WO2014032639A1 - Verschliess- und öffnungsvorrichtung mit einem druckentlastungsventil für einen eine flüssigkeit aufnehmenden behälter - Google Patents

Verschliess- und öffnungsvorrichtung mit einem druckentlastungsventil für einen eine flüssigkeit aufnehmenden behälter Download PDF

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WO2014032639A1
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Mike Nebel
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Mike Nebel
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    • B65D51/1672—Closures not otherwise provided for with means for venting air or gas whereby venting occurs by manual actuation of the closure or other element
    • B65D51/1683—Closures not otherwise provided for with means for venting air or gas whereby venting occurs by manual actuation of the closure or other element by actuating a separate element in the container or closure

Definitions

  • the invention relates to a closing and opening device for a liquid-receiving container according to the preamble of patent claim 1.
  • canned beverages are carbonated (CO 2 ) to increase the refreshing effect. After filling and closing of such beverage cans, this carbon dioxide bubbles out of the beverage to a certain extent, so that an excess pressure in the range of 2 ⁇ 10 5 - 6 ⁇ 10 5 PA forms in the beverage can.
  • CO 2 carbonated
  • such beverage cans are closed with a lid which is connected to the pot-shaped main body of the beverage can radially and externally in a gas-tight and liquid-tight manner.
  • the lid In order to access the contents of the beverage can, the lid usually has a pull-tab, after the actuation of which an opening in the lid is released, through which the beverage can be removed from the beverage can.
  • a subsequent action of a second force on the edge of the lid cap leads to a reverse deformation thereof in its initial geometry, in which the lid cap closes and seals the liquid container again.
  • the described operation is achieved in this known closing and opening device by a arranged below the lid cap multi-armed support and spring structure, which is connected to the lid cap and supports them in their deformation and holds on the device.
  • This closing and opening device prevents in its closed position even after a first-time open the same safe that undesirable objects or animals can penetrate into the still partially filled with the drink beverage container, whereby the utility value of such a beverage container is greatly increased compared to conventional beverage containers.
  • these known closure and opening devices for can-shaped beverage containers have a number of advantages, they are nevertheless not readily suitable for enclosing carbonated liquids, such as a mineral water or a beer, sufficiently tightly in the beverage container. This is due to the fact that such liquids as mentioned above give off carbonic acid, which builds up an overpressure in the beverage container with respect to the pressure of the ambient air. This overpressure raises the lid, so that at least the carbon dioxide can disadvantageously escape.
  • the closing and opening device known from DE 10 2007 018 728 A1 is axially comparatively large even in the closed state, ie increases the length of the beverage container, which is disadvantageous.
  • DE 10 2008 056 301 A1 provides for increasing the gas-tightness before the first use of the beverage container, a sealing protective film, which is arranged on the lid base axially below the actual closing and opening device.
  • a separate separating device on the closing and opening device ensures that the protective film is destroyed in the first use of the closing and opening device and thus releases the drink for removal.
  • the closing and opening device of DE 10 2008 056 301 A1 is very well suited for a beverage container, which receives a carbonated beverage, which produces after the filling process by outgassing pressures of 1 bar to 2 bar.
  • a disadvantage is judged that the structural design of the last-mentioned closing and opening device is quite complex.
  • there is a need in the beverage industry to use such or similar closing and opening devices also on can-shaped beverage containers, the drinks of which produce before use for the first time by outgassing pressures of 3 x 10 5 - 8 x 10 5 Pa.
  • closing and opening devices are not well enough for such high pressures, since the gas pressure in the interior of the beverage can presses against the bistable cover cap and so their operation in ⁇ ff- difficult to reach.
  • a further requirement is that after the first use of the closing and opening device such a beverage container should be able to be closed so well that a rapid outgassing of the carbon dioxide from the beverage is largely avoided.
  • a device for opening and closing a beverage container is known from DE 10 2009 025 316 A1, which has a cup-shaped main body and a gas-tight and liquid-tight in the region of its free end lid, wherein the lid is a lid base and a bistable lid cap resting on the lid base, which in a first stable actuation state closes at least one axial opening in the lid base and releases this opening for taking out the beverage in a second stable actuation state, and in which the lid cap is opened by acting on a first axial one Force on the central region of the cover cap and a closure of the cover cap by acting on a second axial force on the edge region thereof in each case in the direction of the interior of the beverage container is adjustable.
  • the lid cap is connected at its inner side with a valve slide of a liquid extraction valve which closes the axial opening in the lid base in one of the two stable operating states of the lid cap and opens in the other stable operating state.
  • An embodiment of the design principle according to DE 20 2010 002 240 111 provides that on the underside of the bistable cover an axially aligned pin is arranged, that the valve slide has a central degassing opening, in which the pin is received axially movable with radial play, that a sealing cap on the underside of the valve spool the central vent is radially overlapping attached that the sealing cap is formed in an elastic region as a skin in which at least one hole is present, that the elastic skin in the closed state of the pressure relief valve on the underside of the valve spool sealingly abuts, and that the elastic skin to reduce a gas pressure present in the container from the pin axially deflected so far from the underside of the valve spool can lift that the at least one hole connects the interior of the container with the environment of the container.
  • the construction known from DE 20 2010 002 240 U1 fulfills all the technical and haptic requirements for a consumer-compatible closing and opening device, with which beverage containers are provided in which an overpressure of up to 8 ⁇ 10 5 Pa builds up before the first opening can, however, their production appears comparatively expensive because of the elastic skin used in the pressure relief valve.
  • a closing and opening device for a liquid receiving container known.
  • This device has a lid base attachable to the open end of the container with a central axial opening.
  • This device also has a bi-stable lid with respect to its geometry, which has a concave geometry after acting on a centrally acting first axial force in a first stable state and a convex geometry in its second stable state after acting on a radially outside attacking second axial force.
  • the lid covers the axial opening of the lid base from above.
  • a valve spool of a liquid extraction valve is provided, which is connected to the lid and penetrates the axial opening in the lid base in sections.
  • valve spool On the valve spool of this fluid extraction valve, a pressure relief valve is formed, which as well as the valve spool of the fluid extraction valve can be actuated by the action of a centrally acting axial force on the cover in the opening direction. In this case, however, the pressure relief valve is operated in front of the liquid extraction valve in the opening direction over the actuation path of the lid.
  • the pressure relief valve has a valve stem which is fixedly connected to the underside of the lid, that the valve spool of the liquid extraction valve has a central opening in which the valve stem of the pressure relief valve is received axially movable, and that the valve spool of the Liquid removal valve on its lid near bottom has a seal on which a sealing surface of the valve stem of the pressure relief valve can be applied.
  • this known device is already designed very advantageous and suitable for mass production, it still builds comparatively high.
  • especially their valve components are structurally relatively expensive to produce.
  • the invention is based on the object of DE 10 201 1 101 109 A1 known closing and opening device for a beverage container so that it is cheaper to produce at the same or better functionality and axially shorter.
  • the invention is based on the finding that the overpressure acting before the first use of the device by outgassing of C0 2 in the beverage container pushes the valve slide of the liquid extraction valve with a comparatively large force against its valve seat, and that a depression of the same in the opening direction only with a disadvantageously large , opposing actuation force is possible.
  • a separate valve which is also actuated by a force acting on the lid in the opening direction, the high pressure in the beverage container can be reduced so far that the actuation of the valve slide can be done in the opening direction with a comparatively low force.
  • the invention is therefore according to the features of claim 1 from a closing and opening device for a liquid-receiving container, with a fastened to the open end of the container lid base, which has an axial opening centrally, with a bistable lid, after acting a centrally engaging first axial force in a first stable state has a concave geometry and after acting radially outward attacking second axial force in its second stable state has a convex geometry, wherein the cover covers the axial opening of the lid base from above, as well as with a valve spool of a liquid extraction valve which is connected to the lid and penetrates the axial opening in the lid base in sections, in which a radially outer portion of the Valve spool is sealingly engageable with an axially lower sealing surface of the lid base, in which on the valve spool of the liquid removal valve, a pressure relief valve is formed, which is actuated by the action of acting on the top of the lid axial third force in the opening direction, wherein the pressure relief valve comprises a valve stem
  • the invention provides that the valve stem of the pressure relief valve carries a sealing material which rests in the closed state of the pressure relief valve sealingly axially on a radially inner sealing surface of the valve spool of the liquid extraction valve and is lifted in the open state of the pressure relief valve of this sealing surface.
  • the construction described allows a more cost-effective production of the components cover base, valve slide and valve tappet of the closing and opening device and an axially smaller length thereof, without having to compromise on the functionality of the overall device.
  • the lid base is largely cup-shaped, with a radially outer mounting edge, which is placed on the open end of the container and sealingly connectable with this, that at this attachment edge radially inside a cylindrical or conical section which merges into a radially inwardly directed circular step followed by a conical section extending axially away from the attachment edge, the cover base being located at the axial end of its conical section. cuts in a flat bottom, which extends radially inward, and in which this flat bottom has a central axial opening, at the edge of a plurality of cover base webs are arranged, which point axially and radially from the flat bottom toward the lid.
  • lid base allow very production suitable production of the same from a thin aluminum sheet in a particularly cost-effective stamping and forming process in a single operation.
  • provision of a central, planar and circular sealing surface for the valve stem on the underside of the lid base and the lid base web in only one manufacturing step is judged to be very advantageous.
  • the lid base webs pointing in the direction of the lid serve in a known manner as an abutment for the lid of the closing and opening device, against which the lid is axially supported, when it is acted upon by a force acting in the opening direction, ie towards the interior of the container.
  • the lid base webs are preferably arranged slightly inclined radially inwardly of the lid base, thereby acting like compressive elastic springs.
  • the cover base webs have an approximately wave-shaped geometry in longitudinal section, so that a radial, annular portion-shaped depression or groove is formed on each of these cover base webs.
  • the cover base webs extend approximately over a third of the axial length of the entire lid base, so that the lid on the one hand does not protrude over the container distal edge of the lid base and on the other hand long enough to allow the necessary for the described change in geometry of the lid actuating travel.
  • a seal is arranged, on which a radially outer sealing surface of the valve spool of the liquid extraction valve is sealingly applied.
  • the seal is formed as an annular sealing strip made of a silicone material, a rubber material or preferred consists of a closed-cell polyurethane foam. The seal securely prevents any liquid or pressurized gas from leaking into the container in the closed position of the closing and opening device.
  • the circular lid of the closing and opening device is made of a flexible plastic material. It can assume two stable geometries. A change from the first convex geometry to the second concave geometry may be triggered by exerting an axial force on the center of the lid. Snapping back into the first convex geometry is triggered by exerting an axial force on the edge of the lid.
  • the lid has on its underside a circular arranged and axially extending from this bottom away axially long lid webs. Radial within this circle of long lid bars axially short lid bars are formed on the underside of the lid and arranged in a circle.
  • the axially long lid webs serve the radial centering of the lid on the lid base webs already described.
  • the axially short cover webs serve to act on a pressure relief operation of the lid on the lid near top of the valve spool so that it moves in the opening direction, ie towards the interior of the container.
  • the short cover bars therefore allow a defined installation of the lid on said valve slide. This will be explained further on an embodiment.
  • the lid base has only half as many cover base webs as on the lid long lid webs are formed.
