DE3854669T2

DE3854669T2 - Verschlusskappe mit dichtung und verfahren zur herstellung der verschlussdichtung.

Info

Publication number: DE3854669T2
Application number: DE3854669T
Authority: DE
Inventors: Mortimer Thompson
Original assignee: Innovative Closures Inc
Current assignee: Zapata Innovative Closures Inc
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2008-06-10
Also published as: US4872304A; ATE129958T1; AU3444695A; EP0365592B1; JP2836831B2; JPH03500625A; DE3854669D1; AU662172B2; AU687633B2; AU2705092A; EP0365592A1; AU625493B2; WO1988009722A1; CA1338265C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kappe mit einer belaglosen Kunststoffdichtung, eine Kappe, die nach diesem Verfahren hergestellt ist, eine Kappe für einen Behälter und eine solche Kappe in Kombination mit einem Behälter.
Die Funktion einer Verschlußkappe, den Inhalt eines Behälters hinreichend zu verschließen, so daß nichts aus dem Behälter austreten oder in ihn eindringen kann, wird seither dadurch erfüllt, daß ein weicher Belag eingebaut bzw. einbegriffen ist, um ein Abdichten zwischen dem unteren Abschnitt der Kappe bzw. des Deckels und der oberen Seite des Flaschenhalsrandes zu bewirken. Der Belag kann aus einer Bahn vorgeformt sein oder an Ort und Stelle ausgebildet werden, und wird aus Materialien oder Schichtkombinationen oder -materialien hergestellt, die eine leichte Kaltverformbarkeit ermöglichen, um zu bewirken, daß der Belag sich jeweils an die einzelne Konfiguration des Halsrandes anpaßt, die Herstellungsfehler und -mängel aufweist. Wegen der spezialisierten Dichtfunktion eines Belags ist dieser normalerweise aus weicheren Polymeren hergestellt als diejenigen, die gewählt werden, um die mehr tragenden bzw. kräfteaufnehmenden Kappenfunktionen, nämlich das Bewirken eines starken elastischen Verschlusses für die Halsöffnung mit einem starken mechanischen Eingriff in diese, zu erfüllen. In einigen Fällen können steifere und festere Polymere, einschließlich bestimmter Polymere, die zur Herstellung von Gewindekappen geeignet sind, geschäumt werden, um eine geschäumte, weniger dichte Bahn mit einer weicheren, flexibleren Charakteristik herzustellen, und es können Beläge daraus hergestellt werden.
Eine bei Belägen gefragte und im allgemeinen insbesondere bei Kunststoffkappen nicht eingehaltene wichtige Charakteristik, bei der die Kappendeckelgeometrie und die Kappendekkelabmessungen durch Innendruck- und/oder Wärmeauswirkung frühzeitig beeinträchtigt werden können, ist die Fähigkeit, sich an solche Abmessungsänderungen ohne übermäßigen Dichtdruckverlust anzupassen. Dies erfordert einen Belag mit einem hohen Niveau an Elastizität und Widerstand gegen kaltes Fließen, insbesondere bei mit kohlensäurehaltigen und/oder pasteurisierten Nahrungsmitteln und Getränken, bei denen Kunststoffkappen verwendet werden, um das starke kalte Fließen oder Kriechen auszugleichen, was zu einem kuppelförmigen Deckel führen kann. Bei den meisten weichen, anpassungsfähigen Belägen tritt naturgemäß kaltes Fließen auf, um sich an die anfängliche Kappengeometrie anzupassen, sie haben jedoch nicht die Elastizität und Nachgiebigkeit, sich an eine solche sich verändernde Kappengeometrie anzupassen, und ihr Dichteingriff kann verlorengehen. Ein idealer Belag müßte deshalb eine weiche, ohne weiteres anpassungsfähige Dichtfläche aufweisen, die von einer elastischen tragenden Konstruktion mit gutem Widerstand gegen plastisches Kriechen gestützt wird, um zu allen Zeiten unter allen Bedingungen einen guten Dichteingriff sicherzustellen. Ein solcher idealer Belag könnte vulkanisierter Gummi sein, der über lange Zeiträume hinweg sowohl Weichheit als auch Elastizität aufweisen kann. Die Kosten solcher Dichtungen schließen jedoch ihre Verwendung in den meisten Anwendungen aus. Andererseits weisen Kunststoffe, die hinreichend weich sind, einen schlechten Langzeitkriechwiderstand und eine schlechte Langzeitkriechelastizität auf. Eine alternative Lösung, die verbreitet ist, ist ein federndes Pappenträgermaterial-Laminat mit einer weichen anpassungsfähigen Dichtfläche, z.B. Wachs oder Kunststoff. Diese Lösung weist jedoch deutliche Leistungsbeschränkungen auf, insbesondere wenn Feuchtigkeit vorhanden ist.
Auf jeden Fall wird bei allen Kappenbelägen eine weitere Komponente zum Verschluß hinzugefügt, und dadurch erhöhen sich die Kosten deutlich.
Wegen eines wirtschaftlichen Vorteils ist in den letzten Jahren die Entwicklung von Kappen, die eine einstückige "belaglose" Dichtung aufweisen, in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Die gute Verfügbarkeit solcher halbstarrer Kunststoffe wie Polypropylen und Polyethylen, die eine gemäßigte Festigkeit und Elastizität mit einer gemäßigten Weichheit und Anpassungsfähigkeit in sich vereinen, hat die breite Anwendung von Kappen mit belaglosen Dichtungen möglich gemacht. Normalerweise verwenden solche Kappen einen kreisförmigen Flansch unter der Kappe bzw. dem Deckel, die bzw. der einen keilförmigen Querschnitt aufweist und dessen untere Kante dünn und flexibel ist und in einem Komprimierungsvorgang zwecks Dichtung an die obere Fläche des Flaschenhalsrandes anstoßen soll. Der keilförmige Flansch ist im allgemeinen vertikal und stellt eine Dichtfläche bereit, die auf die Breite des schmalen, flexibleren Abschnitts der Keilform beschränkt ist. Um ihren Zweck effektiv zu erfüllen, sind sie auf eine sehr hohe Dichtkraft auf einer sehr eingeschränkten Dichtfläche angewiesen, die sie gegen Dichtflächenmängel, große Abmessungsschwankungen bei den Behälterhälsen und nachlassende Dichtkraft über lange Zeiträume hinweg anfällig macht.
Andere belaglose Kappen verwenden konische Flansche, die einen Querschnitt aufweisen, der gegenüber der Vertikalen angewinkelt ist, so daß das Aufbringen der Kappen dazu führt, daß die Flansche sich durchbiegen und über die obere Fläche des Halsrandes hinausschieben, wodurch eine etwas größere Dichtfläche erreicht wird, als bei vertikalen Flanschen beim geradlinigen Zusammendrücken erreichbar ist. Die größere, allerdings eingeschränkte Dichtfläche hat zwar positive Vorteile, dies wird jedoch von der Tatsache aufgewogen, daß sich der Dichtdruck gleichzeitig im Verhältnis zur Erhöhung der Dichtfläche verringert und sie auch schlecht mit Behälterhälsen mit großen Abmessungsschwankungen zusammenwirken. Eine weitere wichtige Einschränkung solcher konischer belagloser Kappenmerkmale ist die Schwierigkeit, solche Kappen aus einem Spritzgießwerkzeug herauszubekommen. Dies führt zu einem komplexeren und teureren Werkzeugaufbau und -betrieb und schließt starrere Kunststoffe von einer Anwendung aus.
Einige andere belaglose Kappen verwenden konische Flansche, bei denen die Kanten des Halsrandes mit der Unterseite des Flansches in Eingriff treten. Solche Merkmale sind auf die Verwendung eines sehr hohen Dichtdruckes angewiesen, der auf eine eingeschränkte Berührungslinie an den Randkanten gerichtet ist, um Dichtintegrität zu erreichen. In solchen Fällen hängt die Dichtintegrität von den Behälterrandkanten ab, die, so wie sie hergestellt sind, ohne Mängel sind und die, weil sie sehr anfällig gegen Beschädigung bei Handhabung sind, zweckmäßig dagegen geschützt werden, bevor sie mit einer Kappe versehen und dicht verschlossen werden. Außerdem wird in dem Maße, wie die konischen Flansche sich der Form eines Zylinders nähern, ihre Dichtintegrität durch Unrund- oder andere allgemeine Abmessungsschwankungen, die im Behälterherstellungsverfahren entstehen, oder durch Schwankungen zwischen verschiedenen Herstellern deutlich beeinträchtigt, was von der Tatsache herrührt, daß Halsinnenabmessungen normalerweise nicht festgelegt sind. Und in dem Maße, wie die Flansche konischer werden, ist ein komplexerer und teurerer Werkzeugaufbau und -betrieb erforderlich.
Eine andere Art von belagloser Kappe verwendet eine Stöpselkonfiguration, die in Dichtkontakt mit der Innenwand des Behälterhalses ist. Diese Art der Dichtung hat den Vorteil, daß ein Eingriff in diejenige Fläche des Flaschenhalses erfolgt, der möglicherweise die wenigsten Herstellungsmängeln hat und am besten vor zufälligen Beschädigungen bei einer anschließenden Handhabung geschützt ist. Jedoch führen große Herstellertoleranzen bei den Abmessungen und die in der Industrie allgemein verbreitete Praxis, den Halsinnendurchmesser nicht festzulegen, zu ernsthaften Einschränkungen bei den Versuchen, einen beständigen Dichteingriff und eine beständige Dichtintegrität zu erreichen. Infolgedessen kann der gegen keilförmige Stöpseldichtungen gerichtete Widerstand in verschiedenem Maße zu unerwünschten Kuppelformen führen. Oder solche Stöpseldichtungen können unannehmbar breite Schwankungen des Dichteingriffs und der Drücke mit sich bringen. Die Bemühungen, solche Mängel zu überwinden, haben zu vorgeschlagenen Konstruktionen bei Flanschen geführt, die sich radial von insgesamt zylindrischen Stöpseln erstrecken, wobei der Außenrand des Flansches einen engen Dichtkontakt mit der Halsöffnung herstellt und von einem Umbiegevorgang unterstützt wird (siehe z.B. US-A-4 090 631, 4 016 996 und 4 210 521). Ein zusätzliches Problem ist bei dieser Art von belagloser Dichtung aufgetreten, nämlich daß die Lippe oder der Rand des Flansches während des Aufbringens der Kappe durch den Halsrand verzerrt werden kann, was zu unvollkommenen Dichtungen führt. Bemühungen, dieses Problem zu beseitigen, können andere Probleme mit sich bringen, die Druckbehältern eigen sind, wobei ein Hochgehen oder Abspringen der Kappen während des Abnehmens der Kappen auftreten kann. Eine weitere Bemühung, eine Verzerrung der Lippe oder des Randes einer solchen Dichtung zu vermeiden, besteht in einer Kappenkonstruktion und einen Verfahren zu ihrer Herstellung, bei der bzw. dem ein sich radial erstreckender Flansch mit einer sich nach unten gerichteten Ausrichtung, so wie er geformt ist, "abgebogen", "abgeknickt" oder zu einer nach oben gerichteten Ausrichtung umgeklappt wird, bevor er auf dem Behälter aufgebracht wird (siehe US-A-4 210 251 und GB-A-1 024 762). Dies wird erreicht mit zusätzlichen Werkzeugteilen und Formvorgängen während des Herausnehmens des Teils oder danach in einer geeigneten Befestigung zum Umklappen des Flansches. Diese Bemühung setzt jedoch das Formen einer Dichtung einer komplexen Form voraus, die einen komplizierten und teuren Werkzeugaufbau und ebensolche Formvorgänge benötigt, auf die das Umklappen des Dichtabschnitts der Dichtung folgt, um ihre Ausrichtung, jedoch nicht ihre Form zu ändern.
In allen Fällen besteht, was wichtig ist, eine spezifische Einschränkung für bisher verfügbare belaglose Kappen darin, daß die Dichtfläche den gleichen Kunststoff im gleichen physikalischen Zustand wie der tragende Abschnitt der Kappe hat. Dadurch mußten Zugeständnisse bei der Weichheit und Anpassungsfähigkeit der Dichtfläche oder bei der Festigkeit der tragenden Kappenabschnitte oder sehr häufig bei beiden gemacht werden, mit daraus folgenden Einschränkungen bei der Brauchbarkeit der Kappe. Das heißt, um eine weichere, anpassungsfähigere Dichtung zu erreichen, muß eine schlechtere Gewindefestigkeit akzeptiert werden, oder um eine größere Gewindefestigkeit zu erreichen, muß eine härtere, weniger anpassungsfähige Dichtung akzeptiert werden.
Bekannte Kappen mit belaglosen Dichtungen sind also mit Nachteilen und Problemen behaftet, die in Zusammenhang stehen mit: dem Erfordernis, ihre Funktion bei Behälterhälsen auszuführen, die unvollkommene Dichtflächen und große Abmessungstoleranzen aufweisen; ihrer begrenzte Dichtintegrität aufgrund einer eingeschränkten Dichtfläche und dem Verlust des Dichtdruckes über lange Zeiträume hinweg, insbesondere bei erhöhten Temperaturen oder bei einem Innendruck oder bei Vakuum; der Tatsache, daß die Dichtflächenweichheit und -anpassungsfähigkeit begrenzt sind; der Tatsache, daß die Verwendung von starreren Kunststoffen nicht möglich ist; und den höheren Kosten und der Komplexität des Werkzeugaufbaus und des Betriebs bei einer Anzahl von vorgeschlagenen Dichtkonstruktionen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile und Probleme, die bei bekannten Kappen auftreten, zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst. Erfindungsgemäß wird die belaglose Dichtfläche relativ weicher ausgeführt als die anderen Kappenabschnitte, und zwar infolge einer Veränderung, indem sie nämlich so gedehnt wird, daß mikroskopische Hohlräume entstehen, wobei Kunststoffe mit einer solchen Charakteristik verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird eine neue und einzigartige Kappe mit einer Dichtung bereitgestellt, die für die gesamten Lagerlebensdauer des in einem Behälter aufbewahrten Erzeugnisses und beim Öffnen und erneuten dichten Verschließen des Behälters einen positiven Dichtdruck und einen Eingriff in eine Behälteröffnung entwickelt bzw. aufrechterhält. Die Kappe ist im wesentlichen starr und weist Kunststoffmaterial auf und hat im allgemeinen eine obere Wand oder einen Deckel, der die Behälteröffnung abdeckt. Vorzugsweise hat die Kappe einen sich nach unten erstreckenden Rand, der zum Öffnen oder Schließen eines Behälters oder einer Flasche in dessen bzw. deren Halsteil eingreift. Die Dichtung ist aus Kunststoff und erstreckt sich von der oberen Wand der Kappe nach unten. Die Dichtung ist vorzugsweise vom Umfangsrand nach innen beabstandet und weist ein oberes Ende, das sich von der oberen Wand nach unten erstreckt, und ein freies Ende mit einem sehr elastischen und zusammendrückbaren gerollten Abschnitt auf, der vorzugsweise eine relativ weiche und anpassungsfähige Dichtfläche hat. Wenn die Kappe zum Verschließen auf den Behälter aufgebracht wird, tritt ein krummliniger Abschnitt der Dichtung mit dem Behälterhalsteil in Eingriff und wird ohne weiteres zusammengedrückt, um eine relativ große Dichtfläche herzustellen, um das im Behälter enthaltene Erzeugnis dicht zu verschließen. Vorzugsweise ist die Kappe belaglos, wobei die Dichtung mit der oberen Wand der Kappe einstückig ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die belaglose Dichtung einen im wesentlichen ringförmigen oberen Abschnitt, der mit dem Deckel einstückig ist und sich von diesem nach unten erstreckt, und ein im wesentlichen ringförmiges stark zusammendrückbares gerolltes freies Ende auf, das einen hohlen "O"- oder Rollring bildet. Die Hohlheit der gerollten "O"-Form und die relativ geringe Dicke bewirken einen hohen Grad an Zusammendrückbarkeit sowie die Fähigkeit, sich von einem solchen Zusammendrücken wieder zu erholen. Außerdem bewirkt die Rollkonfiguration der hohlen "O"-Form, die mit einem Ende an der oberen Wand der Kappe befestigt und mit ihrem anderen Ende frei ist, einen weiteren Grad an Zusammendrückbarkeit und Erholung. Vorzugsweise weist die gerollte "O"-Form einen Bogen von 270 bis 360 Grad auf.
