БУТЫЛКА, ВЫПОЛНЕННАЯ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА
BOTTLE MADE OF POLYMER MATERIAL

Настоящее изобретение относится к бутылке, выполненной из полимерного материала.
В частности, настоящее изобретение относится к бутылкам, выполненным из PET (полиэтилен-терефталата (polyethylene terephthalate)), причем следует понимать, что принципы настоящего изобретения возможно применять также к другим типам материалов, таким как PLA (полилактид (polylactide)), OPP (ориентированный полипропилен (oriented polypropylene)), PEN (полиэтилен-нафталат (polyethylene naphthalate)) и так далее.
Обычно эти бутылки выполняются из цилиндрической преформы, которая, после соответствующего нагревания, вводится в форму и подвергается последовательно этапам растягивания и надувания.
В процессах наполнения бутылки, бутылки, которые еще не были наполнены, должны иметь такую форму, чтобы выдерживать напряжения из-за перемещения по всей производственной линии. Впоследствии, когда они наполнены, они должны выдерживать напряжения, возникающие во время операций укладки на поддоны и транспортировки.
По этой причине, бутылки выполнены с такими геометрическими формами, чтобы обеспечивать наилучшую механическую эффективность и исключить избыточную деформацию.
Тем не менее механическая эффективность не является единственным фактором, который следует принимать во внимание.
Если для достижения удовлетворительной механической прочности форма бутылки должна быть очень сложной, соответствующий процесс производства может не быть достаточно простым. В частности, операция раздувки заготовки может не обеспечивать адекватную степень повторяемости бутылки, в частности, в области основания.
Иначе говоря, бутылка с геометрической формой, которая обладает высоким сопротивлением механическим напряжениям, может быть слишком сложной для изготовления посредством процессов растягивания и раздувки. Следовательно, с точки зрения опыта конструктора полимерных бутылок, попытки достичь подходящего компромисса между жесткостью контейнера из-за геометрии, весом пустой бутылки (то есть количеством материала, распределяемого в процессах растягивания и раздувки) и "возможностью раздувки" контейнера, следует понимать как возможность повторения данной формы при сохранении более или менее постоянной толщины материала по всей бутылке.
Кроме того, изготовители стремятся постепенно уменьшать вес бутылок для достижения экономии затрат на материал и уменьшения воздействия на окружающую среду.
В случае контейнеров для воды, низкая ценность содержимого бутылки делает еще более желательным достижение уменьшения веса контейнера. Это привело к тому, что толщина стенки все чаще уменьшается до минимальных величин толщины полимерного материала, образующего бутылку, лежащих в диапазоне от 0,05 до 0,3 мм.
Когда бутылка наполнена жидкостью, такой как вода, возникает проблема в отношении обращения с бутылкой, а именно, сжатие стенок в радиальном направлении и в осевом направлении, причем это сжатие еще более ощутимо при уменьшении толщины стенок.
Для того, чтобы сделать бутылку более прочной и имеющей большее сопротивление упомянутым выше деформациям, одно решение, которое было предложено и осуществлено, заключается в добавлении азота в жидком состоянии к содержимому бутылки внутри пространства у верхней части контейнера сразу после этапа наполнения и непосредственно перед этапом установки крышки. Азот испаряется и расширяется внутри пустого пространства между жидкостью и крышкой. Таким образом, бутылка получает повышенное внутреннее давление и может выдерживать более сильные напряжения осевой и радиальной нагрузки, чем бутылка без азота.
Эта технология применяется, в частности, при наполнении водой или другими жидкостями, в которые не был добавлен газ, бутылок, которые имеют очень небольшой вес и сами по себе не могут обеспечить адекватную механическую эффективность.
Тем не менее создание повышенного давления в бутылке, в некоторых случаях создает такие напряжения, что они избыточно деформируют бутылку и, в частности, ее основание, которое может изогнуться или выгнуться наружу, если оно не является достаточно прочным.
Изгибание основания наружу приводит к неустойчивости бутылки, которая опирается не на ее нормальную площадь опоры, а на центральную точку основания, что делает бутылку неустойчивой с очевидными проблемами в отношении как транспортировки, так и использования, и обращения конечного пользователя с бутылкой.
В уровне техники существуют другие способы нагнетания, которые осуществляются с использованием смешанного стерильного сжатого воздуха или двуокиси углерода, используемой в случае газированных напитков. Также, в случае этих применений, улучшения и проблемы подобны встречаемым при осуществлении наполнения азотом.
Следовательно, предшествующий уровень техники не лишен недостатков, несмотря на то, что он является широко признанным.
