Behälterverschluss mit Verschlusszapfen aus thermoplastischem Material
Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälterverschluss mit Verschlusszapfen aus thermoplastischem Material, insbesondere an Polyäthylentrommeln mit mehreren Öffnungsstutzen, die mit Gewinde zur Aufnahme von Zapfen aus demselben Material versehen sind.
Polyäthylen besitzt eine Anzahl erwünschter Eigenschaften, welche dasselbe als Material für die Herstellung von Behältern für den Transport und die Aufbewahrung verschiedener Stoffe, insbesondere wertvoller Flüssigkeiten und Chemikalien, welche korrodierend wirken oder leicht verändert werden, wenn sie mit einer Metallfläche in Berührung kommen, geeignet machen. Polyäthylen besitzt ein relativ geringes spezifisches Gewicht, ist praktisch chemisch inert und in Platten- oder Streifenform biegsam, zähe, praktisch unzerbrechlich und besitzt einen hohen Abnutzungswiderstand. Da zudem Polyäthylen thermoplastisch ist, eignet es sich zur Verarbeitung in verschiedene Formen durch Verfahren, welche die Anwendung von Wärme einschliessen.
Zufolge dieser und anderer erwünschter Eigenschaften physikalischer und chemischer Natur werden Polyäthylenbehälter weitgehend in der Industrie und im Handel verwendet. Wie die üblichen Behälter, z. B.
Stahltrommeln, sind Polyäthylenbehälter ebenfalls mit einer oder mehreren Öffnungen versehen zum Füllen und Entleeren. Diese Öffnungen können durch Flanschen begrenzt oder durch Stutzen gebildet sein, welche mit passenden Verschlüssen, vorz-ugsweise der mit Gewinde versehenen Art, versehen sind. Ublicher- weise sind die Stutzen im Innern mit Gewinde versehen für die Aufnahme von Polyäthylenzapfen, welche gleicherweise für die Chemikalien im Behälter widerstandsfähig sind. Die Stutzen können zusätzlich an ihrer Aussenwand mit Gewinde versehen sein, um Normal-Metall- oder -Kunststoffschraubkappen aufzunehmen, die wirtschaftlich tragbar sind.
Die Zapfen anderseits sind von kostspieligerer Konstruktion, da von denselben in den meisten Fällen ein wirksamer Abschluss der Trommeln verlangt wird, und sie können mit einem mittleren, mit Innengewinde versehenen Stutzen versehen sein zum Tragen einer Ausgusseinrichtung. Demzufolge ist es von Vorteil, wenn solche Zapfen wiederholt während eines längeren Zeitraumes mit dem Behälter verwendet werden können.
Die bisher verwendeten Polyäthylenzapfen besitzen die üblichen Rohrgewinde. Die Verwendbarkeit dieser Gewindeart bedingt zwei Faktoren: 1. das genaue Passen der beiden Gewinde aufeinander und 2. die Feinheit des Gewindes. Bezüglich des ersten Faktors wird der Abschluss zunehmend weniger wirksam, als die Gewindegänge an der Spitze beim Gebrauch abgenutzt werden. Dies erfolgt rascher, wenn das Gewinde aus relativ weichem Material, wie Poly äthylen, hergestellt ist. Ebenso ist dieses Material stärker einer Beschädigung bei Wiederverwendung unterworfen als härteres Material, so dass stets die Gefahr besteht, dass bei Betätigung des Zapfens das Gewinde solche Beschädigungen erleidet, dass seine Wirksamkeit als Abschluss vollständig zerstört wird.
Bezüglich der Abmessungen des Gewindes ist der Abschluss um so wirksamer, je feiner das Gewinde ist.
Um den Abschluss solcher bekannter Polyäthylenzapfen so wirksam als möglich zu machen, wurde deren Gewinde relativ fein gemacht, in der Grössenordnung von ungefähr 2 mm Ganghöhe. Gewinde solcher Feinheit, wenn aus weichem Material ähnlich Poly äthylen hergestellt, nutzen sich aber rasch ab und ergeben einen schlechten Abschluss nach kurzer Verwendungszeit.
Diese bekannten Polyäthylenzapfen wurden auch mit Dichtungsflanschen versehen. Bei einer Konstruktion ist die Abdichtungsfläche des Flansches in Querrichtung gebogen, um dicht auf einer gebogenen ring förmigen Dichtungsfläche e am äussern Ende des Trom- melflansches aufzusitzen. Die Wirksamkeit, die durch solche Abschlüsse erzielt wurde, hängt von der Kippwirkung der Abdichtungsflächen des Zapfens auf der Abdichtungsfläche des Flansches ab. Ein solcher Abschluss ist schwer wiederholt zu erreichen, wenn die Abschliessteile der vorgenannten Konstruktion aus Polyäthylen hergestellt sind, welches wegen seiner Weichheit einer raschen Abnutzung durch die Beanspruchung dieser Art unterworfen ist.
Polyäthylen ist auch derart zusammenpressbar und biegsam, dass kaum zwei Oberflächen des Verschlusses richtig zusammenarbeiten, um einen einwandfreien Abschluss zu ergeben. Ferner wird bei den üblicherweise beim Einschrauben solcher Zapfen in die Schliessstellung im Flansch üblichen Drücken das Polyäthylenmaterial am Grunde des nach aussen ragenden Abschlussflansches des Zapfens bestTebt sein, kalt zu fliessen und eine dauernde Deformation des Flansches zu ergeben, wodurch der Flansch als Abschliessmittel wertlos wird.
