DE4120371A1 - Behaelterdeckel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälterdeckel, der ins­ besondere für einen großen Behälter bestimmt ist, der bei­ spielsweise auf dem Gebiet der Weinkellerei eingesetzt wird. Die Erfindung kann auch bei anderen Anwendungsgebieten, wie der petrochemischen Industrie, zum Einsatz kommen.

Das Platzen von dünnwandigen Behältern aus rostfreiem Stahl auf dem Gebiet der Weinerzeugung tritt sehr häufig auf und es handelt sich um einen teuren Schaden. Es wurden über Jahre hinweg viele Anstrengungen unternommen, um die Schwierigkeit zu lösen, eine Dichtung bereitzustellen, die leicht brechen kann, wenn ein schneller Druckanstieg im Behälter beispiels­ weise durch das Spülen mit kaltem Wasser nach einem heißen, kaustischen Waschvorgang oder beim Austritt des Inhalts des Weinbehälters durch das Abpumpen des Weins auftritt. Eine sol­ che Abdichtung soll ermöglichen, daß Luft den Raum einnimmt, welcher zuvor von der Flüssigkeit eingenommen wurde. Da die bisherigen Behälterdeckel alle diese Erfordernisse nicht er­ füllen konnten, kommt es nach wie vor noch häufig zum Platzen der Behälter, und die Kosten für einen großen Weinbehälter sind äußerst hoch. Überdruckzustände können infolge von vielen Ur­ sachen beim Betrieb herrühren, und auch diese können die Be­ hälter ernsthaft beschädigen. Einer der Gründe ist die Reak­ tion der Fermente, bei der sehr große Mengen an Kohlendioxid­ gas entstehen, und der flüssige Inhalt durch Erwärmung eine Expansion erfährt. Die Reaktion ist exotherm.

Ein im Handel erhältliches Druck/Unterdruckventil ist an sich bekannt. Es weist eine ringförmige Membrane auf, die von einem ringförmigen Rahmen herabhängt und eine Dichtung um einen Ventilsitz bereitstellt, wenn keine Druckdifferenz zwi­ schen dem Inneren eines Behälters und der ihn umgebenden At­ mosphäre vorhanden ist, oder wenn ein Druck im Behälter vor­ handen ist. Diese Membrane wird jedoch vom Ventilsitz unter Unterdruckbedingungen im Behälter abgehoben. Bei Überdruck­ zuständen im Behälter hebt sich ein Druckventil, das vom ring­ förmigen Rahmen getragen wird, ab, um den Austritt von Luft aus dem Behälter zu ermöglichen. Aus vielen Gründen wurden derar­ tige Ventile nicht bei Winzern eingesetzt. Diese Gründe umfas­ sen die Kosten, die Abmessungen, die Kompliziertheit und die Gefahr eines Haftens zwischen der Membrane und dem Ventilsitz, bei dem es sich um einen maschinell bearbeiteten Ventilsitz handelt.

