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Behälterverschluß aus elastisch eingestelltem Kunststoff Die Erfindung
betrifft einen Verschluß aus elastisch eingestelltem Kunststoff für Behälter mit
veränderlichem Innendruck.
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Es ist eine außerordentlich große Zahl von Verschlüssen für Flaschen,
Beutel, Tuben und andere Behälter bekannt, so z. B. ein Verschluß für ein Gefäß,
insbesondere eine Flasche mit einem federnden Hals, wobei der Rand des Halses mit
stetiger Krümmung eingestülpt ist, so daß der Durchmesser der Gefäßöffnung kleiner
als der Halsdurchmesser ist.
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Dieses Gefäß ist mittels einer Kappe verschließbar, die ebenfalls
aus elastischem Werkstoff hergestellt ist.
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Die Kappe hat einen in die Öffnung des Gefäßes einzusetzenden Schaft,
der sich der Krümmung des eingestülpten Randes anpaßt. Das einwärts gelegene Ende
des im übrigen hohlen Schaftes hat zum mindesten in eingesetztem Zustand einen etwas
größeren Durchmesser als die innere Randkante der Gefäßmündung. Bei dieser Verschluß
art sind die besonderen Anforderungen an die Form und das Material der Verschlußkappe
zu stellen. Sie kann nicht einfach mit einem zylindrischen Schaft versehen sein.
Vielmehr muß der Schaft hohl und elastisch verformbar sein sowie eine dem eingestülpten
Hals angepaßte ringsum laufende Hohlkehle haben.
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Ferner ist ein Verschluß für Wärmflaschen oder ähnliche Flüssigkeitsbehälter
aus Gummi oder ähnlichem elastischem Material bekannt. Dabei wird ein Stopfen von
einer sich verhältnismäßig weit in den Flaschenhals erstreckenden Ringlippe umfaßt,
an der er durch besondere Bundabsätze und Ringnuten formschlüssig gegen ein Herausgedrücktwerden
unter dem Einfluß des Innendruckes gesichert ist. Die Außenwand des Halses und die
Ringlippe liegen koaxial zueinander und haben verschiedene Wandstärken, wobei die
Wandung des Halses stärker als die Ringlippe und auch stärker als die eigentliche
Wandung des Flaschenkörpers ist. Der Übergang zwischen dem Flaschenhals und der
den Stopfen haltenden Ringlippe ist dabei gleichzeitig zur Gestaltung eines Einfülltrichters
herangezogen. Dieser aufgesetzte Trichter, der die übliche Form eines Kegelstumpfes
hat, liegt mit seiner kleineren Basis im Bereich eines Ringbundes am Übergang vom
Stopfenhandgriff zum Stopfenschaft. Der Stopfen muß dabei formschlüssig mit der
besonders ausgebildeten und aus Gummi bestehenden Ringlippe des Verschlusses verbunden
werden und dazu eine entsprechend komplizierte Gestalt erhalten. Hinzu kommt noch
der verhältnismäßig hohe Preis des Gummis, was sich vor allem wegen der erforderlich
hohen Wandstärken ungünstig auswirkt.
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Es sind noch zahlreiche andere Vers chluß arten bekannt, insbesondere
solche, bei denen entweder ein elastisch verformbarer Stopfen verwendet wird oder
die Form von Stopfen und Verschlußmündung so gewählt ist, daß sie mehr oder weniger
unverrückbar durch ihre Formgestaltung ineinandergreift.
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Alles dies ist bei dem Verschluß gemäß der Erfindung nicht notwendig.
Ferner kann der Behälter unter Verwendung eines einfachen zylindrischen Stopfens
verhältnismäßig hohe Innendrücke aufnehmen, ohne daß sich der Stopfen löst oder
der Verschluß undicht wird.
