Austragkartusche mit Förderkolben

Abstract

 Bei Austragkartuschen (1) mit stösselbetätigtem Förderkolben (10) soll das Nachfliessen von Kartuscheninhalt (2) durch die Mündung (4) verhindert werden, wie es nach jedem Vorschub­schritt des Förderkolbens auftritt, vor allem bei Doppelkar­tuschen für Zweikomponenten-Massen, bei denen ein angeschlos­sener Strömungsmischer einen hohen Ausströmwiderstand und entsprechend hohen Kartuschen-Innendruck während des Austrags verursacht; ein damit einhergehendes "atmen" des dünnwandigen Kartuschenzylinders (3) wurde als Hauptursache des unkontrol­lierten Nachfliessens erkannt. Erfindungsgemäss ist der För­derkolben (10) mit Dichtungsring (11) unter Einwirkung der Stösselkraft elastisch verformbar gestaltet, um bei entla­stetem Stössel (19) den Förderkolben entgegen der Vorschub­richtung zurückweichen zu lassen. Dank der damit verbundenen axialen Volumenerweiterung kann der Innendruck sich jeweils unmittelbar nach der Kolbenentlastung abbauen, bevor der Kar­tuscheninhalt durch die Mündung nachfliesst. Ausserdem kann durch die vorübergehende Quetschung jeweils beim Vorschub der Dichtungsring (11) verstärkt gegen die Zylinderwand (3) gepresst werden, um die Dichtwirkung zu erhöhen; in der ent­lasteten Ruhelage ist die Anpressung und damit die Kolben­reibung weit geringer, es ist dann auch nur der praktisch drucklose Kartuscheninhalt abzudichten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Austragkartusche mit mindestens einem Vorratszylinder und einem darin geführten Förderkolben, welcher einen aus Kolbenboden und Kolbenwand gebildeten Kol­benkörper sowie entlang der Zylinderwand gleitende Dichtorga­ne aufweist und zum schrittweisen Vorschub durch einen Aus­tragstössel bestimmt ist, wobei Teile des Kolbenkörpers durch Stösseleinwirkung elastisch verformbar sind.

[0002] Austragkartuschen dieser Art dienen in bekannter Weise zur Auf­nahme und Verarbeitung von pastösen, mittel- bis dünnflüssi­gen Massen, die bei Einwirkung auf den Förderkolben durch die Kartuschenmündung ausgetrieben werden. Eine Schwierigkeit beim Arbeiten mit solchen Kartuschen besteht darin, dass der Inhalt zum Nachfliessen neigt, nachdem die Einwirkung des Austrag­stössels auf den Förderkolben aufgehört hat. Diese Erscheinung ist unerwünscht und lästig, weil sie ein sauberes Arbeiten und das genau dosierte Austragen von kleinen Teilmengen verunmög­licht. Als Hauptursache des Nachfliessens wurde erkannt, dass der Vorratszylinder der Kartusche - meist als dünnwandiges Wegwerfteil aus Kunststoff ausgeführt - beim Austragen "atmet", d.h. unter dem Druck des Kartuscheninhaltes beim Kolbenvor­schub von innen elastisch gedehnt wird und nach dem Wegfall des Austragdruckes wieder die Ausgangsgestalt annimmt, wäh­rend der Förderkolben jedoch infolge der erheblichen Dich­tungsreibung gegenüber der Zylinderwand stehen bleibt. Be­sonders ausgeprägt und störend sind diese Erscheinungen bei sogenannten Doppelkartuschen für Zweikomponenten-Massen wie Kleber, Dichtmassen usw., mit an die Kartuschenmündung ange­schlossenem Strömungsmischer, weil infolge des Mischers der Ausströmwiderstand für die Massen und dementsprechend der zum Austragen erforderliche Kartuschen-Innendruck besonders hoch sind und daher einen relativ hohen Anpressdruck der Kolben­dichtung an die Zylinderwand wie auch entsprechend hohe Stös­selkräfte auf die Förderkolben erfordern.