Die Zusammendrückbarkeit des hohlen ringformigen "O"- Rings ist sehr vorteilhaft bezüglich ihrer Fähigkeit, die Halsabmessungsschwankungen und Unrundzustände, die in Behälter- oder Flaschenherstellungsverfahren verbreitet auftreten, zu korrigieren. Die "O"-Ringform der Dichtung paßt sich nicht nur an solche Herstellungsschwankungen an, sondern tut dies auch ohne übermäßige Änderungen des Dichtdruckes und ohne die damit verbundenen Schwierigkeiten des Aufbringens der Kappe, des Abnehmens der Kappe und des Dichtens. Aufgrund der geringen Änderung des Dichtdruckes, die mit der vorliegenden Erfindung möglich wird, können niedrigere Dichtdrücke verwendet werden, während ein ausreichender minimaler Druck aufrechterhalten wird, um eine gute Dichtung sicherzustellen. Ein solcher geringer Dichtdruck ermöglicht es, daß das Kunststoffmaterial innerhalb seiner Elastizitätsgrenzen besser funktioniert, trägt dadurch zu einem relativ geringen Verlust dieses Druckes infolge langer Lagerzeiten oder beschleunigter Bedingungen, z.B. durch Pasteurisierungsverfahren, die ein Kriechen, d.h. kaltes, plastisches Fließen, bewirken, direkt bei.
Außerdem kann wegen der Zusammendrückbarkeit der "O"- Ringform ihre Dichtfläche deutlich vergrößert werden, was zu einer verbesserten Dichtintegrität führt. Dies wiederum ermöglicht einen geringeren Dichtdruck und daraus resultierende geringere Dichtdruckverluste, wie bereits ausgeführt.
Außerdem hat die hohe Zusammendrückbarkeit der Dichtung den Vorteil, daß eine einzige Kappe für verschiedene Flaschen mit der gleichen Nenngröße und Eingriffseinrichtung verwendet werden kann, auch wenn möglicherweise verschiedene Flaschenmaterialien (Glas, verschiedene Kunststoffe) und dazugehörige Halsinnendurchmesser verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Lage des gerollten oder krummlinigen Abschnitts der Dichtung an oder in der Nähe der Dichtkontaktfläche. Unabhängig davon, ob der gerollte Abschnitt die Form eines "O"-Rings, einer Rolle oder anderer ähnlicher Formen, z.B. eines "U" oder "J", aufweist, ermöglicht es dieses erfindungsgemäße Merkmal, daß die Dichtfläche sich sowohl radial als auch axial an den Behälter anpaßt. Dies trägt wiederum zu einer geringeren örtlichen Spannung und Verformung mit dem gewünschten Ergebnis einer Verringerung des Kunststoffkriechens bei.
In jeder der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen der einstückigen Dichtung, unabhängig davon, ob sie einen "O"-Ring oder eine andere Rollform innerhalb des Umfangs der Erfindung aufweist, weist die Dichtung eine relativ große Dichtfläche und hohe Werte für Elastizität, Zusammendrückbarkeit und Widerstand gegen plastisches Kriechen auf.
Daß die Erfindung ferner zum Aufrechterhalten der Dichtintegrität unter Anwendungsbedingungen beiträgt, ist auf die ausgedehnte Anwendung von krummlinigen Querschnitten in der die Dichtung tragenden Konstruktion zurückzuführen, was zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Dichtspannungen über große Flächen, einschließlich der Abschnitte, die vom Dichtkontakt weit entfernt sind, und zu der resultierenden Verringerung der lokalen Spannungen, die lokales Kunststoffkriechen bewirken, führt.
Außerdem können die erfindungsgemäßen einstückigen Dichtungen ausgeführt sein als: eine Randdichtung, die mit der oberen Fläche oder dem Rand des Halsteils in Eingriff steht, eine Stöpseldichtung, die die Öffnung des Behälterhalses berührt und diese dichtet, oder eine Kantendichtung, die mit dem Rand und der angrenzenden sich nach unten erstreckenden Fläche des Behälterhalses in Eingriff steht. In jeder der beschriebenen erfindungsgemäßen Dichtungen kann der gerollte Abschnitt nach außen oder nach innen zeigen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat die gedehnte belaglose Dichtung vorzugsweise eine ausgeglichene Restspannung, bei der der Kunststoff an der Dichtfläche in einem Zugspannungszustand und relativ weich und zusammendrückbar ist und der Träger bzw. das Trägermaterial oder die tragende Konstruktion in einem ausgleichenden Druckspannungszustand und relativ hart und widerstandsfähig gegen Komprimierung ist und die den Zugspannungszustand und die relativen Weichheit der gegenüberliegenden Dichtfläche aufrechterhält.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die belaglose Dichtung einen im wesentlichen ringförmigen oberen Abschnitt, der mit dem Deckel einstückig ist und sich von diesem nach unten erstreckt, und einen im wesentlichen ringförmigen stark zusammendrückbaren gerollten unteren Abschnitt auf, der einen "J"-, "U"-, "O"- oder gerollten Querschnitt hat. Vorzugsweise hat der gerollte untere Abschnitt eine Dichtfläche, die weicher ist als der Rest der Kappe, und zwar infolge ihres Herstellungsverfahrens, das ein Dehnen derselben einschließt.
Beim Ausbilden der erfindungsgemäßen Kappe und einstükkigen Dichtung wird die Kappe zunächst mit herkömmlichen Formtechniken ausgebildet, z.B. durch Spritzgießen oder Formpressen, mit einem innen befindlichen Vorformling für die einstükkige Dichtung. Der Vorformling weist eine ringförmige Wand auf, die vom Umfangsrand nach innen beabstandet ist und die mit dem Deckel einstückig ist und sich von diesem im wesentlichen vertikal nach unten erstreckt. Danach wird der gerollte untere Abschnitt der einstückigen Dichtung mit einer Umformungseinrichtung ausgebildet, die mit der Wand in Eingriff tritt, um die gebogene Dichtfläche auszubilden und zu begrenzen, und die sie dehnt, um die gewünschte Weichheit der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu erreichen.
Der gerollte untere Abschnitt wird mit einem Rollwerkzeug ausgebildet, das in das untere freie Ende des zylindrischen Vorformlings eingreift und dieses nach außen zum Rand hin oder nach innen vom Rand weg wendet und es dann nach oben führt und die Richtung dieser Bewegung auf seiner Arbeitsfläche ändert. Vorzugsweise wird die Auslösung des Rollvorgangs dadurch erleichtert, daß ein abgeschrägter Querschnitt am unteren freien Ende des zylindrischen Vorformlings vorhanden ist. Der Rollvorgang erzeugt an diesem Punkt eine "J"- oder "U"-Form an diesem freien Ende. Um eine "O"- oder Ringform zu erzeugen, schlägt das freie Ende nach Verlassen der Arbeitsfläche des Werkzeugs eine Richtung nach oben und nach innen oder außen, vom Werkzeug aus gesehen, ein, was auf die fortgesetzte Komprimierung und die Spannungen, die von seinem plastischen Erinnerungsvermägen herrühren, zurückzuführen ist, um die Ausbildung eines hohlen "O"-Rings zu vollziehen. Als zusätzliche Möglichkeit kann die Komprimierung des zylindrischen Abschnitts über diesen Punkt hinausgehen und einen vollständiger gerollten Ring erzeugen. Die Arbeitsflächen des Rollwerkzeugs sind vorzugsweise gerundet, als zusätzliche Möglichkeit können jedoch mehrere flache Flächen verwendet werden.
Um den Rollvorgang zu erleichtern oder um die Abmessungen, die Form oder die Art der resultierenden belaglosen Dichtung zu ändern, kann das Rollwerkzeug während des Umformens erwärmt werden und kann, mit oder ohne Drehbewegung, zum geradlinigen Zusammendrücken des freien Endes des zylindrischen Abschnitts verwendet oder auf diesem entlanggewälzt werden. Das freie Ende des zylindrischen Abschnitts kann gleichzeitig oder nacheinander gerollt werden. Als zusätzliche Möglichkeit kann die belaglose Dichtung kurzzeitig vor dem Aufbringen der Kappe erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, um ihre Abmessungen, Form oder Art zu ändern, oder der Vorformling für die belaglose Dichtung kann zum gleichen Zweck wärmebehandelt wer den.
Die nach dem erfindungsgemäßen Rollverfahren erzeugte Dichtung weist eine relativ weiche und anpassungsfähige Kunststoffdichtfläche und einen Träger oder tragenden Abschnitt aus dem gleichen Kunststoff auf, der relativ stärker, elastischer und kriechfester ist. Dies wird erreicht durch Erzeugen und Steuern einer Spannung im Kunststoff der einstückigen Dichtung selbst. Vorzugsweise ist die äußere Dichtfläche der Dichtung in einem Zugspannungszustand, während der innere oder tragende Träger in einem Druckspannungszustand ist. Als zusätzliche Möglichkeit kann die Kappe aus einem erfindungsgemäßen Mehrphasenkunststoff hergestellt sein, so daß die gedehnte Dichtfläche auch mikroskopische Resthohlräume aufweist, die sie weichmachen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das gerollte freie Ende dort, wo es nach Ausbildung der "O"- Ringform die sich nach unten erstreckende Wand berührt, mit der Wand verschweißt werden, um einen abgedichteten Hohlraum zu bilden, was zu einer belaglosen Dichtung mit pneumatischen Dichtqualitäten führt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der erfindungsgemäße Rollvorgang in einer Folge mit oder als Teil von anderen Schritten während der Herstellung der Kappe durchgeführt werden kann. Daß heißt, er kann während oder nach dem Entfernen aus den Herstellungswerkzeugen oder während oder nach den Kappenendbearbeitungsvorgängen, z.B. der Deckeldekoration, durchgeführt werden. Er kann auch gleichzeitig mit oder nach einem Rollvorgang zum Erzeugen eines garantieverschlußfähigen, abtrennbaren oder Abreißrings durchgeführt werden, wie in US-A-4 709 824 dargestellt. Außerdem hat es sich erwiesen, daß der Rollvorgang in bezug auf eine außergewöhnliche Kontrolle oder außergewöhnliche Bedingungen nicht kritisch ist, so daß ein automatischer Betrieb zur Herstellung eines gleichmäßigen Erzeugnisses verwendet werden kann, um hohe Qualität bei niedrigen Kosten zu erreichen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Kappe und der Vorformling für die einstückige Dichtung zunächst in Spritzgießwerkzeugen hergestellt werden, wobei allgemein anerkannte und verwendete Werkzeugmodelle bzw. -konstruktionen und Formtechnologien verwendet werden. Die einfache Form des zylindrischen Vorformlings erfordert keine besondere Beachtung, Beschränkung oder Kosten für die Konstruktion von Werkzeugen und den Formbetrieb. Billige Werkzeuge, die herkömmliche Abstreifer-Ausdrückmechanismen verwenden, können verwendet werden, weil keine Hinterschneidungen vorhanden sind, die sonst stören oder abreißen könnten. Dadurch werden auch kurze Kühlzyklen im Werkzeug sichergestellt.
Ein weiteres bevorzugtes erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß die relative Höhe und der relative Durchmesser der gerollten Dichtung in einem getrennten Umformungsvorgang bestimmt werden, so daß eine einzelne Kappe, so wie sie geformt ist, verwendet werden kann, um Kappen herzustellen, die zu vielen verschiedenen Flaschenhalskonstruktionen passen, wobei Abmessungen, z.B. Gewinde- oder Verschlußringhöhe, Wanddicke oder Innendurchmesser sich ändern. Die Kosten der Rollwerkzeuge und des Rollvorgangs beeinflussen die Gesamtkosten der Kappe sehr wenig, was den Kappenhersteller in die Lage versetzt, die Wirtschaftlichkeit der Großserienproduktion bei einer Anzahl von Kunden oder Anwendern zu nutzen, da nun weniger und größere Herstellungswerkzeuge hergestellt werden.
Außerdem können die erfindungsgemäßen Rollverfahren belaglose Kappen erzeugen, die eine relativ weiche und anpassungsfähige Dichtfläche des Kunststoffs und einen Träger oder tragenden Abschnitt des gleichen Kunststoffs aufweisen, der relativ stärker, elastischer und kriechfester ist. Dies wird erreicht durch die erfindungsgemäßen Rollverfahren, die Span nungen im Kunststoff des gerollten Abschnitts erzeugen, wobei die Spannungen in der äußeren Dichtfläche Zugspannungen oder Dehnungsspannungen und die Spannungen im inneren tragenden Träger Druckspannungen sind. Ein zusätzliches Merkmal besteht darin, daß, wenn bevorzugte erfindungsgemäße Kunststoffe ver wendet werden, die Weichheit der Dichtfläche dadurch verbessert wird, daß innenliegende mikroskopische Hohlräume entstehen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren dort erzeugt werden.