Фактически, до настоящего времени геометрию основания бутылки конструировали для оптимизации конструкционного сопротивления высоким внутренним давлениям, используя обычное решение, заключающееся в увеличении эффективности основания посредством ребер, центр которых, в проекции на поддерживающую поверхность, проходит радиально. В связи с этим на фиг. 1 показано основание бутылки согласно предшествующему уровню техники. Термин "ребро" следует понимать как означающий кривизну основания бутылки, которая образует выпуклость в продольном направлении, направленную внутрь бутылки, так что она выглядит для наблюдателя как углубление.
Кроме того, для того, чтобы увеличить сопротивление напряжениям из-за нагнетания азота или других систем нагнетания, были предприняты попытки увеличения количества и глубины радиальных ребер, что не привело, тем не менее, к ожидаемому успеху из-за конструкции и, в частности, из-за того, что операция формования является очень сложной.
Внутреннее давление стремится деформировать основание, заставляя его принимать форму, которая наиболее близко (при предельных теоретических величинах) похожа на форму сферы. Следовательно, линия прохождения обычного ребра стремится принять форму корда, лежащего на сфере и соединяющего наиболее внешнюю точку основания с центральной точкой основания.
В обычных решениях внутреннее давление стремится деформировать основание, которое в поперечном сечении инерции, перпендикулярном радиальному направлению, выдерживает только моменты, содержащиеся в радиальных плоскостях, содержащих продольную ось бутылки.
Следовательно, цель настоящего изобретения заключается в преодолении недостатков предшествующего уровня техники.
Первая задача настоящего изобретения заключается в разработке бутылки, которая является очень легкой, и основание которой изгибается наружу очень немного, то есть на такую величину, чтобы обеспечить устойчивое позиционирование бутылки как пустой, так и полной.
Вторая задача заключается в обеспечении того, что бутылка с приведенными выше характеристиками также может быть легко изготовлена посредством нормального способа формования раздувкой заготовки.
Цель и упомянутые выше задачи достигаются с помощью бутылки по п.1 прилагаемой формулы изобретения.
Целью настоящего изобретения является бутылка, выполненная из полимерного материала, содержащая основание. На основании бутылки предусмотрено множество ребер, каждое из которых проходит в продольном направлении внутрь бутылки. Каждое ребро проходит вдоль линии радиального прохождения. Бутылка отличается тем, что проекция в поперечной плоскости линии радиального прохождения по меньшей мере одного из упомянутых ребер является криволинейной.
Эта специальная геометрическая форма основания позволяет увеличить жесткость поверхности с ограниченным количеством ребер. Фактически, жесткость ребер простирается по большей длине, чем у радиальных ребер, поскольку она является более протяженной между внешним диаметром бутылки и центром основания.
В случае обычного основания, длина проекции ребра в поперечной плоскости в основном равна внешнему радиусу бутылки. В основании, выполненном согласно настоящему изобретению, длина является более длинной, поскольку линия радиального прохождения в пространстве имеет криволинейное, а не прямолинейное распространение с теми же точками начала и конца, по сравнению с ребром, имеющим линию радиального прохождения, совпадающую с радиусом бутылки.
Отличительные признаки и преимущества бутылки, достигаемые посредством применения принципов настоящего изобретения, будут лучше поняты из приведенного ниже описания нескольких иллюстративных вариантов осуществления, данных в качестве неограничивающих примеров, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан вид в плане, снизу, основания бутылки согласно предшествующему уровню техники;
на фиг. 2 показан вид в перспективе, снизу, бутылки согласно настоящему изобретению;
на фиг. 3 показан вид в плане, снизу, основания бутылки согласно настоящему изобретению;
на фиг. 4 показан вид сбоку основания бутылки согласно настоящему изобретению;
на фиг. 5 показан вид в перспективе основания бутылки согласно настоящему изобретению;
на фиг. 6 показан вид в плане, сверху, бутылки согласно настоящему изобретению;
на фиг. 7 показан вид в перспективе в поперечном разрезе по поверхности VI-VI, показанной на фиг. 5, бутылки согласно настоящему изобретению;
на фиг. 8 показан вид сбоку основания бутылки в поперечном разрезе по поверхности VI-VI, показанной на фиг. 5;
на фиг. 9 показан вид снизу основания бутылки согласно настоящему изобретению в двух разных состояниях использования;
на фиг. 10A, 10B и 10C показаны три схематичных вида трех возможных вариантов осуществления геометрической формы согласно настоящему изобретению; и
на фиг. 11 и 12 показаны два альтернативных варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 показана бутылка 10, выполненная из полимерного материала, содержащая основание 12. На основании 12 бутылки предусмотрено множество ребер 14, каждое из которых состоит из кривизны основания 12 бутылки 10, которая образует выпуклость в продольном направлении внутрь бутылки 10.
