Beschreibung
Titel
Überdruckventil für einen Verpackungsbehälter
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überdruckventil für einen Verpackungsbehälter mit signifikant verbesserten Dichtungseigenschaften.
Überdruckventile für Verpackungsbehälter sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Die Verwendung von Ventilen, insbesondere an flexiblen Verpackungen für Lebensmittel, ist bereits durch eine Vielzahl von technischen Varianten realisiert. Eine Hauptanforderung an derartige Ventile ist, dass sie durch entsprechendes Öffnen nur geringe Überdrücke in der Verpackung zulassen und ansonsten das Eindringen von
Umgebungsluft sicher verhindern. Das Eindringen von Umgebungsluft muss dabei auch bei sehr geringen Drücken in der Verpackung verhindert werden. In der Praxis sind die beiden oben genannten Ziele jedoch zueinander gegenläufig, da einerseits ein nur kleiner Öffnungsdruck zum Öffnen des Ventils vorhanden sein soll und andererseits eine hohe Vakuumfestigkeit bereitgestellt werden soll.
Daher haben Ventile, die eine hohe Vakuumfestigkeit aufweisen, auch einen sehr hohen Öffnungsdruck. Im Gegensatz dazu haben Ventile mit nur geringem Öffnungsdruck nicht die notwendige Vakuumfestigkeit.
Aus der EP 1 802 537 B1 ist ein Überdruckventil bekannt, welches in einer
Vertiefung in einem Grundkörper teilweise unplan ausgebildet ist. Hierdurch ergeben sich Zonen unterschiedlichen Abstands zwischen der Vertiefung und einer Ventilmembran. Dieses Ventil hat sich grundsätzlich bewährt, allerdings gibt es in jüngster Zeit verstärkt Anwendungsfälle, welche eine verbesserte Öffnungscharakteristik und Vakuumfestigkeit erfordern.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Überdruckventil für einen Verpackungsbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es aus einer minimalen Teileanzahl besteht und einfach und kostengünstig aufgebaut ist. Ferner weist das erfindungsgemäße Überdruckventil einerseits eine sehr hohe Vakuumfestigkeit (Dichtheit) auf und andererseits ermöglicht es schon bei kleinen Druckunterschieden zwischen einem Druck im Inneren des Verpackungsbehälters und einer Außenseite zu öffnen, um diesen Druck nach außen abzugeben. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das
Überdruckventil einen Grundkörper mit einer sich nach innen verjüngenden Dichtfläche sowie eine Membran aufweist, welche auf der Dichtfläche aufliegt, um eine zentrale Durchgangsöffnung abzudichten. Die Durchgangsöffnung weist dabei an ihrer zur Membran gerichteten Seite einen von einer Vertiefung im Grundkörper vorstehenden Ringwulst auf. Hierdurch wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass bei einem sehr hohen Unterdruck im Verpackungsbehälter die Membran nicht nur an der Dichtfläche des Grundkörpers anliegt, sondern auch am Ringwulst um die Durchgangsöffnung herum anliegt, und so eine sehr sichere Abdichtung des Unterdrucks im Verpackungsbehälter bereitstellt. Ferner ist ein Fluid zwischen der Membran und der sich verjüngenden Dichtfläche vorgesehen, wobei die sich nach Innen verjüngende Form der Dichtfläche sicherstellt, dass eine Dicke der Fluidschicht zwischen der Dichtfläche und der Membran an einer Inneren Seite etwas größer ist als an einer äußeren Seite. Hierdurch werden an der äußeren Seite größere kapillare Haltekräfte bereitgestellt, welche einen festeren Sitz der Membran auf der Dichtfläche sicherstellen. Dadurch wird einerseits die Dichtigkeit gegenüber einem hohen Unterdruck im Verpackungsbehälter durch die relativ hohen Kräfte an der Außenseite der Dichtfläche sichergestellt und andererseits kann ein leichteres Öffnen durch die etwas geringeren Kräfte am Innenbereich der Dichtfläche ermöglicht werden, wobei sich die Öffnungskräfte während des
Öffnungsvorgangs aufgrund der sich ständig vergrößernden Membranfläche, die dem Überdruck im Verpackungsbehälter ausgesetzt ist, ständig vergrößern, so dass ein schnelleres Öffnen erreicht wird.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist die zentrale Durchgangsöffnung im Grundkörper sich verjüngend ausgebildet. Hierdurch kann ein Strömungsverhalten von Gasen, welche aus dem Verpackungsbehälter nach außen abgegeben werden, beeinflusst werden. Besonders bevorzugt verjüngt sich dabei die zentrale Durchgangsöffnung in Richtung des Innenraums. Somit kann erreicht werden, dass eine Diffusorwirkung während der Abströmung von Gas aus dem Inneren des Verpackungsbehälters erhalten wird, so dass ein schnelleres Öffnen bzw. ein Öffnen auch bei nur sehr kleinen Druckunterschieden im Bereich von unter 500 Pa erhalten werden. Vorzugsweise ist die zentrale Durchgangsöffnung dabei konisch ausgebildet.
Weiter bevorzugt liegt ein Niveau des Ringwulstes bezüglich der Innenseite des Verpackungsbehälters unterhalb einem Niveau einer Innenkante der Dichtfläche des Grundkörpers. Unter Niveau wird hierbei eine Ebene senkrecht zu einer Mittelachse des Grundkörpers verstanden, wobei das Niveau ausgehend von einer zur Innenseite des Verpackungsbehälters gerichteten Seite des Überdruckventils definiert ist.
Weiter bevorzugt weist die Membran neben den flexiblen Eigenschaften noch eine zur Dichtfläche gerichtete, verformbare Oberfläche auf. Hierdurch wird eine noch bessere Vakuumfestigkeit erreicht, da während des Dichtvorgangs eine Verformung der Oberfläche der Membran an der Dichtfläche auftritt, was zu reduzierten Fluiddicken zwischen Membran und Dichtfläche führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das
Überdruckventil ferner eine ringförmig umlaufende Haltevorrichtung, welche integral mit dem Grundkörper gebildet ist. Diese Haltevorrichtung verhindert, dass die Membran sich unvorhergesehener weise vom Grundkörper löst.
Weiter bevorzugt ist die zentrale Vertiefung im Grundkörper zweistufig mit einer
Basisvertiefung und einer auf einem etwas höheren Niveau liegenden Stufenbereich gebildet. Hierbei ist eine Außenkontur der Basisvertiefung derart gebildet, dass sie einer Außenkontur einer Acht entspricht. Mit anderen Worten beschreibt die Außenkontur der Basisvertiefung eine Form zweier sich schneidender Kreise, wobei die Kreise gleiche Radien oder unterschiedliche
Radien aufweisen können.
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Vorzugsweise ist die verformbare Oberfläche der Membran aus EPDM oder NBR oder Silikon-Kautschuk hergestellt. Alternativ kann auch die gesamte Membran aus einem dieser Materialien hergestellt sein. Diese Materialien gewährleisten dabei die notwendige Flexibilität der Membran als auch die gleiche bzw. verformbare Oberfläche, während zu den verbesserten Dichteigenschaften beiträgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Durchgangsöffnung einen Bodenbereich mit einer darin eingebrachten
Perforation auf. Alternativ ist an der Durchgangsöffnung ein Filterelement angeordnet. Sowohl die Perforation als auch das Filterelement weisen die Filterfunktion auf, um zu verhindern, dass kleine Partikel unbeabsichtigter Weise in das Überdruckventil gelangen können.
Bevorzugt ist der Randbereich des Grundkörpers, welcher zur Fixierung des Überdruckventils an der Innenseite des Verpackungsbehälters dient, derart ausgebildet, dass der Randbereich einen Innenring, einen Außenring und einen Mittelring umfasst, wobei der Mittelring von einer Basisfläche weiter vorsteht als der Innenring und der Außenring. Hierdurch kann insbesondere während eines
Ultraschall-Siegelvorgangs sichergestellt werden, dass eventuell entstehende Partikel während des Siegelvorgangs nicht in den Innenbereich des Überdruckventils oder zur Außenseite fallen, sondern zwischen den Mittelring und den Außenring bzw. Innenring aufgefangen werden.
Das erfindungsgemäße Überdruckventil wird vorzugsweise bei Lebensmittelverpackungen, insbesondere von pulverförmigen Gütern, wie z.B. Kaffee, verwendet.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Überdruckventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht des in Figur 1 gezeigten Grundkörpers des Überdruckventils in vergrößerter Darstellung,
Figur 3 eine schematische Draufsicht des Grundkörpers, und
Figur 4 eine schematische Schnittansicht des Grundkörpers.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 ein Überdruckventil 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst das Überdruckventil 1 einen Grundkörper 4 und eine Membran 6. Der Grundkörper 4 weist eine Dichtfläche 14 auf, welche sich konisch nach Innen in Richtung einer Mittelachse X-X verjüngt. Ein Fluid 5 ist zwischen der Dichtfläche 14 und der Membran 6 angeordnet und bildet eine dünne Fluidschicht. Diese Fluidschicht wird, ausgehend von einer Außenkante 15 der Dichtfläche 14 zu einer Innenkante 16, kontinuierlich etwas dicker.
