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Behälterverschluß Die Erfindung betrifft einen Kunstharzverschlußstopfen
für Behälter und insbesondere für Polyäthylentrommeln, die eine oder mehrere flanschartige
begrenzte, mit Gewinde versehene Öffnungen aufweisen, die mit Stopfen aus dem gleichen
Material verschlossen werden sollen.
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Polyäthylen besitzt verschiedene vorteilhafte Eigenschaften, die
es als Material für die Herstellung von Behältern u.dgl., zum Transport und zur
Lagerung verschiedener Materialien, insbesondere wertvoller Flüssigkeiten und Chemikalien
geeignet machen, welche korrosiv sind oder leicht verunreinigt werden, wenn sie
mit einer Metalloberfläche in Berührung gelangen. Polyäthylen besitzt eine verhältnismäßig
geringe Dichte, ist chemisch inert und in Form von Folien oder Streifen biegsam,
mechanisch fest, praktisch unzerbrechlich und besitzt hohen Abnutzungswiderstand.
Da Polyäthylen weiterhin thermoplastisch ist, eignet es sich ganz besonders dazu,
um es in die verschiedensten Formen mit Hilfe von Verfahren, bei denen es unter
anderem erwärmt wird, überzuführen.
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Bei den bisher im Gebrauch befindlichen Polyäthylenstopfen beruht
das Abdichtungsvermögen überwiegend auf dem gewöhnlichen Rohrleitungsgewinde, mit
welchem derartige Stopfen versehen sind. Das Abdichtungsvermögen dieser Gewindeart
ist auf zwei Faktoren zurückzuführen: erstens den dichten Sitz des Scheitels des
Gewindes auf dem Stopfen im Boden der Rille, die durch das Gewinde im Flansch gebildet
wird, und zweitens die Feinheit des Gewindes. In bezug auf den ersten Faktor ist
festzustellen, daß die Abdichtung zunehmend weniger wirksam wird, wenn der Scheitel
des Gewindes während der Wiederverwendung abgenutzt wird. Diese Beeinträchtigung
des Dichtungsvermögens tritt noch schneller ein, wenn das Gewinde aus einem verhältnismäßig
weichen Material, wie Polyäthylen. hergestellt ist. Ferner wird ein solches Material
beim Wiedergebrauch leichter beschädigt als härtere Ma-Materialien, so daß durchweg
die Gefahr besteht. daß bei der Handhabung des Stopfens das Gewinde derart beschädigt
wird, daß sein Abdichtungsvermögen völlig verlorengeht. In bezug auf die Grob- bzw.
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Feinheit des Gewindes ist zu bemerken, daß die Abdichtung um so wirksamer
ist, je feiner das Gewinde ist. Um das Abdichtungsvermögen dieser bisherigen Polyäthylenstopfen
möglichst wirksam zu gestalten, sind die Gewinde deswegen verhältnismäßig fein hergestellt
worden, d. h. mit ungefähr elf Gewindegängen je 35 mm. Derartig feine Gewinde nutzen
sich schnell ab, wenn sie aus einem weichen Material, wie Poly-
äthylen, hergestellt
worden sind, und ergeben schon nach kurzem Gebrauch eine schlechte Abdichtung.
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Die Erfindung betrifft nunmehr einen Behälterverschluß aus Polyäthylen
oder einem Material mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften mit einer einen Flansch
aufweisenden Öffnung, einem rohrförmigen Schaft, der ein äußeres Schraubgewinde
besitzt und an der Oberseite einen sich nach außen erstreckenden Dichtungsflansch
aufweist, dessen Unterseite eine Abdichtung herbeiführt, indem sie mit einer Verschlußoberfläche
am oberen Ende des Behälterflansches zusammenwirkt.
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Derartige Behälterverschlüsse sind an sich bekannt, bei denen die
einzelnen zu verbindenden und gegeneinander abzudichtenden Teile aus Metall bestehen,
an dem sich die üblichen Feingewinde anbringen lassen, mit denen ausgezeichnete
Dichtungen hergestellt werden können. Derartige Feingewinde lassen sich aber auf
Behälterverschlüsse aus Polyäthylen oder einem Material mit ähnlichen physikalischen
Eigenschaften, wie schon oben ausgeführt, nicht anwenden, da sich solche Gewinde
leicht abnutzen und eine häufigere Benutzung derartiger Verschlüsse nicht möglich
ist.
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Es ist an sich schon vorgeschlagen worden, Behälterverschlüsse aus
Kunststoffen herzustellen, wobei
der eigentliche Ausgußteil aus
einem Rohrteil aus Polyäthylen besteht, der mit einer Kappe aus einem anderen Kunststoff,
der härter ist als Polyäthylen, beispielsweise Polystyrol, verschlossen werden kann.
