КЛАПАН ДЛЯ ПАКЕТА
PACKAGE VALVE

Изобретение касается клапана для пакета для емкости под давлением, в частности, для банок под давлением, для извлечения от вязкотекучих до пастообразных продуктов, с клапанной тарелкой, с расположенным на клапанной тарелке телом клапана, с пропущенным в центральной выемке тела клапана штоком с по меньшей мере одним освобождаемым путем приведения в действия штока входным отверстием для содержащегося в пакете продукта, по меньшей мере одним выходным отверстием, действующим на шток упругим элементом, действующем между клапанной тарелкой и телом клапана и между телом клапана и штоком уплотнительными элементами, а также расположенным на клапане пакетом для продукта, извлекаемого через клапан. Далее, изобретение касается банки под давлением с такого рода клапаном для пакета.
Банки под давлением для извлечения от вязкотекучих до пастообразных субстанций известны и уже давно используются. Применения находят себе место, например, в секторе пищевых продуктов (украшение выпечки), в продуктах гигиены (зубная паста), а также в косметике. Для этого в большом количестве применяются банки c поршнем, у которых поршень делит банку на верхнюю и нижнюю часть, причем в верхней части, под клапаном, находится извлекаемый продукт, а в нижней части, под поршнем и над дном, газ-вытеснитель. У таких банок под давлением, во-первых, является проблемным зачастую недостаточное разделение продукта и вытеснителя и, во-вторых, является трудоемким введение как продукта, так и вытеснителя. Для заправки вытеснителя требуется, в частности, второй клапан в дне банки. Второй клапан и поршень, а также устройства для наполнения, приводят к значительному удорожанию банок и продукта.
Альтернативу представляют собой банки с пакетами. Такие банки с пакетами содержат продукт отдельно от газа-вытеснителя. При закреплении пакета на ободке банки возникают такие же проблемы при заполнении газом-вытеснителем, что и у описанной выше банки с поршнем. При размещении пакета на клапане заполнение продукта требуется через клапан, что требует много времени и является трудоемким, и в то же время загрязняет клапан. Из-за конструкции клапанных систем ограничена скорость наполнения. Введение газа-вытеснителя требует либо особой формы исполнения основного клапана, либо второго клапана в дне банки. Такие банки с пакетами не пригодны для продуктов с вязкостью более 50 Пас. Они находят применение, например, для гелей для бритья.
Поэтому задачей изобретения является предоставление банки под давлением, с помощью которой хранящиеся в пакете вязкотекучие и пастообразные субстанции могут быть выпущены с помощью вытеснителя. Такая банка с пакетом должна быть недорогой в изготовлении, легко наполняемой и надежной в манипулировании.
Эта задача решается с помощью клапана для пакета указанного вначале вида, у которого пакет закреплен на удерживающем элементе, имеющем центральный проход, при этом удерживающий элемент имеет проходящую в стороны удерживающую тарелку, которая герметично соединена с простирающимся вертикально со стороны банки бортиком тела клапана. Далее, задача решается с помощью банки под давлением, оснащенной таким клапаном для пакета.
Соответствующий изобретению клапан для пакета избегает недостатков по уровню техники. С одной стороны, желаемым образом продукт и вытеснитель надежно отделены друг от друга. Особая форма клапана с удерживающим элементом позволяет наполнение пакета продуктом, даже внутри банки под давлением, перед монтажом клапана и наполнение банки под давлением вытеснителем. Могут быть использованы обычные банки под давлением, которые должны быть оснащены только соответствующим изобретению клапаном для пакета.
Использованные здесь понятия «со стороны клапана» и «со стороны банки» обозначают - по вертикали - направление (ориентацию) на клапан, соответственно, на внутреннее пространство банки. Соответственно под «вовнутрь банки» и «наружу банки» - по горизонтали - следует понимать направление (ориентацию) к краю банки или к оси банки.
Соответствующий изобретению клапан для пакета происходит из обычного клапана для твердых веществ для извлечения монтажной пены на основе полиуретана, как это описано, например, в EP 2 028 131 A1 и EP 3 044 123 A1.
Соответствующий изобретению клапан для пакета предназначен и пригоден для извлечения от вязкотекучих до пастообразных продуктов из банки под давлением с помощью вытеснителя. Он основан на обычном клапане для твердых веществ, модифицированном для этой цели. Такой клапан для твердых веществ изготавливается обычно из полиалкила, например, полипропилена, способом литья под давлением. Традиционная часть клапана состоит из клапанной тарелки, расположенного на клапанной тарелке тела клапана, которое имеет центральную выемку, в которой проведен шток, при этом клапан имеет освобождаемое путем приведения в действие штока входное отверстие для содержимого пакета. Приведение в действие происходит, в частности, путем надавливания штока. Упругий элемент, который соединен со штоком, обеспечивает возврат клапана в закрытое состояние после приведения в действие. Между клапанной тарелкой и телом клапана, а также между телом клапана и штоком расположены уплотнительные элементы.
Пакет для продукта смонтирован на расположенном со стороны банки конце клапана. Для этого тело клапана имеет со стороны банки окружной бортик (краевой выступ), который выходит за расположенный со стороны банки конец штока. Пакет смонтирован на удерживающем элементе, который имеет центральный проход, и соединен с бортиком через проходящими в стороны (наружу банки) удерживающую тарелку. Соединение является непроницаемым для газа и жидкости.
Удерживающая тарелка удерживающего элемента может быть склеена или сварена с бортиком клапана. Соединение может происходить, например, путем сварки ультразвуком (высокочастотная сварка). Но предпочтительным является фиксирующее или защелкивающее соединение, позволяющее простую фиксацию удерживающей тарелки с уже смонтированным пакетом и бортиком клапана. Подразумевается, что между удерживающей тарелкой и бортиком должен быть расположен уплотнительный элемент.
Фиксирующее или защелкивающее соединение может быть обеспечено, например, с помощью расположенного снаружи на окружном бортике тела клапана выступа и расположенного на краю удерживающей тарелки фиксирующего крючка. Сам по себе принцип таких фиксирующих соединений известен. Фиксирующее соединение рассчитано на долгий срок, отделение от клапана и клапанной тарелки не предусмотрено.
Требуемая герметичность может быть обеспечена, например, с помощью уплотнительного (с круглым сечением) кольца, расположенного с краю в приемном элементе удерживающей тарелки и осуществляющего уплотнение относительно расположенного со стороны банки конца бортика. Для этого расположенный со стороны банки конец бортика может быть скошен внутрь банки таким образом, чтобы скос указывал к оси банки, и указанное уплотнительное кольцо обеспечивает уплотнение относительно этого скоса.
Такой скос дает особенно хороший и длительный контакт между уплотнением и бортиком тела клапана, который защищает от потери вытеснителя во время хранения наполненной банки под давлением. Преимуществом соответствующей изобретению банки под давлением является соответственно малая потеря вытеснителя в течении времени хранения и срока использования.
Альтернативно требуемое уплотнение может быть реализовано также с помощью отформованного или полученного литьем под давлением на внешнем краю удерживающей тарелки уплотнительного элемента, который состоит, например, из термопластичного эластомера (TPE). Такие, состоящие из двух различных материалов полимерные продукты могут быть изготовлены, например, способом 2К-литься под давлением.
Также в случае полученного литьем под давлением уплотнительного элемента уплотняющее действие осуществляется с помощью тесного и уплотняющего контакта между удