ВЕНТИЛИРУЕМОЕ УКУПОРОЧНОЕ СРЕДСТВО ЕМКОСТИ
VENTILATED CONTAINER CLOSURE

Данное изобретение относится к укупорочному средству емкости, в частности к укупорочному средству, которое позволяет вентилировать комбинацию емкости с укупорочным средством.
Известен вид комбинации емкости с укупорочным средством - колпачка, имеющего газопроницаемую винтовую резьбу, снабженную ответной резьбовой горловиной емкости и уплотнительным элементом в колпачке для образования уплотнения по газу и жидкости с горловиной емкости. Такая комбинация показана в Документе СН-А-357330. Жидкие емкости могут иметь чрезмерное или недостаточное давление, и емкость повреждается, например, раздутием или сжатием, в зависимости от содержимой жидкости и окружающей температуры. Одно решение - сделать емкость достаточно прочной для сопротивления таким изменениям. Другое решение - снабдить емкость газовой вентиляцией. Выбор решения в основном имеет экономическую основу, в зависимости от того, что дешевле - сделать емкость более прочной или снабдить ее газовой вентиляцией, хотя иногда также принимают во внимание защиту окружающей среды.
В Документе WO-A-95/26913 раскрыто покрытие колпачка для двунаправленной вентиляции из внутренней части емкости в окружающую атмосферу через отверстия, находящиеся между спиральной винтовой резьбой укупорочного устройства колпачка и резьбой горловины емкости. Единственное укупорочное средство, раскрытое между колпачком и емкостью, обеспечено путем сжатия прокладочных слоев колпачка. Такие особые многослойные колпачки, однако, достаточно дорогостоящи в производстве. Альтернативой является обеспечение отверстия в центральной области уплотняющего тампона другого стандартного колпачка, вокруг которого закреплена газопроницаемая и непроницаемая для жидкости мембрана. Дополнительное отверстие выполнено в центре верхней стенки колпачка, сообщенное по газу с отверстием в тампоне и мембраной, таким образом, образуя путь газовой вентиляции. Однако раскрытое отверстие в верхней части колпачка подвержено загрязнениям. Они могут забивать мембрану и задерживать необходимую вентиляцию или проникать в мембрану и загрязнять содержимое емкости до обеспечения дополнительных защитных структур в тампоне и/или верхней поверхности колпачка. Открытое отверстие в верхней поверхности колпачка также подвергает мембрану механическим повреждениям. По этой причине необходима недорогая, прочная, универсальная и надежная вентилирующая конструкция емкости, которая предпочтительно требует минимального изменения укупорочного средства и/или уплотняющего тампона емкости.
Согласно настоящему изобретению, обеспечено укупорочное средство емкости, содержащее кольцевую область, образующую противоположную поверхность, против которой можно применить газопроницаемый, непроницаемый для жидкости укупорочный элемент для подачи укупорочного элемента в уплотняющее зацепление с ободком отверстия емкости, отличающуюся тем, что кольцевая область содержит путь газа, например, через отверстие или желоб поверхности, соединяющий (i) пространство внутри укупорочного средства емкости, покрытого применяемым уплотнительным элементом, и (ii) наружную поверхность кольцевой области. Когда давление в емкости поднимается выше давления окружающей среды, газ может выходить из отверстия емкости через уплотнительный элемент во внутреннее пространство через путь газа, образованный в кольцевой области, и оттуда в окружающую среду. Сходным образом, когда емкость имеет недостаточное давление по сравнению с окружающим, газ может протекать по тому же пути в противоположном направлении, внутрь емкости.
Когда укупорочное средство емкости имеет круглую форму, например винтовой колпачок, защелкивающийся колпачок, кроненпробка или тому подобные, обеспеченные на круглой горловине емкости, кольцевая область может быть круглой. Однако когда отверстие емкости некруглое, например квадратное, прямоугольное или имеющее другую многоугольную форму, кольцевая область также может быть некруглой, то есть многоугольной. Винтовая резьба, защелкивающее соединение, гофрированный удерживающий ободок или сходные средства для закрепления укупорочного средства на емкости могут быть расположены между кольцевой областью и окружающей средой, поперек пути выравнивания давления или вентиляции. В этом случае средство, закрепляющее укупорочное средство, должно быть (если предусмотрено) газопроницаемым для завершения вышеописанного пути газового потока между внутренней частью емкости и окружающей средой. Это позволяет осуществление вентиляции и выравнивания давления. Средства, закрепляющие укупорочное средство, с винтовой резьбой, такие как на винтовом колпачке и горловине с резьбой, особенно преимущественны, поскольку это обеспечивает путь потока в виде лабиринта для выравнивания давления в потоке газа, что может помочь предотвратить поступление загрязнений внутрь емкости, в частности, уплотняющего элемента. Однако другие формы средств, удерживающих укупорочное средство, также могут служить этой функции (например, защелкивающее соединение или гофрированное укупорочное средство, также как кроненпробка). Путь газа через кольцевую область также может иметь форму лабиринта или быть сетчатой для помощи в исключении твердых загрязнителей.
Газопроницаемый, непроницаемый для жидкости уплотнительный элемент действует для удержания жидкости в емкости, в то же время позволяя газу выходить или входить в емкости, таким образом, обеспечивая вентиляцию и выравнивание давления с окружающим. Во время транспортировки и хранения емкости отверстие емкости и присоединенное укупорочное средство обычно ориентированы на или по направлению к высшей точке емкости, так что они располагаются в сообщении с верхним пространством емкости, наполненным газом, так что возможна вентиляция. С этим также связано меньше требований к способности содержания жидкости уплотняющего элемента и укупорочного средства.
