has a tube with an outlet at a front end and a piston for squeezing out the mass.
  • a venting and closing device is provided on the piston, specifically on its sealing element. This has a thin riser channel that extends from the front of the piston to the rear. When the piston settles, air can escape from the space between the mass and the piston through the riser channel, since the riser channel is open to the rear. With such a venting and closing device, the piston is moved towards the mass until the air has essentially completely escaped and the mass, ideally, already begins to flow into the riser channel. Then the riser channel is closed.
  • one-piece venting and closing devices are closed, for example, by welding.
  • the object of the invention is therefore to improve the known cartridges for automated filling in such a way that the cartridge has a simple structure and allows for the greatest possible venting and reliable closure.
  • the unfilled cartridge having the features of claim 1 .
  • the cartridge according to the invention is used for filling with a mass that is stored in the cartridge until it can be pressed out.
  • the cartridge has a tube which opens into an outlet at a front end.
  • “front” always means the direction to the outlet and “back” means the opposite direction.
  • the tube can be divided into several chambers on the inside, for example if several components of a hardenable mass are to be stored and pressed out together. Instead of several chambers, the cartridge can also have several tubes.
  • the cartridge for squeezing out the mass has a piston for displaceable arrangement in the tube along a longitudinal extension of the cartridge.
  • the piston Before the tube is filled with the compound, the piston is in particular still outside the tube and after filling is introduced into the tube from a rear end opposite the front end, which is referred to below as “setting” the piston.
  • the piston can in particular be in one piece or in several pieces, it can be produced by single-component or multi-component injection molding, it can have a seal and, in the case of several chambers or several tubes, several pistons can be provided.
  • the plunger In order to vent the cartridge when the plunger is set, the plunger has a venting and closing device which is closed after setting.
  • the venting and sealing device has a riser channel which extends rearwardly from a front side of the piston and which is open at the front side. A rear end of the riser channel can be closed.
  • the ventilation and Closure device is in one piece and can also be closed in one piece, ie it does not have a separate valve body, cover or the like.
  • the ventilation and closure device can be designed in one piece with the rest of the piston, but also as a separate component of the piston.
  • the riser channel can be closed by welding, whereby as an alternative, for example, bending or other reshaping would also be conceivable. The welding takes place in particular as ultrasonic welding, which has proven to be particularly process-reliable.
  • the piston can have several, preferably 3 to 6, riser channels. These can each be understood as a venting and closing device or as a common venting and closing device.
  • the cartridge according to the invention is characterized in that the riser channel has a hole-like constriction, which is followed behind by a receiving space that is enlarged in cross-section compared to the constriction.
  • the constriction is the point of the riser channel with the smallest cross-sectional area. It can be directly adjacent to a front side of the piston or set back. For example, starting from a flat front side of the piston, the riser channel can narrow conically towards the constriction.
  • “Hole-like” means that the constriction does not have an annular cross-section, but rather a full-surface, for example circular or square, cross-sectional area.
  • the “cross section” here always means an extension perpendicular to the longitudinal extension of the cartridge.
  • the seating of the piston is facilitated by the receiving space.
  • the air trapped between the mass and the face of the piston flows through the riser passage.
  • the mass begins to flow into the riser passage.
  • the force needed to push the piston further can increase significantly, which can be used to control the setting process.
  • this is not absolutely necessary, but the setting process can also be ended purely path-controlled. In this way, the mass can flow into the receiving space after passing through the constriction.
  • the fill level of the riser channel increases relatively slowly compared to a riser channel with a continuous cross-section of the constriction.
  • the "filling height" means an extension of the mass in the direction of the rear end of the riser channel.
  • Claim 6 claims a cartridge according to the invention filled with mass, in which the piston is set and the rear end of the riser channel is closed in one piece. According to the setting process described, part of the mass and gas, ie in particular air, is preferably located in the receiving space.
  • the cross section of the riser channel preferably changes discontinuously from the constriction to the receiving space, in particular abruptly.
  • a flow behavior similar to that of a jump diffuser can be achieved, which greatly reduces the flow speed in this area. This reduces the likelihood that the mass will reach the rear end of the riser duct and thereby impede closure.
