DE102012016902B3

DE102012016902B3 - Verschließ- und Öffnungsvorrichtung mit einem Druckentlastungsventil für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter

Info

Publication number: DE102012016902B3
Application number: DE201210016902
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: WO2014032639A1

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschließ- und Öffnungsvorrichtung für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist allgemein bekannt, dass in Dosen abgefüllte Getränke zur Erhöhung der Erfrischungswirkung mit Kohlensäure (CO₂) versetzt sind. Nach dem Befüllen und Verschließen derartiger Getränkedosen perlt diese Kohlensäure aus dem Getränk zu einem gewissen Anteil aus, so dass sich in der Getränkedose ein Überdruck im Bereich von 2 × 10⁵ – 6 × 10⁵ PA bildet. Um ein Austreten des Getränks und auch der Kohlensäure vor dem Erstgebrauch zu verhindern, sind solche Getränkedosen mit einem Deckel verschlossen, der radial außen gas- und flüssigkeitsdicht mit dem topfförmigen Hauptkörper der Getränkedose verbunden ist. Um an den Inhalt der Getränkedose zu gelangen, weist der Deckel üblicherweise eine Aufreißlasche auf, nach deren Betätigung eine Öffnung im Deckel freigegeben ist, durch die das Getränk aus der Getränkedose entnehmbar ist. Ein Wiederverschließen solcher Getränkedosen ist nicht möglich. In diesem Zusammenhang ist es nachteilig, dass durch die Öffnung im Deckel auch Kohlensäure entweicht und dadurch das Getränk an Genußwert verliert. Zudem können durch die Öffnung im Deckel Insekten in das Innere der Getränkedose gelangen, welches als sehr störend empfunden wird.
Um eine Getränkedose wiederverschließbar auszubilden sind viele Vorschläge bekannt geworden. Eine Erfolg versprechende technische Lösung ist in der DE 10 2005 015 505 A1 beschrieben worden. Gegenüber sonst üblichen Vorrichtungen zum Öffnen und Verschließen eines Getränkebehälters, die nur unter Nutzung beider Hände eines Nutzer bedient werden können, erlaubt dieser Typ von Verschließ- und Öffnungsvorrichtung dessen Betätigung mit nur einer Hand sowie mit einem vergleichsweise geringen Kraftaufwand. Das Besondere an diesem Verschluss ist sein Deckel, dessen Deckelkappe seine Geometrie reversibel ändern kann. So weist die Deckelkappe im geschlossenen Zustand die Außengeometrie eines Kugelabschnittes auf. Durch die Einwirkung einer beispielsweise von einem Finger auf die Mitte dieses Kugelabschnitts ausgeübten axialen Kraft lässt sich die Deckelkappe soweit verformen, dass sich diese nach innen einbeult und an ihrem Rand zumindest eine Öffnung zur Entnahme der Flüssigkeit aus dem Behälter freigibt. Eine anschließende Einwirkung einer zweiten Kraft auf den Rand der Deckelkappe führt zu einer Rückverformung derselben in ihre Ausgangsgeometrie, bei welcher die Deckelkappe den Flüssigkeitsbehälter erneut verschließt und abdichtet. Erreicht wird die beschriebene Funktionsweise bei dieser bekannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtung durch eine unterhalb der Deckelkappe angeordnete mehrarmige Stütz- und Federstruktur, die mit der Deckelkappe verbunden ist und diese bei ihrer Verformung unterstützt sowie an der Vorrichtung festhält.
Aus der DE 10 2007 035 728 A1 sind Weiterentwicklungen dieser Verschließ- und Öffnungsvorrichtung bekannt, welche die Befestigung derselben an einer Getränkedose, die Ausbildung eines Ausgieß- oder Trinkabschnittes sowie eine verbesserte Abdichtung betreffen. Die verbesserte Abdichtung wird durch elastische Verriegelungsmittel an der Deckelkappe sowie damit zusammenwirkende elastische Verriegelungsmittel an dem Basisteil der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung erreicht, welche die Deckelkappe und das Basisteil unter Einwirkung der beiden genannten Kräfte miteinander verbinden bzw. wieder freigeben können. Zudem besitzt die Deckelkappe axial und radial ausgerichtete Dichtlippen, die im geschlossenen Zustand der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung abdichtend auf dem Basisteil aufliegen. Diese Verschließ- und Öffnungsvorrichtung verhindert in ihrer Schließstellung auch nach einem erstmaligen Öffnen derselben sicher, dass unerwünscht Gegenstände oder Tiere in den noch teilweise mit dem Getränk gefüllte Getränkebehälter eindringen können, wodurch der Gebrauchswert eines derart ausgestatteten Getränkebehälters gegenüber üblichen Getränkebehältern stark gesteigert ist.
Wenngleich diese bekannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtungen für dosenförmige Getränkebehälter eine Reihe von Vorteilen aufweisen, so sind sie dennoch nicht ohne weiteres dazu geeignet, kohlensäurehaltige Flüssigkeiten, wie etwa ein Mineralwasser oder ein Bier, ausreichend dicht in dem Getränkebehälter einzuschließen. Dies liegt daran, dass solche Flüssigkeiten wie oben schon erwähnt Kohlensäure abgeben, wodurch sich im Getränkebehälter ein Überdruck gegenüber dem Druck der Umgebungsluft aufbaut. Dieser Überdruck hebt die Deckelkappe an, so dass nachteilig zumindest die Kohlensäure entweichen kann. Außerdem hat sich gezeigt, dass die aus der DE 10 2007 035 728 A1 bekannte Verschließ- und Öffnungsvorrichtung auch im verschlossenen Zustand axial vergleichsweise groß ist, also die Länge des Getränkebehälters vergrößert, was nachteilig ist.
Um die beschriebenen Nachteile zu beseitigen, sieht die DE 10 2008 056 301 A1 zur Erhöhung der Gasdichtigkeit vor dem Erstgebrauch des Getränkebehälters eine abdichtende Schutzfolie vor, die an der Deckelbasis axial unterhalb der eigentlichen Verschließ- und Öffnungsvorrichtung angeordnet ist. Eine gesonderte Trennvorrichtung an der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung sorgt dafür, dass die Schutzfolie bei dem Erstgebrauch der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung zerstört wird und damit das Getränk zur Entnahme freigibt. Die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung der DE 10 2008 056 301 A1 ist sehr gut für einen Getränkebehälter geeignet, welcher ein kohlensäurehaltiges Getränk aufnimmt, das nach dem Befüllvorgang durch Ausgasen Drücke von 1 bar bis 2 bar erzeugt. Als nachteilig wird beurteilt, dass der konstruktive Aufbau der zuletzt genannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtung recht komplex ist. Zudem besteht in der Getränkeindustrie ein Bedarf, solche oder ähnliche Verschließ- und Öffnungsvorrichtungen auch an dosenförmigen Getränkebehältern zu nutzen, deren Getränke vor der Erstbenutzung durch Ausgasen Drücke von 3 × 10⁵ – 8 × 10⁵ Pa erzeugen.
Die bisher genannten Verschließ- und Öffnungsvorrichtungen sind für solch hohe Drücke nicht gut genug geeignet, da der Gasdruck im Inneren der Getränkedose gegen die bistabile Deckelkappe drückt und so deren Betätigung in Öffnungsrichtung erschwert. Eine weitere Forderung besteht darin, dass ein solcher Getränkebehälter nach der Erstbenutzung der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung so gut verschließbar sein soll, dass ein schnelles Ausgasen der Kohlensäure aus dem Getränk weitgehend vermieden wird.
