EP0178253B1 - Schraubverschluss aus Kunststoff - Google Patents

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EP0178253B1
EP0178253B1 EP85810401A EP85810401A EP0178253B1 EP 0178253 B1 EP0178253 B1 EP 0178253B1 EP 85810401 A EP85810401 A EP 85810401A EP 85810401 A EP85810401 A EP 85810401A EP 0178253 B1 EP0178253 B1 EP 0178253B1
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EP
European Patent Office
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closure
bottle
rib
base
radius
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EP85810401A
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Inventor
Alberto Menichetti
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Gebr HOFFMANN AG
Original Assignee
Gebr HOFFMANN AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D41/00—Caps, e.g. crown caps or crown seals, i.e. members having parts arranged for engagement with the external periphery of a neck or wall defining a pouring opening or discharge aperture; Protective cap-like covers for closure members, e.g. decorative covers of metal foil or paper
    • B65D41/02—Caps or cap-like covers without lines of weakness, tearing strips, tags, or like opening or removal devices
    • B65D41/04—Threaded or like caps or cap-like covers secured by rotation
    • B65D41/0407—Threaded or like caps or cap-like covers secured by rotation with integral sealing means
    • B65D41/0428—Threaded or like caps or cap-like covers secured by rotation with integral sealing means formed by a collar, flange, rib or the like contacting the top rim or the top edges or the external surface of a container neck
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S215/00—Bottles and jars
    • Y10S215/01—Fins

Definitions

  • the invention relates to a screw cap according to the preamble of claim 1.
  • Screw caps with seals resting on the end face of the bottle neck are known.
  • a sealing washer made of soft, rubber-like material is inserted and glued or injected at the bottom of the closure.
  • closures which consist of a single part and whose inner part, preferably between the end of the thread and its flat bottom, has one or more circumferential ribs with different cross sections. Most of the time, such ribs (lips) perform the sealing function in connection with the neck of the container sealed with it.
  • GB-PS 960 443 shows such an embodiment of such closures. With this closure, however, a very clearly pronounced horizontal rib is also arranged between the threaded end and the bottom of the closure. A method for the difficult demolding of the rib is not specified.
  • closures have a flat bottom and are suitable for still contents or for slightly overpressured contents, e.g. Beer, thought. These closures are sufficient for filling goods that are not subjected to pasteurization and / or sterilization in the bottle.
  • GB-PS 925 647 shows an example of another closure and its production method.
  • a disadvantage of this closure is the difficulty in demolding the sealing lip, which requires a special design of the injection mold, and a very precise setting of the production conditions, which of course places a substantial burden on the production costs.
  • An arched base is also known from the abovementioned document.
  • the transition between the floor and the jacket runs at an obtuse angle with a sharp edge.
  • the upper edge of a thin flexible lip lies on the inside opposite the outer edge.
  • the invention has for its object to provide a closure of the type mentioned in the preamble of claim 1, which resists both the increased internal pressure during pasteurization and / or sterilization and the elevated temperature without significant change in shape and ensures a perfect seal.
  • the closure should be designed such that it can be manufactured in a single operation.
  • a simple shape from the injection mold must be provided.
  • the object is achieved according to the invention with the features of claim 1.
  • the arched elliptical or spherical shape of the floor can be dimensioned appropriately compared to a flat floor with a smaller wall thickness are manufactured. This is important for mass articles of this type because of the material savings.
  • the screw cap 1 according to the cross section in FIG. 1 has a closure base 3 and a closure jacket 5 with a thread 7.
  • a circumferential rib in the form of an elastically flexible lip 9 is attached concentrically to the bottom.
  • the average diameter d1 of the lip 9 decreases in the direction of its sealing edge 11.
  • a further rib 13, which runs essentially parallel to the axis of symmetry A of the closure 1, is arranged on the jacket 5 above the end of the thread 7.
  • the lip 9 has a trapezoidal cross-section
  • the rib 13 has a profile adapted to the bottle mouth and enclosing its outer contour, in the example according to FIG. 2 a concave recess 37, which corresponds to the radius at the bottle neck 19.
  • the diameter d2 at the sealing edge 17 of the rib 13 is smaller than the outer diameter d3 of the bottle neck 19 at its upper end 31 (FIG. 2).
  • ribs 21 are attached, which extend radially outwards from the center 30 of the base 3 and can also include the casing 5.
  • the base 3 is curved in the shape of an arc, the radius being equal to or greater than half the diameter d3 of the bottle neck 19.
  • the closure 1 has a radius of curvature.
  • the radii of the transition curve and the bottom can be in a ratio of 1: 2 to 1:10, preferably in a ratio of 1: 4.
