WO2020001708A1 - Dose mit schnappverschluss - Google Patents

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WO2020001708A1
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Roland Kittmann
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Roland Kittmann
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    • B65D2543/00953Sealing means
    • B65D2543/0099Integral supplemental sealing lips

Definitions

  • Snap locks are characterized in that they can snap between an open and a closed state in a bistable manner. They generally consist of a disk-shaped end wall, which can be deformed in a bistable manner between a concave first and a convex second state, and an annular edge section thereof
  • the outer circumference is reduced when the end wall changes from the first to the second state.
  • Snap fasteners which are sold by the Hoffmann Neopac company as merchandising products under the Vogel-Klack ® or Klipp-Klapp ® brands, can also be made of plastic.
  • the decisive factor for the functioning of the snap mechanism is the transmission of the bistable deformation of the end wall to the adjacent annular edge section.
  • the edge section itself must be sufficiently stretchable in order to ensure that its outer circumference widens in the first bistable state of the end wall which is curved in the plug-on direction. According to DE 10 2015 103 036 B4, this is achieved, for example, by the fact that folds are formed on the edge section which unfold in the first state and thus allow the outer circumference to be enlarged. Then the entire cover can be made from one be made of a single plastic material with a homogeneous density or ductility. However, the edge section preferably obtains the necessary extensibility by virtue of the fact that at least one expansion section in the edge section of the
  • Cover is made of a softer material component than the rest of the edge section (see WO 2017/076398 A1).
  • the stretching section expands elastically under tension and allows the edge area to expand in concave end wall curvature, while the base material of the cover is otherwise stiff enough to cover the angle in the transition area
  • the expansion section is preferably produced in one piece together with the rest of the cover in a multi-component injection molding process.
  • a second material component is then injected for the expansion section, which is softer and / or more elastic than the first material component used for the remaining cover.
  • the cover in this transition area can furthermore preferably have a higher material thickness of the harder (basic) material component than in the main area of the end wall or injection molded from an even harder third material component become. This leads to the particular advantage that the cover as a whole has a constant material thickness. A homogeneous thickness is not only visually appealing, it also reduces the number of steps and edges in which dirt can collect.
  • a configuration is particularly preferred in which a locking ring made of the softer second material component is injection molded onto the entire inner and / or outer circumference of the edge section. This can sealingly engage in a groove or a step in the side wall of the opening to be closed, so that even a sealing closure of the opening is possible.
  • Closure system as a whole are undesirably restricted. On the other hand, it would be desirable to have the minimum necessary for the snap action
  • Snap states would be triggered more exclusively by a pulling force, because then a grip element (to be operated with both hands) would not necessarily have to be provided on the cover.
  • the object of the present invention is to provide a closure system with a three-dimensional structure
  • bistable snap between two states in which the possibilities to initiate the snap operation are expanded for the user, and preferably the minimum effort required for triggering is reduced.
  • a closure system in which both bistable states can be triggered by manual pressing is particularly desirable, so that both snap-in processes can be triggered without a grip element and as a rule with one hand.
  • the three-dimensional structure in particular a container or a tube end that is open at least on one side, is configured in such a way that a force acting on the closure system from the outside at at least one predefined point on the edge portion of the cover in this manner is directed that a snap of the cover is triggered from one bistable state to the other.
  • the opening wall of the three-dimensional structure is preferably so flexible, at least at the predefined location, that it transmits a force acting on the opening wall at least on one side and preferably on both sides to the edge portion of the cover by elastic deformation.
  • the lid can lie completely within the opening to be closed, without being on the end wall of the lid for the user
  • Handle element for triggering the snap action in the open position would have to be provided. This is particularly preferably contrary to
  • the geometrical design according to the invention of the outermost end section of the opening wall against the push-on direction makes it possible for the cap to contact this end section with a region of the end wall which is offset somewhat from the edge section in the direction of the cap center.
  • the cap can be brought into its closed position not only by a force acting transversely to the plug-on direction on the edge section, but also by a force exerted in the plug-on direction, provided that this force is exerted on a pressure point which is located radially further out than the contact point of the Opening wall with the front wall.
  • the closure element of the opening to be closed is generally referred to as a cover. If the clamp fastening of the cover acts on the outside of the opening wall, the cover is referred to as a cap; however, if the cover clamps against the inside of the opening wall, it is referred to as the cover.
  • FIG. 1 a shows a side view, partially in section, of a closure cap according to a first exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 1 b is a plan view of the cap of Fig. 1 a;
  • Fig. 1 c is an enlarged detail view in section A-A in Fig. 1 a;
  • Fig. 1 d is an enlarged view of a section X of Fig. 1 a;
  • Fig. 1 e is an enlarged detail view in a section C-C in Fig 1 c;
  • FIG. 1f shows an enlarged detail view in a section B-B in FIG. 1c, in which the principle of closure of a container with the cap is shown at the same time;
  • Fig. 2a is a cross-sectional view of a closure system of the
  • FIG. 2b shows a cross-sectional view of the closure system of FIG. 2a in the closed position
  • FIG. 2c shows an enlarged section of FIG. 2a in a first variant of the first exemplary embodiment in the open position
  • FIG. 2d shows the enlarged section of FIG. 2a in a second variant of the first exemplary embodiment in the open position
  • FIG. 2e shows the enlarged detail of FIG. 2a in a third variant of the first exemplary embodiment in the open position
  • FIG. 3a shows a cross-sectional view of a closure system of FIG
  • FIG. 3a shows a cross-sectional view of the closure system of FIG. 3a in the closed position
  • FIG. 3c shows an enlarged detail from FIG. 3b
  • Fig. 3d shows the enlarged section of Fig. 3c in a first variant of the second embodiment in the closed position
  • FIG. 3e shows the enlarged section of FIG. 3c in a second variant of the second exemplary embodiment in the closed position
  • FIG. 3f shows the enlarged section of FIG. 3c in a third variant of the second exemplary embodiment in the closed position.
  • the cover according to the invention is designed as a cap 20, which is a
  • FIGS. 1 a to 1f all show the cap 20 in its convex, outward (i.e. against the
  • FIG. 1f additionally shows how in this position it is possible to snap into the opening wall 12a to be closed, but this will be explained in more detail later with reference to FIGS. 2a to 2e.
  • FIGS. 1 a-f has an end wall 21 of essentially circular basic shape, on the circumferential edge of which an annular edge section 22 is formed.
  • FIG. 1 a shows a side view partially shown in section. In the left half of the figure, the cap 20 can be seen from the side, while in the right half it is cut open on the inside, so that the rear inside of the cap 20 can be seen.
  • the uncut soft component second material component
  • the cut soft component is shown cross-hatched
  • the cut flart component first material component
  • the end wall 21 snaps down into its concave (i.e. in
  • the outer circumference of the edge section 22 increases by the angle m, which the end wall 21 and the edge section 22 enclose in their transition region, in the two bistable ones
  • the cap material should have sufficient rigidity. This is achieved according to the invention in that the transition between end wall 21 and edge section 22, at least in sections, but preferably over the entire circumference, has a higher material thickness than the central region of end wall 21. The material thickens, as shown in FIGS. 1e and 1f , outwards, ie against the
  • the thickened material can also protrude inwards and lead to a correspondingly contoured wall inside the lid.
  • the expansion sections 24 start at the transition area between the end wall 21 and the edge section 22 and widen towards the radial outer edge.
  • the softer material of the stretching sections 24 ensures that the edge section 22 is in the concave, i.e. open snap position of the cap 20 can enlarge in its outer circumference.
  • the expansion sections 24 would then no longer have the constant width shown in FIGS. 1 a and 1 d, but would widen radially outward.
  • the edge section 22 ends both in its expansion sections 24 and in its intermediate sections 23 in an inner circumferential locking ring 29, which is also formed from a softer material component, preferably the same as the stretching sections 24.
  • This internal circumferential locking ring 29 gives the thin-walled cap 20 additional dimensional stability, but is also sufficiently elastic to increase the outer circumference in the in the Fig. 2a convex fold position shown. Because of its softer material properties, the locking ring 29 can take over the function of a sealing ring.
  • the locking ring 29 is formed on a lip section 23a, 24a of the edge section 22 which projects radially inward by 90 °. This is because the cap 20 is to encompass the opening 11a to be closed from the outside, as will be explained in more detail in FIGS. 1f and in particular 2a-e.
  • the lip section 24a adjoining the expansion section 24 is made of the softer second material component, while the lip section 23a adjoining the intermediate section 23 is made of the harder first
  • the lip sections 23a and 24a can also be completely formed from the softer second material component. Then the entire radially inward part of the edge section 22 would belong to the locking ring 29 or the lip section would be omitted.
