Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschlusskappe zum Verschliessen einer \ffnung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs. Sie kommt beispielsweise in Kombination mit einem Kunststoffscharnier als Verschluss eines Einweggebindes zum Einsatz.
Verschlusskappen für Einweggebinde sind normalerweise Wegwerfprodukte, welche in der Regel aus Kunststoff durch Spritzgiessen hergestellt werden. Aus diesem Grund ist es günstig, wenn sie möglichst wenig Material benötigen, um die Abfallmenge und den Verbrauch an Rohstoffen nicht unnötig zu belasten. Es ist daher notwendig, dass die Verschlusskappen so konstruiert werden, dass sie möglichst dünnwandig sind. Der Gewichtsoptimierung sind aber gewisse physikalische Grenzen gesetzt. Zum einen muss die Verschlusskappe eine minimale Stabilität aufweisen, sodass sie den Gebrauch infolge Instabilität nicht einschränkt. Andererseits muss die Herstellbarkeit mittels Spritzgiessen garantiert sein, was gewisse Bedingungen an die Fliesswege, insbesondere an die Wandstärken im Verhältnis zu den Fliesswegen des Materials stellt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verschlusskappen sind hinsichtlich Gewicht und Stabilität in der Regel ungenügend. Sie weisen, trotz des hohen Materialaufwandes, eine ungenügende Steifigkeit auf, was sich in zu starken Deformationen beim \ffnen oder Schliessen äussert.
Herkömmliche Verschlusskappen mit einem Scharnier werden in der Regel durch Drücken auf den dem Scharnier diametral gegenüberliegenden Rand verschlossen. Auf Grund der zu geringen Stabilität neigen diese Kappen aber zu starkem Durchwölben im Mittelbereich, was dazu führt, dass die Verschlusskappe nicht richtig auf der zu verschliessenden \ffnung sitzt und diese infolgedessen die zu verschliessende \ffnung nicht richtig verschliesst. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die bekannten Verschlusskappen meist nur mit sehr viel Kraft auf die \ffnung aufgesetzt werden können. Dies resultiert daher, dass der Rand der Kappe, welcher über den Rand der \ffnung gestülpt wird, zu dick ist und daher beim Verschliessen Ringspannungen aufbaut. Die Folge davon ist ein unnötig hoher Kraftaufwand.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verschlusskappe zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Systeme vermeidet. Insbesondere soll diese gewichts-, steifigkeits- und kräfteoptimiert sein und sich optimal für die Herstellung mittels Spritzguss und die Kombination mit einem Scharniersystem eignen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Verschlusskappe, wie sie im unabhängigen Patentanspruch definiert ist.
Die hier offenbarte Verschlusskappe löst die Aufgabe durch eine funktionale Unterteilung und Anordnung der funktionswichtigen Elemente, sodass sich diese, im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Systeme, nicht gegenseitig negativ beeinflussen. Durch Vermeiden dieser negativen Interaktionen und durch die funktionale Trennung wird zudem erreicht, dass die einzelnen Bereiche unabhängig voneinander und daher optimiert gestaltet und dimensioniert werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren detailliert beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemässen Verschlusskappe,
Fig. 2 die Funktionsweise der erfindungsgemässen Verschlusskappe,
Fig. 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Verschlusskappe,
Fig. 4 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Verschlusskappe mit Scharnier,
Fig. 5 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Verschlusskappe.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Verschlusskappe in einer vertikalen Schnittdarstellung und unterteilt in die funktionell wichtigen Regionen. Die funktionale Unterteilbarkeit der erfindungsgemässen Verschlusskappe 1 in Regionen wird anhand der in Fig. 1 gezeigten, schematischen Darstellung deutlich. Im Wesentlichen werden vier funktionswichtige Elemente, die Regionen der Verschlusskappe zugeordnet sind, unterschieden. Diese sind mindestens ein vorzugsweise ringförmiges Biegeelement 2, mindestens ein Dichtelement 3, mindestens ein Klemmelement 4 und mindestens ein Abdeckelement 5. Diese Elemente sind dabei so zueinander angeordnet, dass jegliche negative gegenseitige Beeinflussung ausgeschlossen wird. Durch diese bewusste Trennung wird zudem erreicht, dass sich die einzelnen Elemente unabhängig voneinander und funktionsgerecht dimensionieren lassen.
Das vorzugsweise ringförmige Biegeelement 2 bildet das Gerüst der Verschlusskappe und dient als Träger und Plattform für die anderen Elemente. Es dient ausserdem der Kraftübertragung und Krafteinleitung.
Wenn die erfindungsgemässe Verschlusskappe für einen Scharnierverschluss verwendet wird, garantiert das Biegeelement 2, dass die üblicherweise diametral gegenüber dem Scharnier aufgebrachten Schliesskräfte auf dem ganzen Umfang verteilt werden und so sichergestellt wird, dass die Verschlusskappe dichtend auf der zu verschliessenden \ffnung aufsitzt. Aus diesem Grund weist das Biegeelement vorzugsweise eine erhöhte Biegesteifigkeit um die mit Y bezeichnete Achse des Querschnittes aus. Eine erhöhte Biegesteifigkeit um die Z-Achse ist bei der hier dargestellten Anordnung nicht zwingend erforderlich, sodass die diese bestimmende Ausdehnung des Biegeelementes 2 in Richtung dieser Achse so minimiert werden kann, dass eine Mindeststeifigkeit erhalten bleibt.
