СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ СВОБОДНОГО ПРОСТРАНСТВА НАД ПРОДУКТОМ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ВАКУУМНОГО ДАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕГО
METHOD OF MODIFYING FREE SPACE OVER PRODUCT FOR REMOVAL VACUUM PRESSURE AND DEVICE FOR IT

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к способу облегчения емкостей для горячего розлива посредством модификации свободного пространства над продуктом для удаления вакуумного давления и устройству для него. Это достигается посредством заполнения емкости нагретой текучей средой, причем данный термин применительно к данному описанию включает как жидкости, так и газы, если это не оговорено иначе, уплотняющей содержимое емкости от загрязнения от наружного воздуха, и регулирующей давление свободного пространства над продуктом в процессе укупоривания крышкой, чтобы устранить вакуумные силы, образующиеся в емкости при охлаждении текучей среды. Данный способ модификации свободного пространства над продуктом перемещает текучую среду вниз под свободное пространство над продуктом в верхнем участке горловины емкости, прежде чем обеспечить охлаждение содержимого текучей средой и наклеивать этикетку на емкость. Данное изобретение также относится к продуктам горячего розлива и пастеризованным продуктам, которые упаковывают в термостабилизированные емкости из полиэфира и особенно пригодные для упаковки пищевых продуктов, чувствительных к кислороду, когда требуется более длительный срок хранения.
Уровень техники
В уровне техники хорошо известны так называемые емкости для "горячего розлива", при этом производители поставляют емкости из PET для различных жидкостей, которые заливают в данные емкости, при этом жидкий продукт находится при повышенной температуре, обычно при температуре, равной или примерно равной 85°С (185°F).
Емкость изготавливают так, чтобы выдерживать термический удар удерживания нагретой жидкости, обеспечивающий "термостабилизированную" пластмассовую емкость. Данный термический удар появляется в результате либо введения горячей жидкости при розливе, либо нагревания жидкости после ее введения в емкость.
Однако когда жидкость охладится в закрытой крышкой емкости, объем жидкости в емкости уменьшается, создавая вакуум в емкости. Данная усадка жидкости приводит к вакуумным давлениям, которые втягивают внутрь боковую и торцевую стенки емкости. Это в свою очередь приводит к деформации стенок пластиковых бутылок, если они выполнены недостаточно жесткими, чтобы противостоять такой силе.
Обычно вакуумные давления компенсируют посредством использования вакуумных панелей, которые деформируются внутрь под вакуумным давлением. Известный уровень техники раскрывает множество вертикально ориентированных вакуумных панелей, которые позволяют емкостям выдерживать жесткие условия процедуры горячего розлива. Такие вертикально ориентированные вакуумные панели обычно расположены параллельно продольной оси емкости и под вакуумным давлением сгибаются внутрь по направлению к данной продольной оси.
Помимо вертикально ориентированных вакуумных панелей, многие известные емкости также содержат гибкие нижние участки для обеспечения дополнительной компенсации вакуума. Многие известные емкости, предназначенные для горячего розлива, имеют различные модификации в своих торцевых стенках или нижних участках, чтобы обеспечить максимально возможный прогиб внутрь, компенсируя по меньшей мере часть вакуумного давления, образующегося в емкости.
Однако, даже при таком значительном смещении вакуумных панелей емкость требует дополнительного упрочнения, чтобы предотвратить деформацию под действием вакуумной силы.
Усадка жидкости в результате охлаждения вызывает увеличение вакуумного давления. Вакуумные панели в некоторой степени сгибаются под данным отрицательным давлением, уменьшая вакуумную силу, фактически образуя меньшую емкость, чтобы лучше размещать меньший объем содержимого. Однако данная меньшая форма удерживается на месте посредством образования вакуумной силы. Чем труднее сгибается внутрь структура, тем большая вакуумная сила будет создаваться. В известных заявках, в емкости также может быть значительная величина вакуума, и она стремится деформировать общую форму, если не предусмотрено большое упрочняющее кольцо в горизонтальной, или поперечной, ориентации обычно расположенное на по меньшей мере 1/3 расстояния от конца емкости.
Настоящее изобретение относится к емкостям для горячего розлива и может быть использовано, например, в сочетании с емкостями для горячего розлива, описанными в международных заявках, опубликованных под номерами WO 02/18213 и WO 2004/028910 (заявках РСТ), описания которых также включены в данный документ в их полном объеме по необходимости.
В данных заявках РСТ описано исполнение емкостей для горячего розлива и проблемы, связанные с такими исполнениями, которые должны быть решены или по меньшей мере уменьшены.
Проблема существует при размещении таких поперечно ориентированных панелей в боковой стенке емкости или торцевой стенке или нижнем участке даже после того, как вакуум полностью удален из емкости, когда жидкость охладится, и панель выворачивается. Линия заполнения емкости находится при температуре немного выше обычной температуры наружного воздуха, и панель выворачивается, чтобы достигнуть давления наружного воздуха в емкости, в отличие от отрицательного давления, как в емкостях известного уровня техники. На емкость наклеивают этикетку и часто охлаждают на месте продажи.
