EP3448770B1

EP3448770B1 - Schraubverschluss für grossbehälter

Info

Publication number: EP3448770B1
Application number: EP17717426.5A
Authority: EP
Inventors: Günter Krautkrämer
Original assignee: Bericap GmbH and Co KG
Current assignee: Bericap GmbH and Co KG
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2037-04-13
Also published as: US10640267B2; WO2017186513A1; US20190077553A1; BR112018070822A2; EP3448770A1; DE102016107596A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubverschluss aus Kunststoff für Großbehälter, mit einem zylindrischen Außenmantel mit einem ersten Innengewinde größeren Durchmessers und einer den Außenmantel an einem axialen Ende teilweise verschließenden Kopfplatte, wobei die Kopfplatte eine Öffnung aufweist, die ihrerseits eine Entnahmehülse mit einem in das Innere des Außenmantels ragenden, in etwa zylindrischen Innenmantel mit einem zweiten Innengewinde kleineren Durchmessers aufnimmt, wobei die Kopfplatte und die Entnahmehülse fest miteinander verbunden sind.
Dabei dient die Entnahmehülse der Aufnahme und Fixierung eines Entnahmestutzens. Typischerweise werden solche Verschlüsse verwendet an Großbehältern, die ein Volumen von mindestens 3 l und häufig auch ein Volumen von 20 l und mehr aufweisen. Bekannt sind entsprechende Behälter beispielsweise als "5 Gallonen-Behälter" für die Aufnahme (und Abgabe) von Trinkwasser.
Solche Behälter weisen einen Behälterhals bzw. Öffnungsstutzen mit einem Außengewinde auf, auf welchen der Außenmantel des Verschlusses, der ein hierzu passendes Innengewinde hat, aufgeschraubt wird. Solche Schraubkappen haben typischerweise Durchmesser im Bereich von 50 bis 70 mm. Bei einem weit verbreiteten Typ entsprechender Schraubverschlüsse und entsprechende einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Gewinde des Außenmantels einen Nenndurchmesser von ca. 55 mmm und der maximale Außendurchmesser beträgt etwa 70 mm.
Um jedoch Flüssigkeit, insbesondere Trinkwasser, aus dem Behälter entnehmen zu können, wird im Allgemeinen nicht diese Schraubkappe mit dem größeren Durchmesser gelöst, sondern die Entnahme erfolgt vielmehr über eine Entnahmehülse, die in der der Öffnung der Kopfplatte des Schraubverschlusses mit größerem Durchmesser angeordnet ist. Die Entnahmehülse weist ihrerseits ein Innengewinde auf, in welches ein Entnahmestutzen eingeschraubt werden kann. Der Innenquerschnitt der Entnahmehülse ist durch eine Siegelscheibe verschlossen, die zur Entnahme von Flüssigkeit aus dem Behälter mindestens teilweise geöffnet bzw. entfernt werden muss.
Bei kleineren Behälter könnte die Siegelscheibe kann beispielsweise eine umlaufende Schwächungslinie und eine Ringöse aufweisen, über welche durch Eingriff mit einem Finger die Siegelscheibe entlang der Schwächungslinie aufgerissen und aus der Entnahmehülse entfernt werden könnte. Bei den hier in Rede stehenden größeren Behältern ist die Siegelscheibe im Allgemeinen weniger leicht zu entfernen. Es ist aber beispielsweise möglich, die Siegelscheibe durch Einschrauben eines Entnahmestutzens mindestens teilweise axial und seitlich wegzudrängen. Der Verbraucher schraubt also für die Entnahme von Flüssigkeit aus dem Behälter einen entsprechenden Entnahmestutzen in das (kleinere) Innengewinde der Entnahmehülse ein, so dass der Entnahmestutzen mit seinem inneren (offenen) Ende mit dem Inneren des Behälters in Verbindung steht. Der Entnahmestutzen weist zweckmäßigerweise ein Ventil auf, Der Behälter kann dann zum Beispiel über Kopf (mit dem Schraubverschluss nach unten) angeordnet werden, sodass nach dem Öffnen des Ventils die Flüssigkeit, insbesondere Trinkwasser, allein aufgrund der Schwerkraft aus dem Entnahmestutzen herausläuft.
Durch diese Konstruktion kann man vermeiden, dass die Schraubkappe mit einem relativ großen Durchmesser gelöst werden muss, wobei außerdem diese Schraubkappe in der Regel durch einen Garantiering an dem Stutzen bzw. der Öffnung des Behälters gesichert ist, der beim Abschrauben der äußeren Schraubkappe von dem Behälterhals von deren Außenmantel abgetrennt wird und dadurch anzeigt, dass die Schraubkappe bereits mindestens einmal geöffnet wurde. Die Schraubkappe mit dem großen Durchmesser und der Behälterhals mit einer entsprechend großen Öffnung dienen vor allem dem schnellen und effizienten Befüllen des Behälters.
