EP2396243B1 - Überdruckventil für einen verpackungsbehälter - Google Patents

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EP2396243B1
EP2396243B1 EP10700323.8A EP10700323A EP2396243B1 EP 2396243 B1 EP2396243 B1 EP 2396243B1 EP 10700323 A EP10700323 A EP 10700323A EP 2396243 B1 EP2396243 B1 EP 2396243B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
relief valve
pressure
diaphragm
main body
valve according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP10700323.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2396243A1 (de
Inventor
Hans-Peter Stadel
Herbert Stotkiewitz
Juergen Haak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2396243A1 publication Critical patent/EP2396243A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2396243B1 publication Critical patent/EP2396243B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D77/00—Packages formed by enclosing articles or materials in preformed containers, e.g. boxes, cartons, sacks or bags
    • B65D77/22—Details
    • B65D77/225—Pressure relief-valves incorporated in a container wall, e.g. valves comprising at least one elastic element

Definitions

  • the present invention relates to a pressure relief valve for a packaging container with significantly improved sealing properties.
  • valves for packaging containers are known from the prior art in various configurations.
  • the use of valves, in particular flexible packaging for food, is already realized by a variety of technical variants.
  • a main requirement of such valves is that they allow only small excess pressures in the packaging by appropriate opening and otherwise reliably prevent the ingress of ambient air. The penetration of ambient air must be prevented even at very low pressures that are well below the ambient pressure in the packaging.
  • the two objectives mentioned above are opposite to each other, since on the one hand only a small opening pressure to open the valve should be present and on the other hand, a high vacuum resistance to be provided. Therefore, valves that have high vacuum resistance also have a very high opening pressure. In contrast, valves with only a small opening pressure do not have the necessary vacuum resistance.
  • the US 5 992 442 A discloses a pressure relief valve for packaging containers with a base body and a flexible deformable valve membrane.
  • the pressure relief valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it opens even at very small pressures above the ambient pressure of less than 1000 Pa (10 mbar), in particular less than 500 Pa (5 mbar) and a very high vacuum resistance at a pressure difference of over 60000 Pa (600 mbar).
  • the pressures can be well below the ambient pressure.
  • the pressure relief valve comprises a base body having a through hole and a sealing surface and a membrane resting on the sealing surface.
  • the sealing surface has an inwardly tapering shape and between the membrane and the sealing surface is a thin fluid layer, in particular silicone oil arranged.
  • the membrane is flexible and has a deformable, i.e., soft, surface facing the sealing surface.
  • an inner annular groove is arranged on the main body radially inside the sealing surface, so that an inner edge is formed at the transition between the inner annular groove and the sealing surface.
  • the soft surface of the membrane makes it possible for the seal to deform the surface of the membrane and thus contribute to an improved sealing on the sealing surface.
  • the tapered sealing surface promotes the formation of a fluid film of different thickness, such that on a radially outer side of the sealing surface of the fluid film is thinner than on a radially inner side. This results in different adhesion forces and capillary forces, which on the radially inner side allow easier opening at overpressure (smaller forces due to larger fluid film thickness) and provide on the radially outer side for improved vacuum resistance (larger forces due to smaller fluid film thickness).
  • the sealing performance at a very low vacuum in the package is improved, and at the same time, the openability is not deteriorated in the presence of a very small overpressure of less than 500 Pa.
  • the sealing surface terminates with an inner edge at which the soft surface of the membrane can be compressed particularly well.
  • the deformable surface disposed on the membrane is formed by a separate layer on a flexible membrane material.
  • a soft surface can be achieved by the separate layer and the other membrane material can be made flexible and still have a certain rigidity and elasticity.
  • the entire membrane may be made of a material which ensures a soft surface of the membrane.
  • a plurality of radially inwardly projecting lugs are arranged on the base body, wherein the lugs center the membrane between them.
  • the base body comprises a plurality of retaining projections, which are integrally formed on the base body.
  • the holding projections prevent falling out of the membrane. As a result, it is possible in particular to dispense with a separate hold-down part for the membrane.
  • a circumferential groove in the base body is provided radially outside the sealing surface, so that an outer edge of the sealing surface is formed, on which the soft membrane surface seals securely.
  • the deformable surface of the membrane or the entire membrane is made of EPDM (ethylene-propylene-diene rubber) or NBR (nitrile-butadiene rubber) or silicone rubber.