  • the long lid webs are more than twice as long as the short lid webs.
  • This design allows both the assembly of the individual parts of the closing and opening device as well as in the closed position of the lid good centering of the lid on the lid base and after their connection with the valve spool and the valve stem good centering of the latter to each other and in relation to the lid base.
  • the circumferential width of the cover base web and the axially long cover webs and their respective distance from each other is selected so that in each rotational position of the lid with respect to the lid base at least one cover base web radially over at least one of the axially long Cover webs is arranged.
  • This design reliably prevents the lid from losing its centering on the lid base or the axially long lid bars getting caught in the lid base bars.
  • this center has a cylindrical pin on its underside, which extends away from the lid and shortly before its free axial end has a first locking means in the form of an annular thickening.
  • This first locking means arrives at a connection of the lid with the already mentioned valve stem with a second locking means on the latter into engagement, which will be discussed further.
  • the valve slide of the liquid extraction valve is preferably disc-shaped and preferably made of an aluminum sheet. But it is also possible to produce this from a rigid plastic material.
  • the valve spool seen from radially outward to radially inward, first has a radially outer planar section, on which a raised and a joins radially inwardly tapering first conical section. Further radially inward then follows an annular step, which is preferably inclined to the aligned by the radially outer planar portion. Finally follows a radially inwardly tapering second conical section, to which further radially inwardly a radially inner planner section connects, which has a central axial bore.
  • the first conical portion of the valve spool has a larger radius of curvature than the second conical portion, and the annular step is preferably formed as a geometric transition region between these two conical portions.
  • the described design of the valve spool allows mass production of the valve spool in a single punching and forming operation, whereby cracks in the formed material are reliably avoided in the formation of the radially inner planar section.
  • this radially inner planar portion represents the actuating surface on the valve spool on which the axially short lid webs of the lid come into contact with it during an opening operation.
  • valve spool may be that the formed by the two conical sections, the step and the radially inner planar portion of the axial projection of the valve spool of the liquid extraction valve having a large axial length, that this survey the axial opening of the lid base after the Assembly permeates.
  • the radially inner planar section of the valve slide of the liquid extraction valve has an outer diameter which is less than 20% of the outer diameter of the radially outer disk-shaped section, this region boundary being included.
  • This specification of the outer diameter of the radially inner disc-shaped portion of the valve spool corresponds to the Diameter of the circle formed by the axially short lid webs on the underside of the lid.
  • the valve stem preferably has a central axial bore for captive receiving the cover-side pin.
  • This bore is formed by a hollow cylindrical core wall which extends in a tubular manner over the entire axial length of the valve stem.
  • radial guide webs are arranged along an axial guide section.
  • a disc-shaped transverse wall extends radially outward.
  • a cylindrical support wall is formed which extends axially away from the guide portion.
  • the core wall, the guide webs, the transverse wall and the supporting wall are preferably made in one piece from a thermoplastic material.
  • valve stem In the assembled state of the closing and opening device of the valve stem is added in the region of an axial guide portion formed by the guide webs with little radial clearance in the central axial bore in the valve slide of the liquid extraction valve.
  • the outer diameter of the valve stem is therefore slightly smaller in the region of the guide webs than the diameter of the axial bore in the valve spool.
  • Axially below the guide webs is formed on the valve stem by the transverse wall and the supporting wall, a sealing portion in which the outer diameter of the valve stem is greater than the diameter of the axial bore in the valve spool.
  • valve stem of the pressure relief valve on the transverse wall and / or on the lid facing axial side of the cylindrical support wall is provided with a sealing means which sealingly on a radially inner sealing surface of the valve spool of the liquid extraction valve can be applied.
  • This radially inner sealing surface of the valve bers is formed on the cover remote side of the radially inner planar portion of the valve spool.
  • the sealant consists of a silicone material, a rubber material or preferably a closed-cell polyurethane foam.
  • valve stem on the valve stem axially below the transverse wall of the cylindrical support wall and the hollow cylindrical core wall enclosed a plurality of cavities are formed which are circumferentially separated from each other by a plurality of axially and radially aligned stiffening webs and deckfernfern open.
  • the axial bore of the valve stem of the pressure relief valve in the region of the guide webs has the same diameter as the outer diameter of the annular thickening of the pin of the lid, and that the bore of the valve stem in the axial region of the cylindrical support wall a constriction with a reduced diameter for latching receiving the annular thickening of the pin.
  • the walls of the guide webs of the valve stem and the wall of the central bore of the valve spool form after their assembly flow channels for the outflow of gas from the container upon actuation of the pressure relief valve.
  • FIG. 2 shows the closing and opening device according to FIG. 1 in a schematic longitudinal section after its assembly and after connection to a beverage can
  • FIG. 3 shows the underside of the lid of the device according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 4 shows the underside of the lid base of the device according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 5 shows the upper side of the valve slide of the liquid extraction valve of the device according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 6 is an axial longitudinal section through the valve stem of the pressure relief valve of the apparatus of FIG. 1,
  • FIG. 7 shows the valve tappet according to FIG. 6 in a plan view on its top side close to the lid
  • FIG. 8 shows the valve tappet according to FIG. 6 and FIG. 7 in a plan view on its underside remote from the cover
  • FIG. 9 shows a longitudinal section through the closing and opening device according to FIG. 1 after its assembly in its closed position
  • FIG. 10 shows a longitudinal section through the closing and opening device according to FIG. 9 in its open position
  • the closing and opening device 1 also has according to the invention via a fluid extraction valve 28, in which a pressure relief valve 29 is integrated. On the structure and operation of these two valves 28, 29 will be discussed below.
  • the radial mounting edge 3 is formed semicircular in the axial direction and by a forming process with the hitherto open End of a liquid receiving container 23 is permanently and sealingly connectable.
  • the container is in this embodiment, a beverage can on aluminum and also the lid base 2 is made of this material.
  • the individual part drawings according to FIGS. 1 and 4 illustrate that the cover base 2 has a special shape in the region of its radial end.
  • a first cylindrical or conical section 40 in a longitudinal section from radially outside to radially inside seen on the mounting edge 3, a first cylindrical or conical section 40, then a radially inwardly sloping step 41, then a second cylindrical or conical section 42 and finally a roughly disc-shaped, flat bottom 43 of the lid base 2.
  • the lid base 2 has centrally an axial opening 27, on whose edge in this embodiment, five cover base webs 5a, 5b, 5c, 5d, 5e are formed.
  • the cover base 2 can be produced in one piece with its cover base webs 5a-5e in a stamping and forming process from an aluminum sheet.
  • the cover base webs 5a - 5e are slightly radially inwardly inclined and each of these cover base webs 5a - 5e has an approximately wavy geometry in longitudinal section, so that each of these cover base webs 5a - 5e a radial, annular portion recess or groove 34 is formed, whereby the Cover base webs 5a - 5e act under a load by an axial force such as pressure elastic springs.
  • the lid base webs 5a - 5e extend over approximately one third of the axial length of the entire lid base 2.
  • the cover base 2 in the region of the radially outer end of its flat bottom 43 on its cover distal bottom a seal 16 on which a radially outer sealing surface 17 of the valve spool 10 of the liquid extraction valve 28 can be applied.
  • the seal 16 is formed as an annular sealing strip made of silicone material, a rubber material or a closed-cell polyurethane foam.
  • the lid 7 has a first stable geometry in a closed position, namely a convex shape.
  • a centrally acting first axial force F1 the lid 7 bulges in a second stable state, in which it has a concave geometry.
  • a radially acting second axial force F2 the geometry of the cover 7 snaps over and assumes a convex geometry in the sense of a second stable state.
  • Fig. 3 can be particularly clearly seen that the lid 7 is circular and radially outward has a thickening 21, with which the lid 7 is sealingly placed on the lid near top of the lid base 2.
  • the cover 7 has on its underside a circular arranged and axially extending away from this underside long cover webs 8a - 8j and radially within these long cover webs 8a - 8j circular short cover webs 4a - 4e are arranged, which are also axially from the underside of the lid 7 away.
  • the number of long lid bars 8a-8j is twice as large as that of the short lid bars 4a-4e, and the lid base 2 has only half as many lid base bars 5a-5e as on the lid 7 long lid bars 8a - 8j are formed.
  • FIG. 1 also shows German lent that the long lid bars 8a - 8j are more than twice as long as the short lid bars 4a - 4e.
  • the long lid bars 8a-8j are arranged on the cover 7 in such a way that they are radially inside a circle formed by the lid base webs 5a-5e after assembly of the closing and opening device 1 with only slight radial clearance (FIG. 2).
  • a radial centering of the lid 7 on the lid base webs 5a-5e is achieved particularly effectively.
  • FIGS. 1 and 3 clearly show that the lid 7 has centrally on its cover base near the bottom a cylindrical pin 9, which has an annular thickening 14 shortly before its free axial end.
  • This thickening 14 serves as a first locking means which cooperates with a central second locking means on the valve tappet 13 of the liquid extraction valve 28, which will be discussed later.
  • FIG. 1 clearly show that the valve spool 10 of the liquid extraction valve 28 is formed largely disc-shaped.
  • the longitudinal sectional view of the valve spool 10 according to FIG. 1 is very schematic and does not show the particular geometric details of the valve spool 10, as shown in FIG.
  • the valve slide 10 has, starting from its radially outer end 11, radially inward seen through a radially outer planar portion 50, to which a raised and radially inwardly tapering first conical portion 51 a connected.
  • the first conical section 51 a terminates radially inward at an annular step 52, to which a radially inwardly tapering second conical section 51 b connects.
  • a radially inner planar portion 53 which has a central bore 19.
  • the annular step 52 does not necessarily have to have a planar section, but this step
  • first conical section 51a has a larger radius of curvature than the second conical section 51b.
  • This particular shape of the central axial elevation of the valve spool 10 is very advantageous for the production engineering training of its radially inner planar portion 53 in only one forming process.
  • valve spool 10 of this closing and opening device 1 shown in FIG. 5 is formed so that its radially inner planar portion 53 has an outer diameter that is less than 20% of the outer diameter of the radially outer disc-shaped portion 50, including the range limit.
  • sufficiently large sealing areas for the pressure relief valve 29 and the liquid extraction valve 28 are provided at comparatively low material usage on the valve spool 10.
  • the valve stem 13 of the pressure relief valve 29 is shown in detail.
  • the illustrated valve stem 13 is a manufactured in an injection molding of the closing and opening device 1 according to Figures 1 and 2, which in the assembled state shown in FIG. 2 Deckelfern arranged on the underside of the valve spool 10 of the liquid removal valve 28 and the lid base near bottom of the lid.
  • the valve stem 13 has a central bore 15 for captive receiving and fastening of the cover-side pin 9.
  • the bore 15 is formed by a hollow cylindrical core wall 55 which extends axially over the entire axial length of the valve stem 13 (see Fig. 6).
  • radial guide webs 6a - 6e are arranged, which are supported by the valve stem 13 radially centering at the central opening 19 of the valve spool 10 after connecting the valve stem 13 with the lid 7.
  • the outer diameter of the valve tappet 13 of the pressure relief valve 29 in the region of the formed by the guide webs 6a - 6e axial guide portion 56 with little radial clearance is smaller than the diameter of the central axial bore 19 in the valve spool 10 of the liquid extraction valve 28th
  • a transverse wall 22 is formed on this, starting from the central core wall 55, which extends in a disk-shaped radially outward, and at the radial end of a cylindrical support wall 58 is formed.
