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Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgabeventil für drucklose Behälter,
vorzugsweise für Wegwerfpackungen, mit einem formstabilen Ventilgehäuse, das eine
Querwand mit einer zentralen Öffnung sowie einen kegelstumpfförmigen Ventil sitz
aufweist, welcher sich in der Richtung von der Querwand weg öffnet, ferner mit einem
elastischen, kegelstumpfförmigen Schließglied, das mit dem Ventilsitz eine gemeinsame
Achse aufweist und durch eine Rückstellkraft gegen diesen und in eine Schließstellung
drückbar ist, wobei zum Erzeugen der Rückstellkraft eine mit dem Schließglied verbundene
elastische Membran vorgesehen ist.
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Aus der USA.-Patentschrift 2734773 ist ein Abgabeventil für Aerosolbehälter
bekannt, das ein elastisches, kegelstumpfförmiges Schließglied hat, bei dem zum
Erzeugen der Rückstellkraft eine im Behälter eingespannte membranartige Verbreiterung
dieses Ventils dient. Beim Schließvorgang verbleibt ziemlich viel Flüssigkeit in
dem Raum zwischen dem Schließglied und der Austrittsöffnung. Wird die Aerosolflasche
liegend aufbewahrt, so kann diese Flüssigkeit auslaufen und beispielsweise Flecken
verursachen. Für einen Behälter mit unten oder seitlich angeordnetem Abgabeventil
ist dieses bekannte Ventil daher nicht geeignet, zumal zu seiner Herstellung auch
relativ komplizierte Drehteile aus Metall notwendig sind, die die Produktion stark
verteuern.
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Ein Ventil für den Aerosolbehälter zeigt auch die deutsche Patentschrift
917287. Das Schließglied ist hier mit einer Flachdichtung versehen und wird durch
eine gesonderte Druckfeder gegen seinen Sitz gepreßt. Auch hier ist zwischen der
Austrittsöffnung und dem Ventilsitz des Schließgliedes ein großer Speicherraum vorhanden,
in dem sich nach der Betätigung Flüssigkeit befindet, welche bei entsprechender
Schräglage aus dem Ventil auslaufen und Schäden verursachen kann.
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Ein ähnliches Ventil wie diese deutsche Patentschrift zeigt auch
die österreichische Patentschrift 239 957; auch dieses Ventil ist für einen Aerosolbehälter
bestimmt. Sein kegelstumpfförmiges Schließglied wird ebenfalls durch eine Druckfeder
gegen den Sitz gepreßt. Zwischen der Austrittsöffnung und demVentilsitz befindet
sich ein großer Speicherraum, in dem nach Beendigung eines Sprühvorgangs Flüssigkeit
zurückbleibt, welche dann bei entsprechender Schräglage des Behälters auslaufen
kann.
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Die Ventile nach den genannten Patentschriften eignen sich daher
praktisch nur für eine senkrechte oder nahezu senkrechte Vorzugslage. In manchen
Fällen ist es aber erwünscht, zum Abzapfen aus drucklosen Behältern Ventile mit
waagerechter Vorzugslage zur Verfügung zu haben, bei denen nicht die Gefahr besteht,
daß nach dem Gebrauch weiterhin Flüssigkeit austritt. So hat die Praxis ergeben,
daß beim Abpacken und Abgeben von gekühlten Flüssigkeiten, wie Milch oder Fruchtsäften,
diese Flüssigkeiten in Plastikbeuteln, welche sich in halbsteifen Kartonbehältern
befinden, auf den Markt gebracht und in Ablagefächern der bekannten Küchenkühlschränke
aufbewahrt werden. Nach Möglichkeit soll aus diesen Behältern im Kühlschrank selbst
die Flüssigkeit abgezapft werden können, und zwar ohne Verschütten oder Vertropfen.