Bei andern Arten von Polyäthylenzapfen ist der Flansch an seiner Unterseite mit einer ringförmigen Rippe versehen, welche nahe am Umfang des Flansches liegt, und welche bestimmt ist, in eine Rinne am Ende des Tronunelflansches einzugreifen. Die Wirksamkeit des Abschlusses dieser Anordnung hängt vom dichten Passen der Rippe in der Nut ab und dem dichten Sitz des Endes der Rippe an der Innenwand der Nut. Zufolge der Biegsamkeit des Poly äthylens weicht aber der Flansch, welcher die Rippe enthält, aus, wenn der Zapfen dicht eingeschraubt wird, wodurch die Abdichtung der Rippe in der Nut zerstört wird. Auch bei dieser Konstruktion wird das Kaltfliessen des Polyäthylens im Flansch unter dem angewendeten Druck eine dauernde Einstellung des Flansches in gekippter Lage ergeben.
Auch zufolge der Weichheit des Polyäthylens wird die Rippe am Zapfen die Nut im Trommelflansch erweitern und wird selbst bei Wiederverwendung des Zapfens abgenutzt. Ausserdem ist es schwierig, zufolge der verhältnismässig raschen Abnutzung der üblichen feinen Rohrgewinde, am Zapfen und am Flansch dieser Konstruktion, eine richtige dichte Verbindung zwischen den Oberflächenteilen dieser Gewinde aufrechtzuerhalten.
Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Behälterverschluss mit einem Verschlusszapfen aus thermoplastischem Material, wie Polyäthylen, Polyisobutylen und dergleichen geschaffen werden, welcher einen wirksamen Abschluss am Stutzen des Poly äthylenbehälters ergibt und welcher von derart verbesserter Konstruktion ist, dass er den Nachteilen der oben erwähnten Zapfenkonstruktion nicht unterworfen ist und daher während beträchtlicher Zeit wiederholt verwendet werden kann, ohne Verlust seiner Abschlusseigenschaften.
Der Behälterverschluss gemäss der Erfindung besitzt ein Sägengewinde, vorgesehen an der Aussenseite des Zapfens und bestimmt zum Eingriff mit einem entsprechenden Sägengewinde, vorgesehen an der Innenwand des Behälterstutzens. Die Dichtungsfläche des Zapfenflansches ist eben und unter einem rechten Winkel zur Achse des Zapfens angeordnet und ist parallel zu einer ebenen Dichtungsfläche des Behälterstutzens angeordnet. Die Dichtungsfläche des Zapfens kann mit der Dichtungsfläche des Flansches direkt oder mittels eines Dichtungsringes aus thermoplastischem Kunststoff, wie Polyäthylen oder aus Gummi zusammenarbeiten, wobei der Dichtungsring vorzugsweise aus einem weicheren Material als der Zapfen und der Behälterstutzen hergestellt ist.
Bei einer Ausführungsform mit Dichtungsring ist dieser im allgemeinen flach und nahe dem inneren und äusseren Umfang beidseitig mit einem schmalen ringförmigen Vorsprung versehen. Wenn dann der Zapfen in den Behälterstutzen eingeschraubt wird, sind die Vorsprünge an der obern Seite des Dichtungsringes in Eingriff mit der Dichtungsfläche des Zapfens und die Vorsprünge an der untern Seite des Dichtungsringes in Eingriff mit der Dichtungsfläche des Stutzens, wobei diese Vorsprünge eine Abdichtung zwischen den Dichtungsflächen ergeben.
Der Abschluss zwischen dem Zapfen und dem Behälterstutzen ist bei dieser Ausführung ferner gewährleistet durch das Zusammenwirken der Schraubenflächen des Sägengewindes des Zapfens und des Stutzens, welche unter einem rechten Winkel zur Achse dieser Teile angeordnet sind. Beim Einsetzen des Zapfens wird zuerst der Dichtungsring mit dem Zapfen drehen. Wenn aber der Dichtungsring mit der Dichtungsfläche des Behälterstutzens in solchem Mass in Eingriff kommt, dass der Reibungswiderstand zwischen denselben so gross wird, wie die Kraft, die auf den Dichtungsring ausgeübt wird, wird der Dichtungsring beim Drehen des Zapfens stillstehen. In der Folge wird nur die axiale Druckkomponente, die sich aus der Zusammenwirkung der Gewindeflächen ergibt, auf die Dichtungsfläche durch den Dichtungsring übertragen.
Daher wird während der letzten Drehung des Zapfens, um denselben in die Abdichtungslage bezüglich des Behälterstutzens zu bringen, keine Drehbewegung zwischen dem Dichtungsring und der Abdichtungsfläche des Behälterstutzens bestehen.
