DE19953706A1 - Schlitzventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schlitzventil (15) für den Verschluß einer Kunststoffflasche zum Dosieren von Flüssigkeiten. An das Rohventil (5) sind mehrere dreieckförmige Zähne (1) angeformt, auf deren einen Flanke (3) eine oder mehrere Erhöhungen (7, 7') und auf der jeweils gegenüberliegenden Flanke (3) Vertiefungen (6, 6') mit ähnlichem Querschnitt angeordnet sind. Nach dem Umstülpen des Rohventils (5) greifen diese Vertiefungen (6) und Erhöhungen (7) ineinander, wodurch sich eine Selbstzentrierung der Zähne (1) nach dem Öffnen und Schließen, das heißt nach dem Dosieren, ergibt. DOLLAR A Durch spezielle Überlappungen (17) wird die Druckdichtheit des Schlitzventils (15) garantiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schlitzventil aus einem thermoplastischen Elastomer, Silikon oder Gummi zum Einbau in einen Verschluß einer Kunststoffflasche. Mit dem Schlitzventil lassen sich nach Druck auf die Flasche Flüssigkeiten wie Duschgel, Flüssigseife, Lösungsmittel, Babyöl, Speiseöl, Ketchup, Senf, Essig oder Süßstoff dosieren.

Dieses Ventil soll auch zum Ableiten von Überdruck aus Kanistern und Großbehältern dienen. Es gibt verschiedene Arten von Schlitzventilen am Markt, die in aufwendiger Weise aus Silikonhauben mechanisch gestanzt werden.

Da es sich hierbei um die Verletzung der Oberfläche eines Kunststoffes handelt, ist die zulässige Höhe des Innendruckes begrenzt. Ein derartiges, gestanztes Ventil weist Dichtigkeitsprobleme bei kriechenden Flüssigkeiten, wie Babyöl oder Speiseöl auf.

In der DE-OS 196 46 060 und 198 17 625 sind sogenannte Rosettenventile beschrieben, die durch nachträgliches Umstülpen von Sternsegmenten von außen nach innen zu einem elastischen Schlitzventil führen.

Nachteile dieser Lösungen treten bei geringer Bauhöhe der Sterne bzw. Stege auf - sie stabilisieren sich nicht ausreichend in der Dichtebene. Sie verkippen mit anderen Worten, so daß die Sternsegmente nicht immer dichtend anliegen.

Weiterhin haben die Prototypen gezeigt, daß durch die grundsätzlich immer vorhandenen Radien an Kanten (auch wenn das Werkzeug scharfkantig ist) im Bereich von 0,05 mm eine Restöffnung in der Mitte des umgestülpten Schlitzventiles entsteht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein umstülpbares Schlitzventil zu schaffen, welches nach jedem Dosiervorgang automatisch in eine stabile, dichtende Lage zurückfedert und welches durch die realen Radien an den Kanten nicht zu einer Restöffnung in der Mitte des Ventiles nach dem Umstülpen führt.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst, indem auf einer runden oder eckigen Hülse radial verlaufende, dreieckförmige Zähne angeformt sind, auf deren Flanken im Wechsel seitliche Vertiefungen und mit einem ähnlichen Querschnitt seitliche Erhebungen verlaufen, die sich entweder über die gesamte Länge der Flanken von der Hülse bis zur Spitze erstrecken oder die nur relativ kurz oder punktförmig ausgebildet sind.

Der Querschnitt dieser Vertiefungen und Erhebungen ist beliebig wählbar, entscheidend sind deren Einlaufschrägen. Vorteilhaft ist es, die Vertiefungen im Querschnitt geringfügig größer zu wählen als die Erhöhungen, um zu garantieren, daß beide Elemente nach dem Umstülpen mit Spiel ineinander greifen und damit die Flanken dichtend anliegen.

