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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen
eines Getränkebehälters mit hohem Innendruck gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist allgemein bekannt, dass Getränke in Dosen abgefüllt
und zum Verkauf angeboten werden, die unter anderem zur Erhöhung
der Erfrischungswirkung mit Kohlensäure (CO2)
versetzt sind. Nach dem Befüllen und Verschließen
derartiger Getränkedosen perlt dieses Kohlensäure
aus dem Getränk zu einem gewissen Anteil aus, so dass sich
in der Getränkedose ein Überdruck im Bereich von
2 bis 6 bar bildet. Um ein Austreten des Getränks und auch
des Kohlensäure vor dem Erstgebrauch zu verhindern, sind solche
Getränkedosen mit einem Deckel verschlossen, der radial
außen gas- und flüssigkeitsdicht mit dem topfförmigen
Hauptkörper der Getränkedose verbunden ist. Um
an der Inhalt der Getränkedose heran zu kommen, weist der
Deckel üblicherweise eine Aufreißlasche auf, nach
deren Betätigung eine Öffnung im Deckel freigegeben
ist, durch die das Getränk aus dem Getränkebehälter
entnehmbar ist. Ein Wiederverschließen solcher Getränkedosen
ist nicht möglich. In diesem Zusammenhang ist es nachteilig, dass
durch die Öffnung im Deckel auch Kohlensäure entweichen
und dadurch das Getränk an Genußwert verliert.
Zudem können durch die Öffnung im Deckel Insekten
in das Innere der Getränkedose gelangen, welches als sehr
störend empfunden wird.
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Um
eine Getränkedose wiederverschließbar auszubilden
sind viele Vorschläge bekannt geworden. Eine Erfolg versprechende
technische Lösung ist in der
DE 10 2005 015 505 A1 der
4Pack GmbH beschrieben worden. Gegenüber sonst üblichen
Vorrichtungen zum Öffnen und Verschließen eines
Getränkebehälters, die nur unter Nutzung beider
Hände eines Nutzer bedient werden können, erlaubt
dieser Typ von Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
dessen Betätigung mit nur einer Hand sowie mit einem vergleichsweise
geringen Kraftauf wand. Das Besondere an diesem Verschluss ist sein
Deckel, dessen Deckelkappe seine Geometrie reversibel ändern
kann. So weist die Deckelkappe im geschlossenen Zustand die Geometrie
eines Kugelabschnittes auf. Durch die Einwirkung einer beispielsweise
von einem Finger auf die Mitte dieses Kugelabschnitts ausgeübten
axialen Kraft lässt sich die Deckelkappe soweit verformen,
dass sich diese nach innen einbeult und an ihrem Rand zumindest
eine Öffnung zur Entnahme der Flüssigkeit aus
dem Behälter freigibt. Eine anschließende Einwirkung
einer zweiten Kraft auf den Rand der Deckelkappe führt
zu einer Rückverformung derselben in ihre Ausgangsgeometrie,
bei welcher die Deckelkappe den Flüssigkeitsbehälter
erneut verschließt und abdichtet. Erreicht wird die beschriebene
Funktionsweise bei dieser bekannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
durch eine unterhalb der Deckelkappe angeordnete mehrarmige Stütz-
und Federstruktur, die mit der Deckelkappe verbunden ist und diese
bei ihrer Verformung unterstützt.
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Aus
der
DE 10 2007
035 728 A1 der 4Pack GmbH sind Weiterentwicklungen dieser
Verschließ- und Öffnungsvorrichtung bekannt, welche
die Befestigung derselben an einer Getränkedose, die Ausbildung
eines Ausgieß- oder Trinkabschnittes sowie eine verbesserte
Abdichtung betreffen. Die verbesserte Abdichtung wird durch elastische
Verriegelungsmittel an der Deckelkappe sowie damit zusammenwirkende
elastische Verriegelungsmittel an dem Basisteil der Verschließ-
und Öffnungsvorrichtung erreicht, welche die Deckelkappe
und das Basisteil unter Einwirkung der beiden genannten Kräfte
miteinander verbinden bzw. wieder frei geben können. Zudem
besitzt die Deckelkappe axial und radial ausgerichtete Dichtlippen,
die im geschlossenen Zustand der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
abdichtend auf dem Basisteil aufliegen. Diese Verschließ-
und Öffnungsvorrichtung verhindert in ihrer Schließstellung
auch nach einem erstmaligen Öffnen derselben sicher, dass
unerwünscht Gegenstände oder Tiere in den noch
teilweise mit dem Getränk gefüllte Getränkebehälter
eindringen können, wodurch der Gebrauchswert eines derart
ausgestatteten Getränkebehälters gegenüber üblichen
Getränkedosen stark gesteigert ist.
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Wenngleich
diese bekannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtungen
für dosenförmige Getränkebehälter
eine Reihe von Vorteilen aufweisen, so sind sie dennoch nicht ohne
weiteres dazu geeignet, kohlensäurehaltige Flüssigkeiten,
wie etwa ein Mineralwasser oder ein Bier, ausreichend dicht in dem
Getränkebehälter einzuschließen. Dies
liegt daran, dass solche Flüssigkeiten wie oben schon erwähnt
ständig Kohlensäure abgeben, wodurch sich im Getränkebehälter
ein Überdruck gegenüber dem Druck der Umgebungsluft
aufbaut. Dieser Überdruck hebt die die Deckelkappe an,
so dass nachteilig zumindest die Kohlensäure entweichen
kann. Außerdem hat sich gezeigt, dass die aus der
DE 10 2007 035 728
A1 bekannte Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
auch im verschlossenen Zustand axial vergleichsweise groß ist,
also die Länge des Getränkebehälters
vergrößert, was als nachteilig empfunden wird.
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Um
die beschriebenen Nachteile zu beseitigen, sieht die nicht vorveröffentlichte
DE 10 2008 056 301
A1 der 4Pack GmbH zur Erhöhung der Gasdichtigkeit
vor dem Erstgebrauch des Getränkebehälters eine
abdichtende Schutzfolie vor, die an der Deckelbasis axial unterhalb
der eigentlichen Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
angeordnet ist. Eine gesonderte Trennvorrichtung an der Verschließ-
und Öffnungsvorrichtung sorgt dafür, dass die
Schutzfolie bei dem Erstgebrauch der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
zerstört wird und damit das Getränk zur Entnahme
freigibt. Die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
der
DE 10 2008
056 301 A1 ist sehr gut für einen Getränkebehälter
geeignet, welcher ein kohlensäurehaltiges Getränk
aufnimmt, das nach dem Befüllvorgang durch Ausgasen Drücke
von 1 bis 2 bar erzeugt.
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Als
nachteilig wird beurteilt, dass der konstruktive Aufbau der zuletzt
genannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
recht komplex ist. Zudem besteht in der Getränkeindustrie
ein Bedarf, solche oder ähnliche Verschließ- und Öffnungsvorrichtungen
auch an dosenförmigen Getränkebehältern
zu nutzen, deren Getränke vor der Erstbenutzung durch Ausgasen
Drücke von 3 bis 8 bar erzeugen.
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Die
bisher bekannten gattungsgemäßen Verschließ-
und Öffnungsvorrichtungen sind für solch hohen
Drücke nicht geeignet, da der Gasdruck im Inneren der Getränkedose
von Innen gegen die bistabile Deckelkappe drückt und so
deren Betätigung in Öffnungsrichtung erschwert.
Eine weitere Forderung besteht darin, dass ein solcher Getränkebehälter nach
der Erstbenutzung der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
so gut verschließbar sein soll, dass ein schnelles Ausgasen
der Kohlensäure aus dem Getränk weitgehend vermieden
wird.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen eines
Getränkebehälters vorzustellen, welche Getränke
mit gelöstem Gas auch unter vergleichsweise hohen Innendrücken
zumindest bis zu deren Erstgebrauch gas- und flüssigkeitsdicht
verschließen kann. Nach dem Erstgebrauch der Vorrichtung
zum Öffnen und Verschließen des Getränkebehälters
soll diese den Getränkebehälter zumindest gegen
das Eindringen von Fremdkörpern sicher verschließen.
Wert wird zudem darauf gelegt, dass die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
wie die bekannten Vorrichtungen mit nur einer Hand geöffnet
und verschlossen werden kann.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des
Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen und
Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Betätigungsteil
der Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen eines
Getränkebehälters, also die bistabile Deckelkappe,
von dem vergleichsweise hohen Innendruck im Getränkebehälter
entlastet werden muss, um deren leichte Betätigung in Öffnungsrichtung
mit nur einer Hand realisieren zu können. Dies wird erreicht
durch ein in die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
integriertes Ventil, dessen Ventilschieber mit der bistabile Deckelkappe
derart zusammenwirkt, dass der Ventilschieber von seinem Ventilsitz
abhebt, wenn die Deckelkappe in Öffnungsrichtung betätigt
wird, und der sich an den Ventilsitz abdichtend anlegt, wenn die
Deckelkappe in Schließrichtung betätigt wird.
Der Ventilschieber stützt sich dabei an der Innen seite
der Deckelbasis ab, so dass dann keine durch den Überdruck
im Getränkebehälter entstehenden Kräfte
auf die Deckelkappe wirken können. Ein nur geringes Abheben
des Ventilschiebers von dem Ventilsitz durch Einwirken einer Axialkraft
auf die Oberseite der Deckelkappe reicht aus, um den Überdruck
in dem Getränkebehälter soweit zu reduzieren,
dass die Vorrichtung vollständig geöffnet werden
kann.
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Die
Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Anspruchs
1 daher aus von einer Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen
eines Getränkebehälters, welcher einen topfförmigen
Hauptkörper und einen im Bereich seines freien Endes gas-
und flüssigkeitsdicht befestigten Deckel aufweist, wobei
der Deckel eine Deckelbasis und eine auf der Deckelbasis aufliegende
bistabilen Deckelkappe aufweist, welche in einem ersten stabilen
Betätigungszustand wenigstens eine axial ausgerichtete Öffnung
in der Deckelbasis verschließt sowie in einem zweiten stabilen
Betätigungszustand diese Öffnung zur Entnahme
des Getränks freigibt, und bei der ein Öffnen
der Deckelkappe durch Einwirken einer axialen Kraft F2 auf den mittleren
Bereich der Deckelkappe sowie ein Verschließen der Deckelkappe
durch Einwirken einer axialen Kraft F3 auf den Randbereich derselben
jeweils in Richtung zum Innenraum des Getränkebehälters
einstellbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist
zudem vorgesehen, dass die Deckelkappe an ihrer Innenseite mit einem
Ventilschieber eines Ventils verbunden ist, welcher die Öffnung
in der Deckelbasis in einem der beiden stabilen Betätigungszustände
der Deckelkappe verschließt und in dem anderen stabilen
Betätigungszustand öffnet.
