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DE10040732C2 - Geschlitzter Kolben - Google Patents

Geschlitzter Kolben

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DE10040732C2
DE10040732C2 DE10040732A DE10040732A DE10040732C2 DE 10040732 C2 DE10040732 C2 DE 10040732C2 DE 10040732 A DE10040732 A DE 10040732A DE 10040732 A DE10040732 A DE 10040732A DE 10040732 C2 DE10040732 C2 DE 10040732C2
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container
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3M Espe AG
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Description

Die Erfindung betrifft einen geschlitzten Kolben, ein diesen enthaltendes Behältnis und dessen Verwendung zum Verschließen von Dentalmaterial enthaltenden Behältnissen und zum Ausbringen des Dentalmaterials aus diesen Behältnissen.
Aus US-5,129,825 ist eine Kapsel zur Lagerung von Dentalmaterial bekannt, in der ein Kolben verschiebbar angeordnet ist. Zur Stabilisierung der Kapsel beim Ausbringen von hochviskosem Dentalmaterial ist diese mit Außen­ rippen verstärkt. Der Innenraum der Kapsel wird auf einer Seite durch den Kolben abgedichtet.
Kolben zum Abdichten und Ausbringen von Dentalmaterial aus Kapseln werden auch in der US-5,083,921 beschrieben. Es wird ausgeführt, dass der Kolben ein weitgehend restloses Ausbringen des Dentalmaterials sicher­ stellen soll, wobei das Eindringen von Luft vermieden werden soll.
US-5,322,440 beschreibt ein Behältnis zum Lagern und Ausbringen von Dentalmaterial, mit einem in dem Behältnis verschiebbar angeordneten Kolben. An den Kolben ist eine elastische Dichtlippe angeformt, die gleichsam einem Wischerblatt sicherstellen soll, dass beim Vorwärts­ bewegen des Kolbens sämtliches Dentalmaterial ausgebracht wird.
Die GB 1 475 430 offenbart einen Kolbenkopf zum Dichten und Ausdrücken von Kunststoffmassen aus einer Extrusionskartusche. Die Stirnfläche des Kolbens ist kegelförmig ausgebildet.
All diesen Druckschriften ist gemeinsam, Mittel bereitzustellen, die es ermöglichen, die in den Behältnissen verpackten Massen weitgehend restlos auszubringen.
Im Gegensatz dazu betrifft die DE 39 15 268 C1 einen Verschlussstopfen mit Dichtlippen für die Öffnung eines an einem bewegbaren Gehäuses gelager­ ten Flüssigkeitsbehälters. Die Dichtlippen weisen wechselseitig um 180° auf dem Umfang versetzt nutenförmige Einschnitte auf. Der Verschlussstopfen verhindert einerseits, dass Flüssigkeit aus dem Behältnis austreten kann, ermöglicht aber andererseits das ungehinderte Einströmen von Luft in das Behälterinnere.
Aufgrund seiner Ausgestaltung als Verschlussstopfen mit einem deckelartigen oberen Abschlussteil eignet sich dieser Stopfen nicht zum Ausbringen von der in dem Behältnis gelagerten Flüssigkeit.
Schließlich wurde in der US-5,624,260 gefunden, dass wasserhaltige, pastöse Dentalmaterialien in Behältnissen gelagert werden sollen, deren Material eine hinreichend hohe Sauerstoffdurchlässigkeit und eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit aufweisen. Es wird hervorgehoben, dass insbesondere der Dichtungsring, der an dem Kolben angebracht werden kann, diese Vorgaben zu erfüllen hat.
Die in der Schrift genannten Parameter stellen sicher, dass das gelagerte Dentalmaterial weder austrocknet, noch vorzeitig polymerisiert, da bei Inkontaktbringen von radikalisch härtbaren Dentalmaterialien mit Luftsauer­ stoff eine beginnende Polymerisation an der Oberfläche des Materials durch den Luftsauerstoff inhibiert wird.
Die genannten Parameter für die Sauerstoff- und die Wasserdampf­ durchlässigkeit engen allerdings die zur Verfügung stehenden Materialien zur Herstellung von Kolben zur Lagerung und zum Ausbringen von Dentalmaterial aus patronenförmigen Behältnissen ein.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben bereitzustellen, der einerseits das Ausbringen insbesondere von Dental­ material aus Behältnissen ermöglicht und andererseits sicherstellt, dass sich die Eigenschaften des gelagerten Materials während des Lagervorgangs nicht verändern.
Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung eines Kolbens und eines diesen Kolben enthaltenden Behältnisses und dessen Verwendung zur Lagerung und zum Ausbringen insbesondere von Dentalmaterial gelöst, wie es in den Ansprüchen beschrieben ist.
Die Erfindung weist dabei folgende Vorteile auf:
Das Vorhandensein der Dichtlippen am Kolben führt durch die reduzierte Berührungsfläche zwischen Kolben und Innenwand des Behältnisses zu einer Minimierung der beim Ausbringvorgang aufzuwendenden Kraft.
Die in die Dichtlippen eingebrachten nutenförmigen Einschnitte ermöglichen einerseits durch den verbesserten Gasaustausch mit der umgebenden Atmosphäre eine Stabilisierung der Paste und erleichtern andererseits durch Entlüftung das Einbringen des Kolbens nach Befüllen des Behältnisses.
Überraschenderweise dringt trotz der nutenförmigen Einschnitte in die Dichtlippen beim Ausbringvorgang keine Masse über die Stirnfläche des Kolbens aus, obwohl der Kolben in diesem Bereich über keine zusätzlichen Dichtungsmittel verfügt.
Die Anformung von mindestens zwei Dichtlippen an den Kolben verhindert zudem ein Verkanten des Kolbens beim Ausbringvorgang.
Die flache Stirnfläche stellt eine gleichmäßige Kraftübertragung eines an einer Ausbringvorrichtung angebrachten Stempels beim Ausbringvorgang auf den Kolben sicher.
Die Begriffe umfassen und enthalten leiten eine nichtabschließende Auf­ zählung von Merkmalen ein.
Unter Kolben im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede Form zu verstehen, die in ein Behältnis verschiebbar eingebracht werden kann und geeignet ist, durch Verschieben, Material, das sich in dem Behältnis befindet, über eine Öffnung aus dem Behältnis auszubringen.
Der Begriff Kolben impliziert in diesem Zusammenhang einen hinreichend dichten Randschluss zwischen äußerer Oberfläche des Kolbens und der Innenwand des Behältnisses, zumindest in dem Bereich, in dem der Kolben verschiebbar ist.
Dieser Randschluss wird im vorliegenden Fall überwiegend durch das Vorhandensein von Dichtlippen erreicht, die beispielsweise an den Kolben­ körper angeformt sind.
Der Kolben kann grundsätzlich jede beliebige Form aufweisen, ist aber vorzugsweise zylinderförmig oder fassförmig ausgebildet. Möglich ist auch eine Form mit einem zylinderförmigen Grundkörper, an den ein Kegelstumpf angeformt ist.
Unter den Begriff fassförmig fallen alle geometrischen Formen, deren Front- und Endbereich einen kleineren Kreisquerschnitt aufweisen als der Mittel­ bereich, wobei die Querschnittsänderung kontinuierlich oder stufenförmig er­ folgen kann. Umfasst sind somit auch Formen, die durch Anfügen zweier Kegelstümpfe an einen Zylinder erhalten werden. Die zwei angeformten Kegelstümpfe müssen dabei nicht notwendigerweise gleiche Abmessungen aufweisen.
Der Neigungswinkel der gegebenenfalls angeformten Kegelstümpfe liegt üblicherweise im Bereich von 70 bis 88°, vorzugsweise im Bereich von 80 bis etwa 85°. Die Höhe dieser Kegelstümpfe liegt üblicherweise im Bereich von 0,3 bis 2,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm.
Hinreichend dichter Randschluss bedeutet dabei, dass sichergestellt ist, dass das im Behältnis gelagerte Material bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens während des Ausbringvorgangs nicht entgegen der Vorwärtsbewegung über die Stirnfläche des Kolbens austritt.
Unter flacher Stirnfläche des Kolbens ist die Fläche zu verstehen, auf die üblicherweise mit Hilfe eines Stempels Druck ausgeübt wird, der den Kolben im Behältnis vorwärts bewegt. Diese Fläche entspricht üblicherweise im wesentlichen der Innenquerschnittsfläche des Behältnisses an der Stelle, in die der Kolben in das Behältnis eingeführt wird. Die Stirnfläche ist im wesentlichen rechtwinklig zur Innenwand des Behältnisses orientiert.
Der Begriff Behältnis umfasst jede geometrische Form mit einem Innen­ volumen, wobei das Innenvolumen überwiegend eine Form aufweist, in die ein Kolben verschiebbar eingebracht werden kann. Vorzugsweise ist das Innenvolumen zylinderförmig ausgebildet.