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Zur Verbindung dieser beiden Teile und Abdichtung des Verschlusses
ist es bekannt, an dem Polyäthylen ein grobes, trapezförmiges Außengewinde vorzusehen,
das sich über etwa einen Gang erstreckt. Mit diesem Außengewinde wirkt ein entsprechendes
Innengewinde der Polystyrolkappe zusammen. Da durch dieses grobe Gewinde keine gute
Abdichtung möglich ist, ist die härtere Polystyrolkappe an ihrer Oberseite mit einer
in das Ende des Polyäthylenzylinders hineinragenden Kegelfläche versehen, welche
mit dem oberen Rand des Polyäthylenzylinders dichtend zusammenwirkt. Weiterhin ist
an der Unterseite der Polystyrolkappe ein scharfkantiger Ring außerhalb des Kegeldichtungskörpers
angebracht, dessen scharfe Kante beim Aufschrauben der Kappe in das Polyäthylenmaterial
eindringt.
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Bei diesem bekannten Behälterverschluß aus plastischen Werkstoffen
beruht die Dichtung auf der Verformung des Polyäthylens durch den härteren anderen
Kunststoff. Eine häufige Verwendung dieses Verschlusses ist nicht möglich, da das
Polyäthylenmaterial sich bald so weit verformen wird, daß die Dichtungsflächen abgenutzt
sind.
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Durch die Erfindung wird nun ein Behälterverschluß vorgeschlagen,
welcher infolge der besonderen Ausbildung des Gewindes eine lange Anwendung und
Wiederverwendung ermöglicht. Der Behälterverschluß gemäß der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß er vollkommen aus Polyäthylen oder einem Material mit ähnlichen
physikalischen Eigenschaften besteht und daß das Schraubgewinde der rohrförmigen
Hülse einen sägezahnartigen Querschnitt aufweist, wobei die obere Seite des Schraubengewindes
nahezu rechtwinklig zur Mittelachse des Verschlußstopfens liegt und diese Gewindefläche
mit der entsprechenden Gewindefläche des Innengewindes des Behälterflansches zusammenwirkt.
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Diese Ausbildung des Gewindes ist dem verhältnismäßig weichen Polyäthylenwerkstoff
besonders angepaßt, insbesondere wenn dieser zur Herstellung von Behälterverschlüssen
verwendet wird. Es wird einmal hierdurch eine besonders gute Führung der Gewinde
ermöglicht, so daß das Ein- und Ausschrauben des Verschlusses leicht vonstatten
geht. Die Dichtung erfolgt auf einer großen Gewindefläche, so daß Verformungen oder
Abnutzungen derselben nicht auftreten und der Verschluß sehr häufig benutzt werden
kann.
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Es ist bekannt, bei Behälterverschlüssen ringförmige Dichtungsscheiben
aus einem nachgiebigen, zusammendrückbaren Material zu verwenden, das weicher ist
als das eigentliche Verschlußmaterial, und diese Dichtungsscheiben in Form eines
flachen Ringes auszubilden, der über den Verschlußstopfen geschoben werden kann.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, den Dichtungsring, im Querschnitt gesehen,
an seinen Rändern wulstförmig auszubilden und ihn aus einem Material herzustellen,
das weicher ist als das Polyäthylenmaterial, aus dem der Verschluß selbst hergestellt
ist.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in Verbindung mit dem
oben angegebenen Hauptmerkmal derselben darin, daß in dem Verschlußteil noch ein
Schraubstopfen vorgesehen ist, dessen Gewinde-
gang schräg in einen Flansch übergeht,
und der Verschlußstopfen an seiner Oberseite mit einer Ausnehmung zum Einsetzen
eines Werkzeuges versehen ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Verschlußstopfen
und zeigt den Flanschteil, den Stopfen mit seinem Dichtungsring und einen Schraubstöpsel
für die mit einem Gewinde versehene Öffnung, in die eine Gießvorrichtung eingesetzt
werden kann. wobei jeder dieser Teile im Schnitt durch seine Mitte dargestellt ist;
Fig. 2 ist ein zentraler Schnitt durch den Flanschteil eines Behälters, wobei der
Stopfen und die Dichtung in eingedrehtem Zustand gezeigt sind.
