DE102010038854A1

DE102010038854A1 - Schraubverschluss mit verbessertem Gewinde

Info

Publication number: DE102010038854A1
Application number: DE201010038854
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Bericap Holding GmbH
Current assignee: Bericap Holding GmbH
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubverschluss (1) aus Kunststoff mit einer Kopfplatte (2) und einem zumindest näherungsweise zylindrischen Kappenmantel (3) mit Innengewinde (4). Um Schraubverschlüsse und Verfahren bereitzustellen, mit denen die Rate von Fehlschließungen deutlich, z. B. auf maximal 1 pro 10.000, reduziert werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Innengewinde (4) ein asymmetrisches Gewindeprofil (5) mit zwei Flanken (6a, 6b) aufweist, wobei die der Kopfplatte (2) zugewandte Flanke (6a) einen mittleren Winkel α mit der Achse des Kappenmantels (2) und die der Kopfplatte (2) abgewandte Flanke (6b) einen mittleren Winkel β mit der Achse des Kappenmantels (2) einschließt, wobei α > β ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubverschluss aus Kunststoff mit einer Kopfplatte und einem zumindest näherungsweise zylindrischen Kappenmantel mit Innengewinde.
Solche Schraubverschlüsse sind bekannt und werden häufig zum Verschließen von Flaschen und anderen Behältern mit Außengewinde verwendet. Nur der Einfachheit halber wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit Schraubverschlüssen für Flaschen erläutert, wobei es sich versteht, dass die erfindungsgemäßen Maßnahmen und Merkmale von dem konkreten Typ und der Form des Behälters unabhängig sind, solange nur das Außengewinde des Behälterhalses zu dem Innengewinde des Schraubverschlusses passt.
Zur Klärung der in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriffe sollen diese folgendermaßen definiert werden: Ein Gewinde weist im Profil jeweils einen vorstehenden Teil, der hier als Gewindesteg bezeichnet wird, sowie einen rückspringenden Teil auf, der hier als Gewindekerbe bzw. Gewinderille bezeichnet wird, die den Zwischenraum zwischen zwei nebeneinander verlaufenden Gewindestegen bildet. Ein Gewindesteg und die benachbarte Gewindekerbe, die parallel von einem axialen Ende des Gewindes in einem bestimmten Umfangsabschnitt (Gewindeeinlauf) zu einem bestimmten Umfangsabschnitt am anderen Ende (Gewindeauslauf) in Umfangsrichtung und mit einer vorgegebenen Gewindesteigung verlaufen, werden gemeinsam als Gewindegang bezeichnet. Wenn ein Gewinde über den Umfang verteilt mehrere Gewindeeinläufe und -Ausläufe aufweist, spricht man von einem mehrgängigen Gewinde.
Ist die Höhe des Schraubverschlusses, gemessen zwischen der Unterkante des Schraubverschlusses und der Außenfläche der Kopfplatte klein gegenüber dem Durchmesser des Schraubverschlusses, gemessen an der Unterseite des Schraubverschlusses, handelt es sich um sog. „flache” oder „kurze” Schraubverschlüsse. Eine Verringerung des Höhe-zu-Durchmesser-Verhältnisses hilft eine erhebliche Menge von Rohstoffen bei der Produktion von Schraubverschlüssen und damit auch Gewicht einzusparen.
Schraubverschlüsse mit mehrgängigem Gewinde zeichnen sich durch einen kleinen Drehwinkel zum Öffnen und Schließen aus, wodurch der Schraubverschluss schnell von der Flasche gelöst werden kann, so dass der Auf- und Abschraubvorgang für einen Konsumenten erleichtert wird.
Während bei kohlesäurehaltigen Getränken (Inhalten) bzw. wenn die Flasche einen Überdruck im Inneren aufweist, ein schnelles Öffnen vermieden werden soll, damit während des Öffnens genügend Zeit für einen Druckausgleich bleibt, geht die Tendenz bei nicht kohlesäurehaltigen Getränken bzw. nicht unter Druck stehenden Flaschen dahin, mehrgängige, meist zwei- oder dreigängige, Gewinde einzusetzen.
