DE2731929A1

DE2731929A1 - Verfahren zum verschliessen von behaeltern

Info

Publication number: DE2731929A1
Application number: DE19772731929
Authority: DE
Inventors: James John Alexander Davidson; Graham Roland West
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1977-07-12
Publication date: 1978-01-19
Also published as: FR2358356B2; NL7707732A; GB1544684A; CA1081657A; IT1114633B; FR2358356A2; ES460667A1

Description

_₇_ Z731929

Die Erfindung betrifft das Verschließen von Behältern mit Dichtungen aufweisenden Verschlüssen und insbesondere mit Schraubverschlüssen mit einem bestimmten Dichtungsprofil.

Behälterverschlüsse werden vor allem deshalb mit Dichtungen versehen, um den Eintritt von Luft in den Behälter und/oder den Verlust des Behälterinhalts nach außen zu verhindern. Derartige Dichtungen sind besonders in Verschlüssen von Behältern wichtig, in denen Nahrungsmittel oder Getränke aufbewahrt werden, weil eine Verunreinigung von Nahrungsmitteln oder Getränken in einem Behälter durch Eintritt von Luft vor Verzehr zu ernsthaften gesundheitlichen Schäden führen kann. Ein wesentliches Anwendungsgebiet von mit Dichtungen versehenen Verschlüssen ist das Verschließen von Flaschen und insbesondere Glasflaschen·

Damit der Kunde den Behälter nach dem öffnen wieder schließen kann, ist es wünschenswert, einen mit Gewinde versehenen Verschluß zu verwenden, der durch Abschrauben entfernt werden kann. Ein allgemeiner Typ von mit Windungen versehenen Ver-

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Schlüssen, der weit verbreitete kommerzielle Aufnahme zum Verschließen von Glasflaschen gefunden hat, ist der in situ mit Gewinde versehene Typ, bei dem das Gewinde während oder nach dem Aufbringen des Verschlusses auf dem mit einem Gewinde versehenen Behälterhals gebildet wird. Im allgemeinen wird ein zunächst nicht mit Gewinde versehener Verschluß unter Druck auf den Hals eines mit Gewinde versehenen Behälters aufgebracht. Dann wird von der Seite Druck auf den Verschluß ausgeübt, um unter Verwendung des Behälterhalses als Prägeform ein Gewinde in den Rand des Verschlusses einzuprägen, so daß das im Verschluß gebildete Gewinde dem auf dem Behälterhals entspricht. Beispielsweise kann das Gewinde mit Hilfe einer Rolle gebildet werden. Verschlüsse mit auf diese Weise gebildeten Gewinden werden als "Aufroll"("Roll-on")-Verschlüsse bezeichnet und gewöhnlich für Flaschen verwendet.

Dichtungen für mit Gewinde versehene Verschlüsse sind bisher unter Anwendung des sogenannten "spin-line"-Verfahrens hergestellt worden. Hierbei wird eine bestimmte Menge eines PoIyvinylchlorid-Plastisols in einen Verschluß eingemessen, der Verschluß mit großer Geschwindigkeit um seine Mittelachse rotiert, so daß das Plastisol durch Zentrifugalkraft verteilt wird, und das Plastisol im Verschluß dann zum Fluxen gebracht wird. Das Plastisol ist eine viskose Dispersion von Polyvinylchlorid in einem Weichmacher und wird durch Erhitzen

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auf eine Temperatur erweicht (also zum Fluxen gebracht), bei der der Weichmacher unter Bildung einer homogenen Masse vom Polyvinylchlorid absorbiert wird, welche beim Abkühlen zu einem gummiartigen Festkörper erstarrt.

Das "spin-line"-Verfahren hat trotz seines wirtschaftlichen Erfolges nur begrenzte Anwendungsbereiche. Dementsprechend ist in der Stammanmeldung P 24 17 173.1 vorgeschlagen worden, Dichtungen in bestimmter Weise zu prägen, so daß sie ein anderes Profil als diejenigen nach dem "spin-line"-Verfahren hergestellten besitzen können. Bevor der Verschluß auf den Behälter aufgebracht wird, weisen diese Dichtungen einen im wesentlichen flachen Mittelbereich und einen sich daran anschließenden periferen Bereich auf, dessen Dicke an jeder Stelle größer ist als die Dicke des Mittelbereiches.

Liegt der Verschluß (Verschlußrohling vor der Gewindebildung) mit der öffnung nach oben, erstreckt sich der perifere Teil der Dichtung radial nach außen bis in einen Bereich am Rand des Verschlusses, der höher liegt als der mittlere Bereich. Vom Mittelpunkt des Verschlusses aus nimmt die Höhe des periferen Bereichs radial nach außen in Bezug auf den Mittelbereich zu und nimmt dann entweder weiter zu oder bleibt gleich.

In der US-PS 3 255 909 ist ein nicht ausgekleideter Verschluß beschrieben, der auf der Innenseite seiner Grundfläche einen

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integral geprägten, senkrecht stehenden Wulst besitzt, der sich beim Aufbringen auf eine Flasche radial nach außen wegbiegt und so beim Verschließen einer Flasche mit einem solchen Verschluß eine Oberdichtung, also eine oben auf dem Rand des Flaschenhalses anliegende Dichtung bildet. Eine derartige Dichtung reicht jedoch nicht aus, um bei gashaltigen flüssigen Getränken wie Sodawasser und anderen unter Druck stehenden Getränken eine ausreichende Lagerbeständigkeit sicherzustellen.

