Verschlussarmatur für eine öffnung in einer Wand eines Behälters
Die Erfindung betrifft eine Verschlussarmatur für eine offnung in einer Wand eines Behälters.
Eine der Hauptschwierigkeiten bei wirkungsvollen Verschlüssen, insbesondere für dünnwandige Behälter, einschliesslich gepresster und sackförmiger Typen, liegt in der Schwierigkeit der Herstellung eines ausreichend schweren Verschlusses ohne dabei die Stärke einer unverhältnismässig grossen Fläche der Behälterwand zu erhöhen mit dem sich hieraus ergebenden Kostenanstieg. Versuche sind unternommen worden, dieses Problem dadurch zu lösen, dass die Armatur getrennt gepresst und mit verschiedenartigen Schmelzverfahren an der Seitenwand des Behälters befestigt wird.
Beispielsweise wurde bei sackförmigen Behältern für Flüssigkeiten die getrennt gepresste Verschlussarmatur durch ein Heissiegelverfahren angebracht, wozu nicht nur ein komplizierter Apparat und eine sorgfältige Qualitätsüberwachung bei dessen Anwendung erforderlich wird, sondern es entsteht auch eine schwache Verbindung auf Grund der Konzentration der Materialbeanspruchung in der Behälterwand neben der Heissiegelstelle selbst.
Die Erfindung bezweckt eine Verschlussarmatur zu schaffen, die in der Wandöffnung auf einfache und unaufwendige Weise befestigt werden kann, ohne dass dabei auf Heissiegeln zurückgegriffen wird.
Sie ist gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Teil mit einem Füllansatz an einem Ende und einem sich nach aussen erstreckenden radialen Flansch am anderen Ende, wobei der Flansch grössere Abmessungen als die Öffnung in dem Behälter hat, damit er sich nach dem Durchdrücken durch die Behälterwand von unten an deren Innenseite anlegen kann, das rohrförmige Teil eine ringförmige Umfangsausnehmung neben dem radialen Flansch aufweist zur Aufnahme eines Ringes aus elastischem Werkstoff, der zeitweilig gedehnt wird, um über das rohrförmige Teil gleiten zu können und der sich anschliessend zusammenziehen kann, um sich auf das in der Aussparung liegende Material der Behälterwand dichtend aufzulegen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführung eines zweiteiligen Verschlusses und durch ein Montagewerkzeug, wobei der Verschluss selbst den Ring weitet;
Fig. 2 ist eine Aufsicht auf den Sperr-Ring;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Ringes;
Fig. 4 ist eine Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Verschlusses, der hier eine eingeschmolzene Membran enthält;
Fig. 5 ist eine Seitenansicht auf eine Ausführung eines Behälters, bei der der Verschluss in eine ebene Behälterwand eingesetzt ist;
Fig. 6 ist eine ähnliche Ansicht einer abgeänderten Behältertype, bei der der Verschluss in eine Öffnung in einer kegelförmigen Wand oder einem entsprechenden Teil des Behälters eingesetzt ist;
Fig. 7 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines zweiteiligen Verschlusses und eines Befestigungswerkzeuges;
Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch einen abgeänderten Verschluss und ein Dehnwerkzeug.
In den Zeichnungen ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 10 das Hauptteil der Armatur bezeichnet, die aus einem zylindrischen Füllansatz 11 besteht, und die an ihrer Aussenseite bei 12 mit einem Gewinde versehen ist, so dass eine geeignete Verschlusskappe mit Innengewinde üblicher Bauart aufgeschraubt werden kann. In dieser besonderen Ausführung der Er findung geht der Armaturkörper am unteren Ende des Füllansatzes 11 bei 13 nach aussen unter Bildung eines in sich geschlossenen Ring-Expanders, wie nachstehend noch erläutert werden wird.
Der Armaturkörper mündet an seinem unteren Ende in einem radial verlängerten Flansch bzw. einer Grundfläche 14, die im Querschnitt im wesentlichen gekrümmt ist, so dass in der Oberseite eine horizontal verlaufende ringförmige Rille 15 entsteht, deren Innenkante mit einer nach innen abgesetzten Aussparung 16 verschmilzt, die unter einer Schulter 17 liegt, die durch das untere Ende des sich verbreiternden Ring-Expanderabschnittes 13 gebildet wird. Wie man erkennt, ist die Unterseite 14a der Grundfläche aus einem nachstehend noch erläuterten Grunde abgerundet.