  • a maximum cross section of the receiving space is at least 2.5 times, in particular at least 4 times, larger than a minimum cross section of the constriction.
  • the longitudinal extent of the receiving space is preferably between 2 and 10 times, in particular between 3 and 5 times, greater than the longitudinal extent of the constriction.
  • this ensures a sufficiently large receiving space, with a receiving space that is too long having a negative effect on the overall length of the piston and there is a risk that too much air will remain in the receiving space.
  • the specified ratio also ensures a sufficiently long constriction.
  • this is important for the manufacturability and stability of the constriction, on the other hand but also to others, since the constriction ensures that air that may be in the receiving space after filling does not get into the area in front of the piston. In front of the piston, the air could cause an uneven mix ratio, which in turn could lead to insufficient curing.
  • the information on the longitudinal extension of the receiving space relates to the state before it was closed.
  • the invention proposes that the ratio of a maximum cross section of the receiving space to the cross section of a wall enclosing the receiving space at this point is a maximum of 0.6, in particular a maximum of 0.3.
  • FIG. 1 shows a cartridge according to the invention at the beginning of the setting of the piston
  • FIG. 2 shows the same cartridge after the plunger has been set
  • FIG. 3 shows an enlarged detail from FIG. 2 before and after the closing of the riser channel.
  • the cartridge 1 shown in simplified form in the figures is used for later pressing out a mass 2 .
  • the outlet 5 is closed with a screw cap 6 until the mass 2 is discharged.
  • the tube 3 is closed by a piston 8, which is guided in the tube 3 in a displaceable manner along the longitudinal extension thereof, ie is displaceable.
  • the longitudinal extent of the pipe 3 is also referred to below as the “longitudinal direction”.
  • the piston 8 is shown in a highly simplified manner. In particular, it can have a circumferential seal (not shown) and a flat rear wall (not shown) pointing backwards for the squeezing ram of the squeezing gun.
  • the tube 3, the screw cap 6 and the piston 8 are made of plastic.
  • a flat front side 9 of the piston 8 points in the direction of the outlet 5 and extends perpendicularly, ie transversely to the longitudinal extent of the tube 3 .
  • the piston has a venting and closing device 10 in the form of a riser channel 11 in the axial center.
  • the riser channel 11 begins at the front of the piston 8 with a hole-like, circular opening extending in the longitudinal direction, which forms a constriction 12 of the riser channel 11 (FIG. 3).
  • the constriction 12 has a diameter DE of 0.5 mm and a longitudinal extension LE of 1.5 mm.
  • the longitudinal extension LE corresponds to the thickness of the wall of the piston 8 in this area.
  • the constriction 12 is adjoined by a receiving space 13 which is formed by a cylindrical piece of pipe 14 which is integrally adjoined in the longitudinal direction on the side opposite the front side 9 .
  • the receiving space 13 has a longitudinal extension LA of 4.5 mm with the length of the pipe section 14 and a diameter DA of 1 mm with the inner diameter of the pipe section 14 .
  • the piece of pipe 14 does not have to be ideally cylindrical either on the inside or on the outside. In particular, draft angles can be provided for demolding in plastic injection molding.
  • the wall of the piece of pipe 14 simultaneously forms the wall 15 of the receiving space 13.
  • the wall thickness W of the receiving space 13 is 1.25 mm.
  • the ratio of the maximum cross section of the receiving space 13 to the minimum cross section of the constriction 12 is 4.0 and the ratio of the longitudinal extent LA of the receiving space 13 to the longitudinal extent LE of the constriction 12 is 3.0, while the ratio of the maximum Cross-section of the receiving space 13 to the cross-section of the wall 15 enclosing the receiving space 13 at this point is 0.09.
  • the tube 3 with the screw cap 6 screwed on is filled with the composition 2 downwards from the rear end 7 of the tube 3 .
  • the piston 8 is inserted into the rear end 7 of the tube 3 and pushed in the direction of the mass 2 .
  • Air 16 which is located between the mass 2 and the front 9 of the piston 8, can escape through the riser channel 11. This is the state shown in FIG.
  • the piston 8 is pushed further forward until the air 16 has escaped - ideally completely - from the area in front of the front side 9 of the piston 8 and the mass 2 penetrates into the riser channel 11 .