In der DT-OS 2 417 173 (P 24 17 173.1) werden anhand der Fig. 11, 12 und 13 geprägte Dichtungsprofile beschrieben, bei denen die Dichtung einen Mittelbereich aufweist, der von einem ringförmigen Wulst umgeben ist, der kurz vor dem Behälterrand endet und mit dem Behälterrand durch einen Fußbereich mit einer dem Mittelbereich vergleichbaren Höhe verbunden ist. Eine derartige Dichtung ergibt nach dem Verschließen des Behälters und dem Einprägen eines Gewindes in den Verschlußrand unter Verwendung einer "reform"-Verfahrensstufe (Verformungsstufe) eine Oberdichtung, die bei sorgfältig formulierter Dichtungszusammensetzung einem Belüftungsdruck von bis zu

7 kg/cm widersteht. Bei der "reform"-Verfahrensstufe während

des Verschließens wird nicht nur von oben nach unten sondern auch an der Oberseite des Verschlußrandes oberhalb des gewindebildenden Bereiches seitlicher nach innen gerichteter Druck auf den Verschluß ausgeübt, um den oberen Teil des Verschluß-

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randes nach innen einzudrücken. Das heißt mit anderen Worten, daß der Durchmesser des Verschlußrandes verringert wird, so daß im Fall einer nach dem "spin-line"-Verfahren geformten Dichtung wie in der GB-PS 975 739 beschrieben, die Dichtung zwischen dem oberen Teil des Verschlußrandes und der Seite des Behälterhalses zusammengedrückt wird.

Wenngleich in der GB-PS 975 739 das Ausmaß der erforderlichen Verformung ("reform") nicht angegeben wird, wurde nun gefunden, daß die aufgrund der GB-PS 975 739 weit verbreitete "reform"-Verfahrensstufe verbessert werden kann, indem man eine "reform"-Verfahrensstufe unter gegenüber den üblichen Bedingungen schärferen Bedingungen durchführt. Bei der so durchgeführten Verformungsstufe wird die von der Verformung betroffene axiale Vertiefung des Verschlußrandes im an den flachen Mittelteil angrenzenden Bereich und auch die diametrale Schrumpfung erhöht, so daß das Volumen des Raumes zwischen der Kante der Glasoberfläche des Flaschenhalses und dem gewinkelten Bereich des Verschlusses noch weiter verringert wird.

Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zum Verschließen eines Behälters mit einem "Aufroll"("Roll-on")-Schraubverschluß, bei dem ein Verschlußrohling mit einer geformten elastischen Dichtung auf der Innenseite der Verschlußgrundfläche verwendet wird, dessen Dichtung einen kreisförmigen Mittelbereich und einen sich daran anschließenden ringförmigen

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Außenbereich aufweist, der bei axialem Querschnitt durch den Verschluß gesehen die Form eines über den Mittelbereich herausragenden und kurz vor dem Verschlußrand endenden Wulstes hat, dessen Querschnittsflächenmittelpunkt sich näher zum Verschlußrand befindet als der Mittelpunkt der Basislinie der Querschnittsfläche; bei dem dieser Verschluß auf den Behälterhals in axialer Richtung aufgepreßt wird, so daß der Dichtungswulst in axialer Richtung zusammengepreßt und in radialer Richtung nach außen verformt wird; und bei dem der Verschluß durch diametrales Zusammendrücken des an die Verschlußgrundfläche angrenzenden, sich oberhalb des Gewindes des Behälterhalses befindenden Bereiches des Verschlußrandes verformt und der übrige Teil des Verschlußrandes unter Verformung zur Bildung eines dem Gewinde auf dem Behälterhals entsprechenden Gewindes im Verschlußrand in radialer Richtung nach innen gegen das Gewinde auf dem Behälterhals gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das diametrale Zusammendrücken in der Weise durchgeführt wird, daß der Dichtungswulst als eine mindestens teilweise Seitendichtung gegenüber dem oberen Teil des Behälterhalses fungiert.

Durch das Arbeiten unter schärferen Bedingungen beim Verformungsschritt und durch die Verwendung einer einen ringförmigen Wulst aufweisenden Dichtung mit einem präzise geformten Profil ist es möglich, das zur Erzielung sowohl einer Oberdichtung

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als auch einer Seitendichtung erforderliche Volumen an Dichtungsmaterial drastisch zu senken. Während der in der GB-PS 975 739 vorgeschlagene, nach dem "spin-line"-Verfahren hergestellte Verschluß üblicherweise Dichtungsfolienvolumina von etwa 400 mm erfordert, kann beim erfindungsgemäßen Verfahren bei richtiger Wahl des Dichtungsprofils eine zufriedenstellende Dichtung mit einem Dichtungsfolienvolumen in der Größenordnung von 200 mm erzielt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Dichtung mit einem ringförmigen Wulst verwendet, dessen Querschnitt die Form eines abgestumpften Dreiecks hat, wobei die Basislinie parallel zur Verschlußgrundfläche verläuft, die im wesentlichen gerade radiale Innenseite des Dreiecks mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 15 bis 70 bildet und die im wesentlichen gerade in radialer Richtung äußere Seite mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 70 bis 86° bildet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bildet die innere Seite der dreieckigen Querschnittsfläche des Wulstes mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 54,5 und die äußere Seite einen Winkel von 74 . Die Höhe des Wulstes über dem Niveau des Mittelbereiches der Dichtung beträgt 1,07 mm, wobei die Spitze des Dreiecks flach abgestumpft ist.