Für den Verschließvorgang von kurzen Schraubkappen, die typischerweise mehrgängige Gewinde aufweisen, werden in industriellen Abfüllanlagen Verschließmaschinen eingesetzt, die (mit einer Mehrzahl von Verschließköpfen) z. B. bis zu 1200 Schraubverschlüsse pro Minute auf Flaschen aufschrauben. Hierzu werden die Schraubverschlüsse mit ihrer Kopfplatte nach oben und mit Ihrer offenen Seite nach unten ausgerichtet, vereinzelt, und dann einzeln von einem sog. Schließkopf aufgenommen. Zur Aufnahme einzelner Schraubverschlüsse weist der Schließkopf einen Hohlraum auf, der an die Außenkontur des Schraubverschlusses angepasst ist, wobei in dem Schließkopf eine federnd gelagerte Bodenplatte sowie federnd gelagerte Vorsprünge an der zylindrischen Innenwand vorgesehen sind, die durch Aufstülpen des Schließkopfes auf den Schraubverschluss denselben ergreifen und in seiner nach unten offenen Orientierung halten. Der Schließkopf ist rotierbar und zumindest vertikal verschiebbar sowie zumeist auch verschwenkbar angeordnet, so dass der Schließkopf zunächst über einem Verschluss angeordnet werden und einen Verschluss aufnehmen kann, und sich für den Verschließvorgang einem zu verschließenden Flaschenhals rotierend nähern kann. Sobald der rotierende Schließkopf sich oberhalb des Flaschenhals befindet, wird der Schließkopf über den Flaschenhals gestülpt, wobei durch die Rotationsbewegung das Innengewinde des aufgenommenen Schraubverschlusses mit den Außengewinde des Flaschenhalses in Eingriff gebracht wird. Durch die zu dem Flaschenhals relative Rotationsbewegung wird der Schraubverschluss auf dem Flaschenhals verschraubt.
Für den gesamten Vorgang, d. h. Aufnehmen des Verschlusses durch den Verschließkopf verschwenken bzw. Bewegen über die Flaschenmündung und unter Drehen Herabdrücken des Verschlusses bis zur nächsten Verschlussaufnahme durch den Verschließkopf steht bei modernen Verschließmaschinen eine Zeit von etwa 1 Sekunde oder weniger zur Verfügung.
Die Bodenplatte des Schließkopfes wirkt auf die Kopfplatte des Schraubverschlusses und stellt die erforderliche Kraft bereit, den Schraubverschluss beim Schraubvorgang auf das Gegengewinde des Behälters zu drücken. Für einen korrekten Gewindeeingriff des Innengewindes des Schraubverschlusses und dem Außengewinde des Flaschenhalses ist es erforderlich, dass die Gewinde achsparallel ausgerichtet sind. Sind die Gewinde nicht achsparallel zueinander ausgerichtet, kann es in der Folge zum Verkanten des Schraubverschlusses auf dem Flaschenhalsgewinde kommen. Dabei können, zum Beispiel bei mehrgängigen Gewinden, zwei Gewindestege des Innengewindes des Schraubverschlusses in denselben Gewindegang des Außengewindes geraten und umgekehrt. Durch eine Fehlausrichtung des Schraubverschlusses greift also z. B. bei mehrgängigen Gewinden ein Gewindesteg des Schraubverschlusses nicht in eine Gewindekerbe des Außengewindes ein, die aufgrund des bereits erfolgten Eingriffs eines anderen Gewindesteges die zugeordnete Gewindekerbe wäre. Der Gewindesteg setzt statt dessen auf dem oberen Gewinderand des Flaschenhalses auf oder greift stattdessen in eine demgegenüber in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Gewindekerbe ein, so dass der Schraubverschluss schief auf dem Flaschenhals aufsitzt. In einem solchen Fall einer Verkantung des Schraubverschlusses ist ein dichter Verschluss der Flasche nicht mehr gewährleistet.
Die Flaschenhalsgewinde sind dabei weitgehend standardisierte Gewinde mit geraden Flanken und Abrundungen an den Übergängen der Flanken zum Gewindegrat und dem Gewindegrund. Derartige Gewinde werden allgemein als PCO-Gewinde und spezieller als ISST-Gewinde bezeichnet. Die Innengewinde der Schraubverschlüsse sind diesen Flaschenhalsgewinden angepasst und daher ebenfalls mit demselben Gewindeprofil als Gewinde mit ebenen Flanken und abgerundeten Übergängen zwischen den Flanken ausgebildet. All diese Gewinde, wie sie herkömmlicherweise verwendet werden, sind symmetrische Gewinde, d. h. die Gewindeflanken sind symmetrisch zu dem Gewindegrat und/oder dem Gewindegrund.
Gerade die materialsparenden, kurzen bzw. flachen Schraubverschlüsse können einerseits extrem schnell auf dem Flaschenhalsgewinde appliziert werden, werden aber dadurch auch von dem Schließkopf nicht so sicher und präzise aufgenommen und gehalten, so dass die Ausrichtung der Schraubverschlüsse gelegentlich von der gewünschten Parallelität mit der Achse des Flaschenhalses abweicht. Wegen der hohen Applizierungsgeschwindigkeiten kommt es, insbesondere bei axial sehr kurzen Schraubverschlüssen, mitunter vor, dass die Verschlüsse gegenüber dem Flaschenhalsgewinde verkantet sind, so dass die Fehlerrate beim Verschließen von sehr flachen Schraubverschlüssen tendenziell erhöht ist.
