EP3807161B1 - Behälter mit einem bistabilen deckel - Google Patents

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EP3807161B1
EP3807161B1 EP19746430.8A EP19746430A EP3807161B1 EP 3807161 B1 EP3807161 B1 EP 3807161B1 EP 19746430 A EP19746430 A EP 19746430A EP 3807161 B1 EP3807161 B1 EP 3807161B1
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EP
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attachment
cover
closure system
opening
wall
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EP3807161A1 (de
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Roland Kittmann
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Definitions

  • Snap closures are characterized in that they can snap in a bistable manner between an open and a closed state. They generally consist of a disk-shaped end wall, which can be deformed in a bistable manner between a concave first and a convex second state, and an annular edge section whose outer circumference reduces as the end wall transitions from the first to the second state.
  • the edge section itself must be sufficiently stretchable in order to ensure an expansion of its outer circumference in the first bistable state of the end wall, which is curved in the insertion direction.
  • the entire cover can be made from one be made from a single plastic material with homogeneous density or stretchability.
  • the edge section is given the necessary stretchability by at least one stretching section in the edge section of the cover being made from a softer material component than the remaining edge section (see WO 2017/076398 A1 ).
  • the expansion section expands elastically under tension and allows the edge area to expand in the state of concave end wall curvature, while the base material of the cover is otherwise stiff enough to keep the angle in the transition area between the end wall and the edge section constant. This allows the cover to be folded into the bistable state with the larger outer circumference.
  • the expansion section is manufactured together with the rest of the cover in one piece in a multi-component injection molding process.
  • a second material component is then injected for the expansion section, which is softer and/or more elastic than the first material component used for the rest of the cover.
  • the cover in this transition area can preferably have a higher material thickness of the harder (base) material component than in the main area of the end wall or can be injection molded from an even harder third material component. This leads to the particular advantage that the cover has a constant material thickness overall. A homogeneous thickness is not only visually appealing, but also reduces the number of steps and edges in which dirt can collect.
  • a locking ring made of the softer second material component is molded onto the entire inner and/or outer circumference of the edge section. This can sealingly engage in a groove or a step in the side wall of the opening to be closed, so that a sealing closure of the opening is even possible.
  • the object of the present invention is to create a closure system consisting of a three-dimensional structure with the opening to be closed and with a cover that snaps between two states in a bistable manner, in which the options for triggering the snapping process are expanded for the user, and preferably the minimum effort required for triggering is reduced.
  • a locking system in which both bistable states can be triggered by manual pressure, so that both snapping processes can be triggered without a handle element and usually with one hand.
  • the three-dimensional structure in particular a container or a pipe end that is open at least on one side, is configured in such a way that a force acting on the closure system from the outside at at least one predefined point acts on the edge section of the cover in such a way is directed so that the cover snaps from one to the other bistable state.
  • the opening wall of the three-dimensional structure is so flexible, at least at the predefined location, that it passes on a force acting on the opening wall transversely to the insertion direction at least on one side and preferably on both sides to the edge section of the lid by elastic deformation.
  • the lid can lie completely within the opening to be closed without the user having to provide a handle element on the end wall of the lid to trigger the snapping process into the open position.
  • the point of the opening wall that is furthest away from the insertion direction protrudes a certain distance from the point at which the edge section of the cover presses against the wall section from the inside on the circumference. A force acting transversely to the insertion direction on this outermost wall section can then trigger the lid to snap over with less effort because the protrusion acts as a lever arm.
  • the cover acts as a cap from the outside around the wall section of the opening to be closed.
  • the geometric design according to the invention of the outermost end section of the opening wall in the opposite direction to the attachment direction makes it possible for the cap to contact this end section with an area of the end wall which is offset a little from the edge section in the direction of the center of the cap.
  • the cap can be brought into its closed position not only by a force acting on the edge section transversely to the insertion direction, but also by a force exerted in the insertion direction, provided that this force is exerted on a pressure point that is located radially further out than the contact point of the cap Opening wall with the front wall.
  • the distance between the contact point and the pressure point acts as a lever arm and reduces the amount of force required accordingly.
  • the closure element of the opening to be closed is generally referred to as a cover. If the clamp fastening of the cover engages the outside of the opening wall, the cover is referred to as a cap; However, if the cover clamps against the inside of the opening wall, it is referred to as a lid.
  • the cover according to the invention is designed as a cap 20, which is intended to encompass a container wall 12a from the outside.
  • the Figures 1a to 1f all show the cap 20 in its convex snap position, curved outwards (ie against the direction of insertion), which it assumes in its closed position.
  • the Figure 1f is also shown how in this position it is possible to snap into the opening wall 12a to be closed, but this will be explained later based on Figures 2a to 2e will be explained in more detail.
  • FIG. 1a shows a partially sectioned side view. In the left half of the figure the cap 20 can be seen from the side, while in the right half it is cut open on the inside so that the rear inside of the cap 20 can be seen.
  • the uncut soft component second material component
  • the cut soft component is shown cross-hatched
  • the cut hard component first material component
  • the cap material should have sufficient rigidity. This is achieved according to the invention in that the transition between the end wall 21 and the edge section 22 has a higher material thickness than the central region of the end wall 21, at least in some sections, but preferably over the entire circumference.
  • the material thickens as in the Figures 1e and 1f shown, upwards, ie against the direction of attachment, so that the transition area between the end wall 21 and the edge section 22 runs smoothly on the inside.
  • the material thickenings can also protrude downwards and lead to a correspondingly contoured wall inside the lid.
  • the softer material of the expansion sections 24 ensures that the edge section 22 can enlarge its outer circumference in the concave, ie open, snap position of the cap 20.
  • the expansion sections 24 would then no longer be in the Figures 1a and 1d have the constant width shown, but widen radially outwards.
  • the edge section 22 ends both in its expansion sections 24 and in its intermediate sections 23 in an internally circumferential locking ring 29, which is also formed from a softer material component, preferably the same as the expansion sections 24.
  • This internally circumferential locking ring 29 gives the thin-walled cap 20 additional dimensional stability, but is also sufficiently elastic to allow the enlargement of the outer circumference in the Fig. 2a to enable the convex folding position shown. Because of its softer material properties, the locking ring 29 can take on the function of a sealing ring.
  • the locking ring 29 is formed on a lip section 23a, 24a of the edge section 22 which projects radially inwards by 90°. This is because the cap 20 should encompass the opening 11a to be closed from the outside, as in the figure Figures 1f and in particular 2a-e will be explained in more detail.
  • the lip section 24a adjacent to the expansion section 24 is made of the softer second material component, while the lip section 23a adjacent to the intermediate section 23 is made of the harder first material component.
  • the lip sections 23a and 24a can also be formed completely from the softer second material component. Then the entire radially inwardly extending part of the edge section 22 would belong to the locking ring 29 or the lip section would be omitted.
  • the already mentioned multi-component injection molding from one or more thermoplastics is particularly suitable as a manufacturing process for the cap 20.
  • a first (basic) component can be injected for the end wall 21 and the intermediate sections 23, while the expansion sections 24 as well as the locking ring 29 are directly injection-molded from a softer second component in a single manufacturing process.
  • the optional third (particularly hard) material component for the transition area between the front wall and the edge section can also be injected directly in a single multi-component injection molding.
  • thermoplastic elastomers TPE
  • thermoplastic urethane TPU
  • Preferred materials for the second component are: polycarbonate (PC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and polystyrene (PS).
  • Preferred materials for the third component are: glass fiber reinforced polyamide (PA) or other glass fiber reinforced plastics.
  • a previously separately manufactured blank can also be overmolded. It is conceivable, for example, that a cap made of sheet metal or a light metal (e.g. aluminum), which essentially has the shape of a conventional click-clack can cap with the spreading metal pinnacles, is overmolded in the edge area with the softer (second) plastic component. This results in a cover with significantly improved tightness against the escape of liquids or gases from the can to be closed with it.
  • a cap made of sheet metal or a light metal e.g. aluminum
  • the cap or lid can also be made from just one plastic material by thermal forming, i.e. deep drawing, or an injection molding process. Then, instead of the softer expansion sections, the folds mentioned are formed on the edge section and reinforcement ribs and/or material thickenings are provided at the transition area between the end wall and the edge section, which keep the internal angle there constant in both bistable states.
