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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Aufnahme von gasförmiger und/oder flüssiger Medien, insbesondere von unter Druck stehenden Getränkeflüssigkeiten, wie Bier, Softdrinks und Wein, der durch inneren Überdruck belastbar ist, wobei der Behälterkorpus mit einer Sicherheitsberststelle versehen ist.
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2. Stand der Technik
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Ein eine Sicherheitsberst- bzw. Sollbruckstelle aufweisender Behälter ist durch die
EP 0 686 120 B1 bekannt geworden. Dieser aus Metall hergestellte Behälter besitzt einen das Füllgut bzw. die Getränkeflüssigkeit aufnehmenden Hohlkörper, der aus einem im wesentlichen zylindrischen Mantel und aus zwei nach außen gewölbten Endböden besteht. Mindestens einer der Endböden weist eine Ausformung auf, die vorzugsweise als eine sogenannte Bodentasse aus der Bodenwölbung herausragt, wobei in der Bodentasse ein Behälteranschlussstutzen vorgesehen ist. Zumindest einer der Endböden ist mit einer an seiner Außenseite ausgebildeten Kerbe als Sollbruchstelle versehen, die die Funktion einer Überdrucksicherung bzw. Überlastsicherung erfüllt.
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Die Überdrucksicherung, die in verschiedenen Varianten aus der
DE 40 41 636 A1 bekannt ist, soll verhindern, dass bei unsachgemäßer Behandlung des Behälters sowie bei Fehlbedienung oder Funktionsausfall von Druckminderorganen der Behälterinnendruck bis zum Bersten des Behälters auf sehr hohe Werte ansteigt. Vielmehr soll in einem definierten Druckabstand vom maximalen Berstdruck des Behälters auf gefahrlose Weise der entstandene Überdruck durch selbsttätiges Öffnen der Sicherheitsberststelle bzw. -bruchstelle in der Behälterwandung abgeleitet werden.
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Für bestimmte Anwendungsbereiche von unter innerem Überdruck belasteten Behältern, insbesondere Getränkebehältern, werden Sicherheitsberststellen gefordert, die bereits ab einem Faktor von ca. 1,5 × Betriebsdruck sicher öffnen (z. B. max. Betriebsdruck = 3 bar => Öffnungsdruck der Sicherheitsberststelle ≥ 4,5 bar).
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Ein derartiger Behälter mit einer dort im oberen Behälterteil ausgebildeten Sicherheitsberststelle ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 044 338 A1 bekannt.
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Der dort beschriebene Aufbau mit zugehörigem Funktionsprinzip der Sicherheitsberststelle (nachfolgend „einfacher Bauart” genannt) erfüllt prinzipiell die Anforderung nach einem im Verhältnis zum Betriebsdruck möglichst niedrigen Öffnungsdruck.
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Als problematisch haben sich aber folgende Punkte erwiesen:
- 1. Die Toleranzbreite des Öffnungsdruckes ist relativ hoch und kann beispielsweise größer als ± 1,0 bar betragen.
- 2. Hoher Lastwechseleinfluss auf den Öffnungsdruck.
- 3. Deutlicher Wärmeeinfluss auf den Öffnungsdruck (ΔT ~ 40°C => Δp ~ 0,5 – 1 bar).
- 4. Relativ hohe Beschädigungsanfälligkeit (aufgrund der einerseits benötigten geringen Haltekraft der dort erwähnten „Berstklappe” gegen Überdruck von „innen”, führen andererseits bereits relativ geringe Kräfte in entgegengesetzter Richtung zum nach innen gerichteten Eindrücken der „Berstklappe” und damit zur unbeabsichtigten Zerstörung des gesamten Behälters).
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3. Aufgabe der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung geht von einem Aufbau einer Sicherheitsberststelle auf der Grundlage der vorgenannten „einfachen Bauart” aus. Ausgehend hiervon war es eine Aufgabe der Erfindung, einen Behälter der in Rede stehenden Art zur Verfügung zu stellen, welcher einen besseren Wirk-/Öffnungsmechanismus aufweist und geringere Anforderungen an die Genauigkeit des Trennschnitts für eine Berstklappe stellt und dennoch den geforderten Sicherheitsstandards genügt. Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mit einem Behälter, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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4. Zusammenfassung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist die Bestklappe innerhalb eines Vertiefungsbereichs des Behälterkorpus angeordnet, welcher auf das Innere des Behälterkorpus gerichtet eine definierte Tiefe und ein definiertes Flächenmaß aufweist. Dieser Vertiefungsbereich ist in den Behälterkorpus hinein umgeformt, um so eine erste Sicherheitsstufe bei Überschreiten eines vorab definierten Innendrucks innerhalb des Behälterskorpus zur Verfügung zu stellen und überdies die Berstklappe bis zum Erreichen eines vorab definierten Berstdrucks sicher in ihrer Ausgangslage zu halten.
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Es wird bevorzugt, wenn die Berstklappe und der Vertiefungsbereich im Wesentlichen rund ausbildet sind, wobei besonders vorteilhaft ist, wenn die Berstklappe und der Vertiefungsbereich zueinander konzentrisch angeordnet sind. Hierdurch wird ein Aufbau der Sicherheitsberststelle zur Verfügung gestellt, der gleichmäßig auf das Steigen des Innendrucks innerhalb des Behälterkorpus reagiert und einen über die gesamte Fläche der Sicherheitsberststelle gleichmäßigen Einbeulwiederstand aufweist. Hierdurch wird bei Überschreiten eines vorab definierten Berstdrucks der vorher umgeformte Vertiefungsbereich vorzugsweise gleichmäßig ausgebeult, wodurch das Öffnen der Berstklappe bei Überschreiten eines ebenso vorab definierten Bestdrucks besonders vorteilhaft unterstützt wird.
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Bevorzugt wird, wenn der für das Ausbeulen des Vertiefungsbereichs erforderliche Druck kleiner als der Berstdruck für die Berstklappe ist, so dass die erfindungsgemäße Sicherheitsberststelle einen zweistufigen Sicherheitsmechanismus für den Getränkebehälter bereitstellt.
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Es wird bevorzugt, wenn das Flächenmaß des Vertiefungsbereichs wenigstens doppelt so groß, vorzugsweise wenigstens dreimal so groß wie die von der Berstklappe abgedeckte Fläche innerhalb des Behälterkorpus ist. Hierdurch wird nicht nur das Zweistufen-Prinzip der erfindungsgemäßen Sicherheitsberststelle besonders vorteilhaft unterstützt, es wird auch sicher vermieden, dass eine Verformung des Vertiefungsbereichs beispielsweise durch unbeabsichtigte Beschädigung beim Transport, die üblicherweise und bevorzugt vor allem in den Randbereichen des Vertiefungsbereichs auftritt, einen nachteiligen Einfluss auch auf den Trennschnitt zwischen der Berstklappe und ihren Umgebungsbereich ausübt.
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Es wird bevorzugt, wenn der Vertiefungsbereich einen umlaufenden Rand und einen im Wesentlichen ebenen Zentralbereich aufweist. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn der Zentralbereich und eine an den Rand angelegte Tangente einen definierten Winkel α zueinander aufspannen, der vorzugsweise einen Wert von 5 bis 30°, insbesondere bevorzugt zwischen 10 und 25°, annimmt. Hierdurch wird eine Sicherheitsberststelle geschaffen, deren Einbeuldruck besonders genau vorab festlegbar ist, wodurch das Konzept einer zweistufigen Sicherheitsberststelle mit besonders einfachen Mitteln umsetzbar ist.
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Wie oben bereits erwähnt, wird bevorzugt, wenn der Vertiefungsbereich nach Überschreiten eines Grenz-Innendrucks innerhalb des Behälterkorpus nach außen umformbar ist. Besonders bevorzugt wird, wenn der Behälterkorpus mit nach außen umgeformtem Vertiefungsbereich eine im Wesentlichen ebene Fläche um die Berstklappe herum aufweist. Bevorzugt wird somit ein Behälterkorpus, der nach dem Überschreiten eines Berstdrucks die vorab zur Erzielung des Vertiefungsbereichs eingebrachte Umformung umkehrt und somit einen Behälterkorpus mit im Wesentlichen ebener Fläche, vorzugsweise ebener Unterseite, in die eine Berstklappe eingebracht ist, bereitstellt.
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Es wird bevorzugt, wenn die Berstklappe so in den Behälterkorpus eingebracht ist, dass zwischen der Berstklappe und der die Berstklappe umgebenden Wandung des Behälterkorpus ein Spalt mit einer definierten Spaltbreite ausgebildet ist. Dieser Spalt kann im erfindungsgemäßen Sinne sowohl nach der Einbringung des Vertiefungsbereichs in den Behälterkorpus als auch nach Überschreiten eines Grenz-Innendrucks innerhalb des Behälterkorpus, der den Vertiefungsbereich nach außen umformt, in seiner Breite über seine gesamte Länge vorab festgelegt werden, um einen definierten Berstdruck für die Bertklappe bereitzustellen. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn der Abstand der die Berstklappe umgebenen Wandung des Behälterkorpus im nach innen umgeformten Vertiefungsbereich kleiner als der Abstand der die Berstklappe umgebenden Wandung des Behälterkorpus im nach außen umgeformten Vertiefungsbereich ist. Hierdurch wird das Konzept, dass die Berstklappe mit geringerem Spaltmaß vor Überschreiten des Berstdrucks gegebenenfalls über Reibkontakt mit der die Bestklappe umgebenden Wandung gehalten wird und ein nach außen umgeformter Vertiefungsbereich diesen Reibkontakt zwischen der Berstklappe und der sie umgebenden Wandung löst oder zumindest reduziert, besonders vorteilhaft unterstützt. Im Ergebnis verbleibt eine Berstklappe, die sich bei Überschreiten eines vorab definierten Berstdrucks frei öffnen kann, um gezielt als Sicherheitsberststelle für einen unter Druck gesetzten Behälter zu dienen.
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Es wird bevorzugt, wenn an der Berstklappe oder in dem die Berstklappe umgebenden Bereich eine Spitze vorgesehen ist, mittels derer beim Öffnen der Berstklappe ein innerhalb des Flüssigkeitsbehälters vorgesehener Kunststofffilm oder eine Kunststoffblase punktiert und/oder eingeschnitten werden kann. Diese Spitze ist vorzugsweise gegenüber dem Anbindungssteg am die Berstklappe umgebenen Bereich des Behälterbodens angeordnet und wird im Berstfall so verbogen, dass sie unter einem Winkel β von vorzugsweise 5 bis 20° gegenüber ihrer Ruhestellung verbogen wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Kunststoffblase oder die Kunststoffschicht, der sogenannte Inliner, von der Spitze sauber aufgestochen wird, sobald er im Berstfall aus der von der Berstklappe freigegebenen Öffnung hervortritt. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn der Vertiefungsbereich dicht, kreisrund und konzentrisch zur Berstklappe angeordnet ist, sondern an seiner im Anbindungssteg zugewandten Seite eine größte Ausdehnung und an seiner der Spitze zugewandten Seite eine kleinste Ausdehnung aufweist.
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5. Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf fünf Figuren näher erläutert, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind.
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In den Figuren zeigen:
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1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Behälterkorpus,
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2 eine geschnittene Ansicht über einen Ausschnitt aus 1,
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3 eine Ansicht von unten auf die Darstellung aus 2,
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4 eine erfindungsgemäße Sicherheitsberststelle in geöffneter Stellung.
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5 eine weitere Ansicht von unten auf die Darstellung aus 2 in abgewandelter Form
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6. Detaillierte Beschreibung der Figuren
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1 zeigt den Behälter mit der eingebrachten Sicherheitsberststelle im unteren Bodenbereich, der als 2 vergrößert hervorgehoben ist.
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Wie in 2 dargestellt, ist eine Sicherheitsberststelle „einfacher Bauart” in einer Vertiefung angebracht. Dabei ist in der Draufsicht von 2 zeigenden 3 mit 1 die Berstklappe und mit 1' der Trennschnittverlauf dargestellt. d1 gibt den Durchmesser des Trennschnittes in geschlossener Stellung an.
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4 zeigt die Sicherheitsberstelle sowohl in geschlossener Stellung 4 (gestrichelte Ausführung), als auch in geöffneter Stellung der Berstklappe 1. d2 zeigt hierbei den Durchmesser des Trennschnittes in geöffneter Stellung.
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Eine Draufsicht als 5 auf eine Abwandlungsform der Sicherheitsberststelle aus 3 mit einer veränderten Form des Vertiefungsbereichs.
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Durch gezielte Veränderung der Einbauumgebung der Sicherheitsberststelle in Form einer speziell ausgebildeten Vertiefung wird ein veränderter Wirk-/Öffnungsmechanismus wie folgt erzielt, wodurch deutliche Verbesserungen der vorgenannten Problempunkte erreicht werden:
Die dargestellte Vertiefung mit der Tiefe t weist einen ebenen Bereich 3 mit der Breite 3' auf. Die Formgebung der angrenzenden Schräge 2 mit der Breite 2' und dem Winkel α bewirkt ab einem gewissen Behälterinnendruck ein schlagartiges Einbeulen der gesamten Vertiefung.
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Bis zu diesem Zeitpunkt wird aufgrund des steigenden Innendrucks, durch radial in Richtung der Vertiefungs-Mitte verlaufende Druckkräfte, die Reibungskraft der Berstklappe innerhalb des Trennschnittes 1 entsprechend vergrößert. Dadurch wird die Berstklappe bis zum Erreichen des Einbeul-Druckes mit steigendem Innendruck umso stärker innerhalb des Trennschnittes festgehalten.
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Im Vergleich zur Sicherheitsberststelle nach „einfacher Bauart” ergibt sich somit der weitere große Vorteil eines eigensicheren Verhaltens bis zum Erreichen des Öffnungsdruckes.
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Nach Überschreiten des Einbeul-Druckes führt die entstandene Aufbiegung des Bereiches 3 unter dem Winkel β zu einer Umfangs-/Durchmesservergrößerung d2 des Trennschnittverlaufs 1' und der Entstehung eines minimalen Spaltes s. Dies bewirkt einen Zusammenbruch der Reibungskraft zwischen Berstklappe und Trennschnitt und führt somit zeitgleich mit dem Einbeulen zum Öffnen der Berstklappe.
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Die rechnerisch oder gegebenenfalls in einfacher Weise durch Versuche zu ermittelnde Auslegung der Breite 3' des in geschlossener Stellung ebenen Bereiches 3 ist maßgeblich für die Höhe des Reibungskraftverfalls nach dem Einbeulen verantwortlich. Eine zu geringe Breite 3' bewirkt aufgrund des Ankippens der Trennschnittebene ggf. noch keine Durchmesservergrößerung d2, so dass die Berstklappe nach dem Einbeul-Vorgang geschlossen bleibt.
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Aufgrund dieses Wirk-/Öffnungsmechanismus lässt sich eine Abkopplung der Abhängigkeit des Öffnungsdruckes von der vorhandenen Reibung zwischen Berstklappe und Trennschnitt erreichen. Bei der Sicherheitsberststelle der „einfachen Bauart” unterliegt die Reibungskraft zwischen Berstklappe und Trennschnitt verschiedenen Einflüssen, wie der werkzeugabhängigen Qualität des Trennschnittes, der Temperatur und der langsamen Ermüdung durch Lastwechsel.
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Hingegen sind für den Einbeul-Druck lediglich der E-Modul, die geometrische Ausbildung der Vertiefung sowie die Materialdicke zu berücksichtigen.
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Der Einbeul-Druck ist somit unabhängig von Festigkeitsunterschieden, die sich z. B. aus fertigungstechnischen Schwankungen oder unterschiedlichen Materialchargen ergeben können. Bei der beschriebenen Ausbildung der Sicherheitsberststelle ist eine Verkleinerung der Öffnungsdrucktoleranz um Faktor < 0,5 erzielbar.
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Der Lastwechseleinfluss ist extrem verringert, da – wie bereits beschrieben – ein Druckanstieg auf unterhalb des Einbeul-Druckes begrenzt werden kann, was zu einer Erhöhung der Reibkraft zwischen Berstklappe und Trennschnitt führt und somit zu keiner Schwächung beiträgt.
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Durch die vertiefte Anordnung der Sicherheitsberststelle ist weiterhin ein deutlich verbesserter Schutz gegen Stöße und sonstige mechanische Einflüsse von außen gewährleistet.
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5 zeigt eine erfindungsgemäße Sicherheitsberststelle, bei der der Vertiefungsbereich 3 nicht rund und konzentrisch um die Berstklappe 1 ausgebildet ist. Der Vertiefungsbereich 3 nähert sich vielmehr auf der dem Anbindungssteg 6 der Berstklappe 1 abgewandten Seite im Bereich der Spitze 11 kontinuierlich an die Berstklappe 1 an und unterstützt somit ein sauberes Aufstechen eines (nicht dargestellten) Inliners im Berstfall, wodurch zwar die Dynamik des Öffnungsverhaltens leicht behindert wird, der Umbiegewinkel β der Spitze 11 jedoch vorteilhaft beschränkt werden kann, vorzugsweise auf Bereiche unterhalb von 20°.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Berstklappe
- 1'
- Spalt
- 2
- Schräge
- 2'
- Breite
- 3
- Vertiefungsbereich
- 3'
- Breite
- 4
- Zentralbereich
- 5
- Rand
- 6
- Anbindungssteg
- 10
- Behälterkorpus
- 11
- Spitze
- d
- Fläschenmaß
- d1
- Abstand
- d2
- Abstand
- s
- Spaltbreite
- α
- Winkel
- β
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0686120 B1 [0002]
- DE 4041636 A1 [0003]
- DE 102010044338 A1 [0005]