  • the closure 1 is screwed onto the threaded neck 25 of a bottle 29.
  • the closure 1 is shown on the left half of FIG. 2 when there is no or only a very slight excess pressure in the bottle 29 with respect to the surroundings; the right half shows the closure 1 as it is caused by the excess pressure and the temperature increase, e.g. when sterilizing, is expanded.
  • the lip 9 rests on the annular end face 33 of the threadless section 35 on the bottle neck 19.
  • the sealing edge 11 is pressed against the center by the clamping force generated when screwing on due to the inclined design of the lip 9.
  • the closure works like the lid of a pressure vessel.
  • the material tension in the bottom is based on the formula Are defined. (p is the internal pressure, D the diameter of the cover and SA its wall thickness). The voltage increases with the quadratic power of the diameter.
  • a flat-bottomed cap must have a wall thickness of 5.3 mm in order to withstand the same internal container pressure as a spherical cap with a wall thickness of 1 mm if the bottle neck has a diameter of 28 mm in accordance with the MC-A standard.
  • the effect of the pressure on the material tensions in the transition between the base and the cylindrical outer shell also varies greatly, whether the base is flat and has an angle of 90s to the shell, or whether it is cambered and has a smooth transition with a large radius.
  • the bottom 3 of the closure 1 rises and the casing 5 widens only by a few tenths of a millimeter.
  • the two lips 9 and 13 remain in contact with the bottle neck 19, and on the other hand the lip 9 is pressed outwards by the increasing internal pressure. This force acting transversely to the lip 9 presses its sealing edge more and more with increasing pressure onto the corresponding contact point, i.e. the end face 33.
  • the lip 9 is designed as a tapering triangle, its fine sealing edge lies on the support point practically without transition.
  • a ring 137 can be molded onto the lower edge of the jacket 5, which ring is separated from the closure 1 when the bottle 29 is opened for the first time and remains on the bottle neck 19 or, if desired, in one or more parts jumps off.
  • the closure 1 can be injection molded in a conventional manner using very simple tools made of plastic materials that have already been tried and tested for bottle closures.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Closures For Containers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schraubverschluss gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Schraubverschlüsse mit an der Stirnfläche des Flaschenhalses aufliegenden Dichtungen sind bekannt.
  • Bei den gebrächlichsten Verschlüssen aus Kunststoff ist am Boden des Verschlusses eine Dichtungsscheibe aus weichem, gummiartigem Material eingelegt und verklebt oder eingespritzt.
  • Diese Dichtungen haben den Nachteil, dass zur Herstellung des Verschlusses mindestens zwei Arbeitsgänge notwendig und die Dichtungen folglich teuer sind, die Verschlüsse nicht sterilisationsbeständig sind und deren Material nicht durch Recycling wiederverwendbar gemacht werden kann.
  • Es sind auch andere Verschlüsse bekannt, die aus einem einzigen Teil bestehen, und deren innere Partie, vorzugsweise zwischen dem Ende des Gewindes und ihrem flachen Boden, eine oder mehrere umlaufende Rippen mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist. Meistens erfüllen solche Rippen (Lippen) die Abdichtungsfunktion im Zusammenhang mit dem Hals des damit verschlossenen Gebindes.
  • Die GB-PS 960 443 zeigt eine solche Ausführung solcher Verschlüsse. Bei diesem Verschluss ist aber auch eine sehr deutlich ausgeprägte waagrechte Rippe zwischen Gewindeende und Verschlussboden angeordnet. Eine Methode für die schwierige Entformung der Rippe wird nicht angegeben.
  • Diese Verschlüsse haben einen flachen Boden und sind für stille Füllgüter oder für leicht im Ueberdruck stehende Füllgüter, wie z.B. Bier, gedacht. Für Füllgüter, die in der Flasche keiner Pasteurisation und/oder Sterilisation unterworfen werden, genügen diese Verschlüsse.
  • Die GB-PS 925 647 zeigt ein Beispiel eines weiteren Verschlusses und dessen Produktionsmethode. Ein Nachteil dieses Verschlusses ist die Schwierigkeit der Entformung der Dichtungslippe, die eine Sonderkonstruktion des Spritzwerkzeuges verlangt sowie eine ganz genaue Einstellung der Produktionsbedingungen, was natürlich die Herstellungskosten im wesentlichen Masse belastet.
  • Ebenfalls aus der obgenannten Schrift ist ein gewölbt ausgebildeter Boden bekannt. Der Uebergang zwischen Boden und Mantel verläuft aussen in einem stumpfen Winkel mit scharf ausgebildeter Kante. Der aussenliegenden Kante gegenüber liegt innen der obere Ansatz einer dünnen flexiblen Lippe.