Aufgrund der hohen Verschließ- und Transportgeschwindigkeit kann es in der Verschließmaschine außerdem zu einer leichten Pendelbewegung der zu verschließenden Flaschen kommen, was die Gefahr vergrößert, dass die zum korrekten Verschließen erforderliche Achsparallelität zwischen dem Innengewinde des Schraubverschlusses und dem Außengewinde des Flaschenhalses nicht vorliegt, so dass es vermehrt zu Fehlschließungen der oben genannten Art kommen kann.
Bei einer solchen Fehlschließung, bei der z. B. ein Gewindestege des Innengewindes in eine Gewindekerbe des Außengewindes eingreift und umgekehrt, während jedoch der nächstfolgende bzw. benachbarte Gewindesteg des Innengewindes nicht in die nächstfolgende Gewindekerbe des Außengewindes eingreift, trifft eine der Kopfplatte abgewandte Flanke eines Gewindesteges des Schraubverschlusses mit einer der Kopfplatte des Verschlusses zugewandten Flanke eines Gewindesteges des Außengewindes aufeinander. In der Folge ist es nicht möglich, den Schraubverschluss korrekt auf den Flaschenhals aufzuschrauben. Der Verschluss sitzt verkantet bzw. schief auf dem Flaschenhals und die Flasche wird nicht richtig verschlossen.
Bei einem zu Beginn des Verschließvorgangs auf dem Außengewinde des Flaschenhalses verkanteten Schraubverschluss kann ein korrekter Gewindeeingriff zum Teil dennoch durch Ausüben einer in Verschließrichtung von oben auf die Kopfplatte des Schraubverschlusses wirkenden Kraft erreicht werden.
Dabei wird die axial von oben auf den Verschluss wirkende Kraft durch die vorgespannte Bodenplatte des Schließkopfes der Verschließmaschine bereitgestellt. Es versteht sich, dass die Kraft dafür ausgelegt sein muss, die von der Kopfplatte abgewandte Flanke des in die falsche Gewindekerbe eingelaufenen bzw. auf einer Flanke des Außengewindes, die der Kopfplatte zugewandt ist, aufsitzenden Gewindesteges des Innengewindes in axialer Richtung über jene hinweg zu drücken, so dass an dieser Stelle des Gewindeeingriffs letztendlich eine Verrastung erfolgt. Jedoch gelingt diese Korrektur auf Grund der hohen Verschließ- und Transportgeschwindigkeiten nur für einen Teil der verkanteten Verschlüsse. Eine typische Zielvorgabe wäre es, auf 10.000 durchgeführte Verschließungen maximal eine Fehlschließung zu erhalten, was bisher insbesondere mit flachen Schraubverschlüssen nicht realisiert werden konnte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Schraubverschlüsse der eingangs genannten Art und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen die Rate von Fehlschließungen deutlich, z. B. auf maximal 1 pro 10.000, reduziert werden kann.
Die vorliegende Aufgabe wird im Hinblick auf einen Schraubverschluss mit den eingangsgenannten Merkmalen dadurch gelöst, dass das Innengewinde ein asymmetrisches Gewindeprofil mit zwei Flanken aufweist, wobei die der Kopfplatte zugewandte Flanke einen mittleren Winkel α und die der Kopfplatte abgewandte Flanke einen mittleren Winkel β jeweils mit der Achse des Kappenmantels einschließen, wobei α > β ist.
Die Winkel α und β sind dabei die (jeweils betragsmäßig kleinsten) Winkel, die die Achse mit der Neigungsrichtung der entsprechenden Flanke einschließt.
Bei im Profil geraden Flanken sind diese Winkel eindeutig bestimmt, im Falle von im Profil abgerundeten Gewindeflanken bestimmt man diese Flankenwinkel α und β durch Mittelung über die Kontaktlänge der Flanke mit der gegenüber liegenden Flanke des Außengewindes.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Verschließen eines Behälters, welcher ein Außengewinde aufweist, mit einer Verschlusskappe mit passendem Innengewinde, wobei während des Verschließvorganges eine kontinuierliche Kraft auf die Verschlusskappe in Schließrichtung wirkt, die beim Verkanten der Verschlusskappe dafür ausgelegt ist, zumindest einen Gewindesteg des Innengewindes über einen Gewindesteg des Außengewindes zu drücken, um so eine Achsparallelität zwischen dem Innengewinde der Verschlusskappe und dem Außengewinde herzustellen, wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Verschlusskappe mit den vorstehend genannten Merkmalen verwendet wird.
