Flaschenverschluss aus Kunststoff
Die Neuerung bezieht sich auf einen Flaschenverschluss aus Kunststoff als Ersatz für Kronenkorken, bestehend aus einem hohlen und mit einer membranartigen Wand durchsetzten, in die Flaschenöffnung einzudrückenden Pfropfenteil sowie aus einem den Flaschenhals schnappverschlussartig umgreifenden Mantelteil.
Um bestimmte Nachteile der zum Verschluss von Flaschen mit Randwulst verwendeten Kronenkorken, wie Korrosion, Bruch der Flaschen beim Verschliessen usw., zu vermeiden, sind bereits verschiedene Flaschenverschlüsse aus Kunststoff vorgeschlagen worden. Die bekannten Ausführungsarten bestehen meistens in einem hutförmigen, in die Flaschenöffnung einzudrückenden Pfropfenteil und in einem hülsenartigen, den Randwulst der Flaschenöffnung aussen schnappverschlussartig umgreifenden Mantelteil, die beide durch eine Stirnwand miteinander verbunden sind.
Einer der bekannten Kunststoffverschlüsse weist im Pfropfenteil eine membranartige Wand auf, deren Aufgabe darin besteht, den Dampfdruck der in der Flasche befindlichen Flüssigkeit aufzunehmen und an die Pfropfenwand zu übertragen, um deren satte Anlage an die Flaschenwandung zu gewährleisten.
Ein anderer Verschluss weist eine ebensolche membranartige, aber nach oben gewölbte Wand im Pfropfenteil auf. Dieser Verschluss muss aber erhitzt werden, bevor er in die Flaschenöffnung eingesetzt wird.
Da in der Praxis aber die Flaschen gerade an den für die Abdichtung wesentlichen Teilen der Flaschen öffnung meist sehr grosse Toleranzen aufweisen, ist mit den vorbekannten Flaschenverschlüssen aus Kunststoff sehr häufig eine sichere Abdichtung der Flaschen nicht gewährleistet. Deshalb konnte durch sie auch der Kronenkorkverschluss trotz seiner Nachteile nicht verdrängt werden.
Mit der Erfindung ist nunmehr das Problem gelöst worden, Flaschenverschlüsse aus Kunststoff als Ersatz für Kronenkorken auszubilden, die an Druckdichtigkeit und Gasundurchlässigkeit den Kronenkorken mindestens ebenbürtig sind, dabei aber sämtliche Toleranzen der Flaschen überwinden und somit dazu führen, den Anteil an Flaschenbruch beim Abfüllen auf ein Mindestmass zu verringern.
Es konnte überraschend gefunden werden, dass sich eine vorteilhafte Lösung ergibt, wenn die Seitenwand des Pfropfenteiles eine über ihre Länge unterschiedliche Dicke derart aufweist, dass sie sich vom mittleren Wandbereich aus, der etwa auf gleicher Höhe mit der Innenwulst des Mantelteiles liegt, nach oben und unten verjüngt, und dass sich der Ansatz der membranartigen Wand ausserhalb des dicksten Seitenwandbereiches in einer solchen Entfernung befindet, dass die Pfropfenwand im Bereiche ihrer dicksten Stelle nach innen elastisch zurückfedern kann.
Ein solcher Verschluss sitzt absolut dicht und fest in der Flaschenöffnung. Er lässt sich nach dem ersten Abziehen von Hand beliebig oft wieder dicht einsetzen, ohne am festen Sitz bzw. an seiner Abdichtwirkung zu verlieren.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung empfiehlt es sich, dass der Dickenunterschied in der Pfropfenwand mindestens 1 mm, vorzugsweise etwa 1,6 mm, beträgt, dabei kann im Sinne der Erfindung die Aussenfläche der Pfropfenwand kegelstumpfartig sich nach oben und unten verjüngend oder aber auch im Längsschnitt gesehen konvex gewölbt ausgebildet sein.