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Durch
diesen Aufbau weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
tatsächlich zwei separate Verschließ- und Öffnungsmittel
auf, die zwar miteinander gekoppelt sind, aber unabhängig
voneinander wirksam sind. Während das Ventil mit seinem
Ventilschieber ein sicheres gas- und druckdichtes Verschließen des
Getränkebehälters ermöglicht, dient die
Deckelkappe einerseits als Betätigungsmittel für
den Ventilschieber und anderseits ebenfalls zum Öffnen
bzw. Verschließen des Deckels der Getränkedose,
wobei die Deckelkappe in ihrer Schließstellung zumindest das
Eindringen von Fremdstoffen bzw. Insekten in Richtung zu dem Ventilschieber
sicher unterbindet.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass die bistabile Deckelkappe hinsichtlich ihrer
in Schließrichtung wirkenden Rückstellkraft F4
für einem Übergang von ihrer Öffnungsstellung
hin zu ihrer Schließstellung derart ausgebildet ist, dass
diese Rückstellkraft F4 alleine ausreicht, um den Getränkebehälter
mittels dem Ventilschieber gas- und flüssigkeitsdicht zu
verschließen. Durch dieses Konstruktionsmerkmal ist sichergestellt,
dass ein auf den Ventilschieber wirkender Überdruck in
dem Getränkebehälter nicht benötigt wird,
um diesen auch nach einer Erstbenutzung erneut in Schließrichtung
zu betätigen und sicher verschließen zu können.
Auf diese Weise ist die Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen
eines Getränkebehälters auch für Getränke
geeignet, welche nicht mit Kohlensäure versetzt sind.
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In
weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Ventilschieber derart
ausgebildet und angeordnet ist, dass ein in dem Getränkebehälter
vorhandener Überdruck P1, der durch ein aus einem Getränk
ausperlendes Gas (CO2) erzeugt wird, den
Ventilschieber zusätzlich zu der Rückstellkraft
F4 der Deckelkappe mit einer überdruckabhängigen
Kraft F1 gegen seinen Dichtsitz drückt.
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Der
Ventilschieber weist vorzugsweise einen koaxial zur Längsachse
des Getränkebehälters ausgerichteten Abschnitt
und an dessen deckelkappenfernen axialen Ende einen nach radial
außen abgewinkelten Rand auf, wobei der koaxiale Abschnitt
die axial ausgerichtete Öffnung in der Deckelbasis axial durchdringt
und der radial abgewinkelten Rand die Deckelbasis radial und axial
untergreift. In seiner Schließstellung liegt der abgewinkelte
Rand demnach an dem zugeordneten Abschnitt der Deckelbasisunterseite
abdichtend an. Der koaxial zur Längsachse des Getränkebehälters
ausgerichtete Abschnitt der Deckelbasis ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet,
mit einem im Bereich der Deckelkappe angeordneten bodenförmigen
bzw. konkaven Mittelabschnitt, so dass der Ventilschieber eine weitgehend
topfförmige Geometrie aufweist.
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Der
radial abgewinkelte Rand des Ventilschiebers weist an seiner zur
Unterseite der Deckelbasis gerichteten Seite eine Dichtfläche
auf, die im geschlossenen Zustand des Getränkebehälters
dichtend an der Unterseite der Deckelbasis anliegt.
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Der
Ventilsitz, also die gegenüber liegende Dichtfläche
für den Ventilsschieber, wird vorzugsweise durch einen
Dichtring gebildet, welcher in einer Ringnut an der Unterseite der
Deckelbasis im Bereich des radial abgewinkelten Randes ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist diese Ringnut an dem freien Ende eines an der Deckelbasis
ausgebildeten Ringstegs ausgebildet, welcher nach axial innen von
der Deckelbasis absteht, also in Richtung zu dem abgewinkelten Rand
des Ventilschiebers weist.
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Zur
Realisierung einer Abdichtung zwischen dem abgewinkelten Rand des
Ventilschiebers und der Deckelbasis ist gemäß einer
anderen Ausführungsform vorgesehen, dass an die Unterseite
der Deckelbasis im Bereich des radial abgewinkelten Randes ein dort
angespritztes Dichtmittel angeordnet ist. Hierbei kann vorgesehen
sein, dass das angespritzte Dichtmittel an dem freien Ende des an
der Deckelbasis ausgebildeten Randes ausgebildet ist, welcher axial
nach innen von der Deckelbasis absteht. Die Variante mit dem angespritzten
Dichtmittel ist vorteilhaft, weil auf die Ausbildung einer einen Dichtring
aufnehmenden Ringnut sowie auf die Montage eines gesonderten Dichtringes
Kosten sparend verzichtet werden kann.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich
der axial ausgerichteten Öffnung in der Deckelbasis ein
axial nach außen gerichteter Stützring zum Abstützen
der Deckelkappe ausgebildet ist, welcher radial ausgerichtete Öffnungen
aufweist.
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Gemäß einer
dazu anderen Variante ist vorgesehen, dass im Bereich der axial
ausgerichtete Öffnung in der Deckelbasis axial nach außen
gerichtete und ringförmig angeordnete Stützstege
ausgebildet sind, zwischen denen radial ausgerichtete Öffnungen
ausgebildet sind. Vorzugsweise sind hierbei wenigstens 3 jedoch
höchstens 12 Stützstege an der Deckelbasis ausgebildet,
so dass ein guter Kompromiss zwischen der Forderung nach einer guten
Widerlagerfähigkeit und einer guten Abfließbarkeit
des Getränks aus dem Bereich des Ventilschiebers realisiert
ist.
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Die
Stützstege bzw. der Stützring dienen als Widerlager
für die bistabile Deckelkappe, vor allem wenn diese durch
Ausüben einer Axialkraft auf deren Mitte in ihre Öffnungsstellung überführt
wird. Die radialen Öffnungen zwischen den Stützstegen
bzw. in dem Stützring ermöglichen ein Abließen
des Getränks bei geneigtem Getränkebehälter
hin zu seinem radialen Rand, nachdem der Ventilschieber von seinem
Ventilsitz abgehoben hat, sowie ein Zurückfließen
von ungenutztem Getränk zurück in den Getränkebehälter.