Die Behältnisse verfügen über eine vordere und eine hintere Öffnung, wobei das Verhältnis von Durchmesser der vorderen Öffnung zur hinteren Öffnung vorzugsweise im Bereich von 1 : 10 bis 1 : 2 liegt, besonders bevorzugt im Bereich von 1 : 8 bis 1 : 5. Die vordere Öffnung weist üblicherweise eine rüsselartige Form mit einem vorzugsweise konstanten Innendurchmesser auf.
Die vordere Öffnung des Behältnisses ist gegebenenfalls mit einer Kappe oder einem Verdrängungsstopfen versehen, der eine Codierung vorzugs­ weise eine Farbe aufweist. Als günstig hat es sich erwiesen, diesen Bereich in der Farbe einzufärben, die die auszubringende Masse aufweist.
Im Dentalbereich werden derartige Behältnisse üblicherweise als Compules bezeichnet und weisen ein Volumen im Bereich von 0,1 bis 2 cm3, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 1,5 cm3 auf.
Unter Dichtlippen sind Anformungen an den oder Ausbuchtungen am Kolben zu verstehen, die einen hinreichend dichten Randschluss zwischen Kolben und Innenwand des Behältnisses sicherstellen sollen.
Bevorzugt ist eine Querschnittsform der Dichtlippen, die eine minimale Kontaktfläche zwischen Dichtlippe und Innenfläche des Behältnisses sicher­ stellt. Als günstig haben sich hierbei erfindungsgemäß keilförmige Querschnittsformen erwiesen, die in eine schmale Plateaufläche münden, wobei das keilförmige Zulaufen auf die Plateaufläche von einer Seite her erfolgt.
Die keilförmigen Bereiche weisen üblicherweise eine Steigung im Bereich von 20 bis 50°, vorzugsweise im Bereich von etwa 30 bis 40° auf.
Die der Frontfläche nächstliegende Dichtlippe steigt erfindungsgemäß im Querschnitt zunächst senkrecht an, erstreckt sich über eine Plateaufläche und fällt dann keilförmig ab.
Folgende Möglichkeiten zur Anformung der Dichtlippen sind möglich:
Die Dichtlippen können nach Fertigung des zentralen Kolbenkörpers beispielsweise durch Aufkleben oder Aufschrumpfen angeformt werden.
Vorzugsweise werden die Dichtlippen bei der Fertigung des Kolbens, insbe­ sondere durch Spritzgießen, durch Ausnehmungen in der Spritzgießform an den zentralen Kolbenkörper angeformt.
Möglich ist aber auch die nachträgliche Bearbeitung des Kolbens durch spanabhebende Verfahren, wie Fräsen oder Hobeln, wobei durch Material­ abtragung die Dichtlippen herausgearbeitet werden.
Die Dichtlippen sind vorzugsweise aus einem flexiblen Material gefertigt, das die Anpassung an Unebenheiten der Innenfläche des Behältnisses erleich­ tert.
Üblicherweise ist dabei der Außendurchmesser des Kolbens gemessen im Bereich der Dichtlippen etwas größer als der Innendurchmesser des Behält­ nisses, um ein gleichmäßig enges Anliegen der Berührungsflächen zu gewährleisten.
Der Begriff nutenförmige Einschnitte umfasst alle Unterbrechungen in der Dichtlippe, die einen dichten Randschluss zwischen Dichtlippe und Innen­ wand des Behältnisses in diesem Bereich verhindern. Hierbei kann es sich um Einkerbungen, Einbuchtungen oder Ausnehmungen handeln.
Unter pastösen Massen sind beispielsweise Materialien zu verstehen, deren Viskosität so beschaffen ist, dass zum Ausbringen der Masse aus einem mit dieser Masse zur Hälfte gefüllten Edelstahlröhrchen (Länge 20 mm, Durch­ messer 2 mm) auf einen massiven Kolben eine gemittelte Kraft im Bereich von 20 bis 300 N, vorzugsweise 50 bis 150 N ausgeübt werden muss.
Solche Massen sind hinreichend standfest, so dass sie unter ihrer eigenen Schwerkraft auf einer Oberfläche nicht zerfließen. Erst durch Einwirkung von äußerem Druck lassen sich diese Massen plastisch verformen und durch eine Öffnung pressen.
Beispiele für solche Massen im Dentalbereich sind insbesondere dentale Füllungsmaterialien, wie Composite, Compomere und pastöse Glasionomer­ zemente.
Vorzugsweise werden in den erfindungsgemäßen Behältnissen Massen gelagert, die weitgehend wasserfrei sind und/oder unter Normalbedingungen nur schwerflüchtige Bestandteile enthalten.