Weil α > β ist, das Gewindeprofil also in der Weise asymmetrisch ist, dass die jeweils untere Gewindeflanke steiler (unter einem kleineren Winkel zur (vertikalen) Verschlussachse) verläuft, erreicht man, dass die Kraft, die erforderlich ist um einen Gewindesteg des Innengewindes mit einer solchen Flanke über den gegenüberliegenden Gewindesteg des Außengewindes hinwegzudrücken, gegenüber der entsprechenden Kraft bei einem herkömmlichen (PCO bzw. ISST-)Gewinde deutlich geringer wird. Wenn also der Schraubverschluss auf dem Außengewinde des Flaschenhalses verkantet, gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Gewinde wesentlich leichter, das zunächst verkantete, bzw. fehlausgerichtete Innengewinde in korrekten Eingriff mit dem Außengewinde zu bringen.
Es versteht sich, dass exakt derselbe Effekt erzielt werden kann, wenn statt des Innengewindes des Verschlusses das Außengewinde des Flaschenhalses asymmetrisch wäre, wobei in letzterem Fall die obere (der Kopfplatte bzw. der Flaschenhalsmündung zugewandte) Flanke des Gewindes den kleineren Winkel mit der Achse der Flaschenhalsmündung einschließen müsste. Alle anderen Parameter des Gewindeprofils könnten identisch von dem Innengewinde des Verschlusses auf das Außengewinde des Flaschenhalses übertragen werden, um im Ergebnis denselben Effekt zu erzielen wie mit einem asymmetrischen Innengewinde des Schraubverschlusses, was man üblicherweise auch als kinematische Umkehr bezeichnet. Selbstverständlich könnten auch sowohl das Innengewinde als auch das Außengewinde im obigen Sinne asymmetrisch ausgebildet sein.
Die Reduzierung der erforderlichen Kraft zum Verrasten der Schraubverschlüsse beim Vorliegen einer Verkantung ist anschaulich nachvollziehbar und durch Experimente bestätigt. Beim Verschrauben steht die der Kopfplatte abgewandte Flanke mit der gegenüberliegenden Flanke des symmetrischen Flaschenhalsgewindes in Eingriff. Durch den kleineren mittleren Winkel β der der Kopfplatte abgewandten Flanke, wird die axial wirkende Primärkraft des Verschließkopfes effektiver in eine radiale, den Kappenmantel aufweitende Kraft umgesetzt, so dass die erforderliche Verrastungskraft geringer ist, d. h. bei demselben axialen Druck gleitet ein solcher Gewindesteg im Falle einer Fehlausrichtung leichter über die gegenüberliegende Flanke des Außengewindes hinweg. Die in einem Versuchslauf mit dem erfindungsgemäßen Verschluss noch auftretende Rate von Fehlschließungen konnte gegenüber Verschlüssen mit konventionellen Gewinden um mindestens eine Größenordnung reduziert werden und lag bei nur noch 1 Fehlschließung pro 50.000 Verschraubungsvorgängen.
Dabei ist (bezüglich aller Ausführungsvarianten) zu berücksichtigen, dass zwar der Verschluss im Allgemeinen aus einem weicheren, leichter verformbaren Material besteht als der Flaschenhals, wobei aber das Kunststoffmaterial des Verschlusses bei plötzlicher Belastung deutlich härter ist bzw. reagiert als bei Dauerbelastung oder langsamer ansteigender Belastung. Aufgrund der sehr hohen Applizierungsgeschwindigkeit, für die der erfindungsgemäße Verschluss ausgelegt ist, muss man also davon ausgehen, dass das Verschlussmaterial instantan wesentlich weniger nachgiebig ist als bei einem vergleichsweise langsamen Applizierungsvorgang. Dies mag einer der Gründe für die relativ große Zahl von Fehlschließungen sein, die bei der Verwendung herkömmlicher, symmetrischer Gewinde auf schnellen Verschließmaschinen auftritt.
Ist der Schraubverschluss ordnungsgemäß verschraubt, steht die der Kopfplatte zugewandte Flanke, d. h. die Flanke mit dem größeren Winkel α, mit der Flanke des Außengewindes in Eingriff, welche auf der von der Öffnung des Gefäßes abgewandeten Seite des Gewindeprofils angeordnet ist, so dass im Falle einer nach oben wirkenden Zugkraft auf den Verschluss ein Hinweggleiten der Gewindestege übereinander wesentlich schwieriger zu erreichen ist als in umgekehrter Richtung und ein sicherer Halt des Verschlusses auf dem Flaschenhals und eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet sind. Die obere Gewindeflanke mit dem (mittleren) Neigungswinkel α könnte das Profil des üblichen Flankengewindes mit abgerundeten Übergängen aufweisen, so dass in Bezug auf den Halt, die Schließ- und die Öffnungskraft genau dieselben Verhältnisse vorliegen wie bei einem herkömmlichen Schraubverschluss.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Gewindeprofil ein asymmetrisches Flankenprofil mit abgerundeten Übergängen zwischen den im Profil geradlinigen Flanken, wobei andere asymmetrische Profile, wie z. B. trapezförmige, dreieckige Profile nicht ausgeschlossen sind.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Winkel α mindestens 1,5mal so groß, vorzugsweise 2mal so groß wie der Winkel β ist.