Поперечное сечение пути газа через кольцевую область может содержать закрытое пространство и может продолжаться от внутреннего пространства, противоположного отверстию емкости, до внешней части кольцевой области. Однако такие пути с закрытой границей могут быть сложны в выполнении, например, путем литья под давлением, в случае пластикового укупорочного средства, выполненного литьем под давлением, такого как колпачок емкости. Таким образом, кольцевая область может содержать отдельно выполненную прокладку, на которой расположена опорная поверхность, при этом прокладка и/или противоположная поверхность в остальной части кольцевой области содержит части сквозного отверстия, имеющего открытостороннее поперечное сечение, например, часть сквозного отверстия в форме желоба, образующую часть прохода для газа. Поперечное сечение этой части сквозного отверстия может быть или не быть закрыто взаимодействующей одной противоположной стороной прокладки, в любом случае.
Однако в особенно преимущественной разработке изобретения выяснено, что путь газа через кольцевую область может иметь открытостороннее поперечное сечение и может быть обеспечен на опорной стороне. С такой конструкцией отдельно выполненная прокладка, на которой должна быть расположена опорная поверхность, необязательна. Неожиданно было выяснено, что при верном выборе:
Толщины и эластичности уплотняющего элемента, в частности, тех его областей, которые расположены между ободком емкости и опорной поверхностью,
Формы и размера сечения пути газа и, при наличии нескольких отдельных путей газа, их распределения по кольцевой области, и
Степени сжатия уплотняющего элемента между опорной поверхностью и ободком отверстия емкости,
Намеренно «плохое» или «неплотное» уплотнение по газу может быть образовано на стыке между уплотнительным элементом и опорной стороной, благодаря неравномерности поднятия опорной поверхности от нахождения сквозного отверстия (отверстий) с с открытосторонним поперечным сечением. Это обеспечивает требуемый путь газа из внутреннего пространства к внешней части кольцевой области. В то же время, хорошее, непроницаемое для жидкости уплотнение может быть образовано на стыке между ободком отверстия емкости и уплотнительным элементом. Изменение давления и деформации опорной поверхности уплотняющего элемента сокращаются и ослабляются толщиной уплотняющего элемента, так что давление на сторону ободка отверстия емкости уплотняющего элемента достаточно равномерное для обеспечения уплотнения по жидкости. Достижение непроницаемого для жидкости уплотнения в любом случае, обычно, менее затруднительно, чем достижение уплотнения по газу, поскольку газы обычно более подвижны, чем жидкости. Не имеет значения, есть ли утечка газа в ободке отверстия емкости/стыке уплотняющего элемента (без значительной утечки жидкости), поскольку это только способствует необходимой газовой вентиляции.
Сквозное отверстие(отверстия) или каналы с открытой стороной, образующие проход для газа через кольцевую область, могут быть неразветвленными, разветвленными или сетчатыми. Когда сквозные отверстия имеют открытое поперечное сечение, ряд из них может быть обеспечен, те, которые вместе образуют ряд гребней и углублений в опорной поверхности или (когда есть прокладка) также где-либо на прокладке или поверхности кольцевой области, противоположной прокладке. Профиль поперечного сечение этого ряда может иметь, среди прочего, волнообразную форму (например, приблизительно синусоидальную) или пилообразную, симметричную или несимметричную, с или без уплощенных областей кончиков зубцов или уплощенных оснований углублений.
Внутреннее пространство в укупорочном средстве емкости, противоположном отверстию емкости, может содержать один или более разделяющих поддерживающих элементов, например, выступающих из верхней стенки укупорочного средства емкости, и которые могут поддерживать уплотнительный элемент для образования промежутков в газовом сообщении с проходом газа в кольцевой области. Разделяющие поддерживающие элементы предотвращают разрушение уплотняющего элемента против верхней стенки и ограничение потока газа между отверстием емкости и кольцевой областью. Кольцевая область может быть обеспечена на или по направлению к наружному краю верхней стенки. Уплотнительный элемент может быть прикреплен зажимным образом, приклеен, прикреплен сварным швом или иначе надежно закреплен внутри укупорочного средства емкости для покрытия кольцевой области и внутреннего пространства. Например, укупорочное средство емкости может содержать боковую стенку с периферическим желобом или рядом поднутренных возвышений, образующих выемки, в которые может быть зажимным образом закреплен наружный край уплотняющего элемента.
Газопроницаемый, непроницаемый для жидкости уплотнительный элемент может дополнительно или альтернативно быть соединен с емкостью вокруг ободка отверстия емкости для образования отрывной части. Это само по себе преимущественно в связи с обеспечением индикации вскрытия, помогая убедиться в целостности содержимого емкости, независимо от пути потока выравнивания газового давления. Такой уплотнительный элемент, соединенный с ободком, может быть использован вместе с любой подходящей формой укупорочного средства емкости, включая, например, колпачки, имеющие сверху отверстия для вентиляции. Однако конкретные защитные и противозагрязнительные преимущества, описанные выше, появляются, если уплотнительный элемент, соединенный с ободком, используется вместе с колпачком, обеспечивая путь газовой вентиляции через кольцевую область над ободком отверстия емкости и уплотнительным элементом, как также описано выше. Соответственно, во втором отдельном объекте настоящее изобретение обеспечивает укупорочное средство емкости, содержащее газопроницаемый, непроницаемый для жидкости уплотнительный элемент, соединенный вокруг ободка отверстия емкости для образования отрывной части.
Удобным образом уплотнительный элемент может содержать индукционно нагреваемую фольгу (например, металлическую или металлизированную фольгу), привариваемую к ободку отверстия емкости; хотя может использоваться любая подходящая форма соединения ободка, включая адгезивы.
Уплотнительный элемент может дополнительно содержать отверстие, поверх которого закрепляют газопроницаемый, непроницаемый для жидкости слой, например газопроницаемую, непроницаемую для жидкости мембрану или металлическую сетку, закрепленную, например, путем соединения вокруг краев отверстия. Повторно, любая подходящая форма соединения может использоваться для закрепления мембраны или металлической сетки к оставшемуся уплотняющему элементу.
Когда отрывная часть разорвана или удалена для доступа и/или выдачи содержимого емкости, она не может быть использована для повторного уплотнения емкости. Следовательно, предпочтительно уплотнительный элемент содержит дополнительную часть, которая остается в укупорочном средстве емкости, когда отрывная часть разорвана или удалена. В особенно предпочтительной конструкции дополнительная часть также газопроницаемая и непроницаемая для жидкости и выполнена в укупорочном средстве для нахождения в сообщении по газу с отрывной частью до ее удаления. Следовательно, уплотнительный элемент действует как «многофункциональное» уплотнение емкости с дополнительной частью, обеспечивающей способность газовой вентиляции и уплотнения по жидкости укупорочного средства емкости после удаления отрывной части.