Wegen des leichten Ausdrückens der Kappe aus der Herstellungswerkzeug und wegen der stark zusammendrückbaren "O"- Ringform mit den damit in Zusammenhang stehenden Vorteilen für ein Verteilen von einwirkenden Spannungen, können aus Lei stungs- oder wirtschaftlichen Gründen außerdem festere und starrere Kunststoffe verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform als Stöpseldichtung kann ein mögliches Abspringen der Kappe während des Öffnens bei unter Druck stehenden Erzeugnissen vermieden werden, indem sichergestellt wird, daß die Dichtung sich vom Behälter löst, und zwar im wesentlichen bevor der Gewinde- oder andere Befestigungseingriff beendet wird. Dies kann erreicht werden ohne das damit verbundene Risiko des Verzerrens der Dichtung während des Aufbringens der Kappe, das bei anderen Konstruktionen auftreten kann, die schmale freie Enden haben und die ein solches reihenweises Eingreifen und ein solches reihenweises Lösung des Dichtmerkmals und der Gewindegänge haben. Der Vorteil ist zurückzuführen auf die volle Rundung des Bodens der Dichtung und ihre Fähigkeit, eine Fehlausrichtung zwischen Kappe und Hals durch eine Bewegung in der horizontalen Ebene aufgrund ihrer gerollten Form und der relativen Verschiebung ihrer Deckelbefestigung und der Dichtebenen zu korrigieren.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, die "O"-ringförmige Dichtung oder eine andere Form mit einem krummlinigen oder gerollten Dichtkontaktabschnitt in bezug auf den Rand des Flaschenhalses so anzuordnen, daß er bei seinem Zusammendrücken durch den Hals während des Aufbringens der Kappe eine Dichtfläche auf der Innenkante des Randes und der Fläche, die an diese am Halsrand und an der vertikalen Wand angrenzt, bildet. Auf diese Weise wird eine sehr sichere Dichtung erreicht.
Eine weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, die Dichtung zu einer "J"-Form zu formen, indem das Ausmaß, in dem der sich nach unten erstreckende zylindrische Kappenabschnitt gerollt wird, verkürzt wird, wobei die Dichtfläche das gebogene oder gerollte untere Ende und die Befestigungsstelle am Deckel ihr oberes ringförmiges Ende ist.
In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die obere Seite des Flaschenhalsrandes für den Dichteingriff verwendet, indem eine Kappe mit einer einstückigen Dichtung mit einer "U"-Form oder einem halbkreisförmigen Querschnitt verwendet wird, wobei ein Schenkel am Kappendeckel befestigt ist und der andere nicht befestigt ist, jedoch an den Deckel und eine wahlweise mögliche Rückhalteeinrichtung an diesem angrenzt, während der untere krummlinige Abschnitt als Dichtfläche dient. Eine solche Form kann in bezug auf die Halsdicke breit genug sein, so daß nach dem Festdrehen der Kappe die stark zusammendrückbare "U"-Form einen oder beide Kanten des Halsrandes überlappen kann. Außerdem kann die Dichtung vollständiger gerollt werden, um eine "O"-Ringform auszubilden, oder weniger vollständig gerollt werden, um eine "J"- oder Viertelrundform zu bilden, wobei ihre unteren krummlinigen oder gerollten Abschnitte mit der oberen Fläche des Halsrandes in Eingriff treten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine Viertelrunddichtung vorhanden sein, wobei ihr freies Ende mit einer mit ihr zusammenwirkenden Rückhalteeinrichtung, die sich an der Innenwand des Kappenrandes befindet, in Eingriff ist, während der krummlinige Abschnitt mit der Außenkante des Halsrandes in Eingriff tritt.
Ferner kann noch eine vollständiger gerollte Dichtung vorhanden sein, so daß ein Rollring entsteht, der zusätzliche Elastizität erzeugt.
Außerdem kann der Flaschenhalsrand mit einer konkaven Oberfläche zwischen seiner Innen- und Außenwand hergestellt werden, um die Ausbildung einer ovalen Form der gerollten Dichtung zu minimieren, um örtliche Verformung und Kunststoffkriechen weiter zu verringern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der oben beschriebene Flaschenhalsrand als das Rollwerkzeug verwendet werden, um den gerollten Abschnitt der Dichtung nachträglich auszubilden, wodurch der Rollvorgang mit dem Kappenaufbringvorgang kombiniert wird.
In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das gerollte freie Ende von seinem gegenüberliegenden Ende, das einstückig mit der oberen Wand ist, hori zontal verschoben werden, indem ein relativ gerader oder insgesamt horizontaler Abschnitt zwischen diesen angeordnet wird. Dadurch kann die erfindungsgemäße "O"-Ringdichtung schweben und sich freier zusammendrücken, und zwar ohne einengenden Einfluß des Abschnitts der Dichtung, der durch feste Anordnung an der oberen Wand befestigt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform erfordert, daß der Kappendeckelabschnitt, der durch die belaglose Dichtung begrenzt wird, aus einem anderen Material (z.B. Metall, einem anderen Kunststoff usw.) hergestellt wird, wobei das gerollte freie Ende selbst dazu verwendet wird, vor dem Aufbringen der Kappe in den Deckel einzugreifen, und dann auch verwendet wird, nach dem Aufbringen der Kappe den Deckel gegen die Kappe und die Kappe gegen den Behälter abzudichten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das gerollte freie Ende der belaglosen Dichtung radiale Schlitze abseits von der Dichtfläche aufweisen, so daß die Elastizität des gerollten freien Endes verbessert werden kann.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist es, daß sie anpassungsfähige, elastische, einstückige Kappendichtungen mit einer hervorragenden Fähigkeit, sich an die Halskonfiguration der einzelnen Behälter, einschließlich der mit typischen Herstellungsmängeln und -fehlern, anzupassen, bereitstellt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sie eine hohe Dichtintegrität sicherstellt, auch wenn sie mit Behälterhälsen verwendet wird, die große Herstellungsabmessungstoleranzen haben.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen belaglosen Dichtung besteht darin, daß sie eine hohe Dichtintegrität über lange Lagerzeiten hinweg sicherstellt, und zwar bei Produkten, die unter Druck oder unter Vakuum stehen, und/oder bei solchen, die erhöhten Temperaturen, z.B. beim Pasteurisieren, ausgesetzt sind.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Verwendung des Dichtungsausbildungsverfahren zur Veränderung und Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des Kunststoffs, um eine optimale Dichtcharakteristik zu erreichen.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß sie starrere Kunststoffe als andere belaglose Dichtungskonstruktionen verwenden kann.
Ein zusätzliches wichtiges Merkmal der Erfindung ist ihr billiges Herstellungsverfahren unter Verwendung von billigen Werkzeugen und Formvorgängen, weniger und größeren Werkzeugen und einem integrierten Rollvorgang.
Es folgt die Beschreibung der beigefügten Zeichnungen der dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Es versteht sich, daß die Erfindung Modifikationen und Änderungen erlaubt, die dem Fachmann offenkundig sind und innerhalb des Sinnes und des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
Fig. 1 ist eine perspektivische Draufsicht der erfindungsgemäßen Kappe, teilweise geschnitten, um eine bevorzugte Ausführungsform der einstückigen oder belaglose Dichtung darzustellen;
Fig. 2 ist eine perspektivische Unteransicht der Kappe gemäß Fig. 1, ebenfalls teilweise geschnitten, um die belaglose Dichtung darzustellen;
Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht der Kappe gemäß Fig. 1 und 2 nach dem Formen, wobei ein Vorformling für die belaglose Dichtung im Begriff ist, mit einem erfindungsgemäßen Rollwerkzeug in Eingriff zu treten, um eine Außenrolle herzustellen, die die "O"-Ringdichtung gemäß Fig. 1 und 2 darstellt;
Fig. 4 ist insgesamt identisch mit Fig. 3, außer daß das Rollwerkzeug mit dem Vorformling in Eingriff getreten ist und das Rollen desselben ausgelöst hat;
Fig. 5 ist insgesamt identisch mit Fig. 3, außer daß die vollendete Auswärtsrolle der belaglosen Dichtung ausgebildet worden ist;
Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht der Kappe und der belaglosen "O"-Ringdichtung gemäß Fig. 1 und 2, die bereit sind zum Eingreifen in den Halsteil einer Flasche zum Verschließen der Flasche und zum Abdichten des enthaltenen Erzeugnisses;
Fig. 7 ist identisch mit Fig. 6, außer daß die Flasche mit der Kappe und der belaglosen Dichtung, die die Form einer Stöpseldichtung hat, verschlossen und abgedichtet worden ist;
Fig. 8 ist eine vergrößerte Schnittansicht der belaglosen Dichtung und des angrenzenden Kappenabschnitts gemäß Fig. 6, wobei die in Rollrichtung auftretenden Spannungen in der Dichtung schematisch dargestellt sind;
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Bilanz der Spannungen gemäß Fig. 8 darstellt;
Fig. 10 ist ein Spannungsdehnungsdiagramm für die Spannungen in der belaglosen Dichtung gemäß Fig. 8;
Fig. 11 ist identisch mit Fig. 8, außer daß die dargestellten Spannungen Spannungen in Umfangsrichtung sind;
Fig. 12 ist eine Draufsicht der Dichtung gemäß Fig. 11;
Fig. 13 stellt schematisch dar, was bei Nachlassen der Umfangsspannung mit der Dichtung gemäß Fig. 11 geschieht;
Fig. 14 stellt schematisch dar, was bei Nachlassen der Spannungen in Rollrichtung mit der Dichtung gemäß Fig. 8 geschieht;
Fig. 15 ist eine Längsschnittansicht eines Abschnitts eines Deckels mit einem sich nach unten erstreckenden ringförmigen Band vor dem Rollen;
Fig. 16 ist identisch mit Fig. 15, außer daß das ringförmige Band gerollt worden ist, wobei mikroskopische Hohlräu me entstanden sind;
Fig. 17 ist identisch mit Fig. 16, außer daß das gerollte freie Ende in Dichteingriff mit der Innenseite eines Behälterhalses ist und einige der mikroskopischen Hohlräume im Dichtbereich beseitigt worden sind;
Fig. 18 ist ein Längsschnitt einer Kappe und eines zusätzlich möglichen erfindungsgemäßen Rollwerkzeugs in einem frühen Eingriffszustand mit dem Vorformling für eine belaglose Dichtung der Kappe.
Fig. 19 ist insgesamt identisch mit Fig. 18, außer daß das Rollwerkzeug die Ausbildung der belaglosen "O"- Ringdichtung beendet hat.
Fig. 20 ist insgesamt identisch mit Fig. 19, außer daß die Rollwerkzeugarbeitsfläche einheitlich ist.
Fig. 21 ist ein Längsschnitt einer Kappe mit einem Vorformling für eine belaglose Dichtung, der über einem Rollwerkzeug positioniert ist, das zum Herstellen einer belaglosen Dichtung geeignet ist, wobei der Dichtabschnitt horizontal von ihrer Befestigungsstelle am Deckel verschoben ist.
Fig. 22 ist insgesamt identisch mit Fig. 21, außer daß das Rollwerkzeug die Ausbildung des horizontal verschobenen Dichtabschnitts beendet hat.
Fig. 23 ist ein Längsschnitt, der die Kappe gemäß Fig. 22 in Dichteingriff mit einem Behälter darstellt.
Fig. 24 ist ein Längsschnitt einer Kappe mit einem getrennten Deckelabschnitt vor der Ausbildung einer belaglosen "O"-Ringdichtung, die einen Dichteingriff mit dem getrennten Deckelabschnitt aufweist.
Fig. 25 ist insgesamt identisch mit Fig. 24, außer daß die belaglose "O"-Ringdichtung ausgebildet worden ist und im Dichteingriff mit dem getrennten Deckelabschnitt ist.
Fig. 26 ist eine Längsschnittansicht eines Abschnitts eines belaglosen Kappendichtungsvorformlings in einem frühen Eingriffszustand mit einem Rollwerkzeug, das eine Nut bzw. Rille bildet und das modifiziert worden ist, um den Rand des Vorformlings zu erwärmen und zum Schmelzen zu bringen.
Fig. 27 ist insgesamt identisch mit Fig. 26, außer daß der Rollwerkzeugeingriff beendet worden ist und der Rand des Vorformlings geschmolzen ist und mit einem oberen Abschnitt der Wand des Vorformlings verschweißt worden ist;
Fig. 28 ist ein Längsschnitt eines Abschnitts der erfindungsgemäßen belaglosen Dichtung, die so modifiziert worden ist, das sie mehrere Schlitze aufweist, um ihre Elastizität während des zusammendrückenden Dichteingriffs zu erhöhen;
Fig. 29 ist eine Längsschnittansicht des Schlitzwerkzeugs;
Fig. 30 ist eine Draufsicht des Schlitzwerkzeugs gemäß Fig. 29;
Fig. 30A ist eine Schnittansicht eines Abschnitts der gerollten Dichtung gemäß Fig. 28, wobei das Schlitzen mit den Schneiden des Schlitzwerkzeugs gemäß Fig. 29 und 30 schematisch dargestellt ist;
Fig. 31 ist eine Längsansicht einer Einrastkappe mit einem Vorformling für eine belaglose Dichtung, die im Begriff ist, mit einem erfindungsgemäßen Rollwerkzeug in Eingriff zu treten, um eine Innenrolle zu erzeugen, die eine erfindungsgemäße belaglose "O"-Ringdichtung darstellt;
Fig. 32 ist insgesamt identisch mit Fig. 31, außer daß die Innenrolle der belaglosen Dichtung abgeschlossen worden ist;
Fig. 33 ist eine Längsschnittansicht der vollständig ausgebildeten Einrastkappe gemäß Fig. 32, die am Halsteil einer Flasche eingerastet ist, um die Flasche zu verschließen und abzudichten;
Fig. 34 ist eine Längsschnittansicht einer Gewindekappe und einer belaglosen Dichtung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform in beim Kappenaufbringen erfolgten Dichtemgriff mit einem Hals einer Flasche, wobei die Dichtung eine Innenrolle mit einer "O"-Ringform aufweist;
