Behalterverschluss sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Behalterverschluss sowie Verfahren zu dessen Herstellung gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2, sowie 13 bis 16.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Behälterverschlüsse, bei denen ein Oberoder Deckelteil automatisch in eine aufgeklappte bzw. Öffnungsposition bewegt wird, wenn der Ober- oder Deckelteil aus einer verriegelnden Beziehung mit einem Unterteil, an dem der Ober- oder Deckelteil angelenkt ist, gebracht wird. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung ist bei Flaschen, Tuben, Schachteln etc. z. B. für die Verpackung kosmetischer Produkte sowie Reinigungs- oder Lebensmittel. Bekannt sind Klappdeckelverschlüsse, bei denen der Deckelteil nicht oder nur unvollständig selbsttätig aufschwenken kann. Ausserdem kann im Laufe der Zeit die teilweise selbsttätige Aufschwenkfunktion, wenn überhaupt anfänglich vorhanden, infolge Materialermüdung leicht verloren gehen, so dass das Aufschwenken letztendlich nur noch von Hand erfolgen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, Behälterverschlüsse der gattungsgemässen Art zu schaffen, die ein - vollständiges, oder ggf. bis zu einem gewünschten Ausmass - automatisches Aufklappen des Deckel- oder Oberteils aus einer Schliess- in eine Öffnungsposition gewährleisten. Diese Funktion soll ferner über verlängerte Gebrauchsoder Lagerzeiten erhalten bleiben und in wirtschaftlicher Weise realisiert werden können.
Behälterverschlüsse, die diese Aufgabe lösen, sind in den Patentansprüchen 1 und 3 beschrieben, auf die daher Bezug genommen wird.
Ein Merkmal der Erfindung ist, dass nahe einer Gelenkverbindung, z.B. in Gestalt eines oder mehrerer Gelenkbänder, die einen Oberteil mit einem Unterteil des Behälterverschlusses verbinden, eine mit Fasern verstärkte oder aus Metall bestehende federnde Zunge vorgesehen ist. Die Zunge kann mit einem Endbereich am Oberteil oder am Unterteil im Zweikomponenten- bzw. im Einlege-Spritzgiessverfahren angeformt sein und einen freien Endbereich haben, dessen Länge grösser als die Länge der Gelenkverbindung bzw. eines Gelenkbandes ist. Wenn ein freier aus dem betreffenden Teil herausragender Endbereich der Zunge durch elastische Verformung zur Anlage auf der Innenseite bzw. der Oberseite des betreffenden anderen Teils gebracht ist, wird auf diesen Teil bei einer Schwenkbewegung eine Vorspannkraft ausgeübt, die den Teil zurück in die entspannende Position der Zunge bewegen will. Die Zunge kann mit ähnlicher Funktion auch eine verkürzte Erstreckung haben.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, dass die Zunge federnde Eigenschaft besitzt und hierzu vorzugsweise aus einem langfasen/erstärkten (LFT) Kunststoffmaterial gebildet ist. Zur Verstärkung können in einer nicht sehr hohen Konzentration von vorzugsweise 2 bis 10% Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Metallfasern in Betracht kommen. Die Zunge soll an dem angeformten bzw. eingespritzten Endbereich eine Verdickung bzw. Abwinklung besitzen, die in den Oberteil bzw. Unterteil etwas hineinragt und dort fest verankert ist. Das verhindert auch, dass die Fasern in der Kunststoffmatrix, die stets eine geringe Plastizität aufweist, unter Spannung wandern könnten. Es wird so eine Langzeitstabilität der Federwirkung an sich und auch der im zugeklappten Zustand vorgespannten Zunge erreicht. Die Zunge kann aus Anforderungen der Hygiene oder der Pharmaindustrie von einer Hülle aus dem Kunststoff ganz oder teilweise umspritzt sein, aus dem der Ober- und Unterteil geformt sind. Dadurch kann das zu verpackende Produkt nicht mit den Fasern beim Entleeren des Behälters in Berührung kommen.