Am besten wurde bisher der Platzgefahr eines Weinbehälters mit der Einrichtung entgegengewirkt, die von der Anmelderin als Ge­ genstand in der US-PS 47 36 864 angegeben ist. Hierin ist ein Be­ hälterdeckel mit einer anderen Bauart als nach der Erfindung an­ gegeben. Obgleich Behälterdeckel nach dieser Patentschrift mit großem Erfolg eingesetzt wurden, besteht nach wie vor noch Raum für Weiterentwicklungen in gewisser Hinsicht. Insbesondere muß der Deckel einen freien Eintritt von Luft ermöglichen, wenn im Innern des Behälters Vakuum bzw. Unterdruck herrscht, um zu verhindern, daß der Unterdruck im Behälter 50 mm Wassersäu­ le bei jeder beliebigen Strömungsgeschwindigkeit überschreitet. Die Strömungsgeschwindigkeit kann sich auf 0,5 m³ pro Sekunde bei einem Behälter mit einem Fassungsvermögen von 100 000 Li­ ter belaufen. Zum Zweiten ist es erwünscht, daß der Deckel über viele Jahre hinweg ohne Beeinträchtigung hinsichtlich seines Arbeitens eingesetzt werden soll und daß abschließend maschi­ nell bearbeitete Flächen aus Kostengründen vermieden werden soll­ ten. Auch sollten keine verstellbaren Einrichtungen vorhanden sein, welche eine periodische Nachverstellung erforderlich ma­ chen. Wenn ein solcher Deckel bei einem Weinbehälter eingesetzt wird, wird die Halslippe normalerweise durch den klebrigen Weinrest verschmutzt, und der Behälterdeckel muß die Fähig­ keit haben, die Druck/Unterdruck-Eigenschaften selbst dann beizubehalten, wenn Haftungswirkungen von dem Weinrest vor­ handen sind. Ferner ist es erwünscht, daß der Behälterdeckel derart ausgelegt sein sollte, daß eine Behälterwaschsprühkugel durch den Behälterdeckel gehen kann und daß auch bei diesem Vorgang die Druck/Unterdruck-Steuerverhältnisse beibehalten werden.

Ferner sollte der Behälterdeckel die Fähigkeit haben, daß er abwechselnd Überdruck- und Unterdruckverhältnisse beherrschen kann, ohne daß eine Bedienungsperson hierauf Acht geben muß. Hierbei handelt es sich nur um fünf von zwanzig gewünschten Er­ fordernissen, welche festgestellt wurden und die an einem Be­ hälterdeckel als Eigenschaften erwünscht sind. Allerdings han­ delt es sich hierbei um die fünf wesentlichsten Erfordernisse.

Die Erfindung zielt daher hauptsächlich darauf ab, einen Be­ hälterdeckel bereitzustellen, welcher derart arbeitet, daß man alle die vorstehend genannten Zielsetzungen erreichen kann und daß auch die an sich bekannten Erfordernisse erfüllt werden, die an einen Behälterdeckel gestellt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird ein Behälterdeckel bereitgestellt, welcher eine Mem­ brane mit so ausreichenden Abmessungen hat, daß sie den Umfangs­ rand eines Behälterhalses überlappt, wobei eine Öffnung in der Membrane vorgesehen ist, die sich zu einem Raum unterhalb ei­ ner undurchlöcherten Membranabstützung befindet, welche den Umfang der Membrane stützt. Es sind Träger vorgesehen, wel­ che an einem Behälterhals festlegbar sind und sich von diesem nach außen erstrecken. Diese tragen im Gebrauchszustand die Membranabstützung, wenn der Deckel seine (normale) Schließ­ stellung einnimmt.

Da die Membranabstützung ihrerseits unperforiert ist, ist unter normalen Betriebsbedingungen derselbe Druck in dem Raum zwischen der Membrane und der Abstützung wie im Behäl­ ter vorhanden. Bei Unterdruckbedingungen jedoch entsteht ein niedrigerer Druck oberhalb der Membrane, und der höhere Atmosphärendruck wirkt auf das Membranenringteil, an dem die­ se den Behälterhals überlappt, und die Membrane wird zu Be­ ginn von der Lippe des Halses abgehoben, so daß Luft einströ­ men kann, welche die Membrane in der Hochstellung hält. Ei­ ne dritte Betriebsart erhält man dann, wenn der Druck im Be­ hälter ansteigt und dieser Druck so wirkt, daß die Membrane und alle Teile des Deckels von der Lippe des Behälterhalses abgehoben werden.