Nicht zuletzt wegen der Größe der zugehörigen Behälter sind die Stückzahlen der hierfür benötigten Verschlüsse relativ gering, da auch die Anzahl der entsprechenden Behälter, insbesondere im Vergleich zu Getränkeflaschen für Endverbraucher, relativ gering ist. Gleichzeitig ist die Herstellung entsprechender Verschlüsse in einer Spritzgussform relativ aufwändig und kompliziert, da jeder derartige Verschluss einen einseitig offenen Hohlraum aufweist, wobei die Hohlräume des äußeren Verschlussteils und des inneren Verschlussteils jeweils in entgegengesetzte Richtungen offen sind und teilweise auch Hinterschneidungen aufweisen. Herkömmliche Verschlüsse dieser Art sind dementsprechend in einem einstufigen herkömmlichen Spritzgussverfahren nur schwierig herzustellen und teuer. KR 2014 0006177 offenbart einen Schraubverschluss aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
US 5,259,534 offenbart ein Außenmantel mit Kopfplatte und eine Entnahmehülse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, Verschlüsse derselben Funktionalität bereitzustellen, die aber einfacher herstellbar sind. Des Weiteren definiert die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 zur Herstellung entsprechender Verschlüsse und Verschlussteilen.
Hinsichtlich des Verschlusses selbst wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass der Außenmantel mit der Kopfplatte einerseits und die Entnahmehülse mit ihrem Innengewinde andererseits getrennt voneinander durch Spritzguss hergestellt sind, wobei diese beiden Teile zur Bildung des kompletten Schraubverschlusses durch Verschweißen, alternativ durch Verkleben, fest und dicht miteinander verbunden sind.
Da die beiden getrennt hergestellten Verschlussteile jeweils für sich nur einseitig offen sind und insofern durch Standardverfahren und -vorrichtungen hergestellt werden können, ist die Herstellung der beiden Verschlussteile jeweils für sich gesehen vergleichsweise einfach, wobei diese Verschlussteile erst nach ihrer Herstellung zu einem einstückigen Verschluss miteinander verbunden werden. Dabei liegt ein besonderer Vorteil dieses Verschlusses und der Art seiner Herstellung darin, dass für die einzelnen Verschlussteile jeweils herkömmliche Spritzgussformen verwendet werden können, die man beispielsweise nur mit einem Zusatzteil auszustatten bzw. zu modifizieren braucht, um je eines der beiden benötigten Verschlussteile herzustellen. Hierdurch kann man die getrennte Herstellung Bereitstellung besonders aufwändiger Spritzgussformen vermeiden. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verschlüsse ist daher deutlich kostengünstiger als das Spritzgießen der kompletten Verschlüsse in einem einzigen Vorgang in einem Formwerkzeug.
In einer Ausführungsform weist die Entnahmehülse an ihrem äußeren Ende einen die Hülsenöffnung umfassenden Flanschrand für die Verbindung mit einer die Öffnung der Kopfplatte umgebenden Randfläche auf. Dies ermöglicht ein relativ großflächiges Zusammenschweißen (oder Verkleben) des Flanschrandes mit der jeweils gegenüberliegenden Randfläche, wodurch beide Verschlussteile besonders fest und dicht miteinander verbunden werden.
Um den Schweißvorgang zu beschleunigen und die Schweißnaht qualitativ zu verbessern, können beispielsweise auf der der Kopfplatte zugewandten Seite des Flanschrandes oder aber auf der dem Flanschrand zugewandten Seite der die Öffnung der Kopfplatte umgebenden Randfläche Energierichtungsgeber vorgesehen sein, welche beim Verschweißen mittels Ultraschall schnell aufschmelzen und eine gewünschte feste und dichte Verbindung mit der jeweils gegenüberliegenden Fläche bewirken.
Vorzugsweise sind die Energierichtungsgeber sich axial von der jeweiligen Fläche weg erstreckende und sich in Richtung von der Fläche weg verjüngende Vorsprünge.
In einer Ausführungsform sind die Energierichtungsgeber im Querschnitt dreieckige Rippen, die auf dem Flanschrand bzw. der Randfläche radial und/oder in Umfangsrichtung verlaufen. Zweckmäßigerweise liegen die Scheitellinien solcher im Querschnitt dreieckiger Rippen in etwa auf einer gemeinsamen Ebene parallel im Abstand zu der Ebene der Randfläche bzw. des Flanschrandes, auf welcher die Rippen angeordnet sind.
Die Kopfplatte des Verschlusses weist in einer Ausführungsform auf ihrer Außenseite eine die Öffnung der Kopfplatte umgebende, axial zurückspringende Aussparung auf, die so bemessen ist, dass der Flanschrand der Entnahmehülse bündig darin aufgenommen werden kann. Mit anderen Worten, die axiale Tiefe dieser ringförmigen Aussparung entspricht der axialen Dicke des Flanschrandes und zweckmäßigerweise stimmt auch der Innendurchmesser der Aussparung mit dem Außendurchmesser des Flanschrandes überein, so dass die Kopfplatte außerhalb der Aussparung zusammen mit der Oberfläche des Flanschrandes in einer gemeinsamen Ebene liegen und Flanschrand und Kopfplatte eine gemeinsame, durchgehende ringförmige Fläche bilden, welche die Öffnung der Entnahmehülse umgibt und die Kopfplatte des zusammengesetzten Verschlusses definiert.