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • NBR nitrile-butadiene rubber
  • the pressure relief valve further comprises a filter element, which is arranged at the passage opening.
  • the filter element is preferably arranged on a side of the base body directed towards the inside of the packaging.
  • a multiplicity of microperforations can also be provided, which together form the passage opening. In this case, however, a diameter of the micro perforation must be smaller than an average diameter of the packaged goods in order to prevent the packaged good passes through the micro perforations in the pressure relief valve.
  • the base body has an edge region, which is designed to fix the pressure relief valve on an inner side of a package.
  • the edge region comprises an inner ring, an outer ring and a middle ring, wherein the center ring protrudes further from a base surface than the inner ring and the outer ring.
  • FIGS. 1 to 5 a pressure relief valve 1 according to a first preferred embodiment of the invention described in detail.
  • the pressure relief valve 1 comprises a base body 4 and a membrane 6.
  • the pressure relief valve 1 is fixed to an inner side 3a of a package 3.
  • openings 3b are provided, under which the pressure relief valve 1 is attached.
  • an interior of the package 3 is identified by the reference numeral 2 and an outside of the package (environment) by the reference numeral 11 denotes.
  • the overpressure valve 1 has the task of delivering an optionally occurring in the package 3 overpressure to the outside 11 and to seal an optionally prevailing in the package 3 vacuum against the outside 11.
  • Such packages with pressure relief valve are used for example for coffee.
  • the base body 4 is cylindrical with a relatively small height and includes an edge region 18 and an enclosed by the edge region recess 23.
  • the base body 4 has a sealing surface 14 and a central base region 24.
  • a plurality of passage openings 9 are provided in the main body 4, through which a gas from the interior 2 to the outside 11 can flow.
  • the sealing surface 14 on the base body is formed such that it tapers towards the inside. This taper can be conical or alternatively arched or dome-shaped. Due to the inward taper of the sealing surface 14 is an outer edge 15 of the sealing surface is always at a slightly higher level than an inner edge 16 of the sealing surface.
  • higher level is meant that the outer edge 15 is in a plane perpendicular to the central axis XX of the pressure relief valve 1, which is closer to the packaging wall closer to the packaging wall, as a plane perpendicular to the central axis XX through the inner edge sixteenth
  • the central base region 24 is also at a somewhat lower level than the inner edge 16. Furthermore, an outer annular groove 13 is provided radially outside the sealing surface 14 and radially inside the sealing surface 14 an inner annular groove 12. The two annular grooves 12, 13 are formed circumferentially, wherein the outer annular groove 13 is slightly deeper than the inner annular groove 12th
  • a plurality of radially inwardly directed lugs 17 are provided on a shoulder of the body. As in particular from Figures 2 and 4 it can be seen, the lugs 17 are formed such that they center the membrane 6 between them. Furthermore, three down holders 22 are integrally formed on the base body 4, which prevent the membrane 6 from being released from the base body 4 by mistake. This is particularly important in the assembly of the pressure relief valve 1 or when a high pressure from the interior 2 is discharged to the outside and the membrane 6 performs a relatively large movement.
  • the edge region 18 is formed by means of ultrasound for a simple sealing process.
  • the edge region 18 comprises an outer ring 20, a middle ring 19 and an inner ring 21.
  • the middle ring 19 protrudes further from a base surface 25 than the outer ring 20 and the inner ring 21.
  • FIG. 4 how out FIG. 4 it can be seen, three through holes 9 are provided in the central base region 24 in this embodiment, which are arranged distributed evenly in the circumferential direction.
  • the through holes 9 in this case have a same shape and are separated from each other by webs 10.
  • a flat recess 26 is provided on a side facing the interior 2 side 7 of the base body 4, in which a filter element 8 is received (see. FIG. 1 ).
  • the filter element 8 is preferably also fastened by means of ultrasonic welding to the base body 4, wherein in the recess an annular projection 8a (or an energy director) is provided. This allows a fast, clean ultrasound seal with high strength.
  • a thin fluid layer 5 is provided between the sealing surface 14 on the base body 4 and the membrane 6. If a pressure in the packaging 3 is above an ambient pressure on the outside 11, a force dependent on the sum of the cross sections of the through-openings 9 acts against the membrane 6. This force is counteracted by capillary and adhesive forces of the fluid layer, which in particular are of a thickness the fluid layer are dependent. These forces decrease with increasing fluid layer thickness.
