DE3404403C2

DE3404403C2 -

Info

Publication number: DE3404403C2
Application number: DE19843404403
Authority: DE
Inventors: Frank 7951 Hochdorf De Landwehr; Thaddaeus Dr. 7951 Warthausen De Liske
Original assignee: Dr Karl Thomae GmbH
Current assignee: Boehringer Ingelheim Pharma GmbH and Co KG
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1987-07-23
Also published as: DE3404403A1

Description

Die Erfindung betrifft eine prellbare Schraubverschlußkombination, die aus einem Gewinde entweder auf einer Seite des Behälterhalses oder auf der Innenseite einer Verschlußkappe oder auf der Außenseite eines Verschlußstopfens und einem sogenannten "Gegengewinde" in Form einer bestimmten Noppenanordnung an dem jeweils anderen Verschlußteil besteht. Ist beispielsweise die Noppenanordnung auf der Innenseite einer Verschlußkappe angebracht, so läßt sich dieser Verschluß bei den meisten, handelsüblichen Flaschen zum Einsatz bringen.

Bisher bekannt sind sowohl Verschlüsse zum Aufprellen auf einen Behälterhals bzw. eine Behälteröffnung als auch Verschlüsse zum Auf- und Zuschrauben. Reine Prellverschlüsse sind z. B. für Arzneimittelflaschen ungeeignet; der Verbraucher ist gewohnt, den Verschluß auf- und nach Gebrauch wieder zuzuschrauben. Maschinell lassen sich reine Prellverschlüsse rascher aufbringen als Verschlüsse zum Zu- und Aufschrauben. Verschlüsse, die sowohl geschraubt als auch geprellt werden können und selbst bei kriechfreudigen Füllgütern noch dicht abschließen, sind bisher nicht bekannt geworden. Lediglich in der DE-OS 14 32 210 wird ein Gefäß mit einem Verschlußglied in Form einer Kappe oder eines Stopfens beschrieben, wobei nur der Gefäßhals oder das Verschlußglied ein Gewinde aufweist und der andere dieser beiden Teile, der aus viskoelastisch nachgiebigem Material besteht, an seiner inneren oder äußeren Mantelfläche mit angeformten, vorspringenden Längsrippen oder -stegen versehen ist, die sich beim Verschließen durch Aufprellen des Verschlußgliedes in den praktisch starren Gegenpart - unter flexibler Verformung zumindest der Rippen oder Stege - eindrücken. Diese Verschlußvorrichtung verlangt aber beim Aufsetzen der Kappe oder des Stopfens einen erheblichen Kraftaufwand - das verschlossene Gefäß läßt sich auch nur mit großem Kraftaufwand wieder öffnen - und darüber hinaus große Anforderungen an die Qualität des das Verschlußglied bildenden Materials, da beim Lagern des verschlossenen Gefäßes die Längsrippen oder -stege immer verformt bleiben.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verschlusses ist darin zu sehen, daß sich dieser ohne die Ingangsetzung aufwendiger Verschraubungsabläufe sehr leicht maschinell auf die Behältermündung aufprellen läßt, wobei seine Funktion auch als Schraubverschluß gewährleistet bleibt. Die besondere Anordnung der Noppen ermöglicht ein einwandfreies Ab- und Aufschrauben des Verschlusses und gleichzeitig eine einwandfreie Abdichtung der Behältermündung. Durch die Möglichkeit, den Verschluß auf die Behältermündung aufzuprellen, wird aber die Leistung der Abfüll- und Verpackungslinie bei der maschinellen Fertigung der Packungen erheblich gesteigert.

Gegenstand der Erfindung ist also eine prellbare Schraubverschlußkombination, bestehend aus einem Gewinde entweder auf einer Seite der Behältermündung oder auf der Innenseite einer Verschlußkappe oder auf der Außenseite eines Verschlußstopfens, wobei mindestens eines der beiden Verschlußteile flexibel ist, welcher sich dadurch auszeichnet, daß sein sogenanntes "Gegengewinde" an dem jeweils anderen Verschlußteil der Kombination durch eine definierte Anzahl und eine bestimmte Anordnung von in das Gewinde fest einrast baren Noppen ersetzt ist, wobei der Verschluß auf die Behältermündung dann aufprellbar und gleichzeitig aber auch auf- und zuschraubbar ist, wenn folgende Bedingungen eingehalten sind:

a) alle angebrachten Noppen sind von gleicher Größe und Gestalt;
b) es liegt eine gleichmäßige Verteilung der Noppen über den gesamten Umfang des die Noppen tragenden Verschlußteiles vor;
c) die Noppen sind auf einer oder mehreren horizontalen bzw. parallel zur Dichtebene verlaufenden Linien verteilt;
d) Die Abstände der die Noppen tragenden horizontalen Linien sind untereinander gleich;
e) die im Einrastzustand sich befindenden Noppen bilden in der Draufsicht geometrisch gesehen mindestens die Eckpunkte eines Dreiecks, ansonsten die Eckpunkte eines gleichseitigen Polygons; und
f) der Betrag der reversiblen Dehnung der Dichteinlage ist größer als das Einrastintervall I _R, welches wie folgt definiert ist:

Die Gestalt bzw. Ausbildung der Noppen ist jeweils dem Gewinde angepaßt, bei Trapez- und Sägezahngewinden wird eine Pyramidenform vorgezogen, wobei die mit dem Gewinde in Eingriff stehende Seite der Pyramide vorzugsweise steiler gegenüber der Basis gestellt ist als die auf das Gewinde aufgleitende Seite. Vorteilhafterweise verwendet man ausgesprochene Rastnoppen, die im Querschnitt ebenfalls das Aussehen eines Sägezahns zeigen. Bei Rund- oder Kordelgewinden verwendet man vorzugsweise prismenförmige Noppen, deren Oberkanten parallel zu dem Gewindegang verlaufen.

Der Verschluß wird zum Zwecke des im weiteren durchzuführenden Aufprellens über die Flaschenmündung gestülpt. Steht der zu verschließende Behälter senkrecht und zeigt die Behältermündung nach oben, so läßt sich der aufgesetzte Verschluß ohne Aufwand von Kraft soweit "herunterführen" bis die Noppen der untersten Linie (die der Verschlußunterkante am nächsten liegt) auf dem obersten Gewindegang aufliegen. Durch geringen Kraftaufwand rasten nun in zeitlicher Reihenfolge nacheinander Noppen unter die Gewindegänge; nach Durchlaufen eines jeden Rastintervalls bildet sich in der Draufsicht gesehen das gleiche, gleichseitige Polygon tragender Noppen. Dieser Einrast-Ablauf währt solange, bis die Dichteinlage plan auf der Behältermündung aufliegt. Mittels erhöhtem Kraftaufwand (Kopfdruck 1000 N) wird nun die Dichteinlage zusammengedrückt, wobei weitere Noppen ihre endgültige Einraststellung einnehmen. Dadurch wird ein "Zurückfedern" der Dichteinlage verhindert und der durch die prellbare Schraubverschlußkombination verschlossene Behälter ist dicht.

Zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung wird auf die Fig. 1 bis 4 verwiesen, die eine beispielhafte Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung darstellen.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Verschlußteil in der Höhe einer Noppenlinie parallel zur Dichtebene dieses Verschlußteils.

Die Fig. 2 zeigt die Abwicklung einer zylindrischen Innenfläche mit den auf parallel zur Dichtebene verlaufenden Linien aufgereihten Noppen.

Die Fig. 3 zeigt eine Projektion der Abwicklung einer Innenfläche gemäß Fig. 2 auf die Abwicklung einer zylindrischen Gewindefläche, z. B. eines Behälterhalses.

Die Fig. 4 stellt einen Längsschnitt an einer bestimmten Stelle der beiden Verschlußteile dar.

Die beispielhafte Anordnung der Noppen in dem betreffenden Verschlußteil und damit das Wesen der Erfindung geht eindeutig aus den Fig. 1 bis 4 hervor. Hierbei bedeutet (1) einen Segmentwinkel, (2) ist der untere Verschlußrand, mit (3) werden die beispielsweise pyramidenförmigen Noppen bezeichnet, (4) ist ein Segmentgrenzpunkt (im angeführten Fall liegen 6 Segmentgrenzpunkte, mit A bis F gekennzeichnet, vor), (5) ist ein Segment; die zylindrische Verschlußfläche (hier Verschlußinnenfläche), die die Noppen (3) trägt, wird mit (6) bezeichnet, in Fig. 1 ist (7) die Schnittstelle A mit G, die in den Fig. 2 und 3 als A = G bzw. G = A wiederzufinden ist, mit (8), (9) und (10) werden die horizontal bzw. parallel zur Dichtebene des Verschlusses verlaufenden Linien für die Anordnung der Noppen (3) bezeichnet, (11) kennzeichnet in Fig. 3 die Gewindesteigung in Winkelgraden und (12) die Gewindesteigung in mm (Abstand zwischen den einzelnen Gewindegängen), mit (13) ist ein Gewindegang angegeben, (14) stellt die Abwicklung der Flaschenmündung bzw. die Mündungsaußenfläche und (15) die obere Mündungskante dar, (16) ist eine Segmentgrenzpunktslinie durch einen Segmentgrenzpunkt (4); in den Fig. 3 und 4 stellt (17 eine Schnittzeichnung durch die Flaschenmündung und in Fig. 4 schließlich (18) eine Schnittzeichnung durch eine Verschlußwandung mit tragenden Noppe (19), bei welcher die Noppe (19) und der Gewindegang im Eingriff stehen, dar. Mit (20) wird die Außenfläche einer Verschlußzylinderwand bzw. der Deckelteil angedeutet.