An dem der Öffnung an der Kopfplatte axial entgegengesetzt liegenden Ende der Entnahmehülse weist diese eine mindestens teilweise heraustrennbare Siegelscheibe auf. Eine solche Siegelscheibe hat in einer Ausführungsform zweckmäßigerweise in der Nähe ihres äußeren Randes eine umlaufende oder zumindest weitgehend umlaufende Schwächungslinie, entlang welcher die Siegelscheibe von dem übrigen Teil der Entnahmehülse abgetrennt werden kann. Durch das Abtrennen kann die Siegelscheibe den Querschnitt der Entnahmehülse entweder teilweise oder vollständig freigeben. Zweckmäßig ist eine Ausgestaltung des Verschlusses, bei welcher die Siegelscheibe im Allgemeinen nicht vollständig von der Entnahmehülse abgetrennt wird, sondern auf einer Seite, d. h. innerhalb eine kleinen Umfangswinkelbereiches noch mit der Entnahmehülse verbunden bleibt. Dies verhindert, dass die Siegelscheibe beim Abtrennen in einen Behälter hineinfällt und dadurch irgendwelche Störungen verursacht.
Die Siegelscheibe muss auch im Bereich der Schwächungslinie noch erheblichen Druck- und Zugkräfte widerstehen, zumal der Verschluss typischerweise für Großbehälter vorgesehen ist und für eine Zulassung zumeist sogenannte UN-Testbedingungen erfüllen muss. Hierzu gehört unter anderem ein Falltest eines gefüllten Behälters mit dem in Richtung Boden ausgerichteten Verschluss, so dass der Behälter auf den Verschluss fällt. Da der gefüllte Behälter beispielsweis eine Masse von 20 kg oder mehr aufweist, wirken bei einem solchen Test große Kräfte auf den Verschluss, denen sowohl die Schweißverbindung zwischen dem ersten und zweiten verschlussteil als auch die Schwächungslinie der Siegelscheibe widerstehen muss. Die zum Aufreißen der Schwächungslinie mindestens aufzuwendende axiale Druckkraft ist daher erheblich und kann typischerweise nicht allein mit einer Ringöse und ohne zusätzliche Hilfsmittel von Hand erfolgen. Das Aufreißen der Schwächungslinie bzw. das teilweise oder vollständige Abtrennen der Siegelscheiben ist deshalb nicht trivial.
Das Innengewinde der Entnahmehülse ist für die Aufnahme eines Entnahmestutzens vorgesehen, der typischerweise ein verschließbares Entnahmeventil aufweist. In einer Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass beim Einschrauben des Entnahmestutzens ein Ende dieses Entnahmestutzens mit der Siegelscheibe in Eingriff tritt und diese mindestens teilweise entlang der Schwächungslinie auftrennt und in Richtung des Inneren des Behälters drückt. Ein solcher Entnahmestutzen hat ein hohlzylindrisches Ende mit einem Außengewinde, dessen Stirnseite mit der Siegelscheibe in Eingriff kommt, wenn der Stutzen in die Entnahmehülse eingeschraubt wird. Hierfür muss allerdings ein erhebliches Drehmoment auf den Entnahmestutzen bzw. dessen Gewindezapfen aufgebracht werden. Während der Nenndurchmesser des Innengewindes des Außenmantels typischerweise und in entsprechenden Ausführungsformen zwischen 38 und 60 mm liegt, hat das Innengewinde des Innenmantel dieser Ausführungsformen einen typischen Nenndurchmesser im Bereich von 18 mm bis 30 mm.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Siegelscheibe auf ihrer der Außenseite des Verschlusses zugewandten Seite und in der Nähe der Schwächungslinie in einem kleinen Winkelbereich eine Erhebung auf, die beim Einschrauben eines Entnahmestutzens mit der Stirnseite des Entnahmestutzens in Eingriff kommt, bevor andere Abschnitte der Siegelscheibe mit dieser Stirnseite des Entnahmestutzens in Eingriff treten. Dies führt dazu, dass die Schwächungslinie der Siegelscheibe genau in diesem Abschnitt der Siegelscheibe, wo die Erhebung vorgesehen ist, einer konzentrierten Zugbelastung ausgesetzt ist und dort als erstes aufreißt.
Durch die lokale Begrenzung der von dem Entnahmestutzen ausgeübten Druckkraft beim Einschrauben in das Gewinde der Entnahmehülse ist die zum anfänglichen Aufreißen der Schwächungslinie erforderliche Kraft wesentlich geringer, als wenn die Stirnseite des Entnahmestutzens in einem ringförmigen Bereich entlang der Schwächungslinie entlang eines größeren Umfangswinkelabschnittes gleichzeitig mit der Siegelscheibe in Eingriff treten würde. Die beim Einschrauben des Entnahmestutzens auf die Siegelscheibe ausgeübte Kraft konzentriert sich demnach zunächst ausschließlich auf die Umgebung der Erhebung, wo die Schwächungslinie dann auch zuerst aufreißt, wobei während des weiteren Einschraubens des Entnahmestutzens auch nach und nach die angrenzenden Abschnitte der Schwächungslinie aufreißen, wobei die Kräfte zum weiteren Auftrennen solcher Schwächungslinien nur noch relativ gering sind, nachdem das anfängliche Einreißen bereits erfolgt ist. Eine geringe Steigung des Innengewindes der Entnahmehülse kann ebenfalls zur Verringerung des erforderlichen Drehmomentes beitragen. Dies ist unter anderem deshalb von Vorteil, weil das Drehmoment unter anderem über die Schweißverbindung von dem inneren Verschlussteil auf das äußere Verschlussteil übertragen wird, die bei geringerem Drehmoment weniger belastet wird.