В целях удобства, дополнительная часть может соединяться с укупорочным средством емкости, а отрывная часть может соединяться с дополнительной частью, с силой соединения между дополнительной частью и укупорочным средством и силой соединения между отрывной частью и ободком отверстия емкости, превышающей силу соединения между отрывной и дополнительной частями. Таким образом, уплотнительный элемент может быть нанесен на укупорочное средство в качестве единого узла, прикрепляемого к укупорочному средству с помощью дополнительной части. Указанное укупорочное средство может затем быть нанесено на отверстие емкости, а отрывная часть может быть соединена с ободком отверстия емкости. В результате первого удаления укупорочного средства емкости, соединение между отрывной и дополнительной частями разрывается, оставляя отрывную часть открытой для разрыва или удаления из отверстия емкости и оставляя дополнительную часть в укупорочном средстве. Укупорочное средство и дополнительная часть уплотняющего элемента могут быть затем нанесены повторно на отверстие емкости для выполнения своих функций уплотнения по жидкости и газовой вентиляции даже после нарушения отрывной части уплотняющего элемента.
Для содействия удалению отрывная часть может быть снабжена язычком “Easy Peel” (RTM) или сходным язычком, образующим захват пальцами.
Соответственно в связанном, но далее независимом, объекте настоящее изобретение обеспечивает уплотнительный элемент для укупорочного средства емкости, содержащий уплотнительную фольгу заданной формы для периферического соединения вокруг ободка емкости соответствующей формы, в котором уплотнительная фольга газопроницаемая и непроницаемая для жидкости. Уплотнительный элемент может содержать дополнительную газопроницаемую и непроницаемую для жидкости часть сходной формы с уплотнительной фольгой для сообщения с ней по газу. Дополнительная часть может быть прикреплена к уплотнительной фольге путем разрываемого соединения. Уплотнительная фольга может быть снабжена язычком, образующим пальцевой захват.
Дополнительные предпочтительные свойства и неограничивающие элементы изобретения могут быть понятны из следующего описания иллюстрирующих вариантов выполнения, приведенных со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе внутренней части винтового колпачка емкости, вмещающего настоящее изобретение, показанной до присоединения уплотняющего элемента;
Фиг.2 - подетальный вид прокладки (по выбору) и уплотняющего элемента, собранного с винтовым колпачком по Фиг.1;
Фиг.3 - вид в разрезе колпачка по предыдущим чертежам только с установленным уплотнительным элементом;
Фиг.4 - частичный вид, относящийся к части по Фиг.3, демонстрирующий вариант также с использованием прокладки;
Фиг.4A - относится к Фиг.4 с опущенной прокладкой;
Фиг.4B - боковой вид частично в разрезе, относящийся к Фиг.3, демонстрирующий кольцевую область и газовые проходы;
Фиг.4C - относится к Фиг.3 и схематично обозначает путь вентилирующего газового потока из внутренней части емкости к резьбе, закрепляющей укупорочное средство;
Фиг.5 - схематичный вид в поперечном сечении кольцевой области колпачка, вмещающей изобретение, в котором проход для газа содержит сквозные отверстия, имеющие закрытое поперечное сечение;
Фиг.6 - схематичный вид сверху верхней стенки колпачка, как видно изнутри колпачка, включая кольцевую область, демонстрирующий линию сечения по Фиг.6A-6C, 7 и 8A-8F;
Фиг.6A-6C - схематичные виды в поперечном сечении, демонстрирующие различные конфигурации кольцевой области, вмещающей прокладку;
Фиг.7 - относится к Фиг.6A, но демонстрирует кольцевую область, образованную без использования прокладки;
Фиг.8A-8F - варианты Фиг.7 с различными профилями опорной поверхности кольцевой области;
Фиг.9 - схематичный вид сверху, относящийся к Фиг.6, но демонстрирующий дополнительный вариант выполнения;
Фиг.10 - вид в перспективе внутренней части винтового колпачка емкости, образующий еще один дополнительный вариант выполнения;
Фиг.11 - вид сбоку частично в разрезе колпачка по Фиг.10;
Фиг.11A и 11B - дополнительный винтовой колпачок, представляющий собой изобретение, и сжимаемый формующий сердечник, используемый для образования колпачка; и
Фиг.12-14 - вентилируемые колпачки емкости, вмещающие изобретение и имеющие узлы вставления тампона, которые обеспечивают запечатывание фольгой.
Укупорочное средство 10 емкости, показанное на Фиг.1, является винтовым колпачком, содержащим по существу плоскую верхнюю стенку 12 и по существу цилиндрическую боковую стенку 14. Винтовая резьба 16 образована на внутренней стороне боковой стенки 14. Указанный колпачок может быть выполнен литьевым формованием из пластикового материала. Непосредственно внутри боковой стенки верхняя стенка имеет кольцевую область 18, взаимодействующую с горловиной (не показана) емкости для сжатия наружной краевой части газопроницаемого, непроницаемого для жидкости уплотняющего элемента в герметичное зацепление с ободком отверстия емкости (не показано). Кольцевая область 18 обеспечена проходом, например, сквозным отверстием или каналом любой подходящей формы или несколькими такими сквозными отверстиями/каналами, позволяя газу проходить в двух направлениях между внутренним пространством 20 и промежутком в форме лабиринта, образованным взаимно зацепляющей резьбой 16 колпачка и резьбой горловины емкости. Далее дополнительно описаны различные варианты таких сквозных отверстий/каналов/газовых проходов. Другие средства закрепления укупорочного средства 10 на емкости могут использоваться в месте боковой стенки 14 с резьбой, например, защелкивающее соединение или гофрированный ободок. В таких случаях укупорочное средство и отверстие емкости не должны быть круглыми. В любом случае, укупорочные средства не образуют уплотнение по газу с горловиной емкости для возможности газовой вентиляции и выравнивания давления, как дополнительно описано ниже.