Zur Lösung der zuletzt geschilderten technischen Probleme ist aus der DE 10 2009 025 316 A1 eine Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen eines Getränkebehälters bekannt, welche einen topfförmigen Hauptkörper und einen im Bereich seines freien Endes gas- und flüssigkeitsdicht befestigten Deckel aufweist, wobei der Deckel eine Deckelbasis und eine auf der Deckelbasis aufliegende bistabilen Deckelkappe aufweist, welche in einem ersten stabilen Betätigungszustand wenigstens eine axiale Öffnung in der Deckelbasis verschließt sowie in einem zweiten stabilen Betätigungszustand diese Öffnung zur Entnahme des Getränks freigibt, und bei der ein Öffnen der Deckelkappe durch Einwirken einer ersten axialen Kraft auf den mittleren Bereich der Deckelkappe sowie ein Verschließen der Deckelkappe durch Einwirken einer zweiten axialen Kraft auf den Randbereich derselben jeweils in Richtung zum Innenraum des Getränkebehälters einstellbar ist. Außerdem ist bei dieser bekannten Vorrichtung vorgesehen, dass die Deckelkappe an ihrer Innenseite mit einem Ventilschieber eines Flüssigkeitsentnahmeventils verbunden ist, welcher die axiale Öffnung in der Deckelbasis in einem der beiden stabilen Betätigungszustände der Deckelkappe verschließt und in dem anderen stabilen Betätigungszustand öffnet. Wenngleich die aus der DE 10 2009 025 316 A1 bekannte Vorrichtung an sich sehr vorteilhaft ist, so wird die zum Öffnen derselben bei einer Erstbenutzung notwendige Betätigungskraft für den Endverbraucher als zu hoch empfunden.
Ähnlich ist die aus der GB 2 276 153 A bekannte Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen eines Getränkebehälters zu beurteilen, die sich bei vergleichsweise hohem Innendruck im Getränkebehälter nur schwer öffnen lässt.
Zur Verringerung der Kraft, die zum erstmaligen Öffnen einer unter vergleichsweise hohem Überdruck stehenden gattungsgemäßen Verschließ- und Öffnungsvorrichtung notwendig ist, wurde in der DE 20 2010 002 240 U1 vorgeschlagen, dass an dem mit dem Deckel verbundenen Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils ein Druckentlastungsventil ausgebildet ist, welches ebenso wie der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils durch Einwirken einer axialen Kraft auf den Deckel in Öffnungsrichtung betätigt wird, wobei das Druckentlastungsventil über den Betätigungsweg gesehen vor dem Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils in Öffnungsrichtung betätigt wird. Mittels des Druckentlastungsventils wird bei der Erstöffnung des Getränkebehälters unter Aufbringung einer vergleichsweise kleinen Betätigungskraft der Überdruck im Getränkebehälter durch Entgasen abgebaut. Anschließend wird dann die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung in bekannter Weise durch weiteres Ausüben einer axialen Betätigungskraft auf den Deckel geöffnet.
Eine Ausgestaltung des Konstruktionsprinzips gemäß der DE 20 2010 002 240 U1 sieht vor, dass an der Unterseite des bistabilen Deckels ein axial ausgerichteter Stift angeordnet ist, dass der Ventilschieber eine zentrale Entgasungsöffnung aufweist, in welcher der Stift mit radialem Spiel axial beweglich aufgenommen ist, dass eine Dichtkappe an der Unterseite des Ventilschiebers die zentrale Entgasungsöffnung radial übergreifend befestigt ist, dass die Dichtkappe in einem elastischen Bereich als eine Haut ausgebildet ist, in der zumindest ein Loch vorhanden ist, dass die elastische Haut im geschlossenen Zustand des Druckentlastungsventils an der Unterseite des Ventilschiebers abdichtend anliegt, und dass die elastische Haut zum Abbau eines im Behälter vorhandenen Gasüberdrucks vom Stift axial ausgelenkt soweit von der Unterseite des Ventilschiebers abheben kann, dass das zumindest eine Loch den Innenraum des Behälters mit der Umgebung des Behälters verbindet.
Die aus der DE 20 2010 002 240 U1 bekannte Konstruktion erfüllt alle technischen und haptischen Anforderungen für eine konsumentengerechte Verschließ- und Öffnungsvorrichtung, mit der Getränkebehälter versehen werden, in denen sich vor der Erstöffnung ein Überdruck von bis zu 8 × 10⁵ Pa aufbauen kann, jedoch erscheint deren Herstellung wegen der beim Druckentlastungsventil verwendeten elastische Haut vergleichsweise kostenaufwendig.
Schließlich ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2011 101 109 A1 eine Verschließ- und Öffnungsvorrichtung für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter bekannt. Diese Vorrichtung weist eine an dem offenen Ende des Behälters befestigbare Deckelbasis mit einer zentralen axialen Öffnung auf. Auch diese Vorrichtung verfügt über einen hinsichtlich seiner Geometrie bistabilen Deckel, der nach Einwirken einer mittig angreifenden ersten Axialkraft in einem ersten stabilen Zustand eine konkave Geometrie und nach Einwirken einer radial außen angreifenden zweiten Axialkraft in seinem zweiten stabilen Zustand eine konvexe Geometrie aufweist. Der Deckel deckt die axiale Öffnung der Deckelbasis von oben ab. Weiter ist ein Ventilschieber eines Flüssigkeitsentnahmeventils vorhanden, der mit dem Deckel verbunden ist und die axiale Öffnung in der Deckelbasis abschnittweise durchdringt. Der radial äußere Abschnitt des Ventilschiebers ist abdichtend an eine axial untere Dichtfläche der Deckelbasis anlegbar. An dem Ventilschieber dieses Flüssigkeitsentnahmeventils ist ein Druckentlastungsventil ausgebildet, welches ebenso wie der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils durch Einwirken einer mittig angreifenden axialen Kraft auf den Deckel in Öffnungsrichtung betätigbar ist. Dabei wird jedoch über den Betätigungsweg des Deckels gesehen das Druckentlastungsventil vor dem Flüssigkeitsentnahmeventil in Öffnungsrichtung betätigt. Weiter ist bei dieser Vorrichtung vorgesehen, dass das Druckentlastungsventil einen Ventilstößel aufweist, der mit der Unterseite des Deckels fest verbunden ist, dass der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils eine zentrale Öffnung aufweist, in welcher der Ventilstößel des Druckentlastungsventils axial beweglich aufgenommen ist, und dass der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils an seiner deckelnahen Unterseite eine Dichtung aufweist, an der eine Dichtfläche des Ventilstößels des Druckentlastungsventils anlegbar ist. Wenngleich diese bekannte Vorrichtung schon sehr vorteilhaft ausgebildet und für eine Serienherstellung geeignet ist, so baut sie doch noch vergleichsweise hoch. Außerdem sind vor allem deren Ventilbauteile konstruktionsbedingt vergleichsweise teuer herstellbar.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus der DE 10 2011 101 109 A1 bekannte Verschließ- und Öffnungsvorrichtung für einen Getränkebehälter so weiterzuentwickeln, dass diese bei gleicher oder besserer Funktionalität kostengünstiger herstellbar sowie axial kürzer ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der vor der Erstbenutzung der Vorrichtung durch Ausgasen von CO₂ in dem Getränkebehälter wirkende Überdruck den Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils mit einer vergleichsweise großen Kraft gegen seinen Ventilsitz drückt, und dass ein Herunterdrücken desselben in Öffnungsrichtung nur mit einer unvorteilhaft großen, entgegengerichteten Betätigungskraft möglich ist. Mithilfe eines gesonderten Ventils, welches ebenfalls durch eine Krafteinwirkung auf den Deckel in Öffnungsrichtung betätigt wird, kann der hohe Überdruck im Getränkebehälter soweit abgebaut werden, dass das Betätigen des Ventilschiebers in Öffnungsrichtung mit einer vergleichsweise geringen Kraft erfolgen kann.
