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Die Erfindung bezieht sich auf einen selbsttätigen Verschluß für
Tuben, Flaschen, Dosen und dergleichen Behälter, bestehend aus einem starren Behälterdeckel,
der mittig einen sich axial nach außen erstreckenden Verschlußdorn und Durchbrechungen
rings um den Verschlußdorn aufweist, und aus einer an dem Behälterdeckel befestigten
Verschlußkappe mit einem im wesentlichen zylindrischen Befestigungsteil, einem in
axialer Richtung federnden, zum Behälter konisch nach einwärts zulaufenden Stegteil
und einem sich daran anschließenden, im wesentlichen zylindrischen Schaftteil, von
dem eine bogenförmige Kuppe eine Öffnung aufweist, deren Rand in der Schließstellung
an einer Sitzfläche des Verschluß dorns unter Vorspannung elastisch anliegt.
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Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Herstellen
der Verbindung zwischen der Verschlußkappe und dem Behälterdeckel eines solchen
Behälterverschlusses.
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Ein selbsttätiger Behälterverschluß der eingangs genannten Gattung
ist bereits bekannt. Dabei wird die Verschlußkappe nach Aufsetzen des Öffnungsrandes
auf die Sitzfläche des Dorns mit ihrem Befestigungsteil zum Vorspannen des Stegteils
längs einer im wesentlichen zylindrischen Mantelfläche des Behälterdeckels bis in
eine Endstellung gedrückt und mit dem Behälterdeckel in dieser Lage verklebt oder
durch Einpressen eines umgelegten Randes der Verschlußkappe zwischen den Stegteil
und die Tubenwandung oder durch Umbördeln des freien Endes des Tubenmantels um den
eingerollten Rand der Verschlußkappe verbunden. Derartige Behälterverschlüsse sind
jedoch nachteilig, da es im Falle des Verklebens einige Zeit dauert, bis die Verklebung
fest und dicht ist, so daß der Halter für die zu verbindenden Einzelteile während
dieser Zeit die Vorspannung der Verschlußkappe erzeugen muß, ohne sich aus der eingestellten
Lage zu verändern. In diesem Fall ist die Herstellungsrate verhältnismäßig gering.
Die anderen Verbindungstechniken verlangen oftmals einen hohen konstruktiven Aufwand
oder führen zu nicht genügend dichten Behälterverschlüssen, so daß das selbsttätige
Verschließen zu wünschen übrigläßt und Behälterinhalt an den unzulänglich abgedichteten
Stellen nach außen dringt.
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Andere Verschlußkappen, die mit der Tubenwandung unmittelbar über
einen Bajonettverschluß verriegelt sind, verlangen sehr enge Herstellungstoleranzen,
da sonst sehr unterschiedliche Vorspannungen an der Sitzfläche entstehen, die zu
einem verhältnismäßig großen Ausschuß führen würden.
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Außerdem besteht dort die Gefahr, daß der Bajonettverschluß ungewollt
geöffnet wird und das innerhalb der Verschlußkappe befindliche Füllgut nach außen
spritzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbsttätigen Behälterverschluß
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der sich bei einfachem Aufbau durch
Vermeidung der obengenannten Nachteile auszeichnet, d. h. der in der Massenproduktion
einfach herstellbar ist und sich durch vorzügliche Abdichtung auszeichnet.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Behälterdeckel mit einer ringförmigen
Aussparung versehen ist, deren Innenwand durch seine Mantelfläche und deren Außenwand
durch einen Halteteil gebildet sind, und daß die Verschlußkappe mit einem sich am
unteren Ende ihres Befestigungsteils radial nach
außen erstreckenden Flansch, dessen
Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser des Halteteils entspricht, in der ringförmigen
Aussparung des Behälterdeckels dadurch befestigt ist, daß der Halteteil des Behälterdeckels
mindestens teilweise über den Flansch der Verschlußkappe nach innen umgelegt ist.
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Zweckmäßigerweise besteht der Halteteil aus thermoplastischem Material,
so daß er durch Wärme verformbar ist.