  • the mass 2 first flows through the constriction 12 and then into the receiving space 13.
  • the insertion of the piston 8 is stopped under force or displacement control when the state shown in FIG.
  • the rear end 17 of the riser channel 11 is closed, namely by ultrasonic welding with a sonotrode (not shown), which has a conical contact surface. This process is also referred to below as "welding off”.
  • the conicity causes the melted material of the wall 15 of the receiving space 13 to flow radially inwards.
  • the closed receiving space 13 is shown in simplified form in FIG. 3 with dashed lines. In fact, the contour will be a bit more uneven. In addition to the mass 2, some air 16 remains in the receiving space 13.
  • the welding can be controlled via the force, the speed, the path, the time or the energy introduced.
  • the piston 8 could also have a number of riser channels (not shown), which together form a ventilation and closure device.
  • Sonotrodes approach the risers one after the other, or several sonotrodes can weld off the risers at the same time, or a common sonotrode welds off several risers together.
  • a ring-shaped sonotrode which has a ring contact surface with a V-shaped hollow cross section, several riser channels arranged in a circle can be welded simultaneously (not shown).

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Containers And Packaging Bodies Having A Special Means To Remove Contents (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kartusche (1) zum Auspressen einer Masse (2) mittels eines in einem Rohr (3) der Kartusche (1) verschieblichen Kolbens (8). Nach dem Befüllen des Rohrs (3) wird der Kolben (8) eingeschoben, wobei Luft (16) durch eine Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung (10) des Kolbens (8) mit einen Steigkanal (11) entweichen kann. Der Kolben (8) wird soweit eingeschoben, bis die Masse (2) in den Steigkanal (11) gelangt, aber gestoppt, noch bevor die Masse (2) ein hinteres Ende (7) des Steigkanals (11) erreicht, damit dieses dicht durch Verschweißen geschlossen wird. Damit das Stoppen mit ausreichender Toleranz gesteuert werden kann, schlägt die Erfindung vor, dass der Steigkanal (11) eine lochartige Engstelle (12) aufweist, an die sich dahinter ein im Querschnitt gegenüber der Engstelle (12) erweiterter Aufnahmeraum (13) anschließt.

Description

Beschreibung
Kartusche zum Befüllen und befüllte Kartusche
Die Erfindung betrifft eine Kartusche zum Befüllen mit einer Masse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine derartige Kartusche nach dem Befüllen mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
Aus der Druckschrift DE 10 2019 113410 A1 ist eine Kartusche bekannt zum Befüllen mit einer Masse, die hier aus zwei Komponenten besteht, worauf es im Weiteren jedoch nicht ankommt. Die Kartusche weist ein Rohr mit einem Auslass an einem vorderen Ende sowie einen Kolben zum Auspressen der Masse auf. Um nach dem Befüllen der Kartusche mit der Masse den Kolben derart in das Rohr einbringen zu können, dass möglichst wenig Luft bei der Masse verbleibt, ist am Kolben, und zwar speziell an dessen Dichtelement, eine Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung vorgesehen. Diese weist einen dünnen Steigkanal auf, der sich von der Vorderseite des Kolbens nach hinten erstreckt. Beim Setzen des Kolbens kann Luft aus dem Raum zwischen der Masse und dem Kolben durch den Steigkanal entweichen, da der Steigkanal nach hinten offen ist. Bei einer derartigen Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung wird der Kolben soweit zur Masse bewegt, bis die Luft im Wesentlichen vollständig entwichen ist und die Masse idealerweise bereits beginnt, in den Steigkanal zu fließen. Dann wird der Steigkanal verschlossen.
Im Gegensatz zu mehrstückigen Entlüftungs- und Verschlusseinrichtungen mit Ventilkörpern, wie sie beispielsweise aus der Druckschrift EP 0 396 689 A1 bekannt ist, werden einstückige Entlüftungs- und Verschlusseinrichtungen, wie die Druckschrift DE 10 2019 113410 A1 vorschlägt, beispielsweise durch Verschweißen geschlossen.
