AT510271A4

AT510271A4 - Verfahren zur herstellung von gefüllten und wiederverschliessbaren druckbehältern

Info

Publication number: AT510271A4
Application number: AT0172310A
Authority: AT
Inventors: Christian Dipl Ing Bratsch
Original assignee: Xolution Gmbh
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-03-15
Also published as: CN103328340A; BR112013008488A2; EP2627573B1; MX2013004102A; CN103328340B; EP2627573A1; WO2012049280A1; CA2814310A1; CA2814310C; PL2627573T3; RU2013122116A; KR20130108390A; AT510271B1; US9073655B2; US20130264342A1; AU2011315501A1; ES2655618T3; JP2013542892A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gefüllten und wiederverschließbaren Druckbehältern, bei dem ein Behälterkörper mit zylindrischem Mantel und Boden mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, danach mit einem Deckelelement unlösbar verschlossen wird und gegebenenfalls in weiterer Folge einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei zur Verwendung als Deckelelement ein Deckelspiegel, vorzugsweise aus Metall, sowie ein Verschlussmittel aus Kunststoff bereitgestellt werden, das Verschlussmittel an einer ersten Oberfläche des Deckelspiegels befestigt wird, und zumindest eine an dem Verschlussmittel angeordnete Dichtung mit zumindest einer an der ersten Oberfläche des Deckelspiegels angeordneten Dichtfläche zur Anlage gebracht wird, und bei Verschließen des Druckbehälters das aus Deckelspiegel und Verschlussmittel gebildete Deckelelement derart angeordnet wird, dass das Verschlussmittel dem Inneren des verschlossenen Druckbehälters zugewandt ist.

Druckbehälter der oben beschriebenen Art werden beispielsweise als wiederverschließbare Getränkedosen hergestellt. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform solcher Getränkedosen ist in dem Deckelspiegel, der wie die übrige Dose aus Aluminium hergestellt ist, dauerhaft eine Öffnung vorgesehen. Diese Öffnung ist durch ein Verschlussmittel verschlossen, das im Inneren der Dose am Deckelspiegel anliegt. Dieses Verschlussmittel trägt beispielsweise eine von außen betätigbare Klappe oder einen Schieber, der es ermöglicht, die Öffnung zum Entleeren der Dose freizulegen und nach dem erstmaligen Öffnen wieder dicht zu verschließen.

Nach dem Befüllen und Verschließen werden Getränkedosen üblicherweise einer Wärmebehandlung unterzogen, um die erforderliche Keimfreiheit zu gewährleisten, indem der Doseninhalt pasteurisiert wird. Dabei wird die Dose kurzzeitig einer Temperatur von über 60°C ausgesetzt, wodurch der Druck im Inneren auf mehrere bar ansteigt. Dabei wird die Dose naturgemäß verformt, wobei sich insbesondere der Deckelspiegel nach außen wölbt. Diese Wölbung bildet sich nach dem Abkühlen zumindest teilweise wieder zurück. Ähnliche Effekte können auch durch eine unbeabsichtigte Wärmebehandlung entstehen, wenn die Dose beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zurückgelassen wird und dort zeitweilig höheren Temperaturen ausgesetzt ist, die zu einer vergleichbaren Druckerhöhung führen.

Die Druckerhöhung ist besonders bei Dosen kritisch, die kohtensäurehaltige Getränke beinhalten, aber tritt in geringerem Umfang auch bei den übrigen Produkten auf. - 2 -

Es wurde nunmehr festgestellt, dass Getränkedosen nach dem Pasteurisieren und nach dem erstmaligen Öffnen teilweise nicht mehr dicht verschlossen werden können. Als mögliche Ursache wurde eine im Zuge der Wärmebehandlung auftretende und nach dem Abkühlen nur teilweise zurückgebildete Verformung insbesondere des Verschlussmittels identifiziert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters der oben beschriebenen Art und zwar insbesondere einer Getränkedose anzugeben, bei dem die Durchführung der erforderlichen Wärmebehandlung keine negativen Auswirkungen auf die Wiederverschließbarkeit und damit die Dichtigkeit des Druckbehälters hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der Deckelspiegel in zumindest einem Teilbereich einen ersten Abstand von einer ersten Bezugsebene, die im wesentlichen durch die zumindest eine Dichtfläche an der ersten Oberfläche des Deckelspiegels verläuft, aufweist, das Verschlussmittel in zumindest einem Teilbereich einen zweiten Abstand von einer zweiten Bezugsebene, die durch die zumindest eine Dichtung verläuft, aufweist, wobei der erste Abstand größer als der zweite Abstand gewählt wird.

Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass es unvermeidlich ist, dass sich Verschlussmittel und Deckelspiegel während der Wärmebehandlung durch den entstehenden Innendruck nach außen verformen. Dabei übernimmt das Verschlussmittel die Dichtfunktion, während der Deckelspiegel einen Großteil der Druckkraft aufnimmt, wobei sich das Verschlussmittel am Deckelspiegel abstützt. Die Verformung des Deckelspiegels selbst ist weitestgehend elastisch, d.h. der Deckelspiegel kehrt ohne Auftreten sonstiger äußerer Kräfte nach Beendigung der Belastung, also beim Abkühlen wieder in seine ursprüngliche Lage zurück. Das aus Kunststoff hergestellte Verschlussmittel jedoch erleidet bei der Belastung bei erhöhter Temperatur in einem gewissen Ausmaß eine plastische Verformung, d.h. zumindest ein Teil der durch den Innendruck aufgeprägten Krümmung bleibt nach Wegfall der Druckbelastung erhalten. Dies bedeutet, dass ein Verschlussmittel, das vor der Wärmebehandlung parallel zum Deckelspiegel ausgerichtet ist und dicht an diesem anliegt, nach der Wärmebehandlung an seinem Rand einen Abstand gegenüber dem Deckelspiegel aufweist. Folge hiervon ist, dass das Verschlussmittel beim Wiederverschließen des Druckbehälters die Öffnung aufgrund seiner Verformung nicht mehr ausreichend dicht verschließt und der Inhalt des Druckbehälters gegebenenfalls austreten kann. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird jedoch der Unterschied im Verformungsverhalten von Deckelspiegel und Verschlussmittel kompensiert und zwar in idealer Weise dann, wenn die plastische Verformung des Verschlussmittel genau der zu- - 3 - sätzlichen Krümmung des Deckelspiegels gegenüber dem Verschlussmittel entspricht.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Verschlussmittel im wesentlichen kreisrund ausgeführt, wobei die zumindest eine Dichtung im Umfangbereich angeordnet ist, und bei Befestigung des Verschlussmittels am Deckelspiegel das Verschlussmittel einen Großteil der ersten Oberfläche des Deckelspiegels nach dem Verschließen des Druckbehälters gegen das Innere des Druckbehälters abdichtet. Das Verschlussmittel ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und üblicherweise ähnlich groß ausgeführt wie der Deckelspiegel. Es trägt typischerweise am Rand eine Dichtung, mit der es gegenüber dem Deckelspiegel abgedichtet ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Dichtung integraler Teil des Verschlussmittels ist, also beispielsweise das Verschlussmittel mittels Zweikomponenten-Spritzgusstechnik hergestellt wird.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Mittelbereich des Deckelspiegels den maximalen ersten Abstand zu der ersten Bezugsebene aufweist, wobei der Deckelspiegel vor seiner Verbindung mit dem Verschlussmittel mit einer nach außen konvexen Krümmung versehen wird, die eine Überhöhung des mittleren Bereichs gegenüber dem Rand in einem Bereich zwischen 1% und 5%, vorzugsweise zwischen 2% und 3% des Durchmessers des Deckelspiegels ergibt.

Bei Befestigung des Verschlussmittels an der ersten Oberfläche des Deckelspiegels ist ein Teil des Verschlussmittels beabstandet von dem Deckelspiegel angeordnet, wobei sich dieser Abstand im Zuge einer nach dem Verschließen des Druckbehälters durchgeführten Wärmebehandlung verringert. Der Abstand zwischen Deckelspiegel und Verschlussmittel im Bereich des Zentrums von Deckelspiegel und Verschlussmittel entspricht dem Unterschied der plastischen Verformung des Deckelspiegels bzw. des Verschlussmittels im Zuge der Wärmebehandlung.

