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DE10342090B4 - Verschlusskolben für Kartuschen mit Entlüftung und Barriereeigenschaften - Google Patents

Verschlusskolben für Kartuschen mit Entlüftung und Barriereeigenschaften Download PDF

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DE10342090B4 DE10342090A DE10342090A DE10342090B4 DE 10342090 B4 DE10342090 B4 DE 10342090B4 DE 10342090 A DE10342090 A DE 10342090A DE 10342090 A DE10342090 A DE 10342090A DE 10342090 B4 DE10342090 B4 DE 10342090B4
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Abstract

Kartusche zur Aufnahme pastösen Materials mit
einem zylinderförmigen Kartuschenkörper (3),
einem zwei- oder mehrteiligen Kolben mit einem Dichtkolben (1) und einem darin in einen Hohlraum einführbaren Spreizkolben (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
(a) der Dichtkolben (1) etwas geringere Außenmaße als die Kartuscheninnenwand (3) besitzt, so dass zwischen Dichtkolben (1) und Kartuscheninnenwand (3) Entlüftungsöffnungen (bei 6, 7) frei bleiben,
(b) der Spreizkolben (2) zumindest an einigen Stellen größere Ausmaße besitzt, als der für ihn im Dichtkolben vorgesehene Hohlraum aufnehmen kann, so dass eine radiale Verformung des Dichtkolbens nach außen erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft Kartuschen zur Aufnahme pastösen Materials. Die Verwendung von Kartuschen ist heute für sehr viele Produktgruppen üblich. Außer für ein- und mehrkomponentige Kleb- und Dichtstoffe sowie für Druckfarben werden auch dentale Abformmassen in Kunststoff- oder Aluminiumkartuschen angeboten. Viele dieser Produkte werden bei Lagerung in der Kartusche geschädigt oder haben nur geringe Haltbarkeitsdauer durch eingebrachte Luftblasen oder Diffusion durch das Packmittel.
  • Die Luftblasen in der Kartusche entstehen, wenn der Kolben nach der Befüllung in die Kartuschenöffnung eingesetzt wird. Da die Kolben zur Kartuschenwand eine Dichtfunktion besitzen müssen, wird das zwischen Produkt und Kolben befindliche Luftpolster zumindest teilweise mit eingeschlossen. Bei feuchtigkeitsempfindlichen Produkten kann es an den Rändern von Lufteinschlüssen zu Aushärtungen kommen.
  • Bei füllstoffhaltigen Produkten ist es ein bekanntes Problem, dass es an Grenzflächen von Paste zur Luft zur Abscheidung von flüssigen Bestandteilen kommt, was bei der Anwendung dieser Pasten stören kann.
  • Insbesondere bei mehrkomponentigen Produkten für automatische Mischsysteme mit statischen oder dynamischen Mischern führen Luftblasen in den meist Doppelkartuschen zu schwankenden Mischungsverhältnissen, da die Luftblasen unter dem zu Beginn ansteigenden Förderdruck erst komprimiert werden und den Produktaustrag verzögern. Dann zum Schluss bei nachlassendem Förderdruck zum Nachdrücken der einem blasenhaltigen Komponente führt. Besonders bei durch Hebelfunktion von Hand ausgeförderten Pasten ergibt sich dadurch ein ständig schwankendes Mischungsverhältnis, aber auch bei allen anderen hand-, druck- oder motorgetriebenen Hand- oder Standgeräten treten diese Störungen auf.
  • Ein weiteres Problem für einige Produkte ist das Entweichen von Inhaltsstoffen oder das Eindringen von Feuchtigkeit oder sonstigen Luftbestandteilen.
  • Während bei Kartuschenkörpern meist durch Verwendung von z.B. Aluminium oder erhöhter Wandstärken bei Kunstoffen hinreichende Barriereeigenschaften erzielt werden können, bilden häufig die Kunststoffkolben die schwächste Stelle der Kartuschen.