Der freie Endbereich der Zunge kann entweder in eine Aussparung am Rand des Oberteils oder in eine Aussparung an der Oberseite des Unterteils eingeschnappt sein.
Bezüglich der Verfahren zur Herstellung erfindungsgemässer Behälterverschlüsse wird auf die unabhängigen Patentansprüche 13 bis 16 verwiesen.
Die Erfindung wir nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Behalterverschluss gemäss einer
Ausführungsform der Erfindung mit aufgeklapptem Deckelteil,
Fig. 2 in einer Seitenansicht den Behalterverschluss nach Fig. 1 mit einer Zunge in der wirkungslosen Ausgangsposition zusammen mit einem Formwerkzeug zur Formung und Biegung der Zunge,
Fig. 3, 4 den Behalterverschluss nach Fig. 1 in Seiten- bzw. Draufsicht mit der Zunge in der wirkungslosen Ausgangsposition,
Fig. 5 eine Orientierungsansicht des Behälterverschlusses,
Fig. 6 in vergrösserter perspektivischer Ansicht ein Detail A in Fig. 5 des
Behälterverschlusses bei aufgeklapptem Deckelteil mit der Zunge in der wirkungslosen Ausgangsposition,
Fig. 7 in Draufsicht eine Haushaltsschachtel, ausgestaltet nach dem Prinzip des
Behälterverschlusses gemäss der Erfindung mit aufgeklapptem Deckel,
Fig. 8 in einer Orientierungs-Seitenansicht die Haushaltsschachtel nach Fig. 7,
Fig. 9 in vergrösserter Seitenansicht ein Detail A in Fig. 8 der
Haushaltsschachtel mit in der wirkungslosen Ausgangsposition befindlicher Zunge,
Fig. 10 in schematischer Draufsicht einen Behalterverschluss gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit aufgeklapptem Deckelteil, und
Fig. 11 den Behalterverschluss nach Fig. 10 in Seitenansicht.
Obschon bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 der Behalterverschluss mit einem als Klappdeckel ausgebildeten Oberteil gezeigt ist, könnte der Oberteil auch in anderer Weise ausgestaltet sein. Die Montage des Verschlusses an einem Behälter (nicht gezeigt) kann in dem Fachmann grundsätzlich bekannter Weise über ein am Unterteil vorgesehenes Schraubgewinde oder eine Verrastung erfolgen.
In Fig. 1 tragen der Klappdeckel-Verschluss das allgemeine Bezugszeichen 21 , der Unterteil das Bezugszeichen 1 und der Klappdeckel das Bezugszeichen 2. Der Verschluss 21 ist mit aufgeklapptem Klappdeckel 2 gezeigt d.h. in einer Position, wie sie die Teile beim Urformen in einer Spritzgiessform einer Spritzgiessmaschine einnehmen.
Beim Urformen wird eine federnde Zunge 9 an einer Wandung 11 des Unterteils 1 so angeformt, dass sie davon unter einem Winkel zu einer Ebene absteht, in der der Klappdeckel 2 und der Unterteil 1 in der gezeigten aufgeklappten Position angeordnet sind. Die Zunge könnte auch am Klappdeckel 2 angeformt sein.
Die Zunge 9 wird aus einem Kunststoffmaterial, wie Polypropylen oder Polyamid, geformt, das erfindungsgemäss mit einer Faserverstärkung versehen ist, z.B. in Gestalt von Glasfasern. Aufgrund der Faserverstärkung hat die Zunge eine verbesserte
Federeigenschaft als im Falle, dass sie nur aus dem Matrix-Kunststoffmaterial geformt wäre, in dem die Fasern eingebettet sind. Vorzugsweise kommt ein so genanntes LFT- Kunststoffmaterial (Lang-Faser-verstärktes-Thermoplastmaterial) zur Anwendung. Es können auch Metall- oder Kohlenstofffasern vorgesehen werden. Der Faseranteil beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 10%, höchst vorzugsweise 5 und 7 %, und die Länge der Fasern zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise 2 und 5 mm. Dies gewährleistet eine ausreichende relaxationsfreie Federwirkung der Zunge 9 über viele Jahre trotz permanenter Vorspannung.