Данное охлаждение обеспечивает дополнительное сжатие продукта и в емкостях с очень малой структурой боковой стенки, так называемых бутылках, "похожих на стеклянные", таким образом, на емкостях может появляться коробление, которое является неприглядным. Для устранения этого предпринята попытка создать нижнюю поперечную панель с большей способностью сжатия, чем требуется, так чтобы она могла выворачиваться в зависимости от силы малого свободного пространства над продуктом, появляющегося во время розлива. Это создает небольшое положительное давление во время розлива, и данное положительное давление обеспечивает некоторое облегчение ситуации. При дополнительном понижении температуры, например, во время охлаждения, положительное давление может уменьшаться и может обеспечить давление наружного воздуха при пониженных температурах, и таким образом устраняет коробление в емкости.
Однако данная ситуация является очень трудной для успешного решения, поскольку она зависит от использования более значительных свободных пространств над продуктом для сжатия во время выворачивания основания, а введение большего, чем это необходимо, свободного пространства над продуктом в емкость нежелательно, чтобы сохранить качество продукта.
Хотя желательно уменьшать уровень жидкости в емкости, чтобы избежать пролива, когда она открывается пользователем, выяснилось, что создание слишком большого положительного потенциала давления в основании может вызывать пролив некоторого количества продукта при открытии емкости, в частности при температурах наружного воздуха.
В большинстве операций розлива емкости обычно заполняют до уровня немного ниже высшего уровня емкости, в верхней части горловины.
Желательно сохранить по возможности малое свободное пространство над продуктом емкости, чтобы обеспечить допустимый разброс для трудно уловимых различий в плотности продукта или вместимости емкости, чтобы минимизировать потери от пролива и переливания через край жидкостей на высокоскоростной линии заполнения упаковок, а также уменьшить сжатие емкости в результате охлаждения содержимого после горячего розлива.
Свободное пространство над продуктом содержит газы, которые со временем могут ухудшать качество продуктов или предъявляют дополнительные требования к прочности емкости. Примеры включают продукты, чувствительные к кислороду, и продукты, заливаемые и уплотняемые при повышенных температурах.
Заполнение и герметизация жесткой емкости при повышенных температурах может создавать внутри емкости значительный вакуум, когда в ней имеется также свободное пространство над продуктом.
Поэтому в емкостях, заполняемых при повышенных температурах, желательно уменьшить содержание газа в свободном пространстве над продуктом, чтобы уменьшить вакуумное усилие, воздействующее на емкость, которое способное уменьшать прочность, вносить напряжения в емкость, или значительно деформировать емкость. Это также относится к процессам пастеризации и стерилизации, которые предусматривают сначала заполнение емкости, герметизацию, а затем подвергание упаковки воздействию повышенных температур в течение длительного периода времени.
Специалистам в данной области техники известно несколько способов термостабилизации при изготовлении емкостей для повышения термической стойкости упаковок. Например, в случае полиэфира полиэтилентерефталата процесс термостабилизации обычно включает снятие напряжений, создаваемых в емкости во время ее изготовления, и улучшение кристаллической структуры.
Обычно емкость из полиэтилентерефталата, предназначенная для газированного напитка холодного розлива, имеет более высокие внутренние напряжения и менее кристаллизованную молекулярную структуру по сравнению с емкостью, предназначенной для использования горячего розлива пастеризованного или стерилизованного продукта. Однако, даже при использовании таких емкостей, как описанные в вышеупомянутых заявках РСТ, в которых имеется малое остаточное вакуумное давление, горловина емкости также должно быть очень толстым, чтобы выдерживать температуру розлива.
В заявке РСТ WO 2005/085082 данного заявителя описана предварительная заявка на способ замещения свободного пространства над продуктом, которая включена в данный документ в ее полном объеме по необходимости посредством ссылки.
Там где в данной заявке сделана ссылка на любой известной уровень техники, это не является подтверждением того, что она образует часть общеизвестного знания в любой стране или регионе.
Задачи изобретения
С учетом вышеприведенного, одной из задач изобретения является создание способа герметизации и модификации свободного пространства над продуктом, который способен обеспечить устранение вакуумного давления, так что в емкости по существу не остается напряжения.
Другой задачей изобретения является создание способа сжатия свободного пространства над продуктом, посредством которого воздух или какой-либо другой газ или жидкость или их комбинацию, вводят в свободное пространство над продуктом под давлением перед герметизацией, чтобы создать повышенное давление, устраняя эффект вакуумного давления, создаваемый во время охлаждения продукта.
Еще одной задачей изобретения является создание способа модификации свободного пространства над продуктом, посредством которого стерильную или нагретую жидкость, или воздух, или какой-либо другой газ или их комбинацию вводят в свободное пространство над продуктом в стерильных условиях, чтобы создать положительное давление, устраняя эффект вакуумного давления, создаваемый во время охлаждения продукта.
Еще одной задачей изобретения является создание способа модификации свободного пространства над продуктом, посредством которого стерильный воздух или какой-либо другой газ или жидкость или их комбинацию, вводят в свободное пространство над продуктом под давлением с последующей герметизацией, чтобы устранить эффект вакуумного давления, создаваемый во время охлаждения продукта.
Еще одной задачей изобретения является создание способа модификации свободного пространства над продуктом, посредством которого сжимающее уплотнение устанавливают на горловину емкости.
Еще одной задачей изобретения является создание способа замещения свободного пространства над продуктом, посредством которого на горловину емкости устанавливают сжимающее уплотнение, которое выполнено с возможностью принудительного перемещения в емкость перед охлаждением жидкого содержимого, так что в емкости может быть создано положительное давление.
Дополнительной и альтернативной задачей изобретения во всех его вариантах выполнения, независимой от других задач изобретения, является предоставление потребителям по меньшей мере полезной альтернативы.
Сущность изобретения
В соответствии с одним аспектом изобретения предлагается емкость, содержащая уплотнение или крышку, включающую в себя, или выполненную с возможностью иметь, отверстие или окно в упомянутую емкость, причем упомянутый проход обеспечивает, при использовании, введение под давлением по меньшей мере одной текучей среды, причем упомянутое отверстие или окно дополнительно выполнено с возможностью герметизации под давлением, при использовании, обеспечивая увеличение внутреннего давления в емкости.
В соответствии с другим аспектом изобретения предлагается емкость, содержащая уплотнение или крышку, временно приложенную таким образом, что отверстие или окно в упомянутую емкость обеспечивается посредством неполной герметизации между крышкой и горловиной емкости; причем упомянутое отверстие или окно обеспечивает введение под давлением по меньшей мере одной текучей среды, при этом упомянутое отверстие или окно дополнительно выполнено с возможностью герметизации при сжатии, обеспечивая контролируемое повышение внутреннего давления в емкости перед охлаждением нагретого содержимого в емкости.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается емкость, содержащая уплотнение или крышку, обеспечивающую временную герметизацию непосредственно после заполнения и содержащую отверстие или окно, причем упомянутое отверстие или окно выполнено с возможностью доступа в по существу стерильных условиях для обеспечения введения по меньшей мере одной нагретой и/или стерильной текучей среды, причем упомянутое отверстие или окно дополнительно выполнено с возможностью герметизации в по существу стерильных условиях, чтобы обеспечить контролируемое повышение внутреннего давления в емкости при охлаждении нагретого содержимого в емкости.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается способ заполнения емкости текучей средой, включающий введение текучей среды через открытый конец емкости, так что она по меньшей мере по существу заполняет емкость, нагревание текучей среды до или после ее введения в емкость, обеспечение уплотнения или крышки, содержащей отверстие или окно, подачу по меньшей мере одной текучей среды через отверстие или окно и герметизацию отверстия или окна под давлением, с возможностью компенсировать последующее уменьшение давления в свободном пространстве емкости под уплотнением или крышкой при охлаждении нагретого содержимого.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения, способ заполнения емкости текучей средой включает введение текучей среды через открытый конец емкости, так что она по меньшей мере по существу заполняет емкость, нагревание текучей среды до или после введения в емкость, обеспечение уплотнения или крышки, содержащей отверстие или окно, причем упомянутое отверстие или окно является первоначально герметизированным, обеспечение охлаждение нагретого содержимого, дополнительное обеспечение способа последующего доступа к отверстию или проходу и введение по меньшей мере одной текучей среды через отверстие или окно и герметизацию отверстия или окна с возможностью компенсировать уменьшение давления в свободном пространстве емкости при охлаждении нагретого содержимого.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается емкость, содержащая верхнюю часть с отверстием в упомянутую емкость, причем упомянутая верхняя часть содержит горловину, выполненную с возможностью герметизации после введения нагретой или нагреваемой жидкости в емкость, причем упомянутое уплотнение выполнено с возможностью сжатия внутрь или механического перемещения до или после нагревания жидкости, с возможностью увеличения давления свободного пространства над продуктом.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения, предлагаемый способ заполнения емкости текучей средой включает введение текучей среды через открытый конец емкости, так что она по меньшей мере по существу заполняет емкость, нагревание текучей среды до или после ее введения в емкость, обеспечение подвижного уплотнения для открытого конца, чтобы закрывать и содержать текучую среду, причем упомянутое уплотнение приспособлено для сжатия свободного пространства емкости с возможностью компенсировать последующее уменьшение давления в свободном пространстве емкости под уплотнением, когда нагретое содержимое охладится.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается устройство заполнения емкости для заполнения емкости или выполнения способа заполнения, сформулированного в вышеприведенных семи параграфах.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается уплотнение или крышка для емкости, выполненная для использования: с любым из вариантов выполнения емкости изобретения или в любом из вариантов выполнения способа изобретения или с любым из вариантов выполнения устройства заполнения емкости изобретения.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается уплотнение или крышка для емкости, включающая признаки уплотнения или крышки, изложенные в любом из упомянутых первых трех аспектов емкости изобретения.