  • Bei erhöhtem Innendruck, beispielsweise beim Pasteurisieren oder Sterilisieren, entstehen im Uebergangsbereich zwischen dem Mantel und dem Boden Spannungen, deren Wert ein Mehrfaches ist von demjenigen im Boden oder im Mantel. Zudem sind die Spannungen an der Peripherie des gewölbten Bereichs und im Mantel völlig verschieden gross. Die Spannungen führen zu Dehnungen, welche durch die erhöhte Temperatur beim Pasteurisieren und insbesondere auch die lange Verweildauer im Autoklaven von bis zu einer Stunde Werte erreichen, die eine zuverlässige Abdichtung der Flansche infolge der Vergrösserung des Verschlusses nicht mehr gewährleisten.
  • Zusätzlich besteht die Gefahr, dass durch die grossen Spannungen und Spannungsdifferenzen an der Kante der Verschluss bricht.
  • Es ist ferner aus der US-A-4 392 579 ein aus einem einzigen Teil bestehender Kunststoffverschluss mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen bekanntgeworden, dessen mit einem Innengewinde versehener, auf ein Gebinde (Flansche) aufschraubbarer Mantel mittels eines bogenförmigen Abschnittes in ein flachen oder gewölbten Boden übergeht. Zur Abdichtung sind den Flaschenhals entweder innen hintergreifende oder auf dessen schräg nach innen verlaufender, trichterförmiger Halsinnenseite aufliegende elastische Lippen vorgesehen, die sich mit erhöhtem Innendruck beim Erhitzen des Füllgutes an den Flaschenhals anlegen. Während bei der Ausführung mit hintergreifender Lippe die genaue vertikale Lage des Verschlusses bezüglich der Lage des Flaschenhalses für die Dichtwirkung nicht kritisch ist, wirkt sich dieser Mangel bei der nur aufliegenden Lippe insofern nachteilig aus, als sich die Lage der Lippe nach der Tiefe des Einschraubens des Verschlusses richtet und sie dadurch unterschiedlich stark zusammengedrückt wird. Dies zieht eine wellenförmige Verformung der Lippe auf der Auflagefläche des Flaschenhalses nach sich, so dass sich diese teilweise abhebt und dadurch undicht wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verschlüss der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, der sowohl dem erhöhten Innendruck beim Pasteuerisieren und/oder Sterilisieren als auch der erhöhten Temperatur ohne wesentliche Formveränderung wiedersteht und eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet.
  • Dabei soll der Verschluss derart ausgebildet sein, dass er in einem einzigen Arbeitsgang herstellbar ist. Insbesondere muss eine einfache Ausformung aus dem Spritzwerkzeug gegeben sein. Die Aufgabe wird nach der Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Es ist nun möglich, eine einwandfreie Abdichtung zwischen dem Verschluss und dem Flaschenhals zu gewärleisten, unabhängig davon, ob in der Flasche ein Ueberdruck herrscht oder nicht.
  • Durch die auf Grund der Formgebung verminderte Dehnung des Verschlusses bei zeitweilig erhöhtem Innendruck und erhöhter Temperatur des Füllgutes kann bei passender Dimensionierung der gewölbten elliptischen oder kugelförmigen Gestalt des Bodens, dieser gegenüber einem flachen Boden mit geringerer Wandstärke gefertigt werden. Dies ist bei Massenartikeln dieser Art wegen der Materialersparnis von Bedeutung.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Querschnitt durch einen Verschluss,
    • Figur 2 einen Querschnitt durch den auf dem Flaschenhals aufgeschraubten Verschluss (Flasche ohne oder mit geringem Ueberdruck auf der linken Hälfte, mit Ueberdruck auf der rechten Hälfte).
  • Der Schraubverschluss 1 gemäss Querschnitt in Figur 1 weist einen Verschlussboden 3 und einen Verschlussmantel 5 mit einem Gewinde 7 auf. Auf der Innenseite des Bodens 3 ist konzentrisch zu diesem eine umlaufende Rippe in der Gestalt einer elastisch biegsamen Lippe 9 angebracht. Der mittlere Durchmesser d1 der Lippe 9 nimmt in Richtung auf deren Dichtkante 11 ab. Am Mantel 5 ist über dem Ende des Gewindes 7 eine weitere, im wesentlichen parallel zur Symmetrieachse A des Verschlusses 1 verlaufende Rippe 13 angeordnet. Die Lippe 9 weist in diesem Beispiel einen trapezförmigen Querschnitt auf, die Rippe 13 ein der Flaschenmündung angepasstes und deren äussere Kontur umschliessendes Profil, im Beispiel nach Figur 2 eine konkave Ausnehmung 37, die dem Radius am Flaschenhals 19 entspricht.