  • FIGS. 2a-e show the functional principle of the cap 20 according to the first inventive solution in a closure system according to the invention consisting of the container 10a and the cap 20.
  • the opening 11a to be closed has an annular groove 13a on the outside in the wall section 12a shown, at the lower end of which there is a shoulder 15a is formed, but is not necessary and can also be omitted.
  • the wall section 12a continues in a projection 14a, which has essentially the same height as the edge section 22 of the cap 20.
  • Fig. 2a shows the cap 20 in its open, concave position, ie with the end wall 21 curved downwards. It has a correspondingly enlarged inner diameter of the edge section 22. This inner diameter is larger than the outer diameter of the outer groove 13a, so that the cap 20 is in the open state the Figure 2a can be removed from the opening 11a.
  • the end wall 21 has a convex curvature, ie it is curved upwards in the opposite direction to the insertion direction.
  • the edge section 22 with the The inwardly projecting locking ring 29 then only has an inner diameter that is smaller than the outer diameter of the groove 13a.
  • the cap 20 is firmly in engagement with the opening wall 12a to be closed and only snaps back into its first bistable state, which is in the Figure 2a is shown. Because of the elastic material properties of the locking ring 29, it also functions as a sealing ring to prevent gases or liquids from escaping from the opening 11a.
  • the end section 16 of the wall region 12a is beveled, that is to say the outer circumference of the opening 11a narrows in this end section 16, while the inner diameter of the opening 11a remains constant.
  • a force F 2 acting essentially in the insertion direction is now exerted from above on the end wall 21 at a pressure point A2
  • this force F 2 acts on the edge section 22 via the lever arm of length a1 and allows the snapping process to be triggered. So far this has only been essentially transverse to the attachment direction using the in the Figures 2a, 2c and 2d force F 0 acting directly on the edge section 22 from the side is possible.
  • an extension 18 can additionally be attached or formed on the edge section 22 according to an optional variant.
  • This extension 18 allows the force F 0 , which acts essentially transversely to the insertion direction and is necessary to close the cap, to be reduced to a lower value F 1 because the user can exert his force via an extended lever arm when he holds the cap 20 on the Extension 18 compresses.
  • the lever arm a1 can be extended further in that the end section 16 'also has a narrowing 17 which is attached or formed on the end section 16' can be and in the area of the end section also narrows the inner diameter of the wall section 12a, i.e. the opening 11a. Then a force F 3 exerted on the pressure point A2 acts even more efficiently on the edge section 22 via the longer lever arm a2 with the contact point A1 as the lever point and thus makes it easier to trigger the snapping process.
  • the lever arm a1 can be used Figure 2c can also be extended with an end wall extension 19.
  • the end wall extension 19 is not arranged on the edge section 22 but on the end wall 21.
  • This end wall extension 19 can be attached or formed on the end wall 21 in sections or over the entire circumference and allows the force F 2 , which essentially acts in the insertion direction and is necessary to close the cap 20, to be reduced to a lower value F 3 . to reduce.
  • FIGS. 3a to 3d and 3f show the functionality of a closure system according to the invention, in which a cover 30 of the second solution is used to close an opening 11a.
  • the lid can be manufactured in the same way as described above for the cap 20 and has expansion sections and intermediate sections in the edge section 32 in the same way, although only the intermediate sections 33 can be seen in the cross sections of the figures for the sake of clarity.
  • the lip sections and their variants are also possible in the lid 30 in a similar way to the cap 20.
  • the cover 30 does not have an inwardly projecting locking ring 29, but rather an outwardly projecting locking ring 39, because it does not come from the outside, but from should clamp on the inside of the container wall.
  • a cover with both an outwardly and an inwardly projecting locking ring which can then be used both as a cap and as a lid.
  • the lid 30 could also be placed upside down on the can 10b without significantly changing its functionality. The middle section of the edge section 32 would then not extend in but against the insertion direction and the cover 30 would switch from its closed to its open state by pressing on the end wall 31 in the insertion direction, which can be advantageous for certain applications.
  • the edge section 32 therefore ends both in its expansion sections (not shown) and in its intermediate sections 33 in an externally circumferential locking ring 39, which is also formed from a softer material component, preferably the same as the expansion sections.
  • This circumferential locking ring 39 gives the thin-walled lid 30 additional dimensional stability, but is also sufficiently elastic to allow the enlargement of the outer circumference in the Fig. 3b to enable the convex folding position shown. Because of its softer material properties, the locking ring 39 not only clamps particularly well in the inner groove 13b of the opening wall 12b to be closed, but can even take on the function of a sealing ring.
  • the wall area 12b of the opening 11a to be closed has an annular groove 13b on the inside, into which the cover 30 is intended to snap, and which forms a step-shaped shoulder 15b on its lower edge.
  • the area of the wall section 12b above the groove 13b (that is, opposite to the insertion direction) is referred to as the projection 14b.
  • Locking rings 39 are effected in the groove 13b.
  • the locking ring 39 therefore presses when the end wall is in the concave position Figure 3b laterally from the inside into the annular groove 13b of the opening wall 12b and thus locks the lid 30 in its closed position.
  • the material in the expansion sections 34 stretches into a widened state in plan view and the outer diameter of the edge section 32 increases during this folding process.
  • the engagement of the locking ring 39 in the groove 13b is shown again in detail.
  • the cover 30 In order to expose the opening 11b again, the cover 30 must snap back into its original state. Then it can be pulled out of the opening 11b again due to the reduction in its outer diameter.
  • a handle element was conventionally provided on the end wall 31, by means of which the lid 30 can be grasped and pulled upwards.
  • the second inventive solution also enables the lid to be opened with a force F 4 , F 5 acting laterally (transversely to the insertion direction) on the container wall 12b, so that the handle element can be omitted.
  • the projection 14b has a length b1 up to the outermost end of the wall section 12b in the opposite direction to the attachment direction. If the user now exerts a force F 4 acting transversely to the insertion direction from the outside onto the wall section 12b at the pressure point B2, this acts with the length b1 as a lever arm and the contact point B1 between the wall section 12b and the edge section 32 due to the elastic deformation of the projection 14b on the lid 30 so that it can snap into the open state without the need for direct actuation of the edge section 32 or for the end wall 31 to be pulled up via a handle element or the like.
  • the Figure 3e shows an embodiment not according to the invention.
  • the wall section 12b has an opening below the inner groove 13b, in which a slide 13c is mounted.
  • the slider 13c is a rod-shaped actuating element that can be displaced transversely to the insertion direction in the opening for opening the lid 30. To do this, the user exerts a force F 5 'from the outside transverse to the insertion direction on the trigger 13d attached or formed on the outer end of the slider 13c.
  • the trigger 13d has the shape of a hemispherical actuation button.
  • the other end of the slide 13c meets the end of an edge section extension 34 which protrudes from the edge section 32 in the insertion direction in the interior of the container 10b.
  • the extension 34 can be attached or formed on the edge section 32 in sections or over the entire circumference. In the variant shown, it essentially has a length b3 and is therefore longer than the edge section 32 as such.
  • the extension 34 acts as a lever arm of length b3 up to the transition area between the edge section 32 and the end wall 31.
  • the extension 34 moves so far into the interior of the container that it applies the torque necessary for switching to the open bistable state to the end wall 31 via the lever arm b3 transmits.
  • the same force F 5 ' would not lead to the opening of the lid 30 on the remaining wall section 12b - for example because the wall thickness or strength of the container wall is large enough to transmit force to the edge section extension 34 to make it sufficiently difficult. This further increases safety against unintentional opening of the can-lid system.
  • the slide 13c with the trigger 13d can also be omitted and instead the wall section 12b has a constriction 13e at which the wall thickness is weakened.
  • the constriction 13e can be provided as a circumferential annular recess or only as grip recesses arranged in sections, preferably at two diametrically opposite locations.
  • the extension 34 deforms so far into the interior of the container that it applies the torque necessary for switching to the open bistable state to the end wall 31 via the lever arm b3
  • the container wall 12b is strong enough to avoid unintentional opening with the force F 5 ". This makes it possible to avoid impairment of the container tightness of the second variant with the wall opening and the slider 13c.
  • such wall breakthroughs are desirable for certain applications, for example for pressure equalization between the interior of the container and the ambient pressure.
  • the wall section 12b can also be made softer in another way at this point, for example by using a softer material component or subsequently softening the wall section 12b at this point.
  • the present invention relates to a closure system with a three-dimensional structure 10a, 10b, in particular a container or an opening area of a technical apparatus, and a cover 20, 30 for plugging onto the three-dimensional structure 10a, 10b in order to close its opening 11a, 11b.
  • the cover 20, 30 has an end wall 21, 31, which is deformable in a bistable manner between a first state curved in the insertion direction and a second state curved against the insertion direction, and an annular edge section 22, 32.
  • This has a larger outer circumference in the first bistable state than in the second bistable state and is therefore designed to effect a clamping fastening of the cover 20, 30 to a wall region 12a, 12b of the opening 11a, 11b by the edge section 22, 32 inside in the first state or outside in the second state against the wall region 12a, 12b presses.
  • the three-dimensional structure 10a, 10b is configured to transmit a force exerted from the outside on the closure system at predefined points A2, B2 in such a way that it causes the cover 20, 30 to snap over from one to the other of the two bistable states.

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Description

  • Schnappverschlüsse sind dadurch gekennzeichnet, dass sie in bistabiler Weise zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand umschnappen können. Sie bestehen in der Regel aus einer scheibenförmigen Stirnwand, die in bistabiler Weise zwischen einem konkaven ersten und einem konvexen zweiten Zustand verformbar ist, und einem ringförmigen Randabschnitt dessen Außenumfang sich beim Übergang der Stirnwand von dem ersten in den zweiten Zustand verringert.
  • In den Patentschriften DE 10 2015 103 036 B4 , die in Abbildung 11c ein Verschlusssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und die in Abbildung 5b ein Verschlusssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 offenbart, B4- und WO 2017/076398 A1 ist beschrieben, wie sich solche früher nur aus Metall herstellbaren Schnappverschlüsse, die beispielsweise von der Firma Hoffmann Neopac als Merchandising-Produkte unter den Marken Klick-Klack® bzw. Klipp-Klapp® vertrieben werden, auch aus Kunststoff herstellen lassen. Entscheidend für das Funktionieren des Schnappmechanismus ist die Übertragung der bistabilen Verformung der Stirnwand auf den angrenzenden ringförmigen Randabschnitt. Nur wenn die Umklappbewegung zwischen konvexer und konkaver Wölbung der Stirnwand ihre Verformspannungskräfte an den Randabschnitt weitergibt, kann sie zu einem Aufweiten des Randabschnitts und eine entsprechende Vergrößerung des Außenumfangs der Verschlusskappe führen, die dann auch ein Öffnen des von dieser abgedeckten Behälters erlaubt. Von zentraler Bedeutung ist dabei, dass der am Übergang zwischen Stirnwand und Randabschnitt eingeschlossene Winkel für beide bistabilen Zustände gleich groß bleibt, d.h. dass das Verschlusskappenmaterial an diesem Übergang steif genug ist, um die Verformung der Stirnwand vollständig an den Randabschnitt weiterzugeben.
  • Ferner muss der Randabschnitt selbst ausreichend dehnbar sein, um ein Aufweiten seines Außenumfangs im in Aufsteckrichtung gewölbten ersten bistabilen Zustand der Stirnwand zu gewährleisten. Dies gelingt gemäß DE 10 2015 103 036 B4 beispielsweise dadurch, dass am Randabschnitt Einfaltungen ausgebildet sind, die sich im ersten Zustand auffalten und so die Vergrößerung des Außenumfangs erlauben. Dann kann die gesamte Abdeckung aus einem einzigen Kunststoffmaterial mit homogener Dichte bzw. Dehnbarkeit hergestellt sein. Vorzugsweise erhält der Randabschnitt die nötige Dehnbarkeit aber dadurch, dass mindestens ein Dehnungsabschnitt im Randabschnitt der Abdeckung aus einer weicheren Materialkomponente hergestellt ist als der übrige Randabschnitt (siehe WO 2017/076398 A1 ). Der Dehnungsabschnitt weitet sich unter Spannung elastisch auf und erlaubt ein Aufweiten des Randbereichs im Zustand konkaver Stirnwandkrümmung, während das Basismaterial der Abdeckung ansonsten steif genug ist, um den Winkel im Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt konstant zu halten. Dies ermöglicht das Umklappen der Abdeckung in den bistabilen Zustand mit dem größeren Außenumfang.
  • Vorzugsweise wird der Dehnungsabschnitt zusammen mit dem Rest der Abdeckung in einem Stück in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt. Für den Dehnungsabschnitt wird dann eine zweite Materialkomponente eingespritzt, die weicher und/oder elastischer ist als die für die übrige Abdeckung eingesetzte erste Materialkomponente. Um den konstanten Winkel im Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt noch zu unterstützen, kann die Abdeckung in diesem Übergangsbereich ferner vorzugsweise eine höhere Materialdicke der härteren (Basis-)Materialkomponente aufweisen als im Hauptbereich der Stirnwand oder aus einer noch härteren dritten Materialkomponente gespritzt werden. Das führt zu dem besonderen Vorteil, dass die Abdeckung insgesamt eine gleichbleibende Materialstärke hat. Eine homogene Dicke ist nicht nur optisch ansprechend, sondern reduziert auch die Anzahl von Stufen und Kanten, in denen sich Schmutz sammeln kann.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der am gesamten Innen- und/oder Außenumfang des Randabschnitts ein Rastring aus der weicheren zweiten Materialkomponente angespritzt ist. Dieser kann dichtend in eine Nut oder eine Stufe in der Seitenwand der zu verschließenden Öffnung eingreifen, so dass sogar ein dichtender Verschluss der Öffnung möglich ist.
  • Bei den bisher bekannten Schnappverschlüssen aus Kunststoff besteht noch Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Betätigung des Umklappvorgangs durch den Benutzer. Bisher ist es zwingend erforderlich, die Abdeckung an ihrem Randabschnitt oder an einem an ihrer Stirnwand angeformten Griffelement mit einer gewissen Mindestkraft einzudrücken oder hochzuziehen, um die Stirnwand von einem in den anderen bistabilen Zustand umschnappen zu lassen. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass die Bereiche, auf die der Benutzer seine Kraft ausüben soll, auch immer hinreichend gut freiliegen müssen, um die gewünschten Druckpunkte mit den Fingern erreichen zu können, wodurch wiederum die Designmöglichkeiten für das aus Behälter und Abdeckung gebildete Verschlusssystem insgesamt unerwünscht eingeschränkt sind. Zum anderen wäre es wünschenswert den zum Umschnappvorgang erforderlichen minimalen Kraftaufwand abzusenken, sofern der Benutzer die Kraft an genau vordefinierten Druckpunkten ansetzt. Auch wäre es vorteilhaft, wenn keiner der Schnappzustände mehr ausschließlich durch eine Zugkraft ausgelöst würde, weil dann auch nicht zwangsläufig ein (beidhändig zu bedienendes) Griffelement an der Abdeckung vorgesehen werden müsste.
  • Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verschlusssystem aus einer dreidimensionalen Struktur mit der zu verschließenden Öffnung und mit einer in bistabiler Weise zwischen zwei Zuständen umschnappenden Abdeckung zu schaffen, bei der die Möglichkeiten, den Umschnappvorgang auszulösen, für den Benutzer erweitert sind, und vorzugsweise der für das Auslösen erforderliche minimale Kraftaufwand reduziert ist. Insbesondere wünschenswert ist ein Verschlusssystem, bei dem beide bistabilen Zustände durch manuelles Drücken ausgelöst werden können, so dass beide Umschnappvorgänge ohne Griffelement und in der Regel einhändig ausgelöst werden können.
  • Zwei zumindest teilweise Lösungen der oben erwähnten Aufgabe gelingen durch die Merkmale der beigefügten Ansprüche 1 und 6. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
  • Die zweiteilige Form der unabhängigen Ansprüche basiert auf DE 10 2015 103 036 B4 als nächstliegendem Stand der Technik. Andere technische Verpackungslösungen sind in FR 670 576 A und DE 200 22 999 U1 offenbart.