Дополнительные аспекты изобретения, которые должны учитываться во всех его новых аспектах, станут понятными из приведенного ниже описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1а-b и 2а-b - виды вариантов емкости уровня техники по WO 2005/085082 с механически сжимающейся крышкой, применяемой для герметизации напитка;
Фиг.3а-b показывают использование известной из WO 2005/085082 сжатой крышки по фиг.1 и 2;
Фиг.4а-b и фиг.5а-с показывают емкость и крышку согласно варианту настоящего изобретения;
Фиг.6а-с - вид другого варианта настоящего изобретения с использованием герметизирующей камеры;
Фиг.7а-с, фиг.8а-с, фиг.9а-с, фиг.10а-f, фиг.11а-с, фиг.12а-с, фиг.13а-с, фиг.14а-с и фиг.15а-с показывают другие варианты настоящего изобретения с использованием герметизирующей камеры;
Фиг.16а-с показывают еще один возможный вариант настоящего изобретения;
Фиг.17а-с показывают еще один возможный вариант настоящего изобретения;
Фиг.18 показывают еще один возможный вариант настоящего изобретения с использованием герметизирующей камеры;
Фиг.19а-b показывают вариант выполнения настоящего изобретения в виде укупорочной машины;
Фиг.20а-b и фиг.21а-b показывают еще один возможный вариант настоящего изобретения с использованием камеры давления;
Фиг.22а-с и фиг.23а-с схематично показывают вариант способа по изобретению;
Фиг.24-27 схематично показывают другой возможный вариант выполнения изобретения в виде укупорочной машины; и
Фиг.28а-d, 29а-d и фиг.30а-b показывают другие варианты выполнения изобретения с использованием герметизирующей камеры.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения
Приведенное ниже описание предпочтительных вариантов выполнения является только примерным по сути и никак не должно ограничивать изобретение или его применение или использование.
Как описано выше, для компенсации вакуумных сил во время охлаждения содержимого в термостабилизированной емкости, обычно используют емкости, которые содержат ряд вакуумных панелей вокруг из боковых стенок, и оптимизированную нижнюю часть. Под действием вакуумных сил вакуумные панели деформируются внутрь, а основание деформируется вверх. Это предотвращает нежелательное искривление в других частях емкости. Однако емкость также подвергается воздействию внутренней вакуумной силы. Панели и основание только обеспечивают прочную структуру, способную выдерживать данную силу. Чем более прочная структура, тем большая будет вакуумная сила. Кроме того, конечные пользователи могут ощущать вакуумные панели, когда они удерживают емкости.
Обычно в разливочной установке емкости заполняют горячей жидкостью и затем укупоривают крышками прежде чем подвергать их воздействию струи холодной воды, приводящему к образованию вакуума в емкости, который должна выдерживать структура емкости. Настоящее изобретение относится к емкостям для горячего розлива и к способу, который обеспечивает по существу устранение или существенное уменьшение вакуумного давления. Это обеспечивает значительно большую свободу исполнения и возможность облегчения, поскольку структура уже не должна обладать высокой прочностью, чтобы противодействовать вакуумным силам, которые в противном случае будут деформировать емкость.
Как видно в решении известного уровня техники, показанном на фиг.1а-b и 2а-2b, когда горячую жидкость (21) вводят в емкость (1), жидкость занимает объем, который определяется первым верхним уровнем (3а). Если сразу после заполнения на горловина (2) емкости надеть сжимающую крышку (8), то в свободном пространстве (23b), которое находится над жидкостью и под уплотнительной поверхностью (10) сжимающей крышки, создается вакуум, причем уплотнительная поверхность является нижней границей сжимаемой внутренней камеры (9), которая контактирует с наружной частью крышки (8). Данный вакуум свободного пространства над продуктом обычно ликвидируется только при удалении крышки. Пока крышка (8) остается на месте, вакуумная сила остается по существу неизменной. Если стенки емкости сгибаются или деформируются внутрь, тогда уровень вакуумного давления может немного снижаться.
На фиг.3а-b показан другой вариант выполнения технического решения уровня техники.
Однако, как описано в уровне техники и показано на фиг.2а-b, механическое сжатие подвижного уплотнения в структуре крышки для достижения положительного давления происходит только один раз, когда емкость охлаждают. Это имеет явный недостаток в том, что нестерилизованные поверхности стенок элементов крышки приходят в контакт с жидким содержимым емкости. Данное загрязнение не допустимо, и поэтому вариант выполнения изобретения предусматривает данное механическое сжатие свободного пространства над продуктом только непосредственно после приложения крышки.
3
3
Таким образом, механическое сжатие может обеспечить положительное давление, пока содержимое емкости находится в нагретом состоянии, чтобы в дальнейшем обеспечить охлаждение емкости без коробления. Таким образом, элементы крышки, которые входят в свободное пространство емкости при сжатии, будут подвергаться стерилизации посредством нагретого содержимого перед охлаждением. Необходимо понимать, что для создания основной уплотнительной структуры, которая выполнена с возможностью проталкивания вниз для вытеснения жидкого содержимого в значительной степени, предусмотрено множество различных структур. Например, содержимое объемом 600 мл потребует вытеснения порядка 20-30 см жидкости. Содержимое объемом 2000 мл потребует вытеснения порядка 70 см жидкости.