Es hat sich herausgestellt, dass es notwendig ist, den Setzvorgang des Kolbens zu stoppen, noch bevor die Masse durch das hintere Ende des Steigkanals fließt, damit das hintere Ende zuverlässig dicht verschlossen werden kann. Allerdings ist es nicht einfach, in einem automatisierten Prozess sicherzustellen, dass die Luft möglichst weitgehend entwichen ist und trotzdem noch keine Masse durch das hintere Ende des Steigkanals fließt.
Die Druckschrift DE 102019 118627 A1 schlägt hierzu vor, dass eine lange, komplexe Entlüftungsstrecke mit mehreren Umlenkungen vorgesehen ist, die in einen rohrartigen Steigkanal mündet. Allerdings erfordert dieser Aufbau ein weiteres Bauteil und ist somit aufwändiger.
Aufgabe der Erfindung ist daher, die bekannten Kartuschen für eine automatisierte Befüllung so zu verbessern, dass die Kartusche einfach aufgebaut ist sowie eine möglichst weitgehende Entlüftung und einen zuverlässigen Verschluss ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unbefüllte Kartusche mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Kartusche dient zum Befüllen mit einer Masse, die in der Kartusche aufbewahrt wird, bis sie ausgepresst werden kann. Die Kartusche weist hierzu ein Rohr auf, das an einem vorderen Ende in einen Auslass mündet. Mit „vorne“ ist im Weiteren immer die Richtung zum Auslass und mit „hinten“ die entgegengesetzte Richtung gemeint. Das Rohr kann innen in mehrere Kammern eingeteilt sein, beispielsweise wenn mehrere Komponenten einer aushärtbaren Masse gemeinsam aufbewahrt und ausgepresst werden sollen. Statt mehrerer Kammern, kann die Kartusche auch mehrere Rohre aufweisen. Weiterhin weist die Kartusche zum Auspressen der Masse einen Kolben zur verschieblichen Anordnung im Rohr entlang einer Längserstreckung der Kartusche auf. Vor dem Befüllen des Rohrs mit der Masse ist der Kolben insbesondere noch außerhalb des Rohrs und wird nach dem Befüllen von einem dem vorderen Ende gegenüberliegenden hinteren Ende in das Rohr eingebracht, was nachfolgend als „Setzen“ des Kolbens bezeichnet wird. Der Kolben kann insbesondere ein- oder mehrstückig sein, er kann im Ein- oder Mehrkomponentenspritzguss hergestellt sein, er kann eine Dichtung aufweisen und es können im Falle mehrerer Kammern oder mehrerer Rohre mehrere Kolben vorgesehen sein.
Zur Entlüftung der Kartusche beim Setzen des Kolbens weist der Kolben eine Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung auf, die nach dem Setzen verschlossen wird. Die Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung weist einen Steigkanal auf, der sich von einer Vorderseite des Kolbens nach hinten erstreckt und der an der Vorderseite offen ist. Ein hinteres Ende des Steigkanals ist verschließbar. Die Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung ist einstückig und ist auch einstückig verschließbar, weist also keinen separaten Ventilkörper, Deckel oder dergleich auf. Die Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung kann einstückig mit dem restlichen Kolben, jedoch auch als separates Bauteil des Kolbens augeführt sein. Insbesondere ist der Steigkanal durch Schweißen verschließbar, wobei alternativ beispielsweise auch ein Abknicken oder sonstiges Umformen denkbar wäre. Das Schweißen erfolgt insbesondere als Ultraschallschweißen, was sich als besonders prozesssicher herausgestellt hat.
Insbesondere kann der Kolben mehrere, vorzugsweise 3 bis 6, Steigkanäle aufweisen. Diese können jeweils als eine Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung oder als eine gemeinsame Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung aufgefasst werden.
Die erfindungsgemäße Kartusche zeichnet sich dadurch aus, dass der Steigkanal eine lochartige Engstelle aufweist, an die sich dahinter ein im Querschnitt gegenüber der Engstelle erweiterter Aufnahmeraum anschließt. Die Engstelle ist die Stelle des Steigkanals mit der kleinsten Querschnittsfläche. Sie kann direkt an eine Vorderseite des Kolbens angrenzen oder zurückversetzt sein. Beispielsweise kann sich der Steigkanal ausgehend von einer ebenen Vorderseite des Kolbens konisch zur Engstelle verengen. Mit „lochartig“ ist gemeint, dass die Engstelle keinen ringförmigen Querschnitt, sondern eine vollflächige, beispielsweise kreisförmige oder quadratische, Querschnittsfläche aufweist. Mit dem „Querschnitt“ ist hier stets eine Erstreckung senkrecht zur Längserstreckung der Kartusche gemeint.