Die Siegelscheibe bzw. deren Schwächungslinie ist zweckmäßigerweise so gestaltet, dass sie auf der der Erhebung diametral gegenüber liegenden Seite mit der Entnahmehülse verbunden bleibt, wenn der Entnahmestutzen vollständig in die Entnahmehülse eingeschraubt ist. Beispielsweise könnte die Ebene der Siegelscheibe (gegenüber einer zur Verschlussachse senkrechten Ebene) leicht verkippt sein, sodass die ebene Stirnseite eines Entnahmestutzens erst unmittelbar vor Erreichen einer axialen Endposition mit dem der Erhebung diametral gegenüber liegenden Abschnitt der Siegelscheibe in Eingriff tritt.
Alternativ kann beispielsweise ein vorderer Abschnitt des Entnahmestutzens radial etwas verjüngt sein und über eine Schulter in einen Abschnitt größeren Durchmessers übergehen, während die Entnahmehülse außerhalb der Schwächungslinie der Siegelscheibe noch einen kleinen, radial nach innen vorspringenden Absatz aufweist, auf welchem die Schulter aufsetzt, wenn der Entnahmestutzen so weit wie möglich in die Entnahmehülse eingeschraubt wird.
In einer weiteren Alternative kann der Entnahmestutzen auch eine Schulter außerhalb des Gewindes aufweisen, welche auf dem Flanschrand der Entnahmehülse aufsetzt bevor die Siegelscheibe vollständig von dem Innenmantel der Entnahmehülse abgetrennt ist.
Der Entnahmestutzen und dessen Ausgestaltung als solcher sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung, jedoch ist insbesondere die Entnahmehülse so ausgelegt, dass sie in der beschriebenen Weise mit dem Entnahmestutzen in dichtem Eingriff steht, wenn der Entnahmestutzen in die Entnahmehülse eingeschraubt ist und die Siegelscheibe mindestens teilweise in das Innere des Behälters gedrückt hat.
Das Innengewinde der Entnahmehülse hat eine Steigung von höchstens 3 mm, vorzugsweise höchstens 2 mm auf 360°, was im Falle von Kunststoffverschlüssen und bei einem typischen Durchmesser von etwa 25 mm als Feingewinde anzusehen ist. Die Mindeststeigung eines solchen Gewindes liegt zweckmäßigerweise bei 1 mm auf 360°.
Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus auch die beiden Einzelteile, aus welchen der erfindungsgemäße Verschluss letztlich hergestellt ist. Dabei weist der erste Teil eines solchen aus zwei zusammengesetzten, dicht verbundenen Teilen bestehenden Verschlusses einen zylindrischen Außenmantel mit einem ersten Innengewinde größeren Durchmessers und einer den Außenmantel an einem axialen Ende verschließenden Kopfplatte, wobei die Kopfplatte eine Öffnung aufweist und wobei ein ringförmiger Bereich um die Öffnung axial zurückspringend ausgebildet ist. Darüber hinaus kann ein solcher erster Teil eines Verschlusses auch noch eine sich von der Kopfplatte im Wesentlichen axial erstreckende, ringförmig umlaufende Dichtung innerhalb des Verschlussgewindes aufweisen, die mit der Innenfläche eines Behälterhalses in dichtenden Eingriff treten kann, auf welchen das äußere Verschlussteil aufgeschraubt wird.
Der zweite Teil eines solchen Verschlusses hat die Form einer durch einen Boden an einem axialen Ende einseitig geschlossenen Hülse mit einem zylindrischen Innenmantel mit Innengewinde und einen eine axiale Öffnung der Hülse umfassenden Flanschrand, wobei der Boden nahe seines äußeren Umfanges eine umlaufende Schwächungslinie und auf einer Seite eine nach außen, d.h. zu der Öffnung der Hülse hin, zugewandte Erhebung nahe der Schwächungslinie, die gegenüber den übrigen Bereichen nahe der Schwächungslinie axial hervorsteht, aufweist.
Die Begriffe "Außenmantel" und "Innenmantel" werden hier zur Unterscheidung der beiden zylindrische Mäntel des Verschlusses verwendet, die jeweils ein Innengewinde tragen und von denen bei dem fertigen Verschluss der eine den äußeren Mantel des gesamten Verschlusses und der andere einen die zentrale Entnahmeöffnung umgebenden Mantel definiert.
