DE102011000778A1

DE102011000778A1 - Kunststoffstopfen und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102011000778A1
Application number: DE201110000778
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: EMSA GmbH
Current assignee: EMSA GmbH
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-08-16
Also published as: DE202012100498U1

Abstract

Ein Kunststoffstopfen (10) besitzt einen wenigstens abschnittsweise kegelstumpfformigen Stopfenkorper, der wenigstens eine sich über den Außenumfang erstreckende Rastwulst (12) mit einem Hinterschnitt aufweist. Er umfasst zumindest auf Höhe der Rastwulst (12) und des Hinterschnitts ein dünnwandiges, topfartiges Außenhüllenelement (11) aus einem harten thermoplastischen Kunststoff, dessen Innenwandung kegelstumpfförmig und durchgängig glatt ist, das einen geschlossenen Boden aufweist und das mit einem Kernelement (14) aus einem weichen thermoplastischen Elastomer gefüllt ist. zur Herstellung des Kunststoffstopfens (10) wird einem ersten Spritzgießvorgang ein Grundgerüst aus einem harten Kunststoff gebildet, welches auch das Außenhüllenelement (11) des Stopfens umfasst. In einem zweiten Schritt wird ein thermoplastisches Elastomer u. a. in das Außenhullenelement eingespritzt. Das Außenhullenelement bleibt aufgrund seiner elastischen Füllung ohne Beschadigung verformbar, so dass es sogar mit dem am Außenumfang vorhandenen Hinterschnitt allein durch Kraftwirkung entformt werden kann, ohne dass dabei bewegliche Teile in der Form notwendig wären.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffstopfen mit einem wenigstens abschnittsweise kegelstumpfförmigen Stopfenkörper, der wenigstens eine sich über den Außenumfang erstreckende Rastwulst mit einem Hinterschnitt aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.
Ein solcher Kunststoffstopfen wird beispielsweise benutzt, um eine Ausgießöffnung an einem Haushaltsbehälter zu verschließen. Die Fertigung eines solchen Kunststoffstopfens durch Spritzgießen erfordert ein so genanntes Schieberwerkzeug. Dieses umfasst Schieberelemente, die quer zur Mittelachse des Stopfens bewegt werden müssen, um den Hinterschnitt freizugeben. Die Konstruktion und Fertigung eines solchen Werkzeugs ist grundsätzlich bekannt, wenngleich ein solches Werkzeug teurer ist, als ein Spritzgießwerkzeug, welches ohne bewegliche Schieberelemente auskommt.
Schwierig wird die Formgebung dann, wenn die Schieberelemente aufgrund einer vorgegebenen Geometrie nicht seitlich verfahren werden konnen, weil etwa der Kunststoffstopfen Teil einer größeren Einheit ist, bei der in unmittelbarer Nachbarschaft des Stopfens weitere Elemente wie Stege angeordnet sind, die sich bis auf Hohe des Hinterschnitts erstrecken und daher kein seitliches Verfahren von Schieberelementen erlauben.
Die Ausbildung des kegelstumpfformigen Stopfens ware zwar als ein hohler Ringkörper möglich, bei dem trotz eines kleinen Hinterschnitts eine Entformung dadurch möglich ware, dass beim gewaltsamen Herausziehen aus der Form der Ringkorper etwas nach innen ausweichen konnte. Dazu musste der Stopfen jedoch an seiner Unterseite, also an der Seite mit dem kleineren Durchmesser, offen bleiben und konnte nur an der Oberseite, derjenigen mit dem größeren Durchmesser, verschlossen sein. Dadurch ware aber immer ein Hohlraum innerhalb des Stopfens zum Inneren des Behalters gewandt, welcher durch den Kunststoffstopfen verschlossen werden soll. Bei der Verwendung als Haushaltsbehalter können sich Speise- und Flüssigkeitsreste in diesem Hohlraum sammeln, der nur schwer zu reinigen ist. Zudem konnte die Wandung eines hohlen, ringförmigen Stopfens im Moment der gewaltsamen Entformung einknicken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Kunststoffstopfen der eingangs genannten Art anzugeben, der an seiner schmalen Unterseite keine Öffnung besitzt und der in einem schieberlosen Werkzeug durch Kunststoff-Spritzgießen herstellbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Kunststoffstopfen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Außenhüllenelement aus einem harten thermoplastischen Kunststoff vorzusehen, dessen Wandstarke so gering ist, dass eine Verformung möglich ist, und dieses innen mit einem Kernelement aus einem thermoplastischen Elastomer auszufüllen.