Die Zunge 9 könnte auch eine in dem Kunststoffmaterial des Verschlusses gehaltenes federndes Metallteil sein.
Die in der Urform vom Unterteil 1 zu einer gegenüberliegenden Wandung 7 des Klappdeckels 2 abgewinkelte, noch vorspannungsfreie, d.h. in der Ausgangsposition befindliche Zunge 9 erstreckt sich in dem Bereich zwischen der Wandung 11 des Unterteils 1 und der gegenüberliegenden Wandung 10 des Klappdeckels 2 und einem Zwischneraum, der durch ein Paar beabstandete Gelenkbänder 3, 4 definiert ist, die den Unterteil 1 und den Klappdeckel 2 schwenkbeweglich miteinander verbinden und seitlich der Zunge 9 angeordnet sind. Die Gelenkbänder 3, 4 können wenige Zehntel Millimeter dick sein. Sie übernehmen neben der Gelenkfunktion eine gewisse Führung des Klappdeckels während der Schwenkbewegung. Statt einer zentral zwischen den Gelenkbändern vorgesehenen Zunge, könnte auch ein Gelenkband zwischen einem Paar beabstandeter Zungen angeordnet sein. Anstelle eines oder mehrerer Gelenkbänder könnte die Gelenkverbindung zwischen dem Unterteil 1 und dem Klappdeckel 2 auch über ein oder mehrere Filmscharniere erfolgen.
Nach dem Urformen des Unterteiles 1 , Klappdeckel 2 und der Gelenkverbindung 3, 4 wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, ein freier Endbereich 6 der Zunge 9 in eine Position abgelenkt oder gebogen, bei der er in Ausrichtung zu einer Aussparung 18 im Randbereich 19 des Klappdeckels 2 gelangt und dort einschnappen kann, wie dies in
Fig. 4 angedeutet ist. Dazu kann ein Formwerkzeug 15 vorgesehen sein. Ein auch die unteren Kontur 14 der Zunge 9 prägender, separat bewegbarer Stiftteil 15' des Formwerkzeuges 15 wird dazu in Richtung zur Oberseite 17 des Unterteiles 1 bewegt, bis der Endbereich 6 auf den Flächen der Aussparung 18 des Klappdeckels 2 aufliegt.
Das Formwerkzeug 15 ist somit in zwei Teile geteilt: Einen feststehenden Teil 15 und einen bewegbaren Stiftteil 15', der nach dem Ende des Spritzgiessvorganges nach oben fährt und den freien Endbereich 6 der Zunge 9 in die Aussparung 18 befördert. Dabei verbiegt sich die Zunge 9 elastisch, um sich zum Schluss zu entspannen und unter Vorspannung auf dem Klappdeckel 1 aufzulegen.
Die Formung des Verschlusses kann nach dem Zweikomponenten-Spritzgiessverfahren wie folgt vorgenommen werden:
In einem ersten Schritt wird in einer Spritzgiessform, die mit dem vorgenannten Formwerkzeug 15 ausgestattet ist, entweder der Klappdeckel 2 und der Unterteil 1 zusammen mit der Gelenkverbindung 3,4 aus einem ersten Kunststoffmaterial, z.B. PP, mit dem Klappdeckel 2 in einer aufgeklappten Position, oder die Zunge 9 aus einem zweiten Kunststoffmaterial, wie PP, mit Faserverstärkung bzw. einem LFT- Kunststoffmaterial, geformt. In einem zweiten Schritt wird entweder der Klappdeckel 2 oder der Unterteil 1 an der Zunge 9 oder die Zunge 9 an dem Klappdeckel 2 oder Unterteil 1 angeformt, so dass in jedem Fall ein abgewinkelter und/oder verdickter Endbereich 27, 29 der Zunge 9 in dem Material des Klappdeckels 2 bzw. Unterteiles 1 verankernd eingebettet wird, wobei sich die Zunge zwischen den angrenzenden Wandbereichen des Klappdeckels 2 und Unterteiles 1 unter einem Winkel in einer wirkungslosen Ausgangsposition erstreckt. In einem dritten Schritt wird ein aus dem Kunststoffmaterial herausragender Abschnitt der Zunge 9 mittels des Formwerkzeuges 15 elastisch umgebogen, bis ein freier Endbereich 6 der Zunge 9 in eine abstützende Beziehung zu einem Bereich 18 des betreffenden anderen Teiles durch Schnappwirkung gelangt.