Eine zweite, grundsätzliche Lösung besteht aus Zähnen, die von Zahn zu Zahn, bezogen auf die Hauptachse, Schrägen in unterschiedlicher Richtung aufweisen. Deren Funktion wird später erläutert.

An der Hülse des Rohventiles ist ein Spannbund zum Einklemmen in einen Verschluß angeformt.

Auf der dem Spannbund gegenüberliegenden Seite ist in der Regel eine Symmetriehülse angeformt, die später näher beschrieben wird.

Nach der Urformung des Rohventiles in einem Werkzeug wird selbiges innerhalb oder extern in einem Automaten umgestülpt, so daß die Zähne nach innen in die Öffnung zeigen.

Dabei greifen die erfindungsgemäßen Erhöhungen in die benachbarten Vertiefungen. Durch einen Kraftgradienten der Zuhaltekraft des Ventiles/zur Hülse hin steigt die Zuhaltekraft an. Dadurch ist stets gesichert, daß die Flanken nach jeder Öffnung des Schlitzventiles automatisch in der radialen Ebene oder in der gewollten Wölbung dieser Fläche zentriert werden.

Anders gesagt, öffnen sich beim Dosieren nur die inneren Spitzen der Zähne des Schlitzventiles vollständig. Dabei biegen sich die Zähne stetig nach außen. Das bedeutet gleichzeitig, daß die Vertiefungen und Erhöhungen der äußeren Bereiche der Zähne, die von der Hülse ausgehen, im Eingriff verbleiben.

Der Querschnitt der Vertiefungen und Erhöhungen kann beispielsweise dreieckig, kugelförmig, elliptisch oder rechteckig mit Einführschrägen sein.

Bedeutend ist ein Winkel der Einführschrägen zur Hauptachse, der größer als die Selbsthemmung durch den Reibungskoeffizienten ist.

Er kann bei TPE oder Gummi 30° und mehr betragen.

Sehr gut dürften auch Stege und Nuten mit einem Kreis - oder ellipsenförmigen Querschnitt bzw. eines entsprechenden Abschnittes davon funktionieren.

Ein zweiter Weg zur automatischen Selbstzentrierung der Zähne ist das Anschrägen der Zähne, alternierend von Zahn zu Zahn in unterschiedlicher Richtung zur Hauptachse.

Vorzugsweise öffnen sich nur die Zähne zuerst, deren Anschrägungen nach außen hin divergieren. Je nachdem ob man drei, fünf, sechs, sieben oder acht oder mehr Zähne vorsieht, federt eine gerade oder ungerade Zahl als Teil der Gesamtzähnezahl nach außen, wenn auf die Flasche gedrückt wird.

Auch hier wirkt ein erhöhter Kraftgradient, der zur Hülse hin ansteigt, auf die Zähne selbstzentrierend. Diese Lösung ist vorzugsweise für Zähne mit einer etwas größeren Dicke vorgesehen.

Die Hülse ist vom Spannbund bis zu den Zähnen ist auf der Gegenseite als sogenannte Symmetriehülse fortgesetzt, um eine etwa symmetrische Zugbelastung auf die umgestülpten Zähne zu erreichen.

Andernfalls würde es zu einer Wölbung der Zähne nach innen oder außen kommen. In bestimmten Fällen kann diese Wölbung der Zahnebene jedoch erwünscht sein kann. Man kann so das Verhältnis des Öffnungs- zum Schließdruck steuern.

Zeigt die Wölbung nach innen, verursacht durch eine längere äußere Hülse oder eine Größere Wanddicke derselben, so ist der notwendige Öffnungsdruck höher als der Schließdruck. Dieser Effekt ist im Sinne einer höheren Auslaufsicherheit und eines plötzlichen Öffnens des Ventiles gewünscht.

Erreicht werden soll diese konvexe Wölbung auch durch eine gesteuerte Asymmetrie der Flanken, Erhöhungen und Vertiefungen. Die Flanken des Rohventiles können auch eine zur Symmetriehülse hin divergierende Anschrägung aufweisen.

