КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТИЧНОГО УГЛОВОГО КЛАПАНА

Полезная модель относится к области изготовления упаковки для преимущественно пищевых продуктов и продуктов, содержащих или выделяемых жиры и влагу.
Наиболее известными типами упаковки, где может применяться заявленная полезная модель, являются емкости или контейнеры с прямоугольным основанием, в виде усеченной призмы, расширяющиеся к верхней части, основным формообразующим/каркасным элементом которых является преимущественно плоский целлюлозно-бумажный материал, имеющий защитное водо-жиро-стойкое покрытие, например, в виде ламинации, специальной пропитки или лака. Причем, такая емкость может иметь как округлые углы, так и углы, получаемые сопряжением двух боковых плоскостей вертикальной стенки без скруглений. Причем, сборка таких емкостей осуществляется термической или ультразвуковой спайкой угловых вертикальных клапанов, образованных сложением треугольных элементов боковых стенок емкости. Причем, спайка осуществляется посредством разогрева защитного водо-жиро-стойкого покрытия, нанесенного только на внутреннюю поверхность материала при сборке емкости, без применения дополнительных клеевых составов.
Известный уровень техники:
Известен патент RU 190177 U1, отличающийся тем, что угловые клапаны собираются наружу емкости и имеют крой, где самый дальний от угловой части емкости угол клапана находится на высоте значительно ниже верхней грани емкости. Крой каждого клапана имеет две треугольные образующие, смыкающиеся между собой, и не имеет внутренних вырезов, так что при нанесении защитного покрытия только с внутренней части емкости при разогреве покрытия клапан невозможно сварить в полной мере для его полной фиксации и на стенке емкости, и одновременно спайки двух треугольных образующих клапана между собой без применения дополнительных клеевых составов. Поэтому, сборка рассматриваемого кроя осуществляется с помощью приклейки клапана наружу емкости с применением дополнительного клеевого состава и, как правило, без сварки треугольных элементов клапана между собой.
Минусами подобного уровня техники являются применение дополнительного клеевого состава, как дополнительного сырьевого компонента изделия, влияющего на увеличение себестоимости. А отсутствие герметичной сварки треугольных образующих клапана между собой создает канал для выхода наружу жидких продуктов внутри емкости при ее эксплуатации. Причем при приближении уровня жидкости к высоте самого дальнего угла клапана, который располагается значительно ниже верхней грани емкости, риск выхода жидкости через описанный канал увеличивается, существенно ограничивая возможную высоту заполнения контейнера и влияя на эксплуатационные характеристики всей конструкции.
Известен европейский патент 001186456(ISG/HRD/50528ED), отличающийся тем, что угловые клапаны собираются изнутри емкости с помощью термического или ультразвукового разогрева внутреннего защитного покрытия емкости. Для этого крой клапанов выполнен с внутренним вырезом, делая треугольные образующие клапана разной высоты для возможности одновременной фиксации клапана на внутренней стенке емкости и склеивания треугольных образующих клапана между собой, фиксируя емкость в собранном виде с помощью сварки за счет разогрева внутреннего защитного покрытия емкости.
Минусами данного кроя угловых клапанов является открытие торцевой части формообразующего материала вертикальной части углового клапана, так что формообразующий материал в месте выреза клапана не имеет защитного покрытия и существенно ограничивает высоту заполнения емкости в случае использования продуктов, выделяющих жидкости и жир. Так, в случае прямого контакта жира или влаги с незащищенным срезом формообразующего целлюлозно-бумажного материала на вертикальной наклонной части углового клапана будет происходить промокание материала и постепенный выход жидкости и жира наружу емкости. Кроме того, капиллярный эффект не гарантирует защиту незащищенного среза целлюлозно-бумажного материала даже без прямого контакта жирных или жидких продуктов или при нахождении уровня таких пищевых продуктов ниже уровня открытого вертикального среза материала клапана.