Durch den Aufnahmeraum ist das Setzen des Kolbens erleichtert. Zunächst strömt die Luft, die zwischen der Masse und der Vorderseite des Kolbens eingeschlossen ist, durch den Steigkanal. Wenn der Kolben auf die Masse trifft und der Kolben weiter nach vorne gedrückt wird, beginnt die Masse in den Steigkanal zu fließen. Idealerweise befindet sich in diesem Augenblick keine Luft mehr vor dem Kolben. Insbesondere wenn die Masse die Engstelle erreicht, kann die Kraft, die zum weiteren Schieben des Kolbens notwendig ist, deutlich ansteigen, was man zur Steuerung des Setzvorgangs nutzen kann. Allerdings ist dies nicht unbedingt notwendig, sondern der Setzvorgang kann auch rein Weg-gesteuert beendet werden. So kann die Masse nach Passieren der Engstelle in den Aufnahmeraum fließen. Da dieser im Querschnitt gegenüber der Engstelle erweitert ist, erhöht sich die Füllhöhe des Steigkanals relativ langsam, verglichen mit einem Steigkanal mit einem durchgehenden Engstellen-Querschnitt. Mit der „Füllhöhe“ ist eine Erstreckung der Masse in Richtung zum hinteren Ende des Steigkanals gemeint. Durch die langsame Erhöhung der Füllhöhe bleibt relativ viel Zeit, um den Setzvorgang zu stoppen, bevor der Steigkanal vollständig gefüllt ist. Bei einem Weg-gesteuert Setzvorgang ist dieser toleranter gegenüber Volumenschwankungen der Masse, Schwankungen beim Setzweg oder anderen Prozessschwankungen, als dies bei einem Steigkanal mit einem durchgehenden Engstellen-Querschnitt der Fall wäre. Nach dem Setzen wird der Steigkanal wie erwähnt verschlossen.
Anspruch 6 beansprucht eine mit Masse befüllte erfindungsgemäße Kartusche, bei der der Kolben gesetzt und das hintere Ende des Steigkanals einstückig verschlossen ist. Dem beschriebenen Setzvorgang entsprechend befindet sich vorzugsweise im Aufnahmeraum ein Teil der Masse und Gas, also insbesondere Luft.
Vorzugsweise ändert sich der Querschnitt des Steigkanals von der Engstelle zum Aufnahmeraum unstetig, insbesondere sprunghaft. Hierdurch kann ein Strömungsverhalten ähnlich wie bei einem Sprungdiffusor erreicht werden, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich stark reduziert wird. Hierdurch sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass die Masse das hintere Ende des Steigkanals erreicht und dadurch das Verschließen behindert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein maximaler Querschnitt des Aufnahmeraums mindestens 2,5 mal, insbesondere mindestens 4 mal, größer als ein minimaler Querschnitt der Engstelle. Dadurch wird erreicht, dass der Aufnahmeraum relativ groß ist, was sich wie oben beschrieben günstig auf die Toleranz gegenüber möglichen Prozessschwankungen beim Setzen auswirkt. Außerdem ist der Steigkanal relativ kurz und somit muss die Gesamtlänge des Kolbens nicht aufgrund des Steigkanals erhöht werden. Gleichzeitig braucht das hintere Ende des Steigkanals nicht gegenüber dem maximalen Querschnitt verengt werden, was schwer herstellbar wäre, und ist dennoch sicher durch Ultraschallschweißen verschließbar.