  • Erfindungsgemäß ist die dreidimensionale Struktur, insbesondere ein Behälter oder ein zumindest einseitig offenes Rohrende, so konfiguriert, dass eine von außen auf das Verschlusssystem an mindestens einer vordefinierten Stelle einwirkende Kraft auf den Randabschnitt der Abdeckung in solcher Weise gelenkt wird, dass ein Umschnappen der Abdeckung vom einen in den anderen bistabilen Zustand ausgelöst wird.
  • Im Falle eines innen gegen eine Öffnungswand klemmenden Deckels ist die Öffnungswand der dreidimensionalen Struktur zumindest an der vordefinierten Stelle derart flexibel, dass sie durch elastische Verformung eine quer zur Aufsteckrichtung zumindest einseitig und vorzugsweise beidseitig auf die Öffnungswand einwirkende Kraft an den Randabschnitt des Deckels weitergibt. Dadurch kann der Deckel vollständig innerhalb der zu verschließenden Öffnung liegen, ohne dass für den Benutzer an der Stirnwand des Deckels ein Griffelement zum Auslösen des Umschnappvorgangs in die geöffnete Stellung vorgesehen werden müsste. Besonders bevorzugt steht die entgegen der Aufsteckrichtung entfernteste Stelle der Öffnungswand um einen gewissen Überstand von der Stelle vor, an der der Randabschnitt des Deckels umfangsseitig von innen gegen den Wandabschnitt drückt. Eine quer zur Aufsteckrichtung wirkende Kraft auf diesen äußersten Wandabschnitt kann dann das Umschnappen des Deckels schon bei geringerem Kraftaufwand auslösen, weil der Überstand als Hebelarm wirkt.
  • Gemäß einer anderen erfinderischen Lösung greift die Abdeckung als Kappe von außen um den zu verschließenden Wandabschnitt der Öffnung. Hier gelingt es durch die erfindungsgemäße geometrische Gestaltung des entgegen der Aufsteckrichtung äußersten Endabschnitts der Öffnungswand, dass die Kappe diesen Endabschnitt mit einem Bereich der Stirnwand kontaktiert, der ein Stück weit versetzt vom Randabschnitt in Richtung der Kappenmitte liegt. Dadurch kann die Kappe nicht nur durch eine quer zur Aufsteckrichtung wirkende Kraft auf den Randabschnitt, sondern auch durch eine in Aufsteckrichtung ausgeübte Kraft in ihre geschlossene Stellung gebracht werden, sofern diese Kraft auf einen Druckpunkt ausgeübt wird, der radial weiter außen liegt als der Kontaktpunkt der Öffnungswand mit der Stirnwand. Der Abstand zwischen Kontaktpunkt und Druckpunkt wirkt hier wiederum als Hebelarm und verringert den erforderlichen Kraftaufwand entsprechend.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird das Verschlusselement der zu verschließenden Öffnung allgemein als Abdeckung bezeichnet. Greift die Klemmbefestigung der Abdeckung außen an der Öffnungswand an, so wird die Abdeckung als Kappe bezeichnet; klemmt die Abdeckung hingegen innen gegen die Öffnungswand, so wird sie als Deckel bezeichnet.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigt:
    • Fig. 1a eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Verschlusskappe gemäß einer ersten erfinderischen Lösung;
    • Fig. 1b eine Draufsicht auf die Kappe der Fig. 1a;
    • Fig. 1c eine vergrößerte Detailansicht in einem Schnitt A-A in der Fig. 1a;
    • Fig. 1d eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts X der Fig. 1a;
    • Fig. 1e eine vergrößerte Detailansicht in einem Schnitt C-C in der Fig. 1c;
    • Fig. 1f eine vergrößerte Detailansicht in einem Schnitt B-B in der Fig. 1c, in der gleichzeitig das Verschlussprinzips eines Behälters mit der Kappe dargestellt ist;
    • Fig. 2a eine Querschnittsansicht eines Verschluss-Systems mit der Verschlusskappe gemäß der ersten erfinderischen Lösung in offener Stellung;
    • Fig. 2b eine Querschnittsansicht des Verschluss-Systems der Fig. 2a in geschlossener Stellung;
    • Fig. 2c einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2a in einer ersten Variante der ersten Lösung in offener Stellung;
    • Fig. 2d den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2a in einer zweiten Variante der ersten Lösung in offener Stellung;
    • Fig. 2e den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2a in einer dritten Variante der ersten Lösung in offener Stellung;
    • Fig. 3a eine Querschnittsansicht eines Verschluss-Systems der vorliegenden Erfindung mit einem Verschlussdeckel gemäß der zweiten erfinderischen Lösung in offener Stellung;
    • Fig. 3b eine Querschnittsansicht des Verschluss-Systems der Fig. 3a in geschlossener Stellung;
    • Fig. 3c einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3b;
    • Fig. 3d den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3c in einer ersten Variante der zweiten Lösung in geschlossener Stellung
    • Fig. 3e den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3c in einer nicht erfindungsgemäßen zweiten Variante der zweiten Lösung in geschlossener Stellung; und
    • Fig. 3f den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3c in einer dritten Variante der zweiten Lösung in geschlossener Stellung.
  • Bei der in den Figuren 1a-f gezeigten ersten Lösung ist die erfindungsgemäße Abdeckung als eine Kappe 20 ausgebildet, die eine Behälterwand 12a von außen umgreifen soll. Die Figuren 1a bis 1f zeigen allesamt die Kappe 20 in ihrer konvexen, nach außen (d.h. entgegen der Aufsteckrichtung) gewölbten Schnappstellung, die sie in ihrer Verschlussposition einnimmt. In der Figur 1f ist zusätzlich dargestellt, wie in dieser Stellung ein Einrasten in die zu verschließende Öffnungswand 12a möglich ist, was aber später anhand der Figuren 2a bis 2e noch genauer erläutert werden wird.
  • Die in den Figuren 1a-f gezeigte Kappe 20 weist eine Stirnwand 21 von im Wesentlichen kreisförmiger Grundform auf, an deren Umfangsrand ein ringförmiger Randabschnitt 22 angeformt ist. Die Figur 1a zeigt eine teilweise im Schnitt dargestellt Seitenansicht. In der linken Hälfte der Figur ist die Kappe 20 von der Seite zu sehen, während sie in der rechten Hälfte innen aufgeschnitten ist, so dass man die hintere Innenseite der Kappe 20 sieht. In den Figuren ist immer die ungeschnittene Weichkomponente (zweite Materialkomponente) punktiert und die geschnittene Weichkomponente kreuzschraffiert dargestellt, während die geschnittene Hartkomponente (erste Materialkomponente) einfach schraffiert dargestellt ist.
  • Schnappt die Stirnwand 21 in ihren konkav nach unten (d.h. in Aufsteckrichtung) gewölbten Zustand, so erhöht sich der Außenumfang des Randabschnitts 22. Um den Winkel µ, den die Stirnwand 21 und der Randabschnitt 22 in ihrem Übergangsbereich einschließen, in den beiden bistabilen Stellungen konstant zu halten, sollte das Kappenmaterial über eine ausreichende Steifigkeit verfügen. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass der Übergang zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 wenigstens in Teilabschnitten, vorzugsweise aber über den gesamten Umfang, eine höhere Materialstärke aufweist als der Zentralbereich der Stirnwand 21. Das Material verdickt sich, wie in den Figuren 1e und 1f gezeigt, nach oben, d.h. entgegen der Aufsteckrichtung, so dass der Übergangsbereich zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 innen glatt verläuft. Die Materialverdickungen können alternativ aber auch nach unten vorspringen und im Deckelinneren zu einem entsprechend konturierten Wandverlauf führen.
  • Die Vergrößerung des Außenumfangs im später anhand der Figur 2a erläuterten konkaven bistabilen Zustand gegenüber dem in den Figuren 1e, 1f und 2b gezeigten konvexen Zustand erfordert eine ausreichende Dehnungsflexibilität des umlaufenden Randabschnitts 22. Dies gelingt erfindungsgemäß durch umlaufend (vorzugsweise äquidistant) angeordnete Dehnungsabschnitte 24 aus der weicheren zweiten Materialkomponente, die sich - wie besonders gut in den Figuren 1a und 1d zu sehen ist - mit Zwischenabschnitten 23 aus der härteren ersten Materialkomponente abwechseln. Wie in der Fig. 1b dargestellt, setzen die Dehnungsabschnitte 24 am Übergangsbereich zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 an und verbreitern sich zum radialen Außenrand hin. Das weichere Material der Dehnungsabschnitte 24 sorgt dafür, dass sich der Randabschnitt 22 in der konkaven, d.h. geöffneten Schnappposition der Kappe 20 in seinem Außenumfang vergrößern kann. Die Dehnungsabschnitte 24 würden dann nicht mehr die in den Figuren 1a und 1d gezeigte konstante Breite haben, sondern sich radial nach außen verbreitern.
