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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubverschluss zum Verschließen einer Mündung eines Behälters. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Verschließen eines Behälters mit einem Schraubverschluss sowie ein Verfahren zum Verschließen eines Behälters.
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Stand der Technik
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Weltweit nimmt die Zahl hygienisch sensibler Produkte, die für den Verkauf in Behälter abgefüllt werden, stetig zu. Um ein steriles Produkt, wie beispielsweise ein Getränk oder eine Infusionslösung, vor Reinfektionen zu schützen, müssen die Behälter, in die das Produkt abgefüllt wird, vorher sterilisiert werden. Dies wird in Aseptik-Anlagen unter Verwendung eines Sterilisationsmittels wie zum Beispiel Wasserstoffperoxid oder Peressigsäure erreicht. Neben einer Beaufschlagung der Behälter mit den vorgenannten Sterilisationsmitteln kann eine Sterilisation der zu befüllenden Behälter auch durch eine Bestrahlung mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlung oder anderer ionisierender Strahlung erfolgen. Teilweise werden auch Kombinationen aus mehreren Sterilisationsverfahren angewendet.
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Nach der Sterilisierung des Behälters wird das eigentliche Füllprodukt unter einer sterilen Atmosphäre in den Behälter gefüllt. Anschließend wird die Mündung des Behälters mit einem ebenfalls sterilisierten Verschluss verschlossen, wofür oft Schraubverschlüsse verwendet werden. Die Sterilisierung des Schraubverschlusses wird auf die gleiche Weise erreicht, wie die Sterilisierung des Behälters, nämlich beispielsweise durch Verwendung eines Sterilisationsmittels, in welches die Verschlüsse getaucht werden oder welches auf die Verschlüsse aufgebracht wird. Auch die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen, UV-Strahlung oder anderen Strahlungsarten ist zur Sterilisierung bekannt.
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Der Schraubverschluss wird mit einem vorbestimmten Drehmoment auf die Mündung des Behälters aufgeschraubt, so dass eine Dichtfläche des Schraubverschlusses die Mündung des Behälters kraftschlüssig abdichtet. Nur wenn die Anpresskraft zwischen der Mündung des Behälters und der Dichtfläche des Schraubverschlusses ausreichend groß ist, ist eine hermetische Abdichtung des Behälters gewährleistet. Damit von einem Konsumenten des Produkts erkannt werden kann, ob der Behälter noch ungeöffnet und intakt ist, gibt es am Schraubverschluss meist ein sogenanntes Garantieband, das abreißt, wenn der Schraubverschluss von der Mündung des Behälters abgeschraubt wird. Dieser Garantiering reißt jedoch nicht ab, wenn lediglich die notwendige Anpresskraft zwischen der Mündung des Behälters und der Dichtfläche des Schraubverschlusses nicht mehr gegeben und folglich eine Kontamination des Produkts nicht absolut auszuschließen ist. Mit anderen Worten kann über ein Garantieband die Sterilität eines Produkts nicht sicher nachgewiesen werden.
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Für hochsensible Produkte werden deshalb oft Siegel aus Aluminium verwendet, da diese eine Klebeverbindung, also eine stoffschlüssige Verbindung, zwischen dem Siegel und der Mündung des Behälters ermöglichen, die als sicher angesehen werden kann. Die Verklebung, also die stoffschlüssige Verbindung, zwischen dem Siegel und der Mündung des Behälters wird beispielsweise realisiert, indem ein auf dem Siegel aufgebrachter Klebstoff induktiv oder konduktiv erhitzt wird. Das Siegel wird dann mit dem „flüssigen“ Klebstoff auf die Mündung des Behälters so lange aufgepresst bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Nachteil dieser Verschlussart ist, dass der Behälter mit dem Siegel nicht wiederverschließbar ist und das Siegel vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden muss, was in der Regel durch die Applizierung eines Schutzverschlusses erfolgt. Entsprechend sind üblicher Weise mehrere Schritte zum sicheren Verschließen eines solchen Behälters erforderlich.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem genannten Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfachen Verschluss zum Verschließen einer Mündung eines Behälters anzugeben, mit welchem eine hermetische Abdichtung des Behälters gegenüber der Umgebung bis zur ersten Öffnung durch den Konsumenten gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Schraubverschluss mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird ein Schraubverschluss zum Verschließen einer Mündung eines Behälters vorgeschlagen, welcher ein Deckenteil zum Abdichten der Mündung und ein Mantelteil mit einem Innengewinde zum Aufschrauben des Schraubverschlusses auf ein Außengewinde der Mündung des Behälters umfasst. Erfindungsgemäß ist das Deckenteil derart gestaltet, dass sich beim erstmaligen Aufschrauben des Schraubverschlusses auf die Mündung das Deckenteil eine stoffschlüssige Verbindung mit der Mündung ausbilden kann.