  • This cylindrical support wall 58 extends from the disc-shaped transverse wall 22 axially away from the guide webs 6a - 6e away. It is provided that the outer diameter of the valve stem 13 in the region of the cylindrical support wall 58 is greater than the diameter of the central bore 19 in the valve spool 10th
  • valve stem 13 of the pressure relief valve 29 in a sealing portion 57 thereof at the Transverse wall 22 and on the cover 7 facing axial side of the cylindrical support wall 58 is provided with a sealing means 18 which sealingly on a radially inner sealing surface 59 of the valve spool 10 of the liquid extraction valve 28 can be applied.
  • the sealing means 18 is thus annularly arranged on the transverse wall 22 and the support wall 58 and consists of a silicone material, a rubber material or a closed-cell polyurethane foam.
  • valve tappet 13 light and stiff at the same time.
  • the bore 15 of the valve stem 13 of the pressure relief valve 29 has the same or a slightly larger diameter in the axial region 56 of the guide webs 6a - 6e as the outer diameter of the annular thickening 14 of the pin 9 of the lid 7. This allows the pin easily into the bore 15 introduce. In the axial region 57 of the cylindrical support wall 58, however, the bore 15 is narrowed by a constriction 30 in diameter, which serves for latching receiving the annular thickening 14 of the pin 9.
  • valve stem 13 of the pressure relief valve 29 Due to the selected structural design of the valve stem 13 of the pressure relief valve 29, the circumferential wall surfaces of the guide webs 6a - 6e of the valve stem 13 and the wall of the central bore 19 of the valve spool 10 flow channels 25 for outflow of gas from the container 23 upon actuation of the pressure relief valve 29 Exerting an axial force on the cover 7.
  • the pressure relief valve 29 of the device is first actuated. This is done by exerting a comparatively small axial force F3 on the upper side of the cover 7 remote from the container. As soon as the axial force F3, as shown in FIG. 10, acts with sufficient strength on the upper side of the cover 7 remote from the container, this causes the valve tappet 13 with its sealing means 18 lifts from the radially inner sealing surface 59 of the valve spool 10 and can escape an existing pressure in the container 23 from the container 23.
  • the illustrated as dotted arrow flow path 31 leads from the interior of the container 23 past the sealant 18 to between the core wall 55 and the guide webs 6a - 6e of the valve stem 13 and the flow channel formed by the wall of the central bore 19 in the valve spool 10 a space between the lid 7 and the valve spool 10. From there, the escaping gas flows between the short lid bars 4a - 4e and the long lid bars 8a - 8i and between the underside of the lid 7 and the top of the bottom 43 of the lid base 2 away from the Closing and opening device 1 and the container 23rd
  • the pressure releasing force F3 acting on the lid 7 is smaller than the opening force F1 and the closing force F2, and the closing force F2 is smaller than the opening force F1.
  • the need for an opening movement of the lid 7 actuation path 32 for depressurization of the container 23 is much smaller than that actuation path 33 which is required to bring the closing and opening device 1 in the open position, in the concave domed lid 7, a liquid can be removed from the container 23.
  • Valve spool valve1 Radial outer end of valve spool2 Radial inner end of spool valve3 Valve spool of pressure relief valve4 Annular thickening on pin

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verschließ- und Öffnungsvorrichtung (1) für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter (23). Die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung (1) weist eine Deckelbasis (2), einen hinsichtlich seiner Geometrie bistabilen Deckel (7) sowie einen mit dem Deckel (7) mittels eines Ventilstößels (13) verbundenen Ventilschieber (10) auf. Der Ventilschieber (10) durchdringt abschnittweise eine zentrale axiale Öffnung (27) in der Deckelbasis (2) und dichtet den Behälter (23) reversibel nach außen ab. Der Ventilschieber (10) weist selbst eine zentrische Axialbohrung (19) auf, in welcher der Ventilstößel (13) radial geführt aufgenommen ist. Der Ventilstößel (13) weist ebenfalls eine axiale Bohrung (15) auf, in der ein an der Unterseite des Deckels (7) angeordneter Stift (9) verrastet aufgenommen ist. Der Ventilstößel (13) trägt ein Dichtungsmaterial (18), welches im Schließzustand der Vorrichtung (1) dichtend axial an einer radial inneren Dichtfläche (59) des Ventilschiebers (10) anliegt und im Öffnungszustand von dieser Dichtfläche (57) abgehoben ist.

Description

Verschließ- und Öffnungsvorrichtung mit einem Druckentlastungsventil für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter
Die Erfindung betrifft eine Verschließ- und Öffnungsvorrichtung für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist allgemein bekannt, dass in Dosen abgefüllte Getränke zur Erhöhung der Erfrischungswirkung mit Kohlensäure (CO2) versetzt sind. Nach dem Befüllen und Verschließen derartiger Getränkedosen perlt diese Kohlensäure aus dem Getränk zu einem gewissen Anteil aus, so dass sich in der Getränkedose ein Überdruck im Bereich von 2 x 105 - 6 x 105 PA bildet. Um ein Austreten des Getränks und auch der Kohlensäure vor dem Erstgebrauch zu verhindern, sind solche Getränkedosen mit einem Deckel verschlossen, der radial außen gas- und flüssigkeitsdicht mit dem topfförmigen Hauptkörper der Getränkedose verbunden ist. Um an der Inhalt der Getränkedose zu gelangen, weist der Deckel üblicherweise eine Aufreißlasche auf, nach deren Betätigung eine Öffnung im Deckel freigegeben ist, durch die das Getränk aus der Getränkedose entnehmbar ist. Ein Wiederverschließen solcher Getränkedosen ist nicht möglich. In diesem Zusammenhang ist es nachteilig, dass durch die Öffnung im Deckel auch Kohlensäure entweicht und dadurch das Getränk an Genußwert verliert. Zudem können durch die Öffnung im Deckel Insekten in das Innere der Getränkedose gelangen, welches als sehr störend empfunden wird.
Um eine Getränkedose wiederverschließbar auszubilden sind viele Vorschläge bekannt geworden. Eine Erfolg versprechende technische Lösung ist in der DE 10 2005 015 505 A1 beschrieben worden. Gegenüber sonst üblichen Vorrichtungen zum öffnen und Verschließen eines Getränkebehälters, die nur unter Nutzung beider Hände eines Nutzer bedient werden können, erlaubt dieser Typ von Verschließ- und Öffnungsvorrichtung dessen Betätigung mit nur einer Hand sowie mit einem vergleichsweise geringen Kraftaufwand. Das Besondere an diesem Verschluss ist sein Deckel, dessen Deckelkappe seine Geometrie reversi- bei ändern kann. So weist die Deckelkappe im geschlossenen Zustand die Außengeometrie eines Kugelabschnittes auf. Durch die Einwirkung einer beispielsweise von einem Finger auf die Mitte dieses Kugelabschnitts ausgeübten axialen Kraft lässt sich die Deckelkappe soweit verformen, dass sich diese nach innen einbeult und an ihrem Rand zumindest eine Öffnung zur Entnahme der Flüssigkeit aus dem Behälter freigibt. Eine anschließende Einwirkung einer zweiten Kraft auf den Rand der Deckelkappe führt zu einer Rückverformung derselben in ihre Ausgangsgeometrie, bei welcher die Deckelkappe den Flüssigkeitsbehälter erneut verschließt und abdichtet. Erreicht wird die beschriebene Funktionsweise bei dieser bekannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtung durch eine unterhalb der Deckelkappe angeordnete mehrarmige Stütz- und Federstruktur, die mit der Deckelkappe verbunden ist und diese bei ihrer Verformung unterstützt sowie an der Vorrichtung festhält.
Aus der DE 10 2007 018 728 A1 sind Weiterentwicklungen dieser Verschließ- und Öffnungsvorrichtung bekannt, welche die Befestigung derselben an einer Getränkedose, die Ausbildung eines Ausgieß- oder Trinkabschnittes sowie eine verbesserte Abdichtung betreffen. Die verbesserte Abdichtung wird durch elastische Verriegelungsmittel an der Deckelkappe sowie damit zusammenwirkende elastische Verriegelungsmittel an dem Basisteil der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung erreicht, welche die Deckelkappe und das Basisteil unter Einwirkung der beiden genannten Kräfte miteinander verbinden bzw. wieder freigeben können. Zudem besitzt die Deckelkappe axial und radial ausgerichtete Dichtlippen, die im geschlossenen Zustand der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung abdichtend auf dem Basisteil aufliegen. Diese Verschließ- und Öffnungsvorrichtung verhindert in ihrer Schließstellung auch nach einem erstmaligen öffnen derselben sicher, dass unerwünscht Gegenstände oder Tiere in den noch teilweise mit dem Getränk gefüllte Getränkebehälter eindringen können, wodurch der Gebrauchswert eines derart ausgestatteten Getränkebehälters gegenüber üblichen Getränkebehältern stark gesteigert ist. Wenngleich diese bekannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtungen für dosenförmige Getränkebehälter eine Reihe von Vorteilen aufweisen, so sind sie dennoch nicht ohne weiteres dazu geeignet, kohlensäurehaltige Flüssigkeiten, wie etwa ein Mineralwasser oder ein Bier, ausreichend dicht in dem Getränkebehälter einzuschließen. Dies liegt daran, dass solche Flüssigkeiten wie oben schon erwähnt Kohlensäure abgeben, wodurch sich im Getränkebehälter ein Überdruck gegenüber dem Druck der Umgebungsluft aufbaut. Dieser Überdruck hebt die Deckelkappe an, so dass nachteilig zumindest die Kohlensäure entweichen kann. Außerdem hat sich gezeigt, dass die aus der DE 10 2007 018 728 A1 bekannte Verschließ- und Öffnungsvorrichtung auch im verschlossenen Zustand axial vergleichsweise groß ist, also die Länge des Getränkebehälters vergrößert, was nachteilig ist.
Um die beschriebenen Nachteile zu beseitigen, sieht die DE 10 2008 056 301 A1 zur Erhöhung der Gasdichtigkeit vor dem Erstgebrauch des Getränkebehälters eine abdichtende Schutzfolie vor, die an der Deckelbasis axial unterhalb der eigentlichen Verschließ- und Öffnungsvorrichtung angeordnet ist. Eine gesonderte Trennvorrichtung an der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung sorgt dafür, dass die Schutzfolie bei dem Erstgebrauch der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung zerstört wird und damit das Getränk zur Entnahme freigibt. Die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung der DE 10 2008 056 301 A1 ist sehr gut für einen Getränkebehälter geeignet, welcher ein kohlensäurehaltiges Getränk aufnimmt, das nach dem Befüllvorgang durch Ausgasen Drücke von 1 bar bis 2 bar erzeugt. Als nachteilig wird beurteilt, dass der konstruktive Aufbau der zuletzt genannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtung recht komplex ist. Zudem besteht in der Getränkeindustrie ein Bedarf, solche oder ähnliche Verschließ- und Öffnungsvorrichtungen auch an dosenförmigen Getränkebehältern zu nutzen, deren Getränke vor der Erstbenutzung durch Ausgasen Drücke von 3 x 105 - 8 x 105 Pa erzeugen.