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Die Erfindung betrifft ferner Flaschen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verschlossen sind.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen eine Dichtung aufweisenden Behälterverschluß mit einer Verschlußgrundfläche und einem an deren Umfang befindlichen im wesentlichen zylindrischen Verschlußrand sowie einer geformten Dichtung auf der Innenseite der Verschlußgrundfläche, welche einen kreisförmigen Mittelbereich und einen sich daran anschließenden ringförmigen Außenbereich aufweist, der sich im Abstand vom Verschlußrand befindet und von diesem durch einen Fußbereich mit im wesentlichen der gleichen Höhe wie der Mittelbereich der Dichtung getrennt ist und der bei axialem Querschnitt durch den Verschluß gesehen die Form eines im wesentlichen dreieckigen Wulstes hat, dessen Querschnittsflächenmittelpunkt sich näher zum Verschlußrand befindet als der Mittelpunkt der Basislinie der Querschnittsfläche, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die dreieckige Querschnittsfläche des Wulstes eine in radialer Richtung innen liegende, im wesentlichen gerade, mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 15 bis 70 bildende Seite, eine in radialer Richtung außen liegende, im wesentlichen gerade, mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 70 bis 86 bildende Seite und eine abgestumpfte Spitze aufweist. Die abgestumpfte Spitze des Dichtungswulstes hat dabei die

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Form einer abgerundeten Spitze oder einer flachen Oberfläche.

Falls gewünscht, kann der Mittelbereich der Dichtung eine Reihe von konzentrischen ringförmigen Rippen aufweisen.

Der Wulst stellt den wesentlichen Teil des Außenbereiches der Dichtung dar. Seine Höhe, bezogen auf den Mittelbereich der Dichtung, beträgt gewöhnlich 0,7 bis 2,5 mm und seine Quer-

2 schnittsfläche gewöhnlich etwa 0,9 bis 3,7 mm . Seine radiale Länge ist sehr viel größer als die des Fußbereiches.

Der Fußbereich hat gewöhnlich eine radiale Länge von 0,25 bis 0,16 mm und eine Dicke von 0,1 bis 0,35 mm (gemessen senkrecht zum gewinkelten Bereich des Verschlusses).

Der Randbereich entspricht der Toleranz zwischen einem zum Formen der Dichtung in dem Verschlußrohling verwendeten Prägewerkzeug und dem minimalen Durchmesser des Verschlußrohlings selbst. Die radiale Länge dieses Bereiches beträgt im allgemeinen etwa 0,02 bis o,15 mm.

Im folgenden soll die Erfindung anhand bestimmter Ausführungsformen und unter Berücksichtigung der Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen:

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Fig. 1 bis 3 Querschnitte in axialer Richtung durch für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Behälterverschlußrohlinge, wobei im wesentlichen die Umgebung des gewinkelten Bereiches des Verschlusses mit dem Außenbereich der Dichtung dargestellt ist;

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch ein Prägewerkzeug, das zur Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Dichtung verwendet wird;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Glasflaschenhalses, auf den ein mit einer Dichtung versehener Verschlußrohling gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht werden kann;

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 3 dargestellten Behälterverschlusses kurz vor dem Aufbringen auf einen Glasflaschenhals;

Fig. 7 einen Querschnitt in axialer Richtung durch einen für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Behälterverschlußrohling, wobei die Umgebung des gewinkelten Bereiches des Verschlusses und ein Dichtungswulst gemäß einer weiteren Ausführungsform der Dichtung dargestellt sind.

Der in Fig. 1 dargestellte Verschlußrohling 1 mit einem Innendurchmesser im Bereich von 25 bis 32 mm ist vorzugsweise aus dünnem Aluminium mit einer typischen Dicke im Bereich von O,2O

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bis O,3O mm hergestellt und normalerweise an der Innen- und Außenseite lackiert. Der Behälterverschlußrohling ist in Fig. mit seiner öffnung nach oben dargestellt. Er weist einen sich auf dem Umfang der Verschlußgrundfläche 3 befindlichen Rand 2 (Schürze) auf. Die aus einem elastischen Kunststoffmaterial hergestellte Dichtung besitzt einen flachen Mittelbereich 4 und einen sich daran anschließenden Außenbereich 5.

Der Außenbereich der Dichtung wird begrenzt von den durchgezogenen Linien M, N, 0, P, Q, R. In radialer Richtung nach außen wird der Wulst 6 ausgehend von der Kante M des Mittelbereiches 4 begrenzt durch M, N, 0 und P und der sich anschließende Fußbereich 7 liegt unterhalb PQ und der Randbereich 8 unterhalb QR.

Zur Erleichterung der Erklärung der Abmessungen des Außenbereiches sind in Fig. 1 gestrichelte Hilfslinien eingezeichnet.

Der Dichtungswulst 6 weist eine von der Kante M des mittleren Bereiches der Dichtung mit konstanten Gradienten nach oben ansteigende Seite auf, die mit dem Mittelbereich der Dichtung den Winkel Gebildet. Das obere Ende dieser Seite ist mit N bezeichnet. Anstelle einer konstant ansteigenden Seite kann der Wulst auch eine konvexe oder konkave Form haben. Der obere Teil des Dichtungswulstes NO kann wie in Fig. 1 flach oder

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wie in Fig. 3 abgerundet sein. Die äußere Seite des Dichtungswulstes 6 verläuft vom Punkt O steil nach unten zum Punkt P. Diese Seite besitzt vorteilhafterweise aber nicht notwendigerweise ebenfalls einen konstanten Gradienten. Im Prinzip könnte diese Seite senkrecht verlaufen, aber praktische Gesichtspunkte des Formens bestimmen, daß der Winkel dieser Seite mit dem Mittelbereich der Dichtung normalerweise 75 bis 86° beträgt.