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Die Herstellung der beschriebenen Einzelteile, nämlich des Behälterdeckels
und d der Verschlußkappe, ist außerordentlich einfach; sie kann beispielsweise im
Spritzguß- oder Tiefziehverfahren erfolgen. Dabei bietet die ringförmige Aussparung
im Behälterdeckel zwei wesentliche Vorteile: Einerseits kann dadurch die Verschlußkappe
an ihrem Befestigungsteil nicht nur innen, sondern sogar außen geführt werden, so
daß die Gefahr vermieden wird, daß sich beim Gegeneinanderdrücken von Verschlußkappe
und Behälterdeckel, das zur Erzielung der Vorspannung erforderlich ist, der Durchmesser
des Befestigungsteils der Verschlußkappe etwas vergrößert und dieser nicht mehr
an der Mantelfläche des Behälterdeckels anliegt. Andererseits ist es in einfachster
Weise möglich, die Befestigung dieser beiden Einzelteile beispielsweise durch Umbördeln
des Halteteils vorzunehmen, ohne daß ein Teil des Behälterdeckels oft in axialer
Richtung verformt und dann erst um den Flansch der Verschlußkappe gelegt werden
muß. Besteht der Halteteil aus thermoplastischem Material, so wird er vor dem Umlegen
erwärmt, da er im plastifizierten Zustand bereits bei sehr geringem Druck verformbar
ist, in verfestigtem Zustand jedoch einen ausreichenden Halt für den Flansch der
Verschlußkappe gewährleistet. Das Erwärmen erfolgt zweckmäßigerweise durch Heißluftstrahlen.
Selbstverständlich sind auch andere Erwärmungsverfahren, beispielsweise durch Wärmestrahlen,
möglich, die von einem elektrischen Heizelement auf den Halteteil abgestrahlt werden.
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Das Verfahren zum Verbinden der Verschlußteile ist praktisch vollkommen
automatisierbar und kann vollständig maschinell erfolgen, so daß sich die Herstellungskosten
des selbsttätigen B ehälterverschlusses wesentlich vermindern lassen, obwohl dessen
Funktion in keiner Weise beeinträchtigt wird. Ausschuß durch herstellungsbedingte
Toleranzen wird praktisch vollständig vermieden, da trotz der Herstellungstoleranzen
bezüglich der Abmessungen der Einzelteile auf maschinellem Wege jeweils eine konstante
Vorspannung eingestellt werden kann.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens einen Werkzeugstempel auf, der die Verschlußkappe aufnimmt, so
daß deren Flansch nach außen ragt, und der zusammen mit der Verschlußkappe bis zum
Eingreifen des Flansches desselben in die ringförmige Aussparung des Behälterdeckels
axial zu diesem bewegt wird. Bei dieser Axialbewegung des Werkzeugstempels setzt
sich der Öffnungsrand der Verschlußkappe auf die Sitzfläche des Dornes auf - die
Verwendung einer etwa halbkugelig gekrümmten Sitzfläche erleichter des selbsttätige
Zentrieren -, so daß vom Moment des Aufsetzens auch die Einstellung der Vorspannung
beim Weiterbewegen des Werkzeugstempels in axialer Richtung beginnt. Je weiter sich
der Werkzeugstempel von diesem Moment an weiterbewegt,
desto stärker
wird die Vorspannung, bis sie einen Maximalwert erreicht, der durch das Aufsetzen
des Flansches der Verschlußkappe am Grund der ringförmigen Aussparung im Behälterdeckel
begrenzt wird. Es ist daher mit Hilfe dieser Vorrichtung auch möglich, die Vorspannung
innerhalb des Bereiches bis zu diesem Höchstwert einzustellen.
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Im Rahmen dieser Vorrichtung ist es zweckmäßig, den Werkzeugstempel
mit einer Aussparung zu versehen, die während dieser Axialbewegung zum Umlegen des
Halteteils dient, der zweckmäßigerweise vorher in einen plastifizierten Zustand
gebracht wurde.
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Zur Verminderung der Herstellungskosten ist es ferner zweckmäßig,
sowohl die Verschlußkappe als auch den Behälterdeckel jeweils einstückig herzustellen.
Als Material für die Verschlußkappe dient beispielsweise PVC hart oder auch Polypropylen.
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Dabei ist es für viele Anwendungsfälle vorteilhaft, die Kuppe der
Verschlußkappe etwa doppelt so dick wie die übrigen Teile derselben auszubilden.
