ПЛАВУЧАЯ МНОГОКАМЕРНАЯ ВСТАВКА ДЛЯ ЕМКОСТЕЙ ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ
FLOATING MULTICHAMBER INSERT FOR FLUID VESSELS

Изобретение относится к многокамерному контейнеру, который пригоден в качестве вставки для нагруженной давлением емкости для жидкости, например емкости для напитка (например, жестяной банки). Одна камера этого контейнера предназначена для хранения дополнительного вещества, которое после наполнения емкости и ее укупорки должно оставаться отделенным от жидкости, однако при вскрытии емкости должно подмешиваться к жидкости без необходимости иного внешнего воздействия, нежели резкого падения давления, происходящего при вскрытии.
Подобный контейнер известен из ЕР 1073593. Он имеет две камеры, а именно одну продуктовую камеру для дополнительного вещества (добавки) и одну напорную камеру, и образован из двух частей, которые при соединении образуют обе эти камеры. Напорная камера через маленькое отверстие в боковой стенке связана с окружающим пространством, так что в момент вскрытия емкости, например банки, она имеет то же давление, что и основной объем банки. При вскрытии банки потребителем возникает разность давлений напорной камеры и окружающего пространства, возникает связь между обеими частями двухкамерного контейнера, и содержимое продуктовой камеры попадает внутрь банки. Содержимое может представлять собой любые жидкие или твердые материалы, например витамины, ароматизаторы, пищевые добавки или красители. Как правило, этот двухкамерный контейнер закрепляют на дне емкости для напитка.
Во многих случаях желательно, чтобы многокамерная вставка, как и описанная выше, была закреплена не на дне или в другом месте, покрытом жидкостью в вертикальном положении емкости, а могла свободно плавать в жидкости. Она может быть изготовлена и наполнена нужным дополнительным веществом пространственно отдельно от процесса наполнения банки. По завершении процесса наполнения она может быть помещена в банку, которая затем может быть непосредственно укупорена без принятия каких-либо дополнительных мер. Если же многокамерная вставка должна быть закреплена на дне банки, то либо банка должна иметь соответствующие крепежные средства, например пазы для защелкивающего затвора, либо одну из обеих двухкамерных частей предварительно закрепляют в банке, после чего в зависимости от геометрии эту часть или ее ответный элемент наполняют добавкой и обе части соединяют между собой, для чего в последнем случае банку необходимо перевернуть вверх дном. После наполнения банку следует еще перевернуть дном вниз, чтобы маленькое отверстие в напорной камере вступило в контакт с газовым объемом банки с целью выравнивания давления.
Сложность закрепленных в банке вставок обуславливает дополнительные затраты на логистику, в частности транспортировку банки между различными технологическими позициями монтажа и наполнения.
Вследствие этого уже предпринимались попытки создания свободно плавающей двухкамерной вставки, как описано в ЕР 1251079 А1. Для того чтобы было возможно выравнивание давления между маленьким отверстием в напорной камере и газовым объемом емкости, т.е. чтобы это отверстие было всегда направлено вверх, в упомянутой публикации предложено придать этой вставке устойчивое плавучее положение, а это обеспечивается за счет того, что она имеет во всей длине одинаковое сечение и смещенный в одну сторону центр тяжести поверхности или смещенную в одну сторону ось или линию центра тяжести, причем маленькое отверстие расположено в наиболее удаленном от центра тяжести месте в ее наружной стенке. При этом служащая продуктовой камерой внутренняя камера выполнена цилиндрической, тогда как напорная камера, окружающая внутреннюю камеру в осевом направлении, имеет одинаковое, однако асимметричное сечение. Обе камеры закрывают крышкой, имеющей кольцевую канавку, в которую входит конец стенки продуктовой камеры, когда внутренний контейнер закрыт. На наружной стенке предусмотрен зажимной затвор.
Оказалось, что внутренний контейнер описанного рода функционирует неудовлетворительно, поскольку для плавучей вставки не является достаточным критерием то, что из-за разности давлений при вскрытии емкости с напитком крышка в каком-либо месте отделяется от наружной стенки. Напротив, она должна с высокой надежностью или воспроизводимостью почти полностью или целиком отделяться от стенки продуктовой камеры и, по возможности, за счет давления газа прямо-таки «сдуваться», чтобы образовалось достаточно большое отверстие, через которое дополнительное вещество может попасть в жидкость.