Um eine zufriedenstellende Dichtung zwischen dem Behälterhals und dem Verschluß zu bilden, ist es erforderlich sicherzustellen, daß sich eine ausreichende Menge Dichtungsmaterial in dem gewinkelten Bereich des Behälterverschlußrohlings befindet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dies, ohne daß ein unerwünschtes Ausdrücken ("flashing") auftritt, indem ausreichend viel Dichtungsmaterial im gewinkelten Bereich dadurch vorhanden ist, daß die Verformung des Dichtungswulstes 6 und des Fußbereiches 7 zusammen mit der Verformung des an die Verschlußgrundfläche angrenzenden Bereiches des Verschlußrandes 2 unter scharfen Verformungsbedingungen erfolgt. Das Dichtungsprägewerkzeug (siehe Fig. 4) hat also einen ausgesparten Bereich 6a, der zum Dichtungswulst 6 führt, und einen ringförmigen Flansch 7a, der beim axialen Querschnitt durch das Werkzeug gesehen einen Schenkel bildet, welcher etwa bis zum Niveau des Mittelbereiches oder etwas darüber reicht und dadurch das Ausmaß beschränkt, in dem das Dichtungsmaterial

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während des Prägens des Verschlußrohlings am Verschlußrand hochkriechen kann. Der Schenkel 7a in der Querschnittsdarstellung des Formwerkzeuges entspricht dem Fußbereich 7 der Dichtung. Der Schenkel 7a kann in radialer Richtung nach außen etwas nach oben abgeschrägt sein, wie in Fig. 4 dargestellt. Der Abschrägungswinkel kann zum Beispiel bezüglich der Horizontalen 25° betragen, so daß der Randbereich sich besser an den abgerundeten gewinkelten Bereich des Verschlußrohlings anpaßt. Dementsprechend kann sich das äußere Ende Q des Fußbereiches 7 der Dichtung oberhalb des Punktes P befinden, an dem der Fußbereich und die Außenseite des Wulstes zusammentreffen. Der Fußbereich 7 kann auch einen flachen Bereich PS, wie in Fig. 2 dargestellt, umfassen oder wie in Fig. 3 dargestellt, vollkommen flach sein.

Der Schenkel 7a des Prägewerkzeugs muß eine bestimmte minimale radiale Dicke besitzen, um eine ausreichende mechanische Festigkeit zu besitzen und der wiederholten Verwendung bei sehr schnellem Prägeverfahren standzuhalten. Diese minimale radiale Dicke hängt natürlich von der Festigkeit des speziell verwendeten Metalls ab, beträgt aber im allgemeinen nicht weniger als 0,25 mm. Andererseits darf der Schenkel 7a in radialer Richtung nicht zu dick sein, da sich sonst der Dichtungswulst zu weit innen befindet, was dazu führt, daß im gewinkelten Bereich des Verschlußrohlings nicht genügend Dichtungs-

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material vorhanden ist, um selbst unter den scharfen Verformungsbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens die gewünschte Randdichtung zu bilden.

Nunmehr ist klar, warum die Neigung der Seite OP so steil ist. Es ist wichtig, daß so viel Dichtungsmaterial wie möglich im radial gesehen äußeren Bereich des Wulstes vorhanden ist, aber es ist auch wichtig, daß der Schenkel 7a des Prägewerkzeugs insbesondere an seinem Beginn eine vernünftige Dicke besitzt. Durch eine steile Neigung können beide Erfordernisse erfüllt werden und es wird außerdem sichergestellt, daß die in radialer Richtung auf der Innenseite liegende Fläche des den Schenkel bildenden Flansches von der radial außen liegenden Fläche des ringförmigen Dichtungswulstes während der Rückführung des Prägewerkzeugs aus dem Verschluß gut entfernt werden kann.

Das Volumen des Dichtungswulstes oder die Schnittfläche in Fig. 1 soll so klein wie möglich sein, um bei Erhalt einer vernünftigen Dichtung möglichst wenig Dichtungsmaterial zu benötigen. Die Schnittfläche beträgt typischerweise 0,5 bis 3,7 mm , aber es kann möglich sein, daß man sogar noch weniger Dichtungsmaterial verwendet. Nach oben hin ist die Menge des einzusetzenden Dichtungsmaterials natürlich durch wirtschaftliche Gesichtspunkte begrenzt. Ein grober Anhalt für die Querschnittsfläche des Wulstes kann aus dem Dreieck KLM erhalten

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werden, in dem K ein konstruierter Punkt ist, der den Schnittpunkt einer senkrecht durch den Punkt 0 gezogenen Linie mit der nach oben extrapolierten Seite MN darstellt, und in dem der Punkt L sich auf der Ebene des Mittelbereiches der Dichtung und senkrecht unterhalb 0 befindet. Die Fläche des Dreiecks KLM ist gleich ^ .cotQ^, wobei B der Abstand KL ist. Gewöhnlich beträgt der Winkel«* 15 bis 70°.

Zur Bestimmung des Mittelpunktes der Fläche G des Dreiecks KLM, das heißt des Punktes, an dem sich die Seitenhalbierenden des Dreiecks schneiden, sind in Fig. 1 gestrichelte Hilfslinien eingezeichnet. Der in Fig. 5 eingezeichnete Punkt T auf dem Behälterhals, das ist der Punkt, an dem die flache Oberseite 10 endet und die zur Seitenwand 12 führende Biegung 11 beginnt, soll die Dichtung an einem Punkt berühren, der senkrecht oberhalb des Mittelpunktes der Fläche G oder in radialer Richtung nicht weit davon entfernt liegt. Der Verschlußrohling, die Dichtungsabmessungen und die Form des Behälterhalses sollen entsprechend ausgebildet sein. Wenn die Verschlußdichtung während des Verschließens kräftig in axialer Richtung auf den Glasrand des Flaschenhalses gepreßt und der an die Verschlußgrundfläche angrenzende Bereich des Verschlußrandes in radialer Richtung nach innen zusammengepreßt wird, wird das Dichtungsmaterial um den Rand des Behälterhalses gedrückt, so daß schließlich ein wesentlicher Teil des Dichtungsmaterials

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zwischen dem Verschlußrand 2 und der Biegung 11 und der Seitenwand 12 des Behälterhalses liegt. Es ist am vorteilhaftesten hinsichtlich des verschobenen Dichtungsmaterials, daß dieses mit dem Verschlußrand aufgrund des Zusammendrückens in radialer Richtung in Berührung kommt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Begrenzungslinien zwischen den Punkten M, N, 0, P und Q gekrümmt sein können, um beim Prägen der Dichtung eine gut definierte Dichtungsform zu erhalten.