Der Begriff pastöse Massen umfasst alle härtbaren Materialien auf Acrylat- und/oder Epoxidbasis.
Das Verhältnis von Länge des Kolbens zum über die Kolbenlänge gemittelten Durchmesser liegt üblicherweise im Bereich von 1 : 1 bis 2 : 1, vorzugsweise im Bereich von 1,5 : 1 bis 1,7 : 1. Der Kolben weist üblicherweise eine Gesamtlänge im Bereich von 3 bis 15 mm, vorzugsweise 5 bis 10 mm auf.
Der Abstand der mindestens zwei Dichtlippen voneinander liegt üblicher­ weise im Bereich von 1 bis 7 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 5 mm.
Gegebenenfalls kann der Kolben auch drei, vier oder fünf Dichtlippen aufweisen. Die Dichtlippen sind vorzugsweise gleichmäßig über die Länge des Kolbens verteilt angeordnet.
Als günstig hat es sich erwiesen, wenn der Kolbenkörper fassförmig ausgebildet ist. Dies erleichtert das Einbringen des Kolbens in das Behältnis.
Die aufzubringenden Ausbringkraft, d. h. die Kraft, die aufgewandt werden muss, um die pastöse Masse aus dem Behältnis auszubringen, ist insbesondere von folgenden Faktoren abhängig:
Viskosität der auszubringenden Masse, Volumenmenge der auszu­ bringenden Masse, Querschnitt der vorderen Öffnung des Behältnisses, Innendurchmesser des Behältnisses im Bereich des verschiebbaren Kolbens und Krümmungsradius bzw. Geometrie beim Übergang vom zylinderförmigen Innenbereich des Behältnisses zur vorderen Auslassöffnung.
Mit der Anzahl der in den Dichtlippen vorhandenen nutenförmigen Einschnitten verbessert sich der Gasaustausch des Behältnis-Innenraums mit der äußeren Atmosphäre. Dichtlippen mit jeweils zwei, drei oder vier nutenförmigen Einschnitten haben sich als besonders günstig erwiesen, wenn einerseits ein hinreichender Gasaustausch sichergestellt werden soll, andererseits der Kolben das Behältnis zur hinteren Öffnung hin noch ausreichend abdichten soll. Gegebenenfalls können aber auch mehr als vier nutenförmige Einschnitte in der Dichtlippe vorhanden sein.
Die Gefahr des Austretens von auszubringender Masse über die Stirnfläche des Kolbens während des Ausbringvorgangs kann zusätzlich vermindert werden, wenn die nutenförmigen Einschnitte der einen Dichtlippe um 180° versetzt zu den nutenförmigen Einschnitten der anderen Dichtlippe angeordnet sind.
Eine Anpassung der Gestalt der Frontfläche des Kolbens an die Stirnfläche des Innenraums des Behältnisses ermöglicht ein weitgehend vollständiges Ausbringen der Masse. Konus-, stufen- oder eiförmige Frontflächen haben sich hierbei als günstig erwiesen.
Falls eine weitgehend optimale Kraftübertragung vom Stempel, der auf die Stirnfläche des Kolbens drückt, auf die im Behältnis enthaltende Masse ge­ währleistet werden soll, ist es günstig, wenn die Frontfläche des Kolbens weitgehend flach ausgebildet ist und die Querschnittsfläche im wesentlichen dem Innendurchmesser des Behältnisses an seiner Eintrittsöffnung entspricht.
Der Kolben und das Behältnis sind vorzugsweise aus spritzgießfähigen Materialien, wie PE, PP, POM, PA, PET, PBT, PTFE bzw. fluorhaltige Polyolefine oder Mischungen dieser Polymere gefertigt.
Das Material ist vorzugsweise der im Behältnis zu lagernden Masse bzw. der darin enthaltenden Monomere angepasst. Unpolare Polyolefine werden verwendet, wenn die Diffusion von polaren Monomeren aus der zu lagernden Masse in das Behältnis oder den Kolben bzw. durch das Behältnis hindurch behindern werden soll. Polare Polyolefine finden vorzugsweise Verwendung zur Lagerung von Massen, die unpolare flüchtige Bestandteile enthalten.
Vorteilhaft kann es auch sein, den Kolben mit die Gleiteigenschaften verbessernden Substanzen, wie fluorierten Polyolefinen, zu beschichten oder den Kolben und/oder das Behältnis aus diesen Materialien zu fertigen.
Die Stirnfläche des Kolbens kann auch farblich markiert werden, um die Identifizierung der sich im Behältnis befindlichen Masse zu erleichtern.