Die bisher genannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtungen sind für solch hohen Drücke nicht gut genug geeignet, da der Gasdruck im Inneren der Getränkedose gegen die bistabile Deckelkappe drückt und so deren Betätigung in Öff- nungsrichtung erschwert. Eine weitere Forderung besteht darin, dass ein solcher Getränkebehälter nach der Erstbenutzung der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung so gut verschließbar sein soll, dass ein schnelles Ausgasen der Kohlensäure aus dem Getränk weitgehend vermieden wird.
Zur Lösung der zuletzt geschilderten technischen Probleme ist aus der DE 10 2009 025 316 A1 eine Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen eines Getränkebehälters bekannt, welche einen topfförmigen Hauptkörper und einen im Bereich seines freien Endes gas- und flüssigkeitsdicht befestigten Deckel aufweist, wobei der Deckel eine Deckelbasis und eine auf der Deckelbasis aufliegende bistabilen Deckelkappe aufweist, welche in einem ersten stabilen Betätigungszustand wenigstens eine axiale Öffnung in der Deckelbasis verschließt sowie in einem zweiten stabilen Betätigungszustand diese Öffnung zur Entnahme des Getränks freigibt, und bei der ein Öffnen der Deckelkappe durch Einwirken einer ersten axialen Kraft auf den mittleren Bereich der Deckelkappe sowie ein Verschließen der Deckelkappe durch Einwirken einer zweiten axialen Kraft auf den Randbereich derselben jeweils in Richtung zum Innenraum des Getränkebehälters einstellbar ist. Außerdem ist bei dieser bekannten Vorrichtung vorgesehen, dass die Deckelkappe an ihrer Innenseite mit einem Ventilschieber eines Flüssigkeitsentnahmeventils verbunden ist, welcher die axiale Öffnung in der Deckelbasis in einem der beiden stabilen Betätigungszustände der Deckelkappe verschließt und in dem anderen stabilen Betätigungszustand öffnet. Wenngleich die aus der DE 10 2009 025 316 A1 bekannte Vorrichtung an sich sehr vorteilhaft ist, so wird die zum Öffnen derselben bei einer Erstbenutzung notwendige Betätigungskraft für den Endverbraucher als zu hoch empfunden.
Ähnlich ist die aus der GB 2 276 153 A bekannte Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen eines Getränkebehälters zu beurteilen, die sich bei vergleichsweise hohem Innendruck im Getränkebehälter nur schwer öffnen lässt.
Zur Verringerung der Kraft, die zum erstmaligen Öffnen einer unter vergleichsweise hohem Überdruck stehenden gattungsgemäßen Verschließ- und Öffnungsvorrichtung notwendig ist, wurde in der DE 20 2010 002 240 111 vorgeschlagen, dass an dem mit dem Deckel verbundenen Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils ein Druckentlastungsventil ausgebildet ist, welches ebenso wie der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils durch Einwirken einer axialen Kraft auf den Deckel in Öffnungsrichtung betätigt wird, wobei das Druckentlastungsventil über den Betätigungsweg gesehen vor dem Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils in Öffnungsrichtung betätigt wird. Mittels des Druckentlastungsventils wird bei der Erstöffnung des Getränkebehälters unter Aufbringung einer vergleichsweise kleinen Betätigungskraft der Überdruck im Getränkebehälter durch Entgasen abgebaut. Anschließend wird dann die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung in bekannter Weise durch weiteres Ausüben einer axialen Betätigungskraft auf den Deckel geöffnet.
Eine Ausgestaltung des Konstruktionsprinzips gemäß der DE 20 2010 002 240 111 sieht vor, dass an der Unterseite des bistabilen Deckels ein axial ausgerichteter Stift angeordnet ist, dass der Ventilschieber eine zentrale Entgasungsöffnung aufweist, in welcher der Stift mit radialem Spiel axial beweglich aufgenommen ist, dass eine Dichtkappe an der Unterseite des Ventilschiebers die zentrale Entgasungsöffnung radial übergreifend befestigt ist, dass die Dichtkappe in einem elastischen Bereich als eine Haut ausgebildet ist, in der zumindest ein Loch vorhanden ist, dass die elastische Haut im geschlossenen Zustand des Druckentlastungsventils an der Unterseite des Ventilschiebers abdichtend anliegt, und dass die elastische Haut zum Abbau eines im Behälter vorhandenen Gasüberdrucks vom Stift axial ausgelenkt soweit von der Unterseite des Ventilschiebers abheben kann, dass das zumindest eine Loch den Innenraum des Behälters mit der Umgebung des Behälters verbindet.
Die aus der DE 20 2010 002 240 U1 bekannte Konstruktion erfüllt alle technischen und haptischen Anforderungen für eine konsumentengerechte Verschließ- und Öffnungsvorrichtung, mit der Getränkebehälter versehen werden, in denen sich vor der Erstöffnung ein Überdruck von bis zu 8 x 105 Pa aufbauen kann, jedoch erscheint deren Herstellung wegen der beim Druckentlastungsventil verwendeten elastische Haut vergleichsweise kostenaufwendig.
Schließlich ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 201 1 101 109 A1 eine Verschließ- und Öffnungsvorrichtung für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter bekannt. Diese Vorrichtung weist eine an dem offenen Ende des Behälters befestigbare Deckelbasis mit einer zentralen axialen Öffnung auf. Auch diese Vorrichtung verfügt über einen hinsichtlich seiner Geometrie bistabilen Deckel, der nach Einwirken einer mittig angreifenden ersten Axialkraft in einem ersten stabilen Zustand eine konkave Geometrie und nach Einwirken einer radial außen angreifenden zweiten Axialkraft in seinem zweiten stabilen Zustand eine konvexe Geometrie aufweist. Der Deckel deckt die axiale Öffnung der Deckelbasis von oben ab. Weiter ist ein Ventilschieber eines Flüssigkeitsentnahmeventils vorhanden, der mit dem Deckel verbunden ist und die axiale Öffnung in der Deckelbasis abschnittweise durchdringt. Der radial äußere Abschnitt des Ventilschiebers ist abdichtend an eine axial untere Dichtfläche der Deckelbasis anlegbar. An dem Ventilschieber dieses Flüssigkeitsentnahmeventils ist ein Druckentlastungsventil ausgebildet, welches ebenso wie der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils durch Einwirken einer mittig angreifenden axialen Kraft auf den Deckel in Öffnungsrichtung betätigbar ist. Dabei wird jedoch über den Betätigungsweg des Deckels gesehen das Druckentlastungsventil vor dem Flüssigkeitsentnahmeventil in Öffnungsrichtung betätigt. Weiter ist bei dieser Vorrichtung vorgesehen, dass das Druckentlastungsventil einen Ventilstößel aufweist, der mit der Unterseite des Deckels fest verbunden ist, dass der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils eine zentrale Öffnung aufweist, in welcher der Ventilstößel des Druckentlastungsventils axial beweglich aufgenommen ist, und dass der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils an seiner deckelnahen Unterseite eine Dichtung aufweist, an der eine Dichtfläche des Ventilstößels des Druckentlastungsventils anlegbar ist. Wenngleich diese bekannte Vorrichtung schon sehr vorteilhaft ausgebildet und für eine Serienherstellung geeignet ist, so baut sie doch noch vergleichsweise hoch. Außerdem sind vor allem deren Ventilbauteile konstruktionsbedingt vergleichsweise teuer herstellbar. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus der DE 10 201 1 101 109 A1 bekannte Verschließ- und Öffnungsvorrichtung für einen Getränkebehälter so weiterzuentwickeln, dass diese bei gleicher oder besserer Funktionalität kostengünstiger herstellbar sowie axial kürzer ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der vor der Erstbenutzung der Vorrichtung durch Ausgasen von C02 in dem Getränkebehälter wirkende Überdruck den Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils mit einer vergleichsweise großen Kraft gegen seinen Ventilsitz drückt, und dass ein Herunterdrücken desselben in Öffnungsrichtung nur mit einer unvorteilhaft großen, entgegengerichteten Betätigungskraft möglich ist. Mithilfe eines gesonderten Ventils, welches ebenfalls durch eine Krafteinwirkung auf den Deckel in Öffnungsrichtung betätigt wird, kann der hohe Überdruck im Getränkebehälter soweit abgebaut werden, dass das Betätigen des Ventilschiebers in Öffnungsrichtung mit einer vergleichsweise geringen Kraft erfolgen kann.
Die Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 daher aus von einer Verschließ- und Öffnungsvorrichtung für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter, mit einer an dem offenen Ende des Behälters befestigbaren Deckelbasis, welche zentrisch eine axiale Öffnung aufweist, mit einem bistabilen Deckel, der nach Einwirken einer mittig angreifenden ersten Axialkraft in einem ersten stabilen Zustand eine konkave Geometrie und nach Einwirken einer radial außen angreifenden zweiten Axialkraft in seinem zweiten stabilen Zustand eine konvexe Geometrie aufweist, wobei der Deckel die axiale Öffnung der Deckelbasis von oben abdeckt, sowie mit einem Ventilschieber eines Flüssigkeitsentnahmeventils, der mit dem Deckel verbunden ist und die axiale Öffnung in der Deckelbasis abschnittweise durchdringt, bei dem ein radial äußerer Abschnitt des Ventilschiebers an eine axial untere Dichtfläche der Deckelbasis abdichtend anlegbar ist, bei dem an dem Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils ein Druckentlastungsventil ausgebildet ist, welches durch Einwirken einer auf der Oberseite des Deckels angreifenden axialen dritten Kraft in Öffnungsrichtung betätigbar ist, wobei das Druckentlastungsventil einen Ventilstößel aufweist, der mit der Unterseite des Deckels fest verbunden ist, wobei der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils eine zentrische Bohrung aufweist, in welcher der Ventilstößel des Druckentlastungsventils axial beweglich aufgenommen ist, und bei dem das Druckentlastungsventil bei der Einwirkung einer Axialkraft auf die Oberseite des Deckels über den Betätigungsweg des Deckels gesehen vor dem Flüssigkeitsentnahmeventil in Öffnungsrichtung betätigbar ist.
Zur weiteren Verbesserung dieser Verschließ- und Öffnungsvorrichtung sieht die Erfindung vor, dass der Ventilstößel des Druckentlastungsventils ein Dichtungsmaterial trägt, welches im Schließzustand des Druckentlastungsventils dichtend axial an einer radial inneren Dichtfläche des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils anliegt und im Öffnungszustand des Druckentlastungsventils von dieser Dichtfläche abgehoben ist.