Das elastomere Kernelement erlaubt nach wie vor das Wegfedern des starren Außenhüllenelements bei der Entformung aus dem Spritzgießwerkzeug. Die Wandstarke des harten Außenhüllenelements ist dabei so gering, dass eine Verformung im Moment der Entformung aus dem Werkzeug moglich ist. Das Ausweichen des Außenhullenelements ins Zentrum des Stopfens wird dabei durch das elastische Kernelement ermoglicht. Zugleich stützt aber das elastische Kernelement das Außenhullenelement ab und verhindert ein Einknicken des Außenhüllenelements und damit verbundene bleibende Beschadigungen. Partielle Verformungen des Außenhullenelements ins Zentrum des Stopfens hinein bauen zugleich starke Rückstellkrafte innerhalb des zentralen elastischen Kernkörpers auf, die wiederum zu großen, Material schädigenden Verformungen der starren Außenhulle entgegen wirken.
Vereinfacht gesagt, kann der erfindungsgemäße Kunststoffstopfen mit Rastwulst und Hinterschnitt einfach mit hoher Kraft aus dem Spritzgießwerkzeug herausgerissen werden, ohne dass er beschadigt wird.
Das Außenhüllenelement ist gemäß der Erfindung topfartig ausgebildet, d. h. es besitzt an seiner Unterseite eine durchgängige Bodenfläche, von der aus sich ein kegelstumpfförmiger Außenmantel nach oben hin erstreckt, dessen Durchmesser nach oben hin zunimmt und an dem die wenigstens eine Rastwulst mit dem Hinterschnitt angeordnet ist.
Oberhalb des kegelstumpfformigen Abschnitts mit dem Hinterschnitt kann der Kunststoffstopfen beliebig ausgebildet sein. Er kann z. B. durch Griffelemente in seinem Durchmesser deutlich erweitert werden.
Er kann auch Teil eines großeren Deckelelements sein, von dessen Unterseite aus sich der Kunststoffstopfen nach unten erstreckt, wobei die im Durchmesser schmalere Seite mit der geschlossenen Bodenfläche dann unten liegt, also in Richtung des Behälters, welcher mit dem Kunststoffstopfen verschlossen werden soll, weist.
Eine Weiterbildung ist beispielsweise derart moglich, dass ein zweiteiliger Behälterdeckel mit einem Basisdeckelelement vorgesehen ist, welches wenigstens eine Ausgießöffnung aufweist, in die der Kunststoffstopfen einsetzbar ist.
Der Kunststoffstopfen kann dabei an der Unterseite einer mit dem Basisdeckelelement gelenkig verbundenen Deckellasche angeordnet sein. Die Deckellasche kann dabei beliebig geformt sein. Insbesondere ist es auch möglich, direkt neben dem Kunststoffstopfen an der Unterseite der Deckellasche weitere Stege, Rastzapfen oder dergleichen anzuordnen, was bei herkommlichen Kunststoffstopfen aufgrund der oben beschriebenen Notwendigkeiten bei der Entformung nicht moglich ware.
Vorzugsweise ist der harte thermoplastische Kunststoff ein Polypropylen, und der weiche thermoplastische Kunststoff besitzt eine Harte von 50 ... 70 Shore-D, vorzugsweise 60 Shore-D.