Zur Unterstützung des Zurückfließens
des Getränks in den Getränkebehälter
weist die Deckelbasis eine Neigung unter einem Winkel a auf, deren
höchster Punkt durch den radial äußeren
Rand der Deckelbasis gebildet ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der topfförmige
Hauptkörper des Getränkebehälters und
die daran zu befestigende Deckelbasis aus dem gleichen Werkstoff
bestehen. Diese beiden Bauteile können beispielsweise aus Weißblech,
Aluminium, Kunststoff oder aus Glas bestehen. Die Deckelkappe sowie
der Ventilschieber bestehen hierbei vorzugsweise ebenfalls aus dem gleichen
Werkstoff, beispielsweise einem Kunststoff.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der topfförmige
Hauptkörper des Getränkebehälters aus
Weißblech, Aluminium, Kunststoff oder aus Glas besteht,
und dass die Deckelbasis sowie die Deckelkappe und der Ventilschieber
aus einem geeigneten Kunststoff bestehen. Die Deckelbasis, die Deckelkappe
und der Ventilschieber können dabei aus unterschiedlichen
Kunststoffen hergestellt sein.
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Sofern
die Deckelkappe und der Ventilschieber einstückig aus dem
gleichen Material hergestellt sind, ist zusätzlich vorgesehen,
dass diese derart ausgebildet und miteinander verbunden sind, dass einerseits
der Ventilschieber eine gegenüber der Deckelkappe erhöhte
Steifigkeit verfügt und andererseits die Deckelkappe ihre
bistabile Verformbarkeit aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass
die Deckelkappe so flexibel ist, dass sie durch Einwirken von Axialkräften
wechselweise in ihre beiden stabilen Betätigungsstellungen
gebracht werden kann. Außerdem wird erreicht, dass der
Ventilschieber so steif ist, dass dieser auch unter Einwirkung der
von der Deckelkappe erhaltenen axialen Öffnungskraft und
unter Einwirkung von innendruckabhängigen Schließkräften
bis 6 bar formstabil bleibt. Diese voneinander abweichenden mechanischen
Bauteileigenschaften von Deckelkappe und Ventilschieber können
beispielsweise durch unterschiedliche Wandstärken derselben
und/oder durch Versteifungsstreben oder Versteifungsrippen an dem
Ventilschieber realisiert werden.
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Gemäß einer
davon abweichenden Variante ist vorgesehen, dass die Deckelkappe
und der Ventilschieber getrennt voneinander hergestellt und anschließend
unverlierbar miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen
Deckelkappe und Ventilschieber kann mittels eines thermischen Verbindungsverfahrens
hergestellt werden, beispielsweise mittels Laserschweißen,
Hochfrequenzschweißen oder mittels Ultraschallscheißen.
Diese Verbindung erfolgt umfangsverteilt vorzugsweise an nur wenigen Stellen
der Deckelkappe.
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Der
Ventilschieber und die Deckelkappe können nach ihrer getrennten
Herstellung aber auch mittels einer Rast- oder Klips-Verbindung
miteinander verbunden sein, wozu gemäß einer Ausführungsform der
Ventilschieber an seinem zu der Deckelkappe zeigenden Ende eine
topfförmige oder ringnutförmige Rastmittelaufnahme
aufweist, in die wenigstens ein in Richtung zu dem Ventilschieber
weisendes Rastmittel der Deckelkappe verrastbar ist.
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Eine
andere Variante der Erfindung sieht vor, dass der deckelkappenferne
radiale Rand des Ventilschiebers begrenzt reversibel flexibel ausgebildet
ist.
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Hiermit
ist gemeint, dass dieser Rand gering nach axial oben, also in Richtung
zur Deckelbasis umgebogen werden kann, und anschließend
seine ursprüngliche Geometrie mit weitgehend unverminderter
Steifigkeit wieder annimmt. Diese Bauform ermöglicht es,
dass der deckelkappenferne radiale Rand des Ventilschiebers bei
einem von oben erfolgendem Durchstecken des Ventilschiebers durch
die Öffnung der Deckelbasis zum Verbinden dieser beiden
Bauteile trotz seines durchmesserbezogenem Übermaßes
nach radial innen einschwenkt, durch die axial ausgerichtete Öffnung
der Deckelbasis führbar ist und anschließend erneut
seinen größeren Außendurchmesser annimmt,
wodurch die Deckelbasis und der Ventilschieber mit der oben aufsitzenden
Deckelkappe miteinander verbunden sind.
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Sofern
die Deckelkappe und der Ventilschieber einstückig hergestellt
oder vorher miteinander verbunden wurden, so bilden die drei Bauteile
Deckelkappe, Ventilschieber und Deckelbasis nach dem Durchstecken
des Ventilschiebers durch die vorzugsweise zentrale Öffnung
in der Deckelbasis eine unverlierbare Baugruppe, die nach dem Befüllen
des Hauptkörpers des Getränkebehälters
auf letzteren nur noch aufgesetzt und mit diesem gas- und flüssigkeitsdicht
verbunden werden muss.
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Eine
andere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
der die Dichtfläche aufweisende radial ausgerichtete Rand
des Ventilschiebers hakenförmig geformt ist, so dass sein
freies Ende axial von dem Boden des Getränkebehälters weg
weist. Im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Konstruktion ist
der radial ausgerichtete Rand des Ventilschiebers nicht reversibel
flexibel ausgebildet, sondern er behält seine hakenförmige
Geometrie nach einem gegebenenfalls von unten erfolgendem Durchstecken
desselben durch die Öffnung in der Deckelbasis bei.