Vorzugsweise ist die Längserstreckung des Aufnahmeraums zwischen 2 und 10 mal, insbesondere zwischen 3 und 5 mal, größer als die Längserstreckung der Engstelle. Hierdurch wird einerseits ein ausreichend großer Aufnahmeraum gewährleistet, wobei sich ein zu langer Aufnahmeraum negativ auf die Gesamtlänge des Kolbens auswirkt und die Gefahr besteht, dass zu viel Luft im Aufnahmeraum verbleibt. Andererseits gewährleistet das angegebene Verhältnis aber auch eine ausreichend lange Engstelle. Dies ist zum einen für die Herstellbarkeit und Stabilität der Engstelle wichtig, zum anderen aber auch, da die Engstelle gewährleistet, dass Luft, die sich gegebenenfalls im Aufnahmeraum nach dem Befüllen befindet, nicht in den Bereich vor den Kolben gelangt. Vor dem Kolben könnte die Luft zu einem ungleichmäßigen Mischungsverhältnis und dies wiederum zu einer unzureichenden Aushärtung führen. Die Angaben zur Längserstreckung des Aufnahmeraums beziehen sich dabei auf den Zustand vor dem Verschließen.
Damit der Steigkanal sicher durch Verschweißen, vorzugsweise durch Ultraschallschweißen, verschließbar ist, schlägt die Erfindung vor, dass das Verhältnis eines maximalen Querschnitts des Aufnahmeraums zum Querschnitt einer an dieser Stelle den Aufnahmeraum umschließenden Wand maximal 0,6, insbesondere maximal 0,3, beträgt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, Ausführungen und Ausgestaltungen der Erfindung, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in einer Figur gezeichneten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen oder gezeichneten Kombination, sondern auch in grundsätzlich beliebigen anderen Kombinationen oder aber einzeln verwendbar. Es sind Ausführungen der Erfindung möglich, die nicht alle Merkmale eines abhängigen Anspruchs aufweisen. Auch können einzelne Merkmale eines Anspruchs durch andere offenbarte Merkmale oder Merkmalskombinationen ersetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Kartusche zu Beginn des Setzens des Kolbens;
Figur 2 dieselbe Kartusche nach dem Setzen des Kolbens; und
Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2 vor und nach dem Schließen des Steigkanals. Die in den Figuren vereinfacht dargestellte Kartusche 1 dient dem späteren Auspressen einer Masse 2. Die Kartusche 1 weist dazu ein zylindrisches Rohr 3 auf, das sich an einem vorderen Ende 4 zu einem Auslass 5 verengt, also in den Auslass 5 mündet. Der Auslass 5 ist bis zum Ausbringen der Masse 2 mit einem Schraubdeckel 6 verschlossen. Im Bereich eines dem Auslass 5 abgewandten hinteren Endes 7 des Rohrs 3 ist das Rohr 3 durch einen Kolben 8 verschlossen, der verschieblich entlang der Längserstreckung des Rohrs 3 in diesem geführt, also verschieblich ist. Die Längserstreckung des Rohrs 3 wird im Folgenden auch als „Längsrichtung“ bezeichnet. Beim späteren Ausbringen der Masse 2 wird der Kolben 8 mittels einer nicht dargestellten Auspresspistole nach vorne geschoben und damit die Masse 2 durch den Auslass 5 gepresst. Der Kolben 8 ist stark vereinfacht dargestellt. Er kann insbesondere eine umaufende Dichtung (nicht dargestellt) und eine ebene nach hinten weisende Rückwand (nicht dargestellt) für den Auspressströßel der Auspresspistole aufweisen. Das Rohr 3, der Schraubdeckel 6 und der Kolben 8 sind aus Kunststoff hergestellt.