Die geometrischen Verhaltnisse werden vorzugsweise wie folgt gewahlt, um eine beschädigungsfreie Verformung in einem schieberlosen Spritzgießwerkzeug zu ermöglichen:

– Die Wandstärke des Außenhullenelements beträgt 0,8 bis 3 mm. Der Hinterschnitt der Rastwulst am Außenumfang des Außenhüllenelements ist in radialer Richtung gesehen 0,1 mm bis 0,3 tief ist, und zwar bei einem Außendurchmesser des Kunststoffstopfens von 15–20 mm.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, dass das Außenhüllenelement einen in das elastomere Kernelement hineinragenden Dorn aufweist. Dieser verbessert die Haftung des elastomeren Kernelements an dem Außenhullenelement durch Vergrößerung der Kontaktflache. Zudem bildet sich zwischen den Dorn, der wenigstens bis auf Höhe der Rastwulst reicht und dem Außenmantel des Außenhüllenelements ein definierter ringformiger Bereich des Kernelement aus, der so bemessen ist, dass er zwar im Moment der gewaltsamen Entformung ein Ausweichen der starren Außenhülle ins Innere erlaubt, den Verformungsweg aber wiederum so weit begrenzt, das keine partielle Überstreckung und damit eine dauerhafte Schadigung erfolgt.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffstopfens mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Der Kunststoffstopfen ist somit ohne weitere Zwischenschritte in einem 2-Komponenten-Spritzgießverfahren herstellbar. Da Schieberelemente zur Entformung desjenigen Bereichs des Kunststoffstopfens, welcher den Hinterschnitt aufweist, nicht erforderlich sind, ist eine beliebige Formgebung in der Nachbarschaft des Stopfens moglich, wenn der Stopfen Teil einer großeren Einheit ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Zeichnung näher erlautert. Die Figuren zeigen jeweils in Schnittansicht:
1 einen Behalterdeckel mit Kunststoffstopfen auf einem Lebensmittelbehälter und
2a, 2b den Behältderdeckel in einem zweiteiligen Kunststoffspritzgießwerkzeug.
1 zeigt einen erfindungsgemaßen Kunststoffstopfen 10 als Teil eines Behälterdeckels 20 auf einem Lebensmittelbehälter 30 im Schnitt.
Der Behälterdeckel 20 umfasst ein Basisdeckelelement 22 mit einer Ausgießöffnung 23, die von einem ringförmigen Steg 24 umrandet ist.
An das Basisdeckelelement 20 ist über ein Foliengelenk 26 eine außen liegende Deckellasche 21 angebunden, an deren Unterseite der Kunststoffstopfen 10 ausgebildet ist, welcher wiederum die Ausgießöffnung 23 verschließt, wenn die Deckellasche 21 auf das Basisdeckelelement 22 aufgedrückt wird.
Der Kunststoffstopfen 10 besteht aus einem hartthermoplastischen Außenhüllenelement 11 und einem Kernelement 14 aus einem thermoplastischen Elastomer.
Das Außenhüllenelement 11 besitzt einen in das Kernelement 14 hineinragenden Dorn 13 und eine geschlossene Bodenfläche 15 und weist an seinem Außenumfang eine Rastwulst 12 auf.
Wie die gestrichelten Linien in 1 andeuten, verlauft die Rastwulst 12 nicht auf einem Kreisring, der exakt im rechten Winkel zur Mittelachse des Kunststoffstopfens ausgerichtet ist, sondern auf einer elliptischen Bahn, die schräg zur Mittelachse ausgerichtet ist. Die schrage Ausrichtung folgt dem Höhenverlauf der Oberkante des Stegs 24, welcher die Ausgießöffnung 23 umgibt. Der Steg 24 ist an der 1 gelegenen rechten Seite hoher ausgebildet, um dort einen Ausgießer auszubilden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Innenseite des Stegs 24, unmittelbar an dessen Oberkante, eine nach innen springende Rastwulst ausgebildet, hinter welche die Rastwulst 12 des Kunststoffstopfens 10 greift, um einen sicheren Verschluss der Ausgießöffnung 23 zu erreichen.
Der Behalterdeckel 20 ist über ein Filmgelenk 27.1 mit einer Rastlasche 27, die unter Verriegelungsvorsprünge 31 greift, mit dem Lebensmittelbehälter 30 fest verbunden. Eine Abdichtung wird durch eine elastomere Dichtung 28 bewirkt, welche ebenfalls im 2-Komponenten-Spritzgießverfahren herstellbar ist, und zwar insbesondere im selben Schritt, in welchem der elastomere Kernkörper 14 des Kunststoffstopfens 10 ausgebildet wird.
2a zeigt in einer schematischen Ansicht den Behälterdeckel 20 in einer solchen Ausrichtung aller seiner beweglich uber die Foliengelenke angebundenen Elemente 21, 27, dass eine Fertigung des kompletten Behalterdeckels 20 in einem einheitlichen Werkzeug und mit nur zwei Einspritzschritten moglich ist.
Zunachst wird gemäß 2a ein Grundgerust 20' aus der harten thermoplastischen Komponente hergestellt. Dabei werden bereits das BasisdDeckelelement 22, die Deckellasche 21 und die Rastlasche 27 samt der Filmgelenke 26, 27.2 ausgebildet.