Der Verriegelungsring 18 enthält einen verdickten ringförmigen Greifkeil 19, der im Querschnitt so ausgebildet ist, dass seine Greiffläche im wesentlichen dem Querschnitt der zusammengesetzten Rille und Aussparung 15-16 im unteren Ende des Armaturkörpers und der nach oben gebogenen Randlippe der Grundfläche entspricht. Ein radialer Flansch 20 begrenzt den Greifteil 19, und der Umfang des Flansches kann entweder eingebuchtet sein, wie dies bei 20a gezeigt wird, um die Befestigung während des Füllvorganges eines dünnwandigen Behälters zu erleichtern; der Umfang kann aber auch glatt sein.
Die Wahl des Werkstoffs, aus dem die beiden Armaturteile hergestellt werden, hängt von dem endgültigen Zweck des Behälters ab. Im allgemeinen halten jedoch die meisten thermoplastischen Kunststoffe die geringen Verformungen aus, denen der Verriegelungsring während des Zusammenbaus ausgesetzt ist, wie sich später noch ergeben wird. Eine vernünftige Festigkeit ist erwünscht und für die hier gezeigten besonderen Ausführungen der Erfindung wird deshalb für die Armaturteile Hochdruckpolyäthylen verwendet, während für die Behälterwand, mit denen die Armaturteile verwendet werden sollen, im allgemeinen Niederdruckpolyäthylen genommen wird.
Bei Verwendung dieser zweiteiligen Armatur wird die gerillte Grundfläche 14 des Armaturkörpers mit Druck von aussen durch eine Öffnung in die Wand 21 eines Kunststoffbehälters 22 eingesetzt. Im Vergleich zu der Grundfläche des Armaturkörpers ist der Durchmesser der Öffnung dabei ausreichend herabgesetzt, damit sich die ringförmige, die Offnung begrenzende Wandfläche des Behälters zusammenzieht und nach dem Durchtritt der Grundfläche 14 eng an der Aussparung 16 anliegt. Der Innendurchmesser des Ringes 18 ist so ausgebildet, dass er leicht über den Füllansatz 11 gleitet. Im allgemeinen ist er jedoch kleiner als der Aussendurchmesser des ausgesparten Teils 16.
Während des Einbaues wird der Ring 18 gedehnt, wie sich später noch ergeben wird, und nach dem Über- ziehen über die Schulter 17 zieht er sich in der Aussparung 16 wieder zusammen und erfasst dabei die Begrenzungskanten der öffnung in der Wand 21 zwischen der Unterseite des Ringes und der Rille 15 in der Grundfläche 14, wie es in Fig. 1 in voll ausgezogenen Linien dargestellt wird.
In dieser besonderen Form der Erfindung, die in Anwendung auf eine Behälteröffnung in einer Wand konischer Form gezeigt wird, besteht das Einbauwerkzeug aus einem Dorn 23, der an seinem unteren Ende ein Innengewinde 24 aufweist, das auf das Aussengewinde des Füllansatzes 11 des Armaturkörpers greift. Den Dorn 23 umgibt eine Hülse 25, deren unteres Ende auf die Oberseite des in Fig. 1 in gestrichelten Linien dargestellten Verriegelungsringes 18 aufschlägt, der über den Füllansatz 11 geschoben worden ist und auf der konvergierenden Oberseite des Expander-Teils 13 der Armatur steht.
Durch Zurückziehen des Dornes in der Hülse 15 wird damit der Kunststoff-Verriegelungsring 18 über die sich verbreiternde Oberfläche 13 gezogen, bis er an die Kante der Schulter 17 stösst, wo er in die zusammengesetzte Rille und Aussparung 15-16 einschappt und die Begrenzungskante der Wandöffnung zwischen dem Ring und der Grundfläche 14 verklemmt.
Zum Erzielen der gewünschten Relativbewegung zwischen dem Dorn 23 und der Hülse 25 lassen sich verschiedene Mittel anwenden. Zum Beispiel erstreckt sich die Hülse 25 in der in Fig. 7 gezeigten auseinandergezogenen Darstellung von einem feststehenden hydraulischen Mechanismus 27 nach vorn, wobei der Dorn 23 durch einen nicht dargestellten hydraulisch betätigten Plunger zu einer Hin- und Herbewegung in der Hülse gezwungen wird.
Ist der Füllansatz 11 der Armatur 10 fest mit dem Gewinde 24 des Dornes 23 verschraubt, und liegt das vorstehende Ende der Hülse auf dem Flansch 20 des Verriegelungsringes 18, zieht der Mechanismus 27 bei Beaufschlagung mit hydraulischem Druck den Dorn in der Hülse zurück und treibt den Ring über den sich erweiternden Teil 13 und an der Schulter 17 vorbei, so dass er an seiner endgültigen Stelle einschappt und die Begrenzungskante der Wandöffnung zwischen sich und der Grundfläche 14 fest verklemmt.