Известен патент RU 2756338 C2, отражающий похожий по смысловой нагрузке подход, когда специальный крой заготовки позволяет прикреплять к внутренней поверхности емкости элементы срезанной боковой стенки, обеспечивающей возможность фиксации этих элементов как внутри складываемых элементов, так и крепление к боковой стенке за счет разогрева только внутреннего защитного покрытия емкости. Отличается устройство такого крепления тем, что устраняет проблему открытого среза вертикального элемента боковой стенки целлюлозно-бумажного материала путем нахлеста и укрытия этого среза заранее удлиненным материалом (мембраной) внутреннего защитного покрытия поверх открытого среза. Минусом данного изобретения является трудоемкость создания удлинения защитного покрытия для укрытия вертикального среза и необходимость выполнять дополнительные операции при формировании заготовки, что очевидно отражается на себестоимости изготовления и сборки такой емкости.
Основной проблемой сборки емкости или контейнера с прямоугольным основанием, в виде усеченной призмы, расширяющиеся к верней части, основным формообразующим/каркасным элементом которых является преимущественно плоский целлюлозно-бумажный материал, имеющей термосвариваемое защитное водо-жиро-стойкое покрытие только с внутренней стороны емкости, является проблема герметичности сборки и экономическая эффективность процесса, учитывающая использование дополнительных операций, материалов и компонентов, прямо влияющих на себестоимость изделия.
Так, для повышения герметичности емкости и надежной фиксации угловых клапанов, возможности использовать емкость для наполнения жидкими продуктами или пищевыми продуктами, активно выделяющими жидкость и жир, на полную высоту емкости или контейнеров с прямоугольным основанием, в виде усеченной призмы, расширяющиеся к верней части, основным формообразующим/каркасным элементом которых является преимущественно плоский целлюлозно-бумажный материал, в известном уровне техники необходимо использовать дополнительные материалы или операции при сборке.
Основными дополнительными условиями достижения герметичности угловых клапанов, возможности использовать максимальную высоту емкости для жидких и жирных продуктов, а также надежной фиксации угловых клапанов на боковой поверхности емкости при ее производстве в известном уровне техники являются:
- нанесение термоплавкого покрытия на обе поверхности каркасного целлюлозно-бумажного материала емкости, внутреннюю и наружную. Позволяет одновременно скрепить треугольные образующие углового клапана и прикрепить сам клапан к боковой поверхности, без осуществления выреза на крое клапана, тем самым оставляя незащищенный торец целлюлозно-бумажного материала клапана максимально высоко, близко к уровню верхней грани емкости, где пищевые продукты, хранящиеся в емкости, не достигают этого уровня;
- применение дополнительных клеевых составов и операций при сборке емкости. Так в случае крепления клапана наружу емкости может применяться дополнительный клеевой состав для фиксации углового клапана на наружной стенке емкости. При этом для обеспечение склейки клапана внутри, фиксации треугольных образующих клапана между собой, требуется дополнительная операция термической спайки;
- применение дополнительных операций и материалов. Для обеспечения защиты открытого среза целлюлозно-бумажного материала на вертикальной наклонной части углового клапана путем укрытия этого среза дополнительными материалами или удлиненным материалом внутреннего защитного покрытия поверх открытого среза;
- применение каркасного целлюлозно-бумажного материала со специальными пропитками, препятствующими впитываемости жира и влаги, требующего дополнительных жиро-водоотталкивающих добавок в процессе производства такого материала, позволяющего не производить дополнительную защиту среза целлюлозно-бумажного материала на вертикальной наклонной части углового клапана.
Следует отметить, что в известном уровне техники для рассматриваемых типов контейнеров все перечисленные условия крепления угловых клапанов и повышения герметичности, по уровню близкой к предложенной в настоящей полезной моделей и обеспечивающей использования внутренней емкости на максимальную высоту, близкой к верхнему краю емкости, имеют существенный недостаток, связанный с экономической эффективностью производства. Они связаны с увеличением себестоимости производства емкостей или контейнеров, включающих описанные материалы и условия, в связи с использованием дополнительных сырьевых компонентов, дополнительных клеевых составов, необходимости дополнительного покрытия внешней поверхности контейнера, применения дополнительных материалов укрытия незащищенного среза углового клапана на его вертикальной наклонной части, специальных добавок при производстве каркасного целлюлозно-бумажного материала обеспечивающих торцевую жиро- и влагостойкость, или необходимостью применения дополнительных операций в процессе сборки или подготовки заготовки.