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Zur
Bildung eines funktionsfähigen Ventils ist in Weiterbildung
der zuletzt genannten Konstruktion des Ventilschieberrandes vorgesehen,
dass die Deckelbasis an ihrem radial inneren Ende einen nach axial
innen abgewinkelten Ab schnitt aufweist, den der hakenförmig
ausgebildete Rand des Ventilschiebers untergreift. Der hakenförmig
ausgebildete Rand des Ventilschiebers und der in Richtung zum Hauptkörperboden
abgewinkelte Abschnitt der Deckelbasis sind unter dem gleichen Winkel
zur Längsachse des Getränkebehälter ausgerichtet
ausgebildet, so dass diese beiden Bauteilabschnitte einen Ventilsitz
bilden.
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In
Weiterbildung dieser Konstruktion ist vorgesehen, dass der abgewinkelte
Abschnitt der Deckelbasis an seiner nach axial innen weisenden Seite eine
Ringnut aufweist, in der ein Dichtring aufgenommen ist. Weiter ist
in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die in Richtung zur Deckelbasis
weisende Seite des hakenförmig abgewinkelten radiale Randes
des Ventilschiebers derartig ausgebildet ist, dass dieser bei geschlossener
Deckelkappe an dem Dichtring des axial abgewinkelten Abschnitts
der Deckelbasis abdichtend anliegt.
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Um
den Ventilschieber zumindest während seiner Betätigungsbewegung
radial zu führen, ist gemäß einer anderen
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass an dem radial inneren
Ende der Deckelbasis eine Führungsfläche zur radialen
Führung des Ventilschiebers ausgebildet ist. Durch diese
Führungsfläche ist auch die Deckelkappe radial
zentriert auf der Deckelbasis angeordnet.
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Schließlich
wird es also vorteilhaft beurteilt, wenn vorgesehen ist, dass zwischen
dem mittleren, bodenförmigen Abschnitt und dem zylindrischen
Abschnitt des Ventilschiebers die bereits genannten Versteifungsstreben
oder Versteifungsrippen ausgebildet sind.
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Zum
besseren Verständnis ist der Beschreibung eine Zeichnung
mit Ausführungsbeispielen der Erfindung beigefügt.
In dieser zeigt
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1 eine
schematische Längsschnittdarstellung eines Getränkbehälters
mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verschließ-
und Öffnungsvorrichtung in einer Schließstellung,
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2 die
Verschließ- und Öffnungsvorrichtung gemäß 1 in
einer Öffnungsstellung,
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3a eine
Deckelbasis und eine Deckelkappe einer Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
gemäß der Erfindung, die durch Anwendung eines
thermischen Verfahrens miteinander verbunden sind,
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3b eine
Deckelbasis und eine Deckelkappe gemäß der Erfindung,
die durch Anwendung von Rastmitteln miteinander verbunden sind,
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4 eine
Deckelbasis und eine Deckelkappe gemäß der Erfindung,
die als ein einziges Bauteil ausgebildet sind, und
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5 eine
Teilschnittansicht einer Deckelbasis und einer Deckelkappe gemäß der
Erfindung, mit schräg zur Längsachse des Getränkebehälters
angeordnetem Ventilsitz.
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Demnach
zeigt 1 den oberen Abschnitt eines Getränkebehälters 1,
der als wesentliche Bauteile einen topfförmigen Hauptkörper 2 und
einen am freien Ende 21 des Hauptkörpers 2 angeordneten Deckel 3 aufweist.
Der Deckel 3 ist mit seinem Bördelrand 6 mit
dem freien Ende 21 des Getränkebehälters 1 gas-
und flüssigkeitsdicht verbunden.
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In
dem Getränkebehälter 1 befindet sich
erkennbar ein Getränk 4, welches mit Kohlensäure
versetzt ist. Nach dem Verschließen des Getränkebehälters 1 mittels
dem Deckel 3 perlte Kohlensäure aus, so dass sich
in dem flüssigkeitsfreien Raum des Getränkebehälters 1 ein
Gasdruck P1 bildete, der beispielsweise 5 bar beträgt.
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Von
besonderer Bedeutung an diesem Getränkebehälter 1 ist
der konstruktive Aufbau des Deckels 3, der ein Öffnen
und Verschließen desselben mit nur einer Hand ermöglicht,
auf den nachfolgend im Detail eingegangen wird.
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Der
Deckel 3 weist eine Deckelbasis 5 auf, die radial
außen mit dem freien Ende 21 des Hauptkörpers 2 des
Getränkebehälters 1 verbunden ist. Die Deckelbasis 5 ist
von kreisförmiger Geometrie und weist eine Neigung mit
einem Winkel a von radial außen nach radial innen auf.
Die Deckelbasis 5 weist eine zentrale, koaxial zur Längsachse
des Getränkebehälters 1 ausgerichtete Öffnung 26 auf,
die von einer auf der Deckelbasis 5 angeordnete Deckelkappe 15 verschlossen
wird.
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Im
Bereich der zentralen Öffnung 26 ist an der Deckelbasis 5 ein
nach axial innen weisender Ringsteg 7 ausgebildet, welcher
als Sitz für einen Ventilschieber 12 dient, der
mit der Deckelkappe 15 verbunden ist. Die Verbindung von
Deckelkappe 15 und Ventilschieber 12 im Verbindungsbereich 16 kann
unterschiedlich ausgebildet sein, worauf weiter unten eingegangen
wird. Zur Erzielung einer besseren Dichtwirkung ist am freien Ende
des Ringsteges 7 eine Ringnut 10 ausgebildet,
in der ein Dichtring 11 eingesetzt ist. An diesem kommt
eine Dichtfläche 14 eines radial nach außen
weisenden Randes 13 des Ventilschiebers 12 dichtend
zur Anlage.