Im zweiten Spritzgießvorgang (vgl. 2b) wird ein thermoplastisches Elastomer in die dafür vorgesehenen Hohlraume gespritzt. Die Einspritzung kann dabei für alle elastomeren Teile von derselben Seite erfolgen, namlich bei der in 2a und 2b dargestellten Lage von unten.
Dabei wird das Kernelement 14 durch Ausfüllen des bis dahin hohlen Außenhüllenelements 11 ebenso hergestellt wie der Dichtring 28 und eine die Haptik verbessernde Beschichtung 27.1 an der Rastlasche 27.

Claims

Kunststoffstopfen (10) mit einem wenigstens abschnittsweise kegelstumpfformigen Stopfenkörper, der wenigstens eine sich uber den Außenumfang erstreckende Rastwulst (12) mit einem Hinterschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfenkörper zumindest auf Höhe der Rastwulst (12) und des Hinterschnitts ein dunnwandiges, topfartiges Außenhullenelement (11) aus einem harten thermoplastischen Kunststoff umfasst, dessen Innenwandung kegelstumpfformig und durchgangig glatt ist, das einen geschlossenen Boden aufweist und das mit einem Kernelement (14) aus einem weichen thermoplastischen Elastomer gefullt ist.
Kunststoffstopfen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der harte thermoplastische Kunststoff ein Polypropylen ist.
Kunststoffstopfen (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weiche thermoplastische Kunststoff ein SEBS mit einer Härte von 50 ... 70 Shore-D ist.
Kunststoffstopfen (10) nach einem der Anspruche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Außenhüllenelements (11) 0,8 mm bis 3 mm betragt.
Kunststoffstopfen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterschnitt der Rastwulst (12) am Außenumfang des Außenhüllenelements (11) 0,1 mm bis 0,3 mm tief ist bei einem Außendurchmesser des Kunststoffstopfens (10) von 15 mm bis 20 mm.
Kunststoffstopfen (10) nach einem der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenhüllenelement (11) einen in das elastomere Kernelement (14) hineinragenden Dorn (13) aufweist.
Zweiteiliger Behälterdeckel (20) mit einem Basisdeckelelement (22), das wenigstens eine Ausgießöffnung (21) aufweist, in die ein Kunststoffstopfen (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 einsetzbar ist.
Behalterdeckel (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffstopfen (10) an der Unterseite einer mit dem Basisdeckelelement (22) gelenkig verbundenen Deckellasche (21) angeordnet ist.
Behälterdeckel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Deckellasche (21) wenigstens ein neben dem Kunststoffstopfen (10) aufragender Steg (25) angeordnet ist.
Behälterdeckel nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kernelement (14) bis an die Außenfläche der Deckellasche (212) erstreckt.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffstopfens (10), mit einem wenigstens abschnittsweise kegelstumpfförmigen Stopfenkorper, der wenigstens eine sich über den Außenumfang erstreckende Rastwulst (12) mit einem Hinterschnitt aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen einer Spritzgießform mit wenigstens zwei Werkzeughälften, zwischen denen wenigstens eine Kavität zur Ausbildung der Außenseite eines topfartigen Außenhüllenelements (11) für den Kunststoffstopfen (10) ausgebildet ist, wobei der Bereich der Kavität zur Ausformung der Rastwulst (12) außerhalb der Trennebene zwischen den Werkzeughälften angeordnet ist und keine Schieberelemente enthält; b) Einführen eines kegelstumpfförmigen Formkerns in die Kavität, dessen Außenseite der Innenseite des Außenhüllenelements (11) entspricht; c) Herstellen des Außenhüllenelements (11) durch Einspritzen eines harten thermoplastischen Kunststoffs; d) Entfernen des Formkerns; e) Einspritzen eines thermoplastischen Elastomers in das in Schritt c) vom Formkern frei gehaltene Volumen zur Ausbildung eines elastomeren Kernelements (14) innerhalb des Außenhüllenelements (11); f) Entformen des Kunststoffstopfens (10) durch Herausziehen aus Öffnen der Werkzeughälften und Herausziehen des Kunststoffstopfens (10) aus der den Hinterschnitt ausbildenden Werkzeughälfte unter Verformung des elastomeren Kernelements (14).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenhüllenelement (11) einen in das elastomere Kernelement (14) hineinragenden Dorn (13) aufweist.