Jedes der ersten und zweiten Verschlussteile ist mit Hilfe herkömmlicher Formen bzw. Formwerkzeuge, die allenfalls eine leichte Modifikation erfordern, relativ leicht herstellbar, wobei die entsprechenden Formwerkzeuge keine besondere Komplexität aufweisen müssen. Auf jeden Fall sind entsprechende Formwerkzeuge wesentlich weniger kompliziert herzustellen und aufgebaut als ein Formwerkzeug, welches einen aus den ersten und zweiten Verschlussteilen einstückig zusammenhängenden Verschluss unmittelbar herstellen müsste. Es können somit herkömmliche Formwerkzeuge zur Herstellung der beiden Einzelteile verwendet werden, die ansonsten zur Herstellung ähnlicher Verschlusselemente dienen und die nur geringfügig verändert werden müssen, zum Beispiel durch zusätzliche Einsätze, um damit die Teile des Verschlusses der vorliegenden Erfindung herstellen zu können. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die relativ geringen Stückzahlen der Verschlüsse von Bedeutung.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach auch ein Verfahren zum Herstellen eines Verschlusses bzw. von Verschlussteilen, wie sie vorstehend beschrieben und definiert wurden. Dabei wird in einem ersten Schritt der erste Verschlussteil, nämlich eine erste größere Schraubkappe, durch Spritzgießen hergestellt, welche einen zylindrischen Kappenmantel mit Innengewinde und eine Kopfplatte aufweist, die ihrerseits eine Öffnung aufweist. In einem getrennten zweiten Schritt wird der zweite Verschlussteil, nämlich eine Entnahmehülse, hergestellt, welche mindestens einen zylindrischen Innenmantel mit einem zweiten Innengewinde aufweist. Der Begriff "Innenmantel" wird hier zur Unterscheidung gegenüber dem als Außenmantel bezeichneten Mantel der äußeren Schraubkappe verwendet. Die zeitliche Reihenfolge der Herstellung der beiden Verschlussteile ist dabei nicht festgelegt. Die Begriffe "erster Schritt" und "zweiter Schritt" dienen nur der Unterscheidung beider Vorgänge. Zwingend ist nur, dass beide Verschlussteile vorliegen, bevor sie miteinander verschweißt werden können.
Die Entnahmehülse ist im Verhältnis zu der Öffnung in der Kopfplatte so bemessen, dass sie in umlaufendem Kontakt mit dieser ausrichtbar ist, wobei die entsprechend ausgerichtete Kopfplatte und die Entnahmehülse miteinander verschweißt werden und danach einstückig zusammenhängen und im Prinzip dieselbe oder zumindest eine ähnliche Konfiguration bilden, wie ein von vornherein einstückig gegossener Verschluss der oben beschriebenen Art.
Zweckmäßigerweise erreicht man dies über einen umlaufenden Flansch des ersten Verschlussteils, der mit einer die Öffnung des ersten Verschlussteils umgebenden Randfläche verschweißt wird, wobei die Randfläche und der Flanschrand einander in radialer Richtung überlappen.
Dies kann insbesondere durch Ultraschall-Reibschweißen geschehen, wobei zweckmäßigerweise sogenannte "Energierichtungsgeber" vorgesehen sind, die so ausgestaltet sind, dass die anfängliche Reibung auf kleine Teilflächen reduziert bzw. konzentriert ist, die sich dadurch sehr schnell erhitzen und aufschmelzen. Zweckmäßigerweise sind die Energierichtungsgeber weitgehend gleichmäßig und in engen Abständen verteilt, so dass das aufgeschmolzene Material schnell eine zusammenhängende, umlaufende Schicht bildet und die beiden Verschlussteile entlang des äußeren Umfangs des zweiten Verschlussteils fest und dicht miteinander verbindet.
Der Flanschrand könnte sowohl von der Innenseite als auch von der Außenseite her an der die Öffnung des ersten Verschlussteils umgebenden Randfläche anliegen, wobei das Anlegen von der Außenseite her bevorzugt ist, wobei die Randfläche insbesondere den Grund einer axial rückspringenden, ringförmigen Aussparung bildet, in welcher der Flanschrand des ersten Verschlussteils aufgenommen wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Außenansicht des aus zwei Teilen bestehenden Verschlusses,
Figur 2a: eine die Verschlussachse enthaltende Schnittansicht durch den Verschluss nach Figur 1,
Figur 2b: eine Draufsicht von oben bzw. außen auf den Verschluss nach Figur 1 und 2a
Figur 3: eine Schnittansicht durch die beiden ersten und den zweiten Verschlussteile in voneinander getrenntem Zustand,
Figur 4a: eine Ansicht von oben auf den zweiten Verschlussteil,
Figur 4b: eine Ansicht von unten auf den zweiten Verschlussteil,
Figur 5: eine perspektivische Ansicht des Verschlusses nach Figur 1 mit einem eingeschraubten Entnahmestutzen und
Figur 6: eine Schnittansicht durch den Verschlussnach Figur 1 mit eingeschraubtem Entnahmestutzen.

Figur 1 zeigt den aus zwei Teilen zusammengeschweißten Verschluss 100 in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben und außen. Die Begriffe oben und "außen" beziehen sich in der vorliegenden Beschreibung auf die Ansicht eines Verschlusses, der auf den Behälterhals eines aufrecht stehenden Behälters aufgeschraubt ist. Wenn im Gebrauch der Behälter für die Entnahme von Trinkwasser oder einer anderen Flüssigkeit auf den Kopf gestellt wird, befindet sich der Verschluss entsprechend an der Unterseite des Behälters.