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In den Zeichnungen ist 10 ein Teil des oberen Endes eines trommelartigen
Behälters aus Polyäthylen, der mit dem üblichen Flansch 11 versehen ist, welcher
die Öffnung umgrenzt, durch die die Trommel gefüllt bzw. geleert werden kann. Der
Flansch ist mit einem äußeren Schraubgewinde 12 ausgerüstet, auf das eine gewöhnliche
Metall- oder Plastikschraubkappe aufgeschraubt werden kann, und besitzt weiterhin
ein inneres Schraubgewinde 13, in welches der erfindungsgemäße Stopfen eingeschraubt
wird. Das Schraubgewinde 13 ist ein Sägengewinde und besitzt eine nach unten laufende
schraubenlinige Gewindefläche 14, die im rechten Winkel zur zentralen Achse des
Flansches 11 liegt und in das Innere des Behälters nach unten gerichtet ist. Das
Gewinde 13 entspricht dem Außengewinde auf dem Stopfen, der weiter unten näher beschrieben
wird. Der Flansch ist an seinem oberen Ende mit einer flachen, ringförmigen Dichtungsfläche
15 versehen, die im rechten Winkel zu seiner zentralen Achse liegt. Der Flansch
11 ist aus Polyäthylen hergestellt, und zwar zweckmäßigerweise aus Polyäthylen mit
einer im Bereich von ungefähr 0.92 bis 0,95 liegenden Dichte, um sicherzustellen,
daß das Gewinde 13 und die Dichtungsfläche 15 hinreichend hart sind, damit ihre
Abnutzung so weit herabgesetzt wird, daß diese Teile während der gesamten Lebensdauer
der Trommel ihre Funktion geeignet erfüllen können.
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Die Stopfeneinheit (vgl. Fig. 1) besteht aus einem Stopfen 20, einem
Dichtungsring 21 und einem kleinen Stöpsel 22. Der Stopfen 20 kann unter Verwendung
eines Polyäthylens mit einer im Bereich von ungefähr 0,92 bis 0,95 liegenden Dichte
in an sich bekannter Weise hergestellt werden. um einen Polyäthylenstopfen von geeigneter
Härte zu erhalten. Der Stopfen 20 besteht aus einem zylindrischen Schaft 23, der
mit einem außenliegenden schraubenartigen Sägengewinde 24 versehen ist. Das Gewinde
24 besitzt eine nach unten ablaufende schraubenlinige Gewindefläche 25, die im rechten
Winkel zu der zentralen Achse des Stopfens liegt und entgegen der Gewindefläche
14 des Gewindes 13 auf dem Flansch 11 (vgl. Fig.2) nach oben gerichtet ist. Die
Gewindefläche 25 erstreckt sich von der Innenkante einer in Längsrichtung liegenden
Gewindefläche 26 nach außen, welche schraubenlinig um die zentrale Achse des Stopfens
liegt und den Boden der Rille zwischen den Gewindegängen bildet. Die äußere Peripherie
der Gewindefläche 25 bildet eine schraubenlinienförmig verlaufende Verbindungslinie
mit dem oberen Ende der in Längsrichtung liegenden schraubenförmigen Gewindefläche
27, welche die äußere Kante des Gewindes 24 bildet. Die untere Kante der
Gewindefläche
27 ist gleichzeitig die obere Kante einer gewinkelten, schraubenförmigen Gewindefläche
28, welche an ihrer unteren Kante in die obere Kante der Gewindefläche 26 übergeht.
Das Sägengewinde 24 ist somit grob und besitzt eine verhältnismäßig stumpfe äußere
Kante, die nur wenig abgenutzt wird. Bei einem Stopfen der beschriebenen Art wird
das Gewinde 24 vorzugsweise mit ungefähr fünf Gängen je 25,4 mm und mit einer ungefähr
3,2 mm breiten Gewindefläche 25 hergestellt, um so ein grobes Gewinde mit einer
breiten wirksamen Fläche zu erzielen, die mit der ähnlich gestalteten Fläche 14
des Flanschgewindes 13 zusammenwirkt. Wenn der Stopfen 20 in eingedrehtem Zustand
auf dem Flansch 11 aufliegt, ergeben die zusammenliegenden Gewindeflächen 14 und
25 eine zusätzliche geeignete Abdichtung. Deren Dichtungsvermögen ist, wie bereits
erwähnt wurde, wenn diese Oberflächen 14 und 25 verhältnismäßig breit gehalten werden,
noch größer. Somit wird, wenn man diese zusammenwirkenden Flächen ungefähr 3,2 mm
breit hält, die Zahl der Gewindegänge, die erforderlich ist, um einen wirksamen,
flüssigkeitsdichten Verschluß zu erzielen, erheblich verringert. Dadurch kann man
wiederum die Gewinde selbst so schwer bzw. grob herstellen, daß sie kaum abgenutzt
werden und ihr Abdichtvermögen bei längerem Gebrauch kaum nachläßt selbst wenn sie
aus einem verhältnismäßig weichen Material, wie Polyäthylen, bestehen.