An einer im montierten Zustand zur Innenseite einer Verpackung gerichteten Seite 7 des Grundkörpers 4 ist in einer kleinen Ausnehmung 8a ein Filterelement
8 vorgesehen. Das Filterelement 8 überdeckt insbesondere eine zentrale Durchgangsöffnung 9 und verhindert, dass kleine Partikel in die Durchgangsöffnung 9 und somit in das Überdruckventil 1 strömen können.
Das Überdruckventil 1 ist an einer Innenseite 3a der Verpackung 3 angeordnet.
In der Verpackung 3 sind ferner mehrere Auslassöffnungen 3b gebildet, deren innerer Mündungsbereich durch das Überdruckventil 1 von der Innenseite 3a her überdeckt wird. Das Überdruckventil 1 stellt dabei einerseits sicher, dass von einer Außenseite 11 kein Gas oder keine Flüssigkeit in einen Innenraum 2 der Verpackung 3 gelangen kann und stellt ferner sicher, dass bei einem Überdruck
im Inneren der Verpackung 3 dieser über das Überdruckventil 1 nach außen abgegeben werden kann.
Der Grundkörper 4 weist neben der Dichtfläche 14 eine zentrale Vertiefung 30 auf. Die zentrale Vertiefung 30 umfasst eine Basisvertiefung 31 , welche eine
Grundfläche der zentralen Vertiefung 30 bildet und einen Stufenbereich 32, welcher radial außerhalb der Basisvertiefung 31 angeordnet ist. Hierbei ist ein Niveau der Basisvertiefung 31 tiefer als ein Niveau des Stufenbereichs 32. Es sei angemerkt, dass unter dem Begriff "Niveau" eine Ebene senkrecht zur Mittelachse X-X verstanden werden soll, wobei eine Definition eines tieferen
Niveaus bedeutet, dass dieses Niveau näher zu der in der Verpackung nach Innen gerichteten Seite 7 des Überdruckventils 1 liegt.
In der zentralen Vertiefung 30 ist auch die zentrale Durchgangsöffnung 9 angeordnet, wobei, wie insbesondere aus Figur 1 ersichtlich ist, die zentrale
Vertiefung 30 sich konisch nach außen, d.h., in Richtung der Membran 6, erweitert. Am Mündungsbereich der zentralen Vertiefung 30 ist ein von der Basisvertiefung 31 vorstehender Ringwulst 12 vorgesehen. Ein Niveau des Ringwulstes 12 liegt dabei über einem Niveau des Stufenbereichs 32, jedoch unterhalb eines Niveaus, in welchem die umlaufende Innenkante 16 liegt (vgl.
Figur 2).
Ferner ist radial außerhalb der Dichtfläche 14 eine umlaufende äußere Ringnut 13 vorgesehen. Benachbart zur äußeren Ringnut 13 ist ferner ein Randbereich 18 angeordnet, mittels welchem das Überdruckventil 1 an der Innenseite 3a der
Verpackung 3 befestigt wird. Diese Befestigung erfolgt vorzugsweise mittels einem Ultraschall-Siegelverfahren. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, weist der Randbereich 18 einen Mittelring 19, einen Außenring 20 und einen Innenring 21 auf. Der Mittelring 19 steht dabei bezüglich einer Basisfläche 25 weiter vor als der Außenring 20 und der Innenring 21. Die Basisfläche 25 bildet somit
Vertiefungen zwischen dem Innenring 21 und dem Mittelring 19 sowie dem Mittelring 19 und dem Außenring 20. In diese Vertiefungen können dabei eventuell während des Befestigungsverfahrens erzeugte Partikel aufgenommen werden, so dass verhindert werden kann, dass diese Partikel in einen Innenbereich des Überdruckventils 1 fallen können. Wie weiter aus Figur 2 ersichtlich ist, ist an einer radialen Innenseite des Innenrings 21 ein radial nach
Innen vorstehender und umlaufender Haltering 22 ausgebildet. Der Haltering 22 ist ebenfalls integral mit dem Grundkörper 4 gebildet und verhindert, dass sich die Membran 6 unbeabsichtigt vom Grundkörper 4 löst. Somit weist der Haltering 22 eine Niederhaltefunktion für die Membran 6 auf.
Die Membran 6 ist aus einem flexiblen Material hergestellt und weist eine weiche und verformbare Oberfläche 6a auf. Diese weiche und verformbare Oberfläche 6a ist dabei die Oberfläche der Membran 6, welche in Richtung der Dichtfläche 14 des Grundkörpers 4 gerichtet ist.