Предполагается, что крышка может быть выполнена из металла или пластмассы и в альтернативных вариантах выполнения может не закручиваемой, а проталкиваемой в горловина емкости, и может быть застопорена в требуемом положении.
Крышку можно перемещать вниз с возможностью контроля при помощи пригодного механического или электрического или другого средства, или вручную.
Способ изобретения позволяет учитывать множество переменных в механическом сжатии, однако для емкостей больших размеров, в которых потребуются значительные перемещения вниз, предполагается, что сжимающая крышка будет обеспечивать только часть сжимающей силы, при этом остальная часть будет обеспечена посредством способов, рассмотренных в приведенном ниже описании.
Ссылаясь на фиг.4а и b, показан примерный вариант выполнения изобретения с крышкой (80), находящейся в зацеплении с горловиной (2) емкости. Все чертежи после фиг.4а относятся к верхним частям емкостей, подобных той, что показана на фиг.4а.
В соответствии с другим аспектом изобретения, и ссылаясь на фиг.4а и b и фиг.5а-с, после введения жидкости, которая может быть уже нагретой или пригодной для последующего нагревания, может быть приложена крышка, включающая небольшое отверстие или окно (81). Таким образом, свободное пространство (23а) находится под основным элементом (80) крышки и над уровнем (40) текучей среды в емкости. На данном этапе свободное пространство (23а) сообщается с наружным воздухом и поэтому находится под давлением наружного воздуха и обеспечивает уровень (40) текучей среды.
Как видно на фиг.6а-с, в одном варианте выполнения герметизирующая камера (84) установлена поверх комбинации горловины и крышки, чтобы герметизировать жидкость от наружного воздуха (верхний, закрытый конец камеры 84 не показан). При воздействии сжимающей силы, как показано стрелками, например, посредством введения воздуха или какого-либо другого газа, повышенное давление в герметизирующей камере обеспечивает дополнительное увеличение давления в свободном пространстве (23b), а также снижает уровень (40) жидкости вследствие дополнительного расширения пластмассовой емкости.
В качестве альтернативы введению газа, можно вводить нагретую жидкость, например, нагретую воду. Это обеспечивает дополнительное преимущество в том, что вводимая жидкость не будет подвергаться расширению, которое обычно происходит при введении газа в нагретую среду. Таким образом, в конечном итоге меньшая сила будет устанавливаться к боковым стенкам емкости на начальных этапах горячего розлива.
Кроме того, вводимая жидкость будет меньше сжиматься, чем газ, при последующем охлаждении. Поэтому, безусловно, потребуется меньше жидкости, которую нужно вводить в свободное пространство над продуктом, чтобы обеспечить компенсацию предполагаемых вакуумных сил, которые будут возникать в противном случае.
Как показано на фиг.7а-с (сжимающая сила не показана), пока в герметизирующей камере (84) поддерживается давление, закупоривающий механизм (82) перемещается вниз от устройства (83) подачи к отверстию (81).
Как видно на фиг.8а-с, пока в герметизирующей камере (84) поддерживается давление, отверстие закрывается намертво посредством вставки заглушки (82) в отверстие (81).
В это время, как можно видеть на фиг.9а-с, свободное пространств (23b) находится под контролируемым давлением, зависящим от количества поданного газа, и герметизирующая камера может обеспечить отвод устройства (83) подачи после сброса давления в камере, когда емкость извлекают и возвращают на линию заполнения.
Как показано на фиг.10а-с, когда бутылка затем переместится вниз на линию заполнения и охладится, свободное пространство (23b) расширяется, поскольку объем жидкости уменьшается. Уровень (40) жидкости опускается до нового положения (41), и находящееся под давлением свободное пространство (23b) расширяется и частично или полностью теряет свое давление, когда она образует новое свободное пространство (23с).
Однако важно, что когда содержимое охлаждают, в емкости уже нет остаточного вакуума.
В качестве альтернативы, и как показано на фиг.10d-f, заглушка 92 может быть временно прикреплена к крышке, например, посредством элемента 91, во время изготовления крышки. Жидкость, как в показанном примере, или газ, может вводиться также под давлением, чтобы обтекать заглушку и проникать в свободное пространство емкости под давлением, и затем стержневой механизм 93 проталкивают вниз, задвигая заглушку 92 в отверстие намертво. В данном варианте нет необходимости нагружать стержень множеством закупоривающих механизмов.
