DE202018103730U1

DE202018103730U1 - Dose mit Schnappverschluss

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Publication number: DE202018103730U1
Application number: DE202018103730.7U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: EP3807161A1; WO2020001708A1; US20210122533A1; EP3807161B1; EP3807161C0; JP2021529134A; DE112019003291A5

Abstract

Verschlusssystem mit
einer dreidimensionalen Struktur (10a; 10b), die eine zu verschließende Öffnung (11a; 11b) aufweist, und
einer Abdeckung (20; 30) zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur (10a; 10b), um die Öffnung (11a; 11b) zu verschließen, wobei die Abdeckung (20; 30) aufweist:
eine Stirnwand (21; 31), die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteckrichtung gewölbten Zustand verformbar ist; und
einen ringförmigen Randabschnitt (22; 32), der in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang aufweist als in dem zweiten bistabilen Zustand und daher dazu ausgelegt ist, eine klemmende Befestigung der Abdeckung (20; 30) an einem Wandbereich (12a; 12b) der Öffnung (11a; 11b) zu bewirken, indem der Randabschnitt (22; 32) in dem ersten Zustand innen oder in dem zweiten Zustand außen gegen den Wandbereich (12a; 12b) drückt,
dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Struktur (10a; 10b) dazu konfiguriert ist, eine an vordefinierten Stellen (A2; B2) von außen auf das Verschlusssystem ausgeübte Kraft so weiterzuleiten, dass sie zu einem Umschnappen der Abdeckung (20; 30) von dem einen in den anderen der beiden bistabilen Zustände führt.

Description

Schnappverschlüsse sind dadurch gekennzeichnet, dass sie in bistabiler Weise zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand umschnappen können. Sie bestehen in der Regel aus einer scheibenförmigen Stirnwand, die in bistabiler Weise zwischen einem konkaven ersten und einem konvexen zweiten Zustand verformbar ist, und einem ringförmigen Randabschnitt dessen Außenumfang sich beim Übergang der Stirnwand von dem ersten in den zweiten Zustand verringert.
In den Patentschriften DE 10 2015 103 036 B4 und WO 2017/076398 A1 ist beschrieben, wie sich solche früher nur aus Metall herstellbaren Schnappverschlüsse, die beispielsweise von der Firma Hoffmann Neopac als Merchandising-Produkte unter den Marken Klick-Klack^® bzw. Klipp-Klapp^® vertrieben werden, auch aus Kunststoff herstellen lassen. Entscheidend für das Funktionieren des Schnappmechanismus ist die Übertragung der bistabilen Verformung der Stirnwand auf den angrenzenden ringförmigen Randabschnitt. Nur wenn die Umklappbewegung zwischen konvexer und konkaver Wölbung der Stirnwand ihre Verformspannungskräfte an den Randabschnitt weitergibt, kann sie zu einem Aufweiten des Randabschnitts und eine entsprechende Vergrößerung des Außenumfangs der Verschlusskappe führen, die dann auch ein Öffnen des von dieser abgedeckten Behälters erlaubt. Von zentraler Bedeutung ist dabei, dass der am Übergang zwischen Stirnwand und Randabschnitt eingeschlossene Winkel für beide bistabilen Zustände gleich groß bleibt, d.h. dass das Verschlusskappenmaterial an diesem Übergang steif genug ist, um die Verformung der Stirnwand vollständig an den Randabschnitt weiterzugeben.
Ferner muss der Randabschnitt selbst ausreichend dehnbar sein, um ein Aufweiten seines Außenumfangs im in Aufsteckrichtung gewölbten ersten bistabilen Zustand der Stirnwand zu gewährleisten. Dies gelingt gemäß DE 10 2015 103 036 B4 beispielsweise dadurch, dass am Randabschnitt Einfaltungen ausgebildet sind, die sich im ersten Zustand auffalten und so die Vergrößerung des Außenumfangs erlauben. Dann kann die gesamte Abdeckung aus einem einzigen Kunststoffmaterial mit homogener Dichte bzw. Dehnbarkeit hergestellt sein. Vorzugsweise erhält der Randabschnitt die nötige Dehnbarkeit aber dadurch, dass mindestens ein Dehnungsabschnitt im Randabschnitt der Abdeckung aus einer weicheren Materialkomponente hergestellt ist als der übrige Randabschnitt (siehe WO 2017/076398 A1 ). Der Dehnungsabschnitt weitet sich unter Spannung elastisch auf und erlaubt ein Aufweiten des Randbereichs im Zustand konkaver Stirnwandkrümmung, während das Basismaterial der Abdeckung ansonsten steif genug ist, um den Winkel im Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt konstant zu halten. Dies ermöglicht das Umklappen der Abdeckung in den bistabilen Zustand mit dem größeren Außenumfang.
Vorzugsweise wird der Dehnungsabschnitt zusammen mit dem Rest der Abdeckung in einem Stück in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt. Für den Dehnungsabschnitt wird dann eine zweite Materialkomponente eingespritzt, die weicher und/oder elastischer ist als die für die übrige Abdeckung eingesetzte erste Materialkomponente. Um den konstanten Winkel im Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt noch zu unterstützen, kann die Abdeckung in diesem Übergangsbereich ferner vorzugsweise eine höhere Materialdicke der härteren (Basis-)Materialkomponente aufweisen als im Hauptbereich der Stirnwand oder aus einer noch härteren dritten Materialkomponente gespritzt werden. Das führt zu dem besonderen Vorteil, dass die Abdeckung insgesamt eine gleichbleibende Materialstärke hat. Eine homogene Dicke ist nicht nur optisch ansprechend, sondern reduziert auch die Anzahl von Stufen und Kanten, in denen sich Schmutz sammeln kann.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei der am gesamten Innen- und/oder Außenumfang des Randabschnitts ein Rastring aus der weicheren zweiten Materialkomponente angespritzt ist. Dieser kann dichtend in eine Nut oder eine Stufe in der Seitenwand der zu verschließenden Öffnung eingreifen, so dass sogar ein dichtender Verschluss der Öffnung möglich ist.
Bei den bisher bekannten Schnappverschlüssen aus Kunststoff besteht noch Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Betätigung des Umklappvorgangs durch den Benutzer. Bisher ist es zwingend erforderlich, die Abdeckung an ihrem Randabschnitt oder an einem an ihrer Stirnwand angeformten Griffelement mit einer gewissen Mindestkraft einzudrücken oder hochzuziehen, um die Stirnwand von einem in den anderen bistabilen Zustand umschnappen zu lassen. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass die Bereiche, auf die der Benutzer seine Kraft ausüben soll, auch immer hinreichend gut freiliegen müssen, um die gewünschten Druckpunkte mit den Fingern erreichen zu können, wodurch wiederum die Designmöglichkeiten für das aus Behälter und Abdeckung gebildete Verschlusssystem insgesamt unerwünscht eingeschränkt sind. Zum anderen wäre es wünschenswert den zum Umschnappvorgang erforderlichen minimalen Kraftaufwand abzusenken, sofern der Benutzer die Kraft an genau vordefinierten Druckpunkten ansetzt. Auch wäre es vorteilhaft, wenn keiner der Schnappzustände mehr ausschließlich durch eine Zugkraft ausgelöst würde, weil dann auch nicht zwangsläufig ein (beidhändig zu bedienendes) Griffelement an der Abdeckung vorgesehen werden müsste.
Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verschlusssystem aus einer dreidimensionalen Struktur mit der zu verschließenden Öffnung und mit einer in bistabiler Weise zwischen zwei Zuständen umschnappenden Abdeckung zu schaffen, bei der die Möglichkeiten, den Umschnappvorgang auszulösen, für den Benutzer erweitert sind, und vorzugsweise der für das Auslösen erforderliche minimale Kraftaufwand reduziert ist. Insbesondere wünschenswert ist ein Verschlusssystem, bei dem beide bistabilen Zustände durch manuelles Drücken ausgelöst werden können, so dass beide Umschnappvorgänge ohne Griffelement und in der Regel einhändig ausgelöst werden können.
Eine zumindest teilweise Lösung der oben erwähnten Aufgabe gelingt durch die Merkmale des beigefügten Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
Erfindungsgemäß ist die dreidimensionale Struktur, insbesondere ein Behälter oder ein zumindest einseitig offenes Rohrende, so konfiguriert, dass von außen auf das Verschlusssystem an vordefinierten Stellen einwirkende Kräfte auf den Randabschnitt der Abdeckung in solcher Weise gelenkt werden, dass ein Umschnappen der Abdeckung vom einen in den anderen bistabilen Zustand ausgelöst wird.
Im Falle eines innen gegen eine Öffnungswand klemmenden Deckels ist vorzugsweise die Öffnungswand der dreidimensionalen Struktur derart flexibel, dass sie durch elastische Verformung eine quer zur Aufsteckrichtung beidseitig auf die Öffnungswand einwirkende Kraft an den Randabschnitt des Deckels weitergibt. Dadurch kann der Deckel vollständig innerhalb der zu verschließenden Öffnung liegen, ohne dass für den Benutzer an der Stirnwand des Deckels ein Griffelement zum Auslösen des Umschnappvorgangs in die geöffnete Stellung vorgesehen werden müsste. Besonders bevorzugt steht die entgegen der Aufsteckrichtung entfernteste Stelle der Öffnungswand um einen gewissen Überstand von der Stelle vor, an der der Randabschnitt des Deckels umfangsseitig von innen gegen den Wandabschnitt drückt. Eine quer zur Aufsteckrichtung wirkende Kraft auf diesen äußersten Wandabschnitt kann dann das Umschnappen des Deckels schon bei geringerem Kraftaufwand auslösen, weil der Überstand als Hebelarm wirkt.
Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel greift die Abdeckung als Kappe von außen um den zu verschließenden Wandabschnitt der Öffnung. Hier gelingt es durch die erfindungsgemäße geometrische Gestaltung des entgegen der Aufsteckrichtung äußersten Endabschnitts der Öffnungswand, dass die Kappe diesen Endabschnitt mit einem Bereich der Stirnwand kontaktiert, der ein Stück weit versetzt vom Randabschnitt in Richtung der Kappenmitte liegt. Dadurch kann die Kappe nicht nur durch eine quer zur Aufsteckrichtung wirkende Kraft auf den Randabschnitt, sondern auch durch eine in Aufsteckrichtung ausgeübte Kraft in seine geschlossene Stellung gebracht werden, sofern diese Kraft auf einen Druckpunkt ausgeübt wird, der radial weiter außen liegt als der Kontaktpunkt der Öffnungswand mit der Stirnwand. Der Abstand zwischen Kontaktpunkt und Druckpunkt wirkt hier wiederum als Hebelarm und verringert den erforderlichen Kraftaufwand entsprechend.