[0003] Aus der FR-PS 1 263 356 ist eine Austragkartusche der eingangs genannten Art bekannt, wobei am einstückigen Förderkolben der Kolbenboden zum Austragstössel hin gewölbt ist und die Dich­tung durch die zylindrische Kolbenwand gebildet wird. Jeweils während des Stösselvorschubs wird der Kolbenboden flachge­drückt, wodurch eine erhöhte Dichtwirkung infolge radialer Ausweitung der Kolbenwand erreicht werden soll; ausserdem wölbt sich der Kolbenboden nach Beendigung des Stösselhubes wieder aus, so dass ein Nachfliessen des Kartuscheninhalts vermieden werden soll. Hierbei ist allerdings die allein durch Verformung des Kolbenbodens erzielbare Volumenänderung sehr begrenzt und besonders bei noch voller Kartusche kaum ausrei­chend, um das "Atmen" der Kartusche zu kompensieren bzw. ein Nachfliessen ganz zu verhindern. Ferner ist nachteilig, dass eine radiale Formänderung der Kolbenwand durch die erwähnte Einwirkung des Kolbenbodens nicht so beherrschbar ist, dass - ­bei den bestehenden Fertigungstoleranzen - die Dichtheit des Kolbens sowohl während des Vorschubs als auch im Ruhezustand gewährleistet ist. Soll letzteres erreicht werden, so ist da­mit jedenfalls zwangsläufig eine hohe Kolbenreibung verbunden.

[0004] Bei einer weiteren bekannten Austragkartusche der genannten Art (FR-PS 2 097 755) ist am einstückigen Förderkolben der Kolbenboden zum Kartuscheninhalt hin gewölbt; am Aussenrand des Kolbenbodens ist eine Dichtlippe angeformt, und die Kol­benwand liegt im Abstand von der Dichtlippe reibschlüssig an der Kartuschenwand an. Mit dieser Gestaltung des Kolbens wird bezweckt, Lufteinschlüsse beim Verschliessen der gefüllten Kartusche zu vermeiden. Beim Austragen des Kartuscheninhalts wird jeweils während des Stösselvorschubes der Kolbenboden zwischen dem Stösselteller und dem Inhalt elastisch verformt, d.h. teilweise flachgedrückt, um die Dichtlippe beim Vorschub radial gegen die Kartuschenwand zu drücken und nachher bei entlastetem, zurückgeformtem Kolbenboden wieder abzuheben; die Dichtung im Ruhezustand ist dann allein durch den reibschlüssi­gen Kolbenwand-Abschnitt gegeben. Eine Verhinderung des Nach­fliessens des Kartuscheninhaltes ist bei dieser Ausführung we­der beabsichtigt noch möglich, im Gegenteil wird sogar das Nachfliessen verstärkt, indem der Kolbenboden sich gegen den Kartuscheninhalt hin zurückwölbt und dabei das verfügbare Kar­tuschenvolumen verkleinert.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch ge­eignete Gestaltung der Austragkartusche, insbesondere des För­derkolbens, ein unkontrolliertes Nachfliessen des Kartuschen­inhalts nach jedem Teilaustrag wirksam zu unterbinden und da­bei die Kolbenreibung möglichst niedrig zu halten, ohne Kom­promisse bezüglich Dichtheit in belastetem und unbelastetem Zustand einzugehen.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in eine an den starren Kolbenboden anschliessende Ringnut ein Dichtungsring eingelegt und der Ringnut-Querschnitt unter Quet­schung des Dichtungsringes verformbar ist, um bei entlastetem Stössel den Förderkolben entgegen der Vorschubrichtung zurück­weichen zu lassen. Damit wird erreicht, dass jeweils unmittel­bar nach der Kolbenentlastung der Kartuschen-Innendruck dank ausreichender axialer Volumenerweiterung durch den zurückwei­chenden Kolben sich vollständig abbaut, bevor der Kartuschen-­Inhalt durch die Mündung nachfliessen kann. Mit der erfindungs­gemässen Lösung wird also nicht das "Atmen" der Kartusche als solches verhindert - etwa durch erhöhte Wandstärke oder ander­weitige, kostspielige Versteifung des Kartuschenzylinders -­sondern es werden auf einfache Weise dessen unerwünschten Aus­wirkungen beseitigt. Das ungehinderte Zurückweichen des gan­zen Förderkolbens wird erleichtert durch die an sich geringe Reibung des elastischen Dichtungsringes im entlasteten Zu­stand und bei gewährleisteter Dichtwirkung. Ueberdies ist eine genaue Bemessung der Querschnitt-Verformung (Quetschung) des Dichtungsringes zwischen belastetem (Vorschub) und entla­stetem Zustand durch vorbestimmte, örtliche Verformung der Ringnut möglich.

[0007] Die Betätigung des Austragstössels bzw. der Stössel kann grund­sätzlich von Hand erfolgen, üblich sind jedoch besondere Aus­traggeräte mit z.B. mechanisch oder pneumatisch vorgetriebenem Austragstössel bzw. -Stösseln. An einem solchen Gerät wurde be­reits vorgeschlagen (EP-A 0 252 401 des gleichen Inhabers), den oder die Austragstössel nach jedem Vorschubschritt schnell und selbsttätig um ein gewisses Mass zurückzuführen und vom Förderkolben der Kartusche abzuheben, um eine sofortige Druck­entlastung der Kartusche zu erreichen.