Внутреннее пространство 20 расположено внутрь от кольцевой области 18, а также ограничено верхней стенкой 12 и уплотнительным элементом, когда он обеспечен. Внутреннее пространство 12, таким образом, лежит противоположно отверстию емкости, над центральной областью уплотняющего элемента. Разделяющие поддерживающие элементы, которые, как показано на Фиг.1, принимают форму радиальных ребер 22, обеспечены для предотвращения смятия («коллапса») центральной области внутрь от кольцевой области 18 к верхней стенке 12. Таким образом, уплотнительный элемент удерживается на расстоянии от верхней стенки 12 для образования внутреннего пространства 20. Таким образом, газ через уплотнительный элемент может проходить к или из кольцевой области 18 в направлении, по существу параллельном верхней стенке 12. Может использоваться любая другая подходящая форма разделяющего поддерживающего элемента, позволяющая такой проход для газа, например, концентрический ряд прерванных кольцевых ребер, прерывания в которых обеспечивают промежутки для потока газа или набора разделительных «наростов», в которых промежутки между наростами образуют сетчатое пространство для прохода для газа. Разделительные поддерживающие элементы служат не только для поддержания внутреннего пространства 20, но также укрепляют и защищают уплотнительный элемент от разрывания, например, поглощая давления на уплотнительный элемент, вызванные внезапными изменениями давления, вызванные падением или ударом емкости.
Вместо выступания из верхней стенки 12, разделительные поддерживающие элементы могут быть образованы на или прикрепленными к уплотняющему элементу или необязательной прокладке, каждый из которых дополнительно описан ниже. также альтернативно любой или оба из кольцевой области 18 и разделительных поддерживающих элементов может быть выполнен на отдельной вставке, помещенной внутрь колпачка смежно с верхней стенкой 12. Уплотнительный элемент может быть приклеен или прихвачен сваркой с ребрами 22 или другими разделительными поддерживающими элементами, в зависимости от элемента, удерживающего его в укупорочном средстве 10 - верхней стенки 12 (или прокладки или вставки, если есть). Дополнительно или альтернативно ободок уплотняющего элемента может быть зажимным образом помещен в положение путем вставления в удерживающий желоб 24, обеспеченный по окружности вокруг боковой стенки 12 вокруг и смежно с кольцевой областью 18. Также альтернативно боковая стенка 14 может нести ряд поднутренных возвышений (30, Фиг.3), разнесенных вокруг ее окружности. Поднутрения образуют выемки, в которые может быть зажимным образом прикреплен уплотнительный элемент для удержания уплотняющего элемента в укупорочном средстве 10. Ободок уплотняющего элемента лежит возле боковой стенки 12 (включая удерживающий желоб 24, если присутствует) достаточно свободно, так что существует промежуток для газового потока вокруг ободка, как дополнительно описано далее.
На Фиг.2 показаны уплотнительный элемент 26 и необязательная прокладка 28, прикрепленные к колпачку 10. Уплотнительный элемент 26 может быть любым газопроницаемым, непроницаемым для жидкости уплотнительным элементом, по сути, известного типа. Как показано, он содержит упругий диск, например, из растянутого полиэтилена. Этот материал по существу жидкий и газонепроницаемый. Для обеспечения газовой проницаемости отверстие 32 выполнено в центральной части диска, поверх которого герметично закреплена непроницаемая для жидкости сетка или ламинированный материал непрерывно вокруг ее периферии, например, путем склеивания или сварки. Сетка может быть микропористым материалом, таким как GORE-TEX (RTM) или эквивалентный. Упругость оставшегося диска обеспечивает возможность образования уплотнения по жидкости с ободком отверстия емкости, при давлении против него кольцевой областью 18. Необходимое давление производится колпачком, закрепленным на месте стенкой 14 с резьбой или альтернативным закрепляющим средством с периферической частью уплотняющего элемента, удерживаемой в сжатии между кольцевой областью 18 и ободком отверстия емкости. Кольцевая область 18 может содержать необязательную прокладку 28, относительно недеформируемую и представляющую по существу гладкую опорную поверхность, непосредственно смежную с уплотнительным элементом 26, так что последний равномерно нагружен и сжат против ободка отверстия емкости.
На Фиг.3 и 4A показан уплотнительный элемент 26, установленный в колпачок 10 без использования ободка 28. На Фиг.4 показана эквивалентная конструкция с прокладкой 28 на месте. В обоих случаях существует сквозное отверстие, продолжающееся через кольцевую область 18, образуя проход 34 для потока газа в и из внутреннего пространства 20 через соответствующую резьбу колпачка и горловины емкости (или эквивалентной закрепляющей укупорочное средство конструкции) и через сетку 32, как показано не имеющими ссылки стрелками на Фиг.4 и 4A. Газ может течь из области резьбы (или эквивалентной конструкции, закрепляющей укупорочное средство) вокруг наружного ободка уплотняющего элемента 26 через промежуток возле боковой стенки 14 и через сквозные отверстия прохода 34 для газа; при этом последний сообщен с внутренним пространством 20. Стрелками обозначен газ, протекающий наружу для высвобождения чрезмерного давления в емкости, но этот поток может быть изменен для высвобождения чрезмерного давления.
На Фиг.4B показан профиль предпочтительной поверхности кольцевой области 18, на котором гребни 40 принимают форму ассиметричных зубцов пилы. Такая форма поверхности может использоваться с прокладкой 28, но предпочтительно используется без такой прокладки для образования проходов газа, как описано более подробно ниже и как схематично показано на Фиг.8. Колпачок 10, как показано, имеет резьбу DIN 60 (с шагом резьбы 6 мм) с двенадцатью гребнями 40 в кольцевой области 18, при этом каждый гребень имеет высоту 0,5 мм. Другие конфигурации гребней также возможны, например, восемь гребней по 0,75 мм в высоту: см. «Рассмотрение формования винтовых колпачков» ниже. Высота и форма гребней могут быть приспособлены к другим размерам и видам укупорочного устройства.