Der Behälterdeckel kann beispielsweise mit einem Innengewinde versehen sein, so
daß er auf eine übliche Tube aufgeschraubt werden kann. Es ist auch möglich, den
Behälterdeckel unmittelbar mit der Tube oder einem anderen Behälter, beispielsweise
einen Becher, zu verbinden oder mit diesem sogar einstückig, z. B. aus Kunststoff
oder Leichtmetall bzw. einer Leichtmetallegierung, herzustellen.
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Wird das obengenannte Heißluft-Erwärmungsverfahren angewendet, dann
ist es zweckmäßig, den auf etwa 1200 C erhitzten Gasstrom mit etwa 4 atü Druck auf
die zu erweichende Fläche zu richten, falls diese aus PVC hart besteht. Um zu verhindern,
daß sich die Erwärmung auch auf Teile ausbreitet, die nicht erwärmt werden sollen,
wird zweckmäßigerweise ein Schutzstück über die entsprechenden Verschlußteile gelegt.
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Beispiele für die Erfindung und die erfindungsgemäße Vorrichtung
sind an Hand der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen
Querschnitt durch einen selbsttätigen Behälterverschluß während des Befestigungsvorganges,
F i g. 2 bis 4 einzelne Herstellungsstufen des in Fig. 1 dargestellten Behälterverschlusses
und eine Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 5 eine andere Ausbildung eines erfindungsgemäßen
Behälterverschlusses, bei dem Behälterdeckel und Behälterwand einstückig ausgebildet
sind, F i g. 6 eine weitere Ausbildung eines Behälterverschlusses während des Befestigungsverfahrens
nach der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 besteht der selbsttätige Behälterverschluß aus dem Behälterdeckel
1 und der Verschlußkappe 13. Der Behälterdeckel 1 ist mit einem Befestigungsrand
2, einem Stegteil 3 und einem Verschlußdorn 4 versehen. Der Befestigungsgrad 2 weist
ein Innengewinde 5 zum Aufschrauben auf einen Gewindezapfen des nicht dargestellten
Behälters auf.
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Die zylindrische Mantelfläche 6 des Behälterdeckels 1 bzw. dessen
Befestigungsrandes 2 ist am unteren Ende mit einer Schulter 7 versehen. Im Stegteil
3 befinden sich zwei oder mehr Durchbrechungen 8 für den Durchtritt des Behälterinhaltes.
Der Verschlußdorn 4 ist an seiner insbesondere halbkugeligen Kuppe 9 mit einer Sitzfläche
10 versehen, an der in der Schließstellung der Öffnungsrand 11 der bogen-
förmigen
Kuppe 12 -der Verschlußkappe 13 anliegt.
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Die Verschlußkappe 13 geht von der Kuppe 12 über einen zylindrischen
Schaftteil 17 und einen als Membran wirkenden, radial nach innen zum Stegteil 3
gezogenen Stegteil 15 in einen im wesentlichen zylindrischen Befestigungsteil 16
über. Dieser Befestigungsteil 16 liegt mit seiner Innenfläche an der Mantelfläche
6 des Behälterdeckels 1 an. Am unteren Ende ist der Befestigungsteil 16 der Verschlußkappe
13 mit einem Flanschl7 versehen, der aus einer nach außen eingerollten Umbördelung
oder einem Spritzgußansatz besteht. Dieser stützt sich auf der Schulter 7 des Befestigungsrandes
2 ab und wird von dem Halteteil7a umfaßt. Die ringförmige Aussparung hinter dem
Halteteil 7a resultiert von dem Formgebungswerkzeug, in dem der Behälterdeckel 1
geformt worden ist.
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In dieser Stellung sind beide Elemente fest miteinander verbindbar.
Diese Befestigungsart ist einfach herstellbar und kann garantieren, daß jederzeit
ein genau festgelegter Abstand zwischen dem Öffnungsrand 11 der Verschlußkappe 13
und derem Flansch 17, 4. h. der Schulter 7 des Behälterdeckels 2, eingehalten wird,
so daß bei gleichem Material immer ein gleicher Anpreßdruck des Öffnungsrandes 11
an der Sitzfläche 10 des Verschlußdornes 4 auch in der Massenproduktion garantiert
wird. Wie ohne weiteres ersichtlich, kann die Vorspannung auch auf einen anderen
Wert eingestellt werden.