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Der Schaft 23 geht in ein mit Flansch versehenes oberes Ende 30 über,
das einen nach außen gerichteten Dichtungsflansch 31 aufweist. An der Unterseite
dieses Flansches 31 ist eine ringförmige Dichtungsfläche 32 vorgesehen, die flach
und im rechten Winkel zur zentralen Achse des Stopfens so angeordnet ist, daß sie
parallel gegenüber der flachen ringförmigen Dichtungsfläche 15 liegt, die sich auf
dem oberen Ende des Flansches 11 befindet. Diese Dichtungsfläche ist in bezug auf
die Dicke des Flansches 31 nicht sehr breit, d. h. ungefähr 4,8 mm breit, wenn der
Flansch ungefähr 3,2 mm dick ist.
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Wenn somit die parallel den zentralen Achsen wirkenden Kräfte, denen
die Dichtungsfläche 32 bei Anwendung des Stopfens ausgesetzt wird, gleichmäßig in
bezug auf diese Dichtungsfläche verteilt werden, besteht nur wenig Wahrscheinlichkeit,
daß der Flansch 31 dadurch verkrümmt bzw. verformt wird.
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Eine derart gleichmäßige Verteilung der Kräfte kann man durch Verwendung
eines Dichtungsringes, wie dem in den Zeichnungen gezeigten Dichtungsring 21, erzielen.
Der Dichtungsring 21 ist aus einem elastischen und zusammendrückbaren Material,
wie Kautschuk oder Polyäthylen, mit einer Dichte von ungefähr 0,92 hergestellt.
Somit ist der Dichtungsring 21 wesentlich weicher als die Materialien, aus denen
der Flansch 11 und der Stopfen 20 bestehen, und obwohl seine Dicke ungefähr gleich
der des Flansches 31 ist, ist der Flansch 11 praktisch starr, während der Dichtungsring
21 verhältnismäßig flexibel ist. Der Dichtungsring 21 ist praktisch genauso breit
wie die Flanschoberfläche 32, d. h. 4,8 mm. Angrenzend an jede Umfangskante des
Dichtungsringes 21 und auf dessen beiden Seiten sind ringförmige Wülste 34 vorgesehen,
die ungefähr 0,8 mm breit und ungefähr 0.4 mm dick sind. Dadurch werden alle auf
den Flansch 31 ausgeübten Kräfte durch das weitaus stärker zusammendrückbare Material
des Dichtungsringes über die Wülste 34 übertragen, von denen ein
Paar direkt am Ursprung
des Flansches und das andere Paar an der äußeren Kante dieses Flansches liegt. Das
obere konzentrisch angeordnete Paar Wülste, die mit der Dichtungsfläche 32 des Flansches
in Berührung stehen, und das untere konzentrisch angeordnete Paar Wülste, die mit
der Dichtungsfläche 15 des Behälterflansches in Berührung stehen, werden unter den
beim Einschrauben des Stopfens wirkenden Kräften abgeflacht und bilden mit den genannten
Flächen den primären, flüssigkeitsdichten Verschluß zwischen dem Stopfen und dem
Behälterflansch. Weil das Material des Dichtungsringes 21 zusammendrückbar ist,
paßt es sich allen Unregelmäßigkeiten bzw. allen abgenutzten Stellen in den Dichtungsflächen
15 und 32 an, ohne daß dadurch die Gesamtwirkung des Verschlusses beeinträchtigt
wird. Durch diese Beschaffenheit des Dichtungsringes wird überdies zwischen den
wirksamen Flächen 14 und 25 ständig eine wirksame Abdichtung erzielt, selbst wenn
diese Oberflächen stärker abgenutzt sind.
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Das mit Flansch versehene Ende 30 besitzt eine zentrale kreisförmige
Öffnung 35, die sich in das Oberteil des Schaftes 23 erstreckt. Das untere Ende
dieser Öffnung geht in das obere Ende eines Hohlflansches 36 über, der mit einem
Innengewinde 37 versehen und an seinem unteren Ende durch eine Membran 38 verschlossen
ist. Die Membran besitzt nur geringe Dicke, so daß man sie leicht vom Körper des
Stopfens 20 trennen kann, wenn der Inhalt des Behälters ausgegossen werden soll.
Der Hohlflansch 36 ist an seinem oberen, offenen Ende mit einer glatten, gekrümmten,
nach außen gerichteten Dichtungslippe 39 versehen. Die äußere periphere Kante der
Lippe 39 geht in das untere Ende der ringförmigen Wandung 40 über, die die Öffnung
35 umschließt. In der Wandung 40 sind oberhalb der Dichtungslippe 39 zwei einander
gegenüberliegende Schlitzpaare vorgesehen, die nach oben offen sind und sich durch
die Wand 40 in die Vertiefungen 41 zum Einsetzen von Werkzeugen erstrecken, die
im Oberteil des Stopfens verschoben zur zentralen Öffnung 35 desselben ausgebildet
sind.