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Wie 2 zeigt,
kann anstelle des in einer Ringnut 10 eingesetzten Dichtringes 11 an
dem freien Ende des Ringstegs 7 ein dort angespritztes Dichtmittel 11' angeordnet
sein, an dem die Dichtfläche 14 des radialen Randes 13 des
Ventilschiebers 12 abdichtend zur Anlage kommt.
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Axial
gegenüberliegend zu dem gerade beschriebenen Ringsteg 7 ist
an der Deckelbasis 5 ein Stützring 8 ausgebildet,
welcher der Deckelkappe 15 als Widerlager dient. An diesem
Stützring stützt sich die Deckelkappe 15 axial
ab, wenn auf diese eine Axialkraft F2 zum Öffnen der Deckekappe
wirkt (siehe auch 2). Anstelle eines Stützringes 8 kann
an gleicher Stelle an der Deckelbasis 5 auch eine Mehrzahl
von Stützstegen 8' angeordnet sein. Zwischen den
Stützstegen 8' bzw. in dem Stützring 8 sind
radial ausgerichtete Öffnungen 9 vorhanden, welche
ein Ablaufen bzw. wieder Zurücklaufen des Getränks 4 bei
geöffnetem Getränkebehälter 1 ermöglichen.
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Die
bistabile Deckelkappe 15 ist derart ausgebildet, dass diese
zwei geometrische Formen stabil einnehmen kann. In der in 1 dargestellten Schließstellung
der Deckelkappe 15 weist diese eine konvexe Geometrie auf,
so dass sich diese mit ihrem radialen Rand auf der Oberseite der
Deckelbasis 5 abstützt. Dieser radiale Rand der
Deckelkappe 15 weist eine Verdickung 17 auf, welche
die Deckelkappe 15 besonders gut auf der Deckelbasis 5 aufliegen lässt
und welche sicher das Eindringen von Fremdkörpern in Richtung
zum Ventilschieber 12 verhindert.
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Der
Ventilschieber 12 ist etwa topfförmig ausgebildet,
mit einem zylindrischen Abschnitt 19, der nahe zur Deckelkappe 15 mit
einen mittleren, bodenförmigen Abschnitt 18 und
deckelkappenfern mit dem erwähnten radial nach außen
zeigenden Rand 13 verbunden ist, wobei letzterer die bereits
genannte Dichtfläche 14 aufweist.
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Die
Funktionsweise der gerade vorgestellten Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
gemäß der Erfindung wird nachfolgend beschrieben:
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1 zeigt
den Zustand eines vor kurzem mit einem Getränk 4 befüllten
Getränkebehälters 1, auf dem gerade der
Deckel 3 aufgesteckt wurde. In dem in 1 gezeigten
Betätigungszustand der Deckelkappe 15 ist der
Getränkebehälter 1 verschlossen. Dabei
stützt sich die konvex geformte Deckelkappe 15 mit
ihrem verdickten radial äußeren Rand 17 auf
der Oberseite der Deckelbasis 15 ab. Die Deckelkappe 15 und
die axiale Länge des Ventilschiebers 12 sind nun
so aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass sich die Deckelkappe 15 in
der in 1 dargestellten Situation noch nicht vollständig
zurückgeformt hat, so dass diese den an ihr befestigten Ventilschieber 12 mit
einer Kraft F4 in die Schließrichtung S2 zieht. Dabei kommt
die Dichtfläche 14 des radialen Randes des Ventilschie bers 12 zur
Anlage an dem Dichtring 11 des Ringsteges 7 der
Deckelbasis und dichtet somit den Getränkebehälter 1 nach außen
ab.
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Bereits
kurze Zeit nachdem der Getränkebehälter 1 verschlossen
wurde, steigt der Druck innerhalb desselben durch Ausgasen von in
dem Getränk 4 enthaltener Kohlensäure
auf einen Wert P1 von 4 bar an. Dieser Gasdruck erzeugt auf den
radialen Rand 13 des Ventilschiebers 12 eine zusätzliche Schließkraft
F1, mit welcher der Rand 13 des Ventilschiebers 12 gegen
den Dichtring 11 gedrückt wird. Nach einer gewissen
Zeit hat sich ein stabiler Zustand innerhalb des Getränkebehälters 1 eingestellt, so
dass sich der Gasdruck P1 und damit auch die zusätzliche
Schließkraft F1 nicht weiter erhöhen.
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Um
diesen Getränkebehälter 1 zur Entnahme
des Getränks 4 zu öffnen, wird gemäß 2 eine Axialkraft
F2 auf die Mitte der bistabilen Deckelkappe 15 ausgeübt.
Dabei stützt sich die Deckelkappe 15 mit ihrer
Unterseite an dem Stützring 8 axial ab, so dass
der radial äußere Rand 17 der Deckelkappe 15 von
der Oberfläche der Deckelbasis 5 abhebt. Durch die
Axialkraft F2 auf die Deckelkappe 15 wird auch der Ventilschieber 12 gegen
die Schließkraft F1 um zunächst nur einen geringen
Betrag in die Öffnungsrichtung S1 bewegt, so dass die Dichtfläche 14 am radialen
Rand 13 des Ventilschiebers 12 von dem Dichtring 11 bzw.
dem Dichtmittel 11' abhebt. Dies ermöglicht ein
Abströmen von Kohlensäure aus dem Getränkebehälter 1 in
Richtung des Pfeils 20 aus demselben heraus, so dass gleichzeitig
auch der im Getränkebehälter 1 bis dahin
vorhandene Überdruck P1 auf den Umgebungsdruck P2 abgebaut
wird. Der Ventilschieber 12 lässt sich dann durch
weitere Anwendung der vergleichsweise geringen Axialkraft F2 weiter
in Öffnungsrichtung S1 verschieben.