Besonders zu berücksichtigen ist dabei, daß auch Kinder in der Lage sein müssen,
aus solchen Behältern Flüssigkeit abzuzapfen, d. h., solche Ventile müssen leicht
zu betätigen sein.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten
Ventile zu vermeiden und insbesondere ein Abzapfventil für horizontale Vorzugslage
zu schaffen, das weitgehend ohne Nachtropfen arbeitet.
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Nach der Erfindung wird dies bei einem eingangs genannten Abgabeventil
dadurch erreicht, daß das Abgabeventil für eine horizontale Vorzugslage ausgebildet
ist, in der die Querwand etwa senkrecht verläuft, und daß ein in dieser Vorzugslage
nach unten verlaufender Abgabekanal vorgesehen ist, dessen oberes Ende am Ventilsitz
mündet und durch das Schließglied verschließbar ist, und daß die Membran auf der
dem Schließglied gegenüberliegenden Seite der Querwand angeordnet ist, durch ein
die zentrale Öffnung der Querwand durchdringendes Verbindungsorgan mit dem Schließglied
verbunden ist und mit dem Ventilgehäuse einen Hilfsraum bildet, der mit dem Raum
auf der gegenüberliegenden Seite der Querwand in Flüssigkeitsverbindung steht. Beim
Schließen des Ventils wölbt sich diese Membran in ihre Ausgangslage zurück und saugt
dadurch die gesamte Restflüssigkeit, die sich zwischen Schließglied und Ventilsitz
befindet, in den Hilfsraum ab. Dadurch wird ein Nachtropfen nach dem Schließvorgang
vermieden. Aus der USA.-Patentschrift 549678 ist es bekannt, auf einer dem Schließglied
gegenüberliegenden Seite einer Querwand eine Membran anzuordnen und durch ein eine
zentrale Öffnung dieser Querwand durchdringendes Verbindungsorgan diese Membran
mit dem Schließglied zu verbinden, so daß die Membran mit dem Ventilgehäuse einen
Hilfsraum bildet, der mit dem Raum auf der gegenüberliegenden Seite der Querwand
in Flüssigkeitsverbindung steht. Für diese Merkmalskombination wird ein selbständiger
Schutz nicht beansprucht.
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In Weiterbildung der Erfindung wird das Abgabeventil mit Vorteil
so ausgebildet, daß der Winkel zwischen der Achse des kegelstumpfförmigen Schließgliedes
und seinem Kegelmantel, d. h. sein halber Konuswinkel, größer ist als der halbe
Konuswinkel des Ventilsitzes. Hierdurch erreicht man, daß beim Schließen die einander
entsprechenden Oberflächen von Sitz und Schließglied fortschreitend miteinander
in Berührung gebracht werden, wobei die zwischen beiden Teilen eingeschlossene Flüssigkeit
in Richtung zum Hilfsraum verdrängt wird und sich eine sehr gute Dichtung ergibt.
Als besonders zweckmäßig hat sich ein Unterschied von etwa 1/40 zwischen den beiden
genannten halben Konuswinkeln erwiesen.
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Mit Vorteil wird ferner die elastische Membran mit ihrem Außenrand
dichtend im Ventilgehäuse befestigt, wie das aus der eingangs genannten USA.-Patentschrift
2734773 an sich bekannt ist.
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Eine besonders einfache Konstruktion des erfindungsgemäßen Abgabeventils
ergibt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch, daß das Verbindungsorgan
zwischen der elastischen Membran und dem Schließglied eine massive Stange und einen
rohrförmigen Ansatz aufweist, die durch einen Preß- oder Schnappsitz ineinander
gehaltert sind.
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Hierdurch ergibt sich eine sehr einfache Montage.
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Mit Vorteil wird die Querwand ferner so ausgebildet, daß sie konzentrisch
zum Verbindungsorgan einen rohrförmigen Anschlag für die Membran aufweist, wie das
an sich aus der bereits genannten deutschen Patentschrift 917 287 bekannt ist.