In der vorliegenden Beschreibung wird das Verschlusselement der zu verschließenden Öffnung allgemein als Abdeckung bezeichnet. Greift die Klemmbefestigung der Abdeckung außen an der Öffnungswand an, so wird die Abdeckung als Kappe bezeichnet; klemmt die Abdeckung hingegen innen gegen die Öffnungswand, so wird sie als Deckel bezeichnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigt:

1a eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Verschlusskappe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
1b eine Draufsicht auf die Kappe der 1a;
1c eine vergrößerte Detailansicht in einem Schnitt A-A in der 1a;
1d eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts X der 1a;
1e eine vergrößerte Detailansicht in einem Schnitt C-C in der 1c;
1f eine vergrößerte Detailansicht in einem Schnitt B-B in der 1c, in der gleichzeitig das Verschlussprinzips eines Behälters mit der Kappe dargestellt ist;
2a eine Querschnittsansicht eines Verschluss-Systems der vorliegenden Erfindung mit der Verschlusskappe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in offener Stellung;
2b eine Querschnittsansicht des Verschluss-Systems der 2a in geschlossener Stellung;
2c einen vergrößerten Ausschnitt der 2a in einer ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels in offener Stellung;
2d den vergrößerten Ausschnitt der 2a in einer zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels in offener Stellung;
3a eine Querschnittsansicht eines Verschluss-Systems der vorliegenden Erfindung mit einem Verschlussdeckel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in offener Stellung;
3b eine Querschnittsansicht des Verschluss-Systems der 3a in geschlossener Stellung;
3c einen vergrößerten Ausschnitt der 3b; und
3d den vergrößerten Ausschnitt der 3c in einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels in offener Stellung.

Bei dem in den 1a-f gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Abdeckung als eine Kappe 20 ausgebildet, die eine Behälterwand 12a von außen umgreifen soll. Die 1a bis 1f zeigen allesamt die Kappe 20 in ihrer konvexen, nach außen (d.h. entgegen der Aufsteckrichtung) gewölbten Schnappstellung, die sie in ihrer Verschlussposition einnimmt. In der 1f ist zusätzlich dargestellt, wie in dieser Stellung ein Einrasten in die zu verschließende Öffnungswand 12a möglich ist, was aber später anhand der 2a bis 2d noch genauer erläutert werden wird.
Die in den 1a-f gezeigte Kappe 20 weist eine Stirnwand 21 von im Wesentlichen kreisförmiger Grundform auf, an deren Umfangsrand ein ringförmiger Randabschnitt 22 angeformt ist. Die 1a zeigt eine teilweise im Schnitt dargestellt Seitenansicht. In der linken Hälfte der Figur ist die Kappe 20 von der Seite zu sehen, während sie in der rechten Hälfte innen aufgeschnitten ist, so dass man die hintere Innenseite der Kappe 20 sieht. In den Figuren ist immer die ungeschnittene Weichkomponente (zweite Materialkomponente) punktiert und die geschnittene Weichkomponente kreuzschraffiert dargestellt, während die geschnittene Hartkomponente (erste Materialkomponente) einfach schraffiert dargestellt ist.
Schnappt die Stirnwand 21 in ihren konkav nach unten (d.h. in Aufsteckrichtung) gewölbten Zustand, so erhöht sich der Außenumfang des Randabschnitts 22. Um den Winkel µ, den die Stirnwand 21 und der Randabschnitt 22 in ihrem Übergangsbereich einschließen, in den beiden bistabilen Stellungen konstant zu halten, sollte das Kappenmaterial über eine ausreichende Steifigkeit verfügen. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass der Übergang zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 wenigstens in Teilabschnitten, vorzugsweise aber über den gesamten Umfang, eine höhere Materialstärke aufweist als der Zentralbereich der Stirnwand 21. Das Material verdickt sich, wie in den 1e und 1f gezeigt, nach außen, d.h. entgegen der Aufsteckrichtung, so dass der Übergangsbereich zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 innen glatt verläuft. Die Materialverdickungen können alternativ aber auch nach innen vorspringen und im Deckelinneren zu einem entsprechend konturierten Wandverlauf führen.
Die Vergrößerung des Außenumfangs im später anhand der 2a erläuterten konkaven bistabilen Zustand gegenüber dem in den 1e, 1f und 2b gezeigten konvexen Zustand erfordert eine ausreichende Dehnungsflexibilität des umlaufenden Randabschnitts 22. Dies gelingt erfindungsgemäß durch umlaufend (vorzugsweise äquidistant) angeordnete Dehnungsabschnitte 24 aus der weicheren zweiten Materialkomponente, die sich - wie besonders gut in den 1a und 1d zu sehen ist - mit Zwischenabschnitten 23 aus der härteren ersten Materialkomponente abwechseln. Wie in der 1b dargestellt, setzen die Dehnungsabschnitte 24 am Übergangsbereich zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 an und verbreitern sich zum radialen Außenrand hin. Das weichere Material der Dehnungsabschnitte 24 sorgt dafür, dass sich der Randabschnitt 22 in der konkaven, d.h. geöffneten Schnappposition der Kappe 20 in seinem Außenumfang vergrößern kann. Die Dehnungsabschnitte 24 würden dann nicht mehr die in den 1a und 1d gezeigte konstante Breite haben, sondern sich radial nach außen verbreitern.