Задачей настоящего изобретения является создание внутреннего контейнера, у которого это удалось бы.
Эта задача решается посредством, по меньшей мере, одного двухкамерного контейнера, который предусмотрен в качестве свободно плавающего внутреннего контейнера или вставки для нагруженной давлением емкости для жидкости и имеет продуктовую камеру для размещения дополнительного вещества и напорную камеру, имеющую, по меньшей мере, одно направленное наружу отверстие небольшого диаметра (отверстие выравнивания давления), причем геометрия напорной и продуктовой камер выбрана так, что названное отверстие при плавании лежит выше уровня жидкости, боковые стенки обеих камер выполнены на своем верхнем конце с возможностью их герметичного закрывания единственной крышкой, а продуктовая камера, если смотреть со стороны крышки, по меньшей мере, относительно крышки окружена с боков напорной камерой, отличающегося тем, что крышка содержит уплотнительные средства, воздействующие на каждую из названных боковых стенок на равном расстоянии от соответствующего конца стенки, при этом расстояние (а) между уплотнительной линией крышки на боковой стенке напорной камеры и концом этой стенки больше расстояния (b) между уплотнительной линией крышки на боковой стенке продуктовой камеры и линией в зоне верхнего конца этой боковой стенки продуктовой камеры, у которой уплотнение больше не действует.
Под выражением «уплотнительная линия между крышкой и боковой стенкой напорной камеры» в самом широком смысле следует понимать центр уплотнения или, если уплотнение состоит из нескольких колец, - центр уплотнения, наиболее удаленного от внешнего края.
Предусмотренная, согласно изобретению, мера вызывает следующее. Перед вскрытием емкости с жидкостью ее основной объем находится под избыточным давлением. Напорная камера многокамерной вставки через маленькое отверстие находится в контакте с окружающим ее пространством, поэтому вскоре после закупоривания емкости она находится под тем же внутренним давлением, что и основной объем емкости. При вскрытии емкости, например с целью употребления содержащегося в ней напитка, за счет внезапно происходящего падения давления в емкости возникает разность давлений с напорной камерой, которая из-за небольшого размера названного отверстия не может быстро уменьшиться. Высокое, по сравнению с окружающим давлением, давление в напорной камере сдвигает крышку из ее первоначального положения вверх в направлении конца стенки напорной камеры. Поскольку расстояние (а), которое уплотнение должно пройти вдоль наружной стенки напорной камеры, пока оно не дойдет до верхнего конца стенки, больше расстояния (b), которое уплотнение должно пройти для этого вдоль стенки продуктовой камеры, уплотнение крышки полностью освобождает продуктовую камеру, прежде чем газ сможет улетучиться из напорной камеры между стенкой и крышкой.
Форма и диаметр маленького отверстия известны из уровня техники.
Вставка, согласно изобретению, может быть изготовлена из любого материала. Благоприятны материалы, имеющие определенную гибкость. Предпочтительно вставку изготавливают из полимерных материалов, таких как полиэтилен (ПЭ) или пропилен (ПП).
Для полной функциональной способности вставки важно, чтобы отверстие с уменьшенным сечением было расположено в головном (верхнем) объеме, т.е. газовом объеме, окружающей его упаковки. Это особенно важно во время укупорки упаковки и приблизительно через минуту после этого, а также во время циклических изменений температуры и давления при дальнейшем хранении упаковки. Это гарантировано настоящим изобретением.
Предпочтительно, что уплотнение между крышкой и стенками продуктовой и напорной камер расположено соответственно на внутренней стороне этих стенок. Крышка может иметь для этой цели соответствующие уступы. Для того чтобы число уступов не делать излишне большим и, тем самым, ненужным образом не усложнять геометрию крышки, благоприятно, если стенка продуктовой камеры меньше вытянута вверх, чем наружная стенка напорной камеры. Уплотнение для стенки продуктовой камеры может быть тогда расположено, например, на проходящем перпендикулярно лежащему относительно глубоко внутреннему зеркалу продолжении крышки, которое, насколько это требуется, выступает вверх, чтобы крышка могла тогда снова продолжаться в закрывающей плоскости, пока не будет достигнута наружная стенка напорной камеры. Там она снабжена проходящим перпендикулярно закрывающей плоскости удлинением, которое несет соответствующее уплотнительное средством для стенки напорной камеры. Примыкающая к нему снаружи часть крышки может прилегать к наружной стенке напорной камеры.