Настоящая полезная модель решает основную задачу сборки емкости или контейнера с прямоугольным основанием, в виде усеченной призмы, расширяющиеся к верхней части, основным формообразующим/каркасным элементом которых является преимущественно плоский целлюлозно-бумажный материал, с нанесенным защитным покрытием только с внутренней стороны, устраняя все вышеперечисленные недостатки и обеспечивая экономическую эффективность производства обозначенного типа емкости за счет специальной конструкции углового клапана.
Специально разработанная форма углового клапана обеспечивает одновременно подворот по всей высоте вертикальной наклонной линии сгиба двух треугольных образующих клапана и припайку клапана на боковой поверхности стенки емкости за счет специальной формы выреза и термического или ультразвукового разогрева только внутреннего защитного покрытия емкости. Также разработанная конструкция минимизирует капиллярный эффект поднятия жидкого содержимого контейнера и появления влажных и жирных пятен на внешней поверхности контейнера.
Технический результат заключается в существенном усовершенствовании известного уровня техники, используемого в производстве емкости или контейнера с прямоугольным основанием, в виде усеченной призмы, расширяющиеся к верхней части, основным формообразующим/каркасным элементом которых является преимущественно плоский целлюлозно-бумажный материал, покрытый защитным покрытием только с одной стороны, за счет специальной формы углового клапана, со спаянными треугольными образующими между собой и прикрепленного к боковой стенке емкости только за счет одностороннего защитного покрытия внутренней части емкости, без нарушения целостности защитного покрытия на вертикальной части углового клапана на всей его высоте.
Технический результат выражается в следующем комплексе преимуществ, являющихся не отдельными независимыми положительными факторами, а совокупностью неотделимых друг от друга преимуществ, получаемых при применении описанной полезной модели:
- отсутствие открытых срезанных участков на вертикальной наклонной линии сгиба двух треугольных образующих углового клапана и, как следствие, отсутствие открытия незащищенной торцевой части каркасного бумажно-целлюлозного материала, позволяет существенно повысить герметичность собранной емкости. Емкость не имеет открытых участков каркасного материала вплоть до самого верхнего края емкости, что позволяет существенно защитить емкость от протекания и появления жирных и влажных пятен на внешней стороне контейнера при использовании жидких и жирных продуктов, что особенно важно при учете капиллярного эффекта при использовании таких продуктов;
- отсутствие необходимости использовать каркасный целлюлозно-бумажный материал со специальными пропитками, препятствующими впитываемости жира и влаги. Отсутствие открытых срезанных участков на вертикальной наклонной линии сгиба двух треугольных образующих углового клапана и, как следствие, отсутствие открытия незащищенной торцевой части каркасного бумажно-целлюлозного материала, позволяет не использовать более дорогой каркасный материала со специальными гидрофобными пропитками, что является существенным экономическим преимуществом, влияющим на себестоимость изготовления контейнера;
- повышенная устойчивость конструкции емкости к жидким и жирным средам достигается также конструктивной ориентацией единственного открытого участка бокового клапана специальным образом. При этом, открытый каркасный материал образуется только у верхней горизонтальной грани только одной треугольной образующей. Один слой открытого целлюлозно-бумажного материала своей торцевой частью ориентирован вертикально и открытый срез расположен максимально близко к уровню верхней грани емкости, позволяя использовать емкость на максимальную глубину. А при креплении угловых клапанов на внутренней стенке емкости даже вероятное попадание жидкости или жира на указанный открытый участок позволяет продолжительное время противостоять появлению пятен на внешней поверхности контейнера из-за длительности требуемого времени для пропитывания материала углового клапана и появления пятен снаружи контейнера;