Die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bezieht sich zunächst auf die Figuren 1 bis 4.
Der Verschluss weist einen Außenmantel 1 auf, an dessen unterem Rand ein Garantieband 7 angeordnet ist, das über leicht brechbare Brücken (nicht dargestellt) mit dem Außenmantel 1 verbunden ist. Der Außenmantel 1 weist eine Reihe von Rippen 21, 21a auf, die das Handhaben, insbesondere das Festschrauben und Losschrauben, des Verschlusses auf einem Behälterhals erleichtern sollen.
Der zweite Verschlussteil 20 weist einen umlaufenden Flanschrand 16 auf, der in einer ringförmigen Aussparung 6 der Kopfplatte 3 bündig aufgenommen ist. Der zweite Verschlussteil 20 bildet eine Entnahmehülse und hat einen Innenmantel 11 mit einem zentralen Durchgang 14 und einem Innengewinde 12. Der Durchgang 14 ist durch eine Siegelscheibe 13 am unteren Ende der Entnahmehülse 20 verschlossen.
In Figur 2a sind die beiden Verschlussteile 10 und 20 im Schnitt zu erkennen. Der äußere, erste Verschlussteil 10 weist, wie bereits erwähnt, einen äußeren Mantel 1 auf, an dem ein Innengewinde 2 angeordnet ist. Außerdem erstreckt sich in etwa senkrecht zu dem Mantel 1 am oberen Ende dieses Mantels eine quer verlaufende Kopfplatte mit einer Öffnung 4 (siehe Figur 3), die sich zweckmäßigerweise konzentrisch zu der Verschlussachse 50 erstreckt. In dieser Öffnung 4, die von einem Rohrstutzen 9 gebildet wird bzw. umfasst ist, ist die Entnahmehülse 20 angeordnet, die ihrerseits den Innenmantel 11 mit dem Innengewinde 12 und am oberen axialen Ende einen umlaufenden Flanschrand 16 aufweist. Das untere Ende der Entnahmehülse 20 ist durch eine Siegelscheibe 13 verschlossen, die wiederum eine umlaufende Schwächungslinie 18 aufweist. Der ringförmig umlaufende Dichtungssteg 8, welcher sich von der Kopfplatte 3 nach unten bzw. innen erstreckt, dient als Verschlussstopfen und tritt mit der Innenwand eines Behälterhalses in Eingriff, auf welchen die Schraubkappe mit Hilfe des Gewindes 2 aufgeschraubt wird.
Die Kopfplatte 3 weist einen axial zurückversetzten Abschnitt mit einer Randfläche 5 auf, welche die zentrale Öffnung der Kopfplatte 3 umgibt. In der dadurch gebildeten Aussparung 6 der Kopfplatte ist der Flanschrand 16 der Entnahmehülse 20 angeordnet, wobei der Flanschrand 16 und die Randfläche 5 fest und dicht miteinander verschweißt sind. Der Flanschrand 16 füllt die entsprechende, Aussparung 6, die durch einen axial zurückversetzten, ringförmigen Abschnitt der Kopfplatte 3 gebildet wird, vollständig aus.
Figur 2b ist eine Draufsicht auf den zusammengesetzten Verschluss von oben. Man erkennt insbesondere die Riffelung 21, 21' an der Außenseite des Außenmantels 1, die Kopfplatte 3, den Flanschrand 16, der in einer Aussparung der Kopfplatte 3 aufgenommen ist und die Siegelscheibe 13 am Grund der Entnahmehülse 20, wobei diese Siegelscheibe in einem kleinen Winkelbereich und nahe des äußeren Randes der Siegelscheibe 13 eine Erhebung 15 aufweist, deren Funktion später noch genauer beschrieben wird.
Die Details beider Verschlussteile sind nochmals besser in Figur 3 zu erkennen, in welcher der erste Verschlussteil 10 und der zweite Verschlussteil 20 getrennt voneinander dargestellt sind. Die entsprechenden Teile wurden im Zusammenhang mit Figur 2a im Wesentlichen bereits beschrieben.
In Figur 3 erkennt man weiterhin sogenannte "Energierichtungsgeber" 17 an der Unterseite des Flanschrandes 16. Dabei handelt es sich um im Querschnitt dreieckige radiale Rippen oder Stege 17, die man insbesondere auch in Figur 4b gut erkennen kann. Die Scheitellinien dieser im Querschnitt dreieckigen Stege 17 definieren die untere Ebene des Flanschrandes 16. Für das Verschweißen wird der Innenmantel 11 in den Haltestutzen 9 des ersten Verschlussteiles 10 eingesetzt, der sich von dem inneren Rand der Randfläche 5 abwärts bzw. nach innen erstreckt, bis die Scheitellinien der Energierichtungsgeber 17 auf der Randfläche 5 aufliegen. Eine Sonotrode wird mit dem Flanschrand und/oder der Randfläche 5 jeweils von entgegengesetzten Seiten her in Eingriff gebracht, wodurch die Energierichtungsgeber 17, insbesondere deren Scheitelbereiche erhitzt und aufgeschmolzen werden und eine durchgehende, feste Schweißverbindung mit der Randfläche 5 herstellen. Dabei sind die Energierichtungsgeber und alle angrenzenden Elemente ebenso wie die Aussparung 6 so ausgelegt, dass nach dem Verschweißen die Außenseite des Flanschrandes 16 bündig mit der Oberseite der Kopfplatte 3 abschließt, wie man dies in Figur 2a erkennen kann.