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Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen
stellt dar F i g. 1 einen Axialschnitt durch das Abgabeventil gemäß der vorliegenden
Erfindung in geschlossenem Zustand, Fig. 2 und 3 Darstellungen von Teilen des erfindungsgemäßen
Ventils gemäß den Schnittlinien 2-2 und 3-3 in F i g. 1 der Zeichnungen, F i g.
4 einen Querschnitt durch den Ventilkörper des Ventils nach F i g. 1, F i g. 5 eine
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventils im Zusammenhang mit einem
horizontal angeordneten Flüssigkeitsbehälter, F i g. 6 einen axialen Querschnitt
durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgabeventils, bei welchem
der kegelstumpfförmige Ventilsitz mit einem Paar in axialem Abstand voneinander,
beiderseits des Abgabekanals angeordneten und ringförmigen Dichtungsringen vorgesehen
ist.
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Insbesondere gemäß der Darstellung nach F i g. 1 der Zeichnungen
weist das nichttropfende Abgabeventil gemäß der Erfindung ein im wesentlichen zylindrisches
Ventilgehäuse 2 auf, welches aus einem steifen und billigen Material, beispelsweise
aus einem synthetischen Kunststoff, wie Styrol, gefertigt ist. Das Gehäuse 2, welches
normalerweise gemäß der Darstellung in F i g. 1 der Zeichnungen horizontal angeordnet
ist, weist ein Frontstück auf, welches eine senkrechte Querwand 4 mit einer zentral
angeordneten, aber nicht kreisförmigen Öffnung 6 enthält.
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Ein Mittelstück 8 des Ventilgehäuses bildet eine kegelstumpfförmige
innere Oberfläche 10, welche sich von der Querwand 4 ausgehend nach außen hin öffnet
und einen sich senkrecht nach unten erstrekkenden Abgabekanal 11 aufweist. Ein im
wesentlichen rohrförmiges Endstück 12 des Gehäuses 2 bildet eine zylindrische, innere
Oberfläche 14. Die Querwand 4, die kegelstumpfförmige Oberfläche 10 und die zylindrische
Oberfläche 14 bestimmen in dem Ventilgehäuse 2 eine Ventilkammer 15. Das rohrförmige
Endstück 12 des steifen Ventilgehäuses ist dazu bestimmt, mit einem Flüssigkeitsbehälter
18 verbunden zu werden, welcher in der dargestellten Ausführungsform einen Beutel
aus undurchdringlichem Material, beispielsweise aus Polyäthylen, aufweist. Der Beutel
befindet sich in einem halbsteifen Karton 19 aus Pappe. Der Behälter 18 weist außerdem
eine Entnahmehülse 20 auf, die horizontal durch eine Öffnung in dem Karton ragt
und konzentrisch sowie flüssigkeitsdicht mit dem rohrförmigen Endstück 12 des steifen
Ventilgehäuses 2 verbunden ist.
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Eine einstückig mit dem Endstück 12 verbundene und ringförmige Lippe
21 hält die Hülse 20 auf dem Endstück 12 fest.
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Das in der Fig. 1 links dargestellte Frontstück des Ventilgehäuses
2 weist einen sich axial erstrekkenden und im wesentlichen ringförmigen Flansch
24 auf, der koaxial bezüglich der in der Querwand 4 befindlichen Öffnung 6 angeordnet
ist. An seinem inneren Umfang weist der Flansch 24 eine Ringnut 26 auf, in welche
eine Außenkante 28b einer im wesentlichen konkaven bzw. kappenförmigen und undurchbrochenen
sowie elastischen Membran 30 mit einem flüssigkeitsdichten Sitz eingreift. DieHohlfläche
der kappenförmigen Membran ist der Querwand 4 zugekehrt. Der Mittelteil der Membran
30
trägt einen rohrförmigen Ansatz 32, der frei durch die nicht runde Öffnung 6 hindurchragt.
