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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschlussvorrichtung aus Kunststoff zur Anbringung auf einen geschlossenen Behälter aus Kunststofffolienmaterial, bestehend aus einem Unterteil mit zylindrischem Ausguss und einem Flansch zur Befestigung auf dem Behälter und einer Schraubkappe, die auf dem Unterteil schraubbar gehalten ist, sowie einen zylindrischen Durchstosser mit Aussengewinde, der in axialer Richtung beidseitig offen ist und im Ausguss des Unterteiles in dessen Innengewinde läuft, wobei in der Schraubkappe Mittel vorhanden sind, die bei der erstmaligen Schraubbewegung der Schraubkappe den Durchstosser schraubenförmig nach unten bewegen, und dass der zylindrische Durchstosser an dessen zylindrischen Wand am Ende, welches zur Behälterwandung gerichtet ist, Schneidzähne aufweist.
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Verschlussvorrichtungen der eingangs genannten Art wurden bis heute nur auf aus laminiertem Folienmaterial gefertigten Behältern angebracht. Diese laminierten Folien weisen mindestens drei Schichten unterschiedlicher Materialien auf. Zum einen besteht ein solches Material aus einer Kartonschicht, welche dem Behältnis die erforderliche Steifigkeit gibt, einer Aluminiumschicht, die als Aromasperre dient, und einer Kunststoffschicht, die die erforderliche Dichtigkeit garantiert. Um diese drei Schichten zu durchtrennen muss der entsprechende Durchstosser einer eingangs erwähnten Verschlussvorrichtung unterschiedliche Funktionen erfüllen. Um die Kartonschicht zu durchtrennen sind oftmals eine Vielzahl von Sägezähnen vorgeschlagen, während ein erhöhter Zahn mit einer vorderen Schneidkante die Aluminiumschicht durchschneidet, während ein Perforierzahn die Kunststoffschicht durchstösst, bevor die zuvor genannte Schneide die Kunststofffolie weiter schneiden kann. Bei diesen Behältnissen aus laminiertem Folienmaterial stellt im Prinzip die Durchtrennung der Kartonschicht ein Problem dar, insbesondere dann, wenn die zur Unterstützung dienende Teilstanzung, die zumindest die Kartonschicht halbwegs durchtrennt, nicht exakt mit der Schneidlinie des Durchstossers übereinstimmt, so sind entweder die Zähne zu schwach oder bei einer Vielzahl von Zähnen kommt das Kartonmaterial zwischen die Zähne und diese können danach kaum noch eine perforierte Wirkung erzeugen.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich jedoch um eine Verschlussvorrichtung, die auf einem reinen Kunststofffolienmatieral aufgebracht wird. Solche Schlauchbeutel, in der Fachsprache meist Pouches genannt, wurden bisher nicht mittels vorgenannten Verschlussvorrichtungen geöffnet, sondern eine Öffnung war bereits ausgestanzt und ein Verschluss wurde mit seinem Ausguss lagekorrekt aufgeschweisst oder zwischen zwei Folienlagen eingeschweisst. Da hierdurch die Lagebeständigkeit des abgefüllten Lebensmittels oder Getränkes somit nur noch von der Dichtigkeit des Verschlusses abhängig ist, wurden solche Verschlüsse praktisch nur in unproblematischen Bereichen, insbesondere im Bereich der Kosmetik, verwendet.
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Bei der Verwendung der Verschlussvorrichtung der eingangs genannten Art bleibt der Behältnisbeutel bis zum Zeitpunkt der Erstöffnung vollständig verschlossen. Damit ist eine erhöhte Lagerfähigkeit gegeben. Hinzu kommt, dass bei solchen Lösungen auch die Kunststofffolie wesentlich robuster und mit höherer Wandstärke gestaltet ist als die sehr dünne Kunststofffolienschicht bei einer laminierten Folie. Hierdurch ergeben sich andere Anforderungen an die Verschliessvorrichtung. Erste Versuche mit Verschliessvorrichtungen der bekannten Art ergaben keine vertrauenswürdigen Resultate.
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Durchstosser wie beispielsweise aus den
US-A-5020690 oder
US-A-5141133 besitzen eine Vielzahl von Zähnen. Diese aneinandergrenzenden Zähne bilden praktisch die Gestalt eines ringförmigen Sägeblattes. Solche Lösungen haben entweder dazu geführt, dass eine Rondelle vollständig ausgeschnitten wurde und in den Behälter fiel oder dass durch die Zähigkeit der Folie einzelne Zähne abgebrochen sind und in den Behälter gefallen sind. Handelt es sich wie hier üblich um Behälter für Getränke, so ist dies völlig, unakzeptabel.