Die Erhebung bzw. der Vorsprung 15 der Siegelscheibe 13 ist auf einen relativ kleinen Winkelbereich beschränkt, wie man insbesondere in Figur 4a gut erkennen kann. Der Zweck dieser Erhebung 15 wird nachstehend unter Bezug auf die Figuren 5 und 6 beschrieben.
Figur 5 zeigt nochmals den erfindungsgemäßen Verschluss 100 mit einem in die Öffnung 14 bzw. das Gewinde 12 eingeschraubten Entnahmestutzen 30.
Figur 6 zeigt den Verschluss mit eingeschraubtem Entnahmestutzen in einer teilweisen Schnittansicht. Der hohlzylindrische Gewindezapfen 32 tritt beim Einschrauben des Gewindezapfens 32 in das Gewinde 12 des Innenmantels kurz vor Erreichen einer axialen Endposition schließlich mit der Erhebung 15 in Eingriff, wobei das auf den Entnahmestutzen aufgebrachte Drehmoment entsprechend der Gewindesteigung in eine auf die Erhebung 15 wirkende Druckkraft übersetzt wird. Die Übersetzung durch das Gewinde 12 ermöglicht es, eine ausreichende Kraft auf die Erhebung 15 der Siegelscheibe 13 auszuüben, so dass die Schwächungslinie 18, entlang welcher die Siegelscheibe 13 mit dem Innenmantel 11 verbunden ist, im Bereich der Erhebung 15 einreißt. Beim Weiterdrehen des Entnahmezapfens 32 in seine Endstellung wird die Siegelscheibe 13 nach und nach entlang der Schwächungslinie 18 und fast über den gesamten Umfang hinweg abgetrennt, bleibt jedoch in einem kleinen Winkelbereich diametral gegenüberliegend von der Erhebung 15 noch mit dem Innenmantel 11 in Verbindung.
Falls gewünscht, könnte die Schwächungslinie in diesem Bereich auch unterbrochen sein, so dass hier eine festere Verbindung zwischen Siegelscheibe 13 und Innenmantel 11 bestehen bleibt. Wenn andererseits ein Endanschlag für den Gewindestutzen 32 bereitgestellt wird, ist eine Unterbrechung der Schwächungslinie 18 nicht erforderlich, um ein vollständiges Abtrennen der Siegelscheibe 13 von der Entnahmehülse zu verhindern.
Die Entnahmehülse 30 weist außerdem ein Ventil 33 und einen Entnahmezapfen 34 auf.
Es hat sich herausgestellt dass eine entsprechende Schweißverbindung zwischen dem Flanschrand 16 und der Randfläche 5 ist ausreichend fest ist, um relativ große Drehmomente aufzunehmen, wie sie insbesondere dann auftreten, wenn die Stirnseite des Gewindezapfens 32 beim Einschrauben des Entnahmestutzens 30 mit der Erhebung 15 in Eingriff tritt. Die Schwächungslinie 18 setzt dem Versuch, sie in diesem Bereich zu zerreißen, zunächst einen deutlichen Widerstand entgegen, der aber bei Aufbringen eines entsprechenden Drehmomentes und aufgrund der Gewindeübersetzung überwunden werden kann. Das entsprechende Drehmoment muss jedoch durch die Schweißverbindung zwischen dem Flanschrand 16 und der Randfläche 5 aufgenommen werden.
Der Sicherungsring 7 dient dazu, ein Öffnen eines entsprechenden Behälters, auf welchem der Verschluss 100 aufgeschraubt ist, sichtbar zu machen, weil dadurch die leicht brechbaren Verbindungen zwischen dem Garantiering 7 und dem unteren Rand der Schraubkappe sichtbar wird.
Die äußere Form des gesamten Verschlusses 100 mit einem Außenmantel mit Innengewinde und einem Innenmantel mit Innengewinde, welcher eine Entnahmeöffnung umfasst, ist prinzipiell bekannt. Derartige Verschlüsse wurden herkömmlich jedoch mit einem entsprechend komplexen Formwerkzeug in einem Stück spritzgegossen. Die getrennte Herstellung der beiden Verschlussteile 10 und 20 ermöglicht jedoch eine Herstellung mit wesentlich einfacheren Werkzeugen, wie sie zumindest teilweise bereits zur Verfügung stehen, die allenfalls noch das ein oder andere Zusatzteil benötigen, um die konkret gewünschte Form zu erzeugen und man kann daher auf ein komplexes Formwerkzeug verzichten, wenn man stattdessen die beiden Verschlussteile 10 und 20 getrennt herstellt und sie anschließend miteinander ausrichtet und verschweißt, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Die Erfindung wird jedoch durch die beigefügten Ansprüche definiert. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.