  • Der Randabschnitt 22 endet sowohl in seinen Dehnungsabschnitten 24 als auch in seinen Zwischenabschnitten 23 in einem innen umlaufenden Rastring 29, der ebenfalls aus einer weicheren Materialkomponente geformt ist, vorzugsweise der gleichen, wie die Dehnungsabschnitte 24. Dieser innen umlaufende Rastring 29 verleiht der dünnwandigen Kappe 20 zusätzliche Formstabilität, ist aber auch ausreichend elastisch, um die Vergrößerung des Außenumfangs in der in der Fig. 2a gezeigten konvexen Umklapp-Position zu ermöglichen. Wegen seiner weicheren Materialbeschaffenheit kann der Rastring 29 die Funktion eines Dichtungsrings übernehmen.
  • Der Rastring 29 ist an einem um 90° radial nach innen vorspringenden Lippenabschnitt 23a, 24a des Randabschnitts 22 angeformt. Dies deshalb, weil die Kappe 20 die zu verschließende Öffnung 11a ja von außen umgreifen soll, wie in den Figuren 1f und insbesondere 2a-e genauer erläutert werden wird. Der an den Dehnungsabschnitt 24 angrenzende Lippenabschnitt 24a ist aus der weicheren zweiten Materialkomponente, während der an den Zwischenabschnitt 23 angrenzende Lippenabschnitt 23a aus der härteren ersten Materialkomponente ist. Es können aber auch die Lippenabschnitte 23a und 24a komplett aus der weicheren zweiten Materialkomponente geformt sein. Dann würde der gesamte radial nach innen verlaufende Teil des Randabschnitts 22 zum Rastring 29 gehören bzw. der Lippenabschnitt entfallen.
  • Als Herstellungsverfahren für die Kappe 20 eignet sich besonders das bereits erwähnte Mehrkomponenten-Spritzgießen aus einem oder mehreren thermoplastischen Kunststoffen. Durch die Mehrkomponenten-Technik kann für die Stirnwand 21 und die Zwischenabschnitte 23 eine erste (Basis-)Komponente gespritzt werden, während die Dehnungsabschnitte 24 ebenso wie der Rastring 29 aus einer weicheren zweiten Komponente in einem einzigen Herstellungsvorgang direkt angespritzt werden. Auch die optionale dritte (besonders harte) Materialkomponente für den Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt kann in einem einzigen Mehrkomponenten-Spritzguss direkt angespritzt werden.
  • Bevorzugte Materialien für die erste Komponente sind: thermoplastische Elastomere (TPE) und thermoplastisches Urethan (TPU).
  • Bevorzugte Materialien für die zweite Komponente sind: Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polystyrol (PS).
  • Bevorzugte Materialien für die dritte Komponente sind: glasfaserverstärktes Polyamid (PA) oder andere glasfaserverstärkte Kunststoffe.
  • Anstatt die Abdeckung vollständig im Spritzguss herzustellen, kann auch ein vorher separat gefertigter Rohling umspritzt werden. Denkbar ist zum Beispiel, dass eine Kappe aus Blech oder einem Leichtmetall (z.B. Aluminium), die im Wesentlichen die Form einer herkömmlichen Klick-Klack-Dosenkappe mit den sich aufspreizenden Metallzinnen hat, im Randbereich mit der weicheren (zweiten) Kunststoffkomponente umspritzt wird. So erhält man eine Abdeckung mit wesentlich verbesserter Dichtheit gegen das Austreten von Flüssigkeiten oder Gasen aus der damit zu verschließenden Dose.
  • Statt die Kappe oder Deckel aus mehreren Materialkomponenten unterschiedlicher Härte bzw. Dehnbarkeit herzustellen, kann sie auch durch thermisches Umformen, also Tiefziehen, oder ein Spritzgussverfahren aus nur einem Kunststoffmaterial gefertigt sein. Dann bildet man statt der weicheren Dehnungsabschnitte am Randabschnitt die erwähnten Einfaltungen aus und sieht am Übergangsbereich zwischen Stirnwand und Randabschnitt Verstärkungsrippen und/oder Materialverdickungen vor, die den Innenwinkel dort in beiden bistabilen Zuständen konstant halten.
  • Die Figuren 2a-e zeigen das Funktionsprinzip der Kappe 20 gemäß der ersten erfinderischen Lösung in einem erfindungsgemäßen Verschluss-System aus dem Behälter 10a und der Kappe 20. Die zu verschließende Öffnung 11a weist im dargestellten Wandabschnitt 12a außen eine kreisringförmige Nut 13a auf, an deren unterem Ende ein Absatz 15a gebildet ist, der aber nicht notwendig ist und auch entfallen kann. Oberhalb der Nut 13a verläuft der Wandabschnitt 12a noch in einem Überstand 14a weiter, der im Wesentlichen die gleiche Höhe aufweist wie der Randabschnitt 22 der Kappe 20.
  • Fig. 2a zeigt die Kappe 20 in ihrer offenen, konkaven Stellung, d.h. mit nach unten gewölbter Stirnwand 21. Sie hat einen entsprechend vergrößerten Innendurchmesser des Randabschnitts 22. Dieser Innendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser der Außennut 13a, so dass sich die Kappe 20 in dem geöffneten Zustand der Figur 2a von der Öffnung 11a abnehmen lässt.
  • In der Figur 2b hat die Stirnwand 21 eine konvexe Krümmung, d.h. sie ist entgegen der Aufsteckrichtung nach oben gewölbt. Der Randabschnitt 22 mit dem nach innen ragenden Rastring 29 hat dann nur noch einen Innendurchmesser, der geringer ist als der Außendurchmesser der Nut 13a. Dadurch ist die Kappe 20 fest in Eingriff mit der zu verschließenden Öffnungswand 12a und schnappt erst bei Ausübung einer in Aufsteckrichtung wirkenden Kraft F auf die Stirnwand 21 wieder in ihren ersten bistabilen Zustand zurück, der in der Figur 2a gezeigt ist. Wegen der elastischen Materialeigenschaften des Rastrings 29 fungiert dieser außerdem als Dichtungsring, um ein Entweichen von Gasen oder Flüssigkeiten aus der Öffnung 11a zu unterbinden.
  • Wie besonders gut in der Figur 2c zu sehen ist, ist der Endabschnitt 16 des Wandbereichs 12a angeschrägt, das heißt der Außenumfang der Öffnung 11a verengt sich in diesem Endabschnitt 16, während der Innendurchmesser der Öffnung 11a konstant bleibt. Dadurch entsteht ein Kontaktpunkt A1 zwischen Stirnwand 21 und Endabschnitt 16, der um einen Abstand a1 vom Übergangsbereich zwischen Stirnwand 21 und Randabschnitt 22 zur Mitte der Abdeckung 20 hin versetzt ist. Wird nun eine im Wesentlichen in Aufsteckrichtung wirkende Kraft F2 an einem Druckpunkt A2 von oben auf die Stirnwand 21 ausgeübt, so wirkt diese Kraft F2 über den Hebelarm der Länge a1 auf den Randabschnitt 22 und erlaubt ein Auslösen des Umschnappvorgangs. Bisher war dies nur im Wesentlichen quer zur Aufsteckrichtung mittels der in den Figuren 2a, 2c und 2d von der Seite direkt auf den Randabschnitt 22 wirkenden Kraft F0 möglich.
  • Wie außerdem in der Figur 2c dargestellt, kann am Randabschnitt 22 gemäß einer optionalen Variante zusätzlich noch eine Verlängerung 18 angebracht oder angeformt sein. Diese Verlängerung 18 erlaubt es, die im Wesentlichen quer zur Aufsteckrichtung wirkenden und zum Schließen der Kappe nötige Kraft F0 auf einen geringeren Wert F1 zu reduzieren, weil der Benutzer seine Kraft über einen verlängerten Hebelarm ausüben kann, wenn er die Kappe 20 an der Verlängerung 18 zusammendrückt.