Zur Erleichterung der Erklärung sind in Fig. 1 außerdem senkrechte gestrichelte Hilfslinien von den Punkten M, G, 0, P, Q und R auf die Verschlußgrundfläche an den Punkten U, V, W, X, Y und Z eingezeichnet.

In Fig. 6 ist die Dichtung gemäß Fig. 3 vergrößert und detaillierter dargestellt. Ferner ist in Fig. 6 die Anordnung der Dichtung und des in radialer Richtung nach außen abgerundeten Flaschenhalses, auf den der Verschluß durch Aufrollen unter scharfen Bedingungen aufgebracht wird, eingezeichnet.

Fig. 7 zeigt eine andere Dichtungsform mit bestimmten Unterschieden gegenüber der in Fig. 6 dargestellten Dichtungsform. So ist zum Beispiel die dreieckige Querschnittsfläche des

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	des	Tabelle	Fig.	6
		27,	35
Innendurchmesser rohlings	Verschluß-

Dichtungswulstes in Fig. 7 oben flach abgestumpft, so daß sie in Wirklichkeit ein Trapez ist.

In der folgenden Tabelle sind die Abmessungen der mit Dichtungen versehenen Verschlußrohlinge gemäß den Fig. 6 und 7 zusammengestellt. Diese Dichtungen sind für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet und geben eine zufriedenstellende Dichtung, wenn sie unter scharfen "reform"-Bedingungen auf Flaschenhälse aufgerollt werden.

Fig. 7

27,35

radiale Toleranz des Prägewerkzeugs (ZY) 0,025 0,025

radialer Abstand (YX) 0,32 0,32

Höhe (KL) 1,128 1,265

senkrechter Abstumpfungsabstand (KO) 0,516 0,198

radialer Abstand (YW) 0,460 0,622

Höhe von P oberhalb des Mittelbereiches 0,127 0,127

Winkel ^C 30° 54,5°

Fläche des Dreiecks KLM (=| . cotcni) 1,102 mm² 0,571 mm²

Die in der vorangegangenen Tabelle angegebenen Dimensionen können erheblich verändert werden, aber im allgemeinen beträgt das Gesamtvolumen an Dichtungsmaterial ("Folienvolumen") sehr

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viel weniger als 400 mm , die häufig für nach dem "spin-line"-Verfahren hergestellte Dichtungen in diesem Verschlußtyp erforderlich sind. Ein Dichtungsmaterialvolumen von bis herunter zu 200 mm kann beim erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres leicht erreicht werden.

Die beschriebenen Dichtungsformen haben sich als wirksam erwiesen, wenn sie aus plastifiziertem PVC oder aus anderem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt sind. Dies gilt sowohl für herkömmliche als auch für schärfere "reform"-Bedingungen und erlaubt in jedem Fall eine Verringerung des für die Dichtung zu verwendenden plastischen Materials.

Bei dem bevorzugten Verfahren zur Aufbringung des Verschlußrohlings auf einen Behälter wird der mit einer Dichtung versehene Metallverschlußrohling (der definitionsgemäß natürlich aus einem dünnen Metall hergestellt ist) über dem ein Gewinde aufweisenden Behälterhals angeordnet, der Verschlußrohling axial nach unten gegen den Behälterhals gepreßt und der Durchmesser des Randes des Verschlußrohlings, während dieser axial nach unten gedrückt wird, oberhalb des Gewindes auf dem Behälterhals, in diesem Fall nahe der Verschlußgrundfläche, verringert, so daß das Dichtungsmaterial zwischen dem Verschlußrand und der Außenseite des Behälterhalses zusammengedrückt wird. Außerdem wird in den Verschlußrand durch Ver-

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formung ein dem Gewinde auf dem Behälterhals entsprechendes Gewinde eingeprägt. Die "reform"-Verfahrensstufe, die normalerweise der Verfahrensstufe der Bildung des Gewindes kurz vorangeht, kann durchgeführt werden unter Verwendung eines geeignet geformten Verschlußkopfes,wie er in der GB-PS 975 739 beschrieben ist.

Wenngleich in der GB-PS 975 739 keine bestimmten Angaben über das Ausmaß des diametralen Zusammendrückens ("reform") gemacht werden, so wird das erfindungsgemäße Verfahren unter scharfen ("tight" oder "severe") Verformungsbedingungen durchgeführt, die sehr viel schärfer sind, als die sowohl bei dem Verfahren gemäß GB-PS 975 739 als auch der DT-OS 2 417 173 angewendeten Bedingungen sind. Dies führt zu einer Verringerung der erforderlichen Menge an Dichtungsmaterial im Vergleich zu der erforderlichen Dichtungsmaterialmenge bei "spin-line"-Verfahren.

Bei einer Verformungsstufe unter scharfen Bedingungen kann der äußere Durchmesser eines Verschlußrohlings von 28 mm auf etwa 26,3 mm anstelle von 26,5 mm bei der herkömmlichen Verformung verringert werden und die Vertiefung des Verschlußrohlings beträgt 1,7 bis 1,9 mm anstelle von 1,6 bis 1,7 mm bei der herkömmlichen Verformung. In der Praxis hat ein typisches Verformungswerkzeug bei der herkömmlichen Verfahrensweise bei Verwendung eines Verschlusses mit einem Durchmesser von

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28 mm eine Verformungsauskehlung mit einem Durchmesser von 26,3 mm und einer Tiefe von 1,9 mm und ein typisches Verformungswerkzeug beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Verformungsauskehlung mit einem Durchmesser von 26,0 mm und einer Tiefe von 2,4 mm. Die Auskehlung des Verformungswerkzeuges ist natürlich,wie in den Fig. 4 und 5 der GB-PS 975 739 dargestellt, konisch. Dementsprechend beträgt die Durchmesserverringerung unter scharfen Verformungsbedingungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem 28 mm Verschlußrohling 6,07 % anstelle von 5,35 % beim herkömmlichen Verfahren.