Wegen der bevorzugten Verwendung eines LFT-Kunststoffmaterials wird bei der Formung der Zunge 9 eine gewünschte Ausrichtung der Fasern in Richtung der Erstreckungslänge L1 der Zunge 9 erreicht, wie dies bei 8 in Fig. 6 angedeutet ist.
Falls es sich bei der Zunge 9 um ein federndes Metallteil handelt, wird wie folgt vorgegangen:
In einem ersten Schritt wird in einer Spritzgiessform mit einem darin angeordneten Einlegeteil mit federnder Eigenschaft, das später die Zunge 9 bildet, der Klappdeckel 2 und der Unterteil 1 zusammen mit der Gelenkverbindung 3,4 aus einem Kunststoffmaterial, wie PP, mit dem Klappdeckel 2 in einer aufgeklappten Position geformt, so dass ein Endbereich des Einlegeteils in dem Material des Klappdeckels 2 bzw. Unterteiles 1 verankernd eingebettet wird. Dabei wird der Einlegeteil so in der Spritzgiessform angeordnet, dass er sich unter einem Winkel zu einer den Klappdeckel 2 und Unterteil 1 in der aufgeklappten Position umfassenden radialen Ebene erstreckt. In einem dritten Schritt wird ein aus dem Kunststoffmaterial des betreffenden Teiles herausragender Abschnitt der gebildeten Zunge 9 aus der abgewinkelten Position umgebogen, bis ein freier Endbereich 6 in eine abstützende Beziehung zu einem Bereich 18 des betreffenden anderen Teiles (Klappdeckel bzw. Unterteil) durch Schnappwirkung gelangt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen den geöffneten Klappdeckel-Behälterverschluss mit schräg nach unten weisender Zunge 9 in Drauf- und Seitenansicht im Zustand, wie ihn die Teile nach der Urformung annehmen. In dieser Position befindet sich die Zunge 9 in der wirkungslosen Ausgangsposition.
Ein im Kunststoffmaterial des Unterteils 1 eingebetteter Endbereich 27 der Zunge 9 kann eine abgewinkelte Verlängerung 29 der Zunge 9 darstellen.
Beim Zuklappen des Klappdeckels 1 , was, wenn erwünscht, an der Spritzgiessmaschine in einem weiteren Arbeitsschritt erfolgen kann, gleitet der Endbereich 6 der Zunge 9 federnd auf einer Oberfläche der Aussparung 18 in eine Endposition. Bei der späteren Verwendung des Verschlusses erzeugt diese Gleitbewegung einen Dämpfungseffekt infolge Reibung, was erwünscht ist, da hierdurch die Schwenkbewegung in gesteuerter Weise erfolgt.
Zwischen dem Klappdeckel 2 und dem Unterteil 1 sind Eingriffsmittel vorgesehen, die den Klappdeckel 2 in der Schliessposition halten. Dazu kann an einer Umfangsstelle des Klappdeckels 2, die der Zunge 9 diametral gegenüberliegt, eine Taste 24 am Klappdeckel 2 angeformt sein. Eine Randkante 16 der Taste 24 kann auf einem gekrümmten Flächenbereich 17 der Oberseite 13 des Unterteiles 1 gleiten, um dabei einen axialen Abstand zwischen dem Klappdeckel 2 und dem Unterteil 1 beim Öffnen des Verschlusses zu schaffen und dadurch eine Austrittsöffnung 30 im Unterteil 1 und eine dazu ausgerichtete Rastschliesshülse 31 am Klappdeckel 2, die sich in der Schliessstellung in einer verriegelnden Beziehung zur Austrittsöffnung 30 befindet, ausser Eingriff miteinander zu bringen bzw. zu entriegeln. Zur besseren Beweglichkeit der Taste 24 können seitlich dünne Membrane 25 oder Schlitze 26 in der Wandung des Klappdeckels 2 eingeformt sein. Andere Hintergreifmittel können ebenfalls vorgesehen werden.