Die beschriebene Bauweise ermöglicht eine kostengünstigere Herstellung der Bauteile Deckelbasis, Ventilsschieber und Ventilstößel der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung sowie eine axial geringere Länge derselben, ohne dabei Abstriche an der Funktionalität der Gesamtvorrichtung machen zu müssen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dieser Verschließ- und Öffnungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Deckelbasis weitgehend topfförmig ausgebildet ist, mit einem radial äußeren Befestigungsrand, der auf das offene Ende des Behälters aufsetzbar und mit diesem abdichtend verbindbar ist, dass sich an diesen Befestigungsrand radial innen ein zylindrischer oder konischer Abschnitt anschließt, der in eine radial nach innen gerichtete kreisförmige Stufe übergeht, an die sich ein axial von dem Befestigungsrand weg erstreckender konischer Abschnitt anschließt, wobei die Deckelbasis am axialen Ende ihres konischen Ab- schnitte in einen planen Boden übergeht, welcher sich nach radial innen erstreckt, und bei dem dieser plane Boden eine zentrische axiale Öffnung aufweist, an deren Rand mehrere Deckelbasisstege angeordnet sind, die axial und radial vom planen Boden in Richtung zum Deckel weisen. Diese baulichen Merkmale der Deckelbasis ermöglichen sehr serientaugliche Herstellung desselben aus einem dünnen Aluminiumblech in einem besonders kostengünstigen Stanz- und Umformverfahren in nur einem Arbeitsgang. Insbesondere die Bereitstellung einer mittigen, planen und kreisförmigen Dichtfläche für den Ventilstößel an der Unterseite der Deckelbasis sowie der Deckelbasisstege in nur einem Herstellschritt wird als sehr vorteilhaft beurteilt.
Die in Richtung zum Deckel weisenden Deckelbasisstege dienen in bekannter Weise als Widerlager für den Deckel der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung, an denen sich der Deckel axial abstützt, wenn auf ihn eine in Öffnungsrichtung, also eine in Richtung zum Inneren des Behälters wirkende Kraft angreift. Die Deckelbasisstege sind bevorzugt leicht nach radial innen geneigt an der Deckelbasis ausgerichtet angeordnet, wodurch sie wie druckelastische Federn wirken. Zum gleichen Zweck weisen die Deckelbasisstege im Längsschnitt eine etwa wellenförmige Geometrie auf, so dass an jedem dieser Deckelbasisstege eine radiale, ringabschnittförmige Vertiefung oder Nut ausgebildet ist.
Die Deckelbasisstege erstrecken sich etwa über einem Drittel der axialen Länge der gesamten Deckelbasis, so dass der Deckel einerseits nicht über den behälterfernen Rand der Deckelbasis hinausragt und andererseits lang genug ist, um den für die beschriebene Geometrieänderung des Deckels notwendigen Betätigungsweg zu ermöglichen.
Außerdem ist bei der Deckelbasis am radial äußeren Ende ihres planen Bodens an ihrer deckelfernen Unterseite eine Dichtung angeordnet, an der eine radial äußere Dichtfläche des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils abdichtend anlegbar ist. Die Dichtung ist als ein ringförmiger Dichtstreifen ausgebildet ist, der aus einem Silikonmaterial, einem Gummimaterial oder bevorzugt aus einem geschlossenporigen Polyurethanschaum besteht. Die Dichtung verhindert sicher, dass in der Schließstellung der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung in dem Behälter befindliche Flüssigkeit oder ein unter Überdruck stehendes Gas aus diesem austreten kann.
Der kreisrunde Deckel der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung ist aus einem biegeweichen Kunststoffmaterial hergestellt. Er kann zwei stabile Geometrien annehmen. Ein Wechsel von der ersten konvexen Geometrie in die zweite konkave Geometrie kann durch die Ausübung einer Axialkraft auf die Mitte des Deckels ausgelöst werden. Ein Zurückschnappen in die erste konvexe Geometrie ist durch das Ausüben einer Axialkraft auf den Rand des Deckels auslösbar.
Der Deckel weist an seiner Unterseite kreisförmig angeordnete sowie sich von dieser Unterseite axial weg erstreckende axial lange Deckelstege auf. Radial innerhalb dieses Kreises aus langen Deckelstegen sind an der Unterseite des Deckels axial kurze Deckelstege ausgebildet und kreisförmig angeordnet. Die axial langen Deckelstege dienen der radialen Zentrierung des Deckels an den bereits beschriebenen Deckelbasisstegen. Die axial kurzen Deckelstege dienen dazu, bei einer Druckentlastungsbetätigung des Deckels auf die deckelnahe Oberseite des Ventilschiebers so einzuwirken, dass sich dieser in Öffnungsrichtung, also in Richtung zum Inneren des Behälters bewegt. Die kurzen Deckelstege ermöglichen daher eine definierte Anlage des Deckels an den genannten Ventilschieber. Dies wird an einem Ausführungsbeispiel noch weiter erläutert.
Vorzugsweise sind an dem Deckel doppelt so viele lange Deckelstege wie kurze Deckelstege ausgebildet sind, und die Deckelbasis weist nur halb so viele Deckelbasisstege auf wie an dem Deckel lange Deckelstege ausgebildet sind. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die langen Deckelstege mehr als doppelt so lang sind wie die kurzen Deckelstege. Durch diese Bauweise sind ausreichend viele kurze und lange Deckelstege sowie ausreichend viele Deckelbasisstege vorhanden, um den Materialeinsatz zu minimieren und um dennoch deren beschriebene Funktion zu gewährleisten. Weiter hat es sich als sehr sinnvoll erwiesen, wenn die langen Deckelstege so am Deckel angeordnet sind, dass sie sich nach einem Zusammenbau der Vorrichtung mit einem kleinen radialen Spiel radial innerhalb des durch die Deckelbasisstege gebildeten Kreises befinden. Diese Bauform ermöglicht sowohl beim Zusammenbau der Einzelteile der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung als auch in der Schließstellung des Deckels eine gute Zentrierung des Deckels auf der Deckelbasis sowie nach deren Verbindung mit dem Ventilschieber und dem Ventilstößel eine gute Zentrierung von letzteren zueinander sowie in Bezug zur Deckelbasis.
Gemäß einer weiteren Optimierung kann vorgesehen sein, dass die um- fangsbezogene Breite der Deckelbasisstege und der axial langen Deckelstege sowie deren jeweiliger Abstand zueinander so gewählt ist, dass in jeder Verdrehstellung des Deckels in Bezug zur Deckelbasis mindestens ein Deckelbasissteg radial gegenüber mindestens einem der axial langen Deckelstege angeordnet ist. Durch diese Bauform wird sicher verhindert, dass der Deckel seine Zentrierung auf der Deckelbasis verliert oder die axial langen Deckelstege sich mit den Deckelbasisstegen verhaken.
Hinsichtlich des Deckels ist bevorzugt vorgesehen, dass dieser an seiner Unterseite mittig einen zylindrischen Stift aufweist, der sich von dem Deckel weg erstreckt und kurz vor seinem freien axialen Ende ein erstes Rastmittel in der Form einer ringförmigen Verdickung aufweist. Dieses erste Rastmittel gelangt bei einer Verbindung des Deckels mit dem schon genannten Ventilstößel mit einem zweiten Rastmittel an letzteren in Eingriff, worauf noch weiter eingegangen wird.
Der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils ist bevorzugt scheibenförmig ausgebildet und vorzugsweise aus einen Aluminiumblech hergestellt. Es ist aber auch möglich, diesen aus einem biegesteifen Kunststoffmaterial herzustellen. Der Ventilschieber weist von radial außen nach radial innen gesehen zuerst einen radial äußeren planen Abschnitt auf, an den sich ein erhabener und sich nach radial innen verjüngender erster konischer Abschnitt anschließt. Weiter nach radial innen folgt dann eine ringförmige Stufe, die vorzugsweise geneigt zu der durch den radial äußeren planen Abschnitt ausgerichtet ist. Abschließend folgt ein sich nach radial innen verjüngender zweiter konischer Abschnitt, an den sich weiter nach radial innen ein radial innerer planer Abschnitt anschließt, welcher eine zentrische Axialbohrung aufweist.
Bevorzugt weist der erste konische Abschnitt des Ventilschiebers einen größeren Krümmungsradius auf als der zweite konische Abschnitt, und die ringförmige Stufe ist bevorzugt als geometrischer Übergangsbereich zwischen diesen beiden konischen Abschnitten ausgebildet. Die beschriebene Bauweise des Ventilschiebers ermöglicht eine serientaugliche Massenherstellung des Ventilschiebers in einem einzigen Stanz- und Umformvorgang, wobei Risse in dem umgeformten Material bei der Ausbildung des radial inneren planen Abschnitts sicher vermieden werden. Zur Erinnerung sei darauf hingewiesen, dass dieser radial innere plane Abschnitt die Betätigungsfläche am Ventilschieber darstellt, auf weiche die axial kurzen Deckelstege des Deckels bei einer Öffnungsbetätigung desselben zur Anlage gelangen.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal dieses Ventilschiebers kann es sein, dass die durch die beiden konischen Abschnitte, die Stufe und den radial inneren planen Abschnitt gebildete axiale Erhebung des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils eine so große axiale Länge aufweist, dass diese Erhebung die axiale Öffnung der Deckelbasis nach deren Zusammenbau durchdringt.
Gemäß einem weiteren Merkmal kann vorgesehen sein, dass der radial innere plane Abschnitt des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils einen Außendurchmesser aufweist, der weniger als 20% des Außendurchmessers des radial äußeren scheibenförmigen Abschnitts beträgt, wobei diese Bereichsgrenze mit eingeschlossen ist. Diese Vorgabe des Außendurchmessers des radial inneren scheibenförmigen Abschnitts des Ventilschiebers korrespondiert mit dem Durchmesser des durch die axial kurzen Deckelstege gebildeten Kreises an der Unterseite des Deckels.
Nachfolgend werden bevorzugte bauliche Merkmale des Ventilstößels des Druckentlastungsventils beschrieben. Der Ventilstößel weist bevorzugt eine zentrale axiale Bohrung zur unverlierbaren Aufnahme des deckelseitigen Stifts auf. Diese Bohrung ist durch eine hohlzylindrische Kernwand gebildet ist, die sich rohrförmig über die gesamt axiale Länge des Ventilstößels erstreckt. An der radialen Außenseite der Kernwand sind entlang eines axialen Führungsabschnitts radiale Führungsstege angeordnet. Im Bereich der axialen Mitte des Ventilstößels erstreckt sich ausgehend von der Kernwand nach radial außen eine scheibenförmige Querwand. Am radialen Ende dieser Querwand ist eine zylindrische Tragwand ausgebildet, die sich von dem Führungsabschnitt axial weg erstreckt. Die Kernwand, die Führungsstege, die Querwand und die Tragwand sind vorzugsweise einstückig aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt.
Im Zusammenbauzustand der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung ist der Ventilstößel im Bereich eines durch die Führungsstege gebildeten axialen Führungsabschnitts mit geringem radialen Spiel in der zentrischen axialen Bohrung im Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils aufgenommen. Der Außendurchmesser des Ventilstößels ist im Bereich der Führungsstege daher geringfügig kleiner als der Durchmesser der axialen Bohrung im Ventilschieber. Axial unterhalb der Führungsstege ist am Ventilstößel durch die Querwand und die Tragwand ein Dichtungsabschnitt ausgebildet, in dem der Außendurchmesser des Ventilstößels größer ist als der Durchmesser der axialen Bohrung im Ventilschieber.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ventilstößel des Druckentlastungsventils an der Querwand und/oder an der dem Deckel zugewandeten Axialseite der zylindrischen Tragwand mit einem Dichtmittel versehen ist, welches abdichtend an einer radial inneren Dichtfläche des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils anlegbar ist. Diese radial innere Dichtfläche des Ventilschie- bers ist an der deckelfernen Seite des radial inneren planen Abschnitts des Ventilschiebers ausgebildet. Das Dichtmittel besteht aus einem Silikonmaterial, einem Gummimaterial oder bevorzugt aus einem geschlossenporigen Polyurethanschaum.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal kann vorgesehen sein, dass an dem Ventilstößel axial unterhalb der Querwand von der zylindrischen Tragwand und der hohlzylindrischen Kernwand umschlossen mehrere Hohlräume ausgebildet sind, die durch mehrere axial und radial ausgerichtete Versteifungsstege umfangsbezogen voneinander getrennt sowie deckelfern offen sind. Durch diese Bauform ist der Ventilstößel besonders leicht ausgebildet und die Materialmenge zur Herstellung desselben ist geringer als bei einer massiven Ausbildung in diesem Bereich.