  • the above-mentioned multi-component injection molding from one or more thermoplastics is particularly suitable as the production method for the cap 20.
  • a first (base) component can be injection molded for the end wall 21 and the intermediate sections 23, while the expansion sections 24, like the locking ring 29, are injection molded directly from a softer second component in a single manufacturing process.
  • the optional third (particularly hard) material component for the transition area between the front wall and the edge section can also be injection molded directly in a single multi-component injection molding.
  • thermoplastic elastomers TPE
  • thermoplastic urethane TPU
  • Preferred materials for the second component are: polycarbonate (PC), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) and polystyrene (PS).
  • Preferred materials for the third component are: glass fiber reinforced polyamide (PA) or other glass fiber reinforced plastics.
  • PA glass fiber reinforced polyamide
  • a blank previously made separately can be overmolded.
  • a cap made of sheet metal or a light metal (e.g. aluminum) which essentially has the shape of a conventional click-clack can cap with the spreading metal crenellations, is extrusion-coated around the edge with the softer (second) plastic component. In this way, a cover with a substantially improved seal against the escape of liquids or gases from the can to be sealed is obtained.
  • FIGS. 2a-e show the functional principle of the cap 20 according to the first exemplary embodiment in a closure system according to the invention comprising the container 10a and the cap 20.
  • the opening 11a to be closed has an annular groove 13a on the outside in the wall section 12a shown, on the other side thereof a paragraph 15a is formed at the bottom, but this is not necessary and can also be omitted.
  • the wall section 12a continues in an overhang 14a, which has essentially the same height as the edge section 22 of the cap 20.
  • Figure 2a shows the cap 20 in its open, concave position, i.e. with a curved end wall 21. It has a correspondingly enlarged inner diameter of the edge section 22. This inner diameter is larger than the outer diameter of the outer groove 13a, so that the cap 20 can be removed from the opening 11a in the open state in FIG. 2a.
  • the end wall 21 has a convex curvature, that is to say it is curved upward in the opposite direction to the plug-on direction.
  • the edge section 22 with the inwardly projecting locking ring 29 then only has an inner diameter which is smaller than the outer diameter of the groove 13a.
  • the cap 20 is firmly engaged with the opening wall 12a to be closed and only snaps back into its first bistable state when a force F acting in the plug-on direction is exerted, which is shown in FIG. 2a. Because of the elastic material properties of the locking ring 29, this also acts as a sealing ring to prevent gases or liquids from escaping from the opening 11 a.
  • the end section 16 of the wall region 12a is beveled, that is to say the outer circumference of the opening 11a narrows in this end section 16, while the inside diameter of the opening 11a remains constant. This creates a contact point A1 between end wall 21 and end section 16, which is at a distance a1 from
  • Transitional area between the end wall 21 and edge portion 22 is offset toward the center of the cover 20. If a force F 2 essentially acting in the plug-on direction is exerted on the end wall 21 from above at a pressure point A2, this force F 2 acts on the edge section 22 via the fleece arm of length a1 and allows the snap-over process to be triggered. Previously, this was only possible essentially transversely to the plug-on direction by means of the force F 0 acting from the side directly on the edge section 22 in FIGS. 2a, 2c and 2d.
  • an extension 18 can additionally be provided on the edge section 22 in accordance with an optional variant
  • This extension 18 allows the im
  • the lever arm a1 can be extended further by the end section 16 'also having a constriction 17, which is attached or molded onto the end section 16' can be and in the region of the end section also the inside diameter of the wall section 12a, that is to say the opening 11a, is narrowed. Then a force F 3 exerted on the pressure point A2 acts with the longer lever arm a2
  • the lever arm a1 of FIG. 2c can also be extended by an end wall extension 19. Unlike the extension 18 shown in FIG. 2c, the extension 18 is
  • End wall extension 19 is not arranged on the edge section 22 but on the end wall 21.
  • This end wall extension 19 can be attached or formed in sections or over the entire circumference to the end wall 21 and allows the force F 2 which acts essentially in the push-on direction and is required to close the cap 20 to a lower value F 3 . to reduce.
  • an applied force F 3 is generated.
  • the longer lever arm a2 'with the contact point A1 as the lever point namely a greater torque than with the force F 2 and the lever arm a1 of FIG. 2c.
  • the structure of the variant according to FIG. 2e corresponds to that of FIG. 2c. It also goes without saying that the variants shown in FIGS. 2c, 2d and / or 2e also in FIG.
  • FIGs 3a to 3f show the operation of a closure system according to the invention, in which a cover 30 of the second embodiment is used to close an opening 11a.
  • the lid can be produced in the same way as described above for the cap 20 and has in the same way expansion sections and intermediate sections in the edge section 32, only the intermediate sections 33 being shown in the cross sections of the figures for the sake of clarity.
  • the lip sections and the variants thereof are also possible in the case of the cover 30 in a manner analogous to the cap 20.
  • the cover 30 does not have a locking ring 29 projecting inwards, but rather a locking ring 39 projecting outwards, because it is not from the outside but from should clamp on the inside of the container wall.
  • the cover 30 does not have a locking ring 29 projecting inwards, but rather a locking ring 39 projecting outwards, because it is not from the outside but from should clamp on the inside of the container wall.
  • Cover with both an outwardly and an inwardly projecting locking ring which can then be used both as a cap and as a lid.
  • the cover 30 could also be placed upside down on the can 10b without significantly changing its functionality.
  • the middle section of the edge section 32 would then not extend in but opposite to the push-on direction and the cover 30 would jump from its closed to its open state by pressing on the end wall 31 in the push-on direction, which can be advantageous for certain applications.
  • the edge section 32 thus ends both in its expansion sections (not shown) and in its intermediate sections 33 in an outer circumferential locking ring 39, which is also formed from a softer material component, preferably the same as the expansion sections.
  • This circumferential locking ring 39 gives the thin-walled cover 30 additional dimensional stability, but is also sufficiently elastic to allow the enlargement of the outer circumference in the convex folding position shown in FIG. 3b. Because of its softer material properties, the locking ring 39 not only clamps particularly well in the inner groove 13b of the opening wall 12b to be closed, but can even assume the function of a sealing ring.
  • the wall region 12b of the opening 11a to be closed has an annular groove 13b on the inside, into which the cover 30 is to snap, and which forms a stepped shoulder 15b on its lower edge.
  • Attachment direction is referred to as protrusion 14b.
  • Edge section 32 increases during this folding process.
  • the engagement of the locking ring 39 in the groove 13b is shown again in detail in FIG. 3c.
  • the cover 30 In order to expose the opening 11b again, the cover 30 must snap back into its original state. Then it can be pulled out of the opening 11b again due to the reduction in its outer diameter.
  • a handle element was conventionally provided on the end wall 31, by means of which the cover 30 can be gripped and pulled upwards. As described in detail below, the second enables
  • Embodiment of the present invention also an opening of the lid with a laterally (transversely to the direction of insertion) acting on the container wall 12b force F 4 , F 5 , SO that the grip element can be omitted.
  • the overhang 14b has a length b1 up to the end of the wall section 12b which is at the extreme opposite to the push-on direction. If the user now exerts a force F 4 on the pressure point B2 from the outside, acting transversely to the direction of attachment
  • Wall section 12b this acts with the length b1 as a lever arm and the contact point B1 between wall section 12b and edge section 32 due to the elastic deformation of the projection 14b on the cover 30 in such a way that it can snap into the open state without it requires a direct actuation of the edge section 32 or a pulling up of the end wall 31 via a grip element or the like.
  • the protrusion 14b ' can also be made longer. As a result, not only is the lever arm lengthened to length b2, and accordingly it reduces the length required to open the cover 30
  • FIG. 3e shows a second variant of the second exemplary embodiment.
  • the wall section 12b has an opening below the inner groove 13b, in which a slide 13c is mounted.
  • the slide 13c is a rod-shaped one which can be displaced in the opening transversely to the plug-in direction
  • Actuating element for opening the cover 30 the user exerts a force F 5 ′ from the outside transversely to the push-on direction on the trigger 13d attached or molded on the outer end of the slide 13c.
  • the trigger 13d has the shape of a hemispherical actuation button.
  • the other end of the slide 13c meets in the interior of the container 10b the end of an edge section extension 34 which projects from the edge section 32 in the push-on direction.
  • the extension 34 can be attached or molded to the edge section 32 in sections or over the entire circumference. In the variant shown, it essentially has a length b3 and is therefore longer than the edge section 32 as such.
  • the extension 34 acts as a lever arm of length b3 up to the transition area between the edge section 32 and the end wall 31.
  • the slide 13c with the trigger 13d can also be omitted and instead the wall section 12b has a constriction 13e on which the wall thickness is weakened.
  • the constriction 13e can be a circumferential one
  • Ring recess can be provided or only as grip recesses arranged in sections, preferably at two diametrically opposite points. If one presses radially inward in the area of the constriction 13e with the minimum force F 5 ′′, the extension 34 deforms so far into the interior of the container that it via the fleece arm b3 applies the torque required for the jump to the open bistable state on the end wall 31 away from the through the
  • Constriction 13e weakened wall thickness the container wall 12b is firm enough to avoid unintentional opening with the force F 5 ". This prevents the container tightness of the second variant with the wall opening and the slide 13c from being impaired. On the other hand, for certain applications, this is precisely the case Wall breakthroughs desired, for example for pressure equalization between the interior of the container and
  • the wall section 12b can also be made softer at this point in other ways, for example by using a softer material component or by subsequently softening the wall section 12b at this point.
  • the present invention relates to a closure system with a three-dimensional structure 10a, 10b, in particular a container or an opening area of a technical apparatus, and a cover 20, 30 for plugging onto the three-dimensional structure 10a, 10b in order to close its opening 11a, 11b close.
  • the cover 20, 30 has an end wall 21, 31 which can be deformed in a bistable manner between a first state which is curved in the push-on direction and a second state which is curved in the opposite direction to the push-on direction, and an annular edge section 22, 32.
  • This has a larger outer circumference in the first bistable state than in the second bistable state and is therefore designed to effect a clamping attachment of the cover 20, 30 to a wall region 12a, 12b of the opening 11a, 11b by the edge section 22, 32 inside in the first state or outside in the second state presses the wall area 12a, 12b.
  • the three-dimensional structure 10a, 10b is configured to transmit a force exerted on the closure system from outside at predefined locations A2, B2 in such a way that it causes the cover 20, 30 to snap from one to the other of the two bistable states.

Abstract

Ein Verschlusssystem mit einer dreidimensionalen Struktur (10a, 10b) und einer Abdeckung (20, 30) zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur (10a, 10b), um deren Öffnung (11 a, 11 b) zu verschließen. Die Abdeckung (20, 30) weist eine Stirnwand (21, 31), die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteckrichtung gewölbten Zustand verformbar ist, und einen ringförmigen Randabschnitt (22, 32) auf. Dieser weist in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang auf als in dem zweiten bistabilen Zustand und ist daher dazu ausgelegt, eine klemmende Befestigung der Abdeckung (20, 30) an einem Wandbereich (12a, 12b) der Öffnung (11 a, 11 b) zu bewirken, indem der Randabschnitt (22, 32) in dem ersten Zustand innen oder in dem zweiten Zustand außen gegen den Wandbereich (12a, 12b) drückt. Die dreidimensionale Struktur (10a, 10b) ist dazu konfiguriert, eine an vordefinierten Stellen (A2, B2) von außen auf das Verschlusssystem ausgeübte Kraft so weiterzuleiten, dass sie zu einem Umschnappen der Abdeckung (20, 30) von dem einen in den anderen der beiden bistabilen Zustände führt.

Description

Dose mit Schnappverschluss
Beschreibung
Schnappverschlüsse sind dadurch gekennzeichnet, dass sie in bistabiler Weise zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand umschnappen können. Sie bestehen in der Regel aus einer scheibenförmigen Stirnwand, die in bistabiler Weise zwischen einem konkaven ersten und einem konvexen zweiten Zustand verformbar ist, und einem ringförmigen Randabschnitt dessen
Außenumfang sich beim Übergang der Stirnwand von dem ersten in den zweiten Zustand verringert.
In den Patentschriften DE 10 2015 103 036 B4 und WO 2017/076398 A1 ist beschrieben, wie sich solche früher nur aus Metall herstellbaren
Schnappverschlüsse, die beispielsweise von der Firma Hoffmann Neopac als Merchandising-Produkte unter den Marken Klick-Klack® bzw. Klipp-Klapp® vertrieben werden, auch aus Kunststoff hersteilen lassen. Entscheidend für das Funktionieren des Schnappmechanismus ist die Übertragung der bistabilen Verformung der Stirnwand auf den angrenzenden ringförmigen Randabschnitt.
Nur wenn die Umklappbewegung zwischen konvexer und konkaver Wölbung der Stirnwand ihre Verformspannungskräfte an den Randabschnitt weitergibt, kann sie zu einem Aufweiten des Randabschnitts und eine entsprechende
Vergrößerung des Außenumfangs der Verschlusskappe führen, die dann auch ein Öffnen des von dieser abgedeckten Behälters erlaubt. Von zentraler Bedeutung ist dabei, dass der am Übergang zwischen Stirnwand und Randabschnitt eingeschlossene Winkel für beide bistabilen Zustände gleich groß bleibt, d.h. dass das Verschlusskappenmaterial an diesem Übergang steif genug ist, um die Verformung der Stirnwand vollständig an den Randabschnitt weiterzugeben.
Ferner muss der Randabschnitt selbst ausreichend dehnbar sein, um ein Aufweiten seines Außenumfangs im in Aufsteckrichtung gewölbten ersten bistabilen Zustand der Stirnwand zu gewährleisten. Dies gelingt gemäß DE 10 2015 103 036 B4 beispielsweise dadurch, dass am Randabschnitt Einfaltungen ausgebildet sind, die sich im ersten Zustand auffalten und so die Vergrößerung des Außenumfangs erlauben. Dann kann die gesamte Abdeckung aus einem einzigen Kunststoffmaterial mit homogener Dichte bzw. Dehnbarkeit hergestellt sein. Vorzugsweise erhält der Randabschnitt die nötige Dehnbarkeit aber dadurch, dass mindestens ein Dehnungsabschnitt im Randabschnitt der
Abdeckung aus einer weicheren Materialkomponente hergestellt ist als der übrige Randabschnitt (siehe WO 2017/076398 A1 ). Der Dehnungsabschnitt weitet sich unter Spannung elastisch auf und erlaubt ein Aufweiten des Randbereichs im Zu stand konkaver Stirnwandkrümmung, während das Basismaterial der Abdeckung ansonsten steif genug ist, um den Winkel im Übergangsbereich zwischen
Stirnwand und Randabschnitt konstant zu halten. Dies ermöglicht das Umklappen der Abdeckung in den bistabilen Zustand mit dem größeren Außenumfang.
Vorzugsweise wird der Dehnungsabschnitt zusammen mit dem Rest der Abdeckung in einem Stück in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren her- gestellt. Für den Dehnungsabschnitt wird dann eine zweite Materialkomponente eingespritzt, die weicher und/oder elastischer ist als die für die übrige Abdeckung eingesetzte erste Materialkomponente. Um den konstanten Winkel im Über- gangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt noch zu unterstützen, kann die Abdeckung in diesem Übergangsbereich ferner vorzugsweise eine höhere Materialdicke der härteren (Basis-)Materialkomponente aufweisen als im Haupt- bereich der Stirnwand oder aus einer noch härteren dritten Materialkomponente gespritzt werden. Das führt zu dem besonderen Vorteil, dass die Abdeckung ins- gesamt eine gleichbleibende Materialstärke hat. Eine homogene Dicke ist nicht nur optisch ansprechend, sondern reduziert auch die Anzahl von Stufen und Kanten, in denen sich Schmutz sammeln kann.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der am gesamten Innen- und/oder Außenumfang des Randabschnitts ein Rastring aus der weicheren zweiten Materialkomponente angespritzt ist. Dieser kann dichtend in eine Nut oder eine Stufe in der Seitenwand der zu verschließenden Öffnung eingreifen, so dass sogar ein dichtender Verschluss der Öffnung möglich ist.
Bei den bisher bekannten Schnappverschlüssen aus Kunststoff besteht noch Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Betätigung des Umklappvorgangs durch den Benutzer. Bisher ist es zwingend erforderlich, die Abdeckung an ihrem Randabschnitt oder an einem an ihrer Stirnwand angeformten Griffelement mit einer gewissen Mindestkraft einzudrücken oder hochzuziehen, um die Stirnwand von einem in den anderen bistabilen Zustand umschnappen zu lassen. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass die Bereiche, auf die der Benutzer seine Kraft ausüben soll, auch immer hinreichend gut freiliegen müssen, um die gewünschten Druckpunkte mit den Fingern erreichen zu können, wodurch wiederum die
Designmöglichkeiten für das aus Behälter und Abdeckung gebildete
Verschlusssystem insgesamt unerwünscht eingeschränkt sind. Zum anderen wäre es wünschenswert den zum Umschnappvorgang erforderlichen minimalen
Kraftaufwand abzusenken, sofern der Benutzer die Kraft an genau vordefinierten Druckpunkten ansetzt. Auch wäre es vorteilhaft, wenn keiner der
Schnappzustände mehr ausschließlich durch eine Zugkraft ausgelöst würde, weil dann auch nicht zwangsläufig ein (beidhändig zu bedienendes) Griffelement an der Abdeckung vorgesehen werden müsste.
Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verschlusssystem aus einer dreidimensionalen Struktur mit der zu
verschließenden Öffnung und mit einer in bistabiler Weise zwischen zwei Zuständen umschnappenden Abdeckung zu schaffen, bei der die Möglichkeiten, den Umschnappvorgang auszulösen, für den Benutzer erweitert sind, und vorzugsweise der für das Auslösen erforderliche minimale Kraftaufwand reduziert ist. Insbesondere wünschenswert ist ein Verschlusssystem, bei dem beide bistabilen Zustände durch manuelles Drücken ausgelöst werden können, so dass beide Umschnappvorgänge ohne Griffelement und in der Regel einhändig ausgelöst werden können.
Eine zumindest teilweise Lösung der oben erwähnten Aufgabe gelingt durch die Merkmale des beigefügten Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
Erfindungsgemäß ist die dreidimensionale Struktur, insbesondere ein Behälter oder ein zumindest einseitig offenes Rohrende, so konfiguriert, dass eine von außen auf das Verschlusssystem an mindestens einer vordefinierten Stelle einwirkende Kraft auf den Randabschnitt der Abdeckung in solcher Weise gelenkt wird, dass ein Umschnappen der Abdeckung vom einen in den anderen bistabilen Zustand ausgelöst wird.
Im Falle eines innen gegen eine Öffnungswand klemmenden Deckels ist vorzugsweise die Öffnungswand der dreidimensionalen Struktur zumindest an der vordefinierten Stelle derart flexibel, dass sie durch elastische Verformung eine quer zur Aufsteckrichtung zumindest einseitig und vorzugsweise beidseitig auf die Öffnungswand einwirkende Kraft an den Randabschnitt des Deckels weitergibt. Dadurch kann der Deckel vollständig innerhalb der zu verschließenden Öffnung liegen, ohne dass für den Benutzer an der Stirnwand des Deckels ein
Griffelement zum Auslösen des Umschnappvorgangs in die geöffnete Stellung vorgesehen werden müsste. Besonders bevorzugt steht die entgegen der
Aufsteckrichtung entfernteste Stelle der Öffnungswand um einen gewissen Überstand von der Stelle vor, an der der Randabschnitt des Deckels
umfangsseitig von innen gegen den Wandabschnitt drückt. Eine quer zur
Aufsteckrichtung wirkende Kraft auf diesen äußersten Wandabschnitt kann dann das Umschnappen des Deckels schon bei geringerem Kraftaufwand auslösen, weil der Überstand als Hebelarm wirkt.
Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel greift die
Abdeckung als Kappe von außen um den zu verschließenden Wandabschnitt der Öffnung. Hier gelingt es durch die erfindungsgemäße geometrische Gestaltung des entgegen der Aufsteckrichtung äußersten Endabschnitts der Öffnungswand, dass die Kappe diesen Endabschnitt mit einem Bereich der Stirnwand kontaktiert, der ein Stück weit versetzt vom Randabschnitt in Richtung der Kappenmitte liegt. Dadurch kann die Kappe nicht nur durch eine quer zur Aufsteckrichtung wirkende Kraft auf den Randabschnitt, sondern auch durch eine in Aufsteckrichtung ausgeübte Kraft in ihre geschlossene Stellung gebracht werden, sofern diese Kraft auf einen Druckpunkt ausgeübt wird, der radial weiter außen liegt als der Kontaktpunkt der Öffnungswand mit der Stirnwand. Der Abstand zwischen
Kontaktpunkt und Druckpunkt wirkt hier wiederum als Hebelarm und verringert den erforderlichen Kraftaufwand entsprechend. In der vorliegenden Beschreibung wird das Verschlusselement der zu ver- schließenden Öffnung allgemein als Abdeckung bezeichnet. Greift die Klemmbe- festigung der Abdeckung außen an der Öffnungswand an, so wird die Abdeckung als Kappe bezeichnet; klemmt die Abdeckung hingegen innen gegen die Öff- nungswand, so wird sie als Deckel bezeichnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbei- spielen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 a eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Ver- schlusskappe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 1 b eine Draufsicht auf die Kappe der Fig. 1 a;
Fig. 1 c eine vergrößerte Detailansicht in einem Schnitt A-A in der Fig. 1 a;
Fig. 1 d eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts X der Fig. 1 a;
Fig. 1 e eine vergrößerte Detailansicht in einem Schnitt C-C in der Fig. 1 c;
Fig. 1f eine vergrößerte Detailansicht in einem Schnitt B-B in der Fig. 1 c, in der gleichzeitig das Verschlussprinzips eines Behälters mit der Kappe dargestellt ist;
Fig. 2a eine Querschnittsansicht eines Verschluss-Systems der
vorliegenden Erfindung mit der Verschlusskappe gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel in offener Stellung;
Fig. 2b eine Querschnittsansicht des Verschluss-Systems der Fig. 2a in geschlossener Stellung;
Fig. 2c einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2a in einer ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels in offener Stellung;
Fig. 2d den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2a in einer zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels in offener Stellung;
Fig. 2e den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2a in einer dritten Variante des ersten Ausführungsbeispiels in offener Stellung;
Fig. 3a eine Querschnittsansicht eines Verschluss-Systems der
vorliegenden Erfindung mit einem Verschlussdeckel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in offener Stellung; Fig. 3b eine Querschnittsansicht des Verschluss-Systems der Fig. 3a in geschlossener Stellung;
Fig. 3c einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3b;
Fig. 3d den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3c in einer ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels in geschlossener Stellung
Fig. 3e den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3c in einer zweiten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels in geschlossener Stellung; und
Fig. 3f den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3c in einer dritten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels in geschlossener Stellung.
Bei dem in den Figuren 1 a-f gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Abdeckung als eine Kappe 20 ausgebildet, die eine
Behälterwand 12a von außen umgreifen soll. Die Figuren 1 a bis 1f zeigen allesamt die Kappe 20 in ihrer konvexen, nach außen (d.h. entgegen der
Aufsteckrichtung) gewölbten Schnappstellung, die sie in ihrer Verschlussposition einnimmt. In der Figur 1f ist zusätzlich dargestellt, wie in dieser Stellung ein Einrasten in die zu verschließende Öffnungswand 12a möglich ist, was aber später anhand der Figuren 2a bis 2e noch genauer erläutert werden wird.
Die in den Figuren 1 a-f gezeigte Kappe 20 weist eine Stirnwand 21 von im Wesentlichen kreisförmiger Grundform auf, an deren Umfangsrand ein ringförmi- ger Randabschnitt 22 angeformt ist. Die Figur 1 a zeigt eine teilweise im Schnitt dargestellt Seitenansicht. In der linken Hälfte der Figur ist die Kappe 20 von der Seite zu sehen, während sie in der rechten Hälfte innen aufgeschnitten ist, so dass man die hintere Innenseite der Kappe 20 sieht. In den Figuren ist immer die ungeschnittene Weichkomponente (zweite Materialkomponente) punktiert und die geschnittene Weichkomponente kreuzschraffiert dargestellt, während die geschnittene Flartkomponente (erste Materialkomponente) einfach schraffiert dargestellt ist.
Schnappt die Stirnwand 21 in ihren konkav nach unten (d.h. in
Aufsteckrichtung) gewölbten Zustand, so erhöht sich der Außenumfang des Randabschnitts 22. Um den Winkel m, den die Stirnwand 21 und der Randab- schnitt 22 in ihrem Übergangsbereich einschließen, in den beiden bistabilen Stellungen konstant zu halten, sollte das Kappenmaterial über eine ausreichende Steifigkeit verfügen. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass der Übergang zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 wenigstens in Teilabschnitten, vorzugsweise aber über den gesamten Umfang, eine höhere Materialstärke aufweist als der Zentralbereich der Stirnwand 21. Das Material verdickt sich, wie in den Figuren 1 e und 1f gezeigt, nach außen, d.h. entgegen der
Aufsteckrichtung, so dass der Übergangsbereich zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 innen glatt verläuft. Die Materialverdickungen können alternativ aber auch nach innen vorspringen und im Deckelinneren zu einem entsprechend konturierten Wandverlauf führen.