In weiterer Folge betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Druckbehälter mit einem Behälterkörper mit zylindrischem Mantel und Boden zur Aufnahme einer Flüssigkeit sowie mit einem Deckelelement, das unlösbar mit dem Mantel verbunden ist, wobei das Deckelelement aus einem Deckelspiegel aus Blech besteht, an dessen Innenseite ein Verschlussmittel aus Kunststoff angebracht ist, das über einen Großteil der Fläche des Deckelspiegels an diesem anliegt und das an seinem Umfang gegenüber dem Deckelspiegel abgedichtet ist, und der Deckelspiegel unmittelbar nach Herstellung des Druckbehälters beim Befestigen gegenüber dem scheibenförmigen Verschlussmittel nach Außen gekrümmt ist, so dass im Bereich des Zentrums von Deckelspiegel und Verschlussmittel ein Abstand - 4 - zwischen ihnen besteht, der sich vorzugsweise im Zuge einer Wärmebehandlung reduziert.

Im folgenden wird anhand eines nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen

Figs. la bis lc ein Deckelelement gemäß dem Stand der Technik vor, während und nach der Wärmebehandlung,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Deckelelement vor der Befestigung des

Verschlussmittels an dem Deckelspiegel und

Figs. 3a bis 3c das erfindungsgemäßes Deckelelement aus Fig. 2 im montierten Zustand vor, während und nach der Wärmebehandlung in einer Schnittansicht.

Die Figur la zeigt das Deckelelement 10 eines Druckbehälters, insbesondere einer Getränkedose gemäß dem Stand der Technik, wobei ein Deckeispiegel 11, der üblicherweise aus Aluminiumblech oder ähnliches hergestellt ist, über einen Bördelrand 12 mit der Behälterwand 13 des Druckbehälters in Verbindung steht.

An der Unterseite des Deckelspiegels 11 ist ein Verschlussmittel 14 aus Kunststoff, beispielsweise aus Polypropylen (PP) angeordnet. Dieses Verschlussmittel 14 hat die Aufgabe, eine im Deckelspiegel 11 angeordnete Trinköffnung 15 in geschlossenem Zustand des Druckbehälters mithilfe einer im Umfangbereich angeordneten Dichtung 16 dicht zu verschließen. Hierbei liegt die Dichtung 16 an einer Dichtfläche 16a an der Innenseite des Deckelspiegels 11 an. Der in der Figur la gezeigte Druckbehälter wurde noch keiner Wärmebehandlung unterzogen.

In der Figur lb ist das Deckelelement 10 aus der Figur la dargestellt, während es einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich der Deckelspiegel 11 ebenso wie das Verschlussmittel 14 aufgrund des im Druckbehälter herrschenden höheren Drucks nach außen wölben. Wie bereits angesprochen, kann diese Druckerhöhung auch aus anderen Gründen, beispielsweise wenn der Druckbehälter über längere Zeit dem Sonnenlicht ausgesetzt ist oder allgemein aufgrund der Lagerung, auftreten.

Nach Verringerung des in dem Druckbehälter herrschenden Druckes, beispielsweise nach Beendigung einer Wärmebehandlung (Figur lc) oder auch durch (erstmaliges) Öffnen des Druckbehälters kehrt der Deckelspiegel 11 in seine Ausgangsstellung (gemäß Figur la) zurück. Diese Rückstellung des Deckelspiegels erfolgt aufgrund seiner elastischen Eigenschaften. Das Verschlussmittel 14 hingegen hat eine permanente Verformung in Form einer Aufwölbung mit einer - 5 - Höhe wl erfahren, sodass insbesondere im Randbereich zwischen Deckelspiegel 11 und Verschlussmittel 14 ein Spalt 17 im Bereich der Dichtung 16 entstanden ist. Dieser Spalt 17, der nicht notwendigerweise vollumfänglich auftritt, bewirkt jedoch eine Verringerung bis zur Aufhebung der Dichtwirkung des Verschlussmittels 14 im Zusammenspiel mit dem Deckelspiegel 11, sodass gegebenenfalls der Inhalt des mit dem Verschlussmittel 14 verschlossenen Druckbehälters über die Trinköffnung 15 austreten kann.