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Der Verschluß betrifft einen solchen aus elastisch eingestelltem,
verhältnismäßig dünnwandigem Kunststoff, z. B. Polyäthylen, für Behälter mit veränderlichem
Innendruck und besteht aus einem unelastischen und glatten Stopfen, der von einer
ihm angepaßten Ringlippe der Verschlußmündung umfaßt ist. Erfindungsgemäß ist der
Umfang der Ringlippe bei fehlendem Stopfen kleiner als der Umfang des Stopfens,
und die Kopfseite des Behälterverschlusses erstreckt sich in wenigstens zwei einander
gegenüberliegenden Bereichen kegelstumpfformartig und stets steigend von der Ringlippe
aus zum Behältermantel hin. Der verwendete Kunststoff hat einen verhältnismäßig
hohen
Elastizitätsmodul, wie er bei Polyäthylen leicht erreicht
werden kann. Der Stopfen wird infolge des Unterschiedes der Umfänge von Stopfen
und Behältermündung fest umspannt. Durch die vorgegebene Kegelstumpfform der Kopfseite
Iäßt sich der Stopfen leicht einsetzen, und die Ringlippe schmiegt sich auf einer
für die Abdichtung ausreichenden Fläche an den Stopfen an. Stopfen und Verschlußmündung
werden in der Regel kreiszylindrisch bzw. kreisförmig sein, so daß nicht nur die
Umfänge, sondern auch die Durchmesser unterschiedlich sind. Versuche haben gezeigt,
daß durch die Werkstoffwahl und -form der Kopfseite des Verschlusses ein Ausstülpen
der Kopfseite bei Verwendung eines unelastischen und glatten Stopfens auch durch
sehr großen Innendruck nicht erfolgt. Selbst bei Verwendung eines Stopfens aus elastischem
Werkstoff läßt sich zwar ein Ausstülpen erreichen, der Verschluß bleibt jedoch dicht.
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Das Zusammenwirken von Ringlippe, kegelstumpfförmiger Kopfseite und
unelastischem Stopfen hat bei steigendem Innendruck eine zunehmende Vergrößerung
der Anlagefläche der Ringlippe am Stopfen zur Folge, wodurch eine außerordentlich
hohe Dichtheit zustande kommt.
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Mit dem Ausdruck »Plastikbehälter« wird in dieser Beschreibung jeder
Behälter bezeichnet, bei dem wenigstens das Gebiet des Verschlusses in der Umgebung
des Stopfens aus sogenanntem Plastikwerkstoff besteht. Der übrige Teil des Behälters
kann aus anderem Werkstoff hergestellt sein.
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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die schaubildliche Ansicht
eines Behälters im ersten Schritt der Herstellung, Fig. 2 eine Form, die der Behälter
ndch Fig. 1 während eines weiteren Schrittes seiner Herstellung hat und die er unter
der Wirkung des Innendruckes ohne Vorhandensein eines unelastischen Stopfens einzunehmen
bestrebt sein würde, Fig. 3 den Behälter nach den Fig. 1 und 2 im fertigen Zustand,
Fig. 4 einen Schnitt in der Ebene IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt in der
Ebene V-V der Fig. 3, Fig. 6 eine schaubildliche Ansicht des Stopfenverschlusses
für den in Fig. 3 gezeigten Behälter, Fig. 7 einen Schnitt in der Ebene VII-VII
der Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt in der EbeneVIII-VIII der Fig. 6, Fig. 9 einen
der Fig. 6 ähnlichen Schnitt in größerem Maßstab, bei eingesetztem Stopfenverschluß,
Fig. 10 den gleichen Behälter wie in Fig. 9, wobei der Behälter einem Innendruck
unterworfen ist, Fig. 11 ein Schaubild einer weiteren abgewandelten Ausführungsform
eines Behälters, Fig. 12 einen Schnitt in der Schnittebene XVII-XVII der Fig. 11,
Fig. 13 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform des Behälters mit
einem Verschluß nach der Erfindung, Fig. 14 einen Schnitt durch eine Abwandlungsform
des in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Behälters, Fig. 15 und 16 den Verschluß an
einem Behälter aus Karton, Pappe od. dgl., Fig. 17 einen Schnitt durch einen Behälter
in einer abgewandelten Ausführungsform, Fig. 18 den Verschluß an einem Glasbehälter
und
Fig. 19 den Verschluß an einem Metallbehälter.
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Fig. 1 zeigt einen Behälter mit einer flachen Kegelstumpfform. Er
weist eine breite Basis 3, zwei Seitenkanten 1 a und 1 b und eine Kopflinie 2 auf.
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Der Behälter kann in üblicher Weise aus einem flachen Schlauch aus
elastisch eingestelltem Kunststoff, etwa aus Polyäthylen, dadurch gewonnen werden,
daß die Kanten 1 a und 1 b zusammengeschweißt werden.
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In der Mitte der Schmalseite 2 des zunächst flachen Behälters wird
Material so weggeschnitten, daß in seiner vorderen und hinteren Fläche halbkreisförmige
Ausschnitte gemäß Fig. 1 entstehen.
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Danach wird die Oberkante 2 des Behälters in Richtung der Pfeile
eingedrückt, so daß eine im wesentlichen sattelförmige Kopffläche 2 a gemäß Fig.