Другой пример такого варианта показан на фиг.18. В данном варианте выполнения изобретения крышка 80 содержит заглушку 92, временно прикрепленную посредством элемента (не показанного). Герметизирующая камера 84 заключает в себе крышку и создает внутреннее герметизированное свободное пространство 87 камеры посредством прижатия уплотнительных колец 89 к верхней поверхности крышки. Газ или жидкость, или их комбинацию, инжектируют в свободное пространство 87 камеры через входное отверстие 86 и через пространства вокруг заглушки в свободное пространство емкости. Как только будет достигнуто требуемое давление, толкающий стержень 88 перемещается вниз, заталкивая заглушку 92 на место внутри крышки и таким образом уплотняя свободное пространство емкости под требуемым давлением. Это обеспечивает достижение расчетного внутреннего давления точно в момент герметизации емкости, когда заглушка вдвинута в конечное положение. Это обеспечивает заблаговременную компенсацию эффектов дополнительного вакуума, создаваемого в результате охлаждения любого нагретого содержимого в емкости.
Со ссылкой на фиг.19а и 19b, настоящее изобретение может быть выполнено с возможностью функционирования с очень похожими линиями для обычного укупорочного участка на линии заполнения. Головной узел 101 обычной укупорочной машины включает герметизирующую камеру 84 и обеспечивает функцию герметизации и повышения давления в емкости посредством крышки для герметизации емкости. Обычный укупорочный узел может содержать крышку, необязательно уже закрученную на место, однако емкость будет оставаться негерметизированной вследствие того, что заглушка находится в "незакупоренном" положении в крышке и обеспечивает перемещение жидкости или газа между внутренней и наружной стороной емкости. Точный момент герметизации емкости наступает тогда, когда заглушку заталкивают на место, а свободное пространство в емкости не находится под давлением наружного воздуха, что является обычным для процедур укупоривания в соответствии с уровнем техники на участке заполнения и укупоривания. При использовании изобретения узел 102 модификации свободного пространства над продуктом может принимать закрытые крышкой емкости 1 и затем повышать давление в емкости непосредственно перед герметизацией емкости заглушкой для уплотнения крышки.
В качестве альтернативы, узел 102 модификации свободного пространства над продуктом может также выполнять обычную функцию обычной укупорочной машины. Данный узел может принимать пустые емкости, устанавливать крышки, содержащие заглушки и затем закручивать крышки на место, а также повышать давление в емкости перед окончательным уплотнением емкости посредством перемещения заглушки или какого-либо другого способа уплотнения.
На фиг.20а-f показаны другие примеры альтернативных вариантов выполнения изобретения. Крышка 80 может включать резиновую или из другого подходящего материала, заглушку 182 в крышке. Это обеспечивает преимущество наличия первоначально непротекающего уплотнения в емкости перед повышением давления в свободном пространстве над продуктом. Таким образом, емкость может быть нагружена давлением от жидкости или газа либо перед охлаждением содержимого, например, непосредственно после заполнения и закрытия крышкой посредством избыточного давления, либо данная процедура может происходить уже после того, как содержимое охлаждено, и в емкости уже имеется вакуум. В качестве примера, крышка и уплотнительная заглушка 182 могут быть подвергнуты стерилизации посредством очень горячей воды 66 после того, как жидкое содержимое охлаждено. Это обеспечит стерилизацию верхней поверхности крышки, и затем можно вводить нагретую жидкость, чтобы компенсировать вакуумное давление. После отвода инжекционной иглы 202, стерилизующая нагретая жидкость может быть удалена, когда емкость извлекают из камеры давления. Резиновое уплотнение 182 закрывает и уплотняет емкость, предотвращая всякое сообщение между свободным пространством под крышкой и наружным воздухом, имеющимся в наличии, когда камера открыта.
На фиг.21а-f показана другая альтернатива для пригодного закупоривающего механизма в крышке 80. Затвор 882 типа шарового клапана может быть использован для обеспечения отверстия, посредством которого может осуществляться модификация свободного пространства над продуктом в узле камеры давления, как описано выше. Как только будет создано избыточное давление в свободном пространстве над продуктом, вращающийся толкающий стержень 883 может закрывать шаровой клапан, при этом свободное пространство над продуктом поддерживается под точным давлением, как показано на фиг.21d-f.
На фиг.22а-с показан обычный примерный способ модификации свободного пространства над продуктом с использованием способа изобретения. Пустую емкость (не показанную ниже горловины) заполняют или даже "переполняют" до края горловины, и устанавливают крышку с отверстием, посредством которого может быть осуществлена модификация свободного пространства над продуктом, например, при помощи запорного устройства типа шарового клапана. В камере давления (не показанной) содержится по меньшей мере горловина, закрытое крышкой, и емкость находится под расчетным давлением. Данное увеличение давления может быть обеспечено посредством введения газа, как в показанном примере, или посредством избыточного введения дополнительной жидкости. Во время данного процесса емкость до некоторой степени увеличивается в размере, обеспечивая снижение уровня текучей среды (если инжектируют газ), и затем шаровой клапан может быть закрыт, чтобы поддерживать повышенное давление в емкости.
Подобная процедура может осуществляться с использованием более обычного запора "пушпульного" типа, как показано в подобном способе на фиг.23а-с.