  • the pressure relief valve 1 opens when the resulting pressure forces on the membrane 6 are greater than the capillary or adhesive forces that hold the membrane on the base body 4. Due to the tapered configuration of the sealing surface 14 is now causes a fluid layer thickness in the region of the inner edge 16 is greatest and the capillary forces in this area are thereby the smallest.
  • the pressure relief valve 1 makes it possible to open at comparatively low overpressures of ⁇ 500 Pa above the pressure on the outside 11.
  • FIG. 5 shows a state in which the membrane 6 is just lifted from the central base region 24, but still on the sealing surface 14th is applied.
  • the internal overpressure can press on the circular cross-sectional area of the membrane 6 exposed according to the inner edge 16, so that a significantly larger area exists compared to the initial state in which the internal pressure acts only on the three passage openings 9 on the membrane 6 is.
  • an opening operation of the membrane is further supported.
  • FIG. 1 and 5 it can be seen, a small gap to the base body 4 is present at the radially outer region of the membrane 6, then the overpressure in the space between the pressure relief valve 1 and the package 3 and from there via the openings 3b to the outside 11 can flow.
  • the membrane 6 is pressed both on the sealing surface 14 and on the central base region 24.
  • the membrane 6 additionally seals on the central base region 24.
  • the soft or deformable surface 6a of the membrane 6 in this case that a deformation of the surface 6a occurs, in particular in the region of the sealing surface 14 (cf. FIG. 5 ).
  • the membrane 6 is reinforced in particular in the region of the outer edge 15 by the inwardly conical shape of the sealing surface 14 reinforced deformed on the surface, so that in the region of the outer edge 15 only a very small fluid film thickness is present.
  • the fluid is thus present at the outer edge 15 with only a small fluid thickness and at the inner edge 16 with a slightly larger fluid thickness.
  • the very low fluid thickness in the region of the outer edge 15 thus causes a very high vacuum resistance of the pressure relief valve 1.
  • the soft or deformable surface of the membrane 6 according to the invention additionally supports the vacuum resistance of the valve, without this adversely affecting an opening characteristic with only slight differences in pressure between the inner space 2 and the outer side 11. Due to the tapering arrangement of the sealing surface 14, a stronger deformation at the outer edge 15 than at the inner edge 16 is additionally supported, which additionally increases the vacuum resistance.
  • FIG. 6 a pressure relief valve 1 according to a second embodiment of the invention described in detail. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the preceding embodiment.
  • the pressure relief valve 1 of the second embodiment substantially corresponds to that of the first embodiment, wherein in the second embodiment, the passage openings are designed differently from the first embodiment.
  • a plurality of small perforations 29 are provided, which are each formed in bases 27 in three recesses 28.
  • Each of the perforations 29 has a diameter of about 60 to 120 microns.
  • FIG. 7 shows a pressure relief valve 1 according to a third embodiment of the invention, wherein identical or functionally identical parts with the same reference numerals as in the preceding embodiments are designated.
  • a central recess 30 is provided in the third embodiment and the plurality of perforations 29 are formed in a base 31 of the central recess 30.
  • the perforations 29 are arranged at different radii evenly distributed along the circumferential direction. It should be noted, however, that it is also possible for the perforations to be irregular.
  • the third embodiment has only one annular surface 32 which separates the central recess 30 from the inner annular groove 12. This annular surface 32 thus corresponds to the central base region 24 in the preceding embodiments. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiments, so that reference can be made to the description given there.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Safety Valves (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überdruckventil für einen Verpackungsbehälter mit signifikant verbesserten Dichtungseigenschaften.
  • Überdruckventile für Verpackungsbehälter sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Die Verwendung von Ventilen, insbesondere an flexiblen Verpackungen für Lebensmittel, ist bereits durch eine Vielzahl von technischen Varianten realisiert. Eine Hauptanforderung an derartige Ventile ist, dass sie durch entsprechendes Öffnen nur geringe Überdrücke in der Verpackung zulassen und ansonsten das Eindringen von Umgebungsluft sicher verhindern. Das Eindringen von Umgebungsluft muss dabei auch bei sehr geringen Drücken, die deutlich unter dem Umgebungsdruck liegen, in der Verpackung verhindert werden. In der Praxis sind die beiden oben genannten Ziele jedoch zueinander gegenläufig, da einerseits ein nur kleiner Öffnungsdruck zum Öffnen des Ventils vorhanden sein soll und andererseits eine hohe Vakuumfestigkeit bereitgestellt werden soll. Daher haben Ventile, die eine hohe Vakuumfestigkeit aufweisen, auch einen sehr hohen Öffnungsdruck. Im Gegensatz dazu haben Ventile mit nur geringem Öffnungsdruck nicht die notwendige Vakuumfestigkeit.