Die Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 daher aus von einer Verschließ- und Öffnungsvorrichtung für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter, mit einer an dem offenen Ende des Behälters befestigbaren Deckelbasis, welche zentrisch eine axiale Öffnung aufweist, mit einem bistabilen Deckel, der nach Einwirken einer mittig angreifenden ersten Axialkraft in einem ersten stabilen Zustand eine konkave Geometrie und nach Einwirken einer radial außen angreifenden zweiten Axialkraft in seinem zweiten stabilen Zustand eine konvexe Geometrie aufweist, wobei der Deckel die axiale Öffnung der Deckelbasis von oben abdeckt, sowie mit einem Ventilschieber eines Flüssigkeitsentnahmeventils, der mit dem Deckel verbunden ist und die axiale Öffnung in der Deckelbasis abschnittweise durchdringt, bei dem ein radial äußerer Abschnitt des Ventilschiebers an eine axial untere Dichtfläche der Deckelbasis abdichtend anlegbar ist, bei dem an dem Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils ein Druckentlastungsventil ausgebildet ist, welches durch Einwirken einer auf der Oberseite des Deckels angreifenden axialen dritten Kraft in Öffnungsrichtung betätigbar ist, wobei das Druckentlastungsventil einen Ventilstößel aufweist, der mit der Unterseite des Deckels fest verbunden ist, wobei der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils eine zentrische Bohrung aufweist, in welcher der Ventilstößel des Druckentlastungsventils axial beweglich aufgenommen ist, und bei dem das Druckentlastungsventil bei der Einwirkung einer Axialkraft auf die Oberseite des Deckels über den Betätigungsweg des Deckels gesehen vor dem Flüssigkeitsentnahmeventil in Öffnungsrichtung betätigbar ist.
Zur weiteren Verbesserung dieser Verschließ- und Öffnungsvorrichtung sieht die Erfindung vor, dass der Ventilstößel des Druckentlastungsventils ein Dichtungsmaterial trägt, welches im Schließzustand des Druckentlastungsventils dichtend axial an einer radial inneren Dichtfläche des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils anliegt und im Öffnungszustand des Druckentlastungsventils von dieser Dichtfläche abgehoben ist.
Die beschriebene Bauweise ermöglicht eine kostengünstigere Herstellung der Bauteile Deckelbasis, Ventilsschieber und Ventilstößel der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung sowie eine axial geringere Länge derselben, ohne dabei Abstriche an der Funktionalität der Gesamtvorrichtung machen zu müssen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dieser Verschließ- und Öffnungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Deckelbasis weitgehend topfförmig ausgebildet ist, mit einem radial äußeren Befestigungsrand, der auf das offene Ende des Behälters aufsetzbar und mit diesem abdichtend verbindbar ist, dass sich an diesen Befestigungsrand radial innen ein zylindrischer oder konischer Abschnitt anschließt, der in eine radial nach innen gerichtete kreisförmige Stufe übergeht, an die sich ein axial von dem Befestigungsrand weg erstreckender konischer Abschnitt anschließt, wobei die Deckelbasis am axialen Ende ihres konischen Abschnitts in einen planen Boden übergeht, welcher sich nach radial innen erstreckt, und bei dem dieser plane Boden eine zentrische axiale Öffnung aufweist, an deren Rand mehrere Deckelbasisstege angeordnet sind, die axial und radial vom planen Boden in Richtung zum Deckel weisen. Diese baulichen Merkmale der Deckelbasis ermöglichen eine sehr serientaugliche Herstellung desselben aus einem dünnen Aluminiumblech in einem besonders kostengünstigen Stanz- und Umformverfahren in nur einem Arbeitsgang. Insbesondere die Bereitstellung einer mittigen, planen und kreisförmigen Dichtfläche für den Ventilstößel an der Unterseite der Deckelbasis sowie der Deckelbasisstege in nur einem Herstellschritt wird als sehr vorteilhaft beurteilt.
Die in Richtung zum Deckel weisenden Deckelbasisstege dienen in bekannter Weise als Widerlager für den Deckel der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung, an denen sich der Deckel axial abstützt, wenn auf ihn eine in Öffnungsrichtung, also eine in Richtung zum Inneren des Behälters wirkende Kraft angreift. Die Deckelbasisstege sind bevorzugt leicht nach radial innen geneigt an der Deckelbasis ausgerichtet angeordnet, wodurch sie wie druckelastische Federn wirken. Zum gleichen Zweck weisen die Deckelbasisstege im Längsschnitt eine etwa wellenförmige Geometrie auf, so dass an jedem dieser Deckelbasisstege eine radiale, ringabschnittförmige Vertiefung oder Nut ausgebildet ist.
Die Deckelbasisstege erstrecken sich etwa über einem Drittel der axialen Länge der gesamten Deckelbasis, so dass der Deckel einerseits nicht über den behälterfernen Rand der Deckelbasis hinausragt und andererseits lang genug ist, um den für die beschriebene Geometrieänderung des Deckels notwendigen Betätigungsweg zu ermöglichen.
Außerdem ist bei der Deckelbasis am radial äußeren Ende ihres planen Bodens an ihrer deckelfernen Unterseite eine Dichtung angeordnet, an der eine radial äußere Dichtfläche des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils abdichtend anlegbar ist. Die Dichtung ist als ein ringförmiger Dichtstreifen ausgebildet ist, der aus einem Silikonmaterial, einem Gummimaterial oder bevorzugt aus einem geschlossenporigen Polyurethanschaum besteht. Die Dichtung verhindert sicher, dass in der Schließstellung der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung in dem Behälter befindliche Flüssigkeit oder ein unter Überdruck stehendes Gas aus diesem austreten kann.
Der kreisrunde Deckel der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung ist aus einem biegeweichen Kunststoffmaterial hergestellt. Er kann zwei stabile Geometrien annehmen. Ein Wechsel von der ersten konvexen Geometrie in die zweite konkave Geometrie kann durch die Ausübung einer Axialkraft auf die Mitte des Deckels ausgelöst werden. Ein Zurückschnappen in die erste konvexe Geometrie ist durch das Ausüben einer Axialkraft auf den Rand des Deckels auslösbar.
Der Deckel weist an seiner Unterseite kreisförmig angeordnete sowie sich von dieser Unterseite axial weg erstreckende axial lange Deckelstege auf. Radial innerhalb dieses Kreises aus langen Deckelstegen sind an der Unterseite des Deckels axial kurze Deckelstege ausgebildet und kreisförmig angeordnet. Die axial langen Deckelstege dienen der radialen Zentrierung des Deckels an den bereits beschriebenen Deckelbasisstegen. Die axial kurzen Deckelstege dienen dazu, bei einer Druckentlastungsbetätigung des Deckels auf die deckelnahe Oberseite des Ventilschiebers so einzuwirken, dass sich dieser in Öffnungsrichtung, also in Richtung zum Inneren des Behälters bewegt. Die kurzen Deckelstege ermöglichen daher eine definierte Anlage des Deckels an den genannten Ventilschieber. Dies wird an einem Ausführungsbeispiel noch weiter erläutert.
Vorzugsweise sind an dem Deckel doppelt so viele lange Deckelstege wie kurze Deckelstege ausgebildet sind, und die Deckelbasis weist nur halb so viele Deckelbasisstege auf wie an dem Deckel lange Deckelstege ausgebildet sind. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die langen Deckelstege mehr als doppelt so lang sind wie die kurzen Deckelstege. Durch diese Bauweise sind ausreichend viele kurze und lange Deckelstege sowie ausreichend viele Deckelbasisstege vorhanden, um den Materialeinsatz zu minimieren und um dennoch deren beschriebene Funktion zu gewährleisten.
Weiter hat es sich als sehr sinnvoll erwiesen, wenn die langen Deckelstege so am Deckel angeordnet sind, dass sie sich nach einem Zusammenbau der Vorrichtung mit einem kleinen radialen Spiel radial innerhalb des durch die Deckelbasisstege gebildeten Kreises befinden. Diese Bauform ermöglicht sowohl beim Zusammenbau der Einzelteile der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung als auch in der Schließstellung des Deckels eine gute Zentrierung des Deckels auf der Deckelbasis sowie nach deren Verbindung mit dem Ventilschieber und dem Ventilstößel eine gute Zentrierung von letzteren zueinander sowie in Bezug zur Deckelbasis.
Gemäß einer weiteren Optimierung kann vorgesehen sein, dass die umfangsbezogene Breite der Deckelbasisstege und der axial langen Deckelstege sowie deren jeweiliger Abstand zueinander so gewählt ist, dass in jeder Verdrehstellung des Deckels in Bezug zur Deckelbasis mindestens ein Deckelbasissteg radial gegenüber mindestens einem der axial langen Deckelstege angeordnet ist. Durch diese Bauform wird sicher verhindert, dass der Deckel seine Zentrierung auf der Deckelbasis verliert oder die axial langen Deckelstege sich mit den Deckelbasisstegen verhaken.
Hinsichtlich des Deckels ist bevorzugt vorgesehen, dass dieser an seiner Unterseite mittig einen zylindrischen Stift aufweist, der sich von dem Deckel weg erstreckt und kurz vor seinem freien axialen Ende ein erstes Rastmittel in der Form einer ringförmigen Verdickung aufweist. Dieses erste Rastmittel gelangt bei einer Verbindung des Deckels mit dem schon genannten Ventilstößel mit einem zweiten Rastmittel an letzteren in Eingriff, worauf noch weiter eingegangen wird.
Der Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils ist bevorzugt scheibenförmig ausgebildet und vorzugsweise aus einen Aluminiumblech hergestellt. Es ist aber auch möglich, diesen aus einem biegesteifen Kunststoffmaterial herzustellen. Der Ventilschieber weist von radial außen nach radial innen gesehen zuerst einen radial äußeren planen Abschnitt auf, an den sich ein erhabener und sich nach radial innen verjüngender erster konischer Abschnitt anschließt. Weiter nach radial innen folgt dann eine ringförmige Stufe, die vorzugsweise geneigt zu der durch den radial äußeren planen Abschnitt ausgerichtet ist. Abschließend folgt ein sich nach radial innen verjüngender zweiter konischer Abschnitt, an den sich weiter nach radial innen ein radial innerer planer Abschnitt anschließt, welcher eine zentrische Axialbohrung aufweist.
Bevorzugt weist der erste konische Abschnitt des Ventilschiebers einen größeren Krümmungsradius auf als der zweite konische Abschnitt, und die ringförmige Stufe ist bevorzugt als geometrischer Übergangsbereich zwischen diesen beiden konischen Abschnitten ausgebildet. Die beschriebene Bauweise des Ventilschiebers ermöglicht eine serientaugliche Massenherstellung des Ventilschiebers in einem einzigen Stanz- und Umformvorgang, wobei Risse in dem umgeformten Material bei der Ausbildung des radial inneren planen Abschnitts sicher vermieden werden. Zur Erinnerung sei darauf hingewiesen, dass dieser radial innere plane Abschnitt die Betätigungsfläche am Ventilschieber darstellt, auf welche die axial kurzen Deckelstege des Deckels bei einer Öffnungsbetätigung desselben zur Anlage gelangen.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal dieses Ventilschiebers kann es sein, dass die durch die beiden konischen Abschnitte, die Stufe und den radial inneren planen Abschnitt gebildete axiale Erhebung des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils eine so große axiale Länge aufweist, dass diese Erhebung die axiale Öffnung der Deckelbasis nach deren Zusammenbau durchdringt.
Gemäß einem weiteren Merkmal kann vorgesehen sein, dass der radial innere plane Abschnitt des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils einen Außendurchmesser aufweist, der weniger als 20% des Außendurchmessers des radial äußeren scheibenförmigen Abschnitts beträgt, wobei diese Bereichsgrenze mit eingeschlossen ist. Diese Vorgabe des Außendurchmessers des radial inneren scheibenförmigen Abschnitts des Ventilschiebers korrespondiert mit dem Durchmesser des durch die axial kurzen Deckelstege gebildeten Kreises an der Unterseite des Deckels.
Nachfolgend werden bevorzugte bauliche Merkmale des Ventilstößels des Druckentlastungsventils beschrieben. Der Ventilstößel weist bevorzugt eine zentrale axiale Bohrung zur unverlierbaren Aufnahme des deckelseitigen Stifts auf. Diese Bohrung ist durch eine hohlzylindrische Kernwand gebildet ist, die sich rohrförmig über die gesamt axiale Länge des Ventilstößels erstreckt. An der radialen Außenseite der Kernwand sind entlang eines axialen Führungsabschnitts radiale Führungsstege angeordnet. Im Bereich der axialen Mitte des Ventilstößels erstreckt sich ausgehend von der Kernwand nach radial außen eine scheibenförmige Querwand. Am radialen Ende dieser Querwand ist eine zylindrische Tragwand ausgebildet, die sich von dem Führungsabschnitt axial weg erstreckt. Die Kernwand, die Führungsstege, die Querwand und die Tragwand sind vorzugsweise einstückig aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt.
Im Zusammenbauzustand der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung ist der Ventilstößel im Bereich eines durch die Führungsstege gebildeten axialen Führungsabschnitts mit geringem radialen Spiel in der zentrischen axialen Bohrung im Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils aufgenommen. Der Außendurchmesser des Ventilstößels ist im Bereich der Führungsstege daher geringfügig kleiner als der Durchmesser der axialen Bohrung im Ventilschieber. Axial unterhalb der Führungsstege ist am Ventilstößel durch die Querwand und die Tragwand ein Dichtungsabschnitt ausgebildet, in dem der Außendurchmesser des Ventilstößels größer ist als der Durchmesser der axialen Bohrung im Ventilschieber.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ventilstößel des Druckentlastungsventils an der Querwand und/oder an der dem Deckel zugewandeten Axialseite der zylindrischen Tragwand mit einem Dichtmittel versehen ist, welches abdichtend an einer radial inneren Dichtfläche des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils anlegbar ist. Diese radial innere Dichtfläche des Ventilschiebers ist an der deckelfernen Seite des radial inneren planen Abschnitts des Ventilschiebers ausgebildet. Das Dichtmittel besteht aus einem Silikonmaterial, einem Gummimaterial oder bevorzugt aus einem geschlossenporigen Polyurethanschaum.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal kann vorgesehen sein, dass an dem Ventilstößel axial unterhalb der Querwand von der zylindrischen Tragwand und der hohlzylindrischen Kernwand umschlossen mehrere Hohlräume ausgebildet sind, die durch mehrere axial und radial ausgerichtete Versteifungsstege umfangsbezogen voneinander getrennt sowie deckelfern offen sind. Durch diese Bauform ist der Ventilstößel besonders leicht ausgebildet und die Materialmenge zur Herstellung desselben ist geringer als bei einer massiven Ausbildung in diesem Bereich.
Weiter ist es sehr vorteilhaft, wenn die axiale Bohrung des Ventilstößels des Druckentlastungsventils im Bereich der Führungsstege den gleichen Durchmesser aufweist wie der Außendurchmesser der ringförmigen Verdickung des Stifts des Deckels, und dass die Bohrung des Ventilstößels im axialen Bereich der zylindrischen Tragwand eine Engstelle mit reduziertem Durchmesser zur verrastenden Aufnahme der ringförmigen Verdickung des Stifts aufweist.
Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Wände der Führungsstege des Ventilstößels sowie die Wand der zentralen Bohrung des Ventilschiebers nach deren Zusammenbau Strömungskanäle zum Abströmen von Gas aus dem Behälter bei einer Betätigung des Druckentlastungsventils bilden.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt, die eine erfindungsgemäß ausgebildete Verschließ- und Öffnungsvorrichtung in verschiedenen Ansichten darstellt. Darin zeigt
1 einen schematischen Längsschnitt durch alle Bestandteile einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verschließ- und Öffnungsvorrichtung vor deren Zusammenbau,
2 die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung gemäß 1 in einem schematischen Längsschnitt nach ihrem Zusammenbau und nach einer Verbindung mit einer Getränkedose,
3 die Unterseite des Deckels der Vorrichtung gemäß 1,
4 die Unterseite der Deckelbasis der Vorrichtung gemäß 1,
5 die Oberseite des Ventilschiebers des Flüssigkeitsentnahmeventils der Vorrichtung gemäß 1,
6 einen axialen Längsschnitt durch den Ventilstößel des Druckentlastungsventils der Vorrichtung gemäß 1,
7 den Ventilstößel gemäß 6 in einer Draufsicht auf dessen deckelnahe Oberseite,
8 den Ventilstößel gemäß 6 und 7 in einer Draufsicht auf dessen deckelferne Unterseite,
9 einen Längsschnitt durch die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung gemäß 1 nach ihrem Zusammenbau in deren Schließstellung, und
10 einen Längsschnitt durch die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung gemäß 9 in deren Öffnungsstellung,
Ebenso wie die aus der DE 10 2011 101 109 A1 bekannte Verschließ- und Öffnungsvorrichtung verfügt auch die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung über ein Flüssigkeitsentnahmeventil 28, in das ein Druckentlastungsventil 29 integriert ist. Auf den Aufbau und die Funktionsweise dieser beiden Ventile 28, 29 wird nachfolgend eingegangen.
Wie vor allem 1 besonders deutlich zeigt, besteht die gemäß der Lehre der Erfindung aufgebaute Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 aus einer etwa topfförmig ausgebildeten Deckelbasis 2, deren radialer Befestigungsrand 3 in axialer Richtung halbkreisförmig ausgebildet ist und durch einen Umformvorgang mit dem bis dahin offenen Ende eines eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälters 23 dauerhaft und abdichtend verbindbar ist. Der Behälter ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Getränkedose aus Aluminium und auch die Deckelbasis 2 besteht aus diesem Werkstoff.
Die Einzelteilzeichnungen gemäß den 1 und 4 verdeutlichen, dass die Deckebasis 2 im Bereich ihres radialen Endes eine besondere Form aufweist. So folgt in einem Längsschnitt von radial außen nach radial innen gesehen auf den Befestigungsrand 3 ein erster zylindrischer oder konischer Abschnitt 40, dann eine nach radial innen abfallende Stufe 41, dann ein zweiter zylindrischer oder konischer Abschnitt 42 und schließlich ein in etwa scheibenförmiger, planer Boden 43 der Deckelbasis 2. Die Deckelbasis 2 weist zentrisch eine axiale Öffnung 27 auf, an dessen Rand in diesem Ausführungsbeispiel fünf Deckelbasisstege 5a, 5b, 5c, 5d, 5e ausgebildet sind. Die Deckelbasis 2 ist mit ihren Deckelbasisstegen 5a–5e einstückig in einem Stanz- und Umformvorgang aus einem Aluminiumblech herstellbar.
Die Deckelbasisstege 5a–5e sind leicht nach radial innen geneigt ausgerichtet und jeder dieser Deckelbasisstege 5a–5e weist im Längsschnitt eine etwa wellenförmige Geometrie auf, so dass an jedem dieser Deckelbasisstege 5a–5e eine radiale, ringabschnittförmige Vertiefung oder Nut 34 ausgebildet ist, wodurch die Deckelbasisstege 5a–5e bei einer Belastung durch eine Axialkraft wie druckelastische Federn wirken. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich die Deckelbasisstege 5a–5e etwa über einem Drittel der axialen Länge der gesamten Deckelbasis 2 erstrecken.
Wie vor allem 4 zeigt, weist die Deckelbasis 2 im Bereich des radial äußeren Endes ihres planen Bodens 43 an ihrer deckelfernen Unterseite eine Dichtung 16 auf, an der eine radialäußere Dichtfläche 17 des Ventilschiebers 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 anlegbar ist. Die Dichtung 16 ist als ein ringförmiger Dichtstreifen ausgebildet ist, der aus Silikonmaterial, einem Gummimaterial oder einem geschlossenporigen Polyurethanschaum besteht.
Der Deckel 7 weist in einer Schließstellung eine erste stabile Geometrie auf, nämlich eine konvexe Form. Durch das Einwirken einer mittig angreifenden ersten Axialkraft F1 wölbt sich der Deckel 7 in einen zweiten stabilen Zustand, bei dem er eine konkave Geometrie aufweist. Nach einem Einwirken einer radial außen angreifenden zweiten Axialkraft F2 schnappt die Geometrie des Deckels 7 um und nimmt im Sinne eines zweiten stabilen Zustands eine konvexe Geometrie an. 3 kann besonders deutlich entnommen werden, dass der Deckel 7 kreisförmig ausgebildet ist und radial außen eine Verdickung 21 aufweist, mit welcher der Deckel 7 auf der deckelnahen Oberseite der Deckelbasis 2 abdichtend auflegbar ist.
Der Deckel 7 weist an seiner Unterseite kreisförmig angeordnete sowie sich von dieser Unterseite axial weg erstreckende lange Deckelstege 8a–8j auf und radial innerhalb dieser langen Deckelstege 8a–8j sind kreisförmig kurze Deckelstege 4a–4e angeordnet, die sich ebenfalls axial von der Unterseite des Deckels 7 weg erstrecken.
Am Deckel 7 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Anzahl der langen Deckelstege 8a–8j doppelt so groß wie die der kurzen Deckelstege 4a–4e, und die Deckelbasis 2 weist nur halb so viele Deckelbasisstege 5a–5e auf wie an dem Deckel 7 lange Deckelstege 8a–8j ausgebildet sind. 1 zeigt auch deutlich, dass die langen Deckelstege 8a–8j mehr als doppelt so lang sind wie die kurzen Deckelstege 4a–4e.
Weiter ist vorgesehen, dass die langen Deckelstege 8a–8j derartig am Deckel 7 angeordnet sind, dass sie sich nach einem Zusammenbau der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 mit nur geringem radialen Spiel radial innerhalb eines durch die Deckelbasisstege 5a–5e gebildeten Kreises befinden (2).
Wie ein Vergleich der Ansicht auf die deckelbasisnahe Unterseite des Deckels 7 gemäß 4 sowie der Blick auf die deckelferne Unterseite der Deckelbasis 2 gemäß 7 zeigt, ist die umfangsbezogene Breite der Deckelbasisstege 5a–5e und die umfangsbezogene Breitre der langen Deckelstege 8a–8j sowie deren jeweiliger Abstand zueinander so gewählt, dass im zusammengebauten Zustand in jeder Verdrehstellung des Deckels 7 in Bezug zur Deckelbasis 2 mindestens ein Deckelbasissteg 5a–5e radial gegenüber mindestens einem der langen Deckelstege 8a–8j angeordnet ist. Hierdurch wird besonders effektiv eine radiale Zentrierung des Deckels 7 an den Deckelbasisstegen 5a–5e erreicht.
Die 1 und 3 zeigen deutlich, dass der Deckel 7 an seiner deckelbasisnahen Unterseite mittig einen zylindrischen Stift 9 aufweist, der kurz vor seinem freien axialen Ende eine ringförmige Verdickung 14 aufweist. Diese Verdickung 14 dient als erstes Rastmittel, welches mit einem zentrischen zweiten Rastmittel am Ventilstößel 13 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 zusammenwirkt, worauf noch eingegangen wird.