  • Der Durchmesser d2 an der Dichtkante 17 der Rippe 13 ist kleiner als der Aussendurchmesser d3 des Flaschenhalses 19 an dessen oberem Ende 31 (Figur 2).
  • Auf der Aussenseite des Verschlusses sind Rippen 21 angebracht, die radial vom Zentrum 30 des Bodens 3 nach aussen verlaufen und auch den Mantel 5 umfassen können.
  • Der Boden 3 ist bogenförmig gekrümmt, wobei der Radius gleich oder grösser ist als der halbe Durchmesser d3 des Flaschenhalses 19. Im bogenförmigen Abschnitt 23 zwischen dem Boden 3 und dem Mantel 5 weist der Verschluss 1 eine Krümmung mit Radius auf. Die Radien des übergangsbogens und des Bodens können in einem Verhältnis von 1:2 bis 1:10 stehen, vorzugsweise in einem Verhältnis 1:4.
  • In Figur 2 ist der Verschluss 1 auf den mit einem Gewinde 25 versehenen Hals 19 einer Flasche 29 aufgeschraubt. Auf der linken Hälfte der Figur 2 ist der Verschluss 1 gezeigt, wenn in der Flasche 29 kein oder nur ein sehr geringer Ueberdruck gegenüber der Umgebung herrscht; die rechte Hälfte zeigt den Verschluss 1, wie er durch den Ueberdruck und die Temperaturerhöhung, z.B. beim Sterilisieren, ausgeweitet wird.
  • Beim drucklosen Zustand liegt die Lippe 9 auf der kreisringförmigen Stirnfläche 33 des gewindelosen Abschnittes 35 am Flaschenhals 19 auf. Die Dichtkante 11 wird durch die beim Aufschrauben erzeugte Spannkraft infolge der geneigten Ausbildung der Lippe 9 gegen das Zentrum gedrückt.
  • Der Verschluss arbeitet bei steigendem Innendruck im Gebinde wie der Deckel eines Druckbehälters. Bei dünnwandigen Druckbehältern mit flachem Boden ist die Materialspannung im Boden nach der Formel
    Figure imgb0001
    definiert. (p ist der innere Druck, D der Durchmesser des Deckels und SA seine Wandstärke). Die Spannung steigt mit der quadratischen Potenz des Durchmessers.
  • Druckbehälter mit bombiertem Boden sind zweckmässiger. Wenn der Boden eine halbe Kugel ist, beträgt die Materialspannung
    Figure imgb0002
    (RS=D/2 ist der Radius der Kugel, p der innere Behälterdruck und SB die Wandstärke des kugelförmigen Bodens). Wenn wir jetzt einen Ausgleich zwischen TA und TB suchen, bei gleichen Werten von p und D (resp. RS=D/2), finden wir, dass SA= ν DSB.
  • Mit anderen Worten muss ein Verschluss mit flachem Boden eine Wandstärke von 5,3 mm haben, um demselben Behälterinnendruck zu wiederstehen wie ein kugelförmiger Verschluss mit 1 mm Wandstärke, wenn der Flaschenhals einen Durchmesser von 28 mm gemäss Normierung MC-A hat.
  • Die Wirkung des Druckes auf die Materialspannungen im Uebergang zwischen Boden und zylindrischem Aussenmantel ist auch sehr unterschiedlich, ob der Boden flach liegt und einen Winkel von 90s zum Mantel hat, oder ob er bombiert ist und einen sanften, mit grossem Radius gebildeten Uebergang aufweist.
  • Im ersten Fall entstehen hohe Biegespannungen in der Uebergangszone, die die Reissspannung des Mantels übersteigen. Im zweiten Fall, wo die Kugel in den zylindrischen Aussenmantel mündet, entstehen keine Biegespannungen, sonst nur eine sehr wenig unterschiedliche Ausdehnung des Umfanges. Um gegen diese letzte Erscheinung zur wirken, ist es vorteilhaft, den Verschlussboden als Teil einer Ellipse zu bilden, mit sanften, relativ grossen Uebergangsradien zum Aussenmantel.