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Hier und im Folgenden sind unter dem Begriff einer stoffschlüssigen Verbindung alle Verbindungen zu verstehen, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden und die sich nur durch Zerstörung trennen lassen. Zu diesen Verbindungen zählen Schweiß-, Löt- und Klebe-Verbindungen.
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Durch die stoffschlüssige Verbindung des Deckenteils des Schraubverschlusses mit der Mündung des Behälters wird der Behälter gegenüber der Umgebung hermetisch abgedichtet. Die stoffschlüssige Verbindung wird erst bei Überschreitung eines mindestens notwendigen Drehmoments, also eines Losbrechdrehmoments, zerstört, was ein Benutzer des Behälters deutlich wahrnehmen kann. Die Wahrnehmung entsteht zum einen durch ein Geräusch, beispielsweise ein Knacken, welches bei der Zerstörung der stoffschlüssigen Verbindung entsteht, und zum anderen durch das im Vergleich zum sonst notwendigen Aufschraubdrehmoment deutlich größere Losbrechdrehmoment, das zum erstmaligen Öffnen des Schraubverschlusses notwendig ist und welches vom Benutzer wahrgenommen werden kann. Somit kann der Benutzer beim Aufschrauben des Schraubverschlusses anhand des notwendigen Drehmoments beziehungsweise anhand des Drehmomentsprungs nach dem Überwinden des Losbrechmoments und des Losbrechgeräuschs feststellen, ob der Behälter noch ungeöffnet war und folglich eine Kontamination des Behälterinhalts ausgeschlossen ist, oder ob der Behälter schon einmal geöffnet war. Dabei ist der Behälter mit einem Schraubverschluss auch einfach durch Wiederaufschrauben des Schraubverschlusses wiederverschließbar. Auf ein separates Siegel und die mit dem Aufbringen dessen verbundenen Arbeitsschritte kann entsprechend verzichtet werden. Auch die Bereitstellung eines Garantiebandes ist nicht mehr notwendig. Insgesamt ergibt sich durch den vorgeschlagenen Schraubverschluss so ein wesentlich vereinfachter Aufbau und ein wesentlich vereinfachter Verschließvorgang.
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Entsprechend verbindet der vorgeschlagene Schraubverschluss die zuverlässige Abdichtung eines Behälters durch ein Siegel mit der einfachen Wiederverschließbarkeit des Behälters durch einen herkömmlichen Schraubverschluss und ist kostengünstiger als eine Kombination eines Siegels aus zum Beispiel Aluminium mit einem herkömmlichen Schraubverschluss. Weiterhin erübrigt sich bei dem Schraubverschluss die Verwendung eines Garantierings, was die Herstellungskosten des Schraubverschlusses senkt. Zudem empfinden viele Benutzer beim Wiederverschließen des Behälters den beim erstmaligen Öffnen oft nur teilweise abgerissenen Garantiering als störend bei der Handhabung des Schraubverschlusses.
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Der Schraubverschluss wird vorzugsweise in einem System in Kombination mit einem Behälter verwendet, so dass das System einen Behälter, der eine Mündung mit einem Außengewinde aufweist, und einen Schraubverschluss, der ein Deckenteil zum Abdichten der Mündung und ein Mantelteil mit einem Innengewinde zum Aufschrauben des Schraubverschlusses auf dem Außengewinde der Mündung aufweist, umfasst, wobei erfindungsgemäß das Deckenteil eine stoffschlüssige Verbindung mit der Mündung bildet. Dabei bildet das Deckenteil die stoffschlüssige Verbindung mit der Mündung vorzugsweise beim erstmaligen Aufschrauben des Schraubverschlusses auf die Mündung aus.