Insbesondere die 1 und 5 zeigen deutlich, dass der Ventilschieber 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 weitgehend scheibenförmig ausgebildet ist. Dabei ist die Längsschnittdarstellung des Ventilschiebers 10 gemäß 1 sehr schematisch und zeigt nicht die besonderen geometrischen Details des Ventilschiebers 10, wie sie in 5 dargestellt sind. Gemäß 5 verfügt der Ventilschieber 10 von seinem radial äußeren Ende 11 ausgehend nach radial innen gesehen über einen radial äußeren planen Abschnitt 50, an den sich ein erhabener und sich nach radial innen verjüngender erster konischer Abschnitt 51a anschließt. Der erste konische Abschnitt 51a endet radial innen an einer ringförmigen Stufe 52, an die sich ein nach radial innen verjüngender zweiter konischer Abschnitt 51b anschließt. An diesen zweiten konischen Abschnitt 51b schließt sich am radial inneren Ende 12 des Ventilschiebers 10 ein radial innerer planer Abschnitt 53 an, welcher eine zentrische Bohrung 19 aufweist. Die ringförmige Stufe 52 muss nicht unbedingt einen planen Abschnitt aufweisen, sondern diese Stufe 52 kann auch durch einen schrägen geometrischen Übergang von der Konizität zwischen dem ersten konischen Abschnitt 51a und dem zweiten Abschnitt 51b gebildet sein. So hat bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel der erste konische Abschnitt 51a einen größeren Krümmungsradius als der zweite konische Abschnitt 51b. Diese besondere Formgebung der zentralen axialen Erhebung des Ventilschiebers 10 ist sehr vorteilhaft für die herstellungstechnische Ausbildung von dessen radial innerem planen Abschnitt 53 in nur einem Umformvorgang.
Wie die 2, 9 und 10 verdeutlichen, weist die durch die beiden konischen Abschnitte 51a, 51b, die Stufe 52 und den radial inneren planen Abschnitt 53 gebildete axiale Erhebung des Ventilschiebers 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 eine so große axiale Länge auf, dass diese Erhebung die zentrale Öffnung 27 der Deckelbasis 2 nach dem Zusammenbau der Bauteile der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 axial durchdringt.
Weiter ist der Ventilschieber 10 dieser Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 gemäß 5 so ausgebildet, dass sein radial innerer planer Abschnitt 53 einen Außendurchmesser aufweist, der weniger als 20% des Außendurchmessers des radial äußeren scheibenförmigen Abschnitts 50 beträgt, einschließlich der Bereichsgrenze. Hierdurch sind bei vergleichsweise geringem Materialeinsatz am Ventilschieber 10 ausreichend große Abdichtungsbereiche für das Druckentlastungsventil 29 und das Flüssigkeitsentnahmeventil 28 vorgesehen.
In den 6 bis 8 ist der Ventilstößel 13 des Druckentlastungsventils 29 im Detail dargestellt. Der gezeigte Ventilstößel 13 ist ein in einem Spritzgussverfahren hergestelltes Bauteil der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 gemäß den 1 und 2, welches im Zusammenbauzustand gemäß 2 deckelfern an der Unterseite des Ventilschiebers 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 angeordnet und mit der deckelbasisnahen Unterseite des Deckels 7 fest verbunden ist. Der Ventilstößel 13 weist eine zentrale Bohrung 15 zur unverlierbaren Aufnahme und Befestigung des deckelseitigen Stifts 9 auf. Die Bohrung 15 ist durch eine hohlzylindrische Kernwand 55 gebildet, die sich axial über die gesamte axiale Länge des Ventilstößels 13 erstreckt (siehe 6).
An der radialen Außenseite der Kernwand 55 sind entlang eines axialen Führungsabschnitts 56 radiale Führungsstege 6a–6e angeordnet, die sich nach dem Verbinden des Ventilstößels 13 mit dem Deckel 7 den Ventilstößel 13 radial zentrierend an der zentrischen Öffnung 19 des Ventilschiebers 10 abstützen. Hierzu ist vorgesehen, dass der Außendurchmesser des Ventilstößels 13 des Druckentlastungsventils 29 im Bereich des durch die Führungsstege 6a–6e gebildeten axialen Führungsabschnitts 56 mit geringem radialen Spiel kleiner ist als der Durchmesser der zentralen axialen Bohrung 19 im Ventilschieber 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28.
Etwa im Bereich der axialen Mitte des Ventilstößels 13 ist an diesem ausgehend von der zentralen Kernwand 55 eine Querwand 22 ausgebildet, die sich scheibenförmig nach radial außen erstreckt, und an deren radialem Ende eine zylindrische Tragwand 58 ausgebildet ist. Diese zylindrische Tragwand 58 erstreckt sich von der scheibenförmigen Querwand 22 axial von den Führungsstegen 6a–6e weg. Hierbei ist vorgesehen, dass der Außendurchmesser des Ventilstößels 13 im Bereich der zylindrischen Tragwand 58 größer ist als der Durchmesser der zentrischen Bohrung 19 im Ventilschieber 10.
Wie insbesondere die 6 und 7 zeigen, ist der Ventilstößel 13 des Druckentlastungsventils 29 in einem Dichtungsabschnitt 57 desselben an der Querwand 22 und an der dem Deckel 7 zugewandeten Axialseite der zylindrischen Tragwand 58 mit einem Dichtmittel 18 versehen, welches abdichtend an einer radial inneren Dichtfläche 59 des Ventilschiebers 10 des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 anlegbar ist. Das Dichtmittel 18 ist demnach ringförmig auf der Querwand 22 und der Tragwand 58 angeordnet und besteht aus einem Silikonmaterial, einem Gummimaterial oder einem geschlossenporigen Polyurethanschaum.
Weiter ist in den 6 und 8 erkennbar, dass an dem Ventilstößel 13 axial unterhalb der Querwand 22 von der zylindrischen Tragwand 58 und der hohlzylindrischen Kernwand 55 umschlossen mehrere Hohlräume 44, 45, 46, 47, 48 gebildet sind, die durch mehrere axial und radial ausgerichtete Versteifungsstege 20a–20e umfangsbezogen voneinander getrennt sowie deckelfern offen sind. Diese Konstruktion macht den Ventilstößel 13 leicht und steif zugleich.
Die Bohrung 15 des Ventilstößels 13 des Druckentlastungsventils 29 weist im axialen Bereich 56 der Führungsstege 6a–6e den gleichen oder einen etwas größeren Durchmesser auf wie der Außendurchmesser der ringförmigen Verdickung 14 des Stifts 9 des Deckels 7. Dadurch lässt sich der Stift leicht in die Bohrung 15 einführen. Im axialen Bereich 57 der zylindrischen Tragwand 58 ist die Bohrung 15 jedoch durch eine Engstelle 30 im Durchmesser eingeengt, welche zur verrastenden Aufnahme der ringförmigen Verdickung 14 des Stifts 9 dient.
Durch den gewählten konstruktiven Aufbau des Ventilstößels 13 des Druckentlastungsventils 29 bilden die umfangsbezogenen Wandflächen der Führungsstege 6a–6e des Ventilstößels 13 sowie die Wand der zentralen Bohrung 19 des Ventilschiebers 10 Strömungskanäle 25 zum Abströmen von Gas aus dem Behälter 23 bei einer Betätigung des Druckentlastungsventils 29 durch Ausüben einer Axialkraft auf den Deckel 7.
Nachfolgend wird anhand der 9 und 10 beschrieben, wie die gemäß der Erfindung ausgebildete Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 funktioniert:
In der Schließstellung der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 ist gemäß 9 der Deckel 7 konvex gewölbt und liegt mit seinem radial äußeren Rand auf der deckelnahen Seite des planen Bodens 43 der Deckelbasis 2 auf. Da der Stift 9 des Deckels 7 fest mit dem Ventilstößel 13 verbunden ist, drückt dieser mit seinem Dichtmittel 18 fest und abdichtend gegen die radial innere Dichtfläche 59 des Ventilschiebers 10. Die Führungsstege 6a–6e des Ventilstößels 13 zentrieren diesen dabei in der zentrischen Bohrung 19 des Ventilsschiebers 10.