In den Fig. 5 und 6 ist die Gelenkverbindung 3, 4 zwischen dem Klappdeckel 2 und dem Unterteil 1 im Detail und in einer vergrösserten Ansicht gezeigt. Angedeutet ist die Orientierung der Fasern 8 der Zunge 6 in Richtung von deren Erstreckungslänge L1. Die Erstreckungslänge der Gelenkbänder 3, 4 ist mit L2 bezeichnet. Gut zu erkennen ist ferner die Aussparung 18, in die nach dem Urformen der Endbereich 6 der Zunge 9 bewegt wird.
Fig. 7 bis 9 zeigen eine Haushaltsdose 22 mit einem Deckel 2 im geöffneten Zustand und einem Unterteil 1 , die - analog zu dem vorbeschriebenen Klappdeckel-
Behalterverschluss - über ein Paar beabstandete Gelenkbänder 3, 4 schwenkbeweglich miteinander verbunden sind. Eine Zunge 9 ragt vom Deckel 2 nach unten weisend ab. In einem ersten Arbeitsschritt wird die Zunge 9 mit der Faserverstärkung 8 und einer Verdickung 28 durch Spritzgiessen geformt. Der Unterteil 1 und Deckel 2 zusammen mit den Gelenkbändern 3, 4 werden in einem zweiten Arbeitsschritt aus einem Kunststoffmaterial, wie PP, hergestellt. Die Verdickung 28 wird beim zweiten Schritt in der Wandung 10 des Deckels 2 eingebettet.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen der Erfindung ist die Erstreckungslänge L1 der Zunge 9 grösser als die Erstreckungslänge L2 der Gelenkbänder 3, 4. Fig. 10 und 11 zeigen eine Ausführungsform, bei der die Zunge eine kürzere Erstreckungslänge als die eines Gelenkbandes hat, das den Klappdeckel mit dem Unterteil verbindet. In Fig. 10 und 11 tragen gleiche Teile wie bei der vorbeschriebenen und in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform die gleichen Bezugszeichen. Ein Paar Zungen 9' ist vorgesehen, und ein einziges Gelenkband 3 ist im Zwischenraum zwischen den Zungen 9' angeordnet. Es könnten auch zwei beabstandete Gelenkbänder mit nur einer dazwischen angeordneten Zunge vorgesehen sein.
Die Erstreckungslänge L3 der Zunge 9' ist kleiner oder im Wesentlichen gleich einem maximalen Abstand L4 zwischen angrenzenden Wandbereichen 10, 11 des Klappdeckels 2 und Unterteils 1 in deren dargestellten Öffnungsposition, in der die Urformung der Teile 1 , 2, 3 stattfindet. Wie dargestellt, ist die Zunge 9' an einem solchen Bereich, z.B. einer Kante 32 des Unterteils 1 angeformt, dass in der Öffnungsposition keine Eingriffnahme der Zunge 9' mit dem Klappdeckel 2 möglich ist. Vielmehr findet eine solche Eingriffnahme erst im Zuge einer Schwenkbewegung des Klappdeckels 9' in die Schliessposition statt, indem dabei ein freier Endbereich 6' der Zunge 9' in Anlage mit einer Aussparung 18 am Klappdeckel 2 kommt, so dass die weitere Bewegung des Klappdeckels in die Schliessposition gegen eine von der Zunge 9' ausgeübte Feder-Vorspannkraft erfolgt. Vorzugsweise ist die Zunge so am Unterteil 1 vorgesehen, dass eine Eingriffnahme mit dem Klappdeckel 2 stattfindet, wenn dieser
um einen Winkel von etwa 30 bis 70° aus der Öffnungsposition herausgeschwenkt wird. Wie dargestellt, kann die Zunge 9' leicht in Richtung auf den Klappdeckel 2 gekrümmt sein. Der Bereich 32, von dem die Zunge 9' ihren Ausgang nimmt, kann in einer Ebene parallel zu der Ebene liegen, in der sich der Klappdeckel 2 und Unterteil 1 in der gezeigten Öffnungsposition befinden. Andere geeignete Anformungsstellen der Zunge 9' können ebenfalls vorgesehen sein. Auch könnte die Zunge 9' unter Beibehaltung der geschilderten Wirkungen am Klappdeckel 2 vorgesehen sein und zusammen mit diesem eine Schwenkbewegung vornehmen, bis sie in Eingriff mit einem Bereich des Unterteiles 1 kommt.