Die Fig. 1 zeigt eine Teilung einer zylindrischen Verschlußinnenfläche in beispielsweise sechs gleichgroße Segmente (5). Hieraus ergibt sich der Segmentwinkel (1) zu 60° (360° : 6). Jedes Segment (5) mit seinem jeweiligen Segmentwinkel (1) ist durch die Segmentgrenzpunkte (4) durch fortlaufende Buchstaben A bis F festgelegt. Pyramidenförmige Noppen (3) sind gleichmäßig an den Segmentgrenzpunkten (4) an der zylindrischen Verschlußinnenfläche (6) angebracht.

Die Anzahl der Segmente (5) und damit die Anzahl der horizontal auf den Linien (8), (9) und (10) angebrachten Noppen (3) auf der zylindrischen Verschlußinnenfläche (6) ist ausschlaggebend für das Einrastintervall; über die Bedeutung des Einrastintervalls I _R wird weiter unten noch ausführlich eingegangen. Bei dem Gewinde von z. B. 18 mm Außendurchmesser, einer Steigung von 3 mm und einer Gewinde-Abwicklungslänge von ungefähr 54 mm läßt sich der Steigungswinkel des Gewindeganges aus der Steigung und der Abwicklungslänge beispielsweise zu 3°16′ berechnen.

Da beispielsweise die pyramidenförmigen Noppen (3) auf der zylindrischen Verschlußinnenfläche (6) horizontal auf den Linien (8), (9) und (10) angeordnet sind (vgl. Fig. 2 und 3), die Gewindegänge auf der Behältermündung hingegen schräg unter einem bestimmten Winkel verlaufen, rasten beim Niederdrücken des Verschlusses auf die Behältermündung die pyramidenförmigen Noppen in zeitlicher Reihenfolge nacheinander in das Gewindeprofil an der Behältermündung ein. Pro Gewindegang (13) an der Behältermündung rasten beispielsweise gemäß Fig. 3 sechs Noppen (3) in zeitlicher Reihenfolge nacheinander unter dem Behältergewinde ein, wobei sie für kurze Zeit jeweils zu einer tragenden Noppe (19) werden.

Beträgt beispielsweise die Steigung 3 mm, so ergibt sich ein Einrastintervall bei 6 auf einer Linie am Umfang verteilten Noppen von 0,5 mm; das bedeutet, daß beim Aufprellen dieses Verschlusses in zeitlicher Reihenfolge nacheinander im vertikalen Abstand von jeweils 0,5 mm eine Noppe unter dem Gewindeprofil der Behältermündung einrastet. Allgemein errechnet sich das Einrastintervall I _R folgendermaßen:

Generell kann gesagt werden, daß die Dichtungsqualität mit kleiner werdendem Einrastintervall I _R zunimmt, wobei selbstverständlich auch die Qualität der Dichteinlage noch eine Rolle spielt.

Der Abstand der horizontalen Noppen-Linien (8), (9) und (10) z. B. auf der zylindrischen Innenfläche (6) eines Verschlusses zueinander ist aber ausschlaggebend für die Zahl der tragenden Noppen (19) sowie für ihre geometrische Anordnung in der Draufsicht.

Beträgt beispielsweise die Gewindesteigung (12) an der Behältermündung 3 mm und der Abstand der horizontalen Noppenlinien auf der zylindrischen Innenfläche (16) des Verschlusses ebenfalls 3 mm, so ist bei jeder beliebigen Stellung des Verschlusses zur Behältermündung pro Gewindegang (13) an der Behältermündung (vgl. Fig. 3) nur jeweils eine pyramidenförmige Noppe (19) pro Verschlußlinie (8), (9) und (10) im Eingriff. Da aber in diesem Fall diese im Eingriff befindlichen Noppen auf einer Grenzpunktlinie (16) vertikal übereinander liegen, zieht beim Aufprellen der Verschluß schief und dichtet nicht richtig ab.