Fig. 35 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Dichtung, wobei die Dichtung im allgemeinen eine "J"- oder "U"-Form hat und als Stöpseldichtung verwendet wird;
Fig. 36 ist eine Längsschnittansicht einer Kappe und einer belaglosen Dichtung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei der "O"-Ring als Innenkantendichtung verwendet wird;
Fig. 37 ist eine Längsschnittansicht eines Abschnitts der Kappe, wobei der Dichteingriff zwischen einer erfindungsgemäßen belaglosen "O"-Ringdichtung und dem Rand des dargestellten Halsteils dargestellt wird;
Fig. 38 ist identisch mit Fig. 37, außer daß sie den Dichteingriff zwischen einer erfindungsgemäßen "U"-förmigen belaglosen Dichtung und dem Rand des dargestellten Halsteils darstellt;
Fig. 39 ist eine Längsschnittansicht eines Abschnitts der Kappe und der belaglosen Dichtung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei die Verwendung des Rollrings als Randdichtung dargestellt ist;
Fig. 40 und 41 sind Längsschnittansichten eines Abschnitts der Kappe und des Halsteils, wobei die nachträgliche Ausbildung einer erfindungsgemäßen belaglosen Dichtung durch das Halsteil während des Kappenaufbringvorgangs dargestellt ist;
Fig. 42 und 43 sind Längsschnittansichten eines Abschnitts der erfindungsgemäßen Kappe, wobei das nachträgliche Ausbilden einer Kantendichtung durch den dargestellten Rollkörper dargestellt ist;
Fig. 44 ist eine Längsschnittansicht der Kappe und der ausgebildeten Kantendichtung gemäß Fig. 42 und 43, wobei der Dichteingriff der Dichtung in den Rand des dargestellten Halsteils dargestellt ist;
Fig. 45 ist eine Längsschnittansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Kappe, wobei die Ausbildung einer erfindungsgemäßen belaglosen Kantendichtung dargestellt ist, wobei die Dichtung eine Viertelrundform hat;
Fig. 46 ist eine Längsschnittansicht der Kappe und einer ausgebildeten belaglosen Viertelrunddichtung gemäß Fig. 45 in Dichteingriff mit der Außenkante des dargestellten Halsteils; und
Fig. 47 ist eine Längsschnittansicht eines Abschnitts der Kappe, wobei das nachträgliche Ausbilden der belaglosen Viertelrunddichtung gemäß Fig. 45 durch das Halsteil während des Kappenaufbringvorgangs dargestellt ist.
Fig. 48 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Kappe mit einem Vorformling für einen garantieverschlußfähigen Ring und eine belaglose Dichtung in der Kappe, die für einen Eingriff mit einem erfindungsgemäßen Rollwerkzeug bereitsteht.
Fig. 49 ist identisch mit Fig. 48, außer daß das Rollwerkzeug vollständig mit den Vorformlingabschnitten der Kappe in Eingriff ist, um eine belaglose Dichtung mit einem "O"- förmigen Querschnitt und einen nach innen gerollten garantieverschlußfähigen Ring mit einem "J"-förmigen Querschnitt auszubilden.
Fig. 50 ist eine Längsschnittansicht der vollständig ausgebildeten Kappe gemäß Fig. 49, die in die dargestellte Flasche eingreift und diese zum ersten Mal verschließt und abdichtet.
In Fig. 1 und 2 ist eine halbstarre, mit Gewinde versehene Kunststoffkappe 10 mit einem Deckel 12, einem sich nach unten erstreckenden, am Umfang verlaufenden, mit Innengewinde versehenen Rand 14 und einer innenliegenden einstückigen oder belaglosen Dichtung 16 dargestellt. Die dargestellte einstükkige Dichtung 16 weist eine zylindrische oder ringförmige vertikale Wand 18 mit einem oberen Ende 20, das mit dem Deckel 12 einstückig ist, und mit einem gekrümmten freien Ende 22 auf. Wie dargestellt, ist das Ende 22 der einstückigen Dichtung 16 nach außen gerollt und bildet einen hohlen ringförmigen "O"- oder Rollring 24.
In Fig. 3 bis 5 ist ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des gerollten Abschnitts 24 der Dichtung 16 dargestellt. In Fig. 3 ist die Kappe 10 bereits mit herkömmlichen Formtechniken, z.B. durch Spritzgießen, ausgebildet worden, wobei eine vertikale zylindrische oder röhrenförmige Wand 18 mit ihrem oberen Ende 20 einstückig mit dem Deckel 12 ist und mit ihrem unteren freien Ende 22 zum Rollen mit dem dargestellten Rollwerkzeug 26 bereitsteht. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist im unteren Ende 22 ein abgeschrägter Querschnitt vorhanden, der sich vom Rand 30 erstreckt und der das Auslösen des zur Rolle 24 führenden Vorgangs erleichtert. Der abge schrägte Querschnitt erstreckt sich vorzugsweise vom Rand 30 über eine Strecke, die ausreicht, um eine volle Rundung zur Rolle 28, bis ihr Rand 30 anliegt, sicherzustellen. Bei einer erfindungsgemäßen typischen Rolle 24 mit einer Breite von 2,54 mm (0,100 Zoll) und einer Dicke von etwa 0,381 mm (0,015 Zoll) kann sich der abgeschrägte Querschnitt über eine Strecke von etwa 1,270 bis 1,905 mm (0,050 bis 0,075 Zoll) vom Rand 30 erstrecken. Wie in Fig. 3 bis 5 dargestellt, weisen das freie Ende 22 und die Rolle 24 keine plötzlichen Dickenänderungen auf.
Der gerollte Abschnitt 24 der Dichtung 16 wird mit einem Rollwerkzeug 26 ausgebildet, das gemäß Fig. 3 in der Kappe positioniert worden ist und bereitsteht, mit der vorgeformten Wand 18 an deren Lippe oder Rand 30 in Eingriff zu treten. Das Rollwerkzeug 26 weist eine kreisförmige oder ringförmige Nut 28 mit einem konkaven Querschnitt auf, der geeignet ist zum Umformen und Dimensionieren des gerollten Abschnitts 25.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird der Umformvorgang durchgeführt, indem die Nut 28 des Werkzeugs 26 gegen den Rand 30 der Wand 18 gedrückt wird. In dieser Ausführungsform befindet sich der tiefste Abschnitt 33 der Nut 28, der die Mitte seiner konkaven Form darstellt, außerhalb der zylindrischen Ebene der Wand 18. Dies ist durch die gestrichelte Linie 35 in Fig. 3 dargestellt. Die Nut 28 hat auch einen schrägen Abschnitt 39, der innenliegt und an ihre konkave Form angrenzt, um das Zentrieren des Werkzeugs und der Kappe zu erleichtern. Während die relativ zur Wand 18 erfolgende Bewegung des Werkzeugs 26 zum Deckel 12 hin weitergeht, werden die zylindrischen Seiten der Wand 18 in der Nut 28 durch die schrägen Abschnitte 39 zentriert und dann nach außen und dann nach oben gedrückt, um eine vorübergehende "J"-Form anzunehmen, wie in Fig. 4 dargestellt. Während diese relative Bewegung weitergeht, wird der Rand 30 nach oben aus der Nut 28 herausgedrückt und gleichzeitig als Antwort auf die sich in ihm entwickelnden Spannungen nach außen gedrückt, während die Umformung durch das Werkzeug 26 erfolgt, wodurch die gewünschte "O"-Ringrolle 24 entsteht, wobei eine Befestigungsstelle 20 am Deckel 12 sich nahe der Ebene des Innendurchmessers ihres horizontalen Querschnitts befindet.
Um den Rollvorgang zu erleichtern, kann bei Verwendung von Polypropylen das Werkzeug 26 bei Rollzyklen von etwa einer halben bis drei Sekunden eine Temperatur von etwa Raumtemperatur bis etwa 148,9 ºC (300 Grad F), aber vorzugsweise etwa Umgebungstemperatur bis etwa 65,6 ºC (150 Grad F) haben. Niedrigere Temperaturen und kürzere Zyklen werden bevorzugt, um die erfindungsgemäß gewünschte Verformung, die dem Kunststoff der Rolle 24 durch den Rollvorgang zuteil wird, zu maximieren, wie später mit Bezug auf Fig. 8 bis 14 beschrieben wird.
Nach Ausbildung der Rolle 24 wird das Rollwerkzeug aus der Kappe 10 zurückgezogen, und die Kappe 10 steht zum Aufbringen und immer erneuten Aufbringen der Kappe bereit. Die "O"-Ringdichtung 16 weist einen unteren Dichtabschnitt 32, einen inneren Dichtabschnitt 34 und einen äußeren Dichtabschnitt 36 auf. Je nachdem, ob eine Rand-, Eck- oder Stöpseldichtung gewünscht wird, können eine oder mehrere dieser Flächen zum Dichteingriff mit dem entsprechenden Abschnitt eines Behälteroder Flaschenhalses verwendet werden. In jeder Ausführungsform wird ein gerollter oder gebogener Abschnitt der Dichtung 16 als Dichtfläche verwendet.
In Fig. 6 und 7 ist die Verwendung der belaglosen "O"- Ringdichtung 16 gemäß Fig. 1 bis 5 als Stöpseldichtung für eine Flasche 37 (teilweise dargestellt) mit einem mit Außengewinde versehenen Hals 38, einem Rand 40 und einer Öffnung oder einer lichten Weite 42 dargestellt. Während die Kappe 10 auf den Flaschenhals 38 geschraubt wird, trifft der gerollte untere Abschnitt 32 der Dichtung 16 auf die innenliegende ringförmige Kante 44 des Randes 40 und die diese schneidende Halsinnenwand 46, die die Öffnung 42 bildet. Danach sitzt die Dichtung 16 in der Öffnung 42, wobei der außenseitige Dichtabschnitt 36 in Dichteingriff mit der Wand 46 der Öffnung 42 ist. Dies wird erreicht aufgrund des gerundeten unteren Abschnitts 32 und der leichten Zusammendrückbarkeit der "O"- Ringform, wobei der auf der zusammengedrückten Seite befindliche Dichtabschnitt 36 der ovalgeformten Dichtung 16 einen festen Eingriff mit der Wand 46 bildet, die die Öffnung 42 begrenzt.
Daß die erfindungsgemäße "O"-Ringform 24 einen Beitrag zu geringen lokalen Spannungen und einem geringem Kunststoffkriechen leistet, ist in der Tatsache begründet, daß der gebogene Seitenabschnitt 36, der für den Dichteingriff mit der Halsinnenwand 46 verwendet wird, zwischen dem unteren und dem oberen Rollabschnitt 32 und 29 liegt und von diesen festgehalten wird. Auf diese Weise ist die Größe der Dichtspannung, die auf jeden tragenden Abschnitt übertragen wird, wesentlich geringer als bei nur einem tragenden Abschnitt, wie es für die anderen belaglosen Dichtungen typisch ist.
Der Seitenabschnitt 36 paßt sich an die Beschränkung der Wand 46 durch resultierendes Zusammendrücken an, wobei Spannungen übertragen und über den gesamten "O"-Ring 24 verteilt werden. Der "O"-Ring 24 reagiert auf eine solche Spannung mit einer Verringerung sowohl seines Außen- wie Innendurchmessers seines horizontalen Querschnitts im Zusammenhang mit der Bildung einer ovalen Form in seinem radialen Querschnitt. Beispielsweise entstand bei einem "O"-Rollring 24 mit einem Außendurchmesser von 22,86 mm (0,900 Zoll) und einem Innendurchmesser von 17,96 mm (0,707 Zoll), wenn er sich in der Öffnung eines Halses mit einen Innendurchmesser von 21,49 mm (0,846 Zoll) befand, eine unmittelbare Verringerung von 6 Prozent seines Außendurchmessers und eine Verringerung von 1,2 Prozent seines Innendurchmessers, was eine deutliche Verteilung der Dichtspannungen über alle Abschnitte der erfindungsgemäßen "O"-Ringdichtung belegt. Eine solche breite Verteilung von Spannung über den gesamten "O"-Ring 24 leitet sich von seiner hohlen "O"-Ringform und der Verschiebung der Befestigungsstelle 20 von der Dichtfläche am Seitenabschnitt 36 ab. Dies führt mit der Zeit zu einer vorteilhaften Verringerung der Spannungskonzentration und des Kriechens und des Verlustes an Dichtdruck, der sich ergeben kann. Zusätzlich tritt eine Verbesserung des Dichteingriffs und der Dichtintegrität ein, die sich vom Abflachen des gebogenen Seitenabschnitts 36 ableitet, während er sich an die Einengung durch die Wand 46 anpaßt, was die Dichtfläche vergrößert. Obwohl eine hohe Druckspannung im "O"-Ring 24 auftritt, bleiben die Drehmomente, die erforderlich sind, um die Kappe 10 zum Sitzen zu bringen und sie wieder abzunehmen, in einem normalen Bereich.
Das bevorzugte erfindungsgemäße Rollverfahren, das in Fig. 3 bis 5 dargestellt ist, erzeugt eine belaglose Dichtung 16, die die gewünschte große Dichtfläche, eine hohe Elastizität und Federwirkung und einen hohen Widerstand gegen plastisches Kriechen aufweist. Außerdem modifiziert das Umformverfahren die physikalischen Eigenschaften des Kunststoffs derartig, daß seine Dichtcharakteristik weiter verbessert wird. Das heißt, der Kunststoff an der Dichtfläche der Dichtung 16 wird weicher und anpassungsfähiger gemacht, und der Kunststoff am Träger und an den tragenden Abschnitten wird fester, elastischer und kriechfester gemacht, und zwar infolge der Spannungen, die während des Rollvorgangs auf den Kunststoff übertragen werden. Diese Verbesserung wird nachstehend im Zusammenhang mit Bezug auf Fig. 8 bis 14 beschrieben.
Der Rollvorgang, so glaubt man, bewirkt, indem er der vorgeformten zylindrischen Wand eine alternative Form ver leiht, zwei Gruppen von ausgeglichenen Restspannungen und Spannungsdifferentialen in der resultierenden Form der Dichtung 16. Derjenige Abschnitt der Dichtung 16, der gedehnt wird, ist gedehnt oder in einem Zugspannungszustand, und derjenige Abschnitt, der zusammengedrückt wird, ist in einem Druckspannungszustand. Der Spannungswert ändert sich mit dem Grad der Dehnung oder des Zusammendrückens, und wie bei jedem statischen Zustand gleichen sich der Gesamtbetrag und die Richtung jeder Art Spannung einander aus und halten sich gegenseitig aufrecht.
Eine Gruppe von ausgeglichenen Restspannungen tritt in Rollrichtung auf, und zwar infolge des Dehnens und Zusammendrückens der vorgeformten zylindrischen Wand 18 quer zu ihrer Dicke, um den "O"-Ring oder die Rollringform 24 auszubilden, wie in Fig. 8 dargestellt. An oder nahe der konvexen Außenfläche (Dichtfläche), dargestellt durch die Punkte B bzw. Y, wird der Kunststoff in Rollrichtung gedehnt und ist in einem Zustand der hohen Restzugspannung. Die gegenüberliegende konkave Innenfläche, dargestellt durch die Punkte A bzw. Z, wird in Rollrichtung zusammengedrückt und ist in einem Zustand der ho hen Restdruckspannung, die den Zugspannungszustand in oder nahe der konvexen Außenfläche ausgleicht und auf rechterhält. Fig. 9 zeigt die Richtung, die Summe und die angenäherte Verteilung dieser Spannungen über die Dicke des Kunststoffs einschließlich des neutralen Punkts 0 und der Punkte der maximalen Druck- und Zugspannung in bzw. nahe der Innen- und Außenfläche. In der normalen erfindungsgemäßen Praxis tritt eine maximale Zugspannung über eine begrenzte Strecke von der Oberfläche auf. Die Summe der Druckspannungen, die durch die Punkte AOC definiert ist, gleicht derjenigen der Zugspannungen, die durch die Punkte BOD definiert ist.