2 entsteht. Die Ausschnitte in der Mitte der Fläche 2a bilden dann eine kreisförmige
Öffnung4.
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Der Behälter behält die in den Fig. 3, 4 und 5 abgebildete Form.
An der Öffnung 4 wird durch Warmverformung eine hülsenförmige Ringlippe 7 geschaffen,
deren Bohrung mit d angegeben ist und die in den Behälter 1 hineinragt. Die Lippe
7 dient als Mundstück für das Füllen und Entleeren des Behälters, etwa mit einer
Flüssigkeit oder einem Pulver. Darüber hinaus bildet sie den Sitz für den Stopfen.
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Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, liegt die Oberkante der Lippe 7 im
wesentlichen unterhalb der benachbarten Halsteile des Behälters. Sie liegt insbesondere
um einen Abstand unterhalb der Horizontalebene, die durch die beim Schweißen des
ursprünglichen Schlauches entstandenen Spitzen der Seitenla und 1 b geht, die daher
wie Verstärkungsrippen wirken.
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Der Werkstoff des Behälters 1 ist an der Ringlippe 7 nur so weit
dauerhaft verformt, daß die Elastizität des Werkstoffes nicht beeinträchtigt ist.
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Das Maß der Verformung hängt von dem Verhältnis des Durchmessers
der ursprünglichen Öffnung4 zu ihrem endgültigen Durchmesser ab. Dieses Verhältnis
ist seinerseits wieder von den Eigenschaften und der Stärke des Werkstoffes abhängig.
Bei Verwendung von Polyäthylenharzen kann es für jede Art dieserHarze aus denvomHarzlieferanten
mitgegebenen Tabellen bestimmt werden. Einwandfreie Ergebnisse werden beispielsweise
bei Herstellung eines Behälters mit einem Polyäthylengrad7 und mit einer Stärke
von 0,2 mm durch Aufweiten der 4,5 mm weiten Öffnung 4 mittels eines Dornes mit
einem Durchmesser von 6 mm erzielt.
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Die Lippe 7 kann mit einer wulstigen und damit verstärkten Kante
versehen sein.
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Im eingestülpten Gebiet kann das Polyäthylen teilweise von seiner
kristallinen Struktur in die amorphe überführt sein, so daß die das Behältermundstück
bildende Lippe 7 stabilisiert ist.
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Es kann auch vorteilhaft sein, den Werkstoff im Bereich der Lippe
7 auszubacken, wodurch die Orientierung der kristallinen Bereiche, die infolge eines
Kaltziehens entstanden ist, festgehalten und die Zugfestigkeit verbessert wird.
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Der Verschlußstopfen wird in die Lippe 7 eingesetzt. Er weist einen
zylindrischen Schaft 8 auf, dessen Durchmesser größer als die Bohrung d (in den
Fig. 4 und 5) der Ringlippe 7 ist.
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Das Verhältnis des Durchmessers des Schaftes 8 zu dem Durchmesser
d der Bohrung der Lippe 7 hängt von den Eigenschaften des Werkstoffes und der Stärke
der Lippe 7 ab.
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Wenn die Bohrung der Lippe 7 6 mm beträgt, können günstige Ergebnisse
durch die Verwendung eines Stopfens mit einem 8 mm starken Schaft 8 erzielt werden.
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Der zylindrische Teil des Schaftes 8 ist an seinem unteren Ende 8
a halbkugelförmig. Eine Kopfscheibe 9 dient zum Erfassen des Stopfens und ist am
Oberteil des Schaftes 8 fest angebracht.
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Die Unterfläche der Scheibe 9, die auf dem sattelförmigen Teil 2
a des Behälters 1 aufliegen soll, ist üblicherweise so geformt, daß sie sich anpaßt,
wie bei 10 in den Fig. 7, 8 und 9 angegeben ist.
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Wenn der vorstehend beschriebene, mit Flüssigkeit oder Pulver gefüllte
Behälter keinen Innendruck aufweist, wird der Inhalt darin durch die Lippe 7 gehalten,
die den Stopfen auf ihrer ganzen Höhe nachgiebig umgibt. Die Berührungsflächen sind
geglättet und gewährleisten einen dichten Verschluß.
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Der Verschluß ist dauerhaft dicht, wenn das Aufweiten der Behälteröffnung
sorgfältig und innerhalb des Elastizitätsbereiches ausgeführt worden ist.
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Wenn der beschriebene Behälter einem Innendruck unterworfen ist,
ergibt sich die Dichte des Verschlusses aus den beiden folgenden zusammenwirkenden
Einflußgrößen: I. Der Druck auf der Außenfläche der Lippe 7 ist bestrebt, die Lippe
in enger Berührung mit dem Zylinderteil 8 zu halten.