  • Die US 5 992 442 A offenbart ein Druckentlastungsventil für Verpackungsbehälter mit einem Grundkörper und einer flexibel verformbaren Ventilmembran.
  • Aus der EP 1 802 537 B1 ist ein Überdruckventil bekannt, welches in einer Vertiefung in einem Grundkörper teilweise unplan ausgebildet ist. Hierdurch ergeben sich Zonen unterschiedlichen Abstands zwischen der Vertiefung und einer Ventilmembran. Dieses Ventil hat sich grundsätzlich bewährt, allerdings gibt es in jüngster Zeit verstärkt An wendungsfälle, welche eine verbesserte Öffnungscharakteristik und Vakuumfestigkeit erfordern.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Überdruckventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es schon bei sehr kleinen Überdrücken über dem Umgebungsdruck von kleiner als 1000 Pa (10 mbar), insbesondere kleiner als 500 Pa (5 mbar) öffnet und eine sehr hohe Vakuumfestigkeit bei einem Druckunterschied von über 60000 Pa (600 mbar) aufweist. Somit können die Drücke auch deutlich unter dem Umgebungsdruck liegen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Überdruckventil einen Grundkörper mit einer Durchgangsöffnung und einer Dichtfläche sowie eine an der Dichtfläche aufliegende Membran umfasst. Die Dichtfläche weist eine sich nach innen verjüngende Form auf und zwischen der Membran und der Dichtfläche ist eine dünne Fluidschicht, insbesondere Silikonöl, angeordnet. Die Membran ist dabei flexibel und weist eine zur Dichtfläche gerichtete, verformbare, d.h., weiche, Oberfläche auf. Außerdem ist radial innerhalb der Dichtfläche eine innere Ringnut am Grundkörper angeordnet ist, so dass am Übergang zwischen der inneren Ringnut und der Dichtfläche eine Innenkante ausgebildet ist.
  • Die weiche Oberfläche der Membran ermöglicht es, dass bei der Abdichtung sich die Oberfläche der Membran verformt und so zu einer verbesserten Abdichtung an der Dichtfläche beiträgt. Ferner fördert die sich verjüngende Dichtfläche die Ausbildung eines Fluidfilms unterschiedlicher Dicke, derart, dass an einer radial äußeren Seite der Dichtfläche der Fluidfilm dünner ist als an einer radial inneren Seite. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Adhäsionskräfte und kapillare Kräfte, welche an der radial inneren Seite ein leichteres Öffnen bei Überdruck ermöglichen (kleinere Kräfte durch größere Fluidfilmdicke) und an der radial äußeren Seite für eine verbesserte Vakuumfestigkeit sorgen (größere Kräfte durch kleinere Fluidfilmdicke). Somit wird einerseits das Dichtverhalten bei einem sehr tiefen Vakuum in der Verpackung verbessert und gleichzeitig wird die Öffnungsfähigkeit bei einem Vorliegen eines sehr kleinen Überdrucks von kleiner 500 Pa nicht verschlechtert.
  • Durch die radial innerhalb des Dichtbereichs im Grundkörper angeordnete umlaufende Nut wird erreicht, dass die Dichtfläche mit einer Innenkante abschließt, an welcher die weiche Oberfläche der Membran besonders gut zusammengedrückt werden kann. Hierdurch können noch bessere Abdichtungseigenschaften erhalten werden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Vorzugsweise ist die an der Membran angeordnete verformbare Oberfläche durch eine separate Schicht auf einem flexiblen Membranmaterial gebildet. Hierdurch kann eine weiche Oberfläche durch die separate Schicht erreicht werden und das weitere Membranmaterial kann flexibel ausgestaltet werden und trotzdem eine gewisse Steifigkeit und Elastizität aufweisen. Alternativ kann auch die gesamte Membran aus einem Material hergestellt sein, welches eine weiche Oberfläche der Membran sicherstellt.