Zum Öffnen der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1, die an einem Behälter 23 befestigt ist, in dessen Inneren ein Überdruck herrscht, wird zunächst das Druckentlastungsventil 29 der Vorrichtung zu betätigen. Dies geschieht durch Ausüben einer vergleichsweise geringen Axialkraft F3 auf die behälterferne Oberseite des Deckels 7. Sobald die Axialkraft F3 wie in 10 dargestellt mit ausreichender Stärke auf die behälterferne Oberseite des Deckels 7 einwirkt, bewirkt dies, dass der Ventilstößel 13 mit seinem Dichtmittel 18 von der radial inneren Dichtfläche 59 des Ventilschiebers 10 abhebt und einen im Behälter 23 vorhandenen Überdruck aus dem Behälter 23 entweichen lässt. Der als gepunktet gezeichneter Pfeil dargestellte Strömungsweg 31 führt aus dem Inneren des Behälters 23 vorbei an dem Dichtmittel 18 zu dem zwischen der Kernwand 55 und den Führungsstegen 6a–6e des Ventilstößels 13 sowie der durch die Wand der zentrischen Bohrung 19 im Ventilschieber 10 gebildeten Strömungskanal in einen Raum zwischen den Deckel 7 und dem Ventilschieber 10. Von dort strömt das entweichende Gas zwischen den kurzen Deckelstegen 4a–4e und den langen Deckelstegen 8a–8i sowie zwischen der Unterseite des Deckels 7 und der Oberseite des Bodens 43 der Deckelbasis 2 weg von der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 und dem Behälter 23.
Nachdem der Überdruck aus dem Behälter 23 entwichen ist, kann durch eine Betätigung des Flüssigkeitsentnahmeventils 28 mit der Ausübung einer Öffnungskraft F1 auf die Oberseite des Deckels 7 derselbe weiter in Richtung zum Inneren des Behälters 23 verformt werden. Dabei drücken die axial kurzen Deckelstege 4a–4e auf den radial inneren planen Abschnitt 53 des Ventilschiebers 10, so dass dieser von der an der Unterseite der Deckelbasis 2 angeordneten Dichtung 16 abhebt. Bei weiterer Ausübung der Öffnungskraft F1 auf die Oberseite des Deckels 7 überschreitet dessen Verformung einen Schwellwert, so dass sich der Deckel 7 in seine zweite stabile und konkave Geometrie umformt (10). In dieser Stellung bleibt der Deckel 7 solange, bis auf dessen Rand eine axiale Schließkraft F2 ausreichender Größe einwirkt. In der beschriebenen Öffnungsstellung der Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 kann die in dem Behälter 23 vorhandene Flüssigkeit aus demselben entnommen werden. Dabei fließt diese Flüssigkeit zwischen dem Ventilschieber 10 und der behälterseitigen Unterseite der Deckelbasis 2 durch die Öffnung 27 derselben und dann vorbei an den Deckelbasisstegen 5a–5e hin zum Befestigungsrand 3 der Deckelbasis 2.
Wie 10 veranschaulicht, ist die auf den Deckel 7 wirkende Druckentlastungskraft F3 kleiner als die Öffnungskraft F1 und die Schließkraft F2, und die Schließkraft F2 ist kleiner als die Öffnungskraft F1. Außerdem ist erkennbar, dass der bei einer Öffnungsbewegung des Deckels 7 notwendige Betätigungsweg 32 zur Druckentlastung des Behälters 23 sehr viel kleiner ist als derjenige Betätigungsweg 33, welcher erforderlich ist, um die Verschließ- und Öffnungsvorrichtung 1 in die Öffnungsstellung zu bringen, in der bei konkav gewölbtem Deckel 7 eine Flüssigkeit aus dem Behälter 23 entnommen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Verschließ- und Öffnungsvorrichtung
2: Deckelbasis
3: Befestigungsrand
4a–4e: Kurze Deckelstege
5a–5e: Deckelbasisstege
6a–6e: Führungsstege am Ventilstößel
7: Bistabiler Deckel
8a–8j: Lange Deckelstege
9: Stift am Deckel
10: Ventilschieber des Flüssigkeitsentnahmeventils
11: Radial äußeres Ende des Ventilschiebers
12: Radial inneres Ende des Ventilschiebers
13: Ventilstößel des Druckentlastungsventils
14: Ringförmige Verdickung am Stift
15: Zentrale Bohrung im Ventilstößel
16: Dichtmittel an der Unterseite der Deckelbasis
17: Radial äußere Dichtfläche des Ventilschiebers
18: Dichtmittel am Ventilstößel
19: Zentrische Axialbohrung im Ventilschieber
20a–20e: Versteifungsstege am Ventilstößel
21: Verdickung am Außenumfang des Deckels
22: Ringförmige Querwand des Ventilstößels
23: Getränkebehälter, Behälterwand
25: Strömungskanal
26: Unterseite des Deckels
27: Axiale Öffnung in der Deckelbasis
28: Flüssigkeitsentnahmeventil
29: Druckentlastungsventil
30: Engstelle in der Bohrung 15 des Ventilstößels
31: Strömungsweg
32: Betätigungsweg für Druckentlastung
33: Betätigungsweg zum Öffnen
34: Nut an Deckelbasissteg
40: Erster zylindrischer oder konischer Anschnitt an der Deckelbasis
41: Stufe an der Deckelbasis
42: Zweiter konischer oder konischer Abschnitt an der Deckelbasis
43: Boden der Deckelbasis
44: Erster ringssegmentförmiger Hohlraum
45: Zweiter ringssegmentförmiger Hohlraum
46: Dritter ringssegmentförmiger Hohlraum
47: Vierter ringssegmentförmiger Hohlraum
48: Fünfter ringssegmentförmiger Hohlraum
50: Radial äußerer planer Abschnitt am Ventilschieber
51a: Erster konischer Abschnitt am Ventilschieber
51b: Zweiter konischer Abschnitt am Ventilschieber
52: Ringförmige Stufe am Ventilschieber
53: Radial innerer planer Abschnitt am Ventilschieber
55: Hohlzylindrische Kernwand des Ventilstößels
56: Axialer Führungsabschnitt des Ventilstößels
57: Dichtungsabschnitt des Ventilstößels
58: Zylindrische Tragwand des Ventilstößels
59: Radial innere Dichtfläche des Ventilschiebers
F1: Erste Axialkraft, Öffnungskraft
F2: Zweite Axialkraft, Schließkraft
F3: Dritte Axialkraft, Druckentlastungskraft

Claims

Verschließ- und Öffnungsvorrichtung (1) für einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter (23), mit einer an dem offenen Ende des Behälters befestigbaren Deckelbasis (2), welche zentrisch eine axiale Öffnung (27) aufweist, mit einem bistabilen Deckel (7), der nach Einwirken einer mittig angreifenden ersten Axialkraft (F1) in einem ersten stabilen Zustand eine konkave Geometrie und nach Einwirken einer radial außen angreifenden zweiten Axialkraft (F2) in seinem zweiten stabilen Zustand eine konvexe Geometrie aufweist, wobei der Deckel (7) die axiale Öffnung (27) der Deckelbasis (2) von oben abdeckt, sowie mit einem Ventilschieber (10) eines Flüssigkeitsentnahmeventils (28), der mit dem Deckel (7) verbunden ist und die axiale Öffnung (27) in der Deckelbasis (2) abschnittweise durchdringt, bei dem ein radial äußerer Abschnitt (11) des Ventilschiebers (10) an eine axial untere Dichtfläche (32) der Deckelbasis (2) abdichtend anlegbar ist, bei dem an dem Ventilschieber (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) ein Druckentlastungsventil (29) ausgebildet ist, welches durch Einwirken einer auf der Oberseite des Deckels (7) angreifenden axialen dritten Kraft (F3) in Öffnungsrichtung betätigbar ist, wobei das Druckentlastungsventil (29) einen Ventilstößel (13) aufweist, der mit der Unterseite des Deckels (7) fest verbunden ist, wobei der Ventilschieber (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) eine zentrische Bohrung (19) aufweist, in welcher der Ventilstößel (13) des Druckentlastungsventils (29) axial beweglich aufgenommen ist, und bei dem das Druckentlastungsventil (29) bei der Einwirkung einer Axialkraft auf die Oberseite des Deckels (7) über den Betätigungsweg des Deckels (7) gesehen vor dem Flüssigkeitsentnahmeventil (28) in Öffnungsrichtung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (13) des Druckentlastungsventils (29) ein Dichtungsmaterial (18) trägt, welches im Schließzustand des Druckentlastungsventils (29) dichtend axial an einer radial inneren Dichtfläche (59) des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) anliegt und im Öffnungszustand von dieser Dichtfläche (57) abgehoben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelbasis (2) weitgehend topfförmig ausgebildet ist, mit einem radial äußeren Befestigungsrand (3), der auf das offene Ende des Behälters (23) aufsetzbar und mit diesem abdichtend verbindbar ist, dass sich an diesen Befestigungsrand (3) radial innen ein zylindrischer oder konischer Abschnitt (40) anschließt, der in eine radial nach innen gerichtete kreisförmige Stufe (41) übergeht, an die sich ein sich axial von dem Befestigungsrand (3) weg erstreckender konischer Abschnitt (42) anschließt, wobei die Deckelbasis (2) am axialen Ende ihres konischen Abschnitts (42) in einen planen Boden (43) übergeht, welcher sich nach radial innen erstreckt, und bei dem dieser plane Boden (43) eine zentrische axiale Öffnung (27) aufweist, an deren Rand mehrere Deckelbasisstege (5a–5e) angeordnet sind, die axial und radial vom planen Boden (43) in Richtung zum Deckel (7) weisen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelbasisstege (5a–5e) leicht nach radial innen geneigt ausgerichtet sind, und dass jeder der Deckelbasisstege (5a–5e) im Längsschnitt eine etwa wellenförmige Geometrie aufweist, so dass an jedem dieser Deckelbasisstege (5a–5e) eine radiale, ringabschnittförmige Vertiefung oder Nut (34) ausgebildet ist, wodurch die Deckelbasisstege (5a–5e) wie druckelastische Federn wirken.