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II. Der Druck auf den Teil 2 a ist bestrebt, diesen Teil in seine
in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausgangsstellung zurückzudrücken. Um diese Stellung wieder
einzunehmen, muß die Lippe 7 verformt werden, um von der zylindrischen Form in eine
abgeflachte, im wesentlichen elliptische Form zu gelangen. Dieser Verformung wird
jedoch dadurch entgegengewirkt, daß ein praktisch unverformbarer Stopfen 8 eingesetzt
ist. Daraus also ergibt sich eine weitere grundsätzliche Ursache für das Dichtsein.
Mit zunehmendem Innendruck im Behälter wird die Abdichtung also verbessert.
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Das Verhalten des Behälters unter der Wirkung des Innendruckes ist
an Hand der Fig. 10 erläutert.
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Die Pfeiles, geben die Kraft an, die die Lippe gegen den Stopfenkörper
zu drücken versucht, während die Pfeile es die Kraft bezeichnen, die die Rückkehr
des Teiles 2 a in seine ursprüngliche gehobene Lage zu bewirken sucht.
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In der weiteren Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 hat der Behälter
im wesentlichen die Form eines Quaders. Die Oberkante der Füllöffnung ist mit 16
und die in den Behälter hineinragende Lippe mit 17 bezeichnet.
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Die durch die Kante 16 gehende Ebene liegt ebenso wie in der vorbeschriebenen
Ausführung um die Strecke H unterhalb der Höhe der Ebene, die durch die vier Ecken
derjenigen Quaderseite geht, welche die Bohrung des Behälters enthält. Die Dichtheit
wird in der vorstehend beschriebenen Weise erreicht.
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Fig. 13 zeigt den Oberteil eines Behälters mit dem Verschluß nach
der Erfindung in größerem Maßstab.
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Dieser Behälter kann beispielsweise dadurch gewonnen werden, daß ein
aus Plastik wie etwa Polyäthylen gedrücktes Rohr in eine Form geblasen wird. Die
Stärke der Behälterwand und somit auch des Mundstückes ist beträchtlich kleiner
als bei ähnlichen bisher vorgeschlagenen Behältern, und zwar weil ein dickwandiger,
starrer Hals für die Dichtheit nicht
wesentlich ist und ein flexibler Hals diesem
Zweck mehr entgegenkommt.
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Der Behälterkörper ist mit 22, der Hals mit 23 und die einen Stopfen
25 aufnehmende und als zylindrische Hülse ausgebildete Lippe mit 24 bezeichnet.
Der Stopfen 25 ist in der Zeichnung schaubildlich als Zylinder dargestellt. Er wird
am besten ebenfalls aus Kunststoff, wie etwa aus Polyäthylen, hergestellt.
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Die Oberkante der Lippe 24 liegt um den Abstand H unterhalb des Oberrandes
des Behälterhalses 23 und taucht über einen Kegelstumpfteil 26 in diesen Hals 23
ein.
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Die Größenverhältnisse der verschiedenen Teile sind der Klarheit
wegen in der Zeichnung etwas geändert worden. Aus der Zeichnung geht hervor, daß
der Druck im Behälter die Lippe 24 gegen den Stopfen 25 drückt, der schon zu Anfang
in diese Ringlippe gedrückt worden ist. Der Druck auf den Kegelstumpfteil 26 ist
bestrebt, diesen Teil nach außen zu kippen.
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Um den Teil26 in seine bei 26 a durch eine gestrichelte Linie angegebene
waagerechte Lage zu bewegen, müßte jedoch der Innendurchmesser der Lippe 24 von
der Strecke d auf einen Wert dt vermindert werden. Dieser Verkleinerung des Durchmessers
wirkt der Stopfen 23 in der Lippe 24 entgegen.
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Versuche haben gezeigt, daß ein Stopfen aus einem Stoff, der unter
der Wirkung von einschnürenden Kräften bleibend verformt werden kann, an der Lippe
24 eingeschnürt wird, wodurch die vorstehend erläuterte Theorie bestätigt wird.
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In zahlreichen Versuchen zur möglichst weitgehenden Verbesserung
der Dichtheit ist festgestellt worden, daß der InnendurchmesserD des Behälterhalses
wenigstens 1,5mal so groß wie der Innendurchmesser der Lippe 24 sein und die Neigung
des Kegelstumpfteiles 26 gegenüber der Horizontalen vorzugsweise zwischen 30 und
600 liegen sollte.