[0008] Besondere Ausführungsformen der Erfindung, die sich in der Ge­staltung des Förderkolbens unterscheiden, sind in den Ansprü­chen 2 bis 6 gekennzeichnet. Die Erfindung lässt sich selbst­verständlich gleichermassen an Einfach- wie an Doppelkartu­schen oder gar Mehrfachkartuschen anwenden.

[0009] Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach­stehend in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 der Zeichnung näher beschrieben. Es ist jeweils die Austragkartusche mit Förderkolben im Längsschnitt sowie der zugehörige Austrag­stössel dargestellt; der Einfachheit halber ist jedoch in den Figuren 2 und 3 die Zylinderwand 3 der Kartusche nur mit strichpunktierten Linien angedeutet. Bei allen Figuren zeigt jeweils die obere Hälfte den entlasteten Zustand bei still­stehendem Stössel, während die untere Hälfte die Situation während einem Vorschubschritt bei elastischer Verformung des Förderkolbens und des Dichtungsringes zeigt; aus der Gegen­überstellung auf gleicher Höhe ist die jeweilige Verformung gut zu erkennen.

[0010] Die Austragkartusche 1 gemäss Fig. 1 weist einen Vorratszy­linder 3 mit Mündung 4 und einen im Zylinder 3 geführten För­derkolben 10 auf. Ein Stössel 19 eines Austraggerätes dient dazu, den Förderkolben 10 schrittweise gegen die Kartuschen­mündung 4 vorzuschieben, um den Kartuscheninhalt 2 durch die Mündung 4 auszupressen. Der durch den starren Kolbenboden 12 und die Kolbenwand 14 gebildete Kolbenkörper des Förderkol­bens 10 ist mit entlang der Zylinderwand 3 gleitenden Dicht­organen versehen, und zwar in Form eines elastischen Dichtungs­ringes 11 (sogenannter O-ring), welcher in eine an den Kolben­boden 12 anschliessende Ringnut 18 eingelegt ist.

[0011] Von den beiden seitlichen Flanken der Nut 18 ist die eine am Kolbenboden 12 und die andere an der Kolbenwand 14 ausgebil­det. Der Nutgrund ist durch einen radialen Spalt 13 getrennt. Dieser ist stösselseitig durch eine elastische Membran 15 begrenzt, welche die Kolbenwand 14 mit dem Kolbenboden 12 in seinem mittleren Bereich verbindet. Durch axiale Verschiebung der Kolbenwand 14 gegen den Kolbenboden 12 ist somit der Kol­benkörper elastisch verformbar, wobei die an der Kolbenwand angeformte Nutflanke axial verschoben wird und der Querschnitt der Ringnut 18 sich unter Quetschung des Dichtungsringes ver­engt.

[0012] Die dem Stössel 19 zugewandte Stirnseite 16 der Kolbenwand 14 bildet einen ersten Auflagebereich für den Stössel. Ein zwei­ter Auflagebereich wird durch die Stirnseite 17 eines am Kol­benboden 12 angeformten Stützzylinders 12a gebildet, welche Stirnseite im unverformten Zustand des Kolbenkörpers etwas gegenüber dem ersten Bereich 16 zurücksteht (obere Hälfte der Fig. 1).

[0013] Bei beginnendem Vorschub des Stössels 19 in Pfeilrichtung (untere Hälfte der Fig. 1) schiebt dieser zunächst - bei be­stehendem Gegendruck des Kartuscheninhalts 2 auf den Kolben­boden 12 - über die Auflage 16 die Kolbenwand 14 gegen den Kolbenboden, wobei die Membran 15 verformt, die Nut 18 ver­engt und der Ring 11 gequetscht werden. Diese Verformung des Kolbens kommt zum Stillstand, sobald die zweite Auflage 17 zusätzlich am Stössel zum Tragen kommt und anschliessend der verformte Kolben als Ganzes verschoben wird. Somit gewährlei­ sten die beiden getrennten Auflagebereiche 16 und 17 einer­seits eine begrenzte und genau definierte Verformung des Kol­benkörpers und damit des Ringes 11, anderseits wird beim Vor­schub die Stösselkraft über die zweite Auflage 17 unmittelbar auf den starren Kolbenboden 12 eingeleitet, d.h. der Boden 12 ist über die Fläche 17 am Stössel 19 abgestützt.