  • Es hat viele Versuche gegeben, Kartuschen mit guten Barriereeigenschaften bei gleichzeitiger Entlüftbarkeit zur Verfügung zu stellen.
  • DE 100 29 799 A1 betrifft einen Kartuschenkolben, bei dem sich die Kolbenschulter durch Förderdruck des Austraggerätes auf einen in den Kolben angespritzten Spreizring dichtend an die Kartuschenwand anpresst. DE 42 29 588 A1 beschreibt einen Kartuschenkolben mit elastischem Kolbenboden und einer Endwulst, deren Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Kartusche. In EP 0 301 327 B1 ( DE 87 10 233 U1 ) wird ein Kartuschenkolben beschrieben, bei dem sich die Kolbenschulter durch einen auf einen in den Kolben angespritzten Spreizring klemmend einschiebbaren Verstärkungsring dichtend an die Kartuschenwand anpresst. DE 34 05 547 ( EP 0 152 373 ) offenbart einen Kolben mit einer zur Kartuschenwand schräg verlaufenden Ringnut, in die ein elastischer Dichtring eingelassen ist. In DE 34 35 576 A1 geht es um einen Nachlaufkolben für einen Spender mit einer verschließbaren Entlüftungsöffnung. DE 36 35 849 A1 schildert einen entlüftbarer Kolben für Spender mit einem angespritzten Verschlussteil. In WO 90/05096 A1 wird ein entlüftbarer Kolben mit selbstsichernden Verschlussstopfen vorgestellt. DE 23 02 364 A1 hat einen entlüftbaren Kolben für Kartuschen mit einem im zentrisch sitzenden Entlüftungskanal enthaltenen angespritzten Verschlussstopfen zum Gegenstand. EP 1 209 098 A1 betrifft eine Kartusche mit Kolben zur Verarbeitung von Schlauchbeuteln in üblichen Austragpistolen. In EP 0 281 755 B1 ( US 4,834,268 ) hat der Kolben eine Ringnut, in die ein elastischer Dichtring eingelassen ist. EP 0 344 491 B1 beschreibt Kartuschen mit einem Kolben, der einen Dichtungsring und zu einer mittels Schraube zu verschließenden Entlüftungsbohrung führende radiale Entlüftungskanäle besitzt. EP 0 463 991 B1 betrifft Kartuschen mit einem Kolben, der einen Dichtungsring und zu einer Entlüftungsbohrung mit Stopfen führende radiale Entlüftungskanäle besitzt. EP 0 497 739 B1 (ähnl. US 5,400,926 A empfiehlt Kartuschen mit einem Kolben, der einen Dichtungsring und zu einer Entlüftungsbohrung mit Stopfen führende radiale Entlüftungskanäle besitzt, wobei vor dem Dichtungsring noch Dichtlippen angeordnet sind, deren umlaufende Nut in die Entlüftungskanäle mündet. In DE 196 43 506 A1 ist der Kolben eines Austraggerätes zur Druckentlastung nach der Förderung zweiteilig aus gestaltet. DE 197 14 331 A1 beschreibt einen Kartuschenkolben, der radial verlaufende Kanäle oder Nuten zwischen zentrischer Entlüftungsbohrung und Kolbenrand besitzt.
  • In EP 0 344 491 B1 , EP 463 991 B1 , EP 497 739 B1 , US 5,400,926 A , DE 197 14 331 und WO 90/05096 A1 sind jeweils Kolben für Kartuschen oder Spender erwähnt, die die Entlüftung jeweils durch einen in der Kolbenmitte enthaltenen Kanal gewährleisten. Dieser Kanal wird dann in einem zusätzlichen zweiten Schritt mit einem separaten Teil in Form von Schrauben oder Stopfen verschlossen. Dadurch werden die Taktzeiten bei der Abfüllung deutlich erhöht.