In der in Fig. 8 gezeigten abgewandelten Form der Erfindung wird die Dehnung des Ringes vollständig durch das Einbauwerkzeug bewerkstelligt und bei dieser besonderen Anwendung ermöglicht der Wegfall des eben beschriebenen, sich verbreiternden Expander Teiles 13 kürzere Gesamtabmessungen des Armaturkörpers 10. Das Einbauwerkzeug muss jedoch mit einem Dorn versehen werden, der zum Anbringen des Verriegelungsringes ein abnehmbares Endteil aufweist.
Wie sich aus Fig. 8 ergibt, ist der Dorn 23 des Einbauwerkzeuges mit einem abnehmbaren Endteil 28 versehen, das an seinem unteren Ende in einen vergrösserten Kopf 29 übergeht, der zum Aufschreiben auf den Füllansatz 11 des Armaturkörpers ein Innengewinde aufweist. Dieser Teil entspricht dem unteren Ende des in Fig. 1 gezeigten Dornes 23. Der Umfang des Kopfes 29 verbreitert sich bei 30 an der Verbindung mit dem Verbindungsende 28 unter Bildung eines Ring-Expanders. Bei dieser Ausführung ist die Hülse 25 am Innenumfang ihres unteren Endes mit einer ringförmigen Ausnehmung 31 versehen, deren Länge und Durchmesser so bemessen ist, dass sie den vergrösserten Kopf 29 des Dornes bei dessen Hereinziehen aufnimmt.
Der Armaturkörper ist in diesem Fall mit einer radialen Schulter 32 ausgerüstet, die über die ringförmige Ausnehmung 16 übersteht und einen Aussendurchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Aussendurchmesser des Kopfes 29 ist.
Bei einer Einbauart dieser Form der Erfindung wird der Flansch 14 unter Druck in die verkleinerte Öffnung in der Behälterwand 21 eingesetzt, wie dies vorstehend beschrieben wurde, und das Ende 28 des Dornes wird zurückgezogen, damit der Verriegelungsring 18 darüber schlüpfen kann. Das Endteil 28 wird dann mit dem Hauptdorn 23 verbunden und bei einer Drehung des Dornes wird die Oberseite des Ringes 18 an dem benachbarten Ende der Hülse 25 zur Anlage gebracht, so dass sich der Ring bei weiterem Zurückziehen des Dornes über dem sich verbreiternden Abschnitt 30 dehnt, über den Kopf 29 und die Schulter 32 der Armatur nach unten gedrückt wird und beim Einschnappen in die zusammengesetzte Rille und Aussparung 15-16 die Begrenzungskanten der Behälterwand zwischen dem Flansch und sich selbst verklemmt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass bei diesen beiden Ausführungen der Erfindung die Abdichtung zwischen der Armatur und der Behälterwand in erster Linie durch den Druck zwischen dem Verriegelungsring 18 und der Aussparung 15 bewirkt wird, nachdem der Verriegelungsring unterhalb der Schulter 17 oder 32 eingerastet ist. Man erkennt aus den Zeichnungen, dass die Behälterwand mit einer Öffnung versehen ist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Armaturkörpers ist, so dass beim Überziehen des Wandteiles über die Grundfläche des Armaturkörpers 10 ein nach oben abgewinkelter zylindrischer Kragen 21a an der Grenzlinie der Öffnung gebildet wird. Dieser Kragen legt sich glatt in die Aussparung 16, in der sich der Verriegelungsring in seiner Endstellung befindet.
Obgleich dieser nach oben abgewinkelte Kragen nicht wesentlich ist, verbessert er doch den mechanischen Zusammenhalt der gesamten Anordnung. Dieser Kragen wird einfach dadurch erzielt, indem die öffnung in der Behälterwand kleiner gemacht wird als der Armaturkörper an der Dichtrille. Das gleiche träte ein, falls die Behälterwand genauso vollkommen flach wäre wie in Fig. 5 und keinen kegelförmigen Abschnitt zum Aussparen des Armaturkörpers aufweisen würde. Selbst bei sehr dünnwandigen sackförmigen Behältern können sich diese Ergebnisse durch zweckmässiges Ausbilden der Öffnungsdurchmesser erzielen lassen.
Bei einem gegossenen Behälter liesse sich der Kragen 21a in die Seitenwand warm einformen, so dass er, ohne dass die Durchmesser verschiedene Grössen hätten, sich von Natur aus an den Armaturenkörper anschmiegen würde. Dies kann dort erwünscht sein, wo die Beanspruchungen des verwendeten besonderen Kunststoffes sonst zu Brüchen führen würde.
Obgleich der Verriegelungsring 18 an seinem Innendurchmeser etwas kleiner als der Durchmesser des Armaturkörpers an der ausgesparten Fläche 16 ist, braucht dies nicht unbedingt der Fall zu sein, denn es ist wichtig daran zu erinnern, dass der zwischen den Armaturteilen gegen die Behälterwand aufrecht erhaltene Druck in erster Linie durch die vertikale Verspannung zwischen der Schulter 17 oder 32, die den Verriegelungsring zurückhält, und der gerillten Grundfläche 15 des Armaturkörpers erzielt wird, gegen die der Verriegelungsring gedrückt wird. Dies führt zu einem Press-Sitz , der aus sich selbst heraus die
Behälterwand selbst dann festklemmt, wenn grosse Durchmesser von 6 - 8 Zoll verwendet werden und der Druck in Umfangs- oder Radialrichtung dadurch herabgesetzt wird.
Mit anderen Worten gesagt, ergeben beide oben beschriebenen Möglichkeiten eine gute mechanische Verbindung und Abdichtung. Es ist jedoch die vertikale Pressung des Verriegelungsringes und der sich hieraus ergebende Druck, die als wichtiger angesehen werden als Radial- oder Umfangskräfte.
Wie bereits ausgeführt, kann der Flansch 20 des Verriegelungsringes an seinem Umfang entweder eingebuchtet oder glatt sein. Die Anwendungen der Einbuchtungen 20a ermöglicht, Vorrichtungen an Füllausrüstungen derart anzuordnen, dass der Füllansatz genau unter eine Fülltülle gestellt werden kann unabhängig von der Lage des Behälters selbst. Weiter können sowohl die Einbuchtungen wie auch ein fester Ring in der gleichen Ebene wie die Einbuchtungen auf einen grösseren Durchmesser verbreitert werden unter Bildung einer Schulter, um die Armatur mit den Klappen oder Wänden eines Aussenkartons zu verriegeln, in den der Behälter eingesetzt wird.
Es ist offensichtlich, dass der Verschluss des Armaturkörpers nicht unbedingt eine Schraubkappe zu sein braucht. Zum Beispiel kann ein Schnappkappenverschluss, ein Verschluss mit Ausgusstülle oder eine beliebige Anzahl einer Vielfalt von Verschlüssen oder Befestigungen genommen werden, die sich zur Anwendung an dünnwandigen Behältern eignen. Der Füllansatz 11 kann auch mit einer eingegossenen Membrane versehen werden, wie diese bei 33 in Fig. 4 gezeigt wird. Diese Membrane erstreckt sich über die öffnung in dem Hals der Armatur und kann anschliessend durch den Endverbraucher der Verpackung entfernt werden. Dies ergibt in der Tat eine hermetisch abgedichtete Packung und die Abdichtung zwischen der entfernbaren Kappe und der Armaturlippe würde während des Transports von geringerer Bedeutung sein.
Eine solche Armatur lässt sich natürlich nur nach dem Füllen des Behälters in diesen einsetzen.
Das Füllen erfolgt durch die in der Behälterwand vorgesehene Öffnung, die anschliessend beim Einsetzen des Armaturkörpers 10 und beim Einschnappen des Verriegelungsringes verschlossen wird.
Man erkennt damit, dass die vorliegende Erfindung eine geformte zweiteilige Armatur bietet, die einen mechanischen Druck- und Reibungsverschluss bei einem dünnwandigen Behälter ermöglicht, der sonst nicht die Festigkeit des für einen vergleichbaren Verschluss erhältlichen Materials aufweisen würde. Obgleich die Reibungsanpassung auch mit anderen Formen in der Verschlussebene erzielt werden kann, hängt eine gute Befestigung entweder von radialen oder vertikalen Kräften ab, die der gezeigten Konstruktion grundsätzlich ähnlich sein muss, die eine gute Schnapp-Passung zwischen den beiden Teilen bewirkt und die Behälterwand dazwischen verklemmt und besonders eine starke Vertikalkomponente der Verriegelungskraft ausübt.
Der untere Radius 14a der Armaturkörpergrundfläche biegt sich während des Zusammenbaues in der Tat etwas, was zu der vertikalen, gegen den Verriegelungsring ausgeübten Verriegelungskraft beiträgt, sobald sich dieser von der zu seiner Befestigung vorgesehenen oberen Schulter gelöst hat.
Es wird angenommen, dass die Erfindung auf Grund des Vorstehenden, Fachleuten ohne weitere Beschreibung verständlich ist. Darauf hingewiesen sei aber, dass zahlreiche Änderungen in den offenbarten Einzelheiten gemacht werden können, ohne dabei von dem Prinzip der Erfindung abzugehen.