На Фиг.4C полный путь газового потока обозначен: а) от внутренней части емкости через отверстие 32, покрывающим газопроницаемую непроницаемую для жидкости мембрану (не показана); b) радиально наружу через внутреннее пространство, образованное между обратной стороной колпачка 10 и противоположной поверхностью уплотняющего элемента, при этом промежуток поддерживается разделяющими поддерживающими элементами 22; с) радиально через проход(ы) газа, образованные в кольцевой области 18; d) вокруг наружного края уплотняющего элемента 26 (таким образом, должен быть, по меньшей мере, небольшой промежуток между наружным краем уплотняющего элемента и смежной боковой стенкой 14 колпачка в, по меньшей мере, одной точке вокруг их окружности, чтобы не препятствовать значительно потоку газа); е) и, наконец, через спиральный путь в форме лабиринта, образованный взаимно зацепляющейся резьбой на внутренней поверхности боковой стенки 14 колпачка и наружной поверхности горловины емкости (не показана). См. соответствующие ссылки а) - е) со стрелками, обозначающими поток, на Фиг.4C. Безусловно, для выравнивания давления, ниже давления окружающей среды, в емкости, направление потока газа может быть изменено.
Кольцевая область 18 и ее газовый проход 34 могут принимать различные формы. Как показано на Фиг.5, кольцевая область гребнеобразная и имеет, по существу, прямоугольное радиальное сечение. Этот гребень представляет собой единую, плоскую опорную поверхность 36 по отношению к периферической области уплотняющего элемента 26 для равномерного давления и сжатия последнего против ободка отверстия емкости. Сквозные отверстия, образующие проход 34 газа, имеют закрытое поперечное сечение, не пересекающее или прерывающее опорную поверхность 36 и продолжающееся по существу радиально через гребнеобразную кольцевую область 18.
На Фиг.6A-6C, 7 и 8A-8F очень схематично представлены альтернативные формы кольцевой области 18 и газового прохода 34. Линия VI-VI сечения для этих чертежей показана на Фиг.6 и содержит полуцилиндрическую центральную часть, показанную на видах в сечении «развернутой» и выравненной в плоскости страницы. Боковые стенки или другие средства 14 укупорочного средства для закрепления укупорочного средства 10 поверх отверстия емкости, тем не менее, показаны схематично в радиальном сечении.
На Фиг.6A кольцевая область 18 содержит прокладку 28, на которой расположена опорная поверхность 36. Оставшаяся кольцевая область в периферии и на внутренней стороне верхней поверхности 12 укупорочного средства выполнена с рядом радиально продолжающихся желобов 38, образующих и разделенных радиально продолжающимися гребнями 40. Прокладка 28 поддерживается на гребнях 40 для блокировки открытых сечений желобов 38 и образования газового прохода 34. Как желоба 38, так и гребни 40 показаны на чертежах как имеющие по существу прямоугольные поперечные сечения, но также может использоваться любая другая подходящая форма. По существу плоская опорная поверхность 36 прокладки, кроме того, служит для равномерной нагрузки и сжатия уплотняющего элемента 26 против ободка отверстия емкости.
Фиг.6B сходна с Фиг.6A, за исключением того, что на Фиг.6B часть кольцевой области, выполненная на верхней стенке 12 укупорочного средства, имеет по существу плоскую поверхность 42, обращенную к прокладке 28. Взаимодействующая поверхность прокладки, противоположная опорной поверхности 36, предпочтительнее снабжена радиально продолжающимися желобами 38 и гребнями 40, чем имеет по существу плоскую форму. Эти желоба и гребни вместе с плоской поверхностью 42 образуют газовый проход 34. Другими словами, желоба и гребни 38, 40 обеспечены в прокладке 28 предпочтительнее, чем в части кольцевой области 18, образованной в верхней поверхности 12 укупорочного средства.
Фиг.6C также сходна с Фиг.6A и 6B, за исключением того, что здесь и гребни 40, и желоба 42 обеспечены в прокладке и в верхней части поверхности кольцевой области, так что сквозные отверстия газового прохода 34 обеспечены частично в поверхности 12 укупорочного средства и частично в прокладке 28. Некоторые или все из гребней могут содержать неповоротные элементы 44 или элементы кругового выравнивания.
На Фиг.7, также как на Фиг.6A, гребни 40 и желоба 38 обеспечены в верхней стенке 12 укупорочного средства, но прокладка опущена. Таким образом, вся кольцевая область 18 обеспечена на периферии и на внутренней стороне верхней стенки 12 укупорочного средства. Открытая поверхность гребней и желобов, следовательно, составляет опорную поверхность 36 кольцевой области, при этом, следовательно, опорная поверхность неровная. Нагрузка и деформации уплотняющего элемента 26 на опорной поверхности 36, следовательно, также неравномерны, когда укупорочное средство 10 закреплено поверх отверстия емкости. Части уплотняющего элемента, противоположные гребню 40, подвергаются более высокому давлению и деформируются больше, чем части уплотняющего элемента, противоположные желобу 42. Упругость уплотняющего элемента (в частности, его частей, взаимодействующих с кольцевой областью 18) и форму желобов и гребней выбирают так, что под нагрузкой (или в возможных пределах нагрузки), возникающей, когда укупорочное средство надежно прикреплено к отверстию емкости (например, привинчено при заданном максимальном вращающем моменте), части уплотняющего элемента, противоположные желобам 42, не полностью занимают желоба; или, по меньшей мере, давление на уплотнительный элемент на дне желобов достаточно низко для образования канала утечки газа, например, сквозного отверстия или газового прохода 34. В то же время, толщина и жесткость уплотняющего элемента выбраны так, что неравномерная нагрузка становится значительно ослабленной на дальней стороне уплотняющего элемента, на расстоянии от опорной поверхности 36 для образования полного уплотнения по жидкости вокруг всей периферии, против ободка отверстия емкости. Форма опорной поверхности 36, а также толщина и упругость взаимодействующей части уплотняющего элемента 26 при конкретных условиях нагрузки могут быть определены с помощью стандартного исследования, дополненного, если необходимо, численным моделированием давления/натяжения, например, расчетом методом конечных элементов.