Der erfindungsgemässe Flaschenverschluss gewährleistet eine Abdichtung der zu verschliessenden Flasche an drei Stellen, ohne dass unterschiedliche Flaschenmasse diese Abdichtfunktion beeinträchtigen. Der Pfropfenteil des erfindungsgemässen Flaschenverschlusses ist so dickwandig und abgeschrägt ausgebildet, dass er bei allen unterschiedlichen Flaschendurchmessern sowohl einen festen Sitz als auch eine hinreichende Abdichtung gewährleistet.
Eine weitere Abdichtung erfolgt an der freien Stirnseite des Flaschenrandwulstes, an dem die Stirnwand des erfindungsgemässen Flaschenverschlusses anliegt, während zum dritten eine Abdichtung und feste Ver ankerung des Flaschenverschlusses unterhalb des Flaschenrandwulstes durch den am Verschlussmantel angeordneten Wulst erfolgt.
Von besonderer Bedeutung ist auch, dass die Raumform des erfindungsgemässen Flaschenverschlusses eine einwandfreie Spritztechnik zulässt und dass auch der Flaschenverschluss leicht entformtwerden kann. Es muss bedacht werden, dass der Innenraum des Flaschenverschlusses zwischen dem Pfropfenteil und dem Mantelteil einen grösseren Querschnitt als im Bereiche des Wulstes des Mantelteiles aufweist. Beim Entformen müssen demnach einige Stellen des Kunststoffverschlusses verformt werden, wobei es zur Bedingung gesetzt ist, dass die Verformung eine absolut elastische ist. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemässe Pfropfenstirnwand in ihrer Federeigenschaft auch das Entformen der Flaschenverschlüsse erleichtert und dafür sorgt, dass keine plastische Deformierung der Verschlussteile beim Entformen eintreten kann.
Vorteilhaft ist es, wenn der Innendurchmesser des Pfropfenteiles unterhalb der membran artigen Wand grösser als oberhalb dieser Wand ist. Dadurch erreicht man, dass die Verschlussteile oberhalb sowie unterhalb der membranartigen Wand elastisch verformt werden können, um sich den unterschiedlichen Flaschentoleranzen anzupassen. Weitere vorteilhafte Massnahmen der Erfindung bestehen darin, dass die dickste Stelle der Pfropfenwand etwa auf gleicher Höhe mit der Innenwulst des Mantelteiles liegt. Auch ist es zweckmässig, wenn die membranartige Wand im Pfropfenteil in Richtung zur Flasche konvex ausgebaucht ist, und wenn die membranartige Wand durch radial verlaufende Stege gegenüber dem Pfropfenteil ausgesteift ist.
Wenn im Stirnwandbereich des Verschlusses zwischen dem Mantelteil und dem Pfropfenteil mindestens eine sickenartige, ringsumlaufende Vertiefung vorgesehen ist, dann rässt sich der Mantelteil des Verschlusses in jedem Falle gut elastisch verformen, um sich den Toleranzen anzupassen.
Schliesslich ist es zweckmässig, dass der Flaschenverschluss aus einem spritzfähigen, elastischen aber hartem Kunststoff (insbesondere Niederdruckpolyäthylen oder Polypropylen) besteht. Erst dieses harte Material gewährleistet einen hinreichend dichten und festen Sitz des Verschlusses in der Flaschenöffnung, was bei weichen Polyäthylen nicht der Fall ist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch und beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Flaschenhals,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Flaschenverschlusses,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Variante des Verschlusses gemäss Fig. 2 und
Fig. 4 und 5 Längsschnitte durch Kunststoffverschlüsse.
In Fig. 1 ist eine Glasflasche 4 dargestellt, wie sie üblicherweise für Cola-Getränke, Limonaden, Fruchtsäfte, Bier und dergleichen verwendet wird. Ähnliche Flaschen werden auch für die Flaschengärung bei der Sektherstellung verwendet. Solche Flaschen sind hinsichtlich ihrer funktionell wichtigen Masse genormt, wobei jedoch die DIN-Vorschriften weite Toleranzen zulassen. So wird bei Innendurchmesser dl eine Toleranz von + 0,5 mm zugelassen. Die Flaschen können also nach der DIN-Vorschrift hinsichtlich ihres Innendurchmessers um einen Millimeter differieren. In der Praxis werden aber häufig Flaschen angetroffen, bei denen diese Unterschiede bis zu 3 mm betragen. Ähnlich verhält es sich mit dem Aussendurchmesser d2 des Randwulstes 11 der Flasche 4.