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Vorzugsweise ist das Deckenteil des Schraubverschlusses derart gestaltet, dass eine Fläche des Deckenteils bei auf der Mündung aufgeschraubtem Schraubverschluss die Mündung abdichtet und ein Material aufweist, das geeignet ist, für das erstmalige Aufschrauben des Schraubverschlusses auf die Mündung in einen Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung mit der Mündung gebracht zu werden.
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Bevorzugt ist das Material, das die Fläche des Deckenteils aufweist, dazu geeignet, durch eine Bestrahlung mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlung oder mit anderen geeigneten Strahlungsarten in den Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung mit der Mündung gebracht zu werden. Beispiele für ein solches Material sind verschiedene Kunststoffe, die durch die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlung oder anderen geeigneten Strahlungsarten in einen vernetzungsfähigen Zustand zur Bildung einer stoffschlüssigen Verbindung gebracht werden. Mit anderen Worten wird das Material auf der Fläche „klebrig“ gemacht.
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Durch die Verwendung der Bestrahlung mit Elektronenstrahlen oder UV-Strahlung kann – wie oben beschrieben – auch eine Sterilisierung erreicht werden. Entsprechend kann durch eine Bestrahlung des Schraubverschlusses mit den Elektronenstrahlen sowohl eine Sterilisierung des Schraubverschlusses, als auch ein vernetzungsfähiger Zustand erreicht werden.
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Die Fläche, an welcher der Schraubverschluss mit der Mündung des Behälters stoffschlüssig angebunden wird, ist bevorzugt im Wesentlichen ringförmig und folgt der Kontur der Mündung des Behälters.
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Alternativ sind aber auch andere Methoden und/oder Materialen möglich, um das Deckenteil in den Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung mit der Mündung zu bringen. So kann beispielsweise Glas durch lokale Wärmezufuhr in einen solchen Zustand gebracht werden.
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Der Schraubverschluss ist besonders bevorzugt aus einem homogenen Material ausgebildet, also bestehen bevorzugt der Mantelteil und der Deckenteil aus dem gleichen, durch Bestrahlung vernetzungsfähigen Material. Auf diese Weise lässt sich auch die Recyclingfähigkeit des Schraubverschlusses verbessern.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verschließen einer Mündung eines Behälters anzugeben, durch die in einfacher Weise eine hermetische Abdichtung des Behälters gegenüber der Umgebung bis zur ersten Öffnung gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Verschließen einer Mündung eines Behälters mit einem Schraubverschluss, der ein Deckenteil zum Abdichten der Mündung und ein Mantelteil mit einem Innengewinde zum Aufschrauben des Schraubverschlusses auf ein Außengewinde der Mündung aufweist, vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist eine Beaufschlagungsvorrichtung zum Verändern des Zustands einer Fläche des Deckenteils zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Mündung vor einem Aufbringen des Schraubverschlusses auf die Mündung vorgesehen. Daneben umfasst die Vorrichtung bevorzugt weiterhin Mittel zum Aufbringen des Schraubverschlusses auf die Mündung, beispielsweise einen drehmomentgesteuerten Verschließkopf.
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Vorzugsweise bewirkt die Beaufschlagungsvorrichtung das Versetzen der Fläche des Deckenteils in den Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung mit der Mündung. Die Beaufschlagungsvorrichtung kann eine Bestrahlung der Fläche mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlen oder anderen geeigneten Strahlungsarten vornehmen. Beispiele für derartige Beaufschlagungsvorrichtungen sind sogenannte Fingerstrahler, die einen gebündelten Strahl aus Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlen oder einer anderen geeigneten Strahlungsart aussenden. Da die stoffschlüssige Verbindung bevorzugt nur im Bereich der Mündung benötigt wird, kann mit einem gebündelten Strahl auch nur der später mit der Mündung in Kontakt tretende Bereich bestrahlt werden, also bevorzugt einen ringförmigen Bereich.
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Wie bereits vorstehend zum erfindungsgemäßen Schraubverschluss ausgeführt wurde, wird eine Bestrahlung der Fläche des Deckenteils mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlen oder anderen geeigneten Strahlungsarten bevorzugt, wenn die Fläche des Deckenteils einen Kunststoff aufweist, welche durch die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlen oder anderen geeigneten Strahlungsarten in einen vernetzungsfähigen Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung gebracht werden kann.
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Alternativ sind auch andere Beaufschlagungsvorrichtungen möglich, um das Deckenteil in den Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung mit der Mündung zu bringen. So kann beispielsweise mit einer Beaufschlagungsvorrichtung, zum Beispiel einem Gasbrenner, Glas durch lokale Erwärmung in einen solchen Zustand gebracht werden.
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Schließlich ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verschließen einer Mündung eines Behälters anzugeben, durch das in einfacher Weise eine hermetische Abdichtung des Behälters gegenüber der Umgebung bis zur ersten Öffnung gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird ein Verfahren zum Verschließen einer Mündung eines Behälters mit einem Schraubverschluss, der ein Deckenteil zum Abdichten der Mündung und ein Mantelteil mit einem Innengewinde zum Aufschrauben des Schraubverschlusses auf einem Außengewinde der Mündung aufweist, vorgeschlagen, welches neben dem Schritt des Bereitstellens des Schraubverschlusses und des Behälters erfindungsgemäß den Schritt des Versetzen einer Fläche des Deckenteils in einen Zustand zur Bildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Mündung umfasst. Weiterhin umfasst das Verfahren den Schritt des Aufschraubens des Schraubverschlusses auf die Mündung, so dass die Fläche des Deckenteils die Mündung abdichtet und die stoffschlüssige Verbindung mit der Mündung ausbildet.
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Vorzugsweise erfolgt das Versetzen der Fläche des Deckenteils in den Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung mit der Mündung durch eine Bestrahlung der Fläche mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Stahlen oder anderen geeigneten Strahlungsarten.
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Auch hier gilt wieder, wie bereits vorstehend zum erfindungsgemäßen Schraubverschluss ausgeführt wurde, dass eine Bestrahlung der Fläche des Deckenteils mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlen oder anderen geeigneten Strahlungsarten bevorzugt wird, wenn die Fläche des Deckenteils einen Kunststoff aufweist, der durch die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlen oder anderen geeigneten Strahlungsarten in einen vernetzungsfähigen Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung gebracht werden kann.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 schematisch einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Schraubverschlusses, der mit einem Fingerstrahler bestrahlt wird, und
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2 schematisch einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel des Schraubverschlusses gemäß der 1, der auf einen Behälter aufgeschraubt wurde.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Schraubverschlusses 1. Der Schraubverschluss 1 umfasst ein Deckenteil 11 und ein Mantelteil 12. Das in der 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines Schraubverschlusses 1 ist rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse 100 ausgebildet. Das Mantelteil 12 ist am Umfang des Deckenteils 11 mit diesem verbunden, so dass das Deckenteil 11 und das Mantelteil 12 zusammen eine Kappe formen. Im von dieser Kappe gebildeten Innenraum des Schraubverschlusses 1 befindet sich an dem Mantelteil 12 ein Innengewinde 13, mit welchem der Schraubverschluss 1 auf ein Außengewinde 33 an einer Mündung 32 eines Behälters 3 aufgeschraubt werden kann, wie in 2 schematisch dargestellt. Bei auf die Mündung 32 des Behälters 3 aufgeschraubtem Schraubverschluss 1 dichtet das Deckenteil 11 auf seiner dem Innenraum des Schraubverschlusses 1 zugewandten Seite die Mündung 32 des Behälters 3 mit einer Fläche 14 ab.