Durch die kombinierte Wirkung des Zusammenarbeitens der Gewindeflächen, der Flanschabdichtungsflächen und des Dichtungsringes wird die Abnutzung der Flanschdichtungsfläche in solchem Masse herabgesetzt, dass gute Abdichtungsresultate wiederholt erreichbar sind. Der aus weicherem Material als der Behälterstutzen und der Zapfen bestehende Dichtungsring erleidet die grösste Abnutzung, was wirtschaftlich tragbar ist. Die Vorsprünge am Dichtungsring gestatten, dass die angewendeten Kräfte des Zap fenflansches gleichmässiger auf den Dichtungsring und die Dichtungsfläche des Behälterflansches verteilt werden, ohne wesentlichen Anhebeeffekt auf den Zapfen flansch. Jede Tendenz des letzteren, aus seiner normalen Lage herauszukippen, ist herabgesetzt.
Das Sägengewinde kann stärker ausgeführt werden als das übliche Rohrgewinde, um dasselbe besser den Anforderungen des Polyäthylenmaterials anzupassen, aus dem der Zapfen und der Flansch oder Stutzen gebildet sind. Mit einem stärkeren Gewinde können die Schraubenflächen wesentlich breiter gemacht werden, wodurch sich bessere Dichtungsflächen ergeben und eine bessere Abdichtung mit einer wesentlich kleineren Anzahl von Gewindegängen erhältlich ist, als dies mit den üblichen Rohrgewinden möglich ist. Es wurde als ausreichend gefunden, ein Sägengewinde zu verwenden, das nur die Hälfte der Anzahl der Gewindegänge auf die gleiche Länge aufweist, als ein Zapfen mit dem üblichen Rohrgewinde.
Da die Abschlusswirkung des Sägengewindes nicht von den Spitzen des in Eingriff stehenden Gewindes, wie beim üblichen Rohrgewinde, abhängig ist, zerstört die Abnutzung der Gewindespitzen den Abschluss nicht.
Da ferner die zusammenarbeitenden Flächen des Sägengewindes in einem gewissen Mass während des Gebrauches abgenutzt werden, wird diese Abnutzung an den stärksten Teilen des Gewindes auftreten und so herabgesetzt.
Die auftretende Abnutzung ist nicht so stark, um den Abschluss zwischen den in Eingriff stehenden Dichtungsflächen oder den Abschluss zwischen der Dichtungsfläche des Zapfens und des Stutzens durch einen Dichtungsring wesentlich zu beeinflussen.
In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel und eine Variante des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch die auseinandergezogenen Teile eines Behälberverschlusses.
Fig. 2 einen Axialschnitt durch den Stutzen des Behälters mit eingesetztem Zapfen und Dichtungsring,
Fig. 3 einen Axialschnitt durch den Verschlusszapfen einer Variante desselben und
Fig. 4 eine Unteransicht des Zapfens nach Fig. 3.
In der Zeichnung ist ein Teilstück des obern Endes eines Behälters 10 in Form einer Trommel aus Polyäthylen dargestellt, welche mit dem üblichen Stutzen 11 versehen ist, welcher eine Öffnung enthält, durch die die Trommel gefüllt oder entleert werden kann. Der Stutzen ist mit einem Aussengewinde 12 versehen, mit welchem eine normale Metall- oder Kunst stoff-Schraubkappe (nicht dargestellt) verbunden werden kann und weist ein Innengewinde 13 auf, in welches der Verschlusszapfen nach vorliegender Erfindung einschraubbar ist. Das Gewinde 13 ist ein Sägengewinde und besitzt eine senkrecht zur Achse des Stutzens 11 gerichtete Flanke 14, die nach unten, gegen das Innere des Behälters gerichtet ist. Das Gewinde 13 ist zum Aussengewinde des Verschlusszapfens komplementär, das später ausführlicher beschrieben werden soll.
Der Stutzen ist an seinem obern Ende mit einer ebenen, ringförmigen Dichtungsfläche 15 versehen, welche senkrecht zur Achse des Zapfens angeordnet ist. Der Stutzen 11 ist aus Polyäthylen hergestellt und kann in üblicher Weise, unter Verwendung einer gebräuchlichen Form fabriziert werden.
Bei der Durchführung des Verfahrens zum Formen des Stutzens 11 ist vorgesehen, Polyäthylene zu verwenden mit einem spezifischen Gewicht innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0,92 bis 0,95 kg/dma, wie z. B. das unter dem Namen Superdylan (eingetragene Marke) von der Firma Koppers Co. hergestellte Polyäthylen, um sicherzustellen, dass das Gewinde 13 und die Dichtungsfläche 15 genügende Härte besitzen, um die Abnutzung derselben in einem Masse zu reduzieren, dass diese Teile fähig sind, die ihnen zugedachten Funktionen während der ganzen Lebensdauer der Trommel zu erfüllen.
Der Behälterverschluss weist einen Verschlusszapfen, wie in Fig. 1 dargestellt, der allgemein durch die Überweisungszahl 20 bezeichnet ist, auf, einen Dichtungsring 21 und einen Pfropfen 22. Der Zapfen 20 kann nach irgendeinem üblichen Verfahren, unter Verwendung einer Form hergestellt werden, welche die Durchführung eines solchen Verfahrens gestattet und unter Verwendung von Polyäthylen mit einem spezifischen Gewicht im Bereiche von ungefähr 0,92 bis 0,95 kgjdma, um einen geformten Zapfen passender Härte zu erzeugen. Der Zapfen 20 besitzt einen hohlzylindrischen Teil 23 mit einem Aussengewinde 24 mit Sägeform. Das Gewinde 24 weist eine Gewindeflanke 25 auf, die senkrecht zur Achse des Zapfens verläuft und nach oben, in umgekehrter Beziehung zur Gewindeflanke 14 des Gewindes 13 am Stutzen 11 (siehe Fig. 2) gerichtet ist.