Der Randabschnitt 22 endet sowohl in seinen Dehnungsabschnitten 24 als auch in seinen Zwischenabschnitten 23 in einem innen umlaufenden Rastring 29, der ebenfalls aus einer weicheren Materialkomponente geformt ist, vorzugsweise der gleichen, wie die Dehnungsabschnitte 24. Dieser innen umlaufende Rastring 29 verleiht der dünnwandigen Kappe 20 zusätzliche Formstabilität, ist aber auch ausreichend elastisch, um die Vergrößerung des Außenumfangs in der in der 2a gezeigten konvexen Umklapp-Position zu ermöglichen. Wegen seiner weicheren Materialbeschaffenheit kann der Rastring 29 die Funktion eines Dichtungsrings übernehmen.
Der Rastring 29 ist an einem um 90° radial nach innen vorspringenden Lippenabschnitt 23a, 24a des Randabschnitts 22 angeformt. Dies deshalb, weil die Kappe 20 die zu verschließende Öffnung 11a ja von außen umgreifen soll, wie in den 1f und insbesondere 2a-d genauer erläutert werden wird. Der an den Dehnungsabschnitt 24 angrenzende Lippenabschnitt 24a ist aus der weicheren zweiten Materialkomponente, während der an den Zwischenabschnitt 23 angrenzende Lippenabschnitt 23a aus der härteren ersten Materialkomponente ist. Es können aber auch die Lippenabschnitte 23a und 24a komplett aus der weicheren zweiten Materialkomponente geformt sein. Dann würde der gesamten radial nach innen verlaufenden Teil des Randabschnitts 22 zum Rastring 29 gehören bzw. der Lippenabschnitt entfallen.
Als Herstellungsverfahren für die Kappe 20 eignet sich besonders das bereits erwähnte Mehrkomponenten-Spritzgießen aus einem oder mehreren thermoplastischen Kunststoffen. Durch die Mehrkomponenten-Technik kann für die Stirnwand 21 und die Zwischenabschnitte 23 eine erste (Basis-)Komponente gespritzt werden, während die Dehnungsabschnitte 24 ebenso wie der Rastring 29 aus einer weicheren zweiten Komponente in einem einzigen Herstellungsvorgang direkt angespritzt werden. Auch die optionale dritte (besonders harte) Materialkomponente für den Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt kann in einem einzigen Mehrkomponenten-Spritzguss direkt angespritzt werden.
Bevorzugte Materialien für die erste Komponente sind: thermoplastische Elastomere (TPE) und thermoplastisches Urethan (TPU).
Bevorzugte Materialien für die zweite Komponente sind: Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polystyrol (PS).
Bevorzugte Materialien für die dritte Komponente sind: glasfaserverstärktes Polyamid (PA) oder andere glasfaserverstärkte Kunststoffe.
Anstatt die Abdeckung vollständig im Spritzguss herzustellen, kann auch ein vorher separat gefertigter Rohling umspritzt werden. Denkbar ist zum Beispiel, dass eine Kappe aus Blech oder einem Leichtmetall (z.B. Aluminium), die im Wesentlichen die Form einer herkömmlichen Klick-Klack-Dosenkappe mit den sich aufspreizenden Metallzinnen hat, im Randbereich mit der weicheren (zweiten) Kunststoffkomponente umspritzt wird. So erhält man eine Abdeckung mit wesentlich verbesserter Dichtheit gegen das Austreten von Flüssigkeiten oder Gasen aus der damit zu verschließenden Dose.
Statt die Kappe oder Deckel aus mehreren Materialkomponenten unterschiedlicher Härte bzw. Dehnbarkeit herzustellen, kann sie auch durch thermisches Umformen, also Tiefziehen, oder ein Spritzgussverfahren aus nur einem Kunststoffmaterial gefertigt sein. Dann bildet man statt der weicheren Dehnungsabschnitte am Randabschnitt die erwähnten Einfaltungen aus und sieht am Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt Verstärkungsrippen und/oder Materialverdickungen vor, die den Innenwinkel dort in beiden bistabilen Zuständen konstant halten.
Die 2a-d zeigen das Funktionsprinzip der Kappe 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem erfindungsgemäßen Verschluss-System aus dem Behälter 10a und der Kappe 20. Die zu verschließende Öffnung 11a weist im dargestellten Wandabschnitt 12a außen eine kreisringförmige Nut 13a auf, an deren unterem Ende ein Absatz 15a gebildet ist, der aber nicht notwendig ist und auch entfallen kann. Oberhalb der Nut 13a verläuft der Wandabschnitt 12a noch in einem Überstand 14a weiter, der im Wesentlichen die gleiche Höhe aufweist wie der Randabschnitt 22 der Kappe 20.