Der Behalterverschluss gemäss der in Fig. 10 und 11 gezeigten Ausführungsform kann wie folgt herstellt werden:
In einem ersten Schritt wird in einer Spritzgiessform entweder der Klappdeckel 2 und der Unterteil 1 zusammen mit dem die beiden Teile miteinander verbindenden Gelenkband 3 aus einem ersten Kunststoffmaterial, wie PP, mit dem Oberteil in einer aufgeklappten Position geformt, bei der der Klappdeckel 2 und Unterteil 1 in einem radialen Abstand voneinander und in einer im Wesentlichen gemeinsamen radialen Ebene liegen, oder es wird alternativ zunächst die Zunge 9 aus einem zweiten Kunststoffmaterial, wie PP, mit Faserverstärkung geformt wird. Bei dem zweiten Kunststoffmaterial kann es sich um einen LFT-Kunststoff handeln. Die Erstreckungslänge L4 der Zunge 9' ist hierbei kleiner als oder im Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den angrenzenden Wandbereichen 10, 11 der Teile 1 , 2 in der aufgeklappten Position. In einem zweiten Schritt wird entweder der Klappdeckel 2 oder der Unterteil 1 an der gebildeten Zunge oder eine Zunge an dem Klappdeckel 2 oder Unterteil 1 angeformt, wobei in jedem Fall ein Endbereich der Zunge 9' in dem Kunststoffmaterial des Klappdeckels 2 bzw. Unterteiles 1 verankernd eingebettet wird. Die Zunge 9' wird dabei an dem betreffenden Teil unter einem solchen Winkel zu der gemeinsamen Ebene angeformt, dass ein aus dem Kunststoffmaterial des betreffenden Teils, z.B. des Unterteils 1 , herausragender Abschnitt der Zunge in eine abstützende
Beziehung zu einem Bereich des betreffenden anderen Teiles, z.B. des Klappdeckels 2, durch Schnappwirkung erst dann gelangt, wenn einer der Teile 1 , 2 relativ zum anderen aus der aufgeklappten Position über den Winkel hinaus in eine Schliessposition geschwenkt wird.
In analoger Weise kann verfahren werden, wenn statt einer Zunge aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, wie einem LFT-Kunststoff, eine metallische Zunge aus einem Federmaterial, wie Federstahl, vorgesehen wird.
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung wird bevorzugt, dass beim Spritzgiessvorgang die Zunge 9, 9' von einer Hülle aus dem Kunststoffmaterial umgeben wird, aus dem der Klappdeckel 2 und der Unterteil 1 geformt werden.
Obschon vorausgehend die Erfindung im Hinblick auf eine Ausbildung der Zunge aus einem Material mit gösserer Federsteifigkeit als die des Kunststoffmaterials beschrieben wurde, aus dem der Ober- und Unterteil gebildet sind, kann anstelle einer grösseren Federsteifigkeit bzw. verbesserten Federeigenschaft oder zusätzlich dazu auch die Ermüdungsfreiheit der federnder Zunge unter einer permanent einwirkenden Vorspannkraft im Vordergrund stehen. Die Ermüdungsfreiheit wird im Wesentlichen durch ein geringeres Spannungs-Relaxationsverhalten der Zunge bestimmt. Dies schliesst die Wahl eines nicht verstärkten Kunststoffmaterials für die Ausbildung der Zunge ein, das die genannten Eigenschaften aufweist.