- использование защитного покрытия целлюлозно-бумажного материала емкости только с одной стороны емкости, с внутренней части. Именно за счет спайки защитного покрытия происходит фиксация угловых клапанов на боковой стенке емкости при его разогреве в процессе производства, а также одновременная фиксация угловых элементов углового клапана между собой за счет специальной формы выреза клапана и также внутреннего защитного покрытия емкости. Отсутствие необходимости использовать двустороннее защитное покрытие для одновременного достижения фиксации углового клапана на боковой стенке, фиксации треугольных образующих между собой и герметизации вертикальной наклонной линии сгиба двух треугольных образующих углового клапана, описанного в рамках предыдущего преимущества, является существенным экономическим преимуществом, влияющим на себестоимость изготовления контейнера;
- отсутствие расположенной между треугольными образующими углового клапана и боковой стенкой емкости полости, сообщающейся с внутренней емкостью контейнера. Благодаря специальной форме выреза, происходит спайка полости, расположенной между треугольными образующими углового клапана или треугольной образующей и боковой стенкой емкости (зависит от положения углового клапана при его креплении: изнутри емкости или снаружи) и закрытие доступа жидких и жирных продуктов в нее. Это преимущество особенно важно при рассмотрении влияния капиллярного эффекта на потребительские свойства емкости.
Так, при отсутствии герметичной изоляции рассматриваемой полости от внутренней емкости контейнера, возможет быстрый выход части жидкости или жира наружу контейнера за счет капиллярного эффекта и, как следствие, происходит появление пятен на внешней части контейнера.
- Отсутствие необходимости использовать дополнительные клеевые составы в процессе сборки емкости и фиксации угловых клапанов на стенках емкости, что повышает экономическую эффективности изготовления контейнеров.
Описание конструктива
Основной целью получения особого кроя углового клапана является максимальная герметизация/защита каркасного целлюлозно-бумажного материала клапана и всей емкости от содержимого емкости, особенно в случае если содержимым являются жирные или жидкие продукты, а также максимально экономически эффективный процесс изготовления и сборки емкости с применением минимально необходимого количества, объема и стоимости сырьевых материалов, используемых при изготовлении емкости.
Получение специального кроя клапана осуществляется одновременно при изготовлении заготовки методом высечки на штанцевальном прессе из плоского целлюлозно-бумажного материала с односторонним защитным покрытием со стороны внутренней части емкости. В процессе высечки производится вырезание специальной формы клапана и нанесение биговальных каналов в местах сгиба треугольных образующих.
Следует отметить, что угловые клапаны в процессе сборки емкости могут крепиться как с внутренней части контейнера, так и с наружной.
Специальная форма клапана характеризуется отсутствием срезанных участков на общей линии сгиба треугольных образующих клапана для герметизации вертикальной наклонной линии углового клапана в готовой емкости, и вырезкой участка плоскости одной треугольной образующей для возможности фиксации второй треугольной образующей на боковой стенке контейнера в процессе сборки. Также вырезка участка плоскости одной треугольной образующей позволяет скрепить обе треугольных образующих между собой в процессе сборки контейнера при креплении углового клапана на боковой стенке емкости изнутри емкости, несмотря на отсутствие второго слоя термоплавкого защитного покрытия целлюлозно-бумажного материала с его оборотной стороны.
Также форма выреза обеспечивает минимизацию объема открытых элементов целлюлозно-бумажного материала и минимизацию вероятности даже незначительного контакта незащищенного торца с пищевыми продуктами, выделяемыми жир и влагу. Для этой цели единственный открытый участок бокового клапана, причем только одной треугольной образующей клапана, специальным образом конструктивно ориентирован вертикально, а открытый срез расположен на верхней горизонтальной грани максимально близко к уровню верхней грани емкости, позволяя использовать емкость на максимальную глубину. А при креплении угловых клапанов на внутренней стенке емкости даже вероятное попадание жидкости или жира на указанный открытый участок позволяет продолжительное время противостоять появлению пятен на внешней поверхности контейнера из-за длительности требуемого времени для пропитывания внутреннего материала одной треугольной образующей углового клапана, и появления пятен снаружи контейнера.