Claims

Schraubverschluss (100) aus Kunststoff für Großbehälter, mit einem zylindrischen Außenmantel (1) mit einem ersten Innengewinde (2) größeren Durchmessers und einer den Außenmantel (1) an einem axialen Ende teilweise verschließenden Kopfplatte (3), wobei die Kopfplatte (3) eine Öffnung (4) aufweist, die ihrerseits eine Entnahmehülse (20) mit einem in das Innere des Außenmantels ragenden in etwa zylindrischen Innenmantel (11) aufnimmt, wobei die Kopfplatte (3) und die Entnahmehülse (20) einstückig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel (11) ein zweites Innengewinde (12) mit einem kleineren Durchmesser aufweist, der Außenmantel (1) mit Kopfplatte (3) einerseits und die Entnahmehülse (20) mit Innengewinde (2) andererseits getrennt voneinander durch Spritzguss hergestellt sind, und zur Bildung des kompletten Schraubverschlusses (100) durch Verschweißen oder Verkleben fest und dicht miteinander verbunden sind.
Schraubverschluss (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmehülse (20) an ihrem äußeren Ende einen die Hülsenöffnung (14) umfassenden Flanschrand (16) für die Verbindung mit einer die Öffnung (4) der Kopfplatte (3) umgebenden Randfläche (5) aufweist.
Ein Außenmantel (1) mit Kopfplatte (3) einerseits und eine Entnahmehülse (20), getrennt voneinander, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Herstellung des Schraubverschlusses nach Anspruch 2 geeignet sind, wobei auf der der Kopfplatte (3) zugewandten Seite des Flanschrandes (16) und/oder auf der dem Flanschrand (16) zugewandten Seite der die Öffnung (4) der Kopfplatte (3) umgebenden Randfläche (5) Energierichtungsgeber (17) vorgesehen sind, welche beim Verschweißen mittels Ultraschall schnell aufschmelzen und eine gewünschte feste und dichte Verbindung mit dem jeweils gegenüber liegenden Abschnitt bewirken können.
Das Außenmantel (1) mit Kopfplatte (3) und die Entnahmehülse (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Flanschrand (16) oder der Randfläche (5) vorgesehenen Energierichtungsgeber (17) axial von der jeweiligen Fläche erstreckende und sich weg von der Fläche verjüngende Vorsprünge sind.
Das Außenmantel (1) mit Kopfplatte (3) und die Entnahmehülse (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Energierichtungsgeber im Querschnitt dreieckige Rippen (17) sind, die sich radial und/oder in Umfangsrichtung erstrecken.
Schraubverschluss (100) oder Außenmantel (1) mit Kopfplatte (3) und Entnahmehülse (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfplatte (3) auf Ihrer Außenseite eine die Öffnung (4) umgebende, axial zurückspringende ringförmige Aussparung (6) aufweist, deren Abmessungen für die bündige Aufnahme eines Flanschrandes (16) der Entnahmehülse (20) ausgelegt sind.
Schraubverschluss (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmehülse (20) an ihrem inneren Ende eine mindestens teilweise heraustrennbare Siegelscheibe (13) aufweist.
Schraubverschluss (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelscheibe (13) nahe Ihres äußeren Randes eine umlaufende Schwächungslinie (18) aufweist.
Schraubverschluss (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem begrenzten Umfangswinkelbereich auf der Siegelscheibe (13) und nahe der umlaufenden Schwächungslinie (18) eine axial nach außen vorstehende lokale Erhebung (15) für den Eingriff mit einem in das Innengewinde (12) einzuschraubenden Entnahmestutzen (30) vorgesehen ist.
Schraubverschluss (100) oder Außenmantel (1) mit Kopfplatte (3) und Entnahmehülse (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (12) der Entnahmehülse (20) eine Steigung von höchstens 3 mm, vorzugsweise höchstens 2 mm auf 360° aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Schraubverschlusses (100) nach einem der Ansprüche 1, 2 und 6-10, wobei in einem ersten Schritt eine erste größere Schraubkappe durch Spritzgießen hergestellt wird, welche einen zylindrischen Kappenmantel (1) mit Innengewinde und eine Kopfplatte (3) aufweist, welche ihrerseits eine Öffnung (4) aufweist, wobei in einem getrennten zweiten Schritt eine Entnahmehülse (20) hergestellt wird, welche mindestens einen zylindrischen Innenmantel mit einem zweiten Innengewinde aufweist, wobei die Entnahmehülse (20) im Verhältnis zur der Öffnung (4) der Kopfplatte (3) so bemessen ist, dass sie in umlaufendem Kontakt mit dieser ausrichtbar ist und ausgerichtet wird, und die Kopfplatte (3) mit der Entnahmehülse (20) verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmehülse (20) und die Kopfplatte (3) durch Ultraschall-Reibschweißen miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 zum Herstellen eines Schraubverschlusses (100) nach einem der Ansprüche 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschrand (16) auf der Außen- oder Innenseite in dem die Öffnung (4) umgebenden Bereich der Kopfplatte (3) anliegt, wobei in einem dritten Schritt der Flanschrand (16) mit dem die Öffnung (4) der Kopfplatte (3) umgebenden Bereich verschweißt wird.