  • Weiter bevorzugt ist am Grundkörper eine Vielzahl von radial nach innen vorstehenden Nasen angeordnet, wobei die Nasen die Membran zwischen sich zentrieren. Dadurch kann einerseits eine gute und sichere Positionierung der Membran während des Betriebs erhalten werden und ferner verbleiben zwischen der Membran und einem Randbereich des Grundkörpers mehrere Spaltabschnitte, über welche ein aus der Verpackung ausgasendes Medium abgeführt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Grundkörper eine Vielzahl von Haltevorsprüngen, welche integral am Grundkörper gebildet sind. Die Haltevorsprünge verhindern dabei ein Herausfallen der Membran. Hierdurch kann insbesondere auf ein separates Niederhalteteil für die Membran verzichtet werden.
  • Weiter bevorzugt ist radial außerhalb der Dichtfläche eine umlaufende Nut im Grundkörper vorgesehen, so dass eine Außenkante der Dichtfläche gebildet wird, an dem die weiche Membranoberfläche sicher abdichtet.
  • Weiter bevorzugt ist die verformbare Oberfläche der Membran oder die gesamte Membran aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) oder NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk) oder Silikon-Kautschuk hergestellt. Hierbei sind auch verschiedene Kombinationen der Materialien möglich, beispielsweise ist die verformbare Oberfläche aus EPDM hergestellt und die restliche Membran aus NBR oder Silikon-Kautschuk. Weiter bevorzugt umfasst das Überdruckventil ferner ein Filterelement, welches an der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Filterelement dabei an einer zur Innenseite der Verpackung gerichteten Seite des Grundkörpers angeordnet. Alternativ kann statt des Filterelements auch eine Vielzahl von Mikroperforationen vorgesehen werden, welche gemeinsam die Durchgangsöffnung bilden. Hierbei muss jedoch ein Durchmesser der Mikroperforation kleiner sein als ein durchschnittlicher Durchmesser des in der Verpackung verpackten Gutes, um zu verhindern, dass das verpackte Gut durch die Mikroperforationen in das Überdruckventil gelangt.
  • Weiter bevorzugt weist der Grundkörper einen Randbereich auf, welcher ausgelegt ist, um das Überdruckventil an einer Innenseite einer Verpackung zu fixieren. Der Randbereich umfasst einen Innenring, einen Außenring und einen Mittelring, wobei der Mittelring von einer Basisfläche weiter vorsteht, als der Innenring und der Außenring. Dadurch wird während eines Siegelvorgangs zur Fixierung des Überdruckventils an der Innenseite der Verpackung erreicht, dass während des Siegelvorgangs erzeugte Partikel in die ringförmigen Zwischenräume zwischen dem Innenring und dem Mittelring bzw. dem Mittelring und dem Außenring aufgenommen werden können und so nicht zu einer unvollständigen Ansiegelung des Überdruckventils führen können oder in das Überdruckventil gelangen können.
    • Zeichnung
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • Figur 1
    eine schematische Schnittansicht eines Überdruckventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im montierten Zustand, das an der Innenseite eines Verpackungsbehälters angesiegelt ist,
    Figur 2
    eine schematische Schnittansicht eines Grundkörpers des Überdruckventils von Figur 1,
    Figur 3
    eine vergrößerte Teilauschnittdarstellung von Figur 2,
    Figur 4
    eine Draufsicht des Grundkörpers von Figur 2,
    Figur 5
    eine schematische, vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs des Überdruckventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    Figur 6
    eine Draufsicht eines Grundkörpers eines Überdruckventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
    Figur 7
    eine Draufsicht eines Grundkörpers eines Überdruckventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Ausführungsform der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 ein Überdruckventil 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst das erfindungsgemäße Überdruckventil 1 einen Grundkörper 4 und eine Membran 6. Das Überdruckventil 1 ist dabei an eine Innenseite 3a einer Verpackung 3 fixiert. In der Verpackung 3 sind Öffnungen 3b vorgesehen, unter welchen das Überdruckventil 1 befestigt ist. In Figur 1 ist ein Innenraum der Verpackung 3 mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet und eine Außenseite der Verpackung (Umgebung) mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Das Überdruckventil 1 hat die Aufgabe, einen gegebenenfalls in der Verpackung 3 entstehenden Überdruck zur Außenseite 11 abzugeben und ein gegebenenfalls in der Verpackung 3 herrschendes Vakuum gegenüber der Außenseite 11 abzudichten. Derartige Verpackungen mit Überdruckventil werden beispielsweise für Kaffee verwendet.
  • Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist der Grundkörper 4 zylindrisch mit relativ kleiner Höhe ausgebildet und umfasst einen Randbereich 18 sowie eine vom Randbereich umschlossene Vertiefung 23. In der Vertiefung 23 weist der Grundkörper 4 eine Dichtfläche 14 sowie einen mittleren Grundbereich 24 auf. Ferner sind im Grundkörper 4 mehrere Durchgangsöffnungen 9 vorgesehen, durch welche ein Gas aus dem Innenraum 2 zur Außenseite 11 strömen kann. Die Dichtfläche 14 am Grundkörper ist dabei derart gebildet, dass sie sich zur Innenseite hin verjüngt. Diese Verjüngung kann konisch sein oder alternativ auch gewölbt bzw. kalottenförmig. Durch die nach innen gerichtete Verjüngung der Dichtfläche 14 liegt eine Außenkante 15 der Dichtfläche immer auf einem etwas höheren Niveau als eine Innenkante 16 der Dichtfläche. Mit dem Begriff "höheren Niveau" ist dabei gemeint, dass die Außenkante 15 in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse X-X des Überdruckventils 1 liegt, welche in Richtung zur Verpackungswand näher an der Verpackungswand liegt, als eine Ebene senkrecht zur Mittelachse X-X durch die Innenkante 16.
  • Der mittlere Grundbereich 24 liegt dabei ebenfalls auf einem etwas tieferen Niveau als die Innenkante 16. Ferner ist radial außerhalb der Dichtfläche 14 eine äußere Ringnut 13 vorgesehen und radial innerhalb der Dichtfläche 14 eine innere Ringnut 12. Die beiden Ringnuten 12, 13 sind umlaufend gebildet, wobei die äußere Ringnut 13 etwas tiefer ist als die innere Ringnut 12.
  • Ferner sind an einem Absatz des Grundkörpers mehrere radial nach innen gerichtete Nasen 17 vorgesehen. Wie insbesondere aus Figuren 2 und 4 ersichtlich ist, sind die Nasen 17 dabei derart gebildet, dass sie die Membran 6 zwischen sich zentrieren. Weiter sind integral am Grundkörper 4 noch drei Niederhalter 22 gebildet, welche verhindern, dass die Membran 6 aus Versehen vom Grundkörper 4 gelöst werden kann. Dies ist insbesondere bei der Montage des Überdruckventils 1 wichtig bzw. wenn ein hoher Druck vom Innenraum 2 zur Außenseite abgegeben wird und die Membran 6 eine relativ große Bewegung ausführt.
  • Wie weiter aus Figur 3 ersichtlich ist, ist der Randbereich 18 für einen einfachen Siegelvorgang mittels Ultraschall ausgebildet. Hierzu umfasst der Randbereich 18 einen Außenring 20, einen Mittelring 19 und einen Innenring 21. Hierbei steht der Mittelring 19 von einer Basisfläche 25 weiter vor als der Außenring 20 und der Innenring 21. Durch diese Ausbildung des Randbereichs 18 kann ein verbessertes Siegelverhalten erreicht werden, da eventuell beim Siegeln erzeugte Partikel in die Zwischenräume zwischen dem Außenring und dem Mittelring bzw. dem Mittelring und dem Innenring fallen können.
  • Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel drei Durchgangsöffnungen 9 im mittleren Grundbereich 24 vorgesehen, welche gleich verteilt in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Durchgangsöffnungen 9 weisen dabei eine gleiche Form auf und sind voneinander durch Stege 10 getrennt. Weiterhin ist an einer zum Innenraum 2 gerichteten Seite 7 des Grundkörpers 4 eine flache Ausnehmung 26 vorgesehen, in welche ein Filterelement 8 aufgenommen ist (vgl. Figur 1). Das Filterelement 8 wird vorzugsweise ebenfalls mittels Ultraschallschweißen am Grundkörper 4 befestigt, wobei in der Ausnehmung ein ringförmiger Vorsprung 8a (bzw. ein Energierichtungsgeber) vorgesehen ist. Dieser ermöglicht eine schnelle, saubere Ultraschallsiegelung mit hoher Festigkeit.