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Bisher ging man davon aus, dass eine Vielzahl von Zähnen vorteilhaft ist, da dadurch eine Vielzahl von Perforationen entstehen. Tatsächlich hat man jedoch festgestellt, dass eine Mehrzahl von Perforationen an sich keinen Vorteil ergibt. Vielmehr hat sich gezeigt, dass eine Vielzahl von Zähnen automatisch dazu führt, dass diese Zähne relativ schwach sein müssen. Dies führt zu dem bereits oben erwähnten Nachteil.
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Aus dieser Erkenntnis heraus, sind entsprechend Weiterentwicklungen getätigt worden, bei denen einerseits die Zahl der Zähne reduziert und andererseits die Form der Zähne unterschiedlich gestaltet wurde. So ist beispielsweise aus der
EP-A-1415926 eine Lösung mit lauter gleichen, jedoch ungleichmässig über den Umfang verteilten Zähnen bekannt. Ferner ist aus der
US-A-6279779 eine Verschlussvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt mit einem Durchstosser, der lediglich noch einen einzigen Zahn aufweist. Dieser Zahn ist entsprechend stark gestaltet und weist verschiedene Flächen mit unterschiedlicher Wirkung auf. Die Ein-Zahn-Version hat sich eindeutig nicht bewährt. Die Abläufe des Durchtrennens der Folie sowie deren Perforation, das nachfolgende Schneiden und schliesslich das Wegklappen des ausgeschnittenen Teiles haben sich nicht in einem einzigen Element optimieren lassen. Daher hat die Anmelderin Versuche gefahren, mit einem Durchstosser gemäss der
WO2007/030965 , bei dem drei Zähne über den Umfang verteilt und von einer gleichmässigen Verteilung über den Umfang versetzt vorhanden sind. Während Durchstosser dieser Art sich vielfach bewährt haben, kommen immer wieder Fälle vor, bei denen entweder die Folie vollständig ausgeschnitten wurde und das entsprechende Rondell in das Behältnis viel, oder bei anderen Fällen die Folien lediglich an drei Stellen etwa gleichweit eingeschnitten wurden und die Folie verschliessend über der Öffnung hängen blieb. Aus diesen Erkenntnissen hat die Anmelderin in aufwendigen Versuchen eine Optimierung gesucht, die zuverlässig einen öffnenden Schnitt realisiert, sodass ein mit dem Behältnis in Verbindung bleibendes klappenartiges Rondell hängen bleibt, welches auch durch die Zähne aus dem offenen Bereich des Durchstosser geschoben wird.
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Diese komplexe Aufgabe löst eine Verschlussvorrichtung der eingangs genannten Art, die sich dadurch auszeichnet, dass der Durchstosser genau zwei gleich hohe Zähne aufweist, die beide innerhalb eines Winkelbereichs von 70 bis 120° des Umfanges angeordnet sind. Dies bewirkt, dass die beiden Zähne die aufzuschneidende Kunststofffolie vorspannen und danach gleichzeitig die Folie perforieren und zu schneiden beginnen und dabei der Folgezahn nach einer kurzen Strecke in den Schneidbereich des Vorderzahnes kommt und damit unwirksam wird. Folgt die Perforation der Folie praktisch sogleich bei der ersten Berührung, so kann trotzdem die Folie nicht vollständig kreisförmig ausgeschnitten werden und somit fällt auch kein Kunststofffolienrondell in den Behälter. Erfolgt die Perforation und der folgende Schnitt relativ spät, so wird immer noch ein genügend langer Schnitt erzeugt, der sicherstellt, dass der Schnitt des Folgezahns im Bereich des Schnittes des vorderen Zahns hineinläuft und hierdurch wird immer noch ein Schnitt, der sich über mehr als 180° erstreckt, erzielt, sodass die Folie genügend weit aufgeschnitten ist, um einen genügenden Durchfluss zu erzielen.
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Zeichnung
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In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
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1 den geschlossenen Kunststoffverschluss vor der Erstbenutzung in einer Seitenansicht und
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2 denselben in einem diametralen Vertikalschnitt
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3 zeigt in vereinfachter Darstellung den Durchstosser von unten mit Blick auf den Rand mit den beiden Schneidzähnen
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4 zeigt den Durchstosser und den Unterteil mit Flansch als einteiliges Halbfabrikat vor der Montage, wiederum in einem diametralen Vertikalschnitt und
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5 dieselbe Ansicht um 180° gedreht.