В качестве другой альтернативы изобретения, и для устранения необходимости в отверстии или закупоривающем механизме в самой крышке, и со ссылкой на фиг.17а-с, обычную крышку можно устанавливать посредством укупорочного узла, но не закрученную с усилием на место. Затем горловина может быть заключено в камеру 84, а жидкость или газ принудительно подают в емкость через зазор между крышкой и резьбовыми механизмами горловины, как показано посредством перемещения жидкости 86. Как только будет достигнуто требуемое давление, как показано на фиг.17b, крышка может быть закручена на место посредством перемещения затягивающего стержня 85 в камере 84, при этом поддерживая свободное пространство емкости под давлением. В данном варианте выполнения способ может быть осуществлен с использованием не модифицированных, а стандартных крышек. Фиг.17с показывает удаление затягивающего стержня 85, надлежащим образом закрученной крышки 80, непосредственно перед извлечением головки емкости из камеры 84.
Понятно, что настоящее изобретение допускает множество вариантов выполнения процедуры модификации свободного пространства над продуктом посредством модификации обычной укупорочной машины. Такую машину можно легко использовать также для обеспечения функции укупорки емкости в дополнение к модификации свободного пространства над продуктом во время данной процедуры.
На фиг.24 показано, как можно удерживать емкость в обычной камере 84 уплотнения непосредственно под опорным кольцом 33 горловины емкости.
На фиг.25 показано, как можно удерживать всю емкость в камере 84 уплотнения. В данном варианте выполнения емкость не будет испытывать напряжение от увеличенного давления до тех пор, пока она не будет извлечена из герметизирующей камеры.
На фиг.26 показан альтернативный вариант выполнения изобретения. Предполагается, что герметизирующая камера 84 может содержать по желанию нижнюю концевую уплотнительную юбку 884. В данном примере уплотнительное кольцо из мягкого материала может быть надуваться под давлением воды или газа, подаваемого через впускное отверстие 883, чтобы образовать плотный контакт с выступом емкости. Затем газ или жидкость можно закачивать в свободное пространство 87 камеры давления через впускное отверстие 86, чтобы модифицировать свободное пространство емкости перед окончательным уплотнением.
На фиг.27 показано, каким образом герметизирующая камера, показанная на фиг.26, может быть включена в обычный участок укупорочного узла, содержащего элементы наложения с вращающейся головкой. Это позволяет модифицированному укупорочному узлу накладывать крышку обычным способом, но при этом модифицировать свободное пространство над продуктом перед приложением крутящего момента для уплотнения крышки на емкости.
Таким образом, при облегчении реализации изобретения, полное или значительное удаление вакуумного давления посредством замещения свободного пространства над продуктом перед сжатием жидкости позволяет значительно уменьшить вес боковых стенок благодаря устранению механически деформирующих сил.
В соответствии с другим аспектом изобретения, и ссылаясь на фиг.11а-с, после введения жидкости, которая может быть уже нагретой или пригодной для последующего нагревания, может быть приложена крышка, включающая отверстие или окно (81), который временно закрыт соединительным уплотнением (91). Таким образом, свободное пространство (23d) находится под основным элементом (80) крышки и над уровнем (40) текучей среды в емкости. На данном этапе свободное пространство (23d) не сообщается с наружным воздухом и, таким образом, находится при обычном давлении в емкости во время этапов охлаждения на линии заполнения.
Как видно на фиг.12а-с, после того как емкость охлаждена обычно до уровня, предусмотренного для наклеивания этикетки, и распределение свободного пространства (23а) будет происходить в расширенном состоянии с пониженным уровнем текучей среды, и будет создавать вакуум вследствие сжатия нагретой жидкости в емкости.
Как видно в данном предпочтительном варианте выполнения изобретения, для того чтобы удалить вакуумное давление, герметизирующую камеру (84) накладывают поверх комбинации горловины и крышки, чтобы уплотнить соединительное уплотнение (91) от наружного воздуха (верхний, закрытый конец структуры 84 не показан).
При введении стерилизующей среды (66), например, посредством введения нагретой воды, предпочтительно, при температуре выше 95°С, или смеси нагретой воды и пара, стерилизующая среда обеспечивает стерилизацию внутренних поверхностей герметизирующей камеры (84) и соединительного уплотнения (91).
Ссылаясь на фиг.13а-с, пока стерилизующая среда удерживается в герметизирующей камере (84), закупоривающий механизм (83) перемещают вниз от устройства (83) подачи к отверстию (81). Закупоривающий механизм прокалывает соединительное уплотнение (91) и снова временно отводится, как показано на фиг.14а-с, обеспечивая сообщение между стерилизованным объемом в герметизирующей камере над крышкой (80) и свободным пространством (23е) под крышкой.
Как можно видеть на фиг.14а-с, стерилизующая среда, например нагретая вода при температуре 95°С, сразу же проходит в емкость через открытое отверстие (81) благодаря проколотому соединительному уплотнению. Это обеспечивает выравнивание давления или устранение вакуумного давления в емкости, так что уровень свободного пространства (23f) повышается. В другом предпочтительном варианте выполнения жидкость по существу инжектируют в емкость под небольшим давлением, подаваемым из герметизирующей камеры (84), так что давление в емкости будет по существу положительным давлением, и свободное пространство над продуктом будет по существу очень малым.