Von ganz besonderer Wichtigkeit ist auch die Höhe a des Randwulstes 11, welche an sich nicht mehr als 0,3 mm Gesamttoleranz aufweisen soll, wobei in der Praxis aber auch diese Toleranz erheblich überschritten wird.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Kunststoff-Flaschenverschluss zu schaffen, der diese erheblichen Toleranzunterschiede überbrücken kann, ohne dass die Abdichtung und Halterung des Flaschenverschlusses negativ beeinträchtigt wird. Hierbei ist davon auszugehen, dass die in die Flaschen abgefüllte Flüssigkeit durch Kohlensäure oder sonstige Treibgase einen erheblichen Innendruck aufweist, weshalb Flaschenverschlüsse eine Druckdichtigkeit von mehr als 5 atü aufweisen sollen.
Ein solcher brauchbarer Flaschenverschluss ist in Fig. 2 im Rahmen eines Ausführungsbeispieles gezeigt, wobei der Flaschenverschluss 1 im wesentlichen aus dem Pfropfenteil 2 und dem Mantelteil 3 besteht. Der Pfropfenteil 2 weist eine Mantelwand 5 und eine membranartige Wand 6 auf, die dem Pfropfenteil 2 im Querschnitt die Form eines H-Profils vermitteln. Dadurch wird zugleich ein oberer Hohlraum 13 und ein unterer Hohlraum 14 geschaffen, die charakteristisch für die Ausbildung des Pfropfenteiles 2 sind.
Im Mantelteil 3 des Flaschenverschlusses 1 weist die Mantelwand 7 an ihrem unteren Ende einen nach innen vorspringenden Wulst 9 auf, der in die Hohlkehle 10 der Flasche 4 (vgl. auch Fig. 1) einschnappen soll. Die Stirnwand 8 verbindet den Mantelteil 3 mit dem Pfropfenteil 2. An ihrer freien Oberfläche können Aufprägungen, Aufdrucke oder sonstige Kennzeichnungen des Verschlusses angebracht werden.
An die Stirnwand 8 schliesst sich der obere Teil 12 des Pfropfenanteils 2 an. Die Aussenmantelflächen 15 und 16 sind nach entgegengesetzten Richtungen konisch abgeschrägt. Sie treffen im mittleren Bereich 17 miteinander zusammen. Hinsichtlich der Dimensionierung der einzelnen Teile ist es zweckmässig und in vielen Fällen sogar besonders vorteilhaft, wenn der dickste Mittelbereich 17 des Pfropfenteiles 2 etwa gleiche Höhe wie der Randwulst 9 des Mantelteiles aufweist. Besonders wichtig ist es, dass der Übergang der membranartigen Wand 6 in die Mantelwand 5 des Pfropfenteiles 2 höher als der Mittelbereich 17 sowie der Randwulst 9 liegt, während das Zentrum der in Richtung zur Flasche 4 konvex ausgebauchten membranartigen Wand 6 in gleicher Höhe oder auch unterhalb dieser Stellen 17, 9 liegen kann.
Es handelt sich dabei nicht um mehr oder weniger willkürliche Massgebungen sondern um eine Formgebung, welche in besonderem Masse geeignet ist, die erheblichen Toleranzunterschiede der Flasche auszugleichen. So bildet die membranartige Wand 6 eine Feder, welche einerseits zur Folge hat, dass dem gewaltsamen Kontraktieren der Mantelwand 5 des Pfropfenteiles 2 mit erheblicher Kraft nach aussen entgegengewirkt wird. Andererseits Iässt diese membranartige Wand 6 zu, dass der untere Pfropfenteil 14 sich beispielsweise beim Einsetzen in die Flaschenöffnung federnd verjüngen kann. Schliesslich stabilisiert die mem branartige Wand 6 den Verschluss 1 in seinem Oberteil 15, wenn der Mantelteil 7 kraftvoll nach unten zum Einschnappen in den Flaschenwulst 10 gedrückt wird.