На фиг. 2 определено следующее:
- продольное направление, любое направление, параллельное направлению продольной оси бутылки (обозначенной ссылочной позицией 16), которое соединяет входное горлышко с основанием бутылки;
- поперечная плоскость, любая плоскость, перпендикулярная продольному направлению;
- продольная плоскость, любая плоскость, содержащая продольную ось бутылки; и
- радиальное направление, любое направление, лежащее в поперечной плоскости, проходящее через продольную ось бутылки.
Как хорошо видно на фиг. 3, каждое ребро 14 проходит вдоль линии радиального прохождения (обозначенной ссылочной позицией 18 и показанной как штрихпунктирная линия). Бутылка 10 согласно настоящему изобретению отличается тем, что проекция в поперечной плоскости линии 18 радиального прохождения по меньшей мере одного из упомянутых ребер 14 является криволинейной.
Ниже одна и та же ссылочная позиция 18 используется для обозначения линии радиального прохождения, проекции, в поперечной плоскости, линии радиального прохождения и проекции, в продольной плоскости, линии радиального прохождения, поскольку они состоят из одного и того же геометрического признака, показанного на разных видах.
Согласно одному возможному варианту осуществления, основание 12 бутылки 10 содержит шесть ребер 14. Преимущественно, упомянутые ребра имеют центральную симметрию.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, проекция, в поперечной плоскости, линии 18 радиального прохождения имеет по меньшей мере одну точку 20 перегиба. Преимущественно, проекция, в поперечной плоскости, линии 18 радиального прохождения имеет только одну точку 20 перегиба. Точка 20 перегиба может быть преимущественно предусмотрена на расстоянии d от продольной оси 16 бутылки, лежащем в диапазоне от 20 до 80% от длины внешнего радиуса бутылки.
В соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения, проекция, в поперечной плоскости, линии 18 радиального прохождения не имеет точек перегиба и, следовательно, имеет только одну кривизну (см., например, фиг. 10A). В качестве альтернативы, проекция, в поперечной плоскости, линии 18 радиального прохождения может содержать множество точек 20 перегиба.
В соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, проекция, в поперечной плоскости, линии 18 радиального прохождения является тангенциальной к прямой линии, проведенной в радиальном направлении вблизи от продольной оси 16 бутылки 10 (см., например, фиг. 10B). В дополнение или в качестве альтернативы, проекция, в поперечной плоскости, линии 18 радиального прохождения является тангенциальной к радиальному направлению вблизи от боковой поверхности 11 бутылки 10 (см., например, фиг. 10C).
Проекция, в поперечной плоскости, линии 18 радиального прохождения может преимущественно находиться в пределах углового сегмента, вертикаль которого лежит на продольной оси 16 бутылки 10, и угол у центра которого составляет от 5 до 75°.
Каждое ребро 14 может иметь изменяющуюся ширину вдоль линии 18 радиального прохождения. В соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, ребро 14 имеет максимальную амплитуду вблизи от внешней поверхности 11 бутылки 10 и имеет минимальную амплитуду вблизи от продольной оси 16.
Теперь со ссылкой на фиг. 4-8 будет описана форма проекции, в продольной плоскости, линии 18 радиального прохождения. В соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, проекция, в продольной плоскости, линии 18 радиального прохождения является криволинейной, как ясно видно на фиг. 7.
Фиг. 7 и 8 получены посредством разреза бутылки вдоль криволинейной поверхности поперечного разреза, обозначенной VI-VI на фиг. 6. Поверхность проходит продольно и содержит проекцию, в поперечной плоскости, линии радиального прохождения первого ребра 14, и проекцию, в поперечной плоскости, линии радиального прохождения второго ребра 14, не являющегося продолжением первого ребра.
В соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, проекция, в продольной плоскости, упомянутой линии 18 радиального прохождения упомянутого ребра 14 является прямой линией, параллельной или наклонной по отношению к поперечной плоскости. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения, проекция, в продольной плоскости, упомянутой линии 18 радиального прохождения упомянутого ребра 14 является криволинейной линией. Преимущественно, проекция, в продольной плоскости, упомянутой линии 18 радиального прохождения упомянутого ребра 14, является вогнутой, и эта вогнутость направлена внутрь бутылки. Преимущественно, самая нижняя точка 22 этой вогнутости находится на расстоянии от продольной оси 16 бутылки 10, лежащем в диапазоне от 25 до 75% от радиуса бутылки.
Теперь будет подробно описана форма ребер 14 согласно настоящему изобретению. Как видно на фиг. 3, ребро согласно настоящему изобретению содержит: центральную часть 24 и две стенки 26, 28, наклоненные в форме V, причем центральная часть 24 находится на вершине V и направлена внутрь бутылки. В соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, центральная часть 24 простирается в плоскости. Преимущественно, центральная часть 24 может простираться вдоль криволинейной поверхности, чтобы образовывать соединение между двумя стенками 26, 28.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, центральная часть 24 может представлять собой соединение между стенками 26, 28, которые также могут быть не криволинейными, что само по себе известно.
В соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, соединение между упомянутой центральной частью 24, V-образными стенками 26, 28 и основанием 12 бутылки 10 осуществляется посредством криволинейных поверхностей.
Преимущественно, вблизи от продольной оси 16 бутылки 10 ребра 14 соединены друг с другом на литниковой пробке 15. Литниковая пробка 15 может иметь круглую форму.
Следовательно, конкретная форма ребер 14 согласно настоящему изобретению образует несколько лепестков 30 между двумя следующими друг за другом ребрами 14. Лепестки 30 выступают из основания 12 бутылки 10 в продольном направлении наружу бутылки 10. Преимущественно лепестки 30 имеют скругленную форму, которая соединяет криволинейные поверхности со смежными ребрами 14 и с боковыми поверхностями 11 бутылки 10.
На упомянутых лепестках 30 предусмотрен диаметр поверхности соприкосновения бутылки 10. Преимущественно, диаметр поверхности соприкосновения основания бутылки лежит в диапазоне от 50 до 95% от радиуса бутылки.
В соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, литниковая пробка 15 расположена на расстоянии в продольном направлении от диаметра поверхности соприкосновения бутылки, лежащем в диапазоне от 5 до 45% от радиуса бутылки.
В соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, ребра 14 являются симметричными по отношению к их средней линии, то есть по отношению к линии 18 радиального прохождения.
Принимая во внимание описанную выше форму основания, можно заметить, что поперечные сечения максимального момента инерции распределены как в радиальном направлении, так и в тангенциальном направлении. Фактически, в описанном выше основании, сопротивление существует в обоих направлениях (в радиальном и в тангенциальном) и, таким образом, улучшено, уменьшая изгибание основания наружу.
Как показано на фиг. 9, принимая во внимание спиральную форму, основание 12 действует подобно спиральной пружине, которая, будучи напряженной внутренним давлением бутылки, стремится поглотить смещение, вызванное приложенной результирующей силой, вращаясь в направлении разматывания спирали. На фиг. 9 показаны два состояния работы:
- сплошными линиями показана конфигурация основания 12 в состоянии покоя; и
- штрихпунктирными линиями показана конфигурация основания 12, когда внутреннее давление бутылки больше, чем внешнее давление.
В целях иллюстрирования, смещение ребер между состоянием, показанным сплошными линиями, и состоянием, показанным штрихпунктирной линией, может быть показано акцентированно по сравнению с ситуацией в реальности и, в любом случае, может не быть видимо невооруженным глазом.
Можно заметить, как геометрическая форма основания преимущественно стремится ко вращению до тех пор, пока она не примет прямую конфигурацию для противодействия напряжению внутреннего давления. Это небольшое перемещение стремится поглотить деформацию в тангенциальном направлении, а не в осевом направлении, таким образом, уменьшая изгибание основания наружу.
Далее приведен пример размеров бутылки согласно настоящему изобретению:
- радиус внешней поверхности бутылки: 33 мм
- высота бутылки: 225 мм;
- расстояние от точки 20 перегиба до продольной оси бутылки: 15 мм;
- амплитуда углового сегмента, содержащего линию 18 радиального прохождения: 42°;
- самая нижняя точка 22 вогнутости проекции в продольной плоскости упомянутой линии 18 радиального прохождения: 16 мм;
- диаметр поверхности соприкосновения: 58 мм; и
- расстояние от литниковой пробки до диаметра поверхности соприкосновения в продольном направлении: 6 мм.
В отношении описанных выше вариантов осуществления, специалист в данной области техники, для удовлетворения конкретных требований, может осуществить модификацию и/или замену описанных элементов эквивалентными элементами без отхода от объема прилагаемой формулы изобретения.
Например, даже несмотря на то, что в оптимальном варианте осуществления основание предусмотрено с шестью ребрами, удовлетворительные результаты могут быть достигнуты также с пятью или семью ребрами.
Принципы настоящего изобретения могут быть применены к бутылкам, имеющим круглое, квадратное, эллиптическое или другое поперечное сечение. В случае поперечных сечений бутылки, не имеющих круглую форму, например, квадратных или эллиптических поперечных сечений (см. фиг. 11 и 12, соответственно), для того, чтобы применять описанные выше принципы настоящего изобретения, возможно определить окружность, в которую может быть вписана форма основания бутылки.
Бутылка согласно настоящему изобретению может быть использована для газированных и негазированных жидкостей.