Вырез на поверхности треугольной образующей углового клапана может быть выполнен различной формой, но должен не нарушать описанные выше характеристики.
Сборка емкости и припайка угловых клапанов осуществляется методом термической или ультразвуковой спайки путем разогрева внутреннего защитного термоплавкого покрытия емкости. Причем, из-за выреза на одной из треугольных образующих бокового клапана при сложении углового клапана и его прижатия к боковой стенке в процессе припайки возникает разнотолщинность клапана, которая компенсируется усилием прижатия и соответствующей формой инструмента формования - пуансона и матрицы, обеспечивающих равномерное усилие и плотное прижатие припаиваемого участка треугольной образующей углового клапана как в месте двойной толщины, так и одинарной толщины в месте выреза.
Следует отметить, что для дополнительного улучшения внутренней спайки углового клапана, снижения усилия прижатия в процессе сборки емкости, компенсации разнотолщинности и неоднородности структуры внутри углового клапана, получаемой вследствие образованного выреза на поверхности треугольной образующей углового клапана, сам вырез может быть выполнен более сложной фасонной формы.
В результате в процессе сборки формируется припаянный угловой клапан, скрепленный между собой, и не имеющий полостей и каналов, сообщающихся с внутренней емкостью контейнера, не имеющий открытых незащищенных участков целлюлозно-бумажного материала на вертикальной части углового клапана и имеющий всего один слой открытого целлюлозно-бумажного материала, своей торцевой частью ориентированный вертикально, где открытый срез расположен горизонтально, максимально близко к уровню верхней грани емкости, что позволяет использовать емкость на максимальную глубину. При этом сборка и фиксация клапанов осуществляется исключительно за счет только внутреннего защитного покрытия целлюлозно-бумажного материала емкости.
Таким образом, технический результат заключается в существенном усовершенствовании известного уровня техники, используемого при производстве емкости или контейнера с прямоугольным основанием, в виде усеченной призмы, расширяющиеся к верхней части, основным формообразующим/каркасным элементом которых является преимущественно плоский целлюлозно-бумажный материал, за счет специальной конструкции углового клапана, со спаянными треугольными образующими между собой и прикрепленного к боковой стенке емкости только за счет одностороннего защитного покрытия внутренней части емкости, без нарушения целостности защитного покрытия на вертикальной части углового клапана на всей его высоте.
Дополнительной особенностью является то, что защитный слой может быть выполнен из состава на основе биоразлагаемых материалов.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где:
1 - угловые клапаны;
2 - треугольные образующие углового клапана;
3 - область сопряжения боковой стенки и дальней треугольной образующей;
4 - вертикальная наклонная линия сгиба двух треугольных образующих углового клапана;
5 - вырез на треугольной образующей.
На фиг. 1 изображен общий вид емкости, имеющей прямоугольное основание, расширяющейся к верхней части, с угловыми клапанами 1, прикрепленными при сборке емкости к внутренней стороне боковой стенки емкости за счет спайки исключительно внутреннего защитного термоплавкого слоя емкости.
На фиг. 2 изображен общий вид емкости, имеющей прямоугольное основание, расширяющейся к верхней части, с угловыми клапанами 1, прикрепленными при сборки емкости с внешней стороны емкости за счет спайки исключительно внутреннего защитного термоплавкого слоя емкости.
На фиг. 3 показан пример кроя заготовки. В угловых частях заготовки изображен крой угловых клапанов, состоящих их двух треугольных образующих 2 каждый, с вырезом на одной из треугольных образующих, не задевающий защитное покрытие между треугольными образующими на линии сгиба, которая будет являться вертикальной наклонной линией сгиба 4 двух треугольных образующих углового клапана после сборки емкости. Целостность защитного покрытия данной линии 4 после спайки углового клапана обеспечивает герметичность углового клапана на всей высоте этой линии, а при приближении этой линии 4 к верхней грани емкости, и на всей высоте емкости.