Ist hingegen die Flasche am Hals schadhaft, so dass sie eigentlich ausgeschieden werden müsste, dann übt die membranartige Wand 6 beim Einsetzen des Verschlusses so viel Reaktionskraft aus, dass die Flasche bricht, was durchaus wünschenswert ist.
Die Wandstärke der Mantelwand 5 ist so gross, dass der Pfropfenteil 2 bei allen unterschiedlichen Flaschendurchmessern einen festen Sitz gewährleistet. In der Regel soll der Dickenunterschied in der Pfropfenwand 5 mindestens 1 mm, vorzugsweise etwa 1,6 mm betragen. Mit diesen Massen ist gewährleistet, dass der Verschluss auf allen Flaschen mit unterschiedlichen Toleranzmassen dicht und fest sitzt.
Die gleiche membranartige Wand 6 ermöglicht auch das Entformen des Flaschenverschlusses 1 aus dem Werkzeug. Es ist leicht einzusehen, dass beim Entformen der den Zwischenraum zwischen den Wandungen 7 und 12 ausfüllende Werkzeugteil die Mantelwand 7 oder/und die Mantelwand 5 des Pfropfenteiles 2 auseinanderdrückt, wobei jedoch die Elastizität der einzelnen Wandungen so erheblich sein soll, dass nach dem Entformen wieder die alte Grundform des Flaschenverschlusses 1 erreicht wird.
Die gleiche membranartige Wand 6 des Pfropfenteiles 2 ist die Ursache dafür, dass beim Einschnappen des Mantelteiles 3 in die Hohlkehle 10 der Flasche 4 keine Lockerung des Sitzes des Pfropfenteiles 2 in der Flaschenöffnung eintritt. Wenn nämlich der Flaschenrandwulst 11 in ihrer Höhe a gemäss Fig. 1 eine positive Toleranz aufweist, dann wird beim Aufsetzen des Flaschenverschlusses 1 der gesamte Mantelteil 3 nach unten gedehnt und gestreckt, was zur Folge hat, dass der obere Teil 12 der Pfropfenwandung 5 sich nach aussen spreizt. Diese Streckbewegung würde an sich eine Lockerung des Pfropfenteiles 2 in der Flaschen öffnung zur Folge haben, was jedoch durch die membranartige Wand 6 verhindert wird.
Sie vermittelt dem Schenkelteil 12 der Wandung 5 genügend Bewegungsraum, damit die Toleranz im Bereich a des Flaschenhalses 4 überbrückt werden kann, ohne die Dichtung des Pfropfenteiles 2 zu vermindern. Diese Wirkung wäre keinesfalls dann gegeben, wenn die membranartige Wand 6 des Pfropfenteiles 2 in der gleichen Ebene wie die Stirnwand 8 des Mantelteiles 3 liegen würde.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Mantelteil 5 des Pfropfenteiles 2 gegenüber der Flasche 4 unverformt dargestellt. Es ist verständlich, dass im Bereiche 17 des Pfropfenteiles 2 eine sattere Anlage in der Flaschenöffnung stattfindet als dargestellt ist. Ausserdem zeigt Fig. 2 eine nur stellenweise kragenartige Ausbreitung 18 des Mantelteiles 3. Diese Ausbreitung 18 kann die Form einer lappenartigen Erweiterung besitzen. Sie dient dazu, den üblichen Verschluss für Kronenkorken anzusetzen, um den erfindungsgemässen Flaschenverschluss 1 von der Flasche 4 abzuziehen.
Bei den folgend beschriebenen Flaschenverschlüssen der Fig. 3 bis 5 handelt es sich um solche mit nur konstruktiv geänderten Formen und Details, welche die Aufgabe des Verschlusses gemäss Fig. 2 ebenso erfüllen, aber darüberhinaus besondere Eigenschaften aufweisen.