Einen Stabilisierungseffekt der umgestülpten Zähne erreichen wir erfindungsgemäß auch durch einen speziellen Verlauf der Dicke der Zähne.

Sie werden mit einer relativ großen Dicke direkt an der Hülse angeformt und verlaufen zur Spitze auf eine verringerte Dicke aus.

Das hat zwei Vorteile:

• 1. Stabilisieren sich die Zähne an der Hülse und
• 2. Wird ein geringerer Öffnungs- und Schließdruck erforderlich.

Durch eine einseitige oder asymmetrische Anschrägung der Zähne im Sinne eines Dickenverlaufes ist das Verhältnis vom Öffnungs- zum Schließdruck steuerbar.

Für ein mögliches Entlüftungsventil ist vorgesehen, daß die Dicke der Zähne an der Hülse im Bereich der Höhe eine Zahnes liegt. Zusätzlich verringert sich die Dicke zur Spitze der Zähne hin.

Ein weiteres Stabilisierungsmittel ist in der Form von axialen Stegen auf der Innenseite der Hülse vorgesehen. Nach dem Umstülpen sind diese Stege außen angeordnet. Vorzugsweise verlaufen sie auf den Innenseiten Mittig, um die Wanddicke der Hülse in den Ecken nicht zu erhöhen und beim Ausfedern nicht unzulässig hohe Öffnungskräfte zu bekommen.

Insbesondere sind die geschickte Kombination aller erfindungsgemäßen Stabilisierungsmaßnahmen, des Dichtelementes, der Geometrie der Zähne und der Hülse sowie des Elastizitätsmodules des eingesetzten Materials entscheidend für eine sichere Funktion dieses Schlitzventiles.

Weitere Ausführungen zur vorliegenden Erfindung sind bitte den nachfolgenden Beispielen und Figuren zu entnehmen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Rohventil mit Zähnen mit dreieckförmigen Nuten und Erhöhungen,

Fig. 2 ein Rohventil mit Zähnen, deren Querschnitt einem Kreisabschnitt entspricht,

Fig. 3 ein Rohventil mit alternativ verschiedenen Anschrägungen,

Fig. 4 Seitenansicht dieses Rohventiles,

Fig. 5 Draufsicht,

Fig. 6 zweite Seitenansicht,

Fig. 7 Draufsicht auf umgestülptes Schlitzventil,

Fig. 8 Schnitt durch Schlitzventil,

Fig. 9 Seitenansicht desselben,

Fig. 10 perspektivische Ansicht des Schlitzventiles,

Fig. 11 ein Rohventil mit kurzen Vertiefungen und Erhöhungen,

Fig. 12 perspektivische Ansicht desselben,

Fig. 13 Schnitt durch die Zähne desselben Ventiles,

Fig. 14 perspektivische Ansicht eines Rohventiles mit rechteckigen Erhöhungen und Vertiefungen.

Fig. 15 perspektivische Ansicht eines Rohventiles mit kegeligen Erhöhungen und Vertiefungen

Fig. 16 Draufsicht auf ein Rohventil

Fig. 17 Rohventil mit Zähnen mit Dickenverlauf

Fig. 18 Schnitt des Rohventiles mit Stegen

Fig. 19 umgestülptes Schlitzventil mit Stegen

Fig. 20 Seitenansicht eines Luftventiles

Fig. 21 perspektivische Ansicht des Luftventiles

Fig. 1 zeigt ein Rohventil 5, wie es in einem thermoplastischen Elastomer in einer Spritzgießmaschine gefertigt wurde. Die Zähne 1 sind radial an eine zweigeteilte, sechseckige Hülse 2 angeformt. Die Zähne 1 weisen auf einer Flanke 3 eine Erhöhung 7 und auf der gegenüberliegenden Flanke 3 eine Nut 6 mit ähnlichem Querschnitt auf.

In Fig. 1 handelt es sich um einen dreieckförmigen Querschnitt.