На фиг. 4 показаны два варианта исполнения углового клапана при сборке емкости за счет припайки материала внутреннего защитного покрытия внутренней стороны емкости и выреза на одной из треугольных образующих углового клапана.
В варианте а) показан пример углового клапана, где клапан состоит из двух скрепленных между собой треугольных образующих 2, на поверхности одной из которых выполнен вырез 5, не нарушающий защитное покрытие вертикальной наклонной линии сгиба 4 двух треугольных образующих 2 углового клапана по всей высоте клапана, а также области сопряжения элементов углового клапана и частей боковых стенок при припайке клапана к внутренней боковой поверхности емкости. Причем, внутренние покрытие емкости спаиваются друг к другу в области обозначенной наклонной штриховкой между внутренней поверхностью боковой стенки емкости и треугольной образующей углового клапана, запаивая полость и минимизируя капиллярный эффект в процессе эксплуатации емкости, в сравнении с тем, если бы полость оставалась не запаянной. Сетчатой штриховкой 3 обозначена область сопряжения боковой стенки и дальней треугольной образующей углового клапана, которая позволяет полностью зафиксировать угловой клапан в процессе сборки емкости за счет припайки материала внутреннего защитного покрытия внутренней стороны емкости и выреза на одной из треугольных образующих углового клапана.
В варианте б) показан пример углового клапана, где клапан состоит из двух скрепленных между собой треугольных образующих, на поверхности одной из которых выполнен вырез 5, не нарушающий защитное покрытие вертикальной наклонной линии сгиба 4 двух треугольных образующих клапана 2 по всей высоте клапана, а также области сопряжения элементов углового клапана и частей боковых стенок при припайке клапана к внешней боковой поверхности емкости. Причем, внутренние покрытие емкости спаиваются друг к другу в области обозначенной наклонной штриховкой между треугольными образующими углового клапана, запаивая полость и минимизируя капиллярный эффект в процессе эксплуатации емкости, в сравнении с тем, если бы полость оставалась не запаянной. Сетчатой штриховкой 3 обозначена область сопряжения внешней стороны боковой стенки емкости и дальней треугольной образующей углового клапана, которая позволяет полностью зафиксировать угловой клапан в процессе сборки емкости за счет припайки материала внутреннего защитного покрытия внутренней стороны емкости и выреза на одной из треугольных образующих углового клапана.
На фиг. 5 представлены варианты исполнения кроя углового клапана, состоящего их двух треугольных образующих 2, с вырезом 5 на одной из треугольных образующих, не задевающий защитное покрытие между треугольными образующими на линии сгиба, которая будет являться вертикальной наклонной линией сгиба 4 двух треугольных образующих углового клапана после сборки емкости.
На фиг. 6 изображен пример использования идентичной конструкции угловых клапанов при изготовлении перегородок внутри емкости. В данном случае разделение перегородкой большой емкости делает две отдельные емкости по-меньше внутри общей. Тогда каждая из емкостей поменьше может рассматриваться как отдельная емкость, и клапаны 1, образуемые при сборке перегородки становятся угловыми клапанами отдельных емкостей поменьше. А описываемая полезная модель равнозначно применима и к конструкции этих клапанов также.
Следует отметить, что идея, заложенная в полезную модель, относится к уровню техники, способствующему достигать требуемый уровень герметизации углового клапана, а также повышение экономической эффективности производства за счет спайки имеющегося материала исключительно внутреннего защитного покрытия емкости без применения дополнительных материалов, а не к форме самой емкости, и может быть применима к конструкциям емкостей с разным количеством углов, форм и геометрических размеров. Высота вертикальной наклонной линии сгиба двух треугольных образующих клапана может быть различной и должна проектироваться в зависимости от специфики общей конструкции емкости и контакта с содержимым.
Следует отметить, что данная полезная модель, которая раскрывается с описанием конкретных приложенных чертежей, не ограничена этими вариантами осуществления, описанными и показанными исключительно для примера, и что возможны изменения и модификации, являющиеся очевидными для специалиста в данной области, не выходящие за рамки полезной модели, как она раскрывается в приложенной формуле.