  • Dieser Nachteil des erhöhten Abfüllaufwandes kann behoben werden, indem wie in DE 23 02 364 A1 und DE 36 35 849 A1 beschrieben, der benötigte Stopfen bereits Teil des Kolbens ist und nur noch nach dem Belüften durch Eindrücken den Entlüftungskanal verschließen muss.
  • Ein anderer Weg wird in DE 100 29 799 A1 beschrieben, indem der dem Produkt zugewandten Dichtrand am Kolbenboden so klein ist, dass die Luft beim Einsetzen des Kolbens entweichen kann. Um die beim Austragen des Produktes unter erhöhtem Druck benötigte Dichtwirkung zu besitzen, enthält der Kolben im Inneren einen Spreizring, der durch den Druck des Austraggerätekolbens eine Dehnung des Kolbenbodens bis an die Kartuschenwand verursacht.
  • Bei EP 0 301 327 B1 wird das Prinzip des Spreizringes benutzt, jedoch die Dehnung nicht erst und nur durch das Austraggerät verursacht, sondern in einem zweiten Verarbeitungsschritt wird dort ein Verstärkungsring klemmend auf den Spreizring eingeschoben, der für eine sofortige und dauerhafte Dehnung des Kolbenbodens sorgt.
  • Ein Kolben mit einem elastischen Boden, dessen hinterer Rand wegen seines größeren Durchmessers auf dem Kartuschenrand aufliegt, wird in DE 42 29 588 A1 erwähnt.
  • Die Lösungen des Standes der Technik lassen hinsichtlich Entlüftbarkeit, Barriereeigenschaften und Einfachheit der Verarbeitung und Befüllung noch zu wünschen übrig.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, Kartuschen bereitzustellen, die bei der Abfüllung ohne Lufteinschlüsse verarbeitet werden können, eine möglichst einfache und schnelle Befüllung gestatten, gute Barriereeigenschaften gegen Feuchtigkeit bieten, und hohe mechanische Festigkeit besitzen um sich nicht unter Förderdruck zu deformieren.
  • Indem eine besondere Ausgestaltung des Kolbens und gegebenenfalls eine besondere Kombination aus verschiedenen Materialien eingesetzt wird, lassen sich alle diese geforderten Eigenschaften einstellen und spezifischen Anforderungen anpassen.
  • Die Erfindung betrifft somit eine Kartusche zur Aufnahme pastösen Materials mit einem zylinderförmigen Kartuschenkörper, mit einem zwei- oder mehrteiligen Kolben, aufweisend einen Dichtkolben und einen darin in einen Hohlraum einführbarem Spreizkolben, wobei
    • (a) der Dichtkolben etwas geringere Außenmaße als die Kartuscheninnenwand besitzt, so dass er im wesentlichen gleitend anliegt, aber noch Entlüftungsöffnungen freilässt, und
    • (b) der Spreizkolben zumindest an einigen Stellen größere Ausmaße besitzt, als der für ihn im Dichtkolben vorgesehene Hohlraum aufnehmen kann.
  • Dadurch werden nach Einführen des Spreizkolbens in den Dichtkolben die Entlüftungsöffnungen durch radiale Verformung des Dichtkolbens nach außen geschlossen. Die Kartusche kann auch als Doppel- oder Mehrfachkartusche ausgebildet sein.
  • Das Hauptmerkmal des Kolbens sind seine zweiteilige Form aus Dicht- und Spreizkolben mit durch den Spreizkolben verschließbaren Entlüftungsöffnungen. Der Dichtkolben ist im wesentlichen elastisch verformbar bzw. sein Material gibt nach. Z. B. ist ein relativ dünnwandiger Dichtkolben aus elastischem oder plastischem Material wie PE-LD, PE -HD, PP oder TPE oder Blends als Kunststoffspritzguss einfach und preiswert herzustellen. Geeignet sind aber auch PTFE oder verschiedene Kautschuksorten, die sich jedoch nicht mittels Spritzguss verarbeiten lassen und daher in der Herstellung teurer sind. Die Materialauswahl kann dabei infolge Unverträglichkeit mit dem Produkt begrenzt sein.