Das oben beschriebene Verformen unter scharfen Bedingungen erhöht die Neigung des Dichtungsmaterials im gewinkelten Bereich des Verschlusses an Haftvermögen zu verlieren. Deshalb haben die Dichtungen eine Form, die dieser Neigung entgegenwirkt, dadurch daß der Querschnittsflächenmittelpunkt des Dichtungswulstes 6 in radialer Richtung weiter außen als der Mittelpunkt der Basislinie der Querschnittsfläche des Dichtungswulstes liegt, um die Neigung bei der Verformungsstufe zu vergrößern, daß das Dichtungsmaterial im radial äußeren Bereich des Dichtungswulstes 6 in Richtung des Verschlußrandes gedrückt wird. Während also bei früher vorgeschlagenen geformten Dichtungen eine große Menge an Dichtungsmaterial im gewinkelten Bereich des Verschlusses vorhanden war, wie zum Beispiel in der DT-OS 2 417 173 beschrieben, ist die Menge

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an anfänglich im gewinkelten Bereich des Verschlusses vorhandenem Dichtungsmaterial beim erfindungsgemäßen Verfahren verringert, aber dies wird dadurch ausgeglichen, daß während der Verformungsstufe Dichtungsmaterial in den gewinkelten Bereich des Verschlusses gebracht wird. Da anfänglich im gewinkelten Bereich des Verschlusses verhältnismäßig wenig Dichtungsmaterial vorhanden ist, ist das Kraftmoment, das die Haftfähigkeit verringert, verhältnismäßig gering.

Die axial vom Verschlußkopf nach unten auf den Verschlußrohling ausgeübte Kraft kann in weiten Bereichen variiert werden, zum Beispiel von 120 kg aufwärts und beträgt gewöhnlich 180 bis 220 kg.

Die erfindungsgemäßen Dichtungen aufweisenden Verschlußrohlinge können auf eine Vielzahl von Behältern aufgebracht werden, eignen sich jedoch insbesondere zum Verschließen von Glasflaschen. Die Glasflaschen können verschiedene Halstypen besitzen. Ein bekannter Typ, der sogenannte "MCA 1" ist in Fig. dargestellt und wird in Deutschland, Belgien, Holland und Luxemburg viel verwendet. Der Verschließstreifen 13 unterhalb dem Gewinde 14 ist breiter als bei anderen Typen, so daß der MCA 1 falls erwünscht als ein Aufrollverschluß mit einem Sicherungsstreifen (pilfer-proof-Verschluß) verwendet werden kann, das heißt ein Verschluß mit einer langen Schürze, die

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über dem Verschließstreifen 13 und darunter in Bereich 15 mit geringerem Durchmesser verschlossen wird. Der Rand der Verschlußschürze wird dann im Bereich 15 in den Behälterhals eingepreßt. In der Verschlußschürze ist in dem dem Verschließstreifen 13 entsprechenden Bereich ein leicht zerbrechlicher Streifen vorgesehen. Es ist dann unmöglich, den Verschluß vom Behälterhals abzuschrauben, ohne diesen schmalen Streifen zu zerbrechen. Der Durchmesser t des Gewindes in Fig. 5 beträgt typischerweise 27,65 mm, der Durchmesser e des Randes entsprechend 25,25 mm und die Höhe h vom Rand des Behälterhalses zur Oberkante des Verschließstreifens etwa 9,65 mm.

Es wurde eine Reihe von Vergleichsversuchen durchgeführt, bei denen ähnliche Dichtungsprofile wie in Fig. 6 dargestellt, verwendet wurden mit dem Unterschied, daß der Winkel C£ zwischen der Verschlußgrundfläche und der Innenseite 21 des Wulstes 22 variiert wurde. Die Höhe A der abgerundeten Spitze 24 des Dichtungswulstes über der Fläche 23 des Mittelbereiches 4 der Dichtung wurde variiert, aber der Winkel der Außenseite 25 des Dichtungswulstes mit der Verschlußgrundfläche betrug immer 74 . Die Höhe des Fußbereiches 26 über der Fläche des Mittelbereiches 23 betrug durchgehend 0,127 mm. Die Ergebnisse zeigten, daß optimale Belüftungsdruckwerte in der verschlossenen

Flasche erhalten werden, wenn ^C= 54,5° und A = 1,07 mm betrugen.

ο In diesem Fall war der Belüftungsdruck größer als 8,4 kg/cm .

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Die Versuche wurden auf einem Versuchsstand unter Verwendung einer Glasflasche durchgeführt, die sich unter Wasser befand und deren Boden mit einer Druckgasquelle verbunden war, während die verschiedenen Innendrucke bis zu einem Maximum (aus Sicherheitsgründen) von 8,44 kg/cm angewendet wurden, um zu beobachten, bei welchem Druck Gasblasen aus der Flasche entwichen und so den Beginn der Belüftung anzeigten.

Zufriedenstellende Ergebnisse wurden bei einem Winkel Od von und für A = 0,889 mm erhalten, wobei das Dichtungsmaterialvolumen im wesentlichen 200 mm betrug. Dies stellt eine besonders wirtschaftliche Dichtungsform insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Dichtungsvolumen von 400 mm oder mehr bei nach dem "spin-line"-Verfahren hergestellten Verschlüssen dar.