Die Vergrößerung des Außenumfangs im später anhand der Figur 2a erläuterten konkaven bistabilen Zustand gegenüber dem in den Figuren 1 e, 1 f und 2b gezeigten konvexen Zustand erfordert eine ausreichende
Dehnungsflexibilität des umlaufenden Randabschnitts 22. Dies gelingt
erfindungsgemäß durch umlaufend (vorzugsweise äquidistant) angeordnete Dehnungsabschnitte 24 aus der weicheren zweiten Materialkomponente, die sich - wie besonders gut in den Figuren 1 a und 1 d zu sehen ist - mit Zwischenab- schnitten 23 aus der härteren ersten Materialkomponente abwechseln. Wie in der Fig. 1 b dargestellt, setzen die Dehnungsabschnitte 24 am Übergangsbereich zwi- schen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 an und verbreitern sich zum radialen Außenrand hin. Das weichere Material der Dehnungsabschnitte 24 sorgt dafür, dass sich der Randabschnitt 22 in der konkaven, d.h. geöffneten Schnappposition der Kappe 20 in seinem Außenumfang vergrößern kann. Die Dehnungsabschnitte 24 würden dann nicht mehr die in den Figuren 1 a und 1 d gezeigte konstante Breite haben, sondern sich radial nach außen verbreitern.
Der Randabschnitt 22 endet sowohl in seinen Dehnungsabschnitten 24 als auch in seinen Zwischenabschnitten 23 in einem innen umlaufenden Rastring 29, der ebenfalls aus einer weicheren Materialkomponente geformt ist, vorzugsweise der gleichen, wie die Dehnungsabschnitte 24. Dieser innen umlaufende Rastring 29 verleiht der dünnwandigen Kappe 20 zusätzliche Formstabilität, ist aber auch ausreichend elastisch, um die Vergrößerung des Außenumfangs in der in der Fig. 2a gezeigten konvexen Umklapp-Position zu ermöglichen. Wegen seiner weicheren Materialbeschaffenheit kann der Rastring 29 die Funktion eines Dichtungsrings übernehmen.
Der Rastring 29 ist an einem um 90° radial nach innen vorspringenden Lippenabschnitt 23a, 24a des Randabschnitts 22 angeformt. Dies deshalb, weil die Kappe 20 die zu verschließende Öffnung 11 a ja von außen umgreifen soll, wie in den Figuren 1f und insbesondere 2a-e genauer erläutert werden wird. Der an den Dehnungsabschnitt 24 angrenzende Lippenabschnitt 24a ist aus der weicheren zweiten Materialkomponente, während der an den Zwischenabschnitt 23 angrenzende Lippenabschnitt 23a aus der härteren ersten
Materialkomponente ist. Es können aber auch die Lippenabschnitte 23a und 24a komplett aus der weicheren zweiten Materialkomponente geformt sein. Dann würde der gesamte radial nach innen verlaufende Teil des Randabschnitts 22 zum Rastring 29 gehören bzw. der Lippenabschnitt entfallen.
Als Herstellungsverfahren für die Kappe 20 eignet sich besonders das bereits erwähnte Mehrkomponenten-Spritzgießen aus einem oder mehreren thermoplastischen Kunststoffen. Durch die Mehrkomponenten-Technik kann für die Stirnwand 21 und die Zwischenabschnitte 23 eine erste (Basis-)Komponente gespritzt werden, während die Dehnungsabschnitte 24 ebenso wie der Rastring 29 aus einer weicheren zweiten Komponente in einem einzigen Herstellungsvor- gang direkt angespritzt werden. Auch die optionale dritte (besonders harte) Mate- rialkomponente für den Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randab- schnitt kann in einem einzigen Mehrkomponenten-Spritzguss direkt angespritzt werden.
Bevorzugte Materialien für die erste Komponente sind: thermoplastische Elastomere (TPE) und thermoplastisches Urethan (TPU).
Bevorzugte Materialien für die zweite Komponente sind: Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polystyrol (PS).
Bevorzugte Materialien für die dritte Komponente sind: glasfaserverstärktes Polyamid (PA) oder andere glasfaserverstärkte Kunststoffe. Anstatt die Abdeckung vollständig im Spritzguss herzustellen, kann auch ein vorher separat gefertigter Rohling umspritzt werden. Denkbar ist zum Beispiel, dass eine Kappe aus Blech oder einem Leichtmetall (z.B. Aluminium), die im We sentlichen die Form einer herkömmlichen Klick-Klack-Dosenkappe mit den sich aufspreizenden Metallzinnen hat, im Randbereich mit der weicheren (zweiten) Kunststoffkomponente umspritzt wird. So erhält man eine Abdeckung mit wesent- lich verbesserter Dichtheit gegen das Austreten von Flüssigkeiten oder Gasen aus der damit zu verschließenden Dose.
Statt die Kappe oder Deckel aus mehreren Materialkomponenten
unterschiedlicher Härte bzw. Dehnbarkeit herzustellen, kann sie auch durch thermisches Umformen, also Tiefziehen, oder ein Spritzgussverfahren aus nur einem Kunststoffmaterial gefertigt sein. Dann bildet man statt der weicheren Dehnungsabschnitte am Randabschnitt die erwähnten Einfaltungen aus und sieht am Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt
Verstärkungsrippen und/oder Materialverdickungen vor, die den Innenwinkel dort in beiden bistabilen Zuständen konstant halten.
Die Figuren 2a-e zeigen das Funktionsprinzip der Kappe 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem erfindungsgemäßen Verschluss-System aus dem Behälter 10a und der Kappe 20. Die zu verschließende Öffnung 11 a weist im dargestellten Wandabschnitt 12a außen eine kreisringförmige Nut 13a auf, an deren unterem Ende ein Absatz 15a gebildet ist, der aber nicht notwendig ist und auch entfallen kann. Oberhalb der Nut 13a verläuft der Wandabschnitt 12a noch in einem Überstand 14a weiter, der im Wesentlichen die gleiche Höhe aufweist wie der Randabschnitt 22 der Kappe 20.
Fig. 2a zeigt die Kappe 20 in ihrer offenen, konkaven Stellung, d.h. mit nach unten gewölbter Stirnwand 21. Sie hat einen entsprechend vergrößerten Innendurchmesser des Randabschnitts 22. Dieser Innendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser der Außennut 13a, so dass sich die Kappe 20 in dem geöffneten Zustand der Figur 2a von der Öffnung 11 a abnehmen lässt.
In der Figur 2b hat die Stirnwand 21 eine konvexe Krümmung, d.h. sie ist entgegen der Aufsteckrichtung nach oben gewölbt. Der Randabschnitt 22 mit dem nach innen ragenden Rastring 29 hat dann nur noch einen Innendurchmesser, der geringer ist als der Außendurchmesser der Nut 13a. Dadurch ist die Kappe 20 fest in Eingriff mit der zu verschließenden Öffnungswand 12a und schnappt erst bei Ausübung einer in Aufsteckrichtung wirkenden Kraft F auf die Stirnwand 21 wieder in ihren ersten bistabilen Zustand zurück, der in der Figur 2a gezeigt ist. Wegen der elastischen Materialeigenschaften des Rastrings 29 fungiert dieser außerdem als Dichtungsring, um ein Entweichen von Gasen oder Flüssigkeiten aus der Öffnung 11 a zu unterbinden.
Wie besonders gut in der Figur 2c zu sehen ist, ist der Endabschnitt 16 des Wandbereichs 12a angeschrägt, das heißt der Außenumfang der Öffnung 11 a verengt sich in diesem Endabschnitt 16, während der Innendurchmesser der Öffnung 11 a konstant bleibt. Dadurch entsteht ein Kontaktpunkt A1 zwischen Stirnwand 21 und Endabschnitt 16, der um einen Abstand a1 vom
Übergangsbereich zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 zur Mitte der Abdeckung 20 hin versetzt ist. Wird nun eine im Wesentlichen in Aufsteckrichtung wirkende Kraft F2 an einem Druckpunkt A2 von oben auf die Stirnwand 21 ausgeübt, so wirkt diese Kraft F2 über den Flebelarm der Länge a1 auf den Randabschnitt 22 und erlaubt ein Auslösen des Umschnappvorgangs. Bisher war dies nur im Wesentlichen quer zur Aufsteckrichtung mittels der in den Figuren 2a, 2c und 2d von der Seite direkt auf den Randabschnitt 22 wirkenden Kraft F0 möglich.
Wie außerdem in der Figur 2c dargestellt, kann am Randabschnitt 22 gemäß einer optionalen Variante zusätzlich noch eine Verlängerung 18
angebracht oder angeformt sein. Diese Verlängerung 18 erlaubt es, die im
Wesentlichen quer zur Aufsteckrichtung wirkenden und zum Schließen der Kappe nötige Kraft F0 auf einen geringeren Wert F-| zu reduzieren, weil der Benutzer seine Kraft über einen verlängerten Hebelarm ausüben kann, wenn er die Kappe 20 an der Verlängerung 18 zusammendrückt.