  • Um die hohen Kräfte, die beim Austragen der Produkte auftreten können, zu beherrschen, ist es sinnvoll, einen separaten Spreizkolben aus einem weniger flexiblen und deutlich härteren Material bereitzustellen. Der Spreizkolben ist im wesentlichen starr. Dabei kann dann durch z.B. PP, PE-HD, PA, POM ein Material mit der benötigten mechanischen Festigkeit und Barrierewirkung für die Spritzgusstechnik gewählt werden. Die Verwendung von Metallen, wie Aluminium oder Stahl ist denkbar, aber teurer.
  • Der Spreizkolben übt radial nach außen Kräfte aus, welche den Dichtkolben stärker an die zylindrische Kartuscheninnenwand drücken. Das ist z.B. konstruktiv zu lösen, indem der Spreizkolben in den Dichtkolben einpressbar ist, und an mehreren Stellen größere Ausmaße hat als der entsprechende Hohlraum des Dichtkolbens aufnehmen kann. Das bewirkt nach außen gerichtete Druckkräfte. Bevorzugt ist das Einprellen des Spreizkolbens in den Dichtkolben, so dass eine festsitzende Verbindung ensteht. Dies ist einfach durch Rastmittel zu bewerkstelligen.
  • Beim Einpress- oder Prellvorgang entstehender Luftdruck ist ggf. durch Öffnungen im Spreizkolben abzuführen. Der Luftdruck kann aber auch zur Erhöhung der Druckkräfte auf den Hohlraum des Dichtkolbens genutzt werden. Der Dichtkolben ist vorteilhaft bereits so ausgeführt, dass er im wesentlichen in gleitender Verbindung mit der Zylinderwand steht, aber noch Entlüftungsöffnungen, gewöhnlich in einer Ringform entlang der Zylinderwand, freilässt. Diese Entlüftungsöffnungen werden nach Einpressen des Spreizkolbens geschlossen. Von Vorteil ist es auch, wenn der der Dichtkolben auf der zum Füllgut gewandten Seite konvex oder konisch ausgeführt ist. Dadurch wird die beim Befüllen verdrängte Luft auf die Entlüftungsöffnungen zu geleitet.
    •
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert:
  • 1 zeigt eine Doppelkartusche mit zwei Kolben aus Dicht- und Spreizkolben, vor dem Eindrücken des Spreizkolbens.
  • 2 zeigt die Situation nach Eindrücken des Spreizkolbens.
  • 3 zeigt die einzelnen Teile von Dicht- und Spreizkolben vor dem Eindrücken.
  • 4 zeigt die Situation nach dem Eindrücken des Spreizkolbens.
  • 5 ist eine Draufsicht zur Darstellung der Ringe 11 und Streben 16.
  • Der Dichtkolben 1 ist von hinten her hohl, besitzt mehrere umlaufende Ringe 6, 7, 8 zum Dichten und Abstreifen des Produktes 4 und ist an allen Stellen im Durchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Kartuschenrohres 3.
  • Der Spreizkolben 2 ist vorteilhaft so geformt, dass er in den Dichtkolben 1 eingeprellt werden kann, auf einer möglichst umlaufenden Wulst 10 auf dem oberen Dichtkolbenrand 8 aufliegt, um nur ein wenig in den Dichtkolben einzudringen, aber bis zum Einsetzen in die Kartusche durch eine vordere Wulst 18 darin gehalten zu werden.
  • Im Boden 5 des Spreizkolbens 2 ist ein kleines Belüftungsloch 12 angebracht, um das Ineinanderfügen der beiden Kolben 1 und 2 zu ermöglichen. Um den Druck des Gesamtkolbens 15, Kombination von 1 mit 2 und 14 möglichst gleichmäßig aufzunehmen, kann der Spreizkolben 2 Ringe 11 und/oder radial verlaufende Streben 16 im Hohlraum besitzen die vom Boden 9 bis zum Rand 17 reichen können.