В принципе, возможно, чтобы уплотнения были расположены на внешних сторонах соответствующих боковых стенок продуктовой и напорной камер. Предпочтительно выбирают, однако, внутреннюю сторону, поскольку в этом случае происходит повышение давления прижима за счет гидростатического повышения давления в напорной камере. Вследствие этого такая система выполнена самоуплотняющейся.
Преимущественно оба уплотнения имеют круговой контур, и особенно предпочтительно они выполнены концентрическими по отношению друг к другу. Круговые уплотнения не «дышат», а являются стабильными, поскольку давление воздействует на них везде равномерно. Уплотнения других контуров или поперечных сечений подвержены имеющемуся давлению в разной степени, так что они скорее склонны поддаваться под влиянием внутреннего давления в особенно нагруженном месте, в результате чего может произойти преждевременное нежелательное уравнивание давления. Если уплотнения концентричны друг другу, то соотношение усилий, в целом, самое равномерное; описанное выше действие возникает тогда наиболее надежно.
Круговая форма уплотнений предполагает, что форма продуктовой и напорной камер, по меньшей мере, в тех местах, в которых прилегает крышка, также круговая. Для как можно более удобного изготовления благоприятно, что продуктовая камера имеет цилиндрическую форму, причем крышка закрывает тогда торцевую сторону цилиндра. Возможны, конечно, и конические формы. Если желательно, кроме того, реализовать концентричные друг другу уплотнения, то можно расположить напорную камеру симметрично-трубчато вокруг продуктовой камеры. Однако в зависимости от аспектного отношения многокамерная вставка может быть расположена в этих случаях в жидкости вертикально, направленной вверх крышкой. Шанс, что после отскакивания крышки из-за падения давления дополнительное вещество попадет в жидкость, при этом относительно мал, поскольку все усилия направлены симметрично в осевом направлении. Поэтому желательно придать напорной камере такую форму, чтобы центр тяжести наполненной многокамерной вставки лежал не на продольной оси продуктовой камеры, а был смещен в сторону таким образом, чтобы вставка плавала в жидкости под углом, например, с наклоном 30-60°. Это может быть реализовано, например, за счет того, что напорная камера расположена вокруг продуктовой камеры концентрично крышке, однако выполнена на своей обращенной от крышки стороне асимметрично. Пример этого изображен на фиг.1. У этой многокамерной вставки продуктовая камера выполнена цилиндрической; в нижней части напорная камера имеется, однако, не со всех сторон напорной камеры. Она образует за счет своей формы род плавательного пузыря на одной стороне вставки. На этой стороне должно тогда находиться также отверстие небольшого диаметра. Затем следует косой переходный участок, на котором асимметричная форма напорной камеры непрерывно переходит в симметричную форму. Последняя форма имеется, по меньшей мере, на том участке, на котором уплотнение находится между ее наружной стенкой и крышкой.
Свобода выполнения не имеет пределов в названном отношении. Так, напорная камера может находиться везде вокруг продуктовой камеры, однако разной толщины. Ее диаметр может изменяться по кругу, если смотреть по осевой длине, или только на одной стороне (так называемые свободные 3D-формы). Также (осевая) высота, на которой начинается изменение, может быть одинаковой по кругу или же разной. Однако не обязательно, чтобы обращенная от крышки торцевая сторона была плоской или ровной, как показано на фиг.1, и чтобы напорная и продуктовая камеры располагались заподлицо на этой стороне. Напорная камера может вместо этого охватывать продуктовую камеру на обращенной от крышки торцевой стороне и/или иметь закругленную форму. По технологическим причинам изображенные формы являются, однако, относительно благоприятными.