So ist bei dem Verschluss gemäss Fig. 3 der Pfropfenteil 2 insofern geändert, als dessen Aussenfläche 19 im Längsschnitt gesehen konvex nach aussen gewölbt ausgebildet ist.
Eine solche Form verursacht beim Werkzeug zwar höheren Aufwand, doch lässt sich unter Umständen ein festerer Sitz der Mantelfläche 19 in der Flaschenöffnung erreichen.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Fig. 4 befindet sich in der Stirnwand 8 des Verschlusses eine sickenartige Vertiefung 20, die wie eine Sollbruchstelle erscheint und dafür bestimmt ist, den Mantelteil 3 des Verschlusses weiter nach unten zu drükken, als dies ohne Anordnung der Sicke 20 möglich wäre. Auf diese Weise werden erhebliche positive Toleranzüberschreitungen in bezug auf das Mass a gemäss Fig. 1 beherrscht.
Schliesslich sieht Fig. 5 eine Versteifung der membranartigen Wand 6 beispielsweise durch Rippen 21 und dergleichen vor. Sie sorgen dafür, dass beim Eindrücken des Verschlusses in schadhafte Flaschen diese brechen, während die Steifigkeit des Verschlusses nicht ausreicht, einwandfreie Flaschen zu zerbrechen.
In allen Fällen empfiehlt es sich, einen möglichst harten spritzbaren Kunststoff, wie er z. B. unter dem Markennamen Hostalen bekannt ist, zu verwenden. Diese Stoffe gewähren die nötige Festigkeit, ohne von ihrer Elastizität einzubüssen. So wird beispielsweise die Wandung des Pfropfenteils beim Einpressen in zu enge Flaschen nicht bleibend eingestaucht, wie dies beispielsweise bei weichem Polyäthylen der Fall wäre. Ist der Kunststoff hart und doch elastisch, dann gewährt die Ausbildung nach Fig. 4 auch eine ausreichende Vorspannung, die es ermöglicht, einwandfreie Dichtungsund Halterungsfunktion zu erzielen.
Die in Fig. 5 gezeigte riegenartige Versteifung 21 lässt sich aber auch an der Unterseite des Pfropfenteiles 2 anwenden, indem man die Wand 5 des Pfropfenteiles 2 möglichst dünnwandig, beispielsweise entlang der gestrichelten Linie 22 ausbildet. Diese dünne Wand hätte für sich nicht ausreichend Widerstandskraft, um bei Flaschenöffnungen verschiedener Grösse in jedem Fall satt an der Flaschenwandung anzuliegen. Aus diesem Grunde kann man diese Wand 5 mit zusätzlichen Stegen versteifen, ohne dass Gefahr bei der Entformung besteht. Ob die Innenfläche der Wand 5 der Aussenfläche nachgebildet ist, ist nicht von entscheidender Bedeutung.
Der Verschluss ist geschmackfrei und ohne schädliche Einwirkung auf den Flascheninhalt. Es besteht keine Rostgefahr wie bei Kronenkorkverschlüssen, so dass sich die Flaschen auch in feuchten Räumen lagern lassen. Auch besteht keine Verletzungsgefahr durch scharfe Kanten und keine Bruchgefahr beim Aufsetzen auf einwandfreie Flaschen. Besonders zeichnet sich der erfindungsgemässe Verschluss durch seine hohe Druckfestigkeit und -dichtigkeit (mindestens 8 atü), ohne Rücksicht auf unterschiedliche Flaschenmasse aus.
Im Sinne der Erfindung erweist es sich als besonders vorteilhaft, die Flaschenverschlüsse leicht bis mittelmässig zu erwärmen, bevor sie als Kronkorkersatz auf die Flaschen maschinell gesetzt werden. Diese Erwärmung kann beispielsweise innerhalb der Verschliessvorrichtung durch Erwärmung des Zuführkanals, durch Bestrahlen mit Heissluft oder auch durch Passieren der Verschlüsse durch warmes Wasser oder sonstige Erhitzungsmedien erfolgen.