Besonders bevorzugt ist in einer Ausführungsform der Durchmesser der Kopfplatte mindestens doppelt so groß und vorzugsweise mindestens dreimal so groß wie die Höhe des Schraubverschlusses.
Damit kleine Drehwinkel zum Öffnen und Verschließen des Schraubverschlusses möglich sind, ist es in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Innengewinde zwei- oder vorzugsweise dreigängig ausgestaltet ist. Selbstverständlich ist die Erfindung deshalb nicht auf zwei und dreigänge Gewinde beschränkt.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen sich ein Gewindesteg des Innengewindes mindestens zwischen 80° und 270°, vorzugsweise zwischen 120° und 200°, z. B. um 180° in Umfangsrichtung erstreckt.
In einer Ausführungsform ist die Steigung eines Gewindesteges des Innengewindes zwischen 2 und 9 mm/360°, vorzugsweise zwischen 5 und 6 mm/360°, groß.
Es ist weiter vorgesehen, dass die in Schließrichtung auf den Schraubverschluss wirkende Kraft bei einem Verfahren zum Verschließen eines Behälters mit dem erfindungsgemäßen Schraubverschluss zwischen 100 und 200 N, vorzugweise zwischen 135 und 150 N beträgt.
Bevorzugt wird das zum Verschließen verwendete Drehmoment bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so ausgelegt, dass das zum Lösen des Schraubverschlusses vom Außengewinde benötige Drehmoment zwischen 0,3 und 0,7 Nm beträgt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schraubverschluss ein Garantieband mit Flexband aufweist. Ein solches Flexband weist vor dem Applizieren des Verschlusses einen deutlich kleineren Durchmesser auf als ein Sicherungsring unterhalb des Außengewindes, wobei das Flexband in manchen Fällen auch schon mit dem Gewinde in Eingriff kommen kann, so dass ein dadurch hervorgerufener Widerstand beim axialen Aufschieben und Aufschrauben des Verschlusses ebenfalls zu einem Verkanten des Verschlusses führen bzw. das Verkanten begünstigen kann, so dass die Erfindung gerade in diesem Zusammenhang besondere Vorteile hat.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der dazugehörigen Figuren.
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Schraubverschluss, welcher auf einem Außengewinde eines zu verschließenden Behälters verkantet ist,
2 einen Teilschnitt durch eine im Betrieb befindliche Ausführungsform der Erfindung,
3 einen vergrößerten Ausschnitt der in 1 dargestellten Ausführungsform,
4–7 stark schematisierte Schnittansichten durch alternative Gewindeformen erfindungsgemäßer Schraubverschlüsse.
In 1 dargestellt ist eine schematische Schnittansicht durch einen Schraubverschluss gemäß der vorliegenden Erfindung, der auf einem Außengewinde eines zu verschließenden Behälters verkantet aufsitzt. Der Schraubverschluss 1 hat eine Kopfplatte 2 und einen mindestens näherungsweise zylindrischen Kappenmantel 3 mit einem Innengewinde 4, wobei das Innengewinde ein asymmetrisches Gewindeprofil 5 mit zwei Flanken 6a, 6b aufweist. Die der Kopfplatte zugewandte Flanke 6a weist einen (mittleren) Winkel α und die der Kopfplatte abgewandte Flanke 6b einen (mittleren) Winkel β mit der Achse des Kappenmantels 3 auf. Der Winkel α ist größer als der Winkel β. Auf der linken Seite der Grafik greifen die Gewindestege 5 des Innengewindes 4 in die dafür vorgesehenen Gewindekerben des Außengewindes 7 des zu verschließenden Behälters ein. Die der Kopfplatte 2 zugewandte Flanke 6a des Innengewindes 4 trifft dabei auf eine Gewindeflanke des Außengewindes, welche auf einer der Kopfplatte abgewandten Seite des Außengewindes 7 angeordnet ist.
Bei der dargestellten Verkantung greift jedoch auf der gegenüberliegenden Flaschenhalsseite (rechts) ein Gewindesteg 5 des Innengewindes 4 in eine nicht zu dem bereits erfolgten Eingriff des erstgenannten Gewindesteges passende Gewinderille bzw. -kerbe des Außengewindes 7 ein. Der Gewindesteg 5 greift vielmehr in eine in Umfangsrichtung zu der passenden Gewinderille versetzte Gewinderille des Außengewindes 7 ein bzw. liegt auf einem Gewindesteg des Außengewindes auf, die bzw. der unter dem betreffenden Umfangswinkel höher angeordnet ist als der Gewindesteg. Genauer gesagt liegt die der Kopfplatte abgewandte Flanke 6b auf eine der Kopfplatte zugewandte, höher liegende Flanke des Außengewindes 7 auf, so dass der Schraubverschluss 1 auf dem Außengewinde 7 verkantet bzw. schräg aufsitzt. Ein reguläres Verschrauben des Schraubverschlusses 1 ist damit nicht mehr ohne weiteres möglich. Umgekehrt könnte man natürlich auch sagen, dass ein Gewindesteg des Außengewindes in eine aufgrund eines schon erfogten Eingriffs nicht mehr passende Gewindekerbe des Innengewindes eingreift, die in dieser Umfangsposition tiefer (näher am unteren freien Ende) am Verschluss angeordnet ist als die eigentlich passende Gewindekerbe.
Dennoch kann die Achsparallelität des Schraubverschlusses 1 und des Außengewindes durch Ausüben einer in Verschließrichtung von oben auf die Kopfplatte des Schraubverschlusses wirkenden Kraft erreicht werden, indem der zu hoch sitzende Gewindesteg des Verschlusses axial über die anliegende Flanke des Gewindesteges des Außengewindes des Flaschenhalses hinweg gedrückt wird, wozu der Verschluss sich kurzzeitig radial aufweiten muss. Dies entspricht einem an sich bekannten Verrastungsvorgang, wobei jedoch der Verschluss der damit verbundenen Aufweitung einen Widerstand entgegensetzt, den man als „Verrastungskraft” bezeichnen kann.
Die gemäß dem vorliegenden Verschluss erforderliche Verrastungskraft ist jedoch geringer als bei einem Verschluss mit herkömmlichem symmetrischen Profil, da der kleinere mittlere Winkel β der der Kopfplatte 2 abgewandten Flanke 6b ein Gleiten des aufsitzenden Gewindestegs über den angrenzenden Gewindesteg des Außengewindes hinweg und in die richtige Gewindekerbe des Außengewindes begünstigt. Die beiden aneinander liegenden Gewindestege gleiten dabei wechselseitig über einander hinweg, wobei der Flaschenhals typischerweise aus einem härteren und dickwandigeren Kunststoffmaterial z. B. PET besteht und sich dabei praktisch nicht verformt, so dass der aus dem weicheren Material (z. B. Polypropylen) bestehende und oft auch dünnwandigere Verschluss sich entsprechend aufweiten muss.
In 2 ist ein schematischer Teilschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der aus Kunststoff hergestellte Schraubverschluss 1 weist eine Kopfplatte 2 und einen mindestens näherungsweise zylindrischen Kappenmantel 3 mit einem Innengewinde 4 auf, wobei das Innengewinde 4 ein asymmetrisches Gewindeprofil 5 mit zwei Flanken 6a, 6b aufweist, wobei die der Kopfplatte 2 zugewandte Flanke 6a einen mittleren Winkel α und die der Kopfplatte abgewandte Flanke 6b einen mittleren Winkel β jeweils mit der Achse des Kappenmantels 3 einschließt. Der Winkel α ist dabei größer als der Winkel β.
Die Darstellung in den 1 bis 3 zeigen Ausführungsformen in realistischen Maßverhältnissen, wobei der Außendurchmesser der Schraubkappe in der Größenordnung von 25 bis 35 mm liegt.
Wie man sieht, ist das asymmetrische Gewindeprofil 5 annähernd ein sogenanntes Flankenprofil mit Abrundungen, d. h. ein Profil mit geraden Flanken und abgerundeten Übergängen zwischen den Flanken, welches in den 3 und 3a in einer jeweils weiter vergrößerten Ansicht dargestellt ist.
Das Profil hat demnach in einer die Achse des Verschlusses enthaltenden Schnittdarstellung gemäß 3 und 3a im Wesentlichen geradlinige Flanken 6a und 6b, die nur am Gewindegrat, d. h. am Übergang von der Flanke 6a zur Flanke 6b, und zum Gewindegrund hin (am Grund der Gewindekerbe) abgerundet sind. Die geraden Flankenabschnitte definieren die Winkel α und β.
Auch bei nicht geradlinigen Flankenprofilen schließt eine an die der Kopfplatte 2 zugewandte Flanke 6a angenäherte Gerade (entspricht der Mittelung über die Kontaktlänge) mit der Achse des Kappenmantels 3 den Winkel α ein. Entsprechend gilt, dass der mittlere Winkel β von einer an die der Kopfplatte abgewandten Flanke 6b angenäherte Gerade und der Achse des Kappenmantels 3 eingeschlossen wird. Der Winkel α beträgt etwa 60° und der Winkel β in etwa 30°, so dass der Winkel α ca. doppelt so groß wie der Winkel β ist.