In Fig. 10 ist eine typische Spannungsdehnungskurve für einen halbstarren Kunststoff (z.B. Polypropylen), der für die erfindungsgemäße Praxis geeignet ist, dargestellt. Die Spannungszustände und die Dehnung bzw. das Zusammendrücken in Rollrichtung in den Punkten B und A in Fig. 8 sind in einer Kurve an typischen Stellen für die erfindungsgemäße Praxis dargestellt (vorzugsweise 50 % Dehnung bis zur Streckgrenze und darüber hinaus und die entsprechende Stärke des Zusammendrückens). Die gestrichelten Linien definieren denjenigen Abschnitt der Spannungsdehnungskurve, wo sich der Punkt B, der die erfindungsgemäße Dichtfläche darstellt, normalerweise nahe oder deutlich jenseits der Streckgrenze R befindet. Außerdem ist in Fig. 10 eine normale Spannungsdehnungskurve für einen viel weicheren Kunststoff dargestellt, z.B. für Ethylenvinylacetat-Copolymere oder Polyvinylchloridplastisol, die gewöhnlich für Kappenbeläge wegen ihrer weichen anpassungsfähigen Eigenschaft verwendet werden. Wenn der Abschnitt der Kurve für den halbstarren Kunststoff, der durch die gestrichelte Linie definiert ist, mit der Kurve für den weicheren Kunststoff verglichen wird, ist eine Ähnlichkeit festzustellen, nämlich daß kleine Spannungen zu großen Verformungen führen, die die gewünschte Weichheit, Anpassungsfähigkeit und die verbesserten Dichtqualitäten der Erfindung belegen.
Man kann also erkennen, daß der erfindungsgemäße Rollvorgang, der verwendet wird, um die gewünschte Form für eine ausgezeichnete Dichtleistung zu erzeugen, auch die physikalischen Eigenschaften des Kunststoff in der Dichtfläche modifi ziert, und zwar aus den Eigenschaften eines starreren, nichtnachgiebigen Materials, das für eine Gesamtkappenfestigkeit und -integrität geeignet ist, die Eigenschaften eines weicheren, nachgiebigeren und anpassungsfähigeren Materials entstehen läßt, das für verbesserte Dichtcharakteristiken geeignet ist.
Aus der Lage des Punktes A in Fig. 10 kann man erkennen, daß der gleiche Rollvorgang, der die Eigenschaften der Dichtfläche, dargestellt durch die Punkte B bzw. Y in Fig. 8, vorteilhaft die Eigenschaften des tragenden Trägers, dargestellt durch die Punkte A bzw. Z, modifiziert, und zwar im entgegengesetzten Sinne, aber ebenfalls vorteilhaft. Da der Träger an den Punkten A und Z stark zusammengedrückt wird, wird seine Festigkeit und Elastizität insofern maximiert, als der Betrag, um den er verformt werden kann, bevor irgendeine plastische oder dauerhafte Verformung auftritt, deutlich erhöht wird (proportional zum Verhältnis zwischen AE und OE gemäß Fig. 10). Diese Faktoren sind sehr vorteilhaft im Hinblick auf die Maximierung der Fähigkeit des die Dichtung tragenden Trägers in Punkt A, den maximalen Betrag des Dichtdruckes auf seiner Dichtfläche (z.B. im Punkt B) zu erzeugen und dem Nachlassen eines solchen Druckes über lange Zeiträume, das durch Kunststoffkriechen hervorgerufen wird, zu widerstehen.
Gleichzeitig tritt im Normalfall eine zweite, Gruppe von ausgeglichenen Spannungen gegenüber der ersten Gruppe auf, und zwar infolge der Vergrößerung und/oder Verringerung des Ringdurchmessers des zylindrischen Kappenabschnitts 18 gemäß Fig. 3, wenn er nachträglich zum "O"-Ring 24 oder zu einer anderen Form der erfindungsgemäßen Dichtung ausgebildet oder zu diesem umgeformt wird, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt. Wenn man sich vorstellt, daß der zylindrische Abschnitt 18 aus einem einstückigen Stapel von Ringen bzw. Reifen besteht, von denen jeder radial gedehnt (in die Länge gezogen) oder zusam mengedrückt werden muß, um die umgeformte Form zu erzeugen, dann wird jedem der Ringe in der resultierenden Form ein Zugspannungs- oder Druckspannungszustand zuteil, wie in Fig. 11 und 12 (einer radialen Schnittansicht und einer horizontalen Draufsicht der Dichtung 16) dargestellt. Die Größe der Spannung ist relativ zur Anzahl der Ringe, die gedehnt oder zusammengedrückt worden sind, und die Zugspannung ist am höchsten in Punkt Y, die Druckspannung ist am höchsten im Punkt X, und die Umfangsspannungen sind 0 in der Mittellage des ursprünglichen zylindrischen Vorformlings 18, in den Punkten C und D.
Da zwei gleichgerichtete Gruppen von Spannungen, die normal gegeneinander arbeiten, vom erfindungsgemäßen Rollvorgang bewirkt werden, summiert sich deren Wirkung auf die verschiedenen Abschnitte der Dichtung 16. Wo Zugspannung in Umfangsrichtung an der gleichen Stelle wie Zugspannung in der Rollrichtung einwirkt (z.B. im Punkt Y), erhöht der Kunststoff seine Weichheit und Anpassungsfähigkeit. Wo Ringdruckspannung an der gleichen Stelle wie Zugspannung in Rollrichtung einwirkt (z.B. im Punkt X), weist der Kunststoff eine geringere Erhöhung der Weichheit, vielleicht sogar eine Verringerung der Weichheit und eine Erhöhung der Festigkeit und Elastizität auf, wenn die Druckspannung höher ist als die Zugspannung. Wo der Kunststoff sowohl in Umfangs-, wie auch in Rollrichtung zusammengedrückt wird (Punkt Z), tritt die größte Erhöhung der Festigkeit und Elastizität auf. In den Punkten C und D sind die Ringspannungen 0, so daß dort kein Summierungseffekt auftritt. Deshalb spricht die Entstehung eines hohen Zugspannungszustandes sowohl in Umfangs- als auch in Rollrichtung in Punkt Y für die Verwendung der nach außen gerichteten Dichtfläche 36 bei einer Stöpseldichtung. Die Entstehung eines hohen Zugspannungszustandes in Rollrichtung in Punkt B spricht für die Verwendung der nach unten gerichteten Dichtfläche 32 bei einer Randdichtung. Die Tatsache, daß der Punkt X im Zustand der niedrigsten Zugspannung ist, ist nicht schädlich für die praktische erfindungsgemäße Anwendung der Spannungen, da die Innendichtfläche 34 normalerweise nicht verwendet wird. Da jedoch dieser Abschnitt der Dichtung 16 dazu dient, die untere und die äußere Dichtfläche 32 und 36 zu tragen, ist der Zustand der hohen Druckspannung im Punkt Z und im größten Teil der Dichtungswand an dieser Stelle sehr vorteilhaft. Somit kann man erkennen, daß die Verteilung von Spannungen, die vom erfindungsgemäßen Rollvorgang bewirkt wird, für die höchste Leistung der Dichtung 16 optimal ist, was zu einer verbesser ten Weichheit und Anpassungsfähigkeit des Kunststoffs an den Dichtflächen 32 und 36 und zu einer verbesserten Festigkeit und Elastizität des Kunststoffs des Trägers und der tragenden Abschnitte, dargestellt durch die Punkte A und Z der Dichtung 16, führt.
Daß die Spannungen, die in der oben beschriebenen Analyse dargestellt sind, tatsächlich vorhanden sind und so verteilt werden, wie beschrieben, wird mit Temper- bzw. Aufheizprüfungen demonstriert, um die Änderungen der Form zu beobachten, die sich entwickeln, wenn solche Spannungen aufgehoben werden. Für eine solche Prüfung wurden 0,51 mm (0,020 Zoll) dicke zylindrische Wände 18 aus Polypropylen erfindungsgemäß zu "O"-Ringformen 24 gerollt, die einen Ringaußendurchmesser von 31,24 mm (1,230 Zoll), einen Innendurchmesser von 26,16 mm (1,030 Zoll) und einen Rollenaußendurchmesser von 2,45 mm (0,100 Zoll) aufweisen. Der "O"-Ring 24 wurde dann radial geteilt, um die vollständige Aufhebung der verursachten Spannungen zu erleichtern, und dann 5 Minuten lang einer Temperatur von etwa 148,9 ºC (300 ºF), etwas unter der Schmelztemperatur des Kunststoffs, ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen öffneten sich die "O"-Ringe 24 in der Umfangsrichtung bis zu einem Radius von 63,50 mm (2,5 Zoll), eine Erhöhung um das Vierfache, wodurch demonstriert wurde, daß sehr hohe Umfangsspannungen und Umfangsspannungsdifferentiale vorhanden sind. Gleichzeitig öffnete sich der "O"-Ring 24 in Rollrichtung bis zu einem Radius von etwa 3,81 mm (0,150 Zoll), eine Erhöhung um das Dreifache, wodurch demonstriert wurde, daß sehr hohe Spannungen und Spannungsdifferentiale in Rollrichtung vorhanden sind. Diese Ergebnisse, die in Fig. 13 und 14 dargestellt sind, führen zu dem Schluß, der aus der vorhergehenden Analyse gezogen wird, nämlich daß die Spannungen, die vom Rollvorgang bewirkt werden, zum Entstehen der hohen erfindungsgemäßen Dichtintegrität durch die Änderung und Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des Kunststoffs, der zur Herstellung der Kappe 10 verwendet wird, beitragen.
In Fig. 15 bis 17 ist ein erfindungsgemäßes Merkmal dargestellt, wobei die Dichtfläche durch Entstehung von mikroskopischen Hohlräumen durch Verwenden von Kunststoffen, die solche Hohlräume nach dem Dehnen bilden, weichgemacht worden ist. Fig. 15 zeigt die Wand 18, die mit dem Deckel 12 einstükkig ist und vor dem Rollen ein freies Ende 22 aufweist. Fig. 16 zeigt das gerollte freie Ende 24 mit mikroskopischen Hohlräumen 25, die durch den Rollvorgang entstanden sind, der vorzugsweise bei Raumtemperatur durchgeführt wird, um die Entstehung der Hohlräume 25 zu erleichtern. Die Größe und/oder die Anzahl der Hohlräume 25 steht in Verbindung mit dem Grad, in dem der Kunststoff gedehnt worden ist. Fig. 16 zeigt, daß die Hohlraumbildung dort größer ist, wo der Kunststoff am meisten in Umfangsrichtung im äußeren Dichtabschnitt 36 gedehnt worden ist, während die untere Fläche 32 und die obere Fläche 29 Mikrohohlräume aufweisen, die in erster Linie durch Dehnen in Rollrichtung entstanden sind. Fig. 17 zeigt die Dichtung 16, die als Stöpseldichtung in der Halsinnenwand 46 verwendet wird, und das Zusammendrücken des äußeren Dichtabschnitts 36 durch den Dichteingriff, wobei die Hohlräume in der Dichtfläche beseitigt werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei einer einzigen Konstruktion, bestehend aus geformter Kappe und Dichtungsvorformling, die Art der Dichtung und ihre Abmessungen verändert werden können, um den vielen verschiedenen Flaschenhalsabmessungen und Flaschenmaterialien angepaßt zu werden. Beispielsweise kann eine geformte Kappe mit einem zylindrischen Vorformling, der geeignet ist, als Stöpseldichtung für eine Kunststoffflasche verwendet zu werden, auch verwendet werden, um eine Randdichtung für die gleiche oder eine andere Kunststoffflasche oder als Randdichtung für eine Glasflasche verwendet werden, indem einfach andere Rollwerkzeuge verwendet werden. Auf die gleiche Weise kann die Dichtungshöhe für eine Randdichtung ohne weiteres beim Rollvorgang verändert werden, um ihre Verwendung für Flaschen mit vielen verschiedenen Gewindehöhen zu ermöglichen. Auf diese Weise kann ein einziges Spritzgießwerkzeug verwendet werden, um Kappen zu erzeugen, die zu vielen verschiedenen Flaschenabmessungen passen, woraus sich eine erhöhte Wirtschaftlichkeit beim Kappenform- und Herstellungsvorgang ergibt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Kappen und belaglosen Dichtungen geöffnet und abgenommen werden können, ohne daß sie abspringen, wenn der Inhalt des Behälters unter Druck steht. Beispielsweise sollte bei einer erfindungsgemäßen Stöpseldichtung der Abstand zwischen dem unteren Teil des Deckels 12 und dem Dichteingriff der Außendichtfläche 36 nicht mehr als 1/2 Gewindegang der Kappengewinde betragen, so daß mindestens 1/2 Umdrehung des Gewindeeingriffs verbleibt, nachdem die Außendichtfläche 36 während des Abnehmens der Kappe die Innenwand 46 der Öffnung 42 freigegeben hat. Bei den meisten Käppen würde diese Abmessung etwa 1,52 bis 2,29 mm (etwa 0,060 bis 0,090 Zoll) betragen. Bei einer Randdichtung sollte das elastische Zusammendrücken der Dichtung nicht größer ist als 1/2 Gewindegang der Kappengewinde, so daß mindestens 1/2 Umdrehung des Gewindeeingriffs verbleibt, nachdem die untere Dichtfläche 32 der Dichtung 16 den Rand 40 des Flaschenhalses 38 freigegeben hat. Diese Abmessung würde erwartungsgemäß auch normalerweise zwischen 1,52 und 2,29 mm (0,060 und 0,090 Zoll) liegen.
Bei einer 28 mm großen Polypropylenkappe betragen die typischen Abmessungen der "O"-Ringrolle 24 der Dichtung 16 etwa 1,02 bis 3,81 mm (etwa 0,040 bis 1,150 Zoll) für den Rollendurchmesser und etwa 0,18 bis 0,76 mm (etwa 0,007 bis 0,030 Zoll) für die Wanddicke, und der radiale Querschnitt bildet vorzugsweise einen Bogen oder eine kontinuierliche Kurve von mindestens 180 Grad. Als Stöpseldichtung hat sie normalerweise einen Außendurchmesser an ihrer Dichtfläche 36, der 0,51 bis 1,52 mm (0,020 bis 0,060 Zoll) größer ist als die Innenwand 46 des Halses 38, wobei größere Bereiche für größere Kappen anwendbar sind. Damit die Rolle 24 die maximale Verbesserung der Kunststoffeigenschaft durch erfindungsgemäß bewirkte Spannungen erreicht, setzen die bevorzugten Abmessungen eine maximale Wanddicke und einen minimalen Rollendurchmesser, niedrige Rolltemperaturen und hohe Rollgeschwindigkeiten voraus.
Kappengrößen reichen normalerweise von unter 20 mm bis 120 mm, und Flaschen- und/oder Glasgrößen reichen von unter 56,7 g (2 Unzen) bis 3,63 kg (128 Unzen) Fassungsvermögen. Behälter mit einem größeren Fassungsvermögen, z.B. trommelförmige Behälter und Fässer, sind auch für die erfindungsgemäße Anwendung geeignet, sowie auch kleinere Ampullen oder sonstige Behälter.