Durch Preßsitz oder in anderer Weise befestigt befindet sich an einem Ende in dem
rohrförmigen Ansatz 32 ein fester Ventilstößel 40, dessen freies Ende ebenfalls
durch die Öffnung 6 hindurchragt und mit einem Schließglied 42 verbunden ist. Das
Schließglied 42 und die Membran 30 bestehen im wesentlichen aus einem elastischen
und formbeständigen (highmemory) Material, beispielsweise im wesentlichen aus Athylvinylazetat.
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Wie in den F i g. 1 und 4 der Zeichnungen dargestellt ist, weist
das Schließglied 42 eine kegelstumpfförmige Außenfläche 44 auf, welche an der ebenfalls
kegelstumpfförmigen Oberfläche 10 des Ventilsitzes aufliegt und den nach unten gerichteten
Abgabekanal 11 abschließt. Das Schließglied 42 befindet sich ständig unter einer
Spannung, welche von der Membran 30 ausgeht und in die in Fig. 1 dargestellte Schließstellung
drängt. In dieser Schließstellung ist die Verbindung zwischen der Ventilkammer 15
und dem Abgabekanal 11 unterbrochen.
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Entsprechend einem der wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung
ist der halbe Konuswinkel der kegelstumpfförmigen Außenfläche 44 des Schließgliedes
42 etwas größer als der halbe Konuswinkel der kegelstumpfförmigen Oberfläche 10
des Ventilsitzes, und zwar etwa um 1/40. Angenommen, der halbe Konuswinkel der kegelstumpfförmigen
Fläche 10 betrage °, dann beträgt demgemäß der halbe Konuswinkel der kegelstumpfförmigen
Außenfläche 44 einen Winkel von oc° 1/40, wie in den F i g. 1 und 4 dargestellt
ist.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 1 der Zeichnungen trägt die Querwand
4 einen ringförmigen und horizontal angeordneten Anschlag 56, der sich axial in
Richtung auf die Membran 30 zu erstreckt und eine nach rechts gerichtete Öffnungsbewegung
des Schließgliedes 42 ein Abheben von dem durch die Oberfläche 10 gebildeten Ventilsitz
beschränkt.
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Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind in der Querwand 4 Durchbrechungen
60 angeordnet, die eine Verbindung zwischen der durch die Membran 30, den Flansch
24 und die Querwand 4 begrenzten Hilfskammer 62 und dem Teil 15 a der Ventilkammer
15 neben der Querwand bilden. Diese beiden Kammern stehen aber auch durch den Zwischenraum
zwischen dem Ansatz 32 und den Innenwänden der unrunden Öffnung 6 in Verbindung,
wie in F i g. 2 ersichtlich ist.
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Wie in den F i g. 1 und 3 dargestellt ist, weist das Mittelstück
8 des Ventilgehäuses 2 eine nach unten gerichtete Mündung 64 auf, welche den Abgabekanal
11 umfaßt. Wenn demgemäß der Ventilkörper von dem Ventilsitz abgehoben ist und sich
in seiner Öffnungsstellung befindet, strömt Flüssigkeit aus dem Behälter 18 über
die Entnahmehülse 20, die Ventilkammer 15 und durch den Abgabekanal 11 aus. Die
Länge »1« der Mündung ist so groß, daß die in der Mündung befindliche Flüssigkeit
durch ihre Oberflächenspannung unbegrenzt in dem Abgabekanal gehalten wird, sobald
der Ventilkörper 44 in die dargestellte Schließstellung zurückgekehrt ist. Auf diese
Weise wird das Tropfen der Flüsisgkeit aus der Mündung vollständig verhindert. Die
Länge »1« und der Durchmesser des Abgabekanals 11 sind abhängig von den Abmessungen
und dem Material, insbesondere von der Elastizität des Schließgliedes 42, weiter
von
der Viskosität der Flüssigkeit und von dem Winkel or.