Durch die scharfen Verformungsbedingungen, denen der metallische Verschlußrohling während des Verschließens der Flasche ausgesetzt ist, und durch die richtige Wahl der Dichtungsmaterialzusammensetzung und des Dichtungsprofils ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, eine Flasche unter Verwendung von 150 bis 200 mm Dichtungsmaterial so zu verschließen,

daß sie einem Belüftungsdruck von 8,44 kg/cm oder mehr widersteht. Dabei wird der eine dreieckige Querschnittsfläche aufweisende Dichtungswulst in radialer Richtung nach außen gedrückt und füllt den Zwischenraum zwischen dem abgerundeten oder

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ringförmigen Oberflächenbereich 27 am Ende des Flaschenhalses 28 und dem gewinkelten Bereich (Eckbereich) des Verschlusses zwischen der Verschlußgrundfläche 3 und dem Verschlußrand 2 aus. Dies führt zu dem sehr erwünschten Ergebnis einer kombinierten Ober- und Seitendichtungswirkung, wobei Dichtungsmaterialvolumina verwendet werden, die etwa halb so groß sind, wie die bisher für eine kombinierte Ober- und Seitendichtungswirkung für erforderlich gehaltenen Volumina.

Bei der Auswahl der Werte für die verschiedenen Parameter der Dichtungsform ist selbstverständlich zu beachten, daß die flachere Dichtungsform (das heißt wenn A klein ist) hinsichtlich des Dichtungsmaterialvolumens wirtschaftlicher ist. Es gibt jedoch eine erforderliche Mindesthöhe des Dichtungswulstes zur Erzielung der gewünschten Belüftungsdruckwerte. Erfindungsgemäß wird der Mindestwert des erforderlichen Dichtungsmaterialvolumens dadurch verringert, daß ein geformtes Dichtungsprofil kombiniert wird mit einer kombinierten Ober- und Seitendichtungswirkung durch Verwendung eines Dichtungswulstes, der sich während der axialen Kompression und der Verformung unter scharfen Bedingungen (in vielen Fällen auch unter herkömmlichen Bedingungen) leicht nach außen verschiebt. Nach dem Verschließen befindet sich der Dichtungswulst also vorteilhafterweise in einer solchen Position, daß er den vorher freiliegenden Bereich des Verschlußrandes, der an die

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Grundfläche des Verschlusses angrenzt, berührt.

Die Dichtungen können in den Verschlüssen durch Formen unter Verwendung eines Prägewerkzeugs hergestellt werden. Eine bestimmte Menge Dichtungsmaterial wird in den mit der öffnung nach oben liegenden Verschluß eingegeben, der gegebenenfalls vorgewärmt sein kann. Normalerweise ist es notwendig, das Dichtungsmaterial zwecks Erweichen und zwecks Haften an der Grundfläche des Verschlusses zu erhitzen. Es wird dann mit dem Prägewerkzeug geformt, das gegebenenfalls auch beheizt werden kann. Die von der Herstellung von Kronenkorkendichtungen bekannten Prägeverfahren können auch hier allgemein angewendet werden.

So ist es zum Beispiel möglich, die Dichtungen nach dem zweistufigen Prägeverfahren, wie es in der GB-PA Nr. 40045/73 beschrieben ist, zu formen, wobei ein heißes Vorheizprägewerkzeug zur teilweisen Formung des plastischen Materials und ein verhältnismäßig kälteres Prägewerkzeug zur Endformung verwendet werden.

Im Prinzip kann beim erfindungsgemäßen Verfahren jedes beliebige Dichtungsmaterial verwendet werden. Geeignete Materialien sind unter anderem beispielsweise Polyäthylen, eine Mischung von 80 % oder mehr Polyäthylen mit bis zu 20 % eines verträg-

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lichen polymeren Materials, eine Polyäthylen, Butylgunmi und gegebenenfalls ein Äthylen/Vinylacetat-Copolymeres enthaltende Mischung und insbesondere Polyäthylen/Butylgummi-Mischungen mit einem Gehalt von zum Beispiel 4O bis 7O Gew.% Polyäthylen und 60 bis 3O Gew.% Butylgurmni. Die Dichtungen werden vorzugsweise aus diesen Mischungen durch Kaltformen wie zum Beispiel in der GB-PS 1 112 023, der AO-PS 420 653 und der DT-AS 1 544 989 beschrieben, geformt. Weitere verwendbare Dichtungsmaterialien sind unter anderem in der Dichtungstechnik bekannte plastifizierte Polyvinylchlorid- und andere Vinylchloridpolymere, andere in der GB-PS 1 112 O24 und der GB-PS 1 112 025 beschriebene Materialien und thermoplastische Blockcopolymere oder teils Blockcopolymere und teils statistische Copolymere von Butadien mit Styrol gegebenenfalls gemischt mit anderen Materialien wie Polyäthylen. Diese Klasse von Materialien ist in den GB-PS 1 196 125 und 1 196 127 beschrieben.

Die Dichtungsmaterialien können natürlich alle üblichen Zusätze wie Stabilisatoren, Weichmacher, Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe, Gleitmittel oder Schmierstoffe enthalten.