Уплотнительные средства крышки выполнены предпочтительно в виде окружных выпуклостей, таких как манжеты, носики или прочие выступы. Предпочтительны защелкивающиеся уплотнения, у которых выпуклость крышки входит в канавку соответствующей боковой стенки, или так называемые валикообразные уплотнения, у которых один, два или, при необходимости, даже более выступов закругленной валикообразной формы прижимаются к гладкой или снабженной соответствующими канавками стенке. Их толщина лежит предпочтительно в диапазоне нескольких десятых миллиметра, например 0,1-0,6 мм. Особенно благоприятным оказалось предусмотреть для уплотнения напорной камеры снаружи герметизирующее защелкивающееся соединение и/или для уплотнения продуктовой камеры - валикообразное уплотнение, в частности, с двумя валиками. Они герметизируют надежнее, чем только один валик, тогда как при расположении более двух валиков труднее получить надежно окружающие уплотнительные линии. Также входящий в выемку защелкивающегося соединения выступ может иметь валикообразную форму.
3
1
В частности, в случае названных выше валикообразных уплотнений для продуктовой камеры (однако не только в этом случае) очень благоприятно, если диаметр d внутренней части крышки, включая герметизирующие продуктовую камеру уплотнительные средства, т.е. здесь валиков, больше ширины d в свету продуктовой камеры, поскольку за счет этого достигается особенно хорошо герметизирующая прессовая посадка крышки. Это может быть реализовано, в частности, у вставок из ПЭ/ПП.
Если между обоими валиками находится гидрофобная жидкость, например масло, то это дополнительно повышает уплотняющую способность.
В одном совершенно особом варианте осуществления изобретения стенка продуктовой камеры заканчивается закругленной относительно крышки внутрь формой. При этом особенно желательно, если скругление утончает стенку приблизительно на участке (g), приблизительно соответствующем, например, толщине (t) материала стенки. Тогда уплотнительная линия имеет в центре единственного или наиболее удаленного от внешнего края уплотнения расстояние (b) до начала участка (g). Далее в этом или другом специальном выполнении верхний конец этой стенки продуктовой камеры может иметь, хотя и относительно лишь небольшое, расстояние (c) до той части крышки, которая проходит наружу за нее. Тот или иной специальный вариант может быть, кроме того, комбинирован с уже описанной мерой, а именно c двумя валиками в качестве уплотнения для продуктовой камеры. Тогда уплотнительная линия нижнего валика имеет расстояние (b) до начала участка (g). При совместной реализации всех трех вариантов уплотнение продуктовой камеры полностью освобождается тогда, когда внутренний валик переместится на величину d-(g+c). В этом случае, согласно изобретению, должно быть a>d-(g+c), причем d-(g+c)=b. Если вместо этого крышка, например за счет гидростатического давления, прочно прижата к нижней части, то с=0, так что нижний валик должен переместиться на величину d-g=b. После этого осевого перемещения крышки в нижней части нижний валик достигает скругленного участка стенки продуктовой камеры. Эта точка должна быть достигнута, прежде чем уплотнение, герметизирующее внешнюю напорную камеру, будет отпущено (т.е. когда a>d-g). Если названные условия не выполнены, то через щель между крышкой и нижней частью может спускаться давление, тогда как крышка будет еще направляться уплотнением продуктовой камеры. Она застревает тогда в зоне уплотнения продуктовой камеры, и содержимое не может попасть из продуктовой камеры в окружающую жидкость.
Ниже изобретение еще раз поясняется на примерах с помощью чертежей.