Das erfindungsgemäße Behältnis wird nach Befüllen mit der zu lagernden und auszubringenden pastösen Masse zum Gebrauch vorzugsweise in eine pistolenartige Ausbringvorrichtung eingelegt (beispielsweise Fig. 1 von US- 5,083,921). Während des Ausbringens wird dabei über einen Stempel der Ausbringvorrichtung Kraft auf die Kolbenstirnfläche übertragen, was zu einer Vorwärtsbewegung des Kolbens im Behältnisinnenraum und einer Verdrängung der pastösen Masse durch die vordere Öffnung des Behältnisses führt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kolbens.
Fig. 2 zeigt den Kolben in Seitenansicht.
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Behältnis, enthaltend den Kolben.
Gemäß Fig. 1 umfasst der Kolben einen zentralen Kolbenkörper (1), eine flache Stirnfläche (2), auf die der Stempel einer Ausbringvorrichtung auf­ setzen kann, zwei Dichtlippen (3) mit jeweils zwei nutenförmigen Einschnitten (4). Die nutenförmigen Einschnitte der einen Dichtlippe sind versetzt zu den nutenförmigen Einschnitten der zweiten Dichtlippe angeordnet.
Fig. 2 zeigt den Kolben im Querschnitt, wobei die keilförmige Form (3a) der Dichtlippen (3), die in eine Plateaufläche (3b) mündet, zu erkennen ist. Angedeutet ist auch die fassförmige Ausbildung des Kolbenkörpers, der im vorliegenden Fall aus einem vorderen und hinteren Kegelstumpf und einem mittleren Zylinder gebildet ist.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Behältnis, wie es im Dentalbereich zur Lagerung und zum Ausbringen von Füllungsmaterialien üblich ist. Der Kolben berührt im vorliegenden Fall nur über die beiden Dichtlippen (3) die Innenwand (6) des Behältnisses. Da der Kolben im Bereich der Stirnfläche über keine zusätzlichen Dichtungselemente verfügt, ist ein ausreichender Gasaustausch zwischen Innenraum des Behältnisses und umgebender Atmosphäre sichergestellt.
Bezugszeichenliste
1
Kolbenkörper
2
Stirnfläche
3
Dichtlippe
3
a keilförmiger Bereich
3
b plateauförmiger Bereich
4
nutenförmiger Einschnitt
5
Frontfläche
6
Innenwand des Behältnisses
7
vordere Öffnung des Behältnisses
8
Stirnfläche des Innenraums

Claims (8)

1. Behältnis mit einem in diesem verschiebbar gelagerten Kolben, umfassend einen Kolbenkörper mit einer flachen Stirnfläche, wobei der Kolbenkörper mindestens zwei umlaufende Dichtlippen umfasst, die jeweils an mindestens einer Stelle einen nutenförmigen Einschnitt aufweisen, die sobald der Kolben in das Behältnis eingebracht ist, einen Gasaustausch des Behältnisinneren mit der äußeren Atmosphäre ermöglichen und wobei die der Stirnfläche nächstliegende Dichtlippe im Querschnitt zunächst senkrecht zur Kolbenachse radial nach außen ansteigt, sich über eine Plateaufläche parallel zur Kolbenachse erstreckt und dann keilförmig radial nach innen abfällt, und die Querschnittsfläche der Stirnfläche im wesentlichen dem Innendurchmesser des Behältnisses entspricht, enthaltend ein pastöses Dentalmaterial, das hinreichend standfest ist, so dass es unter seiner eigenen Schwerkraft auf einer Oberfläche nicht zerfließt.
2. Behältnis nach Anspruch 1, wobei der Kolbenkörper fassförmig ausgebildet ist.
3. Behältnis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dichtlippen jeweils zwei nutenförmige Einschnitte aufweisen.
4. Behältnis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der oder die nutenförmigen Einschnitte der einen Dichtlippe versetzt zu dem oder den nutenförmigen Einschnitten der anderen Dichtlippe angeordnet sind.
5. Behältnis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Dentalmaterial gewählt ist aus pastösen Glasionomerzementen, Compositen, Compomeren.
6. Behältnis nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem überwiegend zylinderförmigen Innenraum.
7. Verwendung eines Kolbens wie er in einem der vorstehenden Ansprüche beschrieben ist zum Verschließen von pastöse Dentalmassen enthaltenden Behältnissen und Ausbringen der Massen aus diesen Behältnissen.
8. Verwendung nach Anspruch 7, wobei durch den Gasaustausch mit der umgebenden Atmosphäre eine Stabilisierung der pastösen Massen erleichtert wird.
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