Die Hülse 2 ist nahezu symmetrisch geteilt in die untere Hülse 12 und die Symmetriehülse 11. Beide Hülsenelemente 11, 12 sorgen nach dem Umstülpen für eine symmetrische Zugbelastung. An die untere Hülse 12 ist ein größerer Spannbund 8 angeformt, durch dessen Öffnung 9 schon innerhalb der Spritzgießmaschine oder extern die Hülse 2 mit ihren sechs Zähnen 1 hindurch gestülpt wird (s. Fig. 7 bis 10).

Der Querschnitt Q1 aller Zähne 1 zusammengenommen ist 6 × Q1 und etwas größer als der Querschnitt Q2 der Öffnung 9. Dadurch deformiert sich die Hülse 2 elastisch und drückt die Spitzen 13 zusammen.

In Fig. 2 ist ein ähnliches Rohventil 5 gezeichnet, bei dem die Flanken 3 runde Erhöhungen 7 und abwechselnd runde Vertiefungen 6 in der Form von Nuten besitzen.

Nach dem Umstülpen wird eine halbrunde Erhöhung 7 in je eine halbrunde Nut 6 gepreßt, wodurch sich eine Selbstzentrierung der Zähne 1 und eine Überschneidung der Spitzen 13 ergibt. Durch letzteres werden real existierende Radien an den Spitzen 13 der Zähne 1 nicht zu einer zwangsweisen Restöffnung 14 führen.

Diese Restöffnung 14 kann bei nicht erfindungsgemäß ausgeführten, geraden Flanken 3 0,1 mm betragen. Die Ursache dafür ist, daß beim Urformen von Kunststoff stets ein Radius von wenigen 0,01 mm entsteht, auch wenn die Werkzeugkanten scharf sind.

In Fig. 3 sind die Zähne 1 abwechselnd mit Schrägen 4 versehen, die in unterschiedlicher Richtung zur Hauptachse 10 verlaufen.

Nach dem Umstülpen öffnen sich die drei Zähne 1 leichter, deren Schräge 4 im Sinne eines divergierenden Strahles nach außen gerichtet ist.

Die anderen drei Zähne 1 verbiegen sich nur geringfügig im Strom der Flüssigkeit. Entscheidend ist, daß durch eine Abwinklung der Schrägen 4 um 15° zur Hauptachse 10 eine Selbstzentrierung bzw. ein Anfedern der Flanken 3 nach dem Dosieren erfolgt.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen die drei Standardansichten des eben in Fig. 3 beschriebenen Rohventiles 5.

Man erkennt in Fig. 5 gut, daß drei Zähne 1 Schrägen 4 zum Betrachter hin aufweisen, und daß drei entgegengesetzt gerichtet sind.

Vier verschiedene Ansichten eines umgestülpten Schlitzventiles 15 sind in den Fig. 7 bis 10 dargestellt. Der Spannbund 8 besitzt praktisch die neutrale Faser, durch dessen Öffnung 9 die Hülse 2 mit den angeformten Zähnen 1 gestülpt worden ist. Er so ist ein funktionstüchtiges Schlitzventil 15 entstanden. In Fig. 7 ist eine Draufsicht auf die Schlitze 16 des Schlitzventiles 15 gezeigt. Neben den Schlitzen 16 sind auf halber Tiefe liegende Überlappungen 17 der Flanken 3 durch die Ineinandergreifenden Nuten 6 Erhöhungen 7 gestrichelt gezeichnet. Insbesondere die Spitzen 13 weisen eine vorteilhafte Überlappung 17 auf. Dadurch können die etwa vorhandenen Radien an den vertikalen Kanten nicht zu einer Restöffnung in der Mitte des Schlitzventiles 15 führen.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch ein Schlitzventil 15, Fig. 9 eine Seitenansicht. Die idealisierte Darstellung in Fig. 10 weicht in der Praxis durch eine leichte, elastische Deformation der Hülse 2 im Bereich der Zähne 1 ab.