Die Erfindung schließt Behälter und insbesondere mit Getränken für den menschlichen Konsuta gefüllte Flaschen ein, die nach dem erfindungsgemäBen Verfahren verschlossen sind.

ugs:se:kö

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Claims

UEXKÜLL A STOLBERG 2 HAMBURG 52 BESELERSTRASSE 4 PATENTANWÄLTE DR. i.-D. FRHR. von UEXKÜLL DR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL-ING. JÜRGEN SUCHANTKE W. R. Grace & Co. Grace Plaza 1114 Avenue of the Americans New York, N.Y./V.St.A. (Prio: 13. Juli 1976 GB 29123/76 - 14123 Hamburg, 11. Juli 1977 Verfahren zum Verschließen von Behältern (Zusatz zu Patent Patentanmeldung P 24 17 173.1)) Patentansprüche

1. Verfahren zum Verschließen eines Behälters mit einem "Aufroll"("Roll-on")-Schraubverschluß, bei dem ein Verschlußrohling mit einer geformten elastischen Dichtung auf der Innenseite der Verschlußgrundfläche verwendet wird, dessen Dichtung einen kreisförmigen Mittelbereich und einen sich daran anschließenden ringförmigen Außenbereich aufweist, der bei axialem Querschnitt durch den Verschluß

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ORIGINAL INSPECTED

gesehen die Form eines über den Mittelbereich herausragenden und kurz vor dem Verschlußrand endenden Wulstes hat, dessen Querschnittsflächenmittelpunkt sich näher zum Verschlußrand befindet als der Mittelpunkt der Basislinie der Querschnittsfläche; bei dem dieser Verschluß in axialer Richtung auf den Behälterhals gepreßt wird, so daß der Dichtungswulst in axialer Richtung zusammengepreßt und in radialer Richtung nach außen verformt wird; und bei dem der Verschluß durch diametrales Zusammendrücken des an die Verschlußgrundfläche angrenzenden, sich oberhalb des Gewindes des Behälterhalses befindenden Bereichs des Verschlußrandes verformt und der übrige Teil des Verschlußrandes unter Verformung zur Bildung eines dem Gewinde auf dem Behälterhals entsprechenden Gewindes im Verschlußrand in radialer Richtung nach innen gegen das Gewinde des Behälterhalses gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das diametrale Zusammendrücken so durchgeführt wird, daß der Dichtungswulst als eine mindestens teilweise Seitendichtung gegenüber dem oberen Teil des Behälterhalses fungiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschlußrohling mit einer Dichtung verwendet wird, bei der die Querschnittsfläche des Dichtungswulstes die Form eines abgestumpften Dreiecks besitzt, dessen Basis

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parallel zur Grundfläche des Verschlusses verläuft, dessen im wesentlichen gerade radial gesehen innere Seite mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 15 bis 70 bildet und dessen im wesentlichen gerade radial gesehen äußere Seite mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 70 bis 86° bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Verschlußrohling mit einer Dichtung verwendet, bei der die Querschnittsfläche des Dichtungswulstes ein abgestumpftes Dreieck mit einer Abstumpfung in Form einer abgerundeten Spitze ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschlußrohling mit einer Dichtung verwendet wird, bei der die Querschnittsfläche des Dichtungswulstes ein Dreieck ist, dessen radial gesehen innere Seite mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 54,5 und dessen radial gesehen äußere Seite mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 74° bildet, wobei die Höhe des flach abgestumpften Dichtungswulstes über dem Mittelbereich 1,07 mm beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschlußrohling verwendet wird, dessen Dichtung

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aus einer Polyäthylen und ein Styrolbutadienblockcopolymeres enthaltenden Mischung hergestellt ist.

6. Eine Dichtung aufweisender Behälterverschluß mit einer Verschlußgrundfläche und einem an deren Umfang befindlichen im wesentlichen zylindrischen Verschlußrand sowie einer geformten Dichtung auf der Innenseite der Verschlußgrundfläche, welche einen kreisförmigen Mittelbereich und einen sich daran anschließenden ringförmigen Außenbereich aufweist, der sich im Abstand vom Verschlußrand befindet und von diesem durch einen Fußbereich mit im wesentlichen der gleichen Höhe wie der Mittelbereich der Dichtung getrennt ist und der bei axialem Querschnitt durch den Verschluß gesehen die Form eines im wesentlichen dreieckigen Wulstes hat, dessen Querschnittsflächenmittelpunkt sich näher zum Verschlußrand befindet als der Mittelpunkt der Basislinie der Querschnittsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die dreieckige Querschnittsfläche des Wulstes eine in radialer Richtung innen liegende, im wesentlichen gerade, mit der Verschlußgrundfläche (3) einen Winkel von 15 bis 70 bildende Seite (MN), eine in radialer Richtung außen liegende, im wesentlichen gerade, mit der Verschlußgrundfläche (3) einen Winkel von 70 bis 86° bildende Seite (OP) und eine abgestumpfte Spitze (ON) aufweist.

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7. Behälterverschluß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestumpfte Spitze (ON) der dreieckigen Querschnittsfläche des Dichtungswulstes die Form einer abgerundeten Spitze besitzt.

8. Behälterverschluß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dreieckige Querschnittsfläche des Dichtungswulstes an der Spitze (ON) flach abgestumpft ist, so daß die Querschnittsfläche ein Trapez (MNOP) ist.

9. Behälterverschluß nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelbereich (4) der Dichtung eine Reihe von konzentrischen ringförmigen Rippen aufweist.

10. Behälterverschluß nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungswulst bezogen auf den Mittelbereich (4) der Dichtung eine Höhe von 0,72 bis 2,5 mm

2 und eine Querschnittsfläche von 0,9 bis 3,7 mm besitzt.

11. Behälterverschluß nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innen liegende Seite (MN) der. dreieckigen Querschnittsfläche des Dichtungswulstes mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 30 bis 54,5° bildet.

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12. Behälterverschluß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (A) des Dichtungswulstes über dem Niveau des Mittelbereiches (4) der Dichtung 1,07 mm beträgt.

13. Behälterverschluß nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innen liegende Seite der
dreieckigen Querschnittsfläche des Dichtungswulstes mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 54,5 und die radial außen liegende Seite (NO) mit der Verschlußgrundfläche einen Winkel von 74 bildet.

14. Behälterverschluß nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Verschlußrandes

(2) des Verschlußrohlings 27,35 mm beträgt.

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