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Funktion des Abgabeventils Angenommen, das Ventilgehäuse stünde mit
der Entnahmehülse 20 in Verbindung und der Karton 19, in welchem sich der Behälter
befindet, sei in der horizontalen Aufbewahrungslage geneigt angeordnet, wie es in
F i g. 5 dargestellt ist, dann liegt das Ventilgehäuse 2 horizontal an dem unteren
Teil des Kartons, und die Mündung 64 ist nach unten gerichtet.
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Der Schwerkraft folgend, fließt die Flüssigkeit aus dem Behälter über
die Entnahmehülse 20 und füllt die Ventilkammer 15. Solange das Schließglied 42
auf dem Ventilsitz aufsitzt und sich in seiner Schließstellung befindet, fließt
keine Flüssigkeit durch die Mündung 64. Sobald der Mittelteil der Membran 30 nach
innen gedrückt und das Schließglied 42 axial von dem Ventilsitz abgehoben wird,
fließt Flüssigkeit auf Grund ihrer Schwerkraft aus der Ventilkammer 15 über den
Abgabekanal 11, der sich in der Mündung 64 befindet, aus und füllt auch die Hilfskammer
62 über die Durchbrechungen 60 und den freien Zwischenraum zwischen der Öffnung
6 und dem rohrförmigen Ansatz 32.
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Wenn die gewünschte Menge der Flüssigkeit durch die Schwerkraft über
die Mündung abgegeben ist, kann die auf den Mittelteil der Membran 30 wirkende Kraft
wieder rückgängig gemacht werden, so daß die Membran zunehmend ihre ursprüngliche
Form wieder einnimmt und hierbei das Schließglied 42 nach links in die Schließstellung
verschiebt, die in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt ist. Auf Grund der Differenz
zwischen den Konuswinkeln der Oberflächen 44 und 10 von 1/40 legt sich zunächst
während der fortschreitenden Bewegung des Schließgliedes 42 nach links der äußerste
rechte Teil der kegelstumpfförmigen Außenfläche 44 an die Oberfläche 10 an und beginnt
mit dem Abschluß des Abgabekanals 11. Bei fortschreitender Bewegung des Mittelteils
der Membran 30 und des Ventilstößels 40 nach links wird auch das Schließglied 42
fortschreitend in seiner Form verändert, so daß sich auch die Außenfläche 44 fortschreitend
auf die Oberfläche 10 des Ventilsitzes auflegt, und zwar gegen die Querwand 4 zu,
d. h. von rechts nach links. Gleichzeitig wird die in dem Teil 15 a der Ventilkammer
befindliche Flüssigkeit in die Hilfskammer 62 abgedrängt.
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In dem Moment, in welchem die Mündung des Abgabekanals 11 durch das
Schließglied 42 vollständig abgeschlossen ist, wird die Flüssigkeit in dem Abgabekanal
11 durch die Oberflächenspannung zurückgehalten, so daß das Tropfen der Flüssigkeit
aus der Mündung beim Freigeben des Mittelteils der Membran 30 unterbunden ist.
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Normalerweise beträgt das Übermaß an dem Preßsitz zwischen der Außenkante
28 der Membran und der Ringnut 26 etwa 0,25 mm, so daß sich eine vollständig flüssigkeitsdichte
Verbindung ergibt. Soweit gewünscht, können die Dichtungsflächen unlöslich miteinander
verbunden werden, und zwar mit Hilfe eines Klebers.
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Die halben Konuswinkel aO und a0 + 1/40 sind maßgebend für die Dichtungsfunktion
des Abgabeventils.