  • Am oberen Rand 17 besitzt er eine Wulst 13 die über den Innenrand 19 des Dichtkolbens 1 übersteht, aber nicht bis zur Kartuschenwand 3 reicht.
  • Dicht- und Spreizkolben 1 + 2 werden bereits vorkonfektioniert bei der Abfüllung eingesetzt, wobei der zeitliche und maschinelle Aufwand, dem eines einteiligen Kolbens gleichzusetzen ist.
  • Der Dichtkolben 1 besitzt einen Boden 5 der in produktberührende Richtung gewölbt oder angespitzt ist, um den Kontakt zum Produkt zuerst in der Mitte des Kartuschenrohres 3 herzustellen. Da der Kolbenbodenrand 6 und alle dahinter folgenden Dichtringe 7/8 einen geringfügig kleineren Durchmesser besitzen als das Kartuschenrohr 3 innen, wird die noch vorhandene Luft 20 beim weiteren Einschieben durch das Produkt 4 verdrängt. Erst wenn das Produkt 4 den dünnen Spalt zwischen Kartuschenwand 3 und Kolbenbodenrand 6 ausfüllt erhöht sich sprunghaft die Kraft, um den Kolben weiterzuschieben.
  • Dadurch wird der Spreizkolben 2 bis zum Anschlag in den Dichtkolben 1 eingedrückt, wobei sich die Dichtringe 6/7 des Dichtkolbens 1 bis an die Kartuschenwand 3 weiten und sein Boden 5 sich durch Dehnung an den Boden 9 des Spreizkolbens 2 anlegt. Durch das Rastmittel 21 bleibt diese Position erhalten.
  • Für besonders empfindliche Produkte kann bei der Vorkonfektionierung der Kolbenkombination (1 + 2) eine Barrierefolie 14 aus z.B. Aluminium oder EVOH in den Dichtkolben 1 eingelegt werden. Dadurch lässt sich die Barriereeigenschaft noch weiter verbessern. Die Folie ist auf der Innenseite des Dichtkolbens vorgesehen und verbleibt nach Einführung und Einrasten des Spreizkolbens zwischen Spreiz- und Dichtkolben.

Claims (6)

  1. Kartusche zur Aufnahme pastösen Materials mit einem zylinderförmigen Kartuschenkörper (3), einem zwei- oder mehrteiligen Kolben mit einem Dichtkolben (1) und einem darin in einen Hohlraum einführbaren Spreizkolben (2), dadurch gekennzeichnet, dass (a) der Dichtkolben (1) etwas geringere Außenmaße als die Kartuscheninnenwand (3) besitzt, so dass zwischen Dichtkolben (1) und Kartuscheninnenwand (3) Entlüftungsöffnungen (bei 6, 7) frei bleiben, (b) der Spreizkolben (2) zumindest an einigen Stellen größere Ausmaße besitzt, als der für ihn im Dichtkolben vorgesehene Hohlraum aufnehmen kann, so dass eine radiale Verformung des Dichtkolbens nach außen erfolgt.
  2. Kartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss zwischen Kartuscheninnenwand (3) und Dichtkolben (1) über Ringe (6, 7, 8) erfolgt.
  3. Kartusche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkolben (1) die Ringe (6, 7, 8) trägt.
  4. Kartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkolben (1) auf der zum Füllgut (4) gewandten Seite (5) konvex oder konisch ausgeführt ist.
  5. Kartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizkolben (2) an der Außenseite mit einem Rastmittel (21) versehen ist, das an der Innenseite des Dichtkolbens seine Entsprechung hat.
  6. Kartusche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des Dichtkolbens (1) eine zusätzliche Dichtungsfolie (14) vorgesehen ist, die nach Einführung und Einrasten des Spreizkolbens zwischen Spreiz und Dichtkolben verbleibt.
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