In Richtung zum Auslass 5 weist eine ebene Vorderseite 9 des Kolbens 8, die sich senkrecht, also quer zur Längserstreckung des Rohrs 3, erstreckt. Axial mittig weist der Kolben eine Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung 10 in Form eines Steigkanals 11 auf. Der Steigkanal 11 beginnt an der Vorderseite des Kolbens 8 mit einer lochartigen, kreisförmigen, sich in Längsrichtung erstreckenden Öffnung, die eine Engstelle 12 des Steigkanals 11 bildet (Figur 3). Die Engstelle 12 weist einen Durchmesser DE von 0,5 mm und eine Längserstreckung LE von 1,5 mm auf. Die Längserstreckung LE entspricht der Dicke der Wandung des Kolbens 8 in diesem Bereich. An die Engstelle 12 schließt sich ein Aufnahmeraum 13 an, der durch ein zylindrisches Rohrstück 14 gebildet ist, das sich auf der der Vorderseite 9 gegenüberliegenden Seite in Längsrichtung einstückig anschließt. Der Aufnahmeraum 13 weist mit der Länge des Rohrstücks 14 eine Längserstreckung LA von 4,5 mm und mit dem Innendurchmesser des Rohrstücks 14 einen Durchmesser DA von 1 mm auf. Das Rohrstück 14 muss weder innen noch außen ideal-zylindrisch sein. Insbesondere zur Entformbarkeit im Kunststoffspritzguss können Entformungsschrägen vorgesehen sein. Die Wand des Rohrstücks 14 bildet gleichzeitig die Wand 15 des Aufnahmeraums 13. Die Wanddicke W des Aufnahmeraums 13 beträgt 1 ,25 mm. Somit liegt das Verhältnis des maximalen Querschnitts des Aufnahmeraums 13 zum minimalen Querschnitt der Engstelle 12 bei 4,0 und das Verhältnis der Längserstreckung LA des Aufnahmeraums 13 zur Längserstreckung LE der Engstelle 12 bei 3,0, während das Verhältnis des maximalen Querschnitts des Aufnahmeraums 13 zum Querschnitt der an dieser Stelle den Aufnahmeraum 13 umschließenden Wand 15 bei 0,09 liegt.
Zur Herstellung der Kartusche 1 wird das Rohr 3 mit aufgeschraubtem Schraubdeckel 6 nach unten vom hinteren Ende 7 des Rohrs 3 aus mit der Masse 2 befüllt. Dann wird der Kolben 8 in das hintere Ende 7 des Rohrs 3 gesteckt und in Richtung der Masse 2 verschoben. Luft 16, die sich zwischen der Masse 2 und der Vorderseite 9 des Kolbens 8 befindet, kann durch den Steigkanal 11 entweichen. Dies ist der Zustand, der in Figur 1 dargestellt ist. Der Kolben 8 wird weiter nach vorne geschoben, bis die Luft 16 - idealerweise restlos - aus dem Bereich vor der Vorderseite 9 des Kolbens 8 entwichen ist und die Masse 2 in den Steigkanal 11 dringt. Die Masse 2 fließt zunächst durch die Engstelle 12 und dann in den Aufnahmeraum 13. Kraft- oder Weg-gesteuert wird das Einschieben des Kolbens 8 gestoppt, wenn der Zustand wie in Figur 2 dargestellt erreicht ist, also noch bevor die Masse 2 ein hinteres Ende 17 des Steigkanals 11 erreicht. Aufgrund der Größe des Aufnahmeraums 13 braucht das Stoppen des Einschiebens weniger genau zu erfolgen, als dies bei einem Steigkanal mit einheitlichem kleinen Durchmesser (nicht dargestellt) entsprechend der Engstelle 12 notwendig wäre. Würde man einen Steigkanal mit einheitlichem größeren Durchmesser verwenden (nicht dargestellt), so bestünde die Gefahr, dass verbleibende Luft 16 im Steigkanal bis zum Ausbringen der Masse 2 zurück in den Bereich vor der Vorderseite 9 des Kolbens 8 gelangt. Dagegen verhindert bei der erfindungsgemäßen Kartusche 1 die Engstelle 12 das Zurückfließen der Luft 16.
Ausgehend vom in Figur 2 dargestellten Zustand wird das hintere Ende 17 des Steigkanals 11 verschlossen, nämlich durch Ultraschallschweißen mit einer Sonotrode (nicht dargestellt), die eine konische Anlagefläche aufweist. Dieser Vorgang wird im Folgenden auch als „Abschweißen“ bezeichnet. Die Konizität bewirkt, dass das aufgeschmolzene Material der Wand 15 des Aufnahmeraums 13 radial nach innen fließt. Der verschlossene Aufnahmeraum 13 ist in Figur 3 vereinfacht mit Strichlinien dargestellt. Tatsächlich wird die Kontur etwas ungleichmäßiger sein. Neben der Masse 2 bleibt etwas Luft 16 im Aufnahmeraum 13. Das Abschweißen kann über die Kraft, die Geschwindigkeit, den Weg, die Zeit oder die eingebrachte Energie gesteuert sein.