Im Gegensatz hierzu weist das erfindungsgemäße Deckelelement 100 einen Deckelspiegel 110 auf, der eine Wölbung nach außen aufweist (Figur 2). Diese Wölbung wird durch einen ersten Abstand al des Deckelspiegels 110 von einer Bezugsebene El definiert, die im Wesentlichen durch die Dichtfläche 16a verläuft. Das Verschlussmittel 14 ist bei dieser Ausführung der Erfindung wie im Stand der Technik gemäß der Figur la im wesentlichen eben ausgeführt.

Im montierten Zustand (Figur 3a) sind der aufgewölbte Deckelspiegel 110 und das im wesentlichen ebene Verschlussmittel 14 in einem im Mittelbereich von Deckelspiegel 110 und Verschlussmittel 14 maximalen Abstand a2 voneinander angeordnet, während die Dichtung 16 den Bereich 111 der Trinköffnung 15 gegen das Behälterinnere abdichtet.

Wird nun dieses erfindungsgemäße Deckelelement 100 einer Wärmebehandlung unterzogen (Figur 3b), so wird wiederum aufgrund des erhöhten Innendrucks das Verschlussmittel 14 gemeinsam mit dem Deckelspiegel 110 aufgewölbt, sodass die Oberseite 141 (Figur 2) des Verschlussmittels 14 gegen die Unterseite des Deckelspiegels 110 gepresst wird. Dies ist insbesondere in der Figur 3b dargestellt.

Nach Abschluss der Wärmebehandlung verbleibt das Verschlussmittel 14 aufgrund seiner permanenten Verformung in einem im wesentlichen regelmäßigen Abstand an dem Deckelspiegel 110 angeordnet, sodass nach erfolgter Wärmebehandlung kein Spalt 17 wie im Stand der Technik festgestellt auftritt und der Druckbehälter auch beim Wiederverschließen zuverlässig flüssigkeits- und gasdicht verschlossen bleibt. Optimalerweise ist die Krümmung des Deckelspiegels 110 bzw. der Abstand a2 beim Verbinden des Deckelspiegels 110 mit dem Verschlussmittel 14 derart gewählt, dass dieser Abstand a2 im wesentlichen der Höhe wl der Verformung des Verschlussmittels 14 nach der Wärmebehandlung entspricht.

Bei der vorliegenden Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verschlussmittel im wesentlichen eben ausgeführt ist. Ebenso werden bei der vorliegenden Erfindung alternativ hierzu Verschlussmittel eingesetzt, die bereits vor - 6 - der Verbindung mit dem Deckelspiegel eine Krümmung aufweisen, wobei der zweite Abstand als jene Strecke definiert wird, die sich zwischen dem Punkt der höchsten Wölbung der Unterkante des Verschlussmittels und einer zweiten Bezugsebene, die der Ebene einer (fiktiven) Unterlage entspricht, auf der das Verschlussmittel 14 aufliegt, erstreckt. Hierbei muss dieser Punkt nicht notwendigerweise im Mittelbereich des Verschlusselementes liegen. Bei einem ebenen Verschlussmittel ist dieser Abstand gleich Null.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. So ist das Verschluss mittel und konsequenterweise die Dichtung nicht notwendigerweise kreisrund mit einem im wesentlichen dem Durchmesser des Deckeispiegels entsprechenden Durchmesser ausgeführt, sondern kann beispielsweise auch länglich mit entsprechender Dichtung ausgeführt sein, um die Auslassöffnung des Druckbehälters flüssigkeits- bzw. gasdicht (wie-derjzuverschließen. Ebenso kann die Betätigung des Verschlussmittels von außen auf unterschiedlichste Weise erfolgen, zum Beispiel mittels Schieber, durch Verdrehen oder Kippen eines Auslöseelementes etc.