Weiter ist es sehr vorteilhaft, wenn die axiale Bohrung des Ventilstößels des Druckentlastungsventils im Bereich der Führungsstege den gleichen Durchmesser aufweist wie der Außendurchmesser der ringförmigen Verdickung des Stifts des Deckels, und dass die Bohrung des Ventilstößels im axialen Bereich der zylindrischen Tragwand eine Engstelle mit reduziertem Durchmesser zur verrastenden Aufnahme der ringförmigen Verdickung des Stifts aufweist.
Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Wände der Führungsstege des Ventilstößels sowie die Wand der zentralen Bohrung des Ventilschiebers nach deren Zusammenbau Strömungskanäle zum Abströmen von Gas aus dem Behälter bei einer Betätigung des Druckentlastungsventils bilden.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt, die eine erfindungsgemäß ausgebildete Verschließ- und Öffnungsvorrichtung in verschiedenen Ansichten darstellt. Darin zeigt Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch alle Bestandteile einer erfindungsgemäß ausgebildete Verschließ- und Öffnungsvorrichtung vor deren Zusammenbau,
Fig. 2 die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einen schematischen Längsschnitt nach ihrem Zusammenbau und nach einer Verbindung mit einer Getränkedose,
Fig. 3 die Unterseite des Deckels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 4 die Unterseite der Deckelbasis der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 5 die Oberseite des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 6 einen axialen Längsschnitt durch den Ventilstößel des Druckentlastungsventils der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 7 den Ventilstößel gemäß Fig. 6 in einer Draufsicht auf dessen deckelnahen Oberseite,
Fig. 8 den Ventilstößel gemäß Fig. 6 und Fig. 7 in einer Draufsicht auf dessen deckelferne Unterseite,
Fig. 9 einen Längsschnitt durch die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung gemäß Fig. 1 nach ihrem Zusammenbau in deren Schließstellung, und
Fig. 10 einen Längsschnitt durch die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung gemäß Fig. 9 in deren Öffnungsstellung,
Ebenso wie die aus der DE 10 2011 101 109 A1 bekannte Verschließ- und Öffnungsvorrichtung verfügt auch die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 ge- mäß der Erfindung über ein Flüssigkeitsentnahmeventil 28, in das ein Druckentlastungsventil 29 integriert ist. Auf den Aufbau und die Funktionsweise dieser beiden Ventile 28, 29 wird nachfolgend eingegangen.
Wie vor allem Fig. 1 besonders deutlich zeigt, besteht die gemäß der Lehre der Erfindung aufgebaute Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 aus einer etwa topfförmig ausgebildeten Deckelbasis 2, deren radialer Befestigungsrand 3 in axialer Richtung halbkreisförmig ausgebildet ist und durch einen Umformvorgang mit dem bis dahin offenen Ende eines eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälters 23 dauerhaft und abdichtend verbindbar ist. Der Behälter ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Getränkedose auf Aluminium und auch die Deckelbasis 2 besteht aus diesem Werkstoff.
Die Einzelteilzeichnungen gemäß den Figuren 1 und 4 verdeutlichen, dass die Deckebasis 2 im Bereich ihres radialen Endes eine besondere Form aufweist. So folgt in einem Längsschnitt von radial außen nach radial innen gesehen auf den Befestigungsrand 3 ein erster zylindrischer oder konischer Abschnitt 40, dann eine nach radial innen abfallende Stufe 41 , dann ein zweiter zylindrischer oder konischer Abschnitt 42 und schließlich ein in etwa scheibenförmiger, planer Boden 43 der Deckelbasis 2. Die Deckelbasis 2 weist zentrisch eine axiale Öffnung 27 auf, an dessen Rand in diesem Ausführungsbeispiel fünf Deckelbasisstege 5a, 5b, 5c, 5d, 5e ausgebildet sind. Die Deckelbasis 2 ist mit ihren Deckelbasisstegen 5a - 5e einstückig in einem Stanz- und Umformvorgang aus einem Aluminiumblech herstellbar.
Die Deckelbasisstege 5a - 5e sind leicht nach radial innen geneigt ausgerichtet und jeder dieser Deckelbasisstege 5a - 5e weist im Längsschnitt eine etwa wellenförmige Geometrie auf, so dass an jedem dieser Deckelbasisstege 5a - 5e eine radiale, ringabschnittförmige Vertiefung oder Nut 34 ausgebildet ist, wodurch die Deckelbasisstege 5a - 5e bei einer Belastung durch eine Axialkraft wie druckelastische Federn wirken. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich die Deckelbasisstege 5a - 5e etwa über einem Drittel der axialen Länge der gesamten Deckelbasis 2 erstrecken.
Wie vor allem Fig. 4 zeigt, weist die Deckelbasis 2 im Bereich des radial äußeren Endes ihres planen Bodens 43 an ihrer deckelfernen Unterseite eine Dichtung 16 auf, an der eine radialäußere Dichtfläche 17 des Ventilschiebers 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 anlegbar ist. Die Dichtung 16 ist als ein ringförmiger Dichtstreifen ausgebildet ist, der aus Silikonmaterial, einem Gummimaterial oder einem geschlossenporigen Polyurethanschaum besteht.
Der Deckel 7 weist in einer Schließstellung eine erste stabile Geometrie auf, nämlich eine konvexe Form. Durch das Einwirken einer mittig angreifenden ersten Axialkraft F1 wölbt sich der Deckel 7 in einen zweiten stabilen Zustand, bei der er eine konkave Geometrie aufweist. Nach einem Einwirken einer radial außen angreifenden zweiten Axialkraft F2 schnappt die Geometrie des Deckels 7 um und nimmt im Sinne eines zweiten stabilen Zustande eine konvexe Geometrie an. Fig. 3 kann besonders deutlich entnommen werden, dass der Deckel 7 kreisförmig ausgebildet ist und radial außen eine Verdickung 21 aufweist, mit welcher der Deckel 7 auf der deckelnahen Oberseite der Deckelbasis 2 abdichtend auflegbar ist.
Der Deckel 7 weist an seiner Unterseite kreisförmig angeordnete sowie sich von dieser Unterseite axial weg erstreckende lange Deckelstege 8a - 8j auf und radial innerhalb dieser langen Deckelstege 8a - 8j sind kreisförmig kurze Deckelstege 4a - 4e angeordnet, die sich ebenfalls axial von der Unterseite des Deckels 7 weg erstrecken.
Am Deckel 7 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Anzahl der langen Deckelstege 8a - 8j doppelt so groß wie die der kurzen Deckelstege 4a - 4e, und die Deckelbasis 2 weist nur halb so viele Deckelbasisstege 5a - 5e auf wie an dem Deckel 7 lange Deckelstege 8a - 8j ausgebildet sind. Fig. 1 zeigt auch deut- lieh, dass die langen Deckelstege 8a - 8j mehr als doppelt so lang sind wie die kurzen Deckelstege 4a - 4e.
Weiter ist vorgesehen, dass die langen Deckelstege 8a - 8j derartig am Deckel 7 angeordnet sind, dass sie sich nach einem Zusammenbau der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 mit nur geringem radialen Spiel radial innerhalb eines durch die Deckelbasisstege 5a - 5e gebildeten Kreises befinden (Fig. 2).
Wie ein Vergleich der Ansicht auf die deckelbasisnahe Unterseite des Deckels 7 gemäß Fig. 4 sowie der Blick auf die deckelferne Unterseite der Deckelbasis 2 gemäß Fig. 7 zeigt, ist die umfangsbezogene Breite der Deckelbasisstege 5a - 5e und die umfangsbezogene Breitre der langen Deckelstege 8a - 8j sowie deren jeweiliger Abstand zueinander so gewählt, dass im zusammengebauten Zustand in jeder Verdrehstellung des Deckels 7 in Bezug zur Deckelbasis 2 mindestens ein Deckelbasissteg 5a - 5e radial gegenüber mindestens einem der langen Deckelstege 8a - 8j angeordnet ist. Hierdurch wird besonders effektiv eine radiale Zentrierung des Deckels 7 an den Deckelbasisstegen 5a - 5e erreicht.
Die Figuren 1 und 3 zeigen deutlich, dass der Deckel 7 an seiner deckelba- sisnahen Unterseite mittig einen zylindrischen Stift 9 aufweist, der kurz vor seinem freien axialen Ende eine ringförmige Verdickung 14 aufweist. Diese Verdickung 14 dient als erstes Rastmittel, welches mit einem zentrischen zweiten Rastmittel an Ventilstößel 13 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 zusammenwirkt, worauf noch eingegangen wird.
Insbesondere die Figuren 1 und 5 zeigen deutlich, dass der Ventilschieber 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 weitgehend scheibenförmig ausgebildet ist. Dabei ist die Längsschnittdarstellung des Ventilschiebers 10 gemäß Fig. 1 sehr schematisch und zeigt nicht die besonderen geometrischen Details des Ventilschiebers 10, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind. Gemäß Fig. 5 verfügt der Ventilschieber 10 von seinem radial äußeren Ende 1 1 ausgehend nach radial innen gesehen über einen radial äußeren planen Abschnitt 50, an den sich ein erhabener und sich nach radial innen verjüngender erster konischer Abschnitt 51 a anschließt. Der erste konische Abschnitt 51 a endet radial innen an einer ringförmigen Stufe 52, an die sich ein nach radial innen verjüngender zweiter konischer Abschnitt 51 b anschließt. An diesen zweiten konischen Abschnitt 51 b schließt sich am radial inneren Ende 12 des Ventilschiebers 10 ein radial innerer planer Abschnitt 53 an, welcher eine zentrische Bohrung 19 aufweist. Die ringförmige Stufe 52 muss nicht unbedingt einen planen Abschnitt aufweisen, sondern diese Stufe
52 kann auch durch einen schrägen geometrischen Übergang von der Konizität zwischen dem ersten konischen Abschnitt 51 a und dem zweiten Abschnitt 51 b gebildet sein. So hat bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel der erste konische Abschnitt 51a einen größeren Krümmungsradius als der zweite konische Abschnitt 51 b. Diese besondere Formgebung der zentralen axialen Erhebung des Ventilschiebers 10 ist sehr vorteilhaft für die herstellungstechnische Ausbildung von dessen radial inneren planen Abschnitts 53 in nur einem Umformvorgang.
Wie die Figuren 2, 9 und 10 verdeutlichen, weist die durch die beiden konischen Abschnitte 51 a, 51 b, die Stufe 52 und den radial inneren planen Abschnitt
53 gebildete axiale Erhebung des Ventilschiebers 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 eine so große axiale Länge auf, dass diese Erhebung die zentrale Öffnung 27 der Deckelbasis 2 nach dem Zusammenbau der Bauteile der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 axial durchdringt.