2a zeigt die Kappe 20 in ihrer offenen, konkaven Stellung, d.h. mit nach unten gewölbter Stirnwand 21. Sie hat einen entsprechend vergrößerten Innendurchmesser des Randabschnitts 22. Dieser Innendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser der Außennut 13a, so dass sich die Kappe 20 in dem geöffneten Zustand der 2a von der Öffnung 11a abnehmen lässt.
In der 2b hat die Stirnwand 21 eine konvexe Krümmung, d.h. sie ist entgegen der Aufsteckrichtung nach oben gewölbt. Der Randabschnitt 22 mit dem nach innen ragenden Rastring 29 hat dann nur noch einen Innendurchmesser, der geringer ist als der Außendurchmesser der Nut 13a. Dadurch ist die Kappe 20 fest in Eingriff mit der zu verschließenden Öffnungswand 12a und schnappt erst bei Ausübung einer in Aufsteckrichtung wirkenden Kraft F auf die Stirnwand 21 wieder in ihren ersten bistabilen Zustand zurück, der in der 2a gezeigt ist. Wegen der elastischen Materialeigenschaften des Rastrings 29 fungiert dieser außerdem als Dichtungsring, um ein Entweichen von Gasen oder Flüssigkeiten aus der Öffnung 11a zu unterbinden.
Wie besonders gut in der 2c zu sehen ist, ist der Endabschnitt 16 des Wandbereichs 12a angeschrägt, das heißt der Außenumfang der Öffnung 11a verengt sich in diesem Endabschnitt 16, während der Innendurchmesser der Öffnung 11a konstant bleibt. Dadurch entsteht ein Kontaktpunkt A1 zwischen Stirnwand 21 und Endabschnitt 16, der um einen Abstand a1 vom Übergangsbereich zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 zur Mitte der Abdeckung 20 hin versetzt ist. Wird nun eine im Wesentlichen in Aufsteckrichtung wirkende Kraft F₂ an einem Druckpunkt A2 von oben auf die Stirnwand 21 ausgeübt, so wirkt diese Kraft F₂ über den Hebelarm der Länge a1 auf den Randabschnitt 22 und erlaubt ein Auslösen des Umschnappvorgangs. Bisher war dies nur im Wesentlichen quer zur Aufsteckrichtung mittels der in den 2a, 2c und 2d von der Seite direkt auf den Randabschnitt 22 wirkenden Kraft F₀ möglich.
Wie außerdem in der 2c dargestellt, kann am Randabschnitt 22 gemäß einer optionalen Variante zusätzlich noch eine Verlängerung 18 angebracht oder angeformt sein. Diese Verlängerung 18 erlaubt es, die im Wesentlichen quer zur Aufsteckrichtung wirkenden und zum Schließen der Kappe nötige Kraft F₀ auf einen geringeren Wert F₁ zu reduzieren, weil der Benutzer seine Kraft über einen verlängerten Hebelarm ausüben kann, wenn er die Kappe 20 an der Verlängerung 18 zusammendrückt.
Gemäß einer weiteren Variante, die in der 2d dargestellt ist, lässt sich der Hebelarm a1 noch verlängern, indem der Endabschnitt 16 noch eine Verengung 17 aufweist, die an dem Endabschnitt 16 befestigt oder angeformt sein kann und im Bereich des Endabschnitts auch den Innendurchmesser des Wandabschnitts 12a, also die Öffnung 11a, verengt. Dann wirkt eine auf den Druckpunkt A2 ausgeübte Kraft F₃ über den längeren Hebelarm a2 mit dem Kontaktpunkt A1 als Hebelpunkt noch effizienter auf den Randabschnitt 22 und erleichtert somit das Auslösen des Umschnappvorgangs.
Die 3a bis 3d zeigen die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Verschluss-Systems, bei dem ein Deckel 30 des zweiten Ausführungsbeispiels zum Verschließen einer Öffnung 11a zum Einsatz kommt. Der Deckel lässt sich in gleicher Weise herstellen, wie zuvor für die Kappe 20 beschrieben und weist in gleicher Weise Dehnungsabschnitte und Zwischenabschnitte im Randabschnitt 32 auf, wobei davon in den Querschnitten der Figuren der Übersichtlichkeit halber aber nur die Zwischenabschnitte 33 zu sehen sind. Auch die Lippenabschnitte und die Varianten dazu sind bei dem Deckel 30 analog zu der Kappe 20 möglich.
Der einzige Unterschied zur Kappe 20 besteht darin, dass der Deckel 30 keinen nach innen vorspringenden Rastring 29, sondern einen nach außen vorspringenden Rastring 39 aufweist, weil er ja nicht von außen, sondern von innen an der Behälterwand klemmen soll. Denkbar ist natürlich auch, eine Abdeckung mit sowohl einem nach außen auch einem nach innen vorspringenden Rastring, die dann sowohl als Kappe als auch als Deckel verwendbar ist. Ferner könnte man den Deckel 30 auch umgedreht auf die Dose 10b setzen, ohne dass sich an dessen Funktionalität wesentliches ändert. Der Mittelabschnitt des Randabschnitts 32 würde sich dann nicht in sondern entgegen der Aufsteckrichtung erstrecken und der Deckel 30 würde durch einen Druck auf die Stirnwand 31 in der Aufsteckrichtung von seinem geschlossenen in seinen offenen Zustand umspringen, was für bestimmte Anwendungen von Vorteil sein kann.