Das Sägengewinde weist im Querschnitt eine relativ grosse Höhe 13, 27 am äusseren Umfang auf, wodurch das Gewinde einer wesentlichen Abnutzung besser widerstehen kann. Vorzugsweise weist bei einem Zapfen der angegebenen Art das Gewinde etwa eine Ganghöhe von fünf Millimeter auf und eine Gewindetiefe von etwa drei Millimeter, um ein starkes Gewinde mit breiten Arbeitsflächen zu ergeben. Wenn der Zapfen 20 sich in seiner Schliesslage auf dem Stutzen 11 befinden, bilden die in Eingriff stehenden Gewindeflanken 14 und 25 passende Abdichtungsmittel. Die Abdichtung ist, wie schon ausgeführt, wirksamer, wenn die Flanken 14 und 25 relativ breit sind.
Wenn demzufolge diese in Eingriff stehenden Flächen annähernd 3 mm breit gemacht werden, ist die Anzahl Gewindegänge, die notwendig ist, um einen wirksamen, flüssigkeitsdichten Verschluss zu erhalten, wesentlich verringert. Dies seinerseits gestattet, die Gewindegänge stark genug zu machen, dass sie ohne wesentlichen Verlust ihrer Abdichtungsqualität, für lange Gebrauchszeit der Abnutzung widerstehen, selbst wenn sie aus relativ weichem Material, wie Polyäthylen, bestehen.
Aus einem Stück mit dem hohlzylindrischen Teil 23 bestehend, ist ein mit einem Flansch versehener, den Boden bildender Oberteil 30 vorgesehen, welcher einen gegen aussen ragenden Abdichtungsflansch 31 besitzt. An der Unterseite des Flansches ist eine ring förmige Abdichtungsfläche 32 vorgesehen, die eben ist und unter rechtem Winkel zur Achse des Zapfens steht, so dass sie in paralleler Lage gegenüber der ebenen Abdichtungsfläche 15, vorgesehen am Oberende des Stutzens 11, verläuft. Diese Abdichtungsfläche ist in bezug auf die Dicke des Flansches 31 nicht breit, indem sie etwa 5 mm breit ist, wenn der Flansch etwa 3 mm dick ist.
Wenn daher die Beanspruchung, welcher die Abdichtungsfiäche 32, beim Gebrauch des Zapfens, in der Längsrichtung unter worfen ist, wirksam in bezug auf diese Abdichtungsflächen verteilt wird, ist die Gefahr, dass der Flansch 31 im Gebrauch durchgebogen oder verformt wird nicht gross und bleibt innerhalb praktisch zulässiger Grenzen. Eine derart wirksame Verteilung der Beanspruchung kann durch Verwendung eines Dichtungsringes, wie des Dichtungsringes 21, dargestellt in Fig. I und 2, erhalten werden. Der Dichtungsring 21 ist federnd und zusammendrückbar, z. B. aus Gummi oder einem Polyäthylen mit einem spezifischen Gewicht von ungefähr 0,92 kg/din hergestellt.
So besitzt der Dichtungsring eine wesentlich geringere Härte als das Material des Stutzens 11 und des Zap fens 20 und, da er annähernd gleiche Dicke wie der Flansch 31, etwa 2,4 mm, besitzt, ist er gegenüber dem Stutzen 11 verhältnismässig biegsam. Der Dichtungsring 21 besitzt im wesentlichen die gleiche Breite wie der Flansch 31, nämlich 5 mm. An der äusseren und inneren Umfangskante des Dichtungsringes 21 ist ein Wulst 34 mit einer Breite von etwa 0,8 mm und einer Dicke von etwa 0,4 mm vorgesehen. Alle Beanspruchungen, ausgeübt auf den Flansch 31 werden durch das mehr zusammendrückbare Material des Dichtungsringes über die Wulste 34 übertragen, von denen das eine Paar benachbart zum Fusse des Flansches und das andere Paar benachbart zur äussern Umfangsfläche des Flansches angeordnet ist.
Das obere, konzentrisch angeordnete Paar von Wulsten, in Berührung mit der Abdichtungsfläche 32 des Flansches am Zapfen und das untere Paar von konzentrischen Wulsten, in Berührung mit der Abdichtungsfläche 15 des Behälterstutzens, werden durch den Druck des Zapfens, ausgeübt beim Einschrauben desselben in die Verschlusslage am Stutzen, abgeflacht und bilden zusammen mit diesen Flächen den ersten, flüssigkeitsdichten Abschluss zwischen dem Zapfen und dem Behälterstutzen. Zufolge der Zusammendrückbarkeit des Materials des Dichtungsringes 21, werden Unregelmässigkeiten oder abgenutzte Stellen in den Abdichtungsflächen 15 und 32 ausgeglichen, ohne die allgemeine Wirksamkeit des Abschlusses zu schwächen.