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Nachdem
die Deckelkappe 15 den in 2 gezeigten
zweiten bistabilen Zustand angenommen hat, in dem diese eine konkave
Geometrie aufweist, ist auch der Ventilschieber 12 in seiner Öffnungsposition
sozusagen „eingerastet”. Die Entnahme des Getränks 4 kann
bei gekipptem Getränkebehälter 1 in an sich
bekannter Weise entlang der Ausströmrichtung 20 erfolgen.
Wenn der Geträn kebehälter 1 anschließend
wieder senkrecht gestellt wird, können nicht genutzte Getränkereste über
die schräge Deckelbasis 5 in den Getränkebehälter 1 zurückströmen,
welches in der rechten Hälfte der 2 anhand
der Rücklaufrichtung 31 des Getränks
dargestellt ist.
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Um
den Getränkebehälter 1 anschließend wieder
zu verschließen, wird gemäß 1 eine
Axialkraft F3 auf den Rand 17 der Deckelkappe 15 ausgeübt,
so dass sich deren Zentrum mit der Rückstellkraft F4 in
Schließrichtung S2 zurückverformt. Dabei kommt
dann die Dichffläche 14 des Randes 13 des Ventilschiebers 12 erneut
zu abdichtenden Anlage an dem Dichtring 11.
-
Die 3a und 3b zeigen
zwei Ausführungsbeispiele der Verbindung der Deckelkappe
mit dem Ventilschieber im Verbindungsbereich 16. Gemäß dem
in 3a dargestellten Beispiel ist der Ventilschieber 12a mit
der Deckelkappe 15a über 4 bis 6 Verbindungsstege 27 verbunden.
Diese Verbindungsstege 27 erstrecken sich vom mittleren,
bodenförmigen Abschnitt 18 des Ventilschiebers 12a axial in
Richtung zu Deckelkappe 15a, und sind mit dieser in einem
Verbindungsbereich 16a durch eine thermisch erzeugte Verbindung
verbunden.
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Bei
dem in 3b gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Ventilschieber 12b mit der Deckelkappe 15b ebenfalls über
4 bis 6 Verbindungsstege 27' verbunden. Diese Verbindungsstege 27' erstrecken sich
auch vom mittleren, bodenförmigen Abschnitt 18 des
Ventilschiebers 12b axial in Richtung zu Deckelkappe 15b.
Im Verbindungsbereich 16b sind an den Verbindungsstegen 27' jeweils
topfförmige Rastmittelaufnahmen 23 ausgebildet,
in die an der Innenseite der Deckelkappe 15b ausgebildete,
stiftförmige Ratsmittel 24 eingesteckt sind.
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Bei
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Deckelkappe 15c und der Ventilschieber 12c einstückig
als ein einziges Bauteil ausgebildet. Dabei kann diese Bauteilkombination
aus dem gleichen Kunststoff hergestellt sein. Es ist aber auch möglich,
dass diese Bauteilkombination aus zwei ver schiedenen Kunststoff
hergestellt ist, wobei diese beiden Kunststoffe in einem Spritzgießwerkzeug
zusammengeführt wurden. Der Verbindungsbereich 16c zwischen
den beiden Funktionsabschnitten dieser Bauteilkombination ist dabei
aber derartig ausgebildet, dass die Deckelkappe 15 ihre
bistabile Eigenschaft aufweist und der Ventilschieber eine zur Erfüllung
seiner Aufgabe ausreichende Steifigkeit hat.
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Weiter
zeigt 4, dass der Ventilschieber 12c an seinem
unteren freien Ende einen radialen Rand 13 aufweist, welcher
aufgrund seiner Formgebung und/oder seiner Materialeigenschaften
in der Lage ist, sich in Richtung zur Deckelkappe 15c hakenförmig
zu verformen. Dies ist durch den gestrichelt gezeichneten radialen
Rand 24 und die beiden Doppelpfeile angedeutet. Diese Eigenschaft
des Ventilschiebers 12c ermöglicht es, dass dieser
zusammen mit der angeformten, angeklipsten oder thermisch angefügten
Deckelkappe 15a, 15b 15c von oben kommend
unter Verformung seines radialen Randes 13c, 24 axial
durch die Öffnung 26 in der Deckelbasis 5 geschoben
werden. Nach dem Passieren des verformten Randes 24 bildet
sich dieser weitgehend in seine Ausgangsform mit rechtwinklig abstehendem
Rand 13c zurück, so dass dieser wie bereits oben
beschrieben gegen die Dichtung 11, 11' pressbar
ist.