Statt eines einzigen Steigkanals 11 könnte der Kolben 8 auch mehrere Steigkanäle aufweisen (nicht dargestellt), die gemeinsam eine Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung bilden. Zum Abschweißen mehrerer Steigkanäle kann eine Sonotrode die Steigkanäle nacheinander anfahren, oder es können mehrere Sonotroden die Steigkanäle gleichzeitig abschweißen, oder eine gemeinsame Sonotrode schweißt mehrere Steigkanäle gemeinsam ab. Beispielsweise können mit einer ringförmigen Sonotrode, die eine Ring-Anlagefläche mit einem V-förmigen Hohlquerschnitt aufweist, mehrere im Kreis angeordnete Steigkanäle gleichzeitig abgeschweißt werden (nicht dargestellt).
FIW2865 29.10.2021
USU/EPM
Bezugszeichenliste
Kartusche zum Befüllen und befüllte Kartusche
1 Kartusche
2 Masse
3 Rohr
4 vorderes Ende des Rohrs 3
5 Auslass
6 Schraubdeckel
7 hinteres Ende des Rohrs 3
8 Kolben
9 Vorderseite des Kolbens 8
10 Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung
11 Steigkanal
12 Engstelle
13 Aufnahmeraum
14 Rohrstück
15 Wand des Aufnahmeraums 13
16 Luft
17 hinteres Ende des Steigkanals 11
DA Durchmesser des Aufnahmeraums 13
DE Durchmesser der Engstelle 12
LA Längserstreckung des Aufnahmeraums 13
LE Längserstreckung der Engstelle 12
W Wanddicke des Aufnahmeraums 13

Claims

Ansprüche Kartusche (1) zum Befüllen mit einer Masse (2), mit einem Rohr (3), das an einem vorderen Ende (4) in einen Auslass (5) mündet, und mit einem Kolben (8) zur verschieblichen Anordnung im Rohr (3) entlang einer Längserstreckung der Kartusche (1) zum Auspressen der Masse (2) durch den Auslass (5), wobei der Kolben (8) eine einstückige Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung (10) aufweist zum Entlüften der Kartusche (1) beim Einbringen des Kolbens (8) in das Rohr (3) und zum anschließenden Verschließen des Rohrs (3), wobei die Entlüftungs- und Verschlusseinrichtung (10) einen Steigkanal (11) aufweist, der sich von einer Vorderseite (9) des Kolbens (8) nach hinten erstreckt und an der Vorderseite (9) offen ist, wobei ein hinteres Ende (17) des Steigkanals (11), insbesondere durch Schweißen und vorzugsweise durch Ultraschallschweißen, einstückig verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigkanal (11) eine lochartige Engstelle (12) aufweist, an die sich dahinter ein im Querschnitt gegenüber der Engstelle (12) erweiterter Aufnahmeraum (13) anschließt. Kartusche (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Steigkanals (11) von der Engstelle (12) zum Aufnahmeraum (13) unstetig, insbesondere sprunghaft, ändert. Kartusche (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Querschnitt des Aufnahmeraums (13) mindestens 2,5 mal, insbesondere mindestens 4 mal, größer als ein minimaler Querschnitt der Engstelle (12) ist. Kartusche (1) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung (LA) des Aufnahmeraums (13) zwischen 2 und 10 mal, insbesondere zwischen 3 und 5 mal, größer als die Längserstreckung (LE) der Engstelle (12) ist. Kartusche (1) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis eines maximalen Querschnitts des Aufnahmeraums (13) zum Querschnitt einer an dieser Stelle den Aufnahmeraum (13) umschließenden Wand (15) maximal 0,6, insbesondere maximal 0,3, beträgt. Kartusche (1) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche nach dem Befüllen mit einer Masse (2), dem Einbringen des Kolbens (8) und dem einstückigen Verschließen des hinteren Endes (17) des Steigkanals (11). Kartusche (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Aufnahmeraum (13) ein Teil der Masse (2) und Gas, insbesondere Luft (16), befindet.
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