Gemäß einer weiteren Variante, die in der Figur 2d dargestellt ist, lässt sich der Hebelarm a1 noch verlängern, indem der Endabschnitt 16' noch eine Verengung 17 aufweist, die an dem Endabschnitt 16' befestigt oder angeformt sein kann und im Bereich des Endabschnitts auch den Innendurchmesser des Wandabschnitts 12a, also die Öffnung 11 a, verengt. Dann wirkt eine auf den Druckpunkt A2 ausgeübte Kraft F3 über den längeren Hebelarm a2 mit dem
Kontaktpunkt A1 als Hebelpunkt noch effizienter auf den Randabschnitt 22 und erleichtert somit das Auslösen des Umschnappvorgangs.
Gemäß einer weiteren Variante, die in der Figur 2e dargestellt ist, lässt sich der Hebelarm a1 der Figur 2c auch durch eine Stirnwandverlängerung 19 verlängern. Anders als die in der Figur 2c gezeigte Verlängerung 18 ist die
Stirnwandverlängerung 19 nicht am Randabschnitt 22 sondern an der Stirnwand 21 angeordnet. Diese Stirnwandverlängerung 19 kann abschnittsweise oder über den gesamten Umfang an der Stirnwand 21 angebracht oder angeformt sein und erlaubt es, die im Wesentlichen in Aufsteckrichtung wirkende und zum Schließen der Kappe 20 nötige Kraft F2 auf einen geringeren Wert F3. zu reduzieren. Wenn der Benutzer die Kappe 20 am Druckpunkt A2 der Verlängerung 19 nach unten drückt, erzeugt eine ausgeübte Kraft F3. über den längeren Hebelarm a2' mit dem Kontaktpunkt A1 als Hebelpunkt nämlich ein größeres Drehmoment als bei der Kraft F2 und dem Hebelarm a1 der Figur 2c. Ansonsten entspricht der Aufbau der Variante gemäß Figur 2e dem der Figur 2c. Es versteht sich außerdem von selbst, dass die in den Figuren 2c, 2d und/oder 2e gezeigten Varianten auch in
Kombination zum Einsatz kommen können.
Die Figuren 3a bis 3f zeigen die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Verschluss-Systems, bei dem ein Deckel 30 des zweiten Ausführungsbeispiels zum Verschließen einer Öffnung 11 a zum Einsatz kommt. Der Deckel lässt sich in gleicher Weise hersteilen, wie zuvor für die Kappe 20 beschrieben und weist in gleicher Weise Dehnungsabschnitte und Zwischenabschnitte im Randabschnitt 32 auf, wobei davon in den Querschnitten der Figuren der Übersichtlichkeit halber aber nur die Zwischenabschnitte 33 zu sehen sind. Auch die Lippenabschnitte und die Varianten dazu sind bei dem Deckel 30 analog zu der Kappe 20 möglich.
Der einzige Unterschied zur Kappe 20 besteht darin, dass der Deckel 30 keinen nach innen vorspringenden Rastring 29, sondern einen nach außen vorspringenden Rastring 39 aufweist, weil er ja nicht von außen, sondern von innen an der Behälterwand klemmen soll. Denkbar ist natürlich auch, eine
Abdeckung mit sowohl einem nach außen auch einem nach innen vorspringenden Rastring, die dann sowohl als Kappe als auch als Deckel verwendbar ist. Ferner könnte man den Deckel 30 auch umgedreht auf die Dose 10b setzen, ohne dass sich an dessen Funktionalität wesentliches ändert. Der Mittelabschnitt des Randabschnitts 32 würde sich dann nicht in sondern entgegen der Aufsteck- richtung erstrecken und der Deckel 30 würde durch einen Druck auf die Stirnwand 31 in der Aufsteckrichtung von seinem geschlossenen in seinen offenen Zustand umspringen, was für bestimmte Anwendungen von Vorteil sein kann.
Der Randabschnitt 32 endet also sowohl in seinen Dehnungsabschnitten (nicht gezeigt) als auch in seinen Zwischenabschnitten 33 in einem außen umlaufenden Rastring 39, der ebenfalls aus einer weicheren Materialkomponente geformt ist, vorzugsweise der gleichen, wie die Dehnungsabschnitte. Dieser umlaufende Rastring 39 verleiht dem dünnwandigen Deckel 30 zusätzliche Formstabilität, ist aber auch ausreichend elastisch, um die Vergrößerung des Außenumfangs in der in der Fig. 3b gezeigten konvexen Umklapp-Position zu ermöglichen. Wegen seiner weicheren Materialbeschaffenheit klemmt der Rastring 39 nicht nur besonders gut in der Innennut 13b der zu verschließenden Öffnungswand 12b, sondern kann sogar die Funktion eines Dichtungsrings übernehmen.
Der Wandbereich 12b der zu verschließenden Öffnung 11 a weist innen eine ringförmige Nut 13b auf, in die der Deckel 30 einrasten soll, und die an ihrer Unterkante einen stufenförmigen Absatz 15b bildet. Der Bereich des
Wandabschnitts 12b oberhalb der Nut 13b (das heißt entgegen der
Aufsteckrichtung) wird als Überstand 14b bezeichnet.
Führt man den Deckel 30 von oben in die Öffnung 11 b ein, so stößt der Randabschnitt 32 mit dem Rastring 39 gegen den Absatz 15b. Dadurch weiß der Benutzer, dass er die zur Verriegelung vorgesehene axiale Endposition des Deckels 30 erreicht hat. Drückt er nun die Stirnwand 31 durch eine vertikal nach unten wirkende Kraft F nach unten, so schnappt die Stirnwand 31 von ihrem in Figur 3a gezeigten konvexen bistabilen Zustand um in ihren in Figur 3b gezeigten konkaven bistabilen Zustand. Durch die Steifigkeit des Deckelmaterials im
Übergangsbereich zwischen Stirnwand 31 und Randabschnitt 32, die (wie zuvor erläutert) vorzugsweise noch durch Materialverdickungen unterstützt wird, bleibt der Winkel m bei diesem Umschnappvorgang konstant, so dass der Randab- schnitt 32 seitlich etwas nach außen klappt und ein Einrasten des Rastrings 39 in die Nut 13b bewirkt. Der Rastring 39 drückt also bei der konkaven
Stirnwandstellung der Figur 3b seitlich von innen in die ringförmige Nut 13b der Öffnungswand 12b und verriegelt so den Deckel 30 in seiner geschlossenen Stellung. Dabei spannt sich das Material in den Dehnungsabschnitten 34 in einen in Draufsicht verbreiterten Zustand und der Außendurchmesser des
Randabschnitts 32 vergrößert sich bei diesem Umklappvorgang. In der Figur 3c ist das Eingreifen des Rastrings 39 in die Nut 13b nochmals im Detail dargestellt.
Um die Öffnung 11 b wieder freizulegen, muss der Deckel 30 wieder in seinen Ursprungszustand zurückschnappen. Dann kann er aufgrund der Verrin- gerung seines Außendurchmessers wieder aus der Öffnung 11 b herausgezogen werden. Dazu war herkömmlicherweise ein Griffelement an der Stirnwand 31 vorgesehen, mittels dem sich der Deckel 30 ergreifen und nach oben ziehen lässt. Wie im Detail weiter unten beschrieben, ermöglicht das zweite
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch ein Öffnen des Deckels mit einer seitlich (quer zur Aufsteckrichtung) auf die Behälterwand 12b einwirkenden Kraft F4, F5, SO dass das Griffelement entfallen kann.
Wie in der vergrößerten Darstellung der Figur 3c gut zu sehen, hat der Überstand 14b bis zum entgegen der Aufsteckrichtung äußersten Ende des Wandabschnitts 12b eine Länge b1. Übt der Benutzer nun am Druckpunkt B2 eine quer zur Aufsteckrichtung wirkende Kraft F4 von außen auf den
Wandabschnitt 12b aus, so wirkt diese mit der Länge b1 als Hebelarm und dem Kontaktpunkt B1 zwischen Wandabschnitt 12b und Randabschnitt 32 durch die elastische Verformung des Überstands 14b so auf den Deckel 30 ein, dass dieser in den offenen Zustand umschnappen kann, ohne dass es dabei einer direkten Betätigung des Randabschnitts 32 oder eines Hochziehens der Stirnwand 31 über ein Griffelement oder dergleichen bedarf. Wie in der Figur 3d dargestellt, kann der Überstand 14b' gemäß einer ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels auch länger ausgebildet sein. Dadurch verlängert sich nicht nur der Hebelarm auf die Länge b2 und verringert dadurch entsprechend den zum Öffnen des Deckels 30 erforderlichen
Kraftaufwand F5, sondern der Deckel 30 liegt dann auch vollständig geschützt innerhalb der Öffnung 11 b, was ein unbeabsichtigtes Öffnen des
Verschlusssystems erschwert.