Eine besondere Torsionsteifigkeit um die X-Achse sowie um die anderen Achsen lässt sich zur Erzeugung bestimmter Effekte gezielt einstellen. Durch die bewusste Anisotropie des Biegeelementes 2 lassen sich gewünschte Effekte erzeugen. In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung befindet sich ein Dichtelement 3 und ein Klemmelement 4 hier unterhalb des Biegeelementes 2. Das Dichtelement 3 dient der Abdichtung der zu verschliessenden \ffnung 6 (vgl. Fig. 3) und ist so ausgeführt, dass es sich optimal einem Rand 7 (vgl. Fig. 3) der \ffnung 6 dichtend anpasst. Bei Bedarf kann dieser Bereich auch aus einem anderen Material gefertigt sein als der Ring. Ein weiches, beispielsweise ein silikonartiges, Material eignet sich besonders gut. Eine solche Verschlusskappe könnte beispielsweise in Mehrkomponentenspritztechnik hergestellt werden.
Im Bereich des Dichtelementes 3 befindet sich das Klemmelement 4. Dieses dient dazu, die Verschlusskappe sicher auf der zu verschliessenden \ffnung 6 zu halten. Sie ist so ausgeführt, dass es in Wirkkombination mit dem Dichtelement 3 und der \ffnung 6 (vgl. Fig. 2) steht. Das Klemmelement 3 weist eine gewisse elastische Dehnbarkeit auf, sodass es sich optimal auf die \ffnung 6 aufsetzen lässt.
Das Abdeckelement 5 dient schlussendlich dem eigentlichen Verschliessen der \ffnung 6. Es kann sehr dünnwandig ausgeführt werden, da es in der Regel keinen besonderen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Aufbau wird das Abdeckelement 5 durch das hier ringförmige Biegeelement 2 begrenzt. Aus dem erfindungsgemässen Aufbau der Verschlusskappe ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass die dickerwandigen Bereiche (hier beispielhaft das Biegeelement 2) als Fliesshilfen für die dünnerwandigen Bereiche (hier beispielhaft das Abdeckelement 5) dienen können. Die Bedeutung des Pfeils F2 wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2B näher erläutert.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Aufprellvorgang der erfindungsgemässen Verschlusskappe 1 auf den Rand 7 der \ffnung 6 in drei Schritten (Fig. 2A bis 2C). Fig. 2A zeigt die erfindungsgemässe Verschlusskappe 1 lose aufgesetzt auf dem Rand 7 der \ffnung 6. Durch das Aufbringen einer Kraft, dargestellt durch den Pfeil F1 (vgl. Fig. 2B), wird die Verschlusskappe 1 auf den Rand 7 gedrückt, sodass sich das Klemmelement 4 elastisch deformiert. Diese elastische Deformation wird durch den Pfeil P dargestellt. Auf Grund des Biegeelementes 2 wird die Kraft F1 nicht nur lokal auf das Klemmelement übertragen, sondern auf dem ganzen Umfang annähernd gleichmässig verteilt, was durch den Pfeil F2 (vgl. Fig.1) verdeutlicht wird.
Die für die Deformation des Klemmelementes 2 aufzubringende Kraft hängt einerseits von der Biegesteifigkeit dieses Elementes ab und andererseits von den sich aufbauenden Ringspannungen, wenn das Klemmelement 4 als Ring ausgestaltet ist, welcher den ganzen Rand 7 geschlossen umgibt. Um das Mass der für das Aufprellen aufzuwendenden Kraft gezielt einzustellen, kann das Klemme lement 4 auch geschlitzt ausgeführt werden (vgl. Fig. 5). Dadurch werden die Umfangsspannungen weitgehend vermieden, sodass die Biegesteifigkeit des Klemmelementes ausschlaggebend wird.
Am Ende sitzt die erfindungsgemässe Verschlusskappe 1, wie in Fig. 2C dargestellt, sicher auf dem Rand 7 der zu verschliessenden \ffnung 6. Das Dichtelement 3 wird dabei durch eine verteilte Dichtkraft D an den Rand 7 der \ffnung 6 gepresst. Auf Grund der erfindungsgemässen funktionalen Trennung der Elemente kann das Dichtelement 3 so gestaltet werden, dass es sich optimal der Kontur des Randes 7 anpasst. Die Dichtkraft D wird dabei durch das Klemmelement 4 erzeugt, welches so angeordnet ist, dass es, vorzugsweise wie in Fig. 2C dargestellt, in Wirkkombination mit dem Dichtelement 3 und dem Rand 7 steht. Die durch das Klemmelement erzeugte und mit der Dichtkraft D korrespondierende Zuhaltekraft ist durch den Pfeil Z symbolisch dargestellt.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen beispielhaft bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Verschlusskappe. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform, welche sich durch eine sehr geringe Bauhöhe auszeichnet, ist das Biegeelement 2 auf die Innenseite der \ffnung 6 gelegt worden, sodass es von aussen nicht sichtbar ist.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Verschlusskappe, kombiniert mit einem Scharnier 8 und einem Unterteil 9 (selbstverständlich sind bei Bedarf auch alle anderen Ausführungsformen der hier gezeigten erfindungsgemässen Verschlusskappe mit einem Scharnier kombinierbar). Das Biegeelement 2 dieser Ausführungsform weist einen um den Umfang variierenden Querschnitt auf. Durch gezielte Wahl des Querschnittverlaufs kann die Biegesteifigkeit des Biegeelementes 2 und dadurch die Druckverteilung auf den Rand 7 gezielt eingestellt werden.
Bei der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform ist das Klemmelement 4 segmentiert. Dadurch wird erreicht, dass beim Aufprellen keine Umfangsspannungen aufgebaut werden.
Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass die hier offenbarte Verschlusskappe nicht nur auf kreisrunde \ffnungsquerschnitte anwendbar ist, sondern auch für beliebige Querschnitte, insbesondere solche, die nicht in einer Ebene liegen.
Die Funktionsweise der übrigen Elemente entspricht den für die Fig. 1 und 2 gemachten Beschreibungen.