  • Gemäß einer weiteren Variante, die in der Figur 2d dargestellt ist, lässt sich der Hebelarm a1 noch verlängern, indem der Endabschnitt 16' noch eine Verengung 17 aufweist, die an dem Endabschnitt 16' befestigt oder angeformt sein kann und im Bereich des Endabschnitts auch den Innendurchmesser des Wandabschnitts 12a, also die Öffnung 11a, verengt. Dann wirkt eine auf den Druckpunkt A2 ausgeübte Kraft F3 über den längeren Hebelarm a2 mit dem Kontaktpunkt A1 als Hebelpunkt noch effizienter auf den Randabschnitt 22 und erleichtert somit das Auslösen des Umschnappvorgangs.
  • Gemäß einer weiteren Variante, die in der Figur 2e dargestellt ist, lässt sich der Hebelarm a1 der Figur 2c auch durch eine Stirnwandverlängerung 19 verlängern. Anders als die in der Figur 2c gezeigte Verlängerung 18 ist die Stirnwandverlängerung 19 nicht am Randabschnitt 22 sondern an der Stirnwand 21 angeordnet. Diese Stirnwandverlängerung 19 kann abschnittsweise oder über den gesamten Umfang an der Stirnwand 21 angebracht oder angeformt sein und erlaubt es, die im Wesentlichen in Aufsteckrichtung wirkende und zum Schließen der Kappe 20 nötige Kraft F2 auf einen geringeren Wert F3. zu reduzieren. Wenn der Benutzer die Kappe 20 am Druckpunkt A2 der Verlängerung 19 nach unten drückt, erzeugt eine ausgeübte Kraft F3. über den längeren Hebelarm a2' mit dem Kontaktpunkt A1 als Hebelpunkt nämlich ein größeres Drehmoment als bei der Kraft F2 und dem Hebelarm a1 der Figur 2c. Ansonsten entspricht der Aufbau der Variante gemäß Figur 2e dem der Figur 2c. Es versteht sich außerdem von selbst, dass die in den Figuren 2c, 2d und/oder 2e gezeigten Varianten auch in Kombination zum Einsatz kommen können.
  • Die Figuren 3a bis 3d und 3f zeigen die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Verschluss-Systems, bei dem ein Deckel 30 der zweiten Lösung zum Verschließen einer Öffnung 11a zum Einsatz kommt. Der Deckel lässt sich in gleicher Weise herstellen, wie zuvor für die Kappe 20 beschrieben und weist in gleicher Weise Dehnungsabschnitte und Zwischenabschnitte im Randabschnitt 32 auf, wobei davon in den Querschnitten der Figuren der Übersichtlichkeit halber aber nur die Zwischenabschnitte 33 zu sehen sind. Auch die Lippenabschnitte und die Varianten dazu sind bei dem Deckel 30 analog zu der Kappe 20 möglich.
  • Der einzige Unterschied zur Kappe 20 besteht darin, dass der Deckel 30 keinen nach innen vorspringenden Rastring 29, sondern einen nach außen vorspringenden Rastring 39 aufweist, weil er ja nicht von außen, sondern von innen an der Behälterwand klemmen soll. Denkbar ist natürlich auch, eine Abdeckung mit sowohl einem nach außen auch einem nach innen vorspringenden Rastring, die dann sowohl als Kappe als auch als Deckel verwendbar ist. Ferner, in einem nicht erfindungsgemäßen Verschlusssystem, könnte man den Deckel 30 auch umgedreht auf die Dose 10b setzen, ohne dass sich an dessen Funktionalität wesentliches ändert. Der Mittelabschnitt des Randabschnitts 32 würde sich dann nicht in sondern entgegen der Aufsteckrichtung erstrecken und der Deckel 30 würde durch einen Druck auf die Stirnwand 31 in der Aufsteckrichtung von seinem geschlossenen in seinen offenen Zustand umspringen, was für bestimmte Anwendungen von Vorteil sein kann.
  • Der Randabschnitt 32 endet also sowohl in seinen Dehnungsabschnitten (nicht gezeigt) als auch in seinen Zwischenabschnitten 33 in einem außen umlaufenden Rastring 39, der ebenfalls aus einer weicheren Materialkomponente geformt ist, vorzugsweise der gleichen, wie die Dehnungsabschnitte. Dieser umlaufende Rastring 39 verleiht dem dünnwandigen Deckel 30 zusätzliche Formstabilität, ist aber auch ausreichend elastisch, um die Vergrößerung des Außenumfangs in der in der Fig. 3b gezeigten konvexen Umklapp-Position zu ermöglichen. Wegen seiner weicheren Materialbeschaffenheit klemmt der Rastring 39 nicht nur besonders gut in der Innennut 13b der zu verschließenden Öffnungswand 12b, sondern kann sogar die Funktion eines Dichtungsrings übernehmen.
  • Der Wandbereich 12b der zu verschließenden Öffnung 11a weist innen eine ringförmige Nut 13b auf, in die der Deckel 30 einrasten soll, und die an ihrer Unterkante einen stufenförmigen Absatz 15b bildet. Der Bereich des Wandabschnitts 12b oberhalb der Nut 13b (das heißt entgegen der Aufsteckrichtung) wird als Überstand 14b bezeichnet.
  • Führt man den Deckel 30 von oben in die Öffnung 11b ein, so stößt der Randabschnitt 32 mit dem Rastring 39 gegen den Absatz 15b. Dadurch weiß der Benutzer, dass er die zur Verriegelung vorgesehene axiale Endposition des Deckels 30 erreicht hat. Drückt er nun die Stirnwand 31 durch eine vertikal nach unten wirkende Kraft F nach unten, so schnappt die Stirnwand 31 von ihrem in Figur 3a gezeigten konvexen bistabilen Zustand um in ihren in Figur 3b gezeigten konkaven bistabilen Zustand. Durch die Steifigkeit des Deckelmaterials im Übergangsbereich zwischen Stirnwand 31 und Randabschnitt 32, die (wie zuvor erläutert) vorzugsweise noch durch Materialverdickungen unterstützt wird, bleibt der Winkel µ bei diesem Umschnappvorgang konstant, so dass der Randabschnitt 32 seitlich etwas nach außen klappt und ein Einrasten des Rastrings 39 in die Nut 13b bewirkt. Der Rastring 39 drückt also bei der konkaven Stirnwandstellung der Figur 3b seitlich von innen in die ringförmige Nut 13b der Öffnungswand 12b und verriegelt so den Deckel 30 in seiner geschlossenen Stellung. Dabei spannt sich das Material in den Dehnungsabschnitten 34 in einen in Draufsicht verbreiterten Zustand und der Außendurchmesser des Randabschnitts 32 vergrößert sich bei diesem Umklappvorgang. In der Figur 3c ist das Eingreifen des Rastrings 39 in die Nut 13b nochmals im Detail dargestellt.
  • Um die Öffnung 11b wieder freizulegen, muss der Deckel 30 wieder in seinen Ursprungszustand zurückschnappen. Dann kann er aufgrund der Verringerung seines Außendurchmessers wieder aus der Öffnung 11b herausgezogen werden. Dazu war herkömmlicherweise ein Griffelement an der Stirnwand 31 vorgesehen, mittels dem sich der Deckel 30 ergreifen und nach oben ziehen lässt. Wie im Detail weiter unten beschrieben, ermöglicht die zweite erfinderische Lösung auch ein Öffnen des Deckels mit einer seitlich (quer zur Aufsteckrichtung) auf die Behälterwand 12b einwirkenden Kraft F4, F5, so dass das Griffelement entfallen kann.
  • Wie in der vergrößerten Darstellung der Figur 3c gut zu sehen, hat der Überstand 14b bis zum entgegen der Aufsteckrichtung äußersten Ende des Wandabschnitts 12b eine Länge b1. Übt der Benutzer nun am Druckpunkt B2 eine quer zur Aufsteckrichtung wirkende Kraft F4 von außen auf den Wandabschnitt 12b aus, so wirkt diese mit der Länge b1 als Hebelarm und dem Kontaktpunkt B1 zwischen Wandabschnitt 12b und Randabschnitt 32 durch die elastische Verformung des Überstands 14b so auf den Deckel 30 ein, dass dieser in den offenen Zustand umschnappen kann, ohne dass es dabei einer direkten Betätigung des Randabschnitts 32 oder eines Hochziehens der Stirnwand 31 über ein Griffelement oder dergleichen bedarf.