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6a–6c zeigen verschiedene Schnittbilder.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die Kunststoffverschlussvorrichtung ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Diese umfasst drei Bauteile, von denen zwei herstellungstechnisch einstückig gefertigt sein können, wie dies nachfolgend beschrieben und in den 4 und 5 dargestellt ist. Die Kunststoffverschlussvorrichtung 1 besitzt eine Schraubkappe 4, an deren unteren Rand fluchtend mit der Mantelwand der Schraubkappe 4 ein Garantieband 7 über Sollbruchstellenbrücken 8 angeformt ist. In der Seitenansicht gemäss der 1 ist von der Verschlussvorrichtung 1 lediglich noch ein Flansch 3, der Teil des Unterteiles 2 ist, erkennbar.
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In der Schnittzeichnung gemäss der 2 erkennt man, dass die Schraubkappe 4 eine Mantelwand 9 aufweist, sowie eine Deckfläche. Die Schraubkappe 4 hat eine Innengewinde 11, das als Feingewinde gestaltet ist. Der Unterteil 2 mit seinem Flansch 3, der der Schweiss- oder Klebverbindung mit dem Behälter dient, besitzt einen zylindrischen Ausguss 6, der rohrförmig und beidseitig offen ist. Dieser Ausguss 6 hat ein Aussengewinde 12, das ebenso als Feingewinde gestaltet ist und beim Auf- und Abschrauben der Schraubkappe 4 mit dem Innengewinde 11 der Schraubkappe 4 kämmt. Das Feingewinde 11, 12 ist bevorzugter Weise als zweigängiges Gewinde gestaltet. Das Feingewinde 11, 12 hat den Vorteil einer einfachen Montage, indem das Innengewinde 11 der Schraubkappe 4 ratschenartig über das Aussengewinde 12 des Ausgusses 6 geschoben werden kann. Dies erlaubt eine Montage ohne Relativverdrehung der Teile zueinander. In der Schraubkappe 4 sind zwei einander diametral gegenüberstehende Mitnehmer 13 vorhanden, die auf der Unterseite der Deckfläche 10 der Schraubkappe 4 angeformt sind. Diese Mitnehmer 13 wirken zusammen mit Mitnehmer bzw. Mitnehmerrippen 19 im Durchstosser 5. Dieser Durchstosser 5 wird nachfolgend anhand der 4 und 5 detailliert beschrieben.
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Wie bereits erwähnt, fertigt man den Durchstosser 5 und den Unterteil 2 einstückig, sowie dies in der 4 dargestellt ist. Hier bilden der Unterteil 2 und der Durchstosser 5 zusammen ein Halbfabrikat, das mittels einer einzigen Spritzgussform herstellbar ist. Zur Montage können Unterteil 2 und Durchstosser 5 einfach zusammengestossen werden. Hierbei kommt der Durchstosser 5 vollständig innerhalb des zylindrischen Ausgusses 6 zu liegen. In dieser Position als Halbfabrikat ist der Durchstosser 5 über Sollbruchstellen 15 am oberen Rand des Ausgusses 6 angeformt. Der Durchstosser 5 besteht aus einem zylindrischen Rohrabschnitt 16, der aussen ein Grobgewinde 17 besitzt. Dieses Grobgewinde 17 mit einer grossen Steigung kämmt mit einem entsprechend angepassten trapezförmigen Gewinde 18 auf der Innenseite des Ausgusses 6. Der Durchstosser 5 besitzt zudem zwei einander diametral gegenüberstehende Mitnehmerrippen 19, an die die bereits zuvor genannten Mitnehmer 13 der Schraubkappe 4 bei der entsprechenden Schraubbewegung zum Anliegen kommen. Am unteren Rand des Durchstossers 5 sind zwei Schneidzähne 20, 21 angeformt, von denen in der 2 beide sichtbar sind, während in der 5 nur der nachlaufende Zahn 21 ersichtlich ist, während der vorlaufende Zahn 20 weggeschnitten ist. Der vorlaufende Zahn ist mit 20 und der nachlaufende Zahn mit 21 bezeichnet. Beide Zähne 20, 21 weisen dieselbe Länge l auf. Diese Länge l bezeichnet die vertikale Strecke von der Unterkante 22 des zylindrischen Rohrabschnittes 16 bis zur Spitze 23 des entsprechenden Schneidzahnes 20, 21.
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Im zusammengebauten Zustand, wie dies die 2 zeigt, liegt der Durchstosser 5 vollständig innerhalb des zylindrischen Ausgusses 6. Hierbei liegt die Spitze 23 resp. die beiden Spitzen 23 der Schneidzähne 20, 21 etwa auf der Höhe der Unterkante des Flansches 3 des Unterteiles 2. Bei einer Abschraubbewegung der Schraubkappe 4 bewegt sich der Durchstosser 5 in axialer Richtung gegenläufig, wobei der Durchstosser 5 einen wesentlich grösseren translatorischen Vertikalweg pro Umdrehung durchführt als die Schraubkappe 4 in der Gegenrichtung. Tatsächlich führt der Durchstosser 5 maximal eine Rotationsbewegung um ca. 330° durch, während die Schraubkappe 4 ein oder mehrere Umgänge bis zum vollständigen Abschrauben durchführt.
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Je nach der Festigkeit, Elastizität und sonstigen Gegebenheiten, insbesondere bezüglich der Vorspannung der Kunststofffolie des Schlauchbeutels als Beispiel eines Behälters, wird die Kunststofffolie früher oder später durchstossen. Praktisch immer erfolgt der Durchstoss der Schneidzähne 20, 21 gleichzeitig. So entstehen die Schnittbilder, wie diese in den 6a bis c dargestellt sind. In der 6a sind die Teilschnitte des nachfolgenden Zahns 21 noch nicht bis in den Schnitt des vorlaufenden Zahns 20 vorgedrungen. In der 6b hingegen ist dies bereits geschehen. Diese Figur zeigt die im schlechtesten Fall erwirkte Schnittlinie, die praktisch in der Grössenordnung von 200 bis 240° liegt. Wäre dies die Endposition, so würde im Prinzip der vorlaufende Zahn 20 den laschenförmigen Teil L nach unten drücken, sodass auch in diesem Falle der Durchfluss mindestens zu mehr als 50% offen ist. Im Normalfall wird jedoch die Schnittlinie sich um einen Teilkreis von rund 330° erstrecken. Diese Situation ist in der 6c gezeigt.
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In der 3 ist vereinfacht der Durchstosser 5 mit Blick auf die Zähne 20, 21 in Richtung der Rotationsachse des zylindrischen Rohrabschnittes 16 dargestellt. Zieht man von den beiden Zahnspitzen Radien zum Zentrum der Längsachse, so bildet sich dazwischen ein Winkel α. Dieser Winkel α muss innerhalb eines Winkelbereiches zwischen 70° und 120° betragen. Zudem ist es vorteilhaft, wenn man das Aussengewinde (Grobgewinde 17) des Durchstossers 5 und das vorzugsweise trapezförmige Innengewinde 18 des Ausgusses 6 so steil wählt, dass bei der Abschraubbewegung der Schraubkappe 4 die Schneidzähne 20, 21 in Schneidrichtung vom Berührungspunkt auf der zu durchtrennenden Kunststofffolie des Behälters bis zur vollständig beendeten Abschraubbewegung der Schraubkappe einen maximalen Schneidweg von 210° durchläuft. Zählt man nun zu diesen 210° den maximalen Winkel, den der vorlaufende Schneidzahn 20 und der nachlaufende Schneidzahn 21 miteinander einschliessen, nämlich einen Winkel von 120°, dazu, so ergibt dies eine maximale Schneidlinie, die sich über 330° erstreckt. Damit verbleibt eine genügende Verbindung zwischen der Kunststofffolie des Behälters und der erwähnten Lasche L. Geht man jedoch vom schlechtesten Fall aus, dass erst nach einer Viertelumdrehung, also nach 90°, die Perforation der Folie erfolgt und der Winkel zwischen den beiden Schneidzähnen 20, 21 lediglich 70° beträgt, so führt der vorlaufende Zahn 20 immer noch eine Mindestschnittlinie von 120° durch, während der nachlaufende Zahn 21 die zusätzlichen 70° durchläuft, sodass auch im schlechtesten Fall noch eine Schnittlinie von über 180° gebildet wird.
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Da bei dieser Version der Verschlüsse die auftretenden Kräfte auf die Schneidzähne 20, 21 wesentlich grösser ist als bei einer Vielzahl von kleinen Zähnen, ist es vorteilhaft, wenn man die Wandstärke der Schneidzähne 20, 21 grösser wählt, als die Wandstärke des zylindrischen Rohrabschnittes 16 des Durchstossers 5. Dies ist am deutlichsten in der 5 erkennbar. In der 4 scheint dies nicht der Fall zu sein, doch liegt dies lediglich daran, dass hier die Schnittlinie durch die Mitnehmerrippen 19 verlaufen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5020690 A [0005]
- US 5141133 A [0005]
- EP 1415926 A [0007]
- US 6279779 A [0007]
- WO 2007/030965 [0007]