На фиг.1 изображена геометрия вставки, у которой оба уплотнения 8, 13 выполнены круговыми и концентричными. На фиг.1А изображена геометрия на виде сбоку, а на фиг.1В - на виде сверху. Цилиндрическая продуктовая камера 9 содержит дно 10 и боковую стенку 1. Напорная камера 11 ограничена дном 12, внутренней боковой стенкой 1 и наружными стенками 2, 2а, 2b, 2с. Крышка 3 закупоривает своей частью 7 цилиндрическую продуктовую камеру, а своей частью 6 - напорную камеру 11. Напорная камера на нижнем, обращенном от крышки участке вставки имеется по длине h2 только на одной стороне напорной камеры (стенка 2) и образует здесь род плавательного пузыря. На этой стороне расположено также отверстие уменьшенного сечения (не показано). На виде сверху (фиг.1В) контур продуктовой камеры со стороны дна различим в виде круговой линии 7, а контур наружной стенки напорной камеры - в виде частично штриховой линии 14. На среднем участке боковая стенка 2b напорной камеры проходит тогда, начиная с высоты h3, наискось наружу; на противоположной стороне на той же высоте h2 на стенке 1 начинается наружная стенка 2а, которая проходит также наискось, однако под большим углом. Обе части стенки заканчиваются в аксиально проходящем участке 2с, проходящем кругообразно и концентрично внутренней стенке 1. Этот участок должен иметь, по меньшей мере, длину h4 большую, чем величина (а) (расстояние уплотнительной линии между крышкой и боковой наружной стенкой 2с напорной камеры от конца этой наружной стенки, см. описание). Общая высота боковых стенок 2, 2а/2b, 2с обозначена h1. Должно быть понятно, что h2 и h3 необязательно должны быть одинаковыми; они могут также отличаться друг от друга, причем тогда наклоны стенок 2а, 2b следует соответственно согласовать.
Внутренний диаметр продуктовой камеры имеет по всей ее осевой длине постоянное значение d1, а внутренний диаметр круговых наружных стенок 2с на расположенном со стороны крышки конце имеет значение d2.
На фиг.2 изображены геометрические пропорции уплотнений. Стенка 1 продуктовой камеры толщиной (t) скруглена на своем расположенном со стороны крышки краю, а именно так, что скругление утончает стенку по длине (g) на участке, приблизительно соответствующем толщине (t) материала. Она имеет меньшую высоту, чем стенка напорной камеры, и выбрана так, что крышка может (но не обязательно) иметь отличающееся от нуля расстояние (с). Крышка 3 касается внутренней стороны стенки 1 продуктовой камеры в зоне уплотнения, состоящего из валиков 4а, 4b. Валики имеют по периметру ширину (f) и толщину (e)<(f). Диаметр крышки имеет в своей нижней части, включая уплотнительные средства (валики), диаметр d3, а диаметр продуктовой камеры обозначен d1. При d3>d1 крышка прилегает с прессовой посадкой.
В верхней наружной стенке 2с напорной камеры под ее верхним концом выполнена окружная канавка, в которую плотно входит защелкивающийся валик 5. Канавка расположена на расстоянии (а) от верхнего конца стенки; к ней прилегает крайняя часть 3а крышки 3. Наружная стенка 2с коаксиальна боковой стенке продуктовой камеры, по меньшей мере, на участке h4, который больше расстояния (а), т.е. расстояния между уплотнением 5 крышки и боковой стенкой 2с напорной камеры от конца этой стенки.
Если оказать на систему внешний нажим, то внутреннего уплотнения за счет обоих валиков 4а, 4b уже будет достаточно, чтобы выдержать небольшие давления (<1 бар). Благодаря этому крышка вдавливается в нижнюю часть, так что она прочно прилегает к концу стенки продуктовой камеры. Тогда система может выдерживать давления даже до нескольких бар.
При вскрытии (под действием разности давлений между напорной камерой и внешним окружением) крышка значительно отходит от нижней части. Уплотнение продуктовой камеры полностью освобождается тогда, когда внутренний валик переместится на величину b=d-(g+c). Как только крышка за счет гидростатического давления будет прочно прижата к нижней части, и ей при этом не будет мешать ее внешний край 3а, то будет справедливо с=0, так что нижний валик должен переместиться на величину b=d-g. После этого осевого перемещения крышки в нижней части нижний валик достигает скругленного участка стенки продуктовой камеры. Эта точка должна быть достигнута, прежде чем будет освобожден защелкивающийся валик 5. Следовательно, в этом примере должно быть справедливо a>d-(g+c) и независимо от специфического выполнения уплотнения продуктовой камеры - a>b.
В остальном фиг.2 показывает, кроме того, что уплотнение между крышкой и наружной стенкой напорной камеры также имеет прессовую посадку, если диаметр d4 крышки, включая уплотнительное средство (защелкивающийся валик), больше имеющегося на стороне крышки внутреннего диаметра d2 продуктовой камеры.