  • Ferner ist zwischen der Dichtfläche 14 am Grundkörper 4 und der Membran 6 eine dünne Fluidschicht 5 vorgesehen. Wenn ein Druck in der Verpackung 3 über einem Umgebungsdruck an der Außenseite 11 liegt, so wirkt eine von der Summe der Querschnitte der Durchgangsöffnungen 9 abhängige Kraft gegen die Membran 6. Dieser Kraft wirken kapillare und adhäsive Kräfte der Fluidschicht entgegen, die insbesondere von einer Dicke der Fluidschicht abhängig sind. Diese Kräfte nehmen mit zunehmender Fluidschichtdicke ab. Das Überdruckventil 1 öffnet dann, wenn die resultierenden Druckkräfte auf die Membran 6 größer sind als die kapillaren bzw. adhäsiven Kräfte, die die Membran auf dem Grundkörper 4 halten. Durch die sich verjüngende Ausgestaltung der Dichtfläche 14 wird nun bewirkt, dass eine Fluidschichtdicke im Bereich der Innenkante 16 am größten ist und die kapillaren Kräfte in diesem Bereich hierdurch am kleinsten sind. Damit sind vergleichsweise kleine Druckkräfte erforderlich, um die kapillaren Kräfte in diesem Bereich zu überwinden. Infolge der Flexibilität der Membrane vergrößert sich dabei die Angriffsfläche, auf die der innere Überdruck wirkt, so dass die kapillaren Kräfte auf den radial weiter außen liegenden Bereichen in der Nähe der Außenkante 15 leichter überwunden werden kann, bis das Ventil öffnet. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Überdruckventil 1, dass ein Öffnen bei vergleichsweise geringen Überdrücken von ≤ 500 Pa über dem Druck an der Außenseite 11 ermöglicht wird.
  • Figur 5 zeigt einen Zustand, in welchem die Membran 6 gerade von dem mittleren Grundbereich 24 abgehoben ist, jedoch noch an der Dichtfläche 14 anliegt. In diesem Zustand kann der innere Überdruck auf die entsprechend der Innenkante 16 frei liegende Kreisquerschnittsfläche der Membran 6 drücken, so dass im Vergleich zum Anfangszustand, in welchem der innere Druck nur über die drei Durchgangsöffnungen 9 auf die Membran 6 wirkt, eine deutlich größere Fläche vorhanden ist. Hierdurch wird ein Öffnungsvorgang der Membran weiter unterstützt. Wie aus Figur 1 und 5 ersichtlich ist, ist am radial äußeren Bereich der Membran 6 ein kleiner Spalt zum Grundkörper 4 vorhanden, über den dann der Überdruck in den Raum zwischen dem Überdruckventil 1 und der Verpackung 3 und von dort über die Öffnungen 3b zur Außenseite 11 strömen kann.
  • Wenn die Drücke im Inneren der Verpackung kleiner sind als an der Außenseite 11, so wird die Membran 6 sowohl auf die Dichtfläche 14 als auch auf den mittleren Grundbereich 24 gedrückt. Hierdurch dichtet die Membran 6 neben der Abdichtung an der eigentlichen Dichtfläche 14 zusätzlich auch auf dem mittleren Grundbereich 24 ab. Ferner wird durch die weiche bzw. verformbare Oberfläche 6a der Membran 6 in diesem Fall erreicht, dass eine Verformung der Oberfläche 6a insbesondere im Bereich der Dichtfläche 14 auftritt (vgl. Figur 5). Hierbei wird die Membran 6 insbesondere im Bereich der Außenkante 15 durch die nach Innen konische Form der Dichtfläche 14 verstärkt an der Oberfläche verformt, so dass im Bereich der Außenkante 15 nur eine sehr geringe Fluidfilmdicke vorhanden ist. Durch die sich verjüngende Ausbildung der Dichtfläche 14 ist das Fluid somit an der Außenkante 15 mit nur geringer Fluiddicke und an der Innenkante 16 mit einer etwas größeren Fluiddicke vorhanden. Die sehr geringe Fluiddicke im Bereich der Außenkante 15 bewirkt somit eine sehr hohe Vakuumfestigkeit des Überdruckventils 1.
  • Somit unterstützt die erfindungsgemäße weiche bzw. verformbare Oberfläche der Membran 6 zusätzlich die Vakuumfestigkeit des Ventils, ohne dass hierdurch eine Öffnungscharakteristik bei nur geringen Druckunterschieden zwischen dem Innenraum 2 und der Außenseite 11 negativ beeinträchtigt würde. Durch die sich verjüngende Anordnung der Dichtfläche 14 wird zudem noch eine stärkere Verformung an der Außenkante 15 als an der Innenkante 16 unterstützt, was zusätzlich die Vakuumfestigkeit erhöht.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur 6 ein Überdruckventil 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel bezeichnet.
  • Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, entspricht das Überdruckventil 1 des zweiten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels, wobei beim zweiten Ausführungsbeispiel die Durchgangsöffnungen verschieden vom ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt sind. Wie in Figur 6 gezeigt, sind statt kompletter Durchgangsöffnungen 9 eine Vielzahl kleiner Perforationen 29 vorgesehen, welche jeweils in Grundflächen 27 in drei Vertiefungen 28 ausgebildet sind. Jede der Perforationen 29 weist dabei einen Durchmesser von ca. 60 bis 120 µm auf. Durch diese Maßnahme kann insbesondere das Filterelement des ersten Ausführungsbeispiels eingespart werden, so dass sich der Aufbau des Überdruckventils des zweiten Ausführungsbeispiels weiter vereinfacht. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
  • Figur 7 zeigt ein Überdruckventil 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet sind. Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel ist beim dritten Ausführungsbeispiel eine zentrale Vertiefung 30 vorgesehen und die Vielzahl der Perforationen 29 sind in einer Grundfläche 31 der zentralen Vertiefung 30 gebildet. Wie aus Figur 7 ersichtlich ist, sind die Perforationen 29 dabei auf verschiedenen Radien gleich verteilt entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Es sei jedoch angemerkt, dass es auch möglich ist, dass die Perforationen unregelmäßig vorgesehen sind. Somit weist das dritte Ausführungsbeispiel nur eine Ringfläche 32 auf, welche die zentrale Vertiefung 30 von der inneren Ringnut 12 trennt. Diese Ringfläche 32 entspricht somit dem mittleren Grundbereich 24 in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims (9)

  1. Überdruckventil für einen Verpackungsbehälter (3), umfassend
    - einen Grundkörper (4) mit wenigstens einer Durchgangsöffnung (9), einer Dichtfläche (14) und einem Randbereich (18), wobei der Randbereich (18) mit einer Innenseite (3a) des Verpackungsbehälters (3) abdichtend verbindbar ist und wobei die Dichtfläche (14) eine sich nach innen verjüngende Form aufweist, und
    - eine Membran (6), welche auf der Dichtfläche (14) des Grundkörpers (4) aufliegt, um eine Dichtwirkung zu erzeugen, und welche die Durchgangsöffnung (9) abdeckt, wobei ein Fluid (5) zwischen der Dichtfläche (14) und der Membran (6) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Membran (6) flexibel ist und eine zur Dichtfläche (14) gerichtete, verformbare Oberfläche (6a) aufweist, und
    - radial innerhalb der Dichtfläche (14) eine innere Ringnut (12) am Grundkörper (4) angeordnet ist, so dass am Übergang zwischen der inneren Ringnut (12) und der Dichtfläche (14) eine Innenkante (16) ausgebildet ist.
  2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Oberfläche (6a) der Membran (6) als separate Schicht auf einem flexiblen Membran-Grundmaterial gebildet ist, oder dass die Membran vollständig aus einem eine verformbare Oberfläche aufweisenden Material hergestellt ist.
  3. Überdruckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundkörper (4) eine Vielzahl von radial nach Innen vorstehenden Nasen (17) angeordnet sind, wobei die Nasen (17) die Membran (6) zwischen sich zentrieren.
  4. Überdruckventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) ferner eine Vielzahl von Haltevorsprüngen (22) aufweist, wobei die Haltevorsprünge (22) integral mit dem Grundkörper (4) gebildet sind.
  5. Überdruckventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb der Dichtfläche (14) eine äußere Ringnut (13) im Grundkörper (4) angeordnet ist, so dass am Übergang zwischen der äußeren Ringnut (13) und der Dichtfläche (14) eine Außenkante (15) ausgebildet ist.
  6. Überdruckventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die verformbare Oberfläche der Membran bildende separate Schicht oder die gesamte Membran aus EPDM oder NBR oder Silikon-Kautschuk hergestellt ist.
  7. Überdruckventil nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend ein Filterelement (8), welches an der Durchgangsöffnung (9) angeordnet ist.
  8. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (9) eine Vielzahl von Mikroperforationen (29) umfasst.
  9. Überdruckventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (18) des Grundkörpers (4) vor einem Siegelvorgang an den Verpackungsbehälter (3) einen Innenring (21), einen Außenring (20) und einen Mittelring (19) aufweist, wobei der Mittelring (19) von einer Basisfläche (25) weiter nach außen vorsteht als der Innenring (21) und der Außenring (20).
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