  • Die Wirkung der erhöhten Temperatur ist materialabhängig (Ausdehnungskoeffizient). Bei den Massenkunststoffen sind die Koeffizienten für verschiedene Materialen etwa gleich. Wichtig ist, dass der Verlauf der Dehnungskoeffizienten bei bestimmtem mechanischem (Druck) und thermischen Belastungen während deren Wirkungszeit klein und konstant bleibt. Das ist zusammen mit, durch die geschickte Profilierung des Bodens, kleinen Materialspannungen, die Voraussetzung für die Herstellung eines während der Pasteurisation oder Sterilisation dicht bleibenden Verschlusses.
  • Steigt beim Pasteurisieren oder Sterilisieren der Druck in der Flasche, so hebt sich der Boden 3 des Verschlusses 1, und der Mantel 5 weitet sich nur um einige Zehntelsmillimeter. Einerseits wegen der Eigenelastizität verbleiben die beiden Lippen 9 und 13 in Anlage mit dem Flaschenhals 19, und andererseits wird die Lippe 9 durch den steigenden Innendruck nach aussen gedrückt. Diese quer zur Lippe 9 wirkende Kraft presst deren Dichtkante mit steigendem Druck immer stärker an die entsprechende Auflagestelle, d.h. die Stirnfläche 33.
  • Wenn die Lippe 9 als spitz auslaufendes Dreieck ausgebildet ist, legt sich deren feine Dichtkante praktisch übergangsfrei an der Auflagestelle an.
  • Sofern eine Sicherung des Verschlusses notwendig ist, kann am unteren Rand des Mantels 5 ein Ring 137 angesprizt sein, der beim ersten Oeffnen der Flasche 29 vom Verschluss 1 abgetrennt wird und am Flaschenhals 19 zurückbleibt oder-wenn dies erwünscht ist-in einem oder mehreren Teilen abspringt.
  • Der Verschluss 1 kann in herkömmlicher Weise mit sehr einfachen Werkzeugen aus bereits für Flaschenverschlüsse bewährten Kunststoffmaterialien gespritzt werden.

Claims (6)

1. Schraubverschluss (1) aus Kunststoff für Flaschen mit einem Innengewinde (7) und einer axial auf die waagrechte Stirnfläche (33) des Gewindeabschnittes (25) des zugehörigen Flaschenhalses (19) zum Aufliegen kommenden, elastisch ausgebildeten, umlaufenden Dichtungslippe (9), wobei der Boden (3) und der Mantel (5) des Verschlusses (1) durch einen bogenförmigen Abschnitt (23) miteinander verbunden sind und der Boden (3) des Verschlusses (1) gewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wolbungsradius des Bodens (3) gleich oder grösser ist wie bzw. als der halbe Aussendurchmesser (d3) des Flaschenhalses (19) an dessen oberem Ende und der Radius des bogenförmigen Abschnittes (23) grösser ist als 1/10 des Wölbungsradius, dass ferner radial ausserhalb der Dichtungslippe (9) eine im wesentlichen parallel zur Symmetrieachse (A) des Verschlusses (1) und konzentrisch zur Dichtungslippe (9) verlaufende Rippe (13) angeordnet ist, deren stirnseitiges Profil demjenigen des äusseren Randes der Mündung des Flaschenhalses (19), auf dem sie im Betriebszustand aufsitzt, angepasst ist und sich an diese Kontur vollflächig anschmiegt und dass die Lippe (9) nach innen geneigt ist und eine Dichtkante (11) aufweist, die durch die beim Aufschrauben erzeugte Spannkraft gegen das Zentrum gedrückt wird.
2. Schraubverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (3) des Verschlusses (1) zusammen mit den bogenförmigen Abschnitten (23) einen etwa halbelliptischen Querschnitt aufweist.
3. Schraubverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (3) des Verschlusses (1) zusammen mit dem bogenförmigen Abschnitten (23) den Querschnitt einer Halbkugel aufweist.
4. Schraubverschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der äusseren Oberfläche des Verschlusses (1) radial verlaufende, sich im Zentrum (30) treffende Verstärkungsrippen (21) angebracht sind.
5. Schraubverschluss nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Rippe (13) eine Ausnehmung (37) mit einem Radius entsprechend dem Radius der Aussenabrundung des zugehörigen Flaschenhalses (19) aufweist.
6. Schraubverschluss nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (d2) der Dichtkante (17) der Rippe (13) kleiner ist als der Aussendurchmesser (d3) des zugehörigen Flaschenhalses (19) an dessen oberem Ende (31).
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CH478884 1984-10-05
CH4788/84 1984-10-05
CH66385 1985-02-14
CH663/85 1985-02-14

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EP0178253A1 EP0178253A1 (de) 1986-04-16
EP0178253B1 true EP0178253B1 (de) 1990-11-28

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