Фиг.8A-8F, в принципе, сходны с Фиг.7, обеспечение неровной опорной поверхности 36 на кольцевой области 18, но очень схематично изображают дополнительно возможные профили опорной поверхности. Они показаны только путем дополнительного примера: многие другие профили также будут эффективны в обеспечении газового прохода на опорной поверхности; в то же время достаточно равномерно “напрягая” уплотнительный элемент на его поверхности, удаленной от опорной поверхности, для образования удовлетворительного уплотнения по жидкости вокруг ободка отверстия емкости. На Фиг.8A показан асимметричный профиль в виде зубцов пилы с поверхностями 46, продолжающимися по существу перпендикулярно плоскости уплотняющего элемента 26, соединенного угловыми поверхностями 48. Сквозные отверстия, образующие газовые проходы 34 через кольцевую область 186 таким образом, расположены во внутреннем углу, образованном между поверхностями 46, 48, где они наибольшим образом углублены внутрь укупорочного средства 10. Фиг.8B сходна, за исключением того, что этот внутренний угол уплощен для образования плоского дна 50 желоба. Фиг.8C также сходна, но концы зубцов уплощены в позиции 52. На Фиг.8D показан синусоидальный профиль зубца. Во всех четырех случаях газовые проходы 34 выполнены в наиболее углубленных частях опорной поверхности 36. Профиль опорной поверхности, используемый в винтовом колпачке по Фиг.1 и 4B обычно совпадает с профилем по Фиг.8A, но высота/глубина зубца преувеличена на Фиг.8A. Газовые проходы через кольцевую область 18 на Фиг.8A принимают форму открытых желобов с прямоугольным сечением, разделенных более широкими фасками 40. На Фиг.8F желоба имеют скошенные стороны, так что желоба 35 и фаски 40 имеют сходное ромбовидное сечение.
На Фиг.9 показан схематичный вид сверху верхней стенки 12 укупорочного средства, как показано изнутри, включая кольцевую область 18 и внутреннее пространство 20, противоположное отверстию емкости, отделенное от этого отверстия уплотнительным элементом, когда он установлен. Опорная поверхность кольцевой области 18 содержит изогнутые гребни 54, выполненные для образования концентрических, прерванных, поднятых колец. Нарушения или промежутки между концами соседних гребней 54 расположены зигзагообразно от одного кольца к другому для образования ромбовидного или лабиринтообразного сквозного отверстия или сети сквозных отверстий 56, которые образуют газовый проход. В альтернативной конструкции промежутки в каждом кольце могут быть выровнены с промежутками в соседнем кольце или кольцах для обеспечения сети сквозных отверстий, которая включает радиальные проходы потока и круговые соединения. Верхняя стенка 12 укупорочного средства во внутреннем пространстве 20 содержит ряд выступающих «лучей» 58, действующих как разделительные поддерживающие элементы для уплотняющего элемента, обеспечивая вентилирующую область потока газа в пространстве 20. Также подходят многие другие формы разделительных поддерживающих элементов, включая изогнутые гребни, как описано выше относительно опорной поверхности 56 по Фиг.9.
На Фиг.10 и 11 показан дополнительный вариант выполнения винтового колпачка по изобретению. Внутренняя поверхность верхней стенки 12 колпачка 10 разделена на шесть сходных фасок 40 в форме секторов с помощью шести радиальных желобов 35 с открытым поперечным сечением. Возможно также их использование в другом количестве. Желоба и фаски продолжаются беспрерывно от внутреннего пространства 20 в кольцевую (напрягающую уплотнительный элемент) область 18. Таким образом, пространство 20 и кольцевая область 18 не дифференцированы друг от друга в отношении рисунка фасок и желобов. Радиально внутрь кольцевой области 18 фаски образуют разделительные поддерживающие элементы уплотняющего элемента, а желоба образуют внутреннее пространство 20; при этом в кольцевой области 18 фаски образуют опорную поверхность 36, напрягающую уплотнительный элемент, а желоба 35 образуют газовые проходы. Проходы могут иметь любое подходящее открытое сечение, например, по существу прямоугольное или ромбовидное, как схематично показано на Фиг.8E и 8F; V- или U-образное, полукруглое и т.д. В действительности, другие формы недифференцированной или по существу недифференцированной кольцевой части 18 и центральной части 20 очевидны. Например, рисунок «лучей» 58, как показано на Фиг.9, может продолжаться по всей внутренней поверхности верхней стенки 12 колпачка. Альтернативно, гребни 54 (или некоторые другие гребни другой формы) могут продолжаться по всей этой внутренней поверхности. В любом случае, выступы могут быть таковы, чтобы пропускать поток газа между ними по внутренней поверхности, между краем внутренней поверхности и положением, относящимся к газопроницаемой области (например, отверстию 32) в герметизированном элементе 26. Выступы должны обеспечивать адекватную поддержку уплотняющему элементу 26 поверх центрального пространства 20 для пропуска такого газового потока (а предпочтительно также сопротивления разрыву уплотняющего элемента, когда емкость имеет чрезмерное давление, например, при ударе или падении). Выступы должны также сжимать и напрягать в уплотнительный элемент 26 достаточно неравномерно в кольцевой области 18 для пропуска такого газового потока вдоль непосредственно смежной поверхности уплотняющего элемента, но, в то же время, обеспечивая достаточно равномерное сжатие и напряжение периферической части уплотняющего элемента для обеспечения уплотнения по жидкости на противоположной (в контакте с ободком отверстия емкости) поверхности уплотняющего элемента. Плотность расположения выступов может изменяться по внутренней поверхности верхней стенки 12 для удовлетворения различных требований.