In Fig. 11 ist ein Rohventil 5 in der Draufsicht gezeichnet.

Auf den Flanken 3 befinden sich immer wechselseitig eine kugelförmige Erhöhung 7 und eine kugelförmige Vertiefung 6, die nach dem Umstülpen der Zähne 1 durch den Bund hindurch zentrierend ineinandergreifen. Das gleiche Rohventil 5 wird in Fig. 12 in der Perspektive gezeigt. In Fig. 13 ist das gleiche Ventil 5 im Schnitt A-A gezeichnet, indem die gegenüberliegenden Vertiefungen 6 und Erhöhungen 7 in den Flanken 3 gut zu erkennen sind. Die Vertiefungen 6 sind im Querschnitt um 5 % größer gehalten als die Erhöhungen 7, um ein Schließen der Flanken 3 zu den Schlitzen 16 nicht zu gefährden. Anstelle einer Überlappung trägt hier jeder Zahn 1 an der Spitze 13 ein 0,06 mm kleines Dichtelement 18.

Dieses deformiert sich nach dem Umstülpen elastisch, so daß die Abdichtung des Schlitzventiles 15 gewährleistet ist.

In Fig. 14 ist ein urgeformtes Rohventil 5 ähnlich wie in Fig. 11 perspektivisch dargestellt. Die Flanken 3 besitzen abwechselnd eine rechteckige, dachförmige kurze Erhöhung 7' und eine analoge, rechteckige, dachförmige Vertiefung 6', Beide Elemente 6' und 7' verhaken sich nach dem Umstülpen des Rohventiles 5, wodurch die Zähne 1 des danach entstandenen Schlitzventiles 15 sich nach dem Öffnen und Schließen automatisch in einer Ebene und dichtend zentrieren.

Kegelförmige Erhöhungen 7' und Vertiefungen 6' auf den Flanken 3 sind in der perspektivischen Darstellung eines Rohventiles 5 in Fig. 15 abgebildet. Diese besitzen eine ausgezeichnete Zentrierwirkung, da die Kegelspitze 19 nach dem Öffnen der Schlitze 16 lediglich in den relativ großen Trichter der Vertiefung 6' treffen muß.

Fig. 16 zeigt die Draufsicht auf ein weiteres Rohventil 5, dessen Besonderheiten erst in der Seitenansicht nach Fig. 17 sichtbar werden. Die Basisdicke D der Zähne 1 beträgt unmittelbar an der Hülse 2 2,5 mm, sie verringert sich zur Spitze 13 auf 1 mm. Dadurch stabilisieren sich die Zähne nach dem Umstülpen und gleichzeitig verringert sich der Öffnungs- und Schließdruck.

In Fig. 18 ist ein Schnitt des gleichen Rohventiles 5 zu sehen, auf dessen Innenseite 20 sechs axiale Stege 21 verlaufen. Sie stabilisieren zusätzlich die Zahnsegmente 1, ohne die einer Dilatation ähnliche Aufweitung der umgestülpten Hülse 2 zu behindern.

Aus Fig. 19 ist ersichtlich, wie selbiges, umgestülptes Schlitzventil erscheint, auf deren ehemaligen Innenseiten 20 sechs Stege 21 verlaufen.

In Fig. 20 ist ein Entlüftungsventil als Rohventil 5 mit relativ dicken Zähnen zu sehen. Die Basisdicke D an der Hülse 2 beträgt 4 mm, sie verringert sich asymmetrisch zur Spitze 3 hin auf 1,5 mm. Da die Anschrägung der Zähne 1 zur Symmetriehülse 11 hin stärker ausgebildet ist, ergibt sich nach dem Umstülpen ein höherer Öffnungsdruck und ein geringerer Schließdruck.