Wie weiter aus Figur 3 ersichtlich ist, ist eine Außenkontur der Basisvertiefung 31 derart gebildet, dass diese Außenkontur im Wesentlichen eine Außenkontur einer Acht entspricht. Zentrisch ist dabei die zentrale Durchgangsöffnung 9 angeordnet. Durch diese Ausbildung der Außenkontur der Basisvertiefung 31 in Form einer Acht wird ein verbessertes Strömungsverhalten bei einer Gasabgabe aus dem Innenraum 2 des Verpackungsbehälters 3 zur Außenseite 11 erhalten. Die einschnürenden Bereiche 33 der Außenkontur ermöglichen dabei eine gerichtete Abströmung aus der zentralen Durchgangsöffnung 9, so dass ein Öffnungsvorgang der Membran unterstützt werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass das Überdruckventil 1 bei noch geringeren Druckunterschieden zwischen dem Innenraum 2 und der Außenseite 11 öffnen kann.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Überdruckventils 1 ist dabei wie folgt. Wenn ein starkes Vakuum in den Innenraum 2 des Verpackungsbehälters 3 herrscht, muss das Überdruckventil 1 eine sichere Abdichtung gegenüber der
Außenseite 11 ermöglichen. Durch das starke Vakuum wird die flexible Membran 6 verformt, so dass sie sich in abdichtender Weise an der Dichtfläche 14 des Grundkörpers 4 anlegt. Ferner kann die Verformung bei einem entsprechend tiefen Vakuum derart sein, dass die Membran 6 auch auf dem Ringwulst 12 aufliegt. Da die Membran 6 eine weiche und verformbare Oberfläche 6a aufweist, erfolgt zusätzlich noch eine Verformung an den Kontaktbereichen, wobei die Verformung durch die sich nach Innen verjüngende Dichtfläche der Dichtfläche 14 an der Außenkante 15 noch etwas stärker ist als an der Innenkante 16. Dadurch wird eine Dicke eines Fluids 5, insbesondere im Bereich der Außenkante 15, sehr gering, so dass hier hohe kapillare Kräfte und
Adhäsionskräfte wirken und eine besonders hohe Dichtheit gewährleisten. Das Fluid 5 bildet dabei einen besonders dünnen Film im Bereich der Außenkante 15.
Liegt der Druck im Inneren der Verpackung 3 über einem Druck an der Außenseite 1 1 , so muss dieser Druck über das Innendruckventil 1 und die
Durchgangsöffnungen 3b abgegeben werden, um insbesondere ein Aufblähen des Verpackungsbehälters 3 zu vermeiden. Bei einem Überdruck im Innenraum 2 wirkt somit eine Druckkraft auf die Innenseite der Membran 6. Wenn die Membran 6 hierbei zur Abdichtung auf dem Ringwulst 12 aufliegt, kann die Druckkraft somit nur über die durch die Innenkante des Ringwulstes 12 begrenzte Fläche wirken. Da die zentrale Durchgangsöffnung 9 jedoch sich konisch nach außen erweitert, steigt der Druck in diesem Bereich etwas an, so dass ein leichtes Abheben der Membran 6 vom Ringwulst 12 erreicht wird. Da aufgrund der sich verjüngenden Anordnung der Dichtfläche 14 ferner die kapillaren bzw. adhäsiven Kräfte der Fluidschicht im Bereich der Innenkante 16 etwas geringer sind, kann, da der Druck nun auf eine größere Fläche der Membran 6 wirken kann (nämlich die Dichtfläche, welche durch die Innenkante 16 definiert wird), das Überdruckventil öffnen, wenn die resultierenden Druckkräfte auf die Membran 6 größer sind als die kapillaren bzw. adhäsiven Kräfte, die die Membran 6 auf der Dichtfläche 14 halten. Somit sind nur vergleichsweise kleine Druckkräfte erforderlich, um die kapillaren Kräfte im Bereich der Innenkante 16 zu überwinden. Aufgrund der Flexibilität der Membran 6 vergrößert sich dadurch weiter die Angriffsfläche, so dass dann der innere Überdruck immer auf eine größer werdende Fläche der Membran 6 wirken kann und ein Öffnungsvorgang dementsprechend schneller ausgeführt wird. Figur 1 zeigt dabei gerade einen geöffneten Zustand des Überdruckventils 1 , wobei das Gas aus dem Innenraum über Spalte zwischen der Membran 6 und den Randbereich 18 in einen Bereich 10 zwischen der Membran 6 und der Innenseite 3a des Verpackungskörpers gelangen kann und von dort über die Durchlassöffnungen 3b zur Außenseite 11.
Somit kann erfindungsgemäß ein einfach aufgebautes Überdruckventil 1 bereitgestellt werden, welches nur aus zwei Teilen, nämlich dem Grundkörper 4 und der Membran 6 besteht. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der zentralen Durchgangsöffnung 9 mit dem entsprechenden Ringwulst 12 kann
dabei ein verbessertes Öffnungsverhalten einerseits und andererseits auch eine verbesserte Vakuumfestigkeit erhalten werden.