Ferner wird durch diese Eigenschaft des Dichtungsringes eine wirksame Abdichtung zwischen den arbeitenden Gewindeflächen 14 und 15 aufrechterhalten, selbst wenn diese Flächen stark abgenutzt sind.
Der mit einem Flansch versehene Oberteil 30 ist mit einer kreisrunden Öffnung 35 versehen, welche sich nach unten in den obern Endteil des Teiles 23 erstreckt. Mit dem untern Ende dieser Öffnung steht ein Stutzen 36 in Verbindung, der mit einem Innengewinde 37 versehen und am untern Ende durch eine Membrane 38 verschlossen. ist. Die Membrane ist von relativ geringer Dicke, um zu gestatten, dass sie leicht vom Körper des Zapfens 20 getrennt werden kann, wenn der Inhalt des Behälters ausgegeben werden soll.
Der Stutzen 36 ist an seinem obern, offenen Ende mit einer glatten, gebogenen und sich nach aussen erstrekkenden Dichtungsfläche 39 versehen, die aussen in das untere Ende der Wand 40 übergeht, welche die Öffnung 35 bildet. Über der Dichtungsfläche 39 sind in der Wand 40 zwei Paar einander gegenüberliegender Nuten vorgesehen, die am obern Ende offen sind und welche Öffnungen 41 in der Wandung 40 ergeben, die zum Eingriff von Werkzeugen dienen und im obern Teil des Zapfens, versetzt zur zentralen Öffnung 35, in demselben angeordnet sind.
Der leicht modifizierte Verschluss, dargestellt in den Fig. 3 und 4 der Zeichnung, ist für maximale Abnutzungen unter jeglichen Bedingungen konstruiert. Es wurde gefunden, dass es möglich ist, dass der Zapfen dargestellt in den Fig. ] und 2 unter gewissen ausserordentlich ungünstigen Bedingungen bricht. Die meisten Versager werden durch übermässiges Anziehen des Zapfens verursacht. Der durchschnittliche Abfüller ist mit Stahlzapfen vertraut, welche nach dem Einschrauben festsitzen. Da Polyäthylen noch nach dem Einschrauben ein Kaltfliessen aufweist, kann bei übermässigem Festziehen des Zapfens der obere Flansch verdreht werden und gegebenenfalls brechen.
Überdies tritt bei übermässigem Anziehen des Zapfens die Beanspruchung an der schwächsten Stelle des Zapfens auf. Die Konstruktion des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Zapfens besitzt einen Winkel von 45O am Fusse der Gewindegänge, und an dieser Stelle ist die Wand des Teiles 23 am dünnsten. Bei gleichmässigem, senkrechtem Druck auf die Gewindegänge, werden sich die Beanspruchungen selbst am Fusse des ersten vollen Gewindeganges lokalisieren und das Brechen dieses Teiles verursachen. Es wurde gefunden, dass die Hauptursache für dieses Brechen auf der übermässigen Beanspruchung, die an der schwächsten Stelle des Zapfens auftritt, beruht.
Demgemäss sind beim Verschlusszapfen, dargestellt in den Fig. 3 und 4, die Vertiefungen 41 für das Einsetzen des Werkzeuges weniger tief und mit abgerundeten Kanten versehen, wodurch der Zapfen verstärkt und eine übermässige Beanspruchung, veranlasst durch zu starkes Anziehen des Zapfens, gleichmässiger verteilt wird. Ausserdem wird ein übermässiger Druck auf den Zapfen schlüssel das Herausgleiten desselben aus dem Werkzeugsockel veranlassen und den Stutzen der Trommel und den Zapfen vor gewissen, bisher auftretenden Missbräuchen schützen.
Die Unterseite 32 des Flansches 31 des Zapfens besitzt eine Abrundung 42, um Scherbeanspruchungen zu verteilen.
Der Grund 26 der Gewindegänge ist abgerundet, um die Belastung über einen weit grösseren Bereich zu verteilen und die Konzentration der Beanspruchung an den kritischen Stellen des Zapfens nach den Fig. 1 und 2 herabzusetzen.
Ausserdem sind bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 zusätzliche Verstärkungen des Zapfens vorgesehen, indem die Innenwand 43 des Fortsatzes 36 und die Aussenwand 44 des Stutzens 36 unter einem Winkel von etwa 10 konisch sind. Die Ausnehmungen 45 in der Zapfenunterseite sind im Vergleich mit der Ausbildung nach den Fig. 1 und 2 reduziert und die Wandübergänge sind abgerundet.
Das abweichendste Merkmal dieser Ausführungs- form sind aber vier radiale Rippen 46, welche die Belastung gleichmässig auf alle Gewindegänge des Zapfens verteilten, statt die Beanspruchung auf den obersten Gang zu konzentrieren. Ausserdem tragen die so gebildeten Rippen den Stutzen 36 und verhindern ein übermässiges Schwinden dieses Querschnittes beim Formen. Ein solches Schwinden kann n diesen Quer- schnitt konisch machen und zum Ausfallen von Gewindegängen in diesem Querschnitt führen.
Während vorstehend bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und in der Zeichnung dargestellt sind, ist es klar, dass von Fachleuten An- derungen gemacht werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Container closure with closure plug made of thermoplastic material
The invention relates to a container closure with closure pins made of thermoplastic material, in particular on polyethylene drums with several opening stubs which are provided with threads for receiving pins made of the same material.