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Außerdem
zeigen die 3a, 3b und 4,
dass zur Versteifung des Ventilschiebers 12a, 12b, 12c Versteifungsrippen
oder Versteifungsstege 29, 30 zwischen der Deckelkappe 15a, 15b, 15c und dem
zylindrischen Abschnitt 19 des Ventilschiebers angeordnet
sein können. Diese konstruktive Maßnahme ist vorzugsweise
dann notwenig, wenn die Deckelkappe 15c und der Ventilschieber 12c einstückig
aus dem gleichen Kunststoff hergestellt sind, so dass der Ventilschieber 12c zur
Befähigung der Weitergabe von Axialkräften F1,
F2 gegebenenfalls versteift werden muss.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel mit einem Ventilschieber 12d,
welcher an seinem freien Ende einen radialen Rand 13d aufweist,
welcher ebenfalls hakenförmig ausgebildet ist. Diese Geometrie
des radialen Randes 13d ist aber vergleichsweise steif,
so dass eine Verformung dieses Randes 13d bei einem axialen
Durchstecken des Ventilschiebers 12d durch die Öffnung
der Deckelbasis 5d nicht erfolgen wird. Bevorzugt wird
dieser Ventilschieber 12d von axial unten in die Öffnung 26 der
Deckelbasis 5d gesteckt und anschließend mit der
Deckelkappe 15 verbunden.
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Zur
Realisierung eines Ventils in dieser Vorrichtung weist der radial
innere Rand der Deckelbasis 5d einen nach axial innen abgewinkelten
Abschnitt 25 auf, der nach einen Einführen des
Ventilschiebers 12d in die Öffnung 26 der
Deckelbasis 5d von dessen hakenförmigen Rand 13d axial
und radial untergriffen wird. Die zueinander weisenden Oberflächen
des hakenförmigen Randes 13d und des nach axial
innen abgewinkelten Abschnitts 25 sind dazu weitgehend planparallel
zueinander ausgerichtet angeordnet.
-
Zur
Erzielung einer guten Dichtwirkung ist in dem abgewinkelten Abschnitt 25 eine
Ringnut 28 ausgebildet, in der ein Dichtring 11 eingesetzt
ist. An diesem Dichtring 11 liegt der hakenförmige
Rand 13d des Ventilschiebers 12d bei in seiner
Schließstellung befindlicher Deckelkappe 15 abdichtend
an.
-
Schließlich
zeigt 5, dass an dem radial inneren Ende des abgewinkelten
Abschnitts 25, also an der Öffnung 26 der
Deckelbasis 5d, eine Führungsfläche 32 ausgebildet
ist, an der die radiale Außenseite des zylindrischen Abschnitts 19 des
Ventilschiebers 12d radial vor allem bei einer Betätigungsbewegung
desselben geführt wird.
-
- 1
- Getränkebehälter,
Getränkedose
- 2
- Topfförmiger
Hauptkörper der Getränkedose
- 3
- Deckel
- 4
- Getränk
- 5
- Deckelbasis
- 5d
- Deckelbasis
- 6
- Bördelrand
- 7
- Radial
nach innen weisender Ringsteg an der Deckelbasis
- 8
- Stützring
- 8'
- Stützsteg
- 9
- Ausströmöffnung
- 10
- Ringnut
- 11
- Dichtring
- 11'
- Angespritztes
Dichtmittel
- 12
- Ventilschieber
- 12a
- Ventilschieber
- 12b
- Ventilschieber
- 12c
- Ventilschieber
- 12d
- Ventilschieber
- 13
- Rand
am Ventilschieber
- 13c
- Rand
am Ventilschieber
- 13d
- Rand
am Ventilschieber, nach axial außen gerichtet
- 14
- Dichtfläche
am Rand 13
- 15
- Bistabile
Deckelkappe
- 15a
- Bistabile
Deckelkappe
- 15b
- Bistabile
Deckelkappe
- 15c
- Bistabile
Deckelkappe
- 16
- Verbindungsbereich
zwischen Deckelkappe und Ventilschieber
- 16a
- Verbindungsbereich
zwischen Deckelkappe und Ventilschieber
- 16b
- Verbindungsbereich
zwischen Deckelkappe und Ventilschieber
- 16c
- Verbindungsbereich
zwischen Deckelkappe und Ventilschieber
- 17
- Verdickung
am radial äußeren Rand der Deckelkappe
- 18
- Konkav
gebogener Mittelabschnitt des Ventilschiebers
- 19
- Zylindrischer
Abschnitt des Ventilschiebers
- 20
- Ausströmrichtung
für Gas und/oder Getränk
- 21
- Freie
Ende des Hauptkörpers der Getränkedose
- 22
- Verschweißung
von Deckelkappe und Ventilschieber
- 23
- Rastmittelaufnahme
an dem Ventilschieber
- 24
- Rastmittel
an der Deckelkappe
- 25
- Nach
axial innen abgewinkelter Abschnitt der Deckelbasis
- 26
- Axial
ausgerichtete Öffnung in der Deckelbasis
- 27
- Verbindungssteg
an dem Ventilschieber
- 27'
- Verbindungssteg
an dem Ventilschieber
- 28
- Ringnut
am abgewinkelten Abschnitt 25 der Deckelbasis
- 29
- Versteifungsrippe
- 30
- Versteifungsstrebe
- 31
- Rücklaufrichtung
des Getränks
- 32
- Führungsfläche
an der Deckelbasis für den Ventilschieber
- a
- Radialer
Rücklaufwinkel der Deckelbasis
- F1
- Durch Überdruck
bedingte Schließkraft auf den Ventilschieber bei geschlossener
Deckelkappe
- F2
- Öffnungskraft
auf die Deckelkappe wirkend
- F3
- Schließkraft,
auf den Rand der Deckelkappe wirkend
- F4
- Selbsttätige
Schließkraft der sich zurückwölbenden
Deckelkappe
- S1
- Öffnungsrichtung
- S2
- Schließrichtung
- P1
- Gasdruck
innerhalb der Getränkedose vor deren Öffnen
- P2
- Gasdruck
innerhalb der Getränkedose nach deren Öffnen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005015505
A1 [0003]
- - DE 102007035728 A1 [0004, 0005]
- - DE 102008056301 A1 [0006, 0006]