Weiter ist der Ventilschieber 10 dieser Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 5 so ausgebildet, dass sein radial innerer planer Abschnitt 53 einen Außendurchmesser aufweist, der weniger als 20% des Außendurchmessers des radial äußeren scheibenförmigen Abschnitts 50 beträgt, einschließlich der Bereichsgrenze. Hierdurch sind bei vergleichsweise geringem Materialeinsatz am Ventilschieber 10 ausreichend große Abdichtungsbereiche für das Druckentlastungsventil 29 und das Flüssigkeitsentnahmeventil 28 vorgesehen. In den Figuren 6 bis 8 ist der Ventilstößel 13 des Druckentlastungsventils 29 im Detail dargestellt. Der gezeigte Ventilstößel 13 ist ein in einem Spritzgussverfahren hergestelltes Bauteil der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 gemäß den Figuren 1 und 2, welches im Zusammenbauzustand gemäß Fig. 2 deckelfern an der Unterseite des Ventilschiebers 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 angeordnet und mit der deckelbasisnahen Unterseite des Deckels 7 fest verbunden ist. Der Ventilstößel 13 weist eine zentrale Bohrung 15 zur unverlierbaren Aufnahme und Befestigung des deckelseitigen Stifts 9 auf. Die Bohrung 15 ist durch eine hohlzylindrische Kernwand 55 gebildet, die sich axial über die gesamte axiale Länge des Ventilstößels 13 erstreckt (siehe Fig. 6).
An der radialen Außenseite der Kernwand 55 sind entlang eines axialen Führungsabschnitts 56 radiale Führungsstege 6a - 6e angeordnet, die sich nach dem Verbinden des Ventilstößels 13 mit dem Deckel 7 den Ventilstößel 13 radial zentrierend an der zentrischen Öffnung 19 des Ventilschiebers 10 abstützen. Hierzu ist vorgesehen, dass der Außendurchmesser des Ventilstößels 13 des Druckentlastungsventils 29 im Bereich des durch die Führungsstege 6a - 6e gebildeten axialen Führungsabschnitts 56 mit geringem radialen Spiel kleiner ist als der Durchmesser der zentralen axialen Bohrung 19 im Ventilschieber 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28.
Etwa im Bereich der axialen Mitte des Ventilstößels 13 ist an diesem ausgehend von der zentralen Kernwand 55 eine Querwand 22 ausgebildet, die sich scheibenförmig nach radial außen erstreckt, und an deren radialen Ende eine zylindrische Tragwand 58 ausgebildet ist. Diese zylindrische Tragwand 58 erstreckt sich von der scheibenförmigen Querwand 22 axial von den Führungsstegen 6a - 6e weg. Hierbei ist vorgesehen, dass der Außendurchmesser des Ventilstößels 13 im Bereich der zylindrischen Tragwand 58 größer ist als der Durchmesser der zentrischen Bohrung 19 im Ventilschieber 10.
Wie insbesondere die Figuren 6 und 7 zeigen, ist der Ventilstößel 13 des Druckentlastungsventils 29 in einem Dichtungsabschnitt 57 desselben an der Querwand 22 und an der dem Deckel 7 zugewandeten Axialseite der zylindrischen Tragwand 58 mit einem Dichtmittel 18 versehen, welches abdichtend an einer radial inneren Dichtfläche 59 des Ventilschiebers 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 anlegbar ist. Das Dichtmittel 18 ist demnach ringförmig auf der Querwand 22 und der Tragwand 58 angeordnet und besteht aus einem Silikonmaterial, einem Gummimaterial oder einem geschlossenporigen Polyurethanschaum.
Weiter ist in den Figuren 6 und 8 erkennbar, dass an dem Ventilstößel 13 axial unterhalb der Querwand 22 von der zylindrischen Tragwand 58 und der hohlzylindrischen Kernwand 55 umschlossen mehrere Hohlräume 44, 45, 46, 47, 48 gebildet sind, die durch mehrere axial und radial ausgerichtete Versteifungsstege 20a - 20e umfangsbezogen voneinander getrennt sowie deckelfern offen sind. Diese Konstruktion macht den Ventilstößel 13 leicht und steif zugleich.
Die Bohrung 15 des Ventilstößels 13 des Druckentlastungsventils 29 weist im axialen Bereich 56 der Führungsstege 6a - 6e den gleichen oder einen etwas größeren Durchmesser auf wie der Außendurchmesser der ringförmigen Verdickung 14 des Stifts 9 des Deckels 7. Dadurch lässt sich der Stift leicht in die Bohrung 15 einführen. Im axialen Bereich 57 der zylindrischen Tragwand 58 ist die Bohrung 15 jedoch durch eine Engstelle 30 im Durchmesser eingeengt, welche zur verrastenden Aufnahme der ringförmigen Verdickung 14 des Stifts 9 dient.
Durch den gewählten konstruktiven Aufbau des Ventilstößels 13 des Druckentlastungsventils 29 bilden die umfangsbezogenen Wandflächen der Führungsstege 6a - 6e des Ventilstößels 13 sowie die Wand der zentralen Bohrung 19 des Ventilschiebers 10 Strömungskanäle 25 zum Abströmen von Gas aus dem Behälter 23 bei einer Betätigung des Druckentlastungsventils 29 durch Ausüben einer Axialkraft auf den Deckel 7.
Nachfolgend wird anhand der Figuren 9 und 10 beschrieben, wie die gemäß der Erfindung ausgebildete Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 funktioniert: In der Schließstellung der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 ist gemäß Fig. 9 der Deckel 7 konvex gewölbt und liegt mit seinem radial äußeren Rand auf der deckelnahen Seite des planen Bodens 43 der Deckelbasis 2 auf. Da der Stift 9 des Deckels 7 fest mit dem Ventilstößel 13 verbunden ist, drückt dieser mit seinem Dichtmittel 18 fest und abdichtend gegen die radial innere Dichtfläche 59 des Ventilschiebers 10. Die Führungsstege 6a - 6e des Ventilstößels 13 zentrieren diesen dabei in der zentrischen Bohrung 19 des Ventilsschiebers 10.
Zum Öffnen der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 , die an einem Behälter 23 befestigt ist, in dessen Inneren ein Überdruck herrscht, wird zunächst das Druckentlastungsventil 29 der Vorrichtung zu betätigen. Dies geschieht durch Ausüben einer vergleichsweise geringen Axialkraft F3 auf die behälterferne Oberseite des Deckels 7. Sobald die Axialkraft F3 wie in Fig. 10 dargestellt mit ausreichender Stärke auf die behälterferne Oberseite des Deckels 7 einwirkt, bewirkt dies, dass der Ventilstößel 13 mit seinem Dichtmittel 18 von der radial inneren Dichtfläche 59 des Ventilschiebers 10 abhebt und einen im Behälter 23 vorhandenen Überdruck aus dem Behälter 23 entweichen lässt. Der als gepunktet gezeichneter Pfeil dargestellte Strömungsweg 31 führt aus dem Inneren des Behälters 23 vorbei an dem Dichtmittel 18 zu den zwischen der Kernwand 55 und den Führungsstegen 6a - 6e des Ventilstößels 13 sowie der durch die Wand der zentrischen Bohrung 19 im Ventilschieber 10 gebildeten Strömungskanal in einen Raum zwischen den Deckel 7 und dem Ventilschieber 10. Von dort strömt das entweichende Gas zwischen den kurzen Deckelstegen 4a - 4e und den langen Deckelstegen 8a - 8i sowie zwischen der Unterseite des Deckels 7 und der Oberseite des Bodens 43 der Deckelbasis 2 weg von der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 und dem Behälter 23.
Nachdem der Überdruck aus dem Behälter 23 entwichen ist, kann durch eine Betätigung des Flüssigkeitsentnahmeventils 28· mit der Ausübung einer Öffnungskraft F1 auf die Oberseite des Deckels 7 derselbe weiter in Richtung zum Inneren des Behälters 23 verformt werden. Dabei drücken die axial kurzen De- ckelstege 4a - 4e auf den radial inneren planen Abschnitt 53 des Ventilschiebers 10, so dass dieser von der an der Unterseite der Deckelbasis 2 angeordneten Dichtung 16 abhebt. Bei weiterer Ausübung der Öffnungskraft F1 auf die Oberseite des Deckels 7 überschreitet dessen Verformung einen Schwellwert, so dass sich der Deckel 7 in seine zweite stabile und konkave Geometrie umformt
(Fig. 10). In dieser Stellung bleibt der Deckel 7 solange, bis auf dessen Rand eine axiale Schließkraft F2 ausreichender Größe einwirkt. In der beschriebenen Öffnungsstellung der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 kann die in dem Behälter 23 vorhandene Flüssigkeit aus demselben entnommen werden. Dabei fließt diese Flüssigkeit zwischen dem Ventilschieber 10 und der behälterseitige Unterseite der Deckelbasis 2 durch die Öffnung 27 derselben und dann vorbei an den Deckelbasisstegen 5a - 5e hin zum Befestigungsrand 3 der Deckelbasis 2.
Wie Fig. 10 veranschaulicht, ist die auf den Deckel 7 wirkende Druckentlastungskraft F3 kleiner als die Öffnungskraft F1 und die Schließkraft F2, und die Schließkraft F2 ist kleiner als die Öffnungskraft F1. Außerdem ist erkennbar, dass der bei einer Öffnungsbewegung des Deckels 7 notwendige Betätigungsweg 32 zur Druckentlastung des Behälters 23 sehr viel kleiner ist als derjenige Betätigungsweg 33, welcher erforderlich ist, um die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 in die Öffnungsstellung zu bringen, in der bei konkav gewölbtem Deckel 7 eine Flüssigkeit aus dem Behälter 23 entnommen werden kann.