Claims

- 7 - PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von gefüllten und wiederverschließbaren Druckbehältern, bei dem ein Behälterkörper mit zylindrischem Mantel (13) und Boden mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, danach mit einem Deckelelement (10, 100) unlösbar verschlossen wird und gegebenenfalls in weiterer Folge einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei zur Verwendung als Deckelelement (10, 100) ein Deckelspiegel (11, 110), vorzugsweise aus Metall, sowie ein Verschlussmittel (14) aus Kunststoff bereitgestellt werden, das Verschlussmittel (14) an einer ersten Oberfläche (111) des Deckelspiegels (11, 110) befestigt wird, und zumindest eine an dem Verschlussmittel (14) angeordnete Dichtung (16) mit zumindest einer an der ersten Oberfläche (111) des Deckelspiegels (11, 110) angeordneten Dichtfläche (16a) zur Anlage gebracht wird, und bei Verschließen des Druckbehälters das aus Deckelspiegel (10, 110) und Verschlussmittel (14) gebildete Deckelelement (10, 100) derart angeordnet wird, dass das Verschlussmittel (14) dem Inneren des verschlossenen Druckbehälters zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelspiegel (11, 110) in zumindest einem Teilbereich einen ersten Abstand (al) von einer ersten Bezugsebene (El), die durch die zumindest eine Dichtfläche (16a) an der ersten Oberfläche (111) des Deckelspiegels (11, 110) verläuft, aufweist, das Verschlussmittel (14) in zumindest einem Teilbereich einen zweiten Abstand von einer zweiten Bezugsebene, die durch die zumindest eine Dichtung (16) verläuft, aufweist, wobei der erste Abstand (al) größer als der zweite Abstand gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (14) im wesentlichen kreisrund ausgeführt ist, wobei die zumindest eine Dichtung (16) im Umfangbereich angeordnet ist, und bei Befestigung des Verschlussmittels (14) am Deckelspiegel (110) das Verschlussmittel (14) einen Großteil der ersten Oberfläche (111) des Deckelspiegels (110) nach dem Verschließen des Druckbehälters gegen das Innere des Druckbehälters abdichtet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich des Deckelspiegels (110) den maximalen ersten Abstand (al) zu der ersten Bezugsebene (El) aufweist, wobei der Deckelspiegel (110) - 8 - vor seiner Verbindung mit dem Verschlussmittel (14) mit einer nach außen konvexen Krümmung versehen wird, die eine Überhöhung des mittleren Bereichs gegenüber dem Rand in einem Bereich zwischen 1% und 5%, vorzugsweise zwischen 2% und 3% des Durchmessers des Deckelspiegeis (110) ergibt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Befestigung des Verschlussmittels (14) an der ersten Oberfläche (111) des Deckelspiegels (110) ein Teil des Verschlussmittels (14) beabstandet von dem Deckelspiegel (110) angeordnet ist, wobei sich dieser dritte Abstand (a3) im Zuge einer nach dem Verschließen des Druckbehälters durchgeführten Wärmebehandlung verringert.
5. Druckbehälter, mit ein Behälterkörper mit zylindrischem Mantel (13) und einen Boden zur Aufnahme einer Flüssigkeit und mit einem Deckelelement (10, 100), das unlösbar mit dem Mantel (13) verbunden ist, wobei das Deckelelement (10, 100) aus einem Deckelspiegel (11, 110) aus Blech besteht, an dessen Innenseite ein Verschlussmittel (14) aus Kunststoff angebracht ist, das über einen Großteil der Fläche des Deckelspiegels (11, 110) an diesem anliegt und das an seinem Umfang gegenüber dem Deckelspiegel (11, 110) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelspiegel (11, 110) unmittelbar nach Herstellung des Druckbehälters beim Befestigen gegenüber dem Verschlussmittel (14) nach Außen gekrümmt ist, so dass vorzugsweise im Bereich des Zentrums von Deckelspiegel (11, 110) und Verschlussmittel (14) ein Abstand (a2) zwischen ihnen besteht.

2010 10 15 Ha