Im Betrieb der Vorrichtung wird der Schraubverschluss 1 möglicht achsparallel zu dem Außengewinde 7 des Gegenstückes ausgerichtet und maschinell verschraubt. Sind das Innengewinde 4 und das Außengewinde 7 nicht achsparallel zueinander ausgerichtet, kann das Innengewinde 4 des Schraubverschlusses 1 auf dem Außengewinde 7 des Behälters verkanten. Besonders leicht verkantet der Schraubverschluss 1, wenn dessen Höhe deutlich kleiner als dessen Durchmesser ist und zudem die Greif- und Verschließvorgänge extrem schnell ablaufen, so dass die Verschlüsse nicht immer in der richtigen Ausrichtung ergriffen und gehalten werden. Bei der hier gezeigten Ausführungsform beträgt die Höhe des Schraubverschlusses ca. 1/3 des Durchmessers des Schraubverschlusses. Zusätzlich wird die Gefahr einer Verkantung erhöht, wenn, wie hier angedeutet, ein zweigängiges oder dreigängiges Innengewinde 3 vorliegt, da dann zwei Gewindestege des Innengewindes in einen Gewindegang bzw. eine Gewindekerbe des Außengewindes einlaufen können und umgekehrt, wenn die Gewinde nicht exakt achsparallel ausgerichtet sind. Zusätzlich kann auch das Außengewinde 7, beispielsweise durch Pendeln des zu verschließenden Gefäßes, verkippen und den Fehleinlauf eines Gewindeganges des Schraubverschlusses 1 verursachen.
Eine solche Fehlschließung kann verhindert werden, wenn während des Verschließvorgangs eine kontinuierliche Kraft in axialer Richtung auf den Schraubverschluss 1 wirkt, wobei die Kraft dafür ausgelegt ist, einen Gewindesteg des asymmetrischen Gewindeprofils 5 des Innengewindes 4 des Schraubverschlusses 1 beim Verkanten des Schraubverschlusses 1 über zumindest einen Gewindesteg des Außengewindes hinweg zu drücken, um so den korrekten Gewindeeingriff und eine Achsparallelität zwischen dem Innengewinde 4 und dem Außengewinde 7 herzustellen.
Dieses Verrasten wird durch das asymmetrische Gewindeprofil 5 des Schraubverschlusses 1 begünstigt, da dieses die zum Verrasten benötige Kraft reduziert. Beim Verschrauben des Schraubverschlusses 1 mit dem Außengewinde 7, tritt die der Kopfplatte 2 abgewandte Flanke 6b des Innengewindes 4 des Schraubverschlusses 1 mit der der Kopfplatte zugewandten Flanke eines Gewindesteges des Außengewindes 7 in Eingriff. Durch den kleineren Winkel β wird die benötigte Querkraft zum kurzzeitigen Dehnen des Schraubverschlusses 1 der der Kopfplatte 2 abgewandten Flanke 6b reduziert.
Ist der Schraubverschluss 1 achsparallel mit dem Außengewinde 7 des Gegenstückes verschraubt, so steht die der Kopfplatte 2 zugewandte Flanke 6a, d. h. die Flanke mit dem größeren Winkel α, mit einer der Kopfplatte abgewandten Flanke des Außengewindes in Eingriff, so dass der Gewindesteg des Innengewindes bei axial nach oben wirkenden Kräften (Zugkraft auf den Verschluss) einem Hinweggleiten über den gegenüber liegenden Steg des Außengewindes einen erheblich größeren Widerstand entgegensetzt, wodurch der Schraubverschluss 1 sicher mit dem Außengewinde 7 verschraubt ist.
Die in 4 stark schematisiert dargestellte Ausführungsform zeigt einen Schraubverschluss 1 mit einer Kopfplatte 2 und einen zumindest näherungsweise zylindrischen Kappenmantel 3, wobei das asymmetrische Innengewinde (in den 3–6 nicht mit einem Bezugszeichen versehen) ein Gewindeprofil 5 mit zwei Flanken 6a, 6b mit unterschiedlichen Winkeln α, β aufweist. Die der Kopfplatte 2 zugewandte Flanke 6a hat gegenüber der der Kopfplatte 2 abgewandten Flanke 6b betragsmäßig den größeren Winkel relativ zur Achse, wobei das Gewindeprofil 5 dreieckig ausgestaltet ist.
Eine alternative Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 5 dargestellt, wobei der wesentliche Unterschied ist, dass das asymmetrische Gewindeprofil 5 des Innengewindes 4 trapezförmig ausgestaltet ist.
Die schematische Schnittansicht in 6 zeigt einen Schraubverschluss 1, dessen asymmetrisches Gewindeprofil 5 einem asymmetrischen Flankenprofil mit Abrundungen gleicht.
Eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt. Der Schraubverschluss 1 mit der Kopfplatte 2 und dem zumindest näherungsweise zylindrischen Kappenmantel 3, weist ein Innengewinde 4 mit einem asymmetrischen Gewindeprofil 5 auf, wobei das asymmetrische Gewindeprofil 5 die Form einer asymmetrischen Verteilungskurve aufweist die neben konvexen auch konkave Abschnitte hat. Dabei hat die der Kopfplatte zugewandte Flanke 6a einen größeren mittleren Winkel als die der Kopfplatte abgewandte Flanke 6b.
Bei allen Ausführungsformen können die Winkel α und β in gewissen Bereichen variieren. Zweckmäßig ist es, wenn der Winkel α im Bereich zwischen 50° und 80°, vorzugsweise 55°–70° und der Winkel β im Bereich zwischen 20° und 50°, vorzugsweise 25° bis 40°, liegt.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen hier offenbarten Merkmalen oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Bezugszeichenliste

1: Schraubverschluss
2: Kopfplatte
3: Kappenmantel
4: Innengewinde
5: Gewindeprofil
6a: Flanke mit großem Winkel
6b: Flanke mit kleinem Winkel
7: Außengewinde

Claims

Schraubverschluss (1) aus Kunststoff mit einer Kopfplatte (2) und einem zumindest näherungsweise zylindrischen Kappenmantel (3) mit Innengewinde (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (4) ein asymmetrisches Gewindeprofil (5) mit zwei Flanken (6a, 6b) aufweist, wobei die der Kopfplatte (2) zugewandte Flanke (6a) einen mittleren Winkel α mit der Achse des Kappenmantels (2) und die der Kopfplatte (2) abgewandte Flanke (6b) einen mittleren Winkel β mit der Achse des Kappenmantels (2) einschließt, wobei α > β ist.
Schraubverschluss (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α mindestens 1,5mal und vorzugsweise 2mal so groß wie der Winkel β ist.
Schraubverschluss (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α im Bereich zwischen 50° und 80°, vorzugsweise 55°–70° und der Winkel β im Bereich zwischen 20° und 50°, vorzugsweise 25° bis 40°, liegt.
Schraubverschluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kopfplatte (2) mindestens doppelt so groß und vorzugsweise mindestens dreimal so groß wie die Höhe des Schraubverschlusses (1) ist.
Schraubverschluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (4) zweigängig ausgestaltet ist.
Schraubverschluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (4) dreigängig ausgestaltet ist.
Schraubverschluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Gewindesteg des Innengewindes (4) mindestens zwischen 80° und 270°, vorzugsweise zwischen 120° und 200°, in Umfangsrichtung erstreckt.
Schraubverschluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewindesteg des Innengewindes (4) eine Steigung von zumindest 3 bis 9 mm/360° und vorzugsweise zwischen 5 und 6 mm/360° aufweist.
Schraubverschluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken des Gewindeprofils in einem die Achse enthaltenden Schnitt geradlinig, jedoch mit abgerundeten Übergängen zum Gewindegrund und am Gewindegrat ausgebildet sind.
Schraubverschluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Garantieband mit Flexband aufweist.
Behälter mit einem mit Außengewinde versehenen Behälterhals, dadurch gekennzeichnet, das das Außengewinde ein asymmetrisches Gewindeprofil mit zwei Flanken aufweist, wobei die der Behälterhalsmündung zugewandte Flanke (6a) einen mittleren Winkel β mit der Achse des Kappenmantels (2) und die der Kopfplatte (2) abgewandte Flanke (6b) einen mittleren Winkel α mit der Achse des Kappenmantels (2) einschließt, wobei α > β ist.
Behälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass das Außengewinde die Parameter des Innengewindes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist mit der Maßgabe, dass die Eigenschaften der oberen und der unteren Gewindeflanke vertauscht sind.
Verfahren zum Verschließen eines Behälters, welcher ein Außengewinde (7) aufweist, mit einer Verschlusskappe mit passendem Innengewinde, wobei während dem Verschließvorgang eine kontinuierliche Kraft auf die Verschlusskappe in Schließrichtung wirkt, die beim Verkanten der Verschlusskappe dafür ausgelegt ist, zumindest einen Gewindesteg des Innengewindes über einen Gewindesteg des Außengewindes zu drücken, um so eine Achsparallelität zwischen dem Innengewinde der Verschlusskappe und dem Außengewinde (7) herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusskappe ein Schraubverschluss (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schließrichtung auf den Schraubverschluss (1) wirkende Kraft zwischen 100 und 200 N, vorzugsweise zwischen 135 und 150 N beträgt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Verschließen verwendete Drehmoment derart eingestellt wird, dass das zum Lösen des Schraubverschlusses (1) von dem Außengewinde (7) benötigte Drehmoment zwischen 0,3 und 0,7 Nm beträgt.