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Eine einwandfreie Abdichtung ohne übermäßige Beanspruchung des Plastikstoffes
während des Einführens des Stopfens läßt sich bei einer Neigung von cm = 450 erreichen.
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Fig. 14 zeigt einen Behälter der unter Bezugnahme auf die Fig. 1
bis 5 beschriebenen Art, der mit einem Stopfen versehen ist, dessen zylindrischer
Schaft 8 einen Ringwulst 8b mit gekrümmter Querschnittsform trägt, der mit der Unterkante
der Lippe 7 zusammenwirkt, um den Stopfen besser zu halten.
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Die Fig. 15 und 16 zeigen bei 43 einen Behälter aus undurchlässig
gemachtem Karton oder aus ähnlichen, sehr dünnen, flächenhaften Werkstoffen, die
nicht aus Plastik bestehen.
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Zwei Plastikscheiben 44, 45 sind auf den einander gegenüberliegenden
Seiten des Behälters 43 bei einer in den Behälter gebohrten Öffnung angeschweißt
und weiterhin in ihrem Mittelteil, durch den eine Öffnung 46 gebohrt ist, zusammengeschweißt.
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Danach werden die beiden Scheiben in heißem oder kaltem Zustand so
behandelt, daß sie eine Kegelstumpffläche 26 und eine als Sitz für den Stopfen 27
dienende Lippe 24 bilden.
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In Fig. 17 ist eine Abwandlungsform des Verschlusses nach der Erfindung
dargestellt, die vor allem dann angewendet werden kann, wenn ein dickwandiger Plastikbehälter
an Stelle eines dünnwandigen verwendet wird.
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Der Hals 23 geht dabei in eine kegelstumpfförmige Einstülpung über.
Die Wandung der Mündungsbohrung
verläuft parallel zur Achse des
Halses 23 und ist dadurch höher als die Stärke der Wandung 26 der Einstülpung. Die
so geschaffene Lippe 24 verjüngt sich zum Innern des Behälters hin. Sie ist dadurch
so dünn und biegsam, daß sie als Sitz für den Stopfen 27 dienen kann. Die Dichtheit
ist ebenso wie in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen gewährleistet.
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Die Fig. 15, 16, 18 und 19 zeigen den Verschluß nach der Erfindung
in Verbindung mit Behältern, die vorwiegend aus anderem als plastischem Werkstoff
hergestellt sind, wie etwa Glasflaschen- und -ballons, Metallblechbehältern, Pappgefäßen
und Gefäßen aus ähnlichen nicht dehnbaren flächenartigen Werkstoffen.
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In diesen Fällen enthält das zur Aufnahme des Stopfenverschlusses
bestimmte Mundstück einen Plastikbestandteil, der getrennt an dem Behälterkörper
befestigt ist.
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Dieser Bestandteil besteht in dem in Fig. 18 gezeigten Beispiel aus
einem ringförmigen Körper 39, der - beispielsweise in heißem Zustand - dichtpassend
auf dem Mundstück einer Glasflasche 40 angebracht wird und den Wulst 40a der Flasche
rundherum übergreift. Der Körper 39 ist mit einer kegeligen Fläche 26 versehen und
hat eine Lippe 24, die den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen entspricht.
Der Stopfenschaft27 wird in der vorher angegebenen Weise in die Lippe hineingedrückt.
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In der in Fig. 19 angegebenen Ausführungsform ist ein Metallblechbehälter
mit 41 und der Verschlußkörper mit 42 bezeichnet. Der Verschlußkörper hat eine ringförmige
Rille 42 a, in den rundherum die Kante einer durch den Behälter 41 gebohrten Öffnung
eingreift.
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Der Teil 42 besteht aus einer Kegelstumpffläche 26 und einer Lippe
24.
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PATENTANSPR8CHE: 1. Verschluß aus elastisch eingestelltem, verhältnismäßig
dünnwandigem Kunststoff, z. B.
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Polyäthylen, für Behälter mit veränderlichem Innendruck, bestehend
aus einem unelastischen und glatten Stopfen, der von einer ihm angepaßten Ringlippe
der Verschlußmündung umfaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Ringlippe
(7, 17, 24) bei fehlendem Stopfen (9, 25, 27) kleiner als der Umfang des Stopfenschaftes
ist und daß sich die Kopfseite (2a, 26) des Behälterverschlusses in wenigstens zwei
einander gegenüberliegenden Bereichen kegelstumpf-
formartig und stets steigend von
der Ringlippe aus zum Behältermantel hin erstreckt.