Wählt man dagegen den Abstand der Noppenlinien (8), (9) und (10) im Verschluß kleiner als die Gewindesteigung (12) an der Behältermündung, so steigt die Anzahl der tragenden Noppen (19).

Verbindet man jetzt geometrisch die Punkte der im Eingriff befindlichen tragenden Noppen (19), so muß sich für den Fall, daß sich ein Aufprellen ohne Verkanten und damit eine gute Dichtungsqualität erreichen läßt, mindestens ein gleichseitiges Dreieck bilden lassen, besser ist jedoch, wenn sich ein gleichseitiges Polygon höherer Eckenzahl bilden läßt.

Eine auch für kriechfreudige Füllgüter optimale Abdichtung wird erreicht, wenn beim Aufprellen des Verschlusses die Dichteinlage die Behältermündung berührt und darüber hinaus beim weiteren Andrücken sich elastisch verformt. Das Einrastintervall I _R muß dabei aber kleiner sein als der Betrag der reversiblen Dehnung der Dichteinlage.

Zusammenfassend läßt sich sagen: bei der geometrischen Anordnung der tragenden Noppen (19) spielt die Anzahl der Segmente (5), die Anzahl der Noppen (3) pro Linie (8), (9) und (10), die Anzahl der Gewindegänge (13) auf der Behältermündung (17) und das Dehnungsverhalten der Dichteinlage die entscheidende Rolle.

Die erfindungsgemäße Schraubverschlußkombination bedingt keine spezielle Gewinde-Ausführung an der Behältermündung. Es empfiehlt sich aber im allgemeinen die Verwendung von mindestens 3 Gewindegängen; es können auch doppel- oder mehrgängige Gewinde verwendet werden.

Als Material eignen sich alle als Verschlußmaterial üblichen Kunststoffe, vorzugsweise Thermoplaste, beispielsweise Polypropylen. Elastizität, Rißbeständigkeit, Bruchfestigkeit und Abriebfestigkeit spielen bei der Auswahl der Materialien eine gewisse Rolle. Werden diese Eigenschaften von der Behältermündung übernommen, so kann der Verschluß selbst auch aus einem starren Material gefertigt sein.

Claims

1. Prellbare Schraubverschlußkombination bestehend aus einem Gewinde entweder auf einer Seite der Behältermündung oder auf der Innenseite einer Verschlußkappe oder auf der Außenseite eines Verschlußstopfens, wobei mindestens eines der beiden Verschlußteile flexibel ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an dem anderen Verschlußteil als sogenanntes Gegengewinde eine Noppenanordnung angebracht ist, bestehend aus einer definierten Anzahl von Noppen in einer bestimmten Anordnung, die ein festes Einrasten der Noppen in das Gewinde erlaubt, wobei der Verschluß auf die Behältermündung dann aufprellbar, gleichzeitig aber auch auf- und zuschraubbar ist, wenn folgende Bedingungen eingehalten sind:

a) alle angebrachten Noppen sind von gleicher Größe und Gestalt,
b) es liegt eine gleichmäßige Verteilung der Noppen über den gesamten Umfang des die Noppen tragenden Verschlußteils vor,
c) die Noppen sind auf einer oder mehreren horizontalen bzw. parallel zur Dichtebene verlaufenden Linien verteilt,
d) die Abstände der die Noppen tragenden horizontalen Linien sind untereinander gleich,
e) die im Einrastzustand befindlichen Noppen bilden in der Draufsicht geometrisch gesehen mindestens die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks, vorzugsweise aber die Eckpunkte eines gleichseitigen Polygons, und
f) der Betrag der reversiblen Dehnung der Dichteinlage ist größer als das Einrastintervall I _R, das wie folgt definiert ist:

2. Prellbare Verschlußkombination gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (3) bzw. (19) pyramidenförmig sind, wobei die mit dem Gewinde in Eingriff stehende Seite der Pyramide steiler gegenüber ihrer Basis gestellt ist als die auf das Gewinde aufgleitende Seite.

3. Prellbare Verschlußkombination gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (3) bzw. (19) prismenförmig sind und ihre Oberkanten parallel zum Gewindegang verlaufen.