Insbesondere gibt die Erfindung einen Behälterdeckel an, wel­ cher geeignet ist, einen Behälter um eine Lippe dicht zu ver­ schließen, welcher eine Öffnung in einem Hals des Behälters begrenzt und der eine starre, unperforierte Membranabstützung hat, wobei eine Membrane solche Abmessungen hat, daß sie grö­ ßer als die Abmessungen der Öffnung sind, welcher Verschluß ferner eine Einrichtung hat, welcher unter Erzielung eines dichten Verschlußes den Umfang der Membrane an der Membranab­ stützung festlegt, eine Öffnung in der Membrane vorgesehen ist, die sich zu dem Raum zwischen der Membrane und der Abstützung öffnet, und welcher Träger aufweist, die von dem Hals abste­ hen, um die Membranabstützung zu tragen, wenn sich der Deckel in einer normalen (Schließ) Stellung befindet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevor­ zugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Behäl­ terdeckels unter Zuordnung zu einem Behälter­ hals, wenn ein Überdruck in einem Behälter herrscht, so daß ermöglicht wird, daß Gase von dem Innenraum des Behälters zwischen dem Behäl­ terdeckel und der Lippe des Behälterhalses aus­ treten können,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht zur Verdeutlichung des Behälterdeckels unter normalen Betriebsbedingungen, wenn er den Behälter durch einen dichten Abschluß um die Lippe verschließt,

Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Behälterdeckels im Gebrauchszustand, wenn in dem Behälter ein Unterdruck aufgebaut wird, wobei der Behälterdeckel einen Lufteintritt gestattet,

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Deckel,

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 4, und

Fig. 6 eine schematische Ausschnittsansicht derselben Schnittebene wie in Fig. 5, jedoch in einem ver­ größerten Maßstab dargestellt.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist ein Behälterdeckel 10 eine scheibenförmig ausgestaltete Membranabstützung 11 auf, die aus Stahlblech hergestellt ist und einen ringförmigen Rand 12 hat, welcher von dieser nach unten weist. Der Rand 12 endet in einem vorstehenden, planaren Flansch 13.

Eine Membrane 15 hat eine Mittelöffnung 16, welche sich zu dem Raum 17 zwischen der Membranabstützung 11 und der Membrane 15 erstreckt. Dieser ist jedoch an seinem Rand über den planaren Flansch 13 mit Hilfe eines Klemmrings 18 dicht abgeschlossen.

Die Membrane 15 ist auch mit einem inneren, ebenen, pla­ naren Kreisringteil 19 mit einem größeren Durchmesser als der Hals 20 des Behälters, aber mit einem kleineren Durch­ messer als der Flansch 18 versehen. Dieses Ringteil 19 ist an der Membrane befestigt und stellt sicher, daß die Membra­ ne 15 in zuverlässiger Weise eine Abdichtung an der Lippe 21 des Halses 20 vornimmt. Die Membranabstützung 11 ist unperfor­ riert, und der einzige Zugang zu dem Raum 17 zwischen der Mem­ brane 15 und der Abstützung 11 ist über die Öffnung 16 vor­ handen.

Die Membrane 15 wird aus einem widerstandsfähigen, aber fle­ xiblen Flächenmaterial hergestellt. Bei der bevorzugten Aus­ führungsform handelt es sich um ein PVC-verstärktes Flächenge­ bilde. Das Ringteil 19 ist entweder an dieser angeklebt oder ist über dieselbe mit Hilfe eines ringförmigen PVC-Ringes 24 gelegt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Der Membranabschnitt, der in dem Ringteil 19 liegt, ist gestreckt bzw. gespannt und wird gespannt gehalten. Zwischen dem Ringteil 19 und dem Flansch 13 ist jedoch die radiale Längserstreckung der Membrane grö­ ßer als der Abstand (um etwa 7 mm), so daß, wenn der Deckel über der Lippe 21 schließt, wie dies in den Fig. 2 und 6 ge­ zeigt ist, der gespannte Abschnitt der Membrane in dem Ringteil sich über die Lippe wölbt und einen dichten Verschluß gegenüber der Lippe auf zuverlässige Weise sicherstellt. Das Ringteil 25 der Membrane selbst steht nicht unter Spannung, kann aber ge­ spannt werden, wenn das Mittelteil der Membrane 15 sich an­ hebt, um Gas in oder aus dem Behälter einzulassen oder auszu­ lassen.

