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.
The present invention relates to a closure cap for closing an opening according to the preamble of the independent claim. For example, it is used in combination with a plastic hinge to close a one-way container.
Caps for disposable containers are usually disposable products, which are usually made of plastic by injection molding. For this reason, it is beneficial if you need as little material as possible so as not to unnecessarily burden the amount of waste and the consumption of raw materials. It is therefore necessary that the caps are constructed so that they are as thin-walled as possible. However, there are certain physical limits to weight optimization. Firstly, the closure cap must have minimal stability so that it does not restrict use due to instability. On the other hand, the manufacturability by means of injection molding must be guaranteed, which places certain conditions on the flow paths, in particular on the wall thickness in relation to the flow paths of the material.
The caps known from the prior art are generally unsatisfactory in terms of weight and stability. Despite the high cost of materials, they have insufficient rigidity, which manifests itself in excessive deformations when opening or closing.
Conventional caps with a hinge are usually closed by pressing on the edge diametrically opposite the hinge. Due to the insufficient stability, these caps tend to bulge in the middle area, which means that the closure cap does not sit properly on the opening to be closed and as a result does not properly close the opening to be closed. Another problem is that the known sealing caps can usually only be placed on the opening with a great deal of force. The result of this is that the edge of the cap, which is placed over the edge of the opening, is too thick and therefore builds up ring stresses when it is closed. The consequence of this is an unnecessarily high effort.
It is an object of the invention to provide a closure cap which avoids the disadvantages of the known systems. In particular, this should be optimized in terms of weight, rigidity and forces and should be ideally suited for production by means of injection molding and the combination with a hinge system.
The object is achieved by the closure cap as defined in the independent claim.
The closure cap disclosed here solves the problem by a functional subdivision and arrangement of the functionally important elements, so that, in contrast to the systems known from the prior art, these do not have a negative influence on one another. By avoiding these negative interactions and through the functional separation, it is also achieved that the individual areas can be designed and dimensioned independently of one another and therefore in an optimized manner.
The invention is described in detail below with reference to figures. Show:
1 is a sectional view of a closure cap according to the invention,
2 shows the functioning of the closure cap according to the invention,
3 shows a preferred exemplary embodiment of the closure cap according to the invention,
4 shows a further preferred exemplary embodiment of the closure cap according to the invention with a hinge,
5 shows a further preferred exemplary embodiment of the closure cap according to the invention.
1 shows a closure cap according to the invention in a vertical sectional view and divided into the functionally important regions. The functional subdivision of the closure cap 1 according to the invention into regions becomes clear from the schematic illustration shown in FIG. 1. There are essentially four functionally important elements that are assigned to regions of the closure cap. These are at least one preferably annular bending element 2, at least one sealing element 3, at least one clamping element 4 and at least one cover element 5. These elements are arranged in relation to one another in such a way that any negative mutual influence is excluded. This deliberate separation also ensures that the individual elements can be dimensioned independently of one another and functionally.
The preferably annular bending element 2 forms the framework of the closure cap and serves as a carrier and platform for the other elements. It also serves to transmit and apply force.
If the closure cap according to the invention is used for a hinge closure, the bending element 2 guarantees that the closing forces which are usually applied diametrically with respect to the hinge are distributed over the entire circumference and thus ensure that the closure cap sits sealingly on the opening to be closed. For this reason, the bending element preferably has an increased bending stiffness about the axis of the cross section designated Y. An increased bending stiffness around the Z axis is not absolutely necessary in the arrangement shown here, so that the extension of the bending element 2 in the direction of this axis that determines this can be minimized so that a minimum stiffness is retained.