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Deckelbasisstege (5a–5e) etwa über einem Drittel der axialen Länge der gesamten Deckelbasis (2) erstrecken.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelbasis (2) am radial äußeren Ende ihres planen Bodens (43) an ihrer deckelfernen Unterseite eine Dichtung (16) aufweist, an der eine radial äußere Dichtfläche (17) des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) anlegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) als ein ringförmiger Dichtstreifen ausgebildet ist, der aus einem Silikonmaterial, einem Gummimaterial oder einem geschlossenporigen Polyurethanschaum besteht.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (7) an seiner Unterseite kreisförmig angeordnete sowie sich von dieser Unterseite axial weg erstreckende lange Deckelstege (8a–8j) aufweist, und dass an der Unterseite des Deckels (7) radial innerhalb dieser langen Deckelstege (8a–8j) kreisförmig angeordnet kurze Deckelstege (4a–4e) ausgebildet sind, die sich ebenfalls axial von der Unterseite des Deckels (7) weg erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Deckel (7) doppelt so viele lange Deckelstege (8a–8j) wie kurze Deckelstege (4a–4e) ausgebildet sind, und dass die Deckelbasis (2) nur halb so viele Deckelbasisstege (5a–5e) aufweist wie an dem Deckel (7) lange Deckelstege (8a–8j) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die langen Deckelstege (8a–8j) mehr als doppelt so lang sind wie die kurzen Deckelstege (4a–4e).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die langen Deckelstege (8a–8j) so am Deckel (7) angeordnet sind, dass sie sich nach einem Zusammenbau der Vorrichtung (1) mit kleinem radialen Spiel radial innerhalb eines durch die Deckelbasisstege (5a–5e) gebildeten Kreises befinden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die umfangsbezogene Breite der Deckelbasisstege (5a–5e) und der langen Deckelstege (8a–8j) sowie deren jeweiliger Abstand zueinander so gewählt ist, dass in jeder Verdrehstellung des Deckels (7) in Bezug zur Deckelbasis (2) mindestens ein Deckelbasissteg (5a–5e) radial gegenüber mindestens einem der langen Deckelstege (8a–8j) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (7) an seiner Unterseite mittig einen zylindrischen Stift (9) aufweist, der kurz vor seinem freien axialen Ende eine ringförmige Verdickung (14) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (10) eines Flüssigkeitsentnahmeventils (28) scheibenförmig ausgebildet ist, von radial außen nach radial innen gesehen zuerst einen radial äußeren planen Abschnitt (50) aufweist, an den sich ein erhabener und sich nach radial innen verjüngender erster konischer Abschnitt (51a) anschließt, bei dem dieser erste konische Abschnitt (51a) über eine ringförmige Stufe (52) in einen sich nach radial innen verjüngenden zweiten konischen Abschnitt (51b) übergeht, und bei welcher sich an diesen zweiten konischen Abschnitt (51b) ein radial innerer planer Abschnitt (53) anschließt, welcher eine zentrische Axialbohrung (19) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste konische Abschnitt (51a) einen größeren Krümmungsradius aufweist als der zweite konische Abschnitt (51b).
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die beiden konischen Abschnitte (51a, 51b), die Stufe (52) und den radial inneren planen Abschnitt (53) gebildete axiale Erhebung des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) eine so große axiale Länge aufweist, dass diese Erhebung die axiale Öffnung (27) der Deckelbasis (2) nach deren Zusammenbau durchdringt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innere plane Abschnitt (53) des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) einen Außendurchmesser aufweist, der 20% des Außendurchmessers des radial äußeren scheibenförmigen Abschnitts (50) oder weniger beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (13) des Druckentlastungsventils (29) eine zentrale Bohrung (15) zur unverlierbaren Aufnahme des deckelseitigen Stifts (9) aufweist, die Bohrung (15) durch eine hohlzylindrische Kernwand (55) gebildet ist, dass an der radialen Außenseite der Kernwand (55) entlang eines axialen Führungsabschnitts (56) radiale Führungsstege (6a–6e) angeordnet sind, dass im Bereich der axialen Mitte des Ventilstößels (13) von der Kernwand (55) ausgehend sich eine scheibenförmige Querwand (22) radial nach außen erstreckt, und dass am radialen Ende dieser Querwand (22) eine zylindrische Tragwand (58) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Ventilstößels (13) des Druckentlastungsventils (29) im Bereich des durch die Führungsstege (6a–6e) gebildeten axialen Führungsabschnitts (56) desselben mit geringem radialen Spiel kleiner ist als der Durchmesser der zentralen axialen Bohrung (19) im Ventilschieber (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28), und dass der Außendurchmesser des Ventilstößels (13) im Bereich der zylindrischen Tragwand (58) größer ist als der Durchmesser der Bohrung (19) im Ventilschieber (10).
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (13) des Druckentlastungsventils (29) an der Querwand (22) und/oder an der dem Deckel (7) zugewandten Axialseite der zylindrischen Tragwand (58) mit einem Dichtmittel (18) versehen ist, welches abdichtend an einer radial inneren Dichtfläche (59) des Ventilschiebers (10) des Flüssigkeitsentnahmeventils (28) anlegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilstößel (13) axial unterhalb der Querwand (22) von der zylindrischen Tragwand (58) und der hohlzylindrischen Kernwand (55) umschlossen mehrere Hohlräume (44, 45, 46, 47, 48) gebildet sind, die durch mehrere axial und radial ausgerichtete Versteifungsstege (20a–20e) umfangsbezogen voneinander getrennt sowie deckelfern offen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (15) des Ventilstößels (13) des Druckentlastungsventils (29) im Bereich der Führungsstege (6a–6e) den gleichen oder einen etwas größeren Durchmesser aufweist wie der Außendurchmesser der ringförmigen Verdickung (14) des Stifts (9) des Deckels (7), und dass die Bohrung (15) des Ventilstößels (13) im axialen Bereich der zylindrischen Tragwand (58) eine Engstelle (30) mit reduziertem Durchmesser zur verrastenden Aufnahme der ringförmigen Verdickung (14) des Stifts (9) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Führungsstege (6a–6e) des Ventilstößels (13) sowie die Wand der zentralen Bohrung (19) des Ventilschiebers (10) Strömungskanäle (25) zum Abströmen von Gas aus dem Behälter (23) bei einer Betätigung des Druckentlastungsventils (29) bilden.