Der Randabschnitt 32 endet also sowohl in seinen Dehnungsabschnitten (nicht gezeigt) als auch in seinen Zwischenabschnitten 33 in einem außen umlaufenden Rastring 39, der ebenfalls aus einer weicheren Materialkomponente geformt ist, vorzugsweise der gleichen, wie die Dehnungsabschnitte. Dieser umlaufende Rastring 39 verleiht dem dünnwandigen Deckel 30 zusätzliche Formstabilität, ist aber auch ausreichend elastisch, um die Vergrößerung des Außenumfangs in der in der 3b gezeigten konvexen Umklapp-Position zu ermöglichen. Wegen seiner weicheren Materialbeschaffenheit klemmt der Rastring 39 nicht nur besonders gut in der Innennut 13b der zu verschließenden Öffnungswand 12b, sondern kann sogar die Funktion eines Dichtungsrings übernehmen.
Der Wandbereich 12b der zu verschließenden Öffnung 11a weist innen eine ringförmige Nut 13b auf, in die der Deckel 30 einrasten soll, und die an ihrer Unterkante einen stufenförmigen Absatz 15b bildet. Der Bereich des Wandabschnitts 12b oberhalb der Nut 13b (das heißt entgegen der Aufsteckrichtung) wird als Überstand 14b bezeichnet.
Führt man den Deckel 30 von oben in die Öffnung 11b ein, so stößt der Randabschnitt 32 mit dem Rastring 39 gegen den Absatz 15b. Dadurch weiß der Benutzer, dass er die zur Verriegelung vorgesehene axiale Endposition des Deckels 30 erreicht hat. Drückt er nun die Stirnwand 31 durch eine vertikal nach unten wirkende Kraft F nach unten, so schnappt die Stirnwand 31 von ihrem in 3a gezeigten konvexen bistabilen Zustand um in ihren in 3b gezeigten konkaven bistabilen Zustand. Durch die Steifigkeit des Deckelmaterials im Übergangsbereich zwischen Stirnwand 31 und Randabschnitt 32, die (wie zuvor erläutert) vorzugsweise noch durch Materialverdickungen unterstützt wird, bleibt der Winkel µ bei diesem Umschnappvorgang konstant, so dass der Randabschnitt 32 seitlich etwas nach außen klappt und ein Einrasten des Rastrings 39 in die Nut 13b bewirkt. Der Rastring 39 drückt also bei der konkaven Stirnwandstellung der 3b seitlich von innen in die ringförmige Nut 13b der Öffnungswand 12b und verriegelt so den Deckel 30 in seiner geschlossenen Stellung. Dabei spannt sich das Material in den Dehnungsabschnitten 34 in einen in Draufsicht verbreiterten Zustand und der Außendurchmesser des Randabschnitts 32 vergrößert sich bei diesem Umklappvorgang. In der 3c ist das Eingreifen des Rastrings 39 in die Nut 13b nochmals im Detail dargestellt.
Um die Öffnung 11b wieder freizulegen, muss der Deckel 30 wieder in seinen Ursprungszustand zurückschnappen. Dann kann er aufgrund der Verringerung seines Außendurchmessers wieder aus der Öffnung 11b herausgezogen werden. Dazu war herkömmlicherweise ein Griffelement an der Stirnwand 31 vorgesehen, mittels dem sich der Deckel 30 ergreifen und nach oben ziehen lässt. Wie im Detail weiter unten beschrieben, ermöglicht das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch ein Öffnen des Deckels mit einer seitlich (quer zur Aufsteckrichtung) auf die Behälterwand 12b einwirkenden Kraft F₄ , F₅ , so dass das Griffelement entfallen kann.
Wie in der vergrößerten Darstellung der 3c gut zu sehen, hat der Überstand 14b bis zum entgegen der Aufsteckrichtung äußersten Ende des Wandabschnitts 12b eine Länge b1. Übt der Benutzer nun am Druckpunkt B2 eine quer zur Aufsteckrichtung wirkende Kraft F₄ von außen auf den Wandabschnitt 12b aus, so wirkt diese mit der Länge b1 als Hebelarm und dem Kontaktpunkt B1 zwischen Wandabschnitt 12b und Randabschnitt 32 durch die elastische Verformung des Überstands 14b so auf den Deckel 30 ein, dass dieser in den offenen Zustand umschnappen kann, ohne dass es dabei einer direkten Betätigung des Randabschnitts 32 oder eines Hochziehens der Stirnwand 31 über ein Griffelement oder dergleichen bedarf.