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In F i g. 2 ist im Schnitt schematisch die aus bahnförmigem Material
tiefgezogene Verschlußkappe 13 dargestellt, die anschließend gemäß Fig.3 am unteren
Rand des Randteils 16 mit dem sich radial nach außen erstreckenden Flansch 17 durch
Umdrücken bzw. Umbördeln versehen worden ist.
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In Fig.4 ist schematisch eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zum
Verbinden im Schnitt dargestellt. Danach wird der Behälterdeckel 1 auf ein nicht
gezeigtes Werkzeug aufgesetzt. Von oben wird die Verschlußkappe 13 auf den zylindrischen
Befestigungsrand 2 entweder mit Hilfe des Werkstückstempreis51 selbst oder vorher
auf andere Weise aufgesetzt, so daß der Flansch 17 in die ringförmige Aussparung
hinter dem Halteteil 7a eingreift. Anschließend wird der Werkzeugstempel 51 bei
gleichzeitiger oder nach Erwärmung des über die Schulter 7 außerhalb des Flansches
17 axial nach oben hinausragenden Halteteils 7 a aufgesetzt und nach unten gedrückt,
so daß sich dieser plastifizierte Halteteil 7a in der nach innen gezogenen Aussparung
53 des Werkzeugstempels 51 einrollt. Nach dem Wiederbefestigen des verformten Halteteils
7 a wird nicht nur ein fester Halt für den Flansch 17 gegen axiales Verschieben
nach oben gewährleistet, sondern wird auch gleichzeitig eine gute Abdichtung an
der Verbindungsstelle erzielt. Die Aussparung 52 des Werkzeugstempels 51 dient zur
Aufnahme der Verschlußkappe 13. Dabei wird zweckmäßigerweise der Abstand zwischen
der für den Halteteil 7 a vorgesehenen Aussparung 53 und dem oberen Ende der Aussparung
52 derart eingestellt, daß beim Umlegen des Halteteils 7 a um den Flanschl7 die
Verschlußkappe 13 gleichzeitig in gewünschter Weise vorgespannt wird, so daß der
Öffnungsrand 11 der Verschlußkappe 13 mit dem vorgesehenen Druck auf der Kuppe 9
des Verschlußdornes 4 anliegt. Um das Verformen des Halteteils 7 a zu erleichtern,
wird das untere Ende des Werkzeugstempels 51 durch möglichst
gleichmäßig
um den Umfang des Flansches 17 verteilte Düsen 54 erwärmt, durch die Heißluftstrahlen
55 in Richtung zum Halteteil 7 a geleitet werden.
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Gemäß Fig. 5 besteht der Behälterdeckel 18 mit der Behälterwandung
20 aus einem Stück, so daß die Behälterwandung 20 in der Nähe der Abstützeinrichtung
durch einen Übergangsteil 19 allmählich in den Behälterdeckel 18 übergeht. Der Behälterdeckel
18 ist in der Wanddicke bedeutend, beispielsweise um das Dreifache größer als die
Behälterwandung20.
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Die Behälterwandung 20 wird nach dem Füllen mit Füllgut am unteren
Ende auf geeignete Weise verschlossen.
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Der in F i g. 6 dargestellte Behälterdeckel weist am Befestigungsrand
2 eine ringförmige obere Aussparung 37a und eine ringförmige untere Aussparung 37
b auf, in die der Flansch der Verschlußkappe 13 a bzw. der verdickte bzw. umgelegte
obere Rand der Behälterwandung 127 eingelegt sind. Durch geeignete Eindrück- bzw.
Einrollverfahren, insbesondere unter Anwendung von Wärme, werden der obere Halteteil
27 a und der untere Halteteil 27 b des Befestigungsrandes 2 über die Flansche bzw.
verdickten Ränder der Verschlußkappel3a bzw. der Behälterwandung 127 gelegt, so
daß diese fest mit dem Behälterdeckel verbunden sind. Diese Ausbildung der Erfindung
eignet sich besonders für Behälter mit verhältnismäßig großem Durchmesser von beispielsweise
80 mm. Der am Verschlußdorn 4 a aufsitzende Teil der Verschlußkappe 13 a ist gegenüber
der übrigen Wandstärke derselben auf etwa das Doppelte verdickt und weist eine Wandstärke
von z. B. 1,2 bis 1,4 mm auf.