In Fig. 21 ist ein ähnliches Entlüftungsventil in der Perspektive dargestellt. Zusätzlich setzt man hier wie schon in Fig. 1 Erhöhungen 7 und Vertiefungen 6 auf den Flanken 3 der Zähne 1 ein, um Sicherheit gegen zufälliges Verkippen der umgestülpten Zähne 1 zu bekommen.

Bezugszeichenliste

1

Zahn

2

Hülse

3

Flanke

4

Schräge

5

Rohventil

6

Vertiefung

6

' kurze Vertiefung

7

Erhöhung

7

' kurze Erhöhung

8

Spannbund

9

Öffnung

10

Hauptachse

11

Symmetriehülse

12

untere Hülse

13

Spitze

14

Restöffnung

15

Schlitzventil

16

Schlitz

17

Überlappung

18

Dichtelement

19

Kegelspitze

20

Innenseite der Hülse

21

Stege

22

Spannmulde
Q1 Querschnitt eines Zahnes in Richtung Hauptachse

9

Q2 Querschnitt der Öffnung

9

W Wanddicke
D Dicke des Zahnes
H Basishöhe des Zahnes

Claims (11)

1. Schlitzventil zum Einbau in eine Kunststoffasche zum Dosieren von Duschgel, Flüssigseife, chemischen Flüssigkeiten, Babyöl, Speiseöl oder Essig, technischen Flüssigkeiten, aber auch zum Ableiten von Überdruck, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Rohventil (5) aus einem Elastomer spritzgegossen oder aus Gummi oder Silikon hergestellt ist, auf dem im urgeformten Zustand auf einer runden oder eckigen Hülse (2) radial verlaufende, dreieckförmige Zähne (1) angeformt sind, auf deren Flanken (3) entweder im Wechsel seitliche Vertiefungen (6, 6') und mit ähnlichem Querschnitt Erhöhungen (7, 7') angeordnet sind oder deren Flanken (3) pro Zahn (1) alternierend und bezogen auf die Hauptachse (10) Schrägen (4) aufweisen,
• - daß die Zähne (1) selbst mit gleicher Dicke (D) oder zu ihrer Spitze (13) hin eine geringere Dicke (D) als an der Hülse (2) aufweisen,
• - daß an der Hülse (2) ein Spannbund (8) angeformt ist und daß die Zähne (1) des Schlitzventiles (15) nach der Urformung durch die Öffnung (9) des Spannbundes (8) hindurch gestülpt sind, wobei die Schrägen (4), Vertiefungen (6) und Erhebungen (7) dichtend und ineinander greifend angeordnet sind.

2. Schlitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetriehülse (11) eine höhere Wanddicke (W) aufweist, als die untere Hülse (12), die zwischen den Zähnen (1) und dem Spannbund (8) angeformt ist.

3. Schlitzventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Vertiefungen (6, 6') und Erhöhungen (7, 7') einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.

4. Schlitzventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Flanken (3) alternierend halbkugelförmige Erhöhungen (7') und geringfügig größere halbkugelförmige Vertiefungen (6') angeformt sind.

5. Schlitzventil nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (7') und Vertiefungen (6') einen kegeligen, rechteckigen oder anderen, beliebigen Querschnitt aufweisen.

6. Schlitzventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an einer oder mehreren Spitzen (13) der Zähne (1) ein wenige 0,01 bis 0,1 mm großes Dichtelement (18) angeformt ist.

7. Schlitzventil nach Anspruch 1 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (3) je eine Schräge (4) in einheitlicher Richtung aufweisen.

8. Schlitzventil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Innenseiten (20) der Hülse (2) axiale Stege (21) verlaufen.

9. Schlitzventil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (21) auf den Innenseiten (20) mittig verlaufen.

10. Schlitzventil nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Dicke (D) der Zähne (1) einer Kurve folgt.

11. Schlitzventil nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Luftventil die Dicke (D) der Zähne (1) an der Hülse (2) im Bereich der Höhe (H) eines Zahnes (1) liegt.