[0014] Die Verengung der Ringnut 18 während des Kolbenvorschubes be­wirkt eine entsprechende Querschnittverformung des elastischen Dichtungsringes 11, welcher mit erhöhter Kraft radial gegen die Zylinderwand 3 gepresst wird. Es kommt dadurch beim Vor­schub eine verstärkte Dichtwirkung zustande, wie sie in anbe­tracht des dann stark erhöhten Drucks des Kartuscheninhaltes wie auch der druckbedingten leichten Aufweitung der Kartusche erforderlich ist. Vor allem wesentlich ist jedoch, dass die elastische Verformung des Kolbenkörpers und des Dichtungsrin­ges wieder verschwindet, d.h. der Kolben wieder die Ausgangs­gestalt annimmt (obere Hälfte in Fig. 1), sobald am Ende eines Vorschubschrittes der Stössel 19 entlastet ist bzw. - durch ein entsprechend ausgebildetes Austraggerät - etwas vom Förder­kolben 10 abgehoben wird. Bei der nun wieder geringeren Anpres­sung des Dichtungsringes 11 und entsprechend stark verminder­ter Kolbenreibung gegenüber dem Zylinder 3 weicht der gesamte Kolben 10 unter dem Innendruck des Kartuscheninhaltes sogleich zurück, bevor der Inhalt durch die Mündung 4 nachfliessen kann; damit einhergehend baut sich auch eine vorher bei der Druck­steigerung eingetretene "Aufblähung" des Zylinders wieder ab.

[0015] Die erforderliche Anpressung des Dichtungsringes 18 (wie auch der Dichtorgane bei den nachstehend beschriebenen Ausführungs­beispielen) an den Kartuschenzylinder im entlasteten, unver­formten Zustand des Förderkolbens ist vergleichsweise gering, weil nur der praktisch drucklose Kartuscheninhalt während der Lagerung und den Pausen zwischen den Vorschubschritten abge­dichtet werden muss; dieser Umstand ermöglicht bei entlastetem Stössel ein erfindungsgemäss angestrebtes, ausreichendes Zu­rückweichen des Kolbens zum Stössel hin. Weil sodann der Kol­benboden 12 starr und ferner die jeweilige Verformung des Kol­ benkörpers genau definiert ist, besteht ein genauer Zusammen­hang zwischen dem Stösselhub und dem durch die Kartuschenmün­dung 4 ausgetragenen Volumen; dies ist besonders wichtig bei Zweikomponenten-Systemen, welche aus Doppelkartuschen ausgetra­gen werden, indem es dort auf das genaue volumentrische Ver­hältnis der beiden je Stösselhub aus den beiden Kartuschen­zylindern ausgetragenen Teilmengen ankommt.

[0016] Der radiale Spalt 13 muss nicht unbedingt wie in Fig. 1 zu den beiden Seitenflanken der Ringnut 18 symmetrisch liegen. Viel­mehr kann er auch (von Fig. 1 leicht abweichend) zur einen Sei­tenflanke hin verschoben sein, so dass diese z.B. eben in die eine Seitenwand des Spaltes 13 übergeht.

[0017] Bei den nachfolgenden Beispielen wird das Zurückweichen des Förderkolbens jeweils anschliessend an einen Vorschubschritt durch andere Gestaltung des Kolbens bzw. andere elastische Verformung des Ringnut-Querschnittes erreicht: Der mit Kolben­boden 22 und Kolbenwand 24 versehene Förderkolben 20 nach Fig 2 weist ebenfalls eine Ringnut 28 auf, in die ein Dichtungs­ring 21 eingelegt ist Der Grund 23 der Nut 28, welcher die Kolbenwand 24 einstückig mit dem starren Kolbenboden 22 ver­bindet, ist dünnwandig und entsprechend verformbar gestaltet; ihm gegenüber liegt auf der Innenseite ein konischer Abschnitt 26 des Austragstössels 2g. Der Nutgrund 23 bildet einen ersten Auflagebereich bei beginnendem Stösselvorschub und wird unter Verengung des Nutquerschnittes und entsprechender Quetschung des Ringes 21 vom Stösselabschnitt 26 verformt. Die Verformung ist beendet, sobald die Stössel-Stirnfläche auf eine am Kol­benboden 22 vorhandene Stützfläche 27 trifft. Ueber diese zu­sätzliche Auflage erfolgt dann der Vorwärtshub des verformten Förderkolbens (untere Hälfte in Fig. 2) bei verstärkter An­pressung des Dichtungsringes 21. Am Ende des Vorschubes, bei entlastetem bzw. geringfügig zurückgeführtem Stössel 29 ver­schwindet sogleich die Verformung des Nutgrundes und des Dichtungsringes, wodurch der Kolben 20 zurückweicht und ein Nachfliessen des Kartuschen-Inhaltes unterbleibt.