Die Figur 3e zeigt eine zweite Variante des zweiten Ausführungsbeispiels. Hier weist der Wandabschnitt 12b unterhalb der Innennut 13b einen Durchbruch auf, in dem ein Schieber 13c gelagert ist. Der Schieber 13c ist ein quer zur Aufsteckrichtung in dem Durchbruch verschiebbares, stangenförmiges
Betätigungselement zum Öffnen des Deckels 30. Dazu übt der Benutzer von außen quer zur Aufsteckrichtung eine Kraft F5' auf den am Außenende des Schiebers 13c angebrachten oder angeformten Auslöser 13d aus. In der dargestellten Variante des Ausführungsbeispiels hat der Auslöser 13d die Form eines halbkugelförmigen Betätigungsknopfs.
Das andere Ende des Schiebers 13c trifft im Inneren des Behälters 10b auf das in Aufsteckrichtung von dem Randabschnitt 32 hervorstehende Ende einer Randabschnittsverlängerung 34. Die Verlängerung 34 kann abschnittsweise oder über den gesamten Umfang an dem Randabschnitt 32 angebracht oder angeformt sein. Sie hat in der gezeigten Variante im Wesentlichen eine Länge b3 und ist damit länger als der Randabschnitt 32 als solcher. Die Verlängerung 34 wirkt als Hebelarm der Länge b3 bis zum Übergangsbereich zwischen Randabschnitt 32 und Stirnwand 31.
Wird der Schieber 13c am Auslöser 13d mit der Mindestkraft F5' nach Innen geschoben, so bewegt sich die Verlängerung 34 so weit in das
Behälterinnere, dass sie über den Hebelarm b3 das für das Umspringen in den geöffneten bistabilen Zustand nötige Drehmoment auf die Stirnwand 31 überträgt. Die gleiche Kraft F5' würde am übrigen Wandabschnitt 12b nicht zum Öffnen des Deckels 30 führen - etwa weil die Wandstärke bzw. Festigkeit der Behälterwand groß genug ist, um eine Kraftübertragung auf die Randabschnittverlängerung 34 ausreichend zu erschweren. Dadurch wird die Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Öffnen des Dose-Deckel-Systems zusätzlich erhöht.
Wie in der dritten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3f gezeigt, kann der Schieber 13c mit dem Auslöser 13d auch entfallen und stattdessen der Wandabschnitt 12b eine Einschnürung 13e aufweisen, an der die Wandstärke geschwächt ist. Die Einschnürung 13e kann als umlaufende
Ringmulde vorgesehen sein oder nur als abschnittsweise, vorzugsweise an zwei diametral entgegengesetzten Stellen, angeordnete Griffmulden. Drückt man im Bereich der Einschnürung 13e mit der Mindestkraft F5" radial nach Innen, so deformiert sich die Verlängerung 34 so weit in das Behälterinnere, dass sie über den Flebelarm b3 das für das Umspringen in den geöffneten bistabilen Zustand nötige Drehmoment auf die Stirnwand 31 überträgt. Abseits der durch die
Einschnürung 13e geschwächten Wandstärke ist die Behälterwand 12b fest genug, um ein unbeabsichtigtes Öffnen mit der Kraft F5" zu vermeiden. Damit lässt sich eine Beeinträchtigung der Behälterdichtigkeit der zweiten Variante mit dem Wanddurchbruch und dem Schieber 13c vermeiden. Andererseits sind für bestimmte Anwendungen gerade solche Wanddurchbrüche erwünscht, beispielsweise für einen Druckausgleich zwischen Behälterinnerem und
Umgebungsdruck. Statt der Einschnürung 13e kann der Wandabschnitt 12b an dieser Stelle auch auf andere Art weicher gemacht werden, beispielsweise durch Verwenden einer weicheren Materialkomponente oder nachträgliches Aufweichen des Wandabschnitts 12b an dieser Stelle.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verschlusssystem mit einer dreidimensionalen Struktur 10a, 10b, insbesondere einem Behälter oder einem Öffnungsbereich einer technischen Apparatur, und einer Abdeckung 20, 30 zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur 10a, 10b, um deren Öffnung 11 a, 11 b zu verschließen. Die Abdeckung 20, 30 weist eine Stirnwand 21 , 31 , die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteckrichtung gewölbten Zustand verformbar ist, und einen ringförmigen Randabschnitt 22, 32 auf. Dieser weist in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang auf als in dem zweiten bistabilen Zustand und ist daher dazu ausgelegt, eine klemmende Befestigung der Abdeckung 20, 30 an einem Wandbereich 12a, 12b der Öffnung 11 a, 11 b zu bewirken, indem der Randabschnitt 22, 32 in dem ersten Zustand innen oder in dem zweiten Zustand außen gegen den Wandbereich 12a, 12b drückt. Die dreidimensionale Struktur 10a, 10b ist dazu konfiguriert, eine an vordefinierten Stellen A2, B2 von außen auf das Verschlusssystem ausgeübte Kraft so weiterzuleiten, dass sie zu einem Umschnappen der Abdeckung 20, 30 von dem einen in den anderen der beiden bistabilen Zustände führt.
Bezugszeichenliste
10a, 10b Behälter
11 a, 11 b Öffnung
12a, 12b Seitenwand
13a Außennut
13b Innennut
13c Wanddurchbrechung mit Schieber 13d Auslöser
13e Einschnürung
14a, 14b, 14b' Überstand
15a, 15b Absatz
16, 16' Endabschnitt
17 Verengung
18 Verlängerung Randabschnitt Kappe
19 Verlängerung Stirnwand
20, 30 Abdeckung
20 Kappe
30 Deckel
21 , 31 Stirnwand
22, 32 Randabschnitt
23, 33 Zwischenabschnitte (hart)
24 Dehnungsabschnitte (weich)
23a Lippenabschnitt innen (hart)
24a Lippenabschnitt innen (weich)
29 Rastring innen (weich)
33a Lippenabschnitt außen (hart)
34 Verlängerung Randabschnitt Deckel
39 Rastring außen (weich)
a1 , b1 , a2, a2', b2, b3 Hebelarme
A1 , B1 Kontaktpunkt
A2, B2 Druckpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Verschlusssystem mit
einer dreidimensionalen Struktur (10a; 10b), die eine zu verschließende Öffnung (11 a; 11 b) aufweist, und
einer Abdeckung (20; 30) zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur (10a; 10b), um die Öffnung (11 a; 11 b) zu verschließen, wobei die Abdeckung (20; 30) aufweist:
eine Stirnwand (21 ; 31 ), die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteck- richtung gewölbten Zustand verformbar ist; und
einen ringförmigen Randabschnitt (22; 32), der in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang aufweist als in dem zweiten bistabilen Zu- stand und daher dazu ausgelegt ist, eine klemmende Befestigung der Abdeckung (20; 30) an einem Wandbereich (12a; 12b) der Öffnung (11 a; 11 b) zu bewirken, indem der Randabschnitt (22; 32) in dem ersten Zustand innen oder in dem zweiten Zustand außen gegen den Wandbereich (12a; 12b) drückt,
dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Struktur (10a; 10b) dazu konfiguriert ist, eine an mindestens einer vordefinierten Stelle (A2; B2) von außen auf das Verschlusssystem ausgeübte Kraft so weiterzuleiten, dass sie zu einem Umschnappen der Abdeckung (20; 30) von dem einen in den anderen der beiden bistabilen Zustände führt.
2. Verschlusssystem nach Anspruch 1 , wobei
in dem geschlossenen Zustand des Verschlusssystems der Randabschnitt (32) der Abdeckung (30) in dem ersten Zustand innen an einem Kontaktpunkt (B1 ) gegen den Wandbereich (12b) drückt, und
die dreidimensionale Struktur (10b) aus einem Material hergestellt ist, das zumindest an der vordefinierten Stelle (B2) derart flexibel ist, dass durch eine quer zur Aufsteckrichtung von mindestens einer und vorzugsweise zwei entgegengesetzten Außenseiten auf den Wandbereich (12b) der Öffnung (11 b) wirkende Kraft (F4, F5, F5') ein Umschnappen der Abdeckung (30) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt.