Polyethylene has a number of desirable properties that make it suitable as a material for the manufacture of containers for the transport and storage of various materials, particularly valuable liquids and chemicals, which are corrosive or easily changed when in contact with a metal surface . Polyethylene has a relatively low specific weight, is practically chemically inert and, in sheet or strip form, pliable, tough, practically unbreakable and has a high level of wear resistance. In addition, since polyethylene is thermoplastic, it is suitable for processing into various shapes by processes that involve the application of heat.
Because of these and other desirable properties of a physical and chemical nature, polyethylene containers are used extensively in industry and commerce. Like the usual containers, e.g. B.
Steel drums, polyethylene containers are also provided with one or more openings for filling and emptying. These openings can be delimited by flanges or formed by nozzles which are provided with suitable closures, preferably of the threaded type. Usually the nozzles are provided with threads on the inside to accommodate polyethylene plugs, which are also resistant to the chemicals in the container. The nozzles can also be threaded on their outer wall to accommodate normal metal or plastic screw caps that are economically viable.
The pegs, on the other hand, are of a more expensive construction, since they are in most cases required to be effectively closed off the drums, and they can be provided with a central, internally threaded port for carrying a spout. Accordingly, it is advantageous if such pins can be used repeatedly with the container over a longer period of time.
The polyethylene cones used so far have the usual pipe threads. The usability of this thread type requires two factors: 1. the exact fit of the two threads and 2. the fineness of the thread. Regarding the first factor, the termination becomes progressively less effective as the threads on the tip wear out with use. This is done faster if the thread is made of a relatively soft material such as polyethylene. Likewise, this material is more susceptible to damage when re-used than harder material, so that there is always the risk that when the pin is actuated, the thread will suffer such damage that its effectiveness as a closure is completely destroyed.
With regard to the dimensions of the thread, the finer the thread, the more effective the termination.
In order to make the termination of such known polyethylene plugs as effective as possible, their thread was made relatively fine, on the order of about 2 mm pitch. Threads of such fineness, if made of a soft material similar to polyethylene, wear out quickly and result in a poor finish after a short period of use.
These known polyethylene plugs were also provided with sealing flanges. In one construction, the sealing surface of the flange is curved in the transverse direction in order to be seated tightly on a curved, ring-shaped sealing surface e at the outer end of the drum flange. The effectiveness achieved by such terminations depends on the tilting action of the sealing surfaces of the pin on the sealing surface of the flange. Such a closure is difficult to achieve repeatedly if the closure parts of the aforementioned construction are made of polyethylene, which, because of its softness, is subject to rapid wear and tear from this type of stress.
Polyethylene is also so compressible and pliable that hardly any two surfaces of the closure will properly work together to form a perfect seal. Furthermore, with the usual pressures when screwing such pegs into the closed position in the flange, the polyethylene material at the bottom of the outwardly protruding end flange of the peg will be bestTebt to flow cold and result in permanent deformation of the flange, making the flange worthless as a locking means.
In other types of polyethylene pegs, the flange is provided on its underside with an annular rib which lies close to the periphery of the flange and which is intended to engage in a groove at the end of the Tronunel flange. The effectiveness of completing this arrangement depends on the tight fit of the rib in the groove and the tight fit of the end of the rib on the inside wall of the groove. Due to the flexibility of the poly ethylene, however, the flange which contains the rib gives way when the pin is screwed in tightly, whereby the seal of the rib in the groove is destroyed. With this construction too, the cold flow of the polyethylene in the flange under the applied pressure will result in a permanent adjustment of the flange in the tilted position.
Also, due to the softness of the polyethylene, the rib on the pin will widen the groove in the drum flange and will wear out even if the pin is reused. In addition, it is difficult to maintain a properly sealed connection between the surface portions of these threads due to the relatively rapid wear of the usual fine pipe threads, on the pin and on the flange of this construction.
The present invention aims to provide a container closure with a closure plug made of thermoplastic material, such as polyethylene, polyisobutylene and the like, which provides an effective seal on the neck of the polyethylene container and which is of such an improved construction that it does not have the disadvantages of the above-mentioned plug construction is subject to and therefore can be used repeatedly for a considerable period of time without loss of its sealing properties.
The container closure according to the invention has a buttress thread, provided on the outside of the pin and intended for engagement with a corresponding buttress thread, provided on the inner wall of the container connector. The sealing surface of the pin flange is flat and arranged at a right angle to the axis of the pin and is arranged parallel to a flat sealing surface of the container neck. The sealing surface of the pin can cooperate with the sealing surface of the flange directly or by means of a sealing ring made of thermoplastic material such as polyethylene or rubber, the sealing ring preferably being made of a softer material than the pin and the container neck.
In one embodiment with a sealing ring, this is generally flat and is provided with a narrow annular projection on both sides near the inner and outer circumference. When the pin is then screwed into the container neck, the protrusions on the upper side of the sealing ring are in engagement with the sealing surface of the pin and the protrusions on the lower side of the sealing ring in engagement with the sealing surface of the neck, these protrusions sealing between the Sealing surfaces result.