Wenn ein Überdruck in einem Behälter vorhanden ist, hebt der Druck einfach die gesamte Anordnung umfassend die Membranab­ stützung und die Membrane 15 von der Lippe 21 des Behälterhal­ ses ab, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Gase können leicht um den Umfang des Behälterhalses 19 entweichen. Wenn der Druck wieder auf seinen normalen Wert zurückgekehrt ist, führen Träger 26, von denen drei beispielsweise vorgesehen sind, den Stützflansch 13, um zu bewirken, daß der Deckel 10 über der Lippe 21 des Halses 19 zu liegen kommt, wie dies in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigt ist. In diesem Betriebszustand schließt der Behälterdeckel im wesentlichen denselben dicht gegenüber einem Eindringen oder Austreten von Gas ab.

Wenn jedoch in dem Behälter plötzlich ein Unterdruckzustand beispielsweise infolge der Kondensation von Wasserdampf oder des Austritts des flüssigen Inhalts auftritt, wirkt der Druck der Atmosphärenluft gegen den Ringkörper 25, der den Behälter­ hals umgibt, und hierdurch wird eine Verformung der Membrane 15 bewirkt, wie dies in Fig. 3 verdeutlicht ist. Hierdurch wird bewirkt, daß sich die Membrane 15 von der Lippe "ablöst" (wobei jegliche Haftungen überwunden werden) und hierdurch wird unmittelbar ermöglicht, daß Luft über das obere Ende des Behälterhalses eintreten kann. Der Raum 17 steht infolge des Unterdrucks in dem Hals 20 selbst dann unter Unterdruck, wenn die Luft in den Behälter strömt. Dieser Unterdruck braucht sich nur auf etwa 10 mm (0,4 inch) Wassersäule zu betragen, wobei ein solcher Druck ausreicht, um zu bewirken, daß die Membrane vollständig abgehoben wird und daß der Druck in dem Behälter keine solchen Werte annehmen kann, daß ein Platzen auftreten kann.

Da der Hals des Behälters im allgemeinen hinsichtlich des Durchmessers groß bemessen ist, und die Wirkfläche der Mem­ brane 15 relativ groß bemessen ist, steht eine ausreichende Kraft zur Verfügung, um sicherzustellen, daß die Membrane auch bei irgendwelchen klebrigen Resten während des Übergangs vom Grundzustand (Fig. 2) zu dem Unterdruckzustand (Fig. 3) an­ gehoben wird.

Es ist eine Sicherheitsmaßnahme vorgesehen, welche ein früh­ zeitiges dichtes Abschließen zwischen der Membrane 15 und der Lippe 21 verhindert. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ändert sich die Richtung der in den Behälter einströmenden Luft, wodurch auf die Membrane 15 eine nach oben gerichtete Kraft wirkt. Die Strö­ mungsgeschwindigkeit hält einen Unterdruckzustand unterhalb der Membrane aufrecht, und der Druck fällt ab, wenn die Membrane sich dem Schließzustand nähert, was auf die Strömungsgeschwin­ digkeitszunahme (Bernoulli-Effekt) zurückzuführen ist.

Die Membranabstützung 11 ist mit Hubgriffteilen 29 (Fig. 4 und 5) versehen, und der Mittelabschnitt der Abstützung 11 hat ein kurzes, rohrförmiges, aufrechtstehendes Teil 30, das im Grund­ zustand durch einen zweiten Deckel 31 verschlossen wird, der abgenommen werden kann, um zu ermöglichen, daß ein einen Strahl abgebende Kugel durch den Deckel 10 nach unten und in den Be­ hälter bewegt werden kann, um denselben zu reinigen.

Die hierfür verwendeten Materialien können unterschiedlich sein. In bevorzugter Weise ist die Membrane 15 aus einem PVC- Flächengebilde mit weichen Eigenschaften bei der Anwendung auf dem Gebiet des Weinbaus ausgebildet. Die Abstützung 11 ist aus rostfreiem Stahl der Güteklasse 316 hergestellt. Wenn der Deckel bei Fahrzeugkraftstofftanks eingesetzt wird, um eine Verdampfung von kontaminierenden Stoffen aufgrund des Dampf­ drucks zu verhindern, sollte das Membranmaterial mittels Neo­ pren oder Buna-Material verstärkt sein.