Bezugszeichen
Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
Deckelbasis
Befestigungsrand
a - 4e Kurze Deckelstege
a - 5e Deckelbasisstege
a - 6e Führungsstege am Ventilstößel
Bistabiler Deckel
a - 8j Lange Deckelstege
Stift am Deckel
0 Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils1 Radial äußeres Ende des Ventilschiebers2 Radial inneres Ende des Ventilschiebers3 Ventilstößel des Druckentlastungsventils4 Ringförmige Verdickung am Stift
5 Zentrale Bohrung im Ventilstößel
6 Dichtmittel an der Unterseite der Deckelbasis7 Radial äußere Dichtfläche des Ventilschiebers8 Dichtmittel am Ventilstößel
9 Zentrische Axialbohrung im Ventilschieber0a - 20e Versteifungsstege am Ventilstößel
1 Verdickung am Außenumfang des Deckels2 Ringförmige Querwand des Ventilstößels3 Getränkebehälter, Behälterwand
5 Strömungskanal
6 Unterseite des Deckels
7 Axiale Öffnung in der Deckelbasis
8 Flüssigkeitsentnahmeventil
9 Druckentlastungsventil
0 Engstelle in der Bohrung 15 des Ventilstößels1 Strömungsweg 32 Betätigungsweg für Druckentlastung
33 Betätigungsweg zum Öffnen
34 Nut an Deckelbasissteg
40 Erster zylindrischer oder konischer Anschnitt an der Deckelbasis
41 Stufe an der Deckelbasis
42 Zweiter konischer oder konischer Abschnitt an der Deckelbasis
43 Boden der Deckelbasis
44 Erster ringssegmentförmiger Hohlraum
45 Zweiter ringssegmentförmiger Hohlraum
46 Dritter ringssegmentförmiger Hohlraum
47 Vierter ringssegmentförmiger Hohlraum
48 Fünfter ringssegmentförmiger Hohlraum
50 Radial äußerer planer Abschnitt am Ventilschieber
51 a Erster konischer Abschnitt am Ventilschieber
51 b Zweiter konischer Abschnitt am Ventilschieber
52 Ringförmige Stufe am Ventilschieber
53 Radial innerer planer Abschnitt am Ventilschieber
55 Hohlzylindrische Kernwand des Ventilstößels
56 Axialer Führungsabschnitt des Ventilstößels
57 Dichtungsabschnitt des Ventilstößels
58 Zylindrische Tragwand des Ventilstößels
59 Radial innere Dichtfläche des Ventilschiebers
F1 Erste Axialkraft, Öffnungskraft
F2 Zweite Axialkraft, Schließkraft
F3 Dritte Axialkraft, Druckentlastungskraft

Claims

Patentansprüche
1 . Verschließ- und Öffnungsvorrichtung (1) für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter (23), mit einer an dem offenen Ende des Behälters befestigbaren Deckelbasis (2), welche zentrisch eine axiale Öffnung (27) aufweist, mit einem bistabilen Deckel (7), der nach Einwirken einer mittig angreifenden ersten Axialkraft (F1 ) in einem ersten stabilen Zustand eine konkave Geometrie und nach Einwirken einer radial außen angreifenden zweiten Axialkraft (F2) in seinem zweiten stabilen Zustand eine konvexe Geometrie aufweist, wobei der Deckel (7) die axiale Öffnung (27) der Deckelbasis (2) von oben abdeckt, sowie mit einem Ventilschieber (10) eines Flüssigkeitsentnahmeventils (28), der mit dem Deckel (7) verbunden ist und die axiale Öffnung (27) in der Deckelbasis (2) abschnittweise durchdringt, bei dem ein radial äußerer Abschnitt (1 1 ) des Ventilschiebers (10) an eine axial untere Dichtfläche (32) der Deckelbasis (2) abdichtend anlegbar ist, bei dem an dem Ventilschieber (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) ein Druckentlastungsventil (29) ausgebildet ist, welches durch Einwirken einer auf der Oberseite des Deckels (7) angreifenden axialen dritten Kraft (F3) in Öffnungsrichtung betätigbar ist, wobei das Druckentlastungsventil (29) einen Ventilstößel (13) aufweist, der mit der Unterseite des Deckels (7) fest verbunden ist, wobei der Ventilschieber (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) eine zentrische Bohrung (19) aufweist, in welcher der Ventilstößel (13) des Druckentlastungsventils (29) axial beweglich aufgenommen ist, und bei dem das Druckentlastungsventil (29) bei der Einwirkung einer Axialkraft auf die Oberseite des Deckels (7) über den Betätigungsweg des Deckels (7) gesehen vor dem Flüssigkeitsentnahmeventil (28) in Öffnungsrichtung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (13) des Druckentlastungsventils (29) ein Dichtungsmaterial (18) trägt, welches im Schließzustand des Druckentlastungsventils (29) dichtend axial an einer radial inneren Dichtfläche (59) des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) anliegt und im Öffnungszustand von dieser Dichtfläche (57) abgehoben ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelbasis (2) weitgehend topfförmig ausgebildet ist, mit einem radial äußeren Befestigungsrand (3), der auf das offene Ende des Behälters (23) aufsetzbar und mit diesem abdichtend verbindbar ist, dass sich an diesen Befestigungsrand (3) radial innen ein zylindrischer oder konischer Abschnitt (40) anschließt, der in eine radial nach innen gerichtete kreisförmige Stufe (41 ) übergeht, an die sich ein sich axial von dem Befestigungsrand (3) weg erstreckender konischer Abschnitt (42) anschließt, wobei die Deckelbasis (2) am axialen Ende ihres konischen Abschnitts (42) in einen planen Boden (43) übergeht, welcher sich nach radial innen erstreckt, und bei dem dieser plane Boden (43) eine zentrische axiale Öffnung (27) aufweist, an deren Rand mehrere Deckelbasisstege (5a - 5e) angeordnet sind, die axial und radial vom planen Boden (43) in Richtung zum Deckel (7) weisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelbasisstege (5a - 5e) leicht nach radial innen geneigt ausgerichtet sind, und dass jeder der Deckelbasisstege (5a - 5e) im Längsschnitt eine etwa wellenförmige Geometrie aufweist, so dass an jedem dieser Deckelbasisstege (5a - 5e) eine radiale, ringabschnittförmige Vertiefung oder Nut (34) ausgebildet ist, wodurch die Deckelbasisstege (5a - 5e) wie druckelastische Federn wirken.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Deckelbasisstege (5a - 5e) etwa über einem Drittel der axialen Länge der gesamten Deckelbasis (2) erstrecken.
5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelbasis (2) am radial äußeren Ende ihres planen Bodens (43) an ihrer deckelfernen Unterseite eine Dichtung (16) aufweist, an der eine radial äußere Dichtfläche (17) des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) anlegbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) als ein ringförmiger Dichtstreifen ausgebildet ist, der aus einem Silikon- material, einem Gummimaterial oder einem geschlossenporigen Polyurethanschaum besteht.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (7) an seiner Unterseite kreisförmig angeordnete sowie sich von dieser Unterseite axial weg erstreckende lange Deckelstege (8a - 8j) aufweist, und dass an der Unterseite des Deckels (7) radial innerhalb dieser langen Deckelstege (8a - 8j) kreisförmig angeordnet kurze Deckelstege (4a - 4e) ausgebildet sind, die sich ebenfalls axial von der Unterseite des Deckels (7) weg erstrecken.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Deckel (7) doppelt so viele lange Deckelstege (8a - 8j) wie kurze Deckelstege (4a - 4e) ausgebildet sind, und dass die Deckelbasis (2) nur halb so viele Deckelbasisstege (5a - 5e) aufweist wie an dem Deckel (7) lange Deckelstege (8a - 8j) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die langen Deckelstege (8a - 8j) mehr als doppelt so lang sind wie die kurzen Deckelstege (4a - 4e).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die langen Deckelstege (8a - 8j) so am Deckel (7) angeordnet sind, dass sie sich nach einem Zusammenbau der Vorrichtung (1 ) mit kleinem radialen Spiel radial innerhalb eines durch die Deckelbasisstege (5a - 5e) gebildeten Kreises befinden.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die umfangsbezogene Breite der Deckelbasisstege (5a - 5e) und der langen Deckelstege (8a - 8j) sowie deren jeweiliger Abstand zueinander so gewählt ist, dass in jeder Verdrehstellung des Deckels (7) in Bezug zur Deckelbasis (2) mindestens ein Deckelbasissteg (5a - 5e) radial gegenüber mindestens einem der langen Deckelstege (8a - 8j) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (7) an seiner Unterseite mittig einen zylindrischen Stift (9) aufweist, der kurz vor seinem freien axialen Ende eine ringförmige Verdickung (14) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (10) eines Flüssigkeitsentnahmeventils (28) scheibenförmig ausgebildet ist, von radial außen nach radial innen gesehen zuerst einen radial äußeren planen Abschnitt (50) aufweist, an den sich ein erhabener und sich nach radial innen verjüngender erster konischer Abschnitt (51 a) anschließt, bei dem dieser erste konische Abschnitt (51 a) über eine ringförmige Stufe (52) in einen sich nach radial innen verjüngenden zweiten konischen Abschnitt (51 b) übergeht, und bei welcher sich an diesen zweiten konischen Abschnitt (51 b) ein radial innerer planer Abschnitt (53) anschließt, welcher eine zentrische Axialbohrung (19) aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste konische Abschnitt (51 a) einen größeren Krümmungsradius aufweist als der zweite konische Abschnitt (51 b).
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die beiden konischen Abschnitte (51 a, 51 b), die Stufe (52) und den radial inneren planen Abschnitt (53) gebildete axiale Erhebung des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) eine so große axiale Länge aufweist, dass diese Erhebung die axiale Öffnung (27) der Deckelbasis (2) nach deren Zusammenbau durchdringt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innere plane Abschnitt (53) des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) einen Außendurchmesser aufweist, der 20% oder weniger als der Außendurchmessers des radial äußeren scheibenförmigen Abschnitts (50) beträgt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (13) des Druckentlastungsventils (29) eine zentrale Bohrung (15) zur unverlierbaren Aufnahme des deckelseitigen Stifts (9) aufweist, die Bohrung (15) durch eine hohlzylindrische Kernwand (55) gebildet ist, dass an der radialen Außenseite der Kernwand (55) entlang eines axialen Führungsabschnitts (56) radiale Führungsstege (6a - 6e) angeordnet sind, dass im Bereich der axialen Mitte des Ventilstößels (13) von der Kernwand (55) ausgehend sich eine scheibenförmige Querwand (22) radial nach außen erstreckt, und dass am radialen Ende dieser Querwand (22) eine zylindrische Tragwand (58) ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Ventilstößels (13) des Druckentlastungsventils (29) im Bereich des durch die Führungsstege (6a - 6e) gebildeten axialen Führungsabschnitts (56) desselben mit geringem radialen Spiel kleiner ist als der Durchmesser der zentralen axialen Bohrung (19) im Ventilschieber (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28), und dass der Außendurchmesser des Ventilstößels (13) im Bereich der zylindrischen Tragwand (58) größer ist als der Durchmesser der Bohrung (19) im Ventilschieber (10).
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (13) des Druckentlastungsventils (29) an der Querwand (22) und/oder an der dem Deckel (7) zugewandeten Axialseite der zylindrischen Tragwand (58) mit einem Dichtmittel (18) versehen ist, welches abdichtend an einer radial inneren Dichtfläche (59) des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) anlegbar ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilstößel (13) axial unterhalb der Querwand (22) von der zylindrischen Tragwand (58) und der hohlzylindrischen Kernwand (55) umschlossen mehrere Hohlräume (44, 45, 46, 47, 48) gebildet sind, die durch mehrere axial und radial ausgerichtete Versteifungsstege (20a - 20e) umfangsbezogen voneinander getrennt sowie deckelfern offen sind.
21 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (15) des Ventilstößels (13) des Druckentlastungsventils (29) im Bereich der Führungsstege (6a - 6e) den gleichen oder einen etwas größeren Durchmesser aufweist wie der Außendurchmesser der ringförmigen Verdickung (14) des Stifts (9) des Deckels (7), und dass die Bohrung (15) des Ventilstößels ( 3) im axialen Bereich der zylindrischen Tragwand (58) eine
Engstelle (30) mit reduziertem Durchmesser zur verrastenden Aufnahme der ringförmigen Verdickung (14) des Stifts (9) aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Führungsstege (6a - 6e) des Ventilstößels (13) sowie die Wand der zentralen Bohrung (19) des Ventilschiebers ( 0) Strömungskanäle (25) zum Abströmen von Gas aus dem Behälter (23) bei einer Betätigung des Druckentlastungsventils (29) bilden.
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