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Wenn die Differenz zwischen den halben Konuswinkeln weniger als etwa
1/4° beträgt, ist der Dich-
tungsdruck gegen den Teil 70 der Oberfläche 10 des Ventilsitzes
nicht genügend groß, um das Lecken des Ventils zu verhindern. Wenn andererseits
die Differenz zwischen den Konuswinkeln mehr als etwa 1/40 beträgt, so ist der Dichtungsdruck
gegen den Teil 72 der Oberfläche 10 des Ventilsitzes für eine leckfreie Abdichtung
zu gering, wie es sich gezeigt hat. Als Erfolg der Erfindung können nun Flüssigkeiten,
wie Milch oder Fruchtsäfte, aus in Pappbehältern angeordneten Polyäthylenbeuteln
tropfenfrei abgegeben werden, wenn diese Pappbehälter horizontal in Ablagefächern
von Kühlschränken gelagert sind. Diese Abgabe geschieht durch das Ausfließen von
Flüssigkeit unter ihrer Schwerkraft aus dem von der Vorderseite durch Knopfdruck
betätigbaren Abgabeventil gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Wie in Fig. 6 der Zeichnungen dargestellt ist, weist ein Ventilgehäuse
2' einen kegelstumpfförmigen Ventilsitz 10' auf, der seinerseits mit einem Paar
in axialem Abstand voneinander angeordneten, ringförmigen Rippen 92 und 94 versehen
ist, und zwar auf einander gegenüberliegenden Seiten der Mündung eines Abgabekanals
11'. Diese ringförmigen Rippen bilden ein Paar von um 3600 verlaufenden Dichtungsflächen,
die mit einem elastischen Ventilkörper 42' zusammenwirken und Hochdruckdichtungen
bilden bzw. den Abgabekanal 11' gegenüber einer Hilfskammer 62' und einer Ventilkammer
15' sicher abdichten, wenn sich das Ventil in der dargestellten Schließstellung
befindet. Die Höhe der Rippen ist verhältnismäßig gering, etwa in der Größenordnung
von 0,08 mm, so daß sich das Schließglied in seiner Schließstellung über die Rippen
legen und eine Fläche-auf-Fläche-Verbindung mit dem zwischen den Rippen befindlichen
Teil des Ventilsitzes bilden kann. Demgemäß verbleibt zwischen den Rippen keine
Flüssigkeit, die Tropfen bilden könnte oder in anderer Weise durch ihre Schwerkraft
aus dem Abgabekanal ausfließen könnte.
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Bei den beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abgabeventils
nach den F i g. 1 und 6 hängt die Wirkungsweise der Funktion des Schließgliedes
mit Paaren von in axialem Abstand voneinander angeordneten Ringteilen des kegelstumpfförmigen
Ventilsitzes an beiden Seiten des Abgabekanals von dem Abstand zwischen diesen beiden,
der Dichtung dienenden Ringteilen ab, und im besonderen gestaltet sich die Abdichtung
um so schwieriger, je größer der Abstand zwischen den ringförmigen Teilen ist. Der
mögliche Abstand hängt von der Form und der Flexibilität des Schließgliedes ab.
Je flexibler das Material des Schließgliedes ist, desto größer kann der Abstand
zwischen den ringförmigen Teilen an dem Ventilsitz sein. Bei den in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungen, bei welchen die Differenz zwischen dem halben Konuswinkel
etwa 1/40 beträgt und bei welchen ein Schließglied aus Äthylvinylazetat mit einer
Dicke von etwa 0,6 mm und einer verhältnismäßig großen Steifigkeit hergestellt ist,
entsteht ein genügend großer Andruck in beiden ringförmigen Dichtungsbereichen für
eine zuverlässige Abdichtung auf eine Spanne in der Größenordnung von etwa 6 mm.
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Bei Verwendung der zusätzlichen Dichtungsrippen in der Ausführungsform
des Abgabeventils nach F i g. 6 wird eine zuverlässigere Abdichtung für Flüssigkeiten
mit geringer Viskosität, beispielsweise für
Wasser, Fruchtsäfte,
Milch und ähnliche Getränke, erreicht.