The closure between the pin and the container nozzle is also ensured in this embodiment by the interaction of the helical surfaces of the buttress thread of the pin and the nozzle, which are arranged at a right angle to the axis of these parts. When inserting the pin, the sealing ring will turn with the pin first. But if the sealing ring comes into engagement with the sealing surface of the container neck to such an extent that the frictional resistance between the same becomes as great as the force exerted on the sealing ring, the sealing ring will stand still when the pin is turned. As a result, only the axial pressure component resulting from the interaction of the thread surfaces is transmitted to the sealing surface through the sealing ring.
Therefore, during the last rotation of the pin in order to bring it into the sealing position with respect to the container neck, there will be no rotational movement between the sealing ring and the sealing surface of the container neck.
Due to the combined effect of the cooperation of the thread surfaces, the flange sealing surfaces and the sealing ring, the wear on the flange sealing surface is reduced to such an extent that good sealing results can be repeatedly achieved. The sealing ring, which is made of a softer material than the container neck and the pin, suffers the greatest wear, which is economically viable. The projections on the sealing ring allow the applied forces of the Zap fenflansches to be distributed more evenly on the sealing ring and the sealing surface of the container flange, without any significant lifting effect on the pin flange. Any tendency of the latter to tip over from its normal position is diminished.
The buttress thread can be made stronger than the usual pipe thread in order to adapt it better to the requirements of the polyethylene material from which the pin and the flange or socket are formed. With a stronger thread, the screw surfaces can be made much wider, which results in better sealing surfaces and a better seal can be obtained with a much smaller number of threads than is possible with the usual pipe threads. It has been found sufficient to use a buttress thread that has only half the number of threads over the same length as a pin with the usual pipe thread.
Since the closing effect of the buttress thread does not depend on the tips of the engaged thread, as is the case with conventional pipe threads, the wear and tear of the thread tips does not destroy the connection.
Furthermore, since the cooperating surfaces of the buttress threads will wear to some extent during use, this wear will occur on the strongest parts of the thread and so will be reduced.
The wear that occurs is not so severe as to significantly affect the seal between the engaging sealing surfaces or the seal between the sealing surface of the pin and the socket by a sealing ring.
The drawing shows an exemplary embodiment and a variant of the subject matter of the invention, namely:
1 shows an axial section through the pulled apart parts of a container closure.
2 shows an axial section through the nozzle of the container with inserted pin and sealing ring,
3 shows an axial section through the locking pin of a variant thereof and
FIG. 4 shows a view from below of the pin according to FIG. 3.
In the drawing, a portion of the upper end of a container 10 is shown in the form of a drum made of polyethylene, which is provided with the usual nozzle 11, which contains an opening through which the drum can be filled or emptied. The connector is provided with an external thread 12, with which a normal metal or plastic screw cap (not shown) can be connected and has an internal thread 13 into which the locking pin according to the present invention can be screwed. The thread 13 is a buttress thread and has a flank 14 which is directed perpendicular to the axis of the connecting piece 11 and which is directed downwards towards the interior of the container. The thread 13 is complementary to the external thread of the locking pin, which will be described in more detail later.
The connecting piece is provided at its upper end with a flat, annular sealing surface 15 which is arranged perpendicular to the axis of the pin. The nozzle 11 is made of polyethylene and can be fabricated in a conventional manner, using a conventional mold.
In carrying out the method of molding the nozzle 11, it is contemplated to use polyethylene having a specific gravity within a range of about 0.92 to 0.95 kg / dma, such as. B. polyethylene manufactured under the name Superdylan (registered trademark) by Koppers Co., to ensure that the thread 13 and the sealing surface 15 have sufficient hardness to reduce their wear to an extent that these parts are capable to fulfill their intended functions throughout the life of the drum.
The container closure comprises a closure plug, as shown in FIG. 1, indicated generally by the reference number 20, a sealing ring 21 and a plug 22. The plug 20 can be produced by any conventional method using a mold which has the Such a process may be carried out using polyethylene having a specific gravity in the range of about 0.92 to 0.95 kg / dma to produce a shaped pin of suitable hardness. The pin 20 has a hollow cylindrical part 23 with an external thread 24 with a saw shape. The thread 24 has a thread flank 25 which runs perpendicular to the axis of the pin and is directed upwards, in reverse relation to the thread flank 14 of the thread 13 on the connecting piece 11 (see FIG. 2).
The buttress thread has a relatively large height 13, 27 on the outer circumference in cross-section, as a result of which the thread can better withstand substantial wear. In the case of a pin of the specified type, the thread preferably has a pitch of about five millimeters and a thread depth of about three millimeters in order to produce a strong thread with wide working surfaces. When the pin 20 is in its closed position on the connecting piece 11, the thread flanks 14 and 25 which are in engagement form suitable sealing means. As already stated, the seal is more effective when the flanks 14 and 25 are relatively wide.
Accordingly, if these mating surfaces are made approximately 3 mm wide, the number of threads necessary to obtain an effective, liquid-tight seal is substantially reduced. This in turn allows the threads to be made strong enough to withstand wear and tear for long periods of use without significant loss of their sealing quality, even if they are made of a relatively soft material such as polyethylene.