Geeignete Kunststoffe, die zur erfindungsgemäßen Ausbildung der Kappen und belaglosen Dichtungen verwendet werden können, sind u.a. Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Acrylnitril-Styrol-Butadien-Polymere und viele andere halbstarre und starre Kunststoffmaterialien. Zusätzlich wählbare andere Kunststoffe, die in der erfindungsgemäßen Praxis verwendet werden, werden aus der Gruppe von Kunststoffen gewählt, die die Tatsache gemeinsam haben, daß, wenn sie über ihre Streckgrenze hinaus gedehnt werden sie mikroskopische Hohlräume oder Risse im Kunststoff entwickeln, die dazu dienen, ihn weich und zusammendrückbarar zu machen, auch wenn keine Restzugbeanspruchung vorhanden ist. Die Gruppe von Kunststoffen, die dieses Verhalten aufweist, schließt im wesentlichen alle Polymerklassen (z.B. Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyolefine, Polycarbonate, Polysulfone, Nylone usw.) ein, und vorzugsweise aus der Gruppe von Kunststoffen gewählt, die als Legierungen, Mischungen, Multipolymere, Mehrphasenpolymere oder unter anderen Bezeichnungen bekannt sind, von denen viele in Modern Plastics Encyclopedia, 1986-1987, S. 105 bis 111 aufgeführt sind, auf die hier Bezug genommen wird. Beispiele für solche Polymere sind Propylen-Copolymere (z.B. Shell 7522), Ethylen-Propylen-Copolymere (z.B. Himont SB781) und kautschukmodifiziertes Polystyrol (z.B. Monsanto Lustreks 4300). Normalerweise erzeugt das Propylen-Copolymer Shell 7522 Hohlräume im Bereich von etwa 0,25 µm bis etwa 3,0 µm.
Die erfindungsgemäßen belaglosen Dichtungen können für sehr viele verschiedene Kappen, die Kombinationen mit anderen Materialien aufweisen (z.B. Kappen mit Metalldeckelabschnitten oder Abschnitten, die andere Kunststoffe aufweisen als die, die für die Dichtung verwendet werden), verwendet werden. Solche belaglose Dichtungen können verwendet werden, um sehr viele verschiedene Behälter für sehr viele verschiedene Erzeugnisse zu verschließen und abzudichten, nämlich: Getränke, einschließlich kohlensäurehaltige, alkoholfreie Getränke und pasteurisierte Getränke, z.B. Bier; Nahrungsmittel, insbesondere solche, wo die Behälterdichtleistung problematisch ist, einschließlich sauerstoffempfindliche Nahrungsmittel, z.B. Mayonnaise, Erdnußbutter und Salatöl, und einschließlich aggressive Nahrungsmittel, z.B. Essig, Zitronensaft; und Haushaltschemikalien, einschließlich Bleichmittel und Reinigungsmittel, Medikamente und Kosmetika und andere Erzeugnisse, die ein dichtes und immer wieder erneutes dichtes Verschließen mit höchster Integrität erfordern, und zwar unter Bedingungen eines möglichst großen Vertriebes und breitester Anwendungsmöglichkeiten.
Ferner können die belaglosen erfindungsgemäßen Dichtungen in Verbindung mit anderen Arten von belaglosen Dichtungen, einschließlich anderer Arten von erfindungsgemäßen Dichtungen, verwendet werden und können an verschiedenen oder allen Flächen des Halses 38 zu Anwendung kommen. Außerdem können die erfindungsgemäßen belaglosen Dichtungen mit sehr vielen verschiedenen Kappen verwendet werden, einschließlich Einrastkappen und Gewindekappen mit oder ohne Abreißringen. Insbesondere können die erfindungsgemäßen belaglosen Dichtungen mit Kappen mit Abreiß- oder abtrennbaren Ringen verwendet werden, die in US-A-4 709 824 beschrieben sind.
In Fig. 18 bis 20 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausbilden des gerollten Abschnitts 24 der Dichtung 16 dargestellt, wobei die Rolle im Verhältnis zu den Figuren 1 bis 7 enger und die Dehnung größer ist. Fig. 18 zeigt eine röhrenförmige Wand 18, in die ein Eingriff erfolgt ist und die mit einem Werkzeugteil 56a nach außen gedreht worden ist, um einen horizontalen Wandabschnitt 18a auszubilden. Die horizontale Auswärtsrichtung des Wandabschnitts 18a nach Zusammendrücken durch das Werkzeugteil 56a wird sichergestellt durch eine nach außen gerichtete Abschrägung des freien Endes 22 am Rand 30. Als zusätzliche Möglichkeit kann die obere Fläche des inneren Werkzeugteils 56a nach außen abgeschrägt sein, oder die Wand 18 kann mit einem konischen oder einem nach außen geschwungenen freien Ende ausgebildet sein, um die Auswärtsrichtung des Wandabschnitts 18a sicherzustellen. Fig. 19 zeigt, wie der horizontale Wandabschnitt 18a nach oben gedreht wird, um die relativ enge "U"-förmige Rolle 24 zu erzeugen, indem der Weg des Werkzeugteils 56a zweckmäßig unterbrochen und die Bewegung des Werkzeugteils 56b fortgesetzt wird. Nachdem das freie Ende 30 der Wand 18 nach oben gedreht worden ist, dreht es in einer engen Rolle nach innen, und zwar infolge der Spannungen, die durch sein plastisches Erinnerungsvermögen verursacht werden. Der in diesem Verfahren erzeugte Rollring 16 kann eine "J"-, "U"- oder Viertelrundform haben, indem geeignete Maße für die Wand 18 und das Werkzeug 56 verwendet werden und/oder indem das Zusammendrücken der Wand 18 durch das Werkzeug 56 verändert wird. Die Beendigung der Bewegung des Werkzeugteils 56a relativ zur röhrenförmigen Wand 18 und zum Werkzeugteil 56b kann plötzlich erfolgen, erfolgt jedoch vorzugsweise allmählich, um die Ausbildung eines engen Rollrings 16 zu erleichtern. Die vorgeformte Wand 18 ist vorzugsweise vertikal, wobei der gerollte Abschnitt 24 erzeugt wird, um die maximal zu bewirkende Krümmung und den höchsten Grad der Dehnung und der Erweichung zu erreichen.
Als zusätzliche Möglichkeit kann das Werkzeug 56 einheitlich sein, wie in Fig. 20 dargestellt, oder die Werkzeugteile 56a und 56b können verwendet werden, um ihre entsprechenden Abschnitte des Rollvorgangs an getrennten Arbeitsstationen auszuführen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das gerollte freie Ende 22 durch eine geeignete Änderung des abgeschrägten Querschnitts des freien Endes 22 der Wand und durch Abmessungen und eine Abfolge von Schritten der Werkzeugteile 56a und 56b nach innen gerollt herzustellen. Wie dargestellt, ist die Rolle in der Ausführungsform gemäß Fig. 20 nicht so eng, wie in Fig. 19 dargestellt. In diesem Fall ist das vertikale Teil 56b von der sich nach unten erstreckenden Wand 18 weiter beabstandet als das entsprechende vertikale Teil 56b gemäß Fig. 19. Mit diesem Verfahren ist also die Enge der Rolle ohne weiteres einstellbar.
In Fig. 21 bis 23 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, in der das gerollte freie Ende 24 durch einen im allgemeinen flachen Abschnitt 48 von der Befestigungsstelle des oberen Endes 20 am Deckel 12 horizontal verschoben ist Auf diese Weise kann das gerollte freie Ende 24 ohne Einschränkung zusammengedrückt werden, wenn es als Randdichtung ohne die verstärkenden Einflüsse des oberen Endes 20 auf seine Zusammendrückbarkeit verwendet wird. Fig. 21 zeigt, daß die Kappe 10, so wie sie geformt ist, vor dem Rollen über dem Rollwerkzeug 27 positioniert ist. Das Rollwerkzeug hat eine Rille bzw. Nut 28 mit einem abgeschrägtem Abschnitt 38, einem flachen Abschnitt 41a und einem gebogenen Abschnitt 41b. Unter dem Druck des Werkzeugs 27 dringt das freie Ende 22 der Kappe in die Nut 28 am abgeschrägten Eintrittsabschnitt 39 ein, bewegt sich nach außen entlang dem flachen Nutabschnitt 41a, bis es von dem gebogenen Abschnitt 41b nach oben gebogen wird, woraufhin es sich infolge seines plastischen Erinnerungs- Vermögens weiter nach oben und nach innen rollt. Als zusätzliche Möglichkeit kann das Aufwärts- und Einwärtsrollen erleichtert werden, indem die Unterseite des Deckels 12 so ausgebildet wird, daß eine Nut 11 entsteht, um das freie Ende 22 aufzunehmen und an dessen Umformung mitzuwirken. Fig. 23 zeigt das gerollte freie Ende 24 im zusammengedrückten Dichteingriff mit dem Rand 40 des Flaschenhalses 38, wobei das obere Ende 20 von der Fläche des Dichteingriffs weg verschoben ist. Als zusätzliche Möglichkeit kann das gerollte freie Ende 24 vom oberen Wandabschnitt 20 unter Verwendung geeigneter Modifikationen des Werkzeugs 27 nach innen verschoben werden.
In Fig. 24 und 25 ist eine erfindungsgemäße Gewindekap pe mit einem getrennten Deckel dargestellt. Fig. 24 zeigt eine Kappe, so wie sie geformt ist, mit einem Deckel 12, der eine mittige Öffnung 13 aufweist, die durch eine sich nach unten erstreckende Wand 18 mit einem oberen Abschnitt 20 und einem freien Ende 22 begrenzt wird. Die mittige Öffnung 13 ist an der oberen Fläche des Deckels 12 durch einen nach innen gerichteten Vorsprung 15 begrenzt. In der Öffnung 13 befindet sich ein Metalldeckelabschnitt 50, der den nach innen gerichteten Vorsprung 15 des Deckels berührt und von einem oberen Wandabschnitt 20 begrenzt wird. Fig. 25 zeigt die Kappe 10 mit ihrem Metalldeckelabschnitt 50, nachdem die Wand 18 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gerollt worden ist, wie in Fig. 3 bis 5 dargestellt, außer daß der gerollte Abschnitt 24 nach innen gerichtet ist, um mit dem Metalldeckelabschnitt SO in einen festen Dichteingriff zu treten. Die Kappe 10 ist nun be reit zum Aufbringen der Kappe auf einen Behälter, und der gerollte Abschnitt 24 ihrer belaglosen Dichtung 16 führt einen Dichteingriff sowohl mit dem Behälterhals als auch mit dem Metalldeckelabschnitt 50 der Kappe durch. Als zusätzliche Möglichkeit kann der mittige Deckelabschnitt 50 aus anderen Mate rialien hergestellt sein, z.B. aus Kunststoff, der Durchsichtigkeit, eine Sperrschicht, günstige Kosten und weitere Vorteile bietet.
In Fig. 26 und 27 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, bei der ein hohlförmiger Ring ausgebildet und so verschweißt ist, daß er einen hohlen Raum umschließt, wodurch ein Artikel mit pneumatischen Qualitäten entsteht. Fig. 26 stellt eine Wand 18 dar, wobei ihr freies Ende teilweise mit einem Werkzeug 26 gerollt worden ist. Das Werkzeug 26 weist eine ringförmige Rille bzw. Nut 28 auf, von der ein Abschnitt begrenzt ist durch einen ringförmigen Werkzeugeinsatz 52 zum Erwärmen auf eine hohe Temperatur und durch einen isolierenden Abschnitt 51, der es ermöglicht, daß der Rest des Werkzeugs 26 bei einer niedrigeren Temperatur arbeiten kann. Das freie Ende 22 hat einen Rand 30, der eine verringerte Dicke hat, die schneller als der Rest des freien Endes 22 auf eine Schmelztemperatur erwärmt werden kann. Der erwärmte Werkzeugeinsatz 22 wird auf eine Temperatur erwärmt, die hinreichend über dem Schmelzpunkt des Kunststoffs liegt, um den Rand 30 mit der verringerten Dicke zu schmelzen, aber nicht hoch genug ist, um die dickeren nachfolgenden Abschnitte des freien Endes 22 zu schmelzen, wenn es mit ihm während des Rollens in Berührung kommt, um eine "O"-Form 24 des freien Endes 22 auszubilden. Wenn der geschmolzene Rand 30 seinen Rollvorgang beendet, berührt er die Wand 18 und bildet eine geschweißte Befestigung 19 mit dieser aus, wie in Fig. 27 dargestellt. Dadurch wird verhindert, daß das resultierende gerollte freie Ende 24 keine Möglichkeit hat, sich zu entrollen, und außerdem wird es dadurch in eine pneumatische Form verwandelt. Als zusätzliche Möglichkeit kann das gerollte freie Ende 24 verschweißt oder auf andere Weise mit anderen Mitteln verbunden werden, nachdem der "O"-förmige Querschnitt ausgebildet worden ist.
In Fig. 28 bis 30A ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der ein nichtdichtender Abschnitt der erfindungsgemäßen belaglosen Dichtung 16 radial geschlitzt ist, um während eines durch Zusammendrücken bewirkten Dichteingriffs verbesserte Elastizität erreicht wird. Fig. 28 zeigt einen Querschnitt eines nach innen gerollten freien Endes 24 mit einem Schlitz 54 an seinem Innenabschnitt 34. Die Schlitze dienen der Beseitigung der Umfangsfestigkeit des Innenabschnitts 34, so daß der Widerstand gegen das Zusammendrücken in erster Linie in Rollrichtung auftritt. Fig. 29 und 30 zeigen ein Schlitzwerkzeug 58 mit Schlitzelementen 59, die radial um dessen oberen Umfang herum beabstandet sind. Um die geschlitzte belaglosen Dichtung 16 herzustellen, wird das gerollte freie Ende 24 zunächst nach dem Verfahren, das in Fig. 3 bis 5 be schrieben ist, hergestellt, und dann wird das Schlitzwerkzeug 58 in Eingriff mit ihm gebracht, um die Schlitze zu erzeugen (siehe Fig. 30A). Als zusätzliche Möglichkeit kann das geschlitzte gerollte freie Ende mit einer Auswärtsrichtung hergestellt werden. Außerdem können die Schlitze so hergestellt werden, daß sie sich zur Lippe 30 erstrecken, und zwar nach dem Rollen oder durch Schlitzen der Wand 18 vor dem Rollen.
In Fig. 31 bis 33 ist eine Einrastkappe 10 und eine einstückige Stöpseldichtung 16a dargestellt, wobei die Rolle 24a durch ein Rollwerkzeug 26 nach innen und nach oben ausgebildet ist, so daß die äußere Dichtfläche 36 an das obere Ende und an die Befestigungsstelle 20 der Dichtung 16a angrenzt. Die Einwärtsrichtung der Rolle 24 wird erreicht, indem die Mitte der konkaven Form 33 der Rollnut 28 nach innen hinter die zylindrischen Ebene der Wand 18 verlegt wird, wie durch die gestrichelten Linien 35 in Fig. 31 dargestellt. Um in dieser Ausführungsform die maximale Zusammendrückbarkeit und Anpassungsfähigkeit der Dichtung 16a an die Halswand 46 zu entwickeln, muß die Ebene der Befestigungsstelle 20 soweit wie möglich von der Ebene der Halswand 46 verschoben werden. Deshalb muß die maximale Krümmung auf der äußeren Dichtfläche 36 entstehen, die nun an die Befestigungsstelle 20 angrenzt. Dies wird erreicht, indem die Mitte der konkaven Form 33 der Nut 28 so eng wie möglich an die Ebene der Wand 18 verschoben wird, was dadurch erleichtert wird, daß das untere freie Ende 30 der Wand 18 ab der Mitte der konkaven Form 33 einen abgeschrägten Querschnitt erhält und daß jegliche Beschränkungen gegenüber der freien Auswärtsverschiebung der Fläche 36 beseitigt werden, die durch die Spannungen entstehen, die während des Rollvorgangs bewirkt werden, indem ein breiter freier Raum in dem nach außen geneigten Abschnitt 36 der Nut 28 hergestellt wird. Dadurch wird die Ebene der Dichtfläche 36 weiter von der Befestigungsstelle 20 weg verschoben, wie in Fig. 33 dargestellt. Der radiale Querschnitt des gerollten Abschnitts der Dichtung 16a weist vorzugsweise einen Bogen oder einen gekrümmten Abschnitt von etwa 90 bis etwa 450 Grad auf.
In Fig. 34 ist eine Gewindekappe 10 und eine einstückige Stöpseldichtung 16b dargestellt, bei der die Rolle 24b durch ein Rollwerkzeug (nicht dargestellt) nach innen und nach oben ausgebildet worden ist. Infolgedessen steht der hohle Innenraum 48 des "O"-Rings in Verbindung mit dem Inneren des teilweise dargestellten Behälters 37. Auf diese Weise ist der Innendruck 50 (mit Pfeilen dargestellt) im Behälter 37 gegen die Innenfläche 52 des seitlichen Dichtabschnitts 36 gerichtet, wodurch dieser Druck dazu verwendet wird, den Dichtemgriff zu verstärken, der durch das erzwungene Einpassen der Dichtung 16b in die Wand 46 der Öffnung 42 entsteht. Somit wird der Innendruck 50, der den Dichtabschnitt 36 an deren Grenzfläche von der Wand 46 trennen will, von dem gleichen Druck 50 ausgeglichen, der den Dichtabschnitt 36 gegen die Wand 46 der Öffnung 42 drückt. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform hat bestimmte Vorteile für Behälter mit unter Druck stehenden Erzeugnissen.
Fig. 35 stellt eine erfindungsgemäße Ausführungsform dar, bei der die einstückige Dichtung 16c eine "J"-förmige Rolle hat, die so ausgebildet ist, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Dichtung 16c wird als Stöpseldichtung im Dichteingriff mit der Wand 46 der Öffnung 42 des Flaschenhalses 38 verwendet. Die "J"-förmige Dichtung 16c hat die erfindungsgemäßen Vorteile, u.a. nämlich den gerollten und krummlinigen seitlichen Dichtabschnitt 36, einen unteren gerollten Abschnitt 32 und eine im wesentlichen nach innen gerichteten Verschiebung der Befestigungsstelle 20 von der Dichtfläche zwischen dem gerollten Seitenabschnitt 36 und der Wand 46. In dieser Ausführungsform sind die Dichtspannungen über den unteren Abschnitt 32, der einen halbrunden oder halbkreisförmigen Querschnitt hat, so verteilt, daß die lokalen Spannungen und das Kunststoffkriechen im Vergleich zu der erfindungsgemäßen Ausführungsform des "O"-Rings möglicherweise höher sind, aber dennoch innerhalb der gewünschten verbesserten erfindungsgemäßen Leistung liegen. Der radiale Querschnitt des gerollten Abschnitts der Dichtung 16c weist vorzugsweise einen Bogen von etwa 90 bis 180 Grad auf.
In Fig. 36 ist eine einstückige "O"-Ringdichtung 16d dargestellt, die der Dichtung 16 gemäß Fig. 5 bis 7 entspricht, allerdings mit einem größeren Durchmesser, so daß, wenn die Kappe 10 auf den Flaschenhals 38 aufgebracht wird, die Dichtung 16d sich nicht vollständig in die Öffnung 42 einfügt, sondern von der Innenkante 44 des Halsrandes 40 so zusammengedrückt wird, daß ein Dichteingriff an der Kante 44 und an den an sie angrenzenden Flächen am Rand 40 und an der Wand 46 der Öffnung 42 entsteht. Ein solcher Dichteingriff nutzt die hohe Zusammendrückbarkeit des hohlen "O"-Rings 24d vorteilhaft, um die Dichtintegrität der Dichtung 16d zu verbessern, indem große Dichtflächen am Rand 40 und an der Wand 46 zusätzlich zu einem hohen lokalen Dichtdruck an der Kante 44 erzeugt werden, während ein großer Teil der Elastizität beibehalten wird, die durch ihren krummlinigen Querschnitt und dadurch, daß sie sich in der horizontalen Ebene bewegen kann, mit bewirkt wird.
In Fig. 37 ist die "O"-Ringdichtung 16e der Dichtung 16 gemäß Fig. 5 und 7 und der Dichtung 16d gemäß Fig. 36 ähnlich, außer daß ihr größerer Durchmesser in der horizontalen Ebene direkt über dem Flaschenhalsrand 40 liegt, wo er als rein vertikale Druckdichtung unter Verwendung der vorteilhaften hohlen "O"-Ringform 24e verwendet wird. Eine Aussparung 35 ist im Deckel 12 über dem "O"-Ring 24e vorhanden, um eine genaue Anpassung an ihre äußere konvexe Fläche zu erreichen. Infolgedessen ist die Leistung der Dichtung 16e gleich der der Dichtung 16, außer daß ihr Dichteingriff mit dem Rand 40 erfolgt, sie sich nicht in der horizontalen Ebene bewegen kann und Dichtdrücke in Abhängigkeit vom Drehmoment, das beim Aufbringen der Kappe aufgewendet wird, bei Bedarf auf viel höhere Werte erhöht werden können.
In Fig. 38 ist die Dichtung 16f zu einer halbkreisförmigen oder "U"-Form 24f ausgebildet. Diese Form wird auf die gleiche Weise erzeugt, wie die "J"-Form 16c, die in Fig. 4 dargestellt ist, außer daß der vertikale Schenkel der Wand 18 weggelassen ist. Anstoßerhöhungen 54 und 56 sind in die Unterseite des Deckels 12 eingearbeitet, um die Lippe 30 fest in Position zu bringen und sie an ihre Bewegung während der Verwendung zu behindern. Die Leistung der Dichtung 16f ist unter den meisten Gesichtspunkten vergleichbar mit der "O"-Ringform der Dichtung 16e gemäß Fig. 37, außer daß ihr kleinerer Querschnitt eine höhere spannungskonzentration und stärkeres plastisches Kriechen bewirkt, obwohl er sich innerhalb der erfindungsgemäßen gewünschten verbesserten Leistungswerte befindet. Als zusätzliche Möglichkeit kann die Anstoßerhöhung 54 erhöht sein, um eine weitere Verstärkung für den unteren Abschnitt 32 der Dichtung 16f und eine zwangsläufige Beendigung ihres Zusammendrückens während des Dichteingriffs zu erreichen.
Fig. 39 stellt eine belaglosen Dichtung 16g mit einer "O"-Ringform mit einem stark gerollten Querschnitt 24g dar, der eine konkave Fläche 53, die sich im Deckel 12 befindet, berührt. Im Dichteingriff berührt die Dichtung 16g auch eine konkave Fläche 58, die sich am Halsrand 40 befindet. Die Dichtung 16g wird durch ein vollständigeres Rollen der "O"- Ringform der Dichtung 16e gemäß Fig. 37 erzeugt. Die konkaven Flächen 53 und 58 sind so dimensioniert, daß sie sich an die Krummung der Rolle 24g der Dichtung 16g anpassen, so daß, wenn die Kappe 10 während des Aufbringens auf den Hals 38 mit entsprechender Kraft gedreht wird, die Dichtung 16g daran gehin dert wird, eine ovale Form anzunehmen, und dadurch die durch Zusammendrücken entstehenden Dichtspannungen zum weiteren Rollen der Dichtung 16g vollständiger weitergibt. Infolgedessen werden die durch Zusammendrücken erreichten Dichtspannungen noch gleichmäßiger verteilt als bei der Dichtung 16e gemäß Fig. 37, was zu einer verbesserten Kriechfestigkeit und Beibehaltung der Dichtintegrität führt.
Fig. 40 und 41 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der der Flaschenhals 38 gemäß Fig. 39 mit seiner konkaven Fläche 58 verwendet werden kann, um die vorgeformte zylindrische Wand 18 der Kappe 10, so wie sie geformt ist, zu rollen, wie in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 40 ist die Wand 18 mit einem konkaven Rand 58 des Flaschenhalses 38 geformt (vorgeformt), der bereitsteht, mit der Wand 18 in Eingriff zu treten und diese zu rollen, während die Kappe 10 auf gebracht wird. Fig. 41 zeigt die Ergebnisse, nämlich wie die Kappe auf dem Flaschenhals 38 sitzt, und zwar nach dem Abwärtsschub der Wand 18 in die konkave Oberfläche 58 hinein, was zu einer erfindungsgemäßen Dichtung 16.h mit einer "O"- Ringform 24h führt.
Fig. 42 bis 44 zeigt die Ausbildung und den Dichtemgriff eines erfindungsgemäßen "O"-Rings 24j auf der Unterseite des Kappendeckels 12, so daß dieser mit der äußeren ringförmigen Kante 60 des Halsrandes 40 in Eingriff tritt.
Gemäß Fig. 42 weist das Rollwerkzeug 26 eine ringförmige Umformnut 31a auf, die an dessen oberster äußerster Stelle angeordnet ist, wobei die Übergangsdichtung 16i nach außen und geringfügig nach oben gerollt ist. Wenn das Ende 30 der Übergangsform 24i die Umformnut 31a verläßt, ist es sowohl nach außen als auch nach oben gerichtet, was zu einer vollständigen "O"-Ringform 24j führt, die sich aus dem Nutumfang des Rollwerkzeugs 26 hinaus deutlich in die Innenkante 36 der Kappe 10 hinein erstreckt, wie in Fig. 43 dargestellt. An dieser Stelle tritt sie mit der Außenkante 60 und dem benachbarten Rand 40 und der benachbarten sich nach unten erstreckenden Fläche 64 des Flaschenhalses 38 in Dichteingriff, wie in Fig. 44 dargestellt. Die Leistung der Dichtung 16j ist auf vielerlei Weise mit der der Dichtung 16d gemäß Fig. 36 vergleichbar.
Fig. 45 und 46 zeigen die Verwendung einer erfindungsgemäßen gerollten Viertelrunddichtung 16k, die an ihrem freien Ende festgehalten wird, um ihre Dichtfestigkeit zu erhöhen und ihre Dichtbelastungen gleichmäßiger zu verteilen.
Fig. 45 zeigt eine Viertelrunddichtung 16k, die gerollt ist, um mit einer Kante 66 in der Innenwand des Kappenrandes 14 in Eingriff zu treten und von dieser festgehalten zu werden. Wie in Fig. 46 dargestellt, wird durch den Eingriff der äußeren oder Außenkante 60 des Halsrandes 40 die Dichtung 16k zusammengedrückt. Dabei wirken den Dichtbelastungen sowohl die Befestigungsstelle 20 als auch der Eingriff zwischen dem Rand 30 und der Kante 66 entgegen. Infolgedessen werden die Spannungen gleichmäßiger verteilt. Der radiale Querschnitt des gerollten Abschnitts der Dichtung 16k weist vorzugsweise einen Bogen von etwa 60 bis 90 Grad auf.
Fig. 47 zeigt, wie der Flaschenhals 38 verwendet werden kann, um eine Viertelrunddichtung 16k gemäß Fig. 45 nachträglich auszubilden. In dieser Ausführungsform hat die Außenkante 60 des Halses 38 eine abgeschrägte, geringfügig konkave Fläche, um während des Aufbringens der Kappe mit dem Ende 30 der vorgeformten Wand 18 (nicht dargestellt) in Eingriff zu treten. Fig. 47 zeigt die Ergebnisse, nämlich wie die Kappe 10 vollständig auf dem Flaschenhals 38 sitzt, und zwar nach einem Abwärtsschub der Wand 18 auf die abgeschrägte Außenkante 60, was zu einer erfindungsgemäßen Dichtung 16k mit einer Viertelrundform 24k führt. Als zusätzliche Möglichkeit kann die Innenkante 44 des Flaschenhalses 38 ebenso abgeschrägt und geformt sein, um während des Aufbringens der Kappe mit der vorgeformten Wand 18 in Eingriff zu treten und diese zu rollen, um eine modifizierte Stöpseldichtung auszubilden.
Fig. 48 bis 50 zeigen, wie der erfindungsgemäße Rollvorgang mit dem Rollvorgang, der in US-A-4 709 824 beschrieben ist, kombiniert werden kann, um die belaglose Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und den Abreißring der ebenfalls von mir angemeldeten Erfindung gleichzeitig auszubilden.
Wie in Fig. 48 dargestellt, wird die Kappe 10 mit einer Linie geringer Festigkeit 17 mit Brücken 66 und mit einem sich nach unten erstreckenden röhrenförmigen Band 68 sowie mit der vorgeformten ringförmigen Wand 18, die sich vom Deckel 12 zur Ausbildung einer inneren einstückigen oder belaglosen Dichtung 16 nach unten erstreckt, ausgebildet. Die Wand 18 weist ein oberes Ende 20, das mit dem Deckel 12 einstückig ist, und ein sich nach unten erstreckendes freies Ende 22 auf.
In der dargestellten Ausführungsform hat das Rollwerkzeug 80 einen oberen Abschnitt 25 mit einer ringförmigen Nut 28 zum Ausbilden einer Einwärtsrolle am freien Ende 22 und einem unteren Abschnitt 42 mit einer ringförmigen Nut 84 zum Ausbilden einer Einwärtsrolle am freien Ende 72. Wie dargestellt, ist der obere Abschnitt 26 des Werkzeugs in der ringförmigen Nut 84 positioniert, erstreckt sich nach oben und hat einen Durchmesser, der geringer ist als der Durchmesser der Kappe 10, so daß er sich dorthin erstrecken kann, um die belaglose Dichtung 16 auszubilden.
Gemäß Fig. 48 ist das Werkzeug 80 unter und in der Kappe 10 positioniert und steht bereit, gleichzeitig mit der äußeren und der inneren röhrenförmigen Wand 68 und 18 in Eingriff zu treten. Fig. 49 zeigt das Rollwerkzeug 80 in vollem Eingriff mit der Kappe 10, die die Ausbildung einer "O"- Ringrolle 24 beendet hat, um die belaglose Dichtung 16 und einen Abreißring 76 zu erzeugen. In dieser Ausführungsform wird die Wand 68 in einem geringeren Maße gerollt als bei der "O"- Ringrolle 24 der belaglosen Dichtung 16, indem das durch das Rollen bewirkte Zusammendrücken im geeigneten Stadium unterbrochen wird. Dies führt zu einer "J"-Form bei dem Ring 76, der in Eingriff mit einem Verschlußring 41 des Flaschenhalses 38 steht, wie in Fig. 50 dargestellt. Gleichzeitig ist die belaglose "O"-Ringdichtung 16 eine Stöpseldichtung, die mit der Wand 46 der Flaschenöffnung 42 in ihrem Hals 38 in Dichteingriff tritt.
Die Erfindung in ihren allgemeineren Aspekten ist nicht auf die beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, und innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche sind Modifikationen möglich, ohne von den Prinzipien der Erfindung abzuweichen und ohne auf die Hauptvorteile zu verzichten.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Kappe mit einer belaglosen Kunststoffdichtung, mit den Schritten:

Herstellen einer Kappe mit einer oberen Wand, die einen Abschnitt mit einer Fläche für eine belaglose Dichtung in der Kappe aufweist, die Kunststoff aufweist, der aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Polymeren besteht, die beim Dehnen mikroskopische Hohlräume erzeugen, die den Kunststoff weicher und zusammendrückbarer machen, und

Ineingriffbringen des Abschnitts der Kappe mit einem Werkzeug zum Vordehnen der Fläche des Abschnitts zu einer belaglosen Kunststoffdichtung in der Kappe, die weicher ist als angrenzende nichtgedehnte Bereiche und die nach Eingriff eine vorgedehnte, vorweichgemachte belaglose Dichtfläche in dem Abschnitt bildet, die geeignet ist, sich zusammenzudrücken und zu dichten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die belaglose Kunststoffdichtung zu einer Querschnittsform gedehnt wird, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus einer Rolle, einem O, U, J oder einer Viertelrundung besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die belaglose Kunststoffdichtung so gedehnt wird, daß ihre weichgemachte Dichtfläche in einem Spannungszustand ist.

4. Kappe, die nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.

5. Kappe für einen Behälter, mit:

einer oberen Wand und einer Wand, die sich von der oberen Wand in der Kappe nach unten erstreckt, die Kunststoff aufweist und die einen Abschnitt mit einer Dichtfläche aufweist, wobei der Kunststoff aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Polymeren besteht, die beim Dehnen mikroskopische Hohlräume erzeugen, die den Kunststoff weicher und zusammendrückbarer machen, und wobei der Kunststoff vorgedehnt ist, um die vorgedehnte, vorweichgemachte belaglose Dichtfläche zu bilden, die mikroskopische Poren aufweist und die nach Eingriff mit dem Behälter geeignet ist, sich zusammenzudrucken und zu dichten.

6. Kappe nach Anspruch 5, wobei die Dichtfläche zu einer Querschnittsform vorgedehnt ist, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus einer Rolle, einem O, U, J oder einer Viertelrundung besteht.

7. Kappe nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Dichtfläche so vorgedehnt wird, daß ihre weiche Dichtfläche in einem Spanungszustand ist.

8. Kappe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die obere Wand der Kappe eine Nut, die an der oberen Wand von der sich nach unten erstreckenden Wand seitlich beabstandet ist, zum Aufnehmen der Dichtfläche aufweist.

9. Kappe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Dichtfläche nach innen gerollt ist.

10. Kappe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Dichtfläche nach außen gerollt ist.

11. Kappe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, die eine Drehverschlußkappe ist.

12. Kappe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, die eine Einrastverschlußkappe ist.

13. Kappe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Dichtfläche eine Stopfendichtung, eine Deckeldichtung oder eine Kantendichtung ist.

14. Kappe nach einem der Ansprüche 5 bis 13 in Kombination mit einem Behälter.

15. Kombination nach Anspruch 14, wobei der Behälter aus Glas ist.

16. Kombination nach Anspruch 14, wobei der Behälter aus Kunststoff ist.