В колпачке, показанном на Фиг.9 и 10, внутренние концы желобов 35 заканчиваются в круглой галерее или углублении 62 в центре верхней стенки 12 колпачка (или в другом положении, относящемся к тому, где уплотнительный элемент газопроницаемый, если применимо). Указанная галерея 62 взаимно связывает желоба 35 и обеспечивает, что они находятся в сообщении с отверстием 32, когда уплотнительный элемент 26 закреплен на месте внутри колпачка 10, поддерживаемый на фасках 40. Наружные концы желобов 35 взаимно связаны желобом 60 с открытой стороной, образующим круглую галерею в месте соединения между верхней и боковой стенками 12, 14 колпачка. Таким образом, поток газа в или из любого из желобов 35 может быть направлен в или из любой точки(точек) вокруг окружности колпачка, где находится подходящий промежуток между наружным краем уплотняющего элемента и смежной боковой стенки 12 колпачка для потока газа в/из желобов 35 в/или резьбы емкости и резьбы 16 колпачка.
Рассмотрение формования винтовых колпачков
Когда укупорочное средство емкости является сформованным винтовым колпачком, снабженным внутренней резьбой, слишком крупной для возможности утери колпачка, необходимо использовать формующий сердечник или сжимаемый формующий сердечник, или необходимо выполнить заготовку для отвинчивания формующего сердечника с колпачка.
При использовании сжимаемого сердечника, соответствующая радиальная наружная область на внутренней поверхности верхней стенки колпачка имеет по существу три размерных характеристики или формирования рисунка, представляющие поверхности продолжающимися поперечно направлению перемещения элементов формующего сердечника, при их сжатии. Обычно каждый сжимаемый элемент сердечника имеет заданную ширину и сжимается по другому радиальному направлению колпачка. Такие сжимаемые сердечники обычно имеют центральный стержень с концевой поверхностью, образующей часть формующей поверхности и удаляемой из оставшегося сердечника для возможности перемещения внутрь окружающих сжимаемых элементов сердечника на плоской пружине. Эта концевая поверхность, таким образом, перемещается в направлении, перпендикулярном концевой стенке 12 колпачка. Соответствующие элементы по направлению к центру внутренней поверхности колпачка, следовательно, могут иметь любую форму в плоскости этой поверхности, но не должны представлять поднутрения в перпендикулярном направлении, продолжающимся от этой плоскости (например, в направлении извлечения центрального стержня сердечника). Такая сжимаемая конструкция сердечника, таким образом, подходит для формования кольцевой области 18, как показано, например, на Фиг.6A, 6B, 6C и 8A-8F в точке соединения с центральным пространством 20, как показано, например, на Фиг.1 и 10.
Колпачок на Фиг.11A требует, чтобы сжимаемый формовочный сердечник 73, как показано в схематичном аксиальном сечении на Фиг.11B, образовывал крупную внутреннюю резьбу 16 и поднутренные, сохраняющие тампон возвышения 30, 30а. Сжатие и удаление формующего сердечника происходит следующим образом. Первый элемент сердечника - центральный стержень 74, концевая поверхность которого выполнена для образования центрального круглого углубления 72 в верхней внутренней поверхности колпачка и предпочтительно также смежных внутренних участков в параллельных желобах 70. Сужающиеся радиально наружу элементы 76 сердечника образуют остаток параллельных желобов 70, возвышения 30а и участки резьбы на соответствующих круглых участках. Элементы 76 упругим образом наклонены внутрь против первого элемента 74 сердечника путем установки на концах аксиальных плоских пружин (не показаны). Элементы 76 сердечника заполняют промежутки между элементами 76 для формования остатка верхней внутренней поверхности колпачка, возвышений 30 и соответствующих по окружности участков резьбы. Указанные элементы 78 сходным образом установлены и наклонены. Если необходимо извлечь сердечник 73 изнутри недавно сформованного колпачка, первый элемент 74 сердечника извлекают аксиально. Это позволяет элементам 76, 78 сжаться радиально внутрь, при этом элементы 76 перемещаются дальше внутрь, чем элементы 78, благодаря заклинивающему действию элементов 78 на сужающемся наружу сечении элементов 76. Элементы 76 свободно перемещаются радиально внутрь вдоль параллельных желобов 70. Перемещение радиально внутрь элементов 76, 78 позволяет их радиальным наружным поверхностям перемещаться свободно от поднутренных возвышений 30, 30а и внутренней резьбы колпачка. Элементы 76, 78 затем могут быть аксиально извлечены из колпачка. Альтернативно элементы 78 могут использоваться для формования возвышений 30а и желобов 70, с элементами 76, использованными для образования возвышений 30. Отмечается, что область, напрягающая уплотнение не дифференцирована от области газового потока верхней внутренней поверхности колпачка в конструкции колпачка, показанной на Фиг.11A.
Сердечник, который может быть отвинчен с колпачка, может содержать центральный стержень, в некоторой степени, как описано выше, для сжимаемого сердечника, но вместо сжимаемых элементов окруженный рукавом, который может быть одновременно вращаем и извлечен вдоль длины стержня для высвобождения внутренней резьбы колпачка. В такой конструкции любые 3-D элементы в радиально наружной области внутренней поверхности верхней стенки колпачка, соответствующей рукаву, не могут представлять собой любые «ведущие» поверхности, продолжающиеся перпендикулярно круговому развинчивающему направлению. Также их поверхности, наклоненные в развинчивающем направлении, не могут быть больше наклона резьбы, или также рукав не может скользить или подниматься с 3-D элементов при отвинчивании. При условии, что их наклоны соблюдают это условие, все кольцевые области, показанные на Фиг.1, 4B и 8A-8D, могут быть выполнены с использованием такого формующего сердечника с неотвинчиваемым рукавом. Колпачок по Фиг.10 имеет радиальные желоба 35, наружные концы которых относятся к и выполняются рукавом сердечника. Таким образом, со стандартной правой резьбой, стороны «против часовой стрелки» наружных концов желоба в идеале должны иметь наклоны, не превышающие наклон винтовой резьбы 16, если колпачок должен быть установлен с использованием такого сердечника. Многозаходная резьба имеет больший наклон, чем однозаходная резьба и, таким образом, допускает большую свободу конструкции.