Consisting of one piece with the hollow cylindrical part 23, an upper part 30 which is provided with a flange and forms the bottom is provided, which has a sealing flange 31 protruding towards the outside. On the underside of the flange a ring-shaped sealing surface 32 is provided, which is flat and is at right angles to the axis of the pin so that it extends in a parallel position with respect to the flat sealing surface 15 provided at the upper end of the nozzle 11. This sealing surface is not wide with respect to the thickness of the flange 31, being about 5 mm wide when the flange is about 3 mm thick.
Therefore, if the stress to which the sealing surface 32 is subjected in the longitudinal direction when the pin is in use is effectively distributed with respect to these sealing surfaces, the risk that the flange 31 will be deflected or deformed in use is not great and remains within practically permissible limits. Such an effective distribution of the stress can be obtained by using a sealing ring such as the sealing ring 21 shown in Figs. The sealing ring 21 is resilient and compressible, e.g. B. made of rubber or a polyethylene with a specific weight of about 0.92 kg / din.
The sealing ring has a much lower hardness than the material of the nozzle 11 and the Zap fens 20 and, since it has approximately the same thickness as the flange 31, about 2.4 mm, it is relatively flexible compared to the nozzle 11. The sealing ring 21 has essentially the same width as the flange 31, namely 5 mm. On the outer and inner peripheral edge of the sealing ring 21, a bead 34 with a width of approximately 0.8 mm and a thickness of approximately 0.4 mm is provided. All stresses exerted on the flange 31 are transmitted through the more compressible material of the sealing ring via the beads 34, one pair of which is arranged adjacent to the base of the flange and the other pair of which is arranged adjacent to the outer peripheral surface of the flange.
The upper, concentrically arranged pair of beads, in contact with the sealing surface 32 of the flange on the pin and the lower pair of concentric beads, in contact with the sealing surface 15 of the container neck, are exerted by the pressure of the pin when it is screwed into the closure position on the nozzle, flattened and together with these surfaces form the first, liquid-tight seal between the pin and the container nozzle. As a result of the compressibility of the material of the sealing ring 21, irregularities or worn points in the sealing surfaces 15 and 32 are compensated for without weakening the general effectiveness of the seal.
Furthermore, this property of the sealing ring maintains an effective seal between the working threaded surfaces 14 and 15 even when these surfaces are severely worn.
The flanged upper part 30 is provided with a circular opening 35 which extends downward into the upper end part of the part 23. With the lower end of this opening there is a connection piece 36 which is provided with an internal thread 37 and closed at the lower end by a membrane 38. is. The membrane is of relatively small thickness to allow it to be easily separated from the body of the spigot 20 when the contents of the container are to be dispensed.
At its upper, open end, the connecting piece 36 is provided with a smooth, curved and outwardly extending sealing surface 39 which merges into the lower end of the wall 40 which forms the opening 35. Above the sealing surface 39, two pairs of opposing grooves are provided in the wall 40, which are open at the upper end and which result in openings 41 in the wall 40, which are used for the engagement of tools, and in the upper part of the pin, offset from the central opening 35 , are arranged in the same.
The slightly modified closure shown in Figures 3 and 4 of the drawings is designed for maximum wear in all conditions. It has been found that it is possible for the pin shown in Figures 1 and 2 to break under certain extremely adverse conditions. Most failures are caused by over-tightening the pin. The average bottler is familiar with steel pegs that get stuck after being screwed in. Since polyethylene still has cold flow after screwing in, the upper flange can be twisted and possibly break if the pin is tightened excessively.
In addition, if the pin is tightened excessively, the stress occurs at the weakest point of the pin. The construction of the pin shown in Figures 1 and 2 has an angle of 45 ° at the base of the threads, and at this point the wall of part 23 is thinnest. With even, vertical pressure on the thread turns, the stresses will localize themselves at the foot of the first full thread turn and cause this part to break. It has been found that the main cause of this breakage is due to the excessive stress that occurs at the weakest point of the pin.
Accordingly, in the case of the locking pin, shown in FIGS. 3 and 4, the recesses 41 for inserting the tool are less deep and have rounded edges, whereby the pin is reinforced and excessive stress caused by excessive tightening of the pin is distributed more evenly . In addition, excessive pressure on the pin will cause the same key to slide out of the tool base and protect the neck of the drum and the pin from certain abuses that have previously occurred.
The underside 32 of the flange 31 of the pin has a fillet 42 to distribute shear stresses.
The base 26 of the thread turns is rounded in order to distribute the load over a much larger area and to reduce the concentration of the load at the critical points of the pin according to FIGS. 1 and 2.
In addition, in the embodiment according to FIGS. 3 and 4, additional reinforcements of the pin are provided in that the inner wall 43 of the extension 36 and the outer wall 44 of the connector 36 are conical at an angle of approximately 10 °. The recesses 45 in the underside of the pin are reduced in comparison with the design according to FIGS. 1 and 2 and the wall transitions are rounded.
The most different feature of this embodiment, however, are four radial ribs 46, which distribute the load evenly over all threads of the pin, instead of concentrating the stress on the uppermost thread. In addition, the ribs formed in this way support the connecting piece 36 and prevent excessive shrinkage of this cross section during molding. Such shrinkage can make this cross section conical and lead to the failure of threads in this cross section.
While preferred embodiments of the invention are described above and illustrated in the drawing, it is clear that changes can be made by those skilled in the art without deviating from the invention.