  • Wie in der Figur 3d dargestellt, kann der Überstand 14b' gemäß einer ersten Variante der zweiten Lösung auch länger ausgebildet sein. Dadurch verlängert sich nicht nur der Hebelarm auf die Länge b2 und verringert dadurch entsprechend den zum Öffnen des Deckels 30 erforderlichen Kraftaufwand F5, sondern der Deckel 30 liegt dann auch vollständig geschützt innerhalb der Öffnung 11b, was ein unbeabsichtigtes Öffnen des Verschlusssystems erschwert.
  • Die Figur 3e zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform. Hier weist der Wandabschnitt 12b unterhalb der Innennut 13b einen Durchbruch auf, in dem ein Schieber 13c gelagert ist. Der Schieber 13c ist ein quer zur Aufsteckrichtung in dem Durchbruch verschiebbares, stangenförmiges Betätigungselement zum Öffnen des Deckels 30. Dazu übt der Benutzer von außen quer zur Aufsteckrichtung eine Kraft F5' auf den am Außenende des Schiebers 13c angebrachten oder angeformten Auslöser 13d aus. In der dargestellten Variante hat der Auslöser 13d die Form eines halbkugelförmigen Betätigungsknopfs.
  • Das andere Ende des Schiebers 13c trifft im Inneren des Behälters 10b auf das in Aufsteckrichtung von dem Randabschnitt 32 hervorstehende Ende einer Randabschnittsverlängerung 34. Die Verlängerung 34 kann abschnittsweise oder über den gesamten Umfang an dem Randabschnitt 32 angebracht oder angeformt sein. Sie hat in der gezeigten Variante im Wesentlichen eine Länge b3 und ist damit länger als der Randabschnitt 32 als solcher. Die Verlängerung 34 wirkt als Hebelarm der Länge b3 bis zum Übergangsbereich zwischen Randabschnitt 32 und Stirnwand 31.
  • Wird der Schieber 13c am Auslöser 13d mit der Mindestkraft F5' nach Innen geschoben, so bewegt sich die Verlängerung 34 so weit in das Behälterinnere, dass sie über den Hebelarm b3 das für das Umspringen in den geöffneten bistabilen Zustand nötige Drehmoment auf die Stirnwand 31 überträgt. Die gleiche Kraft F5' würde am übrigen Wandabschnitt 12b nicht zum Öffnen des Deckels 30 führen - etwa weil die Wandstärke bzw. Festigkeit der Behälterwand groß genug ist, um eine Kraftübertragung auf die Randabschnittverlängerung 34 ausreichend zu erschweren. Dadurch wird die Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Öffnen des Dose-Deckel-Systems zusätzlich erhöht.
  • Wie in der dritten Variante der erfinderischen Lösung gemäß Figur 3f gezeigt, kann der Schieber 13c mit dem Auslöser 13d auch entfallen und stattdessen der Wandabschnitt 12b eine Einschnürung 13e aufweisen, an der die Wandstärke geschwächt ist. Die Einschnürung 13e kann als umlaufende Ringmulde vorgesehen sein oder nur als abschnittsweise, vorzugsweise an zwei diametral entgegengesetzten Stellen, angeordnete Griffmulden. Drückt man im Bereich der Einschnürung 13e mit der Mindestkraft F5" radial nach Innen, so deformiert sich die Verlängerung 34 so weit in das Behälterinnere, dass sie über den Hebelarm b3 das für das Umspringen in den geöffneten bistabilen Zustand nötige Drehmoment auf die Stirnwand 31 überträgt. Abseits der durch die Einschnürung 13e geschwächten Wandstärke ist die Behälterwand 12b fest genug, um ein unbeabsichtigtes Öffnen mit der Kraft F5" zu vermeiden. Damit lässt sich eine Beeinträchtigung der Behälterdichtigkeit der zweiten Variante mit dem Wanddurchbruch und dem Schieber 13c vermeiden. Andererseits sind für bestimmte Anwendungen gerade solche Wanddurchbrüche erwünscht, beispielsweise für einen Druckausgleich zwischen Behälterinnerem und Umgebungsdruck. Statt der Einschnürung 13e kann der Wandabschnitt 12b an dieser Stelle auch auf andere Art weicher gemacht werden, beispielsweise durch Verwenden einer weicheren Materialkomponente oder nachträgliches Aufweichen des Wandabschnitts 12b an dieser Stelle.
  • Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verschlusssystem mit einer dreidimensionalen Struktur 10a, 10b, insbesondere einem Behälter oder einem Öffnungsbereich einer technischen Apparatur, und einer Abdeckung 20, 30 zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur 10a, 10b, um deren Öffnung 11a, 11b zu verschließen. Die Abdeckung 20, 30 weist eine Stirnwand 21, 31, die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteckrichtung gewölbten Zustand verformbar ist, und einen ringförmigen Randabschnitt 22, 32 auf. Dieser weist in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang auf als in dem zweiten bistabilen Zustand und ist daher dazu ausgelegt, eine klemmende Befestigung der Abdeckung 20, 30 an einem Wandbereich 12a, 12b der Öffnung 11a, 11b zu bewirken, indem der Randabschnitt 22, 32 in dem ersten Zustand innen oder in dem zweiten Zustand außen gegen den Wandbereich 12a, 12b drückt. Die dreidimensionale Struktur 10a, 10b ist dazu konfiguriert, eine an vordefinierten Stellen A2, B2 von außen auf das Verschlusssystem ausgeübte Kraft so weiterzuleiten, dass sie zu einem Umschnappen der Abdeckung 20, 30 von dem einen in den anderen der beiden bistabilen Zustände führt. Bezugszeichenliste
    10a, 10b Behälter
    11a, 11b Öffnung
    12a, 12b Seitenwand
    13a Außennut
    13b Innennut
    13c Wanddurchbrechung mit Schieber
    13d Auslöser
    13e Einschnürung
    14a, 14b, 14b' Überstand
    15a, 15b Absatz
    16, 16' Endabschnitt
    17 Verengung
    18 Verlängerung Randabschnitt Kappe
    19 Verlängerung Stirnwand
    20, 30 Abdeckung
    20 Kappe
    30 Deckel
    21, 31 Stirnwand
    22, 32 Randabschnitt
    23, 33 Zwischenabschnitte (hart)
    24 Dehnungsabschnitte (weich)
    23a Lippenabschnitt innen (hart)
    24a Lippenabschnitt innen (weich)
    29 Rastring innen (weich)
    33a Lippenabschnitt außen (hart)
    34 Verlängerung Randabschnitt Deckel
    39 Rastring außen (weich)
    a1, b1, a2, a2', b2, b3 Hebelarme
    A1, B1 Kontaktpunkt
    A2, B2 Druckpunkt

Claims (15)

  1. Verschlusssystem mit
    einer dreidimensionalen Struktur (10b), die eine zu verschließende Öffnung (11b) aufweist, und
    einer Abdeckung (30) zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur (10b), um die Öffnung (11b) zu verschließen, wobei die Abdeckung (30) aufweist:
    eine Stirnwand (31), die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteckrichtung gewölbten Zustand verformbar ist; und
    einen ringförmigen Randabschnitt (32), der in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang aufweist als in dem zweiten bistabilen Zustand und daher dazu ausgelegt ist, eine klemmende Befestigung der Abdeckung (30) an einem Wandbereich (12b) der Öffnung (11b) zu bewirken, indem in dem geschlossenen Zustand des Verschlusssystems der Randabschnitt (32) der Abdeckung (30) in dem ersten Zustand innen an einem Kontaktpunkt (B1) gegen den Wandbereich (12b) drückt,
    dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Struktur (10b) aus einem Material hergestellt ist, das zumindest an einer vordefinierten Stelle (B2) derart flexibel ist, dass eine quer zur Aufsteckrichtung von mindestens einer und vorzugsweise zwei entgegengesetzten Außenseiten auf den Wandbereich (12b) der Öffnung (11b) wirkende Kraft (F4, F5, F5', F5") an der mindestens einen vordefinierten Stelle (B2) so weitergeleitet wird, dass ein Umschnappen der Abdeckung (30) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt wirkt.