Конструкция уплотняющего элемента
Колпачок 10 по Фиг.12 сходен с колпачком по Фиг.1, но на Фиг.12 уплотнительный элемент 26 имеет другую многокомпонентную структуру, показанную в подетальном виде. Уплотнительный элемент 26 содержит отрывную часть, образованную диском 64 из металла или металлизированной фольги. Меньший диск из газопроницаемого, непроницаемого для жидкости материала 66 закреплен поверх центрального отверстия 32а в диске 64 и фольги, например, путем соединения оплавлением или непрерывным кольцом адгезива вокруг отверстия и между сопряженных поверхностей двух дисков. Уплотнительный элемент содержит дополнительную часть, выполненную сжимаемым тампоном или диском 68. Отверстие 32b обеспечено в тампоне 68 для выравнивания и сообщения по газу с отверстием 32а. При использовании и тампон 68, и фольга 64 помещены в колпачок 10 и удерживаются желобом 24, или поднутренными возвышениями 30, или путем приклеивания, или сварки, как описано выше по Фиг.1 и 3. Для обеспечения единого узла, более удобного в обращении, до их установки в колпачок 10, части 66 и 68 уплотняющего элемента могут быть соединены (например, склеены) вместе. Такие узлы 26 уплотняющего элемента могут быть обеспечены для потребителей сами по себе, также как предварительно установленные в колпачки 10 или другие сходные укупорочные средства.
Колпачок 10 с установленным узлом 26 уплотняющего элемента затем может быть нанесен на горловину емкости по наливной линии. В дальнейшем применении колпачка фольга может быть индукционно нагрета традиционным образом для приваривания ее к ободку горловины емкости и образования отрывного уплотнения по жидкости с индикацией вскрытия. Диск 66, отверстия 32а, 32b, резьба колпачка/емкости и описанная выше структура на внутренней поверхности верхней стенки колпачка дополнительно обеспечивают газовую вентиляцию для содержимого емкости.
Разрушающее усилие для любого соединения между частями 64, 68 предпочтительно меньше тяговой силы, требуемой для удаления тампона 68 из колпачка 10 и меньше усилия, требуемого для отрывания фольги 64 от горловины емкости. Таким образом, когда пользователь отвинчивает колпачок 10 впервые, соединение между фольгой 64 и тампоном 68 разрывается, при этом тампон остается в колпачке при его удалении, и уплотнение 64 фольгой остается нетронутым, но открытым для разрыва/удаления для возможности доступа к содержимому емкости. Диск из фольги может иметь немного меньший диаметр, чем тампон, так что только последний непосредственно захватывается периферическим желобом 24 колпачка или возвышениями 30.
Когда фольга 64 нарушена, колпачок 10 может больше не иметь способность обеспечивать полное уплотнение по жидкости благодаря отверстию 32b в тампоне 68. Однако, относительно узкие газовые проходы внутри колпачка, в частности, через кольцевую область 18, могут обеспечивать адекватное уплотнение по жидкости во многих случаях. Если необходима возможность лучшего повторного уплотнения по жидкости после нарушения фольги, можно использовать конструкцию по Фиг.13. Она сходна с Фиг.12, за исключением того, что газопроницаемый, непроницаемый для жидкости диск прикреплен поверх отверстия 32b в тампоне 68, в то же время диск 66 прикреплен поверх отверстия в фольге 64. Когда фольга 64 нарушена, тампон 68 и диск 70 функционируют тем же образом, что уплотнение 26 по Фиг.2 для обеспечения газовой вентиляции, повторного уплотнения по жидкости емкости, на которую нанесен колпачок.
На Фиг.14 показана дополнительная модификация, в которой фольга 64 снабжена язычком 72 “Easy Peel” (RTM). Он принимает форму прочной пластиковой пленки, прикрепленной плавлением к диску 64 из фольги поверх полукруглой области. Указанные два диска отделяемы поверх остальной части полукруглой области, так что свободная полукруглая часть пластикового диска 72 может быть разложена для поднятия вертикально от диска 64 из фольги. Это образует полукруглый язычок, захватываемый между пальцем и большим пальцем, с помощью которых фольга 64 легко отрывается или отслаивается от ободка горловины емкости. Отверстие 32а проходит через диск 72, так же как через диск 64 из фольги.
Диск 66 может быть нанесен на любую из стороны диска 64. Сходным образом диск 70 может быть нанесен на любую из сторон тампона 68 (ср.: Фиг.13 и 14). В действительности, и тампон 68, и фольга 66 могут быть многослойными ламинированными структурами с дисками 66, 70, закрепленными смежно любому подходящему слою. Например, диск 66 может быть помещен между слоями 64 и 72 в структуру 26 уплотняющего элемента, в противном случае, сходно по Фиг.14.
Узел 26 уплотняющего элемента может быть заменен стандартным, простым, уплотнительным тампоном (не показан) без отверстия 32b. Она действует абсолютно нормально в колпачке 10, в отличие от особых признаков газовой вентиляции, обеспеченных внутри верхней стенки 12 колпачка; для обеспечения негазового вентилирующего, плотного по жидкости укупорочного средства. Таким образом, колпачок 10 может быть стандартизирован по всему ряду продукции производителя укупорочных средств, единственно снабженный «особым» газопроницаемым, непроницаемым для жидкости уплотнительным элементов 26 для применения газовой вентиляции и снабженный стандартным уплотнительным тампоном, где не требуется возможность газовой вентиляции. Это сокращает инвентарь и количество необходимого производственного оборудования.
Специалисту будут очевидны многие варианты и модификации вышеописанных вариантов выполнения. Например, элементы, в частности описанные в отношении одного элемента, могут быть опущены или могут быть использованы или заменены на элементы, описанные относительно других вариантов выполнения, где такое опущение, использование или замещение технически возможно; в рамках объема изобретения. В данном описании термин «газ» включает пар. Как используется здесь, термин «фольга» включает тонкие листы, выполненные из любого подходящего материала, включающего не только металлы, но также, например, пластик, бумагу или материалы на основе бумаги либо комбинации любых из этих материалов, будь то ламинированные материалы, смеси или другие комбинации.