Wie in der 3d dargestellt, kann der Überstand 14b auch länger ausgebildet sein. Dadurch verlängert sich nicht nur der Hebelarm auf die Länge b2 und verringert dadurch entsprechend den zum Öffnen des Deckels 30 erforderlichen Kraftaufwand F₅ , sondern der Deckel 30 liegt dann auch vollständig geschützt innerhalb der Öffnung 11b, was ein unbeabsichtigtes Öffnen des Verschlusssystems erschwert.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verschlusssystem mit einer dreidimensionalen Struktur 10a, 10b, insbesondere einem Behälter oder einem Öffnungsbereich einer technischen Apparatur, und einer Abdeckung 20, 30 zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur 10a, 10b, um deren Öffnung 11a, 11b zu verschließen. Die Abdeckung 20, 30 weist eine Stirnwand 21, 31, die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteckrichtung gewölbten Zustand verformbar ist, und einen ringförmigen Randabschnitt 22, 32 auf. Dieser weist in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang auf als in dem zweiten bistabilen Zustand und ist daher dazu ausgelegt, eine klemmende Befestigung der Abdeckung 20, 30 an einem Wandbereich 12a, 12b der Öffnung 11a, 11b zu bewirken, indem der Randabschnitt 22, 32 in dem ersten Zustand innen oder in dem zweiten Zustand außen gegen den Wandbereich 12a, 12b drückt. Die dreidimensionale Struktur 10a, 10b ist dazu konfiguriert, eine an vordefinierten Stellen A2, B2 von außen auf das Verschlusssystem ausgeübte Kraft so weiterzuleiten, dass sie zu einem Umschnappen der Abdeckung 20, 30 von dem einen in den anderen der beiden bistabilen Zustände führt.
Bezugszeichenliste

10a, 10b: Behälter
11a, 11b: Öffnung
12a, 12b: Seitenwand
13a: Außennut
13b: Innennut
14a, 14b: Überstand
15a, 15b: Absatz
16: Endabschnitt
17: Verengung
18: Verlängerung
20, 30: Abdeckung
20: Kappe
30: Deckel
21, 31: Stirnwand
22, 32: Randabschnitt
23, 33: Zwischenabschnitte (hart)
24: Dehnungsabschnitte (weich)
23a: Lippenabschnitt innen (hart)
24a: Lippenabschnitt innen (weich)
29: Rastring innen (weich)
33a: Lippenabschnitt außen (hart)
39: Rastring außen (weich)
a1, b1, a2, b2: Hebelarme
A1, B1: Kontaktpunkt
A2, B2: Druckpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015103036 B4 [0002, 0003]
WO 2017/076398 A1 [0002, 0003]

Claims

Verschlusssystem mit einer dreidimensionalen Struktur (10a; 10b), die eine zu verschließende Öffnung (11a; 11b) aufweist, und einer Abdeckung (20; 30) zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur (10a; 10b), um die Öffnung (11a; 11b) zu verschließen, wobei die Abdeckung (20; 30) aufweist: eine Stirnwand (21; 31), die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteckrichtung gewölbten Zustand verformbar ist; und einen ringförmigen Randabschnitt (22; 32), der in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang aufweist als in dem zweiten bistabilen Zustand und daher dazu ausgelegt ist, eine klemmende Befestigung der Abdeckung (20; 30) an einem Wandbereich (12a; 12b) der Öffnung (11a; 11b) zu bewirken, indem der Randabschnitt (22; 32) in dem ersten Zustand innen oder in dem zweiten Zustand außen gegen den Wandbereich (12a; 12b) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Struktur (10a; 10b) dazu konfiguriert ist, eine an vordefinierten Stellen (A2; B2) von außen auf das Verschlusssystem ausgeübte Kraft so weiterzuleiten, dass sie zu einem Umschnappen der Abdeckung (20; 30) von dem einen in den anderen der beiden bistabilen Zustände führt.
Verschlusssystem nach Anspruch 1, wobei in dem geschlossenen Zustand des Verschlusssystems der Randabschnitt (32) der Abdeckung (30) in dem ersten Zustand innen an einem Kontaktpunkt (B1) gegen den Wandbereich (12b) drückt, und die dreidimensionale Struktur (10b) aus einem Material hergestellt ist, das derart flexibel ist, dass durch eine quer zur Aufsteckrichtung von zwei entgegengesetzten Außenseiten auf den Wandbereich (12b) der Öffnung (11b) wirkende Kraft (F₄, F₅) ein Umschnappen der Abdeckung (30) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt.
Verschlusssystem nach Anspruch 2, wobei der Wandbereich (12b) wenigstens eine Verengungsstelle aufweist, an der sich die Größe der Öffnung (11b) verringert, vorzugsweise in Form eines stufenförmigen Absatzes (15b), und die Größe der Abdeckung (30) so bemessen ist, dass sie im offenen Zustand des Verschlusssystems nur bis zur Verengungsstelle in die Öffnung (11b) passt und mit ihrem Randabschnitt (32) an der Verengungsstelle aufliegt.
Verschlusssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei zum Öffnen des Verschlusssystems die quer zur Aufsteckrichtung von zwei entgegengesetzten Außenseiten wirkende Kraft (F₄, F₅) an einem entgegen der Aufsteckrichtung von der Verengungsstelle entfernten Druckpunkt (B2) auf den Wandbereich (12b) der Öffnung (11b) einwirkt, und die Kraft (F₄, F₅) über einen durch den Abstand zwischen dem Druckpunkt (B2) und dem Kontaktpunkt (B1) gebildeten Hebelarm (b1, b2) auf den an der Verengungsstelle anliegenden Randabschnitt (32) einwirkt und ein Umschnappen der Abdeckung (30) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt.
Verschlusssystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Wandbereich (12b) eine entgegen der Aufsteckrichtung von der Verengungsstelle entfernte Nut (13b) zum Eingriff eines Klemmelements des Abdeckungs-Randabschnitts (32) aufweist, insbesondere eines Rastrings (39).