[0018] Beim Förderkolben 30 nach Fig. 3 sind Kolbenboden 32, Kolben­ wand 34, Ringnut 38 und Dichtungsring 31 ähnlich gestaltet wie beim Beispiel nach Fig. 2. Jedoch erfolgt hier wieder wie bei Fig. 1 eine Verengung des Nutquerschnittes und Quetschung des Ringes 31 durch axiale Verschiebung der einen, an der Kolben­wand 34 angeformten Nutflanke, indem die Stirnseite 35 der Kolbenwand einer Bundfläche 36 am Stössel 39 gegenübersteht und einen ersten Auflagebereich für diesen bildet. Eine Stütz­fläche 37 am Kolbenboden liegt nur bei verformtem Kolben wäh­rend des Vorschubes am Stössel an und bildet einen zusätzli chen, die Kolbenverformung begrenzenden Auflagebereich. Ein konischer (oder dem Nutgrund 33 entsprechend geformter) Stös­selabschnitt 36a kann beim Vorschub den Nutgrund radial ab­stützen. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist nach den vorausgegangenen Erläuterungen leicht zu erkennen.

[0019] Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen mag überraschen, dass die Nutquerschnitte unüblich gestaltet sind und der Dichtungsring Verformungen unterworfen wird, wie sie im Ma­schinen- und Apparatebau allgemein für eine verschleissarme Dauerfunktion nicht als zulässig erachtet werden. Hier wer­den jedoch ungewöhnliche, zusätzliche Gestaltungsmöglichkei­ten gezielt ausgenützt, die durch den Umstand gegeben sind, dass es sich bei solchen Austragkartuschen um Wegwerfprodukte handelt, deren Bestandteile nur wenige Funktionsspiele aus­halten müssen. Gleichwohl lassen sich mit den erfindungsge­mässen Massnahmen die angestrebte Wirkung und eine hohe Funk­tionssicherheit während der kurzen Gebrauchsdauer erreichen. Indem mit der vom Stössel verursachten, elastischen Verfor­mung des Nutquerschnittes auch eine radiale Ausdehnung des Dichtungsringes einhergeht, folgt die Kolbendichtung unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Anpressung jeweils der sich aufweitenden, "atmenden" Kartuschenwand, so dass auch während des Vorschubs die sichere Abdichtung erhalten bleibt.

Ansprüche

1. Austragkartusche mit mindestens einem Vorratszylinder und
      einem darin geführten Förderkolben, welcher einen aus Kol­benboden und Kolbenwand gebildeten Kolbenkörper sowie entlang der Zylinderwand gleitende Dichtungsorgane aufweist und zum schrittweisen Vorschub durch einen Austragstössel bestimmt ist, wobei Teile des Kolbenkörpers durch Stösseleinwirkung ela­stisch verformbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in eine an den starren Kolbenboden (12, 22, 32) anschliessende Ring­nut (18, 28, 38) ein Dichtungsring (11, 21, 31) eingelegt und der Ringnut-Querschnitt unter Quetschung des Dichtungsringes verformbar ist, um bei entlastetem Stössel (19, 29, 39) den Förderkolben (10, 20, 30) entgegen der Vorschubrichtung zu­rückweichen zu lassen.

2. Austragkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
      dass die Kolbenwand (14, 34) mit einer an ihr angeformten Flanke der Ringnut (18, 38) axial zum Kolbenboden (12, 32) verschiebbar ist.

3. Austragkartusche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
      dass die Kolbenwand (14) mit dem Kolbenboden (12) über eine Membran (15) verbunden ist, die durch einen radialen Spalt (13) vom Kolbenboden (12) getrennt ist.

4. Austragkartusche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
      dass der Grund (33) der Ringnut (38) flexibel ist und die Kolbenwand (34) mit dem Kolbenboden (32) verbindet.

5. Austragkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
      dass der Grund (23) der Ringnut (28) radial verformbar ist.

6. Austragkartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (22, 32) oder ein von ihm ausgehender Stützzylinder (12a) eine die Verfor­mung begrenzende Auflagefläche (17, 27, 37) für den Stössel (19, 29, 39) bildet.

Zeichnung