A special torsional stiffness around the X axis as well as around the other axes can be set specifically to produce certain effects. The deliberate anisotropy of the bending element 2 can produce desired effects. In the arrangement shown in FIG. 1, there is a sealing element 3 and a clamping element 4 below the bending element 2. The sealing element 3 serves to seal the opening 6 to be closed (see FIG. 3) and is designed such that optimally fits an edge 7 (see FIG. 3) of the opening 6 in a sealing manner. If necessary, this area can also be made of a different material than the ring. A soft, for example a silicone-like, material is particularly suitable. Such a closure cap could, for example, be produced using multi-component injection molding technology.
The clamping element 4 is located in the area of the sealing element 3. This serves to hold the closure cap securely on the opening 6 to be closed. It is designed so that it is in active combination with the sealing element 3 and the opening 6 (cf. FIG. 2). The clamping element 3 has a certain elastic extensibility, so that it can be optimally placed on the opening 6.
The cover element 5 ultimately serves to actually close the opening 6. It can be made very thin-walled, since it is generally not exposed to any particular stresses. In the construction shown schematically in FIG. 1, the cover element 5 is delimited by the annular bending element 2 here. The construction of the closure cap according to the invention provides the additional advantage that the thick-walled areas (here, for example, the bending element 2) can serve as flow aids for the thinner-walled areas (here, for example, the cover element 5). The meaning of arrow F2 is explained in more detail in connection with the description of FIG. 2B.
FIG. 2 schematically shows an impact process of the closure cap 1 according to the invention on the edge 7 of the opening 6 in three steps (FIGS. 2A to 2C). FIG. 2A shows the closure cap 1 according to the invention placed loosely on the edge 7 of the opening 6. By applying a force, represented by the arrow F1 (cf. FIG. 2B), the closure cap 1 is pressed onto the edge 7, so that the clamping element 4 is elastically deformed. This elastic deformation is represented by the arrow P. Due to the bending element 2, the force F1 is not only transmitted locally to the clamping element, but is distributed approximately uniformly over the entire circumference, which is illustrated by the arrow F2 (see FIG. 1).
The force to be applied for the deformation of the clamping element 2 depends on the one hand on the bending stiffness of this element and on the other hand on the ring stresses that build up if the clamping element 4 is designed as a ring which surrounds the entire edge 7 in a closed manner. In order to adjust the amount of force to be applied for the impact, the clamping element 4 can also be slotted (cf. FIG. 5). As a result, the circumferential stresses are largely avoided, so that the bending stiffness of the clamping element is decisive.
At the end, the closure cap 1 according to the invention, as shown in FIG. 2C, sits securely on the edge 7 of the opening 6 to be closed. The sealing element 3 is pressed against the edge 7 of the opening 6 by a distributed sealing force D. Due to the functional separation of the elements according to the invention, the sealing element 3 can be designed in such a way that it optimally adapts to the contour of the edge 7. The sealing force D is generated by the clamping element 4, which is arranged such that it, preferably as shown in FIG. 2C, is in active combination with the sealing element 3 and the edge 7. The locking force generated by the clamping element and corresponding to the sealing force D is symbolically represented by the arrow Z.
3 to 5 show examples of preferred embodiments of the closure cap according to the invention. In the embodiment shown in FIG. 3, which is characterized by a very low overall height, the bending element 2 has been placed on the inside of the opening 6, so that it is not visible from the outside.
The embodiment shown in FIG. 4 shows a closure cap, combined with a hinge 8 and a lower part 9 (of course, all other embodiments of the closure cap according to the invention shown here can also be combined with a hinge). The bending element 2 of this embodiment has a cross section that varies around the circumference. The bending stiffness of the bending element 2 and thus the pressure distribution on the edge 7 can be set in a targeted manner by specifically selecting the cross-sectional profile.
In the embodiment shown in FIG. 5, the clamping element 4 is segmented. This ensures that no circumferential stresses are built up during impact.
It is self-evident to the person skilled in the art that the closure cap disclosed here can be used not only for circular opening cross sections, but also for any cross sections, in particular those which do not lie in one plane.
The functioning of the other elements corresponds to the descriptions made for FIGS. 1 and 2.