Ein als Modell erstellter Behälterverschluß nach der Erfin­ dung hat gezeigt, daß die Membrane 15 sehr empfindlich ge­ genüber Druckveränderungen ist, und daß sie gleichmäßig und zu­ verlässig arbeitet.

Claims (7)

1. Behälterdeckel (10) zum dichten Verschließen eines Behälters um eine Lippe (21) , die eine Öffnung in einem Hals (20) des Behälters begrenzt, gekennzeich­ net durch:
eine starre, unperforierte Membranabstützung (11), eine Membrane (15), welche derartige Abmessungen hat, daß sie größer als die Abmessungen der Öffnung sind, eine Ein­ richtung (18) zum dicht abschließenden Festlegen des Um­ fangs der Membrane (15) an der Membranabstützung (11), eine Öffnung (16) in der Membrane (15), die sich zu dem Raum (17) zwischen der Membrane (15) und der Abstützung (11) öffnet,
und Träger (26), die von dem Hals (20) vorstehend an­ geordnet sind und die Membranabstützung (11) tragen, wenn der Deckel (10) seine Grundstellung (Schließstellung) einnimmt.

2. Behälterdeckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranabstützung (11) einen nach unten weisenden Umfangsrand (12) aufweist, dessen unterer Rand in einem radial nach außen verlaufenden Flansch (13) endet, und daß die Mem­ branumfangs-Festlegungseinrichtung einen Klemmring (18) auf­ weist, welcher den Membranumfang gegen den Flansch (13) klemmt.

3. Behälterdeckel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Ringteil (19) und eine Einrichtung zum Fest­ legen des Ringteils (19) an der Membrane (15) vorgesehen sind, und daß das Ringteil (19) einen größeren Durchmesser als die Öffnung, aber einen kleineren Durchmesser als der Flansch (13) hat.

4. Behälterdeckel nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringteil (19) mit einem größeren Durchmesser als die Öffnung, aber mit einem kleineren Durchmesser als der Flansch (13) vorgesehen ist, daß eine Einrichtung das Ringteil (19) an der Membrane (15) festlegt, daß der Ring (19) so ausreichendes Gewicht und Steifigkeit bereitstellt, daß der Teil der Membrane (15), der innerhalb liegt, gespannt wird, aber die radialen Abmessungen jenes Teils der Membrane (15), welche den Ring (19) umgeben, größer als der Abstand zwischen dem Ring (19) und dem Flansch (13) sind, so daß der diesen umgebende Teil ungespannt ist.

5. Behälterdeckel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gebrauchszustand die Dichtung um die Lippe (21) aus­ schließlich durch das Zusammenarbeiten des gespannten Teils der Membrane (15) mit der Behälterlippe (21) bewerkstelligt wird, wobei sich die Membrane (15) über die Lippe (21) wölbt.

6. Behälterdeckel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abmessungen und die Ausgestaltung des Be­ hälterdeckels (10) (wenn dieser eingebaut ist) derart ge­ wählt sind, daß, wenn die Membrane (15) einem Unterdruck aus­ gesetzt ist, das ungespannte Teil der Membrane (15) sich ver­ formt und die Membrane (15) sich von der Lippe (21) des Be­ hälterhalses (20) unter der Einwirkung der Druckdifferenz und des Luftstroms in den Behälter hebt, während die Träger (26) das Gewicht der Membranabstützung (11) tragen.

7. Behälterdeckel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranabstützung (11) ein zentrales, rohrförmiges, hochstehendes Teil (30) hat, und daß ein zweiter, abnehmbarer Deckel (31) das obere Ende des auf­ rechtstehenden Teils (30) verschließt.