3. Verschlusssystem nach Anspruch 2, wobei
der Wandbereich (12b) wenigstens eine Verengungsstelle aufweist, an der sich die Größe der Öffnung (1 1 b) verringert, vorzugsweise in Form eines stufenförmigen Absatzes (15b), und
die Größe der Abdeckung (30) so bemessen ist, dass sie im offenen Zustand des Verschlusssystems nur bis zur Verengungsstelle in die Öffnung (1 1 b) passt und mit ihrem Randabschnitt (32) an der Verengungsstelle aufliegt.
4. Verschlusssystem nach Anspruch 3, wobei zum Öffnen des
Verschlusssystems
die quer zur Aufsteckrichtung von zwei entgegengesetzten Außenseiten wirkende Kraft (F4, F5) an einem entgegen der Aufsteckrichtung von der
Verengungsstelle entfernten Druckpunkt (B2) auf den Wandbereich (12b) der Öffnung (1 1 b) einwirkt, und
die Kraft (F4, F5) über einen durch den Abstand zwischen dem Druckpunkt (B2) und dem Kontaktpunkt (B1 ) gebildeten Flebelarm (b1 , b2) auf den an der Verengungsstelle anliegenden Randabschnitt (32) einwirkt und ein Umschnappen der Abdeckung (30) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt.
5. Verschlusssystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Wandbereich (12b) eine entgegen der Aufsteckrichtung von der Verengungsstelle entfernte Nut (13b) zum Eingriff eines Klemmelements des Abdeckungs-Randabschnitts (32) aufweist, insbesondere eines Rastrings (39).
6. Verschlusssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei
an dem Randabschnitt (32) eine Verlängerung (34) in der Aufsteckrichtung angebracht oder angeformt ist, die sich im geschlossenen Zustand der Abdeckung (30) in der Aufsteckrichtung mindestens bis zu der vordefinierten Stelle (B2) der dreidimensionalen Struktur (10b) erstreckt, und die eine von zwei entgegengesetzten Außenseiten des Wandbereichs (12b) einwirkende Kraft (F4, F5, F5', F5") SO auf die Stirnwand (31 ) überträgt, dass diese von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand umschnappt, und
der Wandbereich (12b) an der vordefinierten Stelle (B2) vorzugsweise einen Durchbruch mit einem quer zur Aufsteckrichtung verlaufenden
Schiebeelement (13c) aufweist, das sich aufgrund der von der mindestens einen oder den vorzugsweise zwei entgegengesetzten Außenseiten des Wandbereichs (12b) einwirkenden Kraft (F5") quer zur Aufsteckrichtung bewegen lässt, um zum Öffnen der Abdeckung (30) gegen die Verlängerung (34) zu drücken.
7. Verschlusssystem nach Anspruch 1 , wobei
in dem geschlossenen Zustand des Verschlusssystems der Randabschnitt (22) der Abdeckung (20) in dem zweiten Zustand an einem Kontaktpunkt (A1 ) außen gegen den Wandbereich (12a) drückt, und
der Wandbereich (12a) an seinem entgegen der Aufsteckrichtung äußersten Endabschnitt (16) so geformt ist, dass ein Schließen des
Verschlusssystems nicht nur durch eine quer zur Aufsteckrichtung von zwei entgegengesetzten Außenseiten auf den Randabschnitt (22) der Abdeckung (20) wirkende Kraft (F0, F-|) sondern auch durch eine in Aufsteckrichtung auf einen vordefinierte Stelle (A2) der Stirnwand (21 ) wirkende Kraft (F2, F3, F3') ein Umschnappen der Abdeckung (20) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt wird.
8. Verschlusssystem nach Anspruch 7, wobei
der äußerste Endabschnitt (16) der Öffnungswand (12a) so geformt ist, dass die Stirnwand (21 ) der Abdeckung (20) im offenen Zustand des
Verschlusssystems die Öffnungswand (12a) an einem Kontaktpunkt (A1 ) kontaktiert, der weiter in der Öffnungsmitte liegt als der Übergangsbereich zwischen Stirnwand (21 ) und Randabschnitt (22), und eine an einem Druckpunkt (A2) in Aufsteckrichtung auf den Bereich der Stirnwand (21 ) der Abdeckung (20) wirkende Kraft (F2, F3, F3') über einen zwischen dem Druckpunkt (A2) und dem Kontaktpunkt (A1 ) gebildeten Flebelarm (a1 , a2, a2') auf den Randabschnitt (22) einwirkt und ein Umschnappen der Abdeckung (20) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt
9. Verschlusssystem nach Anspruch 8, wobei der äußerste Endabschnitt (16, 16') der Öffnungswand (12a) eine sich quer zur Aufsteckrichtung verjüngende Form aufweist.
10. Verschlusssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich die Öffnung (11 a) an dem äußersten Endabschnitt (16, 16') der Öffnungswand (12a) verengt.
11. Verschlusssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei
an dem Randabschnitt (22) eine im Wesentlichen in der Aufsteckrichtung verlaufende Verlängerung (18) angebracht oder angeformt ist, die den Flebelarm der quer zur Aufsteckrichtung von mindestens einer und vorzugsweise zwei entgegengesetzten Außenseiten auf den Randabschnitt (22) wirkenden Kraft (F-|) zum Schließen des Verschlusssystems verlängert, und/oder
an der Stirnwand (21 ) eine im Wesentlichen quer zur Aufsteckrichtung verlaufende Verlängerung (19) angebracht oder angeformt ist, die den Flebelarm (a2') der in Aufsteckrichtung auf die vordefinierte Stelle (A2) wirkenden Kraft (F3') zum Schließen des Verschlusssystems verlängert
12. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die dreidimensionale Struktur (10a; 10b) ein Behälter, insbesondere eine Dose mit runder Öffnung (11 a; 11 b) ist.
13. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Randabschnitt (22; 32) der Abdeckung (20; 30) wenigstens einen
Dehnungsabschnitt (24) aufweist, der aus einer zweiten Materialkomponente hergestellt ist, die weicher ist als eine erste Materialkomponente aus der der übrige Randabschnitt (22; 32) hergestellt ist, und die eine Vergrößerung des Randabschnitt-Außenumfangs in dem ersten bistabilen Zustand gegenüber dem zweiten bistabilen Zustand ermöglicht.
14. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abdeckung (20; 30) aus Kunststoff in einem Stück durch ein Spritzgussverfahren in Mehrkomponententechnik hergestellt ist.
15. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Randabschnitt (22; 32) der Abdeckung (20; 30) mehrere Dehnungsabschnitte (24) aus der weicheren zweiten Materialkomponente aufweist, die ausgehend vom Übergangsbereich zwischen dem Randabschnitt (22; 32) und der Stirnwand (21 ;
31 ) vorzugsweise radial schräg oder vertikal nach unten verlaufen und sich äquidistant mit Zwischenabschnitten (23; 33) aus der härteren ersten
Materialkomponente des übrigen Randabschnitts (22; 32) abwechseln.
16. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Winkel (m), unter dem die Stirnwand (21 ; 31 ) in den Randabschnitt (22; 32) übergeht, konstant ist, d.h. in dem ersten bistabilen Zustand genauso groß ist wie in dem zweiten bistabilen Zustand, und der Winkel (m) vorzugsweise größer als 90° ist, insbesondere zwischen 100° und 120°.
17. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Materialstärke am Übergang von der Stirnwand (21 ; 31 ) in den Randabschnitt (22;
32) zumindest in Teilbereichen größer ist als im übrigen Bereich der Abdeckung (20; 30), vorzugsweise um ein Vielfaches höher als die minimale Materialstärke der Stirnwand (21 ; 31 ), insbesondere ca. drei bis vier Mal so groß.
18. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abdeckung (20; 30) am Übergang von der Stirnwand (21 ; 31 ) in den Randabschnitt (22; 32) zumindest in Teilbereichen aus einer dritten Material- komponente hergestellt ist, die härter ist als die erste Materialkomponente, aus der die übrige Stirnwand (21 ; 31 ) zumindest vorwiegend besteht, wobei dann vorzugsweise die gesamte Abdeckung (20; 30) eine im Wesentlichen einheitliche Materialstärke hat.
19. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Randabschnitt (22; 32) in und außerhalb des Bereichs mit dem
Dehnungsabschnitt (24) einen axial in oder entgegen der Aufsteckrichtung verlaufenden Mittelabschnitt und einen daran angrenzenden und in radialer Richtung nach innen und/oder nach außen verlaufenden Lippenabschnitt (23a, 24a; 33a) aufweist.
20. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
am Endbereich des Randabschnitts (22; 32) oder des Lippenabschnitts
(23a, 24a; 33a) ein Rastring (29; 39) angeformt ist, der ebenfalls aus einem Material gebildet ist, das weicher oder elastischer ist als die erste Materialkompo- nente, und
der Rastring (29; 39) vorzugsweise aus der zweiten Materialkomponente gebildet ist.
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