Verschlusssystem nach Anspruch 1, wobei in dem geschlossenen Zustand des Verschlusssystems der Randabschnitt (22) der Abdeckung (20) in dem zweiten Zustand an einem Kontaktpunkt (A1) außen gegen den Wandbereich (12a) drückt, und der Wandbereich (12a) an seinem entgegen der Aufsteckrichtung äußersten Endabschnitt (16) so geformt ist, dass ein Schließen des Verschlusssystems nicht nur durch eine quer zur Aufsteckrichtung von zwei entgegengesetzten Außenseiten auf den Randabschnitt (22) der Abdeckung (20) wirkende Kraft (F₀, F₁) sondern auch durch eine in Aufsteckrichtung auf einen vordefinierte Stelle (A2) der Stirnwand (21) wirkende Kraft (F₂, F₃) ein Umschnappen der Abdeckung (20) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt wird.
Verschlusssystem nach Anspruch 6, wobei der äußerste Endabschnitt (16) der Öffnungswand (12a) so geformt ist, dass die Stirnwand (21) der Abdeckung (20) im offenen Zustand des Verschlusssystems die Öffnungswand (12a) an einem Kontaktpunkt (A1) kontaktiert, der weiter in der Öffnungsmitte liegt als der Übergangsbereich zwischen Stirnwand (21) und Randabschnitt (22), und eine an einem Druckpunkt (A2) in Aufsteckrichtung auf den Bereich der Stirnwand (21) der Abdeckung (20) wirkende Kraft (F₂, F₃) über einen zwischen dem Druckpunkt (A2) und dem Kontaktpunkt (A1) gebildeten Hebelarm (a1, a2) auf den Randabschnitt (22) einwirkt und ein Umschnappen der Abdeckung (20) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt
Verschlusssystem nach Anspruch 7, wobei der äußerste Endabschnitt (16) der Öffnungswand (12a) eine sich quer zur Aufsteckrichtung verjüngende Form aufweist.
Verschlusssystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei sich die Öffnung (11a) an dem äußersten Endabschnitt (16) der Öffnungswand (12a) verengt.
Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die dreidimensionale Struktur (10a; 10b) ein Behälter, insbesondere eine Dose mit runder Öffnung (11a; 11b) ist.
Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Randabschnitt (22; 32) der Abdeckung (20; 30) wenigstens einen Dehnungsabschnitt (24) aufweist, der aus einer zweiten Materialkomponente hergestellt ist, die weicher ist als eine erste Materialkomponente aus der der übrige Randabschnitt (22; 32) hergestellt ist, und die eine Vergrößerung des Randabschnitt-Außenumfangs in dem ersten bistabilen Zustand gegenüber dem zweiten bistabilen Zustand ermöglicht.
Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abdeckung (20; 30) aus Kunststoff in einem Stück durch ein Spritzgussverfahren in Mehrkomponententechnik hergestellt ist.
Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Randabschnitt (22; 32) der Abdeckung (20; 30) mehrere Dehnungsabschnitte (24) aus der weicheren zweiten Materialkomponente aufweist, die ausgehend vom Übergangsbereich zwischen dem Randabschnitt (22; 32) und der Stirnwand (21; 31) vorzugsweise radial schräg oder vertikal nach unten verlaufen und sich äquidistant mit Zwischenabschnitten (23; 33) aus der härteren ersten Materialkomponente des übrigen Randabschnitts (22; 32) abwechseln.
Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Winkel (µ), unter dem die Stirnwand (21; 31) in den Randabschnitt (22; 32) übergeht, konstant ist, d.h. in dem ersten bistabilen Zustand genauso groß ist wie in dem zweiten bistabilen Zustand, und der Winkel (µ) vorzugsweise größer als 90° ist, insbesondere zwischen 100° und 120°.
Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Materialstärke am Übergang von der Stirnwand (21; 31) in den Randabschnitt (22; 32) zumindest in Teilbereichen größer ist als im übrigen Bereich der Abdeckung (20; 30), vorzugsweise um ein Vielfaches höher als die minimale Materialstärke der Stirnwand (21; 31), insbesondere ca. drei bis vier Mal so groß.
Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abdeckung (20; 30) am Übergang von der Stirnwand (21; 31) in den Randabschnitt (22; 32) zumindest in Teilbereichen aus einer dritten Materialkomponente hergestellt ist, die härter ist als die erste Materialkomponente, aus der die übrige Stirnwand (21; 31) zumindest vorwiegend besteht, wobei dann vorzugsweise die gesamte Abdeckung (20; 30) eine im Wesentlichen einheitliche Materialstärke hat.
Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Randabschnitt (22; 32) in und außerhalb des Bereichs mit dem Dehnungsabschnitt (24) einen axial in oder entgegen der Aufsteckrichtung verlaufenden Mittelabschnitt und einen daran angrenzenden und in radialer Richtung nach innen und/oder nach außen verlaufenden Lippenabschnitt (23a, 24a; 33a) aufweist.
Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei am Endbereich des Randabschnitts (22; 32) oder des Lippenabschnitts (23a, 24a; 33a) ein Rastring (29; 39) angeformt ist, der ebenfalls aus einem Material gebildet ist, das weicher oder elastischer ist als die erste Materialkomponente, und der Rastring (29; 39) vorzugsweise aus der zweiten Materialkomponente gebildet ist.