Целостность объема продукта в емкости не нарушается, когда среда над крышкой подвергается стерилизации перед сообщением со свободным пространством над продуктом, а дополнительная жидкость, подаваемая в емкость, замещает объем, "потерянный" вследствие сокращения объема охладившейся жидкости в емкости до описанного способа замещения свободного пространства.
После выравнивания давления, и со ссылкой на фиг.15а-с, устройство (83) подачи снова перемещают так, что заглушка (82) вставляется в отверстие и закрывает его намертво.
На данном этапе свободное пространство (23f) находится под контролируемым давлением, зависящим от объема жидкости, подаваемой для компенсации предыдущего сжатия жидкости, как описано выше.
Затем герметизирующая камера может предусматривать отвод устройства (83) подачи, которое теперь может осуществляться после выпуска стерилизующей среды и/или давления в камере, когда емкость извлекают и возвращают на линию заполнения.
Таким образом, описан способ компенсации вакуумного давления в емкости. Ссылаясь на фиг.16а-с, первоначальный уровень (40) свободного пространства, существовавший после охлаждения нагретого содержимого в закрытой емкости, предусматривает наличие вакуума в первом свободном пространстве (23d). После компенсации в соответствии с данным вариантом выполнения изобретения уровень свободного пространства изменяется и, возможно, повышается (41) в зависимости от давления в свободном пространстве, причем теперь давление в свободном пространстве 23f, предпочтительно, по существу соответствует давлению наружного воздуха или, предпочтительно, немного превышает его, так что боковые стенки емкости поддерживаются посредством небольшого внутреннего давления.
3
3
Со ссылкой на фиг.28а-d, альтернативный вариант выполнения изобретения также включает сжимающуюся крышку, в которой сжатие происходит после заполнения и перед охлаждением содержимого. Таким образом, посредством сжатия, происходящего тогда, когда жидкость горячая, камера (9) может быть простерилизована посредством содержимого, когда оно перемещается в емкость. Сжимающаяся крышка может находиться в камере сжатия, как описано выше, в частности для емкостей больших размеров. Например, емкости вместимостью 600 мл потребуют вытеснения порядка 20-30 см жидкости, а емкости вместимостью 2000 мл потребуют вытеснения порядка 70 см жидкости. Такие большие замещения трудно обеспечить без наличия камеры, выполненной с возможностью очень большого замещения, проходящей в емкость. Поэтому, для того чтобы сохранить объем камеры минимальным, предполагается, что камера сжатия способна обеспечить введение некоторого количества газа или жидкости, а сжимающаяся крышка способна обеспечить оставшееся требуемое сжатие. Таким образом, в емкость также вводится минимальное количество газа. Конечно, необходимо понимать, что для емкостей малой вместимости может быть использована только сжимающаяся крышка.
В отличие от описанного существующего уровня техники, настоящее изобретение позволяет горячей жидкости в емкости стерилизовать нижнюю сторону внутренней поверхности внутренней камеры (9), когда она прижата к горячему жидкому содержимому.
Обычно, когда продукт охладится, в емкости в первоначальном свободном пространстве (23b) под крышкой создается вакуум. Данный вакуум может до некоторой степени деформировать емкость (1), если стенки недостаточной жесткие, чтобы противостоять данной силе.
Однако, если перед охлаждением продукта внутреннее давление отрегулировано с возможностью повышения, то в результате может быть получен эффект временно повышенного уровня давления во время охлаждения продукта и по существу отсутствия давления после того, как охлаждение закончено, или, возможно, даже, предпочтительно, небольшой величины положительного давления.
Ссылаясь на фиг.29а-d, другой подобный вариант выполнения изобретения обеспечивает механическую крышку с механически контролируемым положением "вне" и "внутри". Сжимающую крышку (8) устанавливают к емкости (1) непосредственно после заполнения горячим напитком. В данном конкретном варианте выполнения уплотнительная поверхность (10) сжимаемой внутренней камеры (9) перемещается выше, чем в приведенном ранее примере, показанном на фиг.28а-d.
Ссылаясь на фиг.30а-b, раскрыт другой вариант выполнения изобретения. Структура крышки может представлять собой либо конструкцию из двух элементов, либо единый блок, посредством которого сжимаемая внутренняя камера (9) входит в зацепление с внутренней резьбой на горловине (99) и вызывает сжатие свободного пространства, когда крышку устанавливают и прикрепляют к емкости (1). Кроме того, для емкостей большей вместимости это обеспечивает возможность поддерживать введение газа или жидкости на минимальном уровне, при этом используя перемещение горячего жидкого содержимого для обеспечения повышения давления в емкости, когда емкость уплотнена.
Там, где в вышеприведенном описании сделана ссылка на конкретные элементы или числа в соответствии с изобретением, имеющие известные эквиваленты, такие эквиваленты включены в данный документ, как если бы они были выложены отдельно.
Хотя данное изобретение описано в качестве примера и со ссылкой на возможные варианты его выполнения, необходимо понимать, что его модификации и усовершенствования могут быть осуществлены без отхода от объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.