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Vor dem erstmaligen Aufschrauben des Schraubverschlusses 1 auf die Mündung 32 des Behälters 3 wird die Fläche 14 des Deckenteils 11 in einen Zustand zur Bildung einer stoffschlüssigen Verbindung 4 mit der Mündung 32 des Behälters 3 gebracht. In der 1 ist dies schematisch dargestellt durch eine Beaufschlagungsvorrichtung in Form eines Fingerstrahlers 2, dessen Strahlenbündel 21 aus Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlen oder anderen geeigneten Strahlen die Fläche 14 des Deckenteils 11 beaufschlagen. Die Strahlenbündel 21 eines Fingerstrahlers 2 lassen sich gut fokussieren, so dass vorzugsweise nur die Fläche 14, mit der das Deckenteil 11 auf der Mündung 32 aufliegt und die in der Regel eine Ringfläche bildet, bestrahlt und somit in den Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung 4 mit der Mündung 32 des Behälters 3 gebracht wird. Zudem lässt sich der Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung 4 sehr schnell durch eine Bestrahlung mit Elektronenstrahlen (E-beam), UV-Strahlen oder anderen geeigneten Strahlen erzielen.
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Anschließend wird der so vorbereitete Schraubverschluss 1 auf die Mündung 32 des Behälters 3 aufgeschraubt. Dadurch wird die Fläche 14 des Deckenteils 11 auf die Mündung 32 gepresst, so dass sich die stoffschlüssige Verbindung 4 des Deckenteils 11 mit der Mündung 32 bilden kann. Während des Aushärtens der stoffschlüssigen Verbindung 4 gewährleistet die Schraubverbindung einen ständigen Kontakt des Deckenteils 11 mit der Mündung 32 und somit eine Abdichtung des Behälters 3. Bevorzugt wird der Schraubverschluss 1 drehmomentgesteuert aufgeschraubt, so dass auch eine lange Aushärtezeit unproblematisch ist, da der Schraubverschluss 1 bereits definiert auf dem Behälter 3 aufgebracht ist.
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Durch die stoffschlüssige Verbindung 4 des Schraubverschlusses 1 mit dem Behälter 3 wird der Behälter 3 gegenüber der Umgebung hermetisch abgedichtet, so dass eine Kontamination eines im Innenraum 31 des Behälters 3 enthaltenen Produkts vor dem ersten Öffnen des Schraubverschlusses 1 ausgeschlossen werden kann.
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Der Fingerstrahler 2 oder eine vergleichbare Beaufschlagungsvorrichtung lässt sich einfach in eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Verschlusses auf einem Behälter integrieren und wird vorzugsweise vor einer Sterilisationseinrichtung für die Schraubverschlüsse angeordnet, um auf eine hygienegerechte Gestaltung der Fingerstrahler verzichten zu können. Teilweise werden Mittel zum Bestrahlen von Schraubverschlüsse auch eingesetzt, um damit die Schraubverschlüsse zu sterilisieren. Somit ist es möglich, den Vorgang der Sterilisation mit dem des Versetzens in den Zustand zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung zu kombinieren. Umgekehrt kann eine bisher unter Verwendung von chemischen Sterilisationsmitteln durchgeführte Sterilisation durch eine Bestrahlung ersetzt werden.
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Durch eine Überwachung des Stroms und der Spannung des Fingerstrahlers 2 können bei Störungen die nicht ausreichend behandelten Schraubverschlüsse 1 und die zugehörigen Behälter 3 leicht aussortiert werden.
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Die Fläche 14 des Deckenteils 11 kann ein Material aufweisen, das sich von dem Material oder den Materialien, aus denen der übrige Teil des Schraubverschlusses 1 hergestellt ist, unterscheidet. Vorzugsweise wird der Schraubverschluss 1 jedoch aus nur einem einzigen Material hergestellt. Dies hat die Vorteile, dass der Schraubverschluss 1 einteilig und somit einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann und einfacher zu recyceln ist.
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Vorzugsweise wird ein mit einem Schraubverschluss 1 versehener Behälter 3 aus einem Kunststoff hergestellt, wie beispielsweise eine PET Flasche für Getränke oder andere Produkte.
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Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraubverschluss
- 11
- Deckenteil des Schraubverschlusses
- 12
- Mantelteil des Schraubverschlusses
- 13
- Innengewinde des Mantelteils
- 14
- Fläche des Deckenteils
- 2
- Fingerstrahler
- 21
- Strahlenbündel
- 3
- Behälter
- 31
- Innenraum des Behälters
- 32
- Mündung des Behälters
- 33
- Außengewinde der Mündung
- 4
- Stoffschlüssige Verbindung
- 100
- Rotationsachse