  2. Verschlusssystem nach Anspruch 1, wobei
    der Wandbereich (12b) wenigstens eine Verengungsstelle aufweist, an der sich die Größe der Öffnung (11b) verringert, vorzugsweise in Form eines stufenförmigen Absatzes (15b), und
    die Größe der Abdeckung (30) so bemessen ist, dass sie im offenen Zustand des Verschlusssystems nur bis zur Verengungsstelle in die Öffnung (11b) passt und mit ihrem Randabschnitt (32) an der Verengungsstelle aufliegt.
  3. Verschlusssystem nach Anspruch 2, wobei zum Öffnen des Verschlusssystems
    die quer zur Aufsteckrichtung von zwei entgegengesetzten Außenseiten wirkende Kraft (F4, F5) an der entgegen der Aufsteckrichtung von der Verengungsstelle entfernten vordefinierten Stelle (B2) auf den Wandbereich (12b) der Öffnung (11b) einwirkt, und
    die Kraft (F4, F5) über einen durch den Abstand zwischen der vordefinierten Stelle (B2) und dem Kontaktpunkt (B1) gebildeten Hebelarm (b1, b2) auf den an der Verengungsstelle anliegenden Randabschnitt (32) einwirkt und ein Umschnappen der Abdeckung (30) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt.
  4. Verschlusssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Wandbereich (12b) eine entgegen der Aufsteckrichtung von der Verengungsstelle entfernte Nut (13b) zum Eingriff eines Klemmelements des Abdeckungs-Randabschnitts (32) aufweist, insbesondere eines Rastrings (39).
  5. Verschlusssystem nach Anspruch 1, wobei
    an dem Randabschnitt (32) eine Verlängerung (34) in der Aufsteckrichtung angebracht oder angeformt ist, die sich im geschlossenen Zustand der Abdeckung (30) in der Aufsteckrichtung mindestens bis zu der vordefinierten Stelle (B2) der dreidimensionalen Struktur (10b) erstreckt, und die eine von zwei entgegengesetzten Außenseiten des Wandbereichs (12b) einwirkende Kraft (F4, F5, F5', F5") so auf die Stirnwand (31) überträgt, dass diese von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand umschnappt, und
    der Wandbereich (12b) an der vordefinierten Stelle (B2) vorzugsweise einen Durchbruch mit einem quer zur Aufsteckrichtung verlaufenden Schiebeelement (13c) aufweist, das sich aufgrund der von der mindestens einen oder den vorzugsweise zwei entgegengesetzten Außenseiten des Wandbereichs (12b) einwirkenden Kraft (F5') quer zur Aufsteckrichtung bewegen lässt, um zum Öffnen der Abdeckung (30) gegen die Verlängerung (34) zu drücken.
  6. Verschlusssystem mit
    einer dreidimensionalen Struktur (10a), die eine zu verschließende Öffnung (11a) aufweist, und
    einer Abdeckung (20) zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur (10a), um die Öffnung (11a) zu verschließen, wobei die Abdeckung (20) aufweist:
    eine Stirnwand (21), die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteckrichtung gewölbten Zustand verformbar ist; und
    einen ringförmigen Randabschnitt (22), der in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang aufweist als in dem zweiten bistabilen Zustand und daher dazu ausgelegt ist, eine klemmende Befestigung der Abdeckung (20) an einem Wandbereich (12a) der Öffnung (11a) zu bewirken, indem in dem geschlossenen Zustand des Verschlusssystems der Randabschnitt (22) der Abdeckung (20) in dem zweiten Zustand außen gegen den Wandbereich (12a) drückt,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Wandbereich (12a) an seinem entgegen der Aufsteckrichtung äußersten Endabschnitt (16) so geformt ist, dass die Stirnwand (21) der Abdeckung (20) im offenen Zustand des Verschlusssystems die Öffnungswand (12a) an einem Kontaktpunkt (A1) kontaktiert, der weiter in der Öffnungsmitte liegt als der Übergangsbereich zwischen Stirnwand (21) und Randabschnitt (22), und eine an mindestens einer vordefinierten Stelle (A2), die radial weiter außen als der Kontaktpunkt (A1) liegt und als Druckpunkt (A2) dient, in Aufsteckrichtung auf den Bereich der Stirnwand (21) der Abdeckung (20) wirkende Kraft (F2, F3, F3') über einen zwischen dem Druckpunkt (A2) und dem Kontaktpunkt (A1) gebildeten Hebelarm (a1, a2, a2') auf den Randabschnitt (22) einwirkt und ein Umschnappen der Abdeckung (20) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand bewirkt, so dass nicht nur durch eine quer zur Aufsteckrichtung von zwei entgegengesetzten Außenseiten auf den Randabschnitt (22) der Abdeckung (20) wirkende Kraft (F0, F1) sondern auch durch eine in Aufsteckrichtung auf die mindestens eine vordefinierte Stelle (A2) der Stirnwand (21) wirkende Kraft (F2, F3, F3') ein Umschnappen der Abdeckung (20) von dem ersten bistabilen Zustand in den zweiten bistabilen Zustand und damit ein Schließen des Verschlusssystems bewirkt wird.
  7. Verschlusssystem nach Anspruch 6, wobei der äußerste Endabschnitt (16, 16') der Öffnungswand (12a) eine sich quer zur Aufsteckrichtung nach innen verjüngende Form aufweist.
  8. Verschlusssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei sich die Öffnung (11a) an dem äußersten Endabschnitt (16, 16') der Öffnungswand (12a) verengt.
  9. Verschlusssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei
    an dem Randabschnitt (22) eine im Wesentlichen in der Aufsteckrichtung verlaufende Verlängerung (18) angebracht oder angeformt ist, die den Hebelarm der quer zur Aufsteckrichtung von mindestens einer und vorzugsweise zwei entgegengesetzten Außenseiten auf den Randabschnitt (22) wirkenden Kraft (F1) zum Schließen des Verschlusssystems verlängert, und/oder
    an der Stirnwand (21) eine im Wesentlichen quer zur Aufsteckrichtung verlaufende Verlängerung (19) angebracht oder angeformt ist, die den Hebelarm (a2') der in Aufsteckrichtung auf die vordefinierte Stelle (A2) wirkenden Kraft (F3') zum Schließen des Verschlusssystems verlängert.
  10. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die dreidimensionale Struktur (10a; 10b) ein Behälter, insbesondere eine Dose mit runder Öffnung (11a; 11b) ist.
  11. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abdeckung (20; 30) aus Kunststoff in einem Stück durch ein Spritzgussverfahren in Mehrkomponententechnik hergestellt ist.
  12. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Winkel (µ), unter dem die Stirnwand (21; 31) in den Randabschnitt (22; 32) übergeht, konstant ist, d.h. in dem ersten bistabilen Zustand genauso groß ist wie in dem zweiten bistabilen Zustand, und der Winkel (µ) vorzugsweise größer als 90° ist, insbesondere zwischen 100° und 120°.
  13. Verschlusssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Materialstärke am Übergang von der Stirnwand (21; 31) in den Randabschnitt (22; 32) zumindest in Teilbereichen größer ist als im übrigen Bereich der Abdeckung (20; 30), vorzugsweise um ein Vielfaches höher als die minimale Materialstärke der Stirnwand (21; 31), insbesondere ca. drei bis vier Mal so groß.
  14. Verschlusssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und vorzugsweise nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wenn nicht von einem der Ansprüche 6 bis 9 abhängig, wobei der Randabschnitt (32) in und außerhalb eines Bereichs mit einem Dehnungsabschnitt (24) einen axial in der Aufsteckrichtung verlaufenden Mittelabschnitt und einen daran angrenzenden und in radialer Richtung nach außen verlaufenden Lippenabschnitt (33a) aufweist.
  15. Verschlusssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9 und vorzugsweise nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wenn nicht von einem der Ansprüche 1 bis 5 abhängig, wobei der Randabschnitt (22) in und außerhalb eines Bereichs mit einem Dehnungsabschnitt einen axial in der Aufsteckrichtung verlaufenden Mittelabschnitt und einen daran angrenzenden und in radialer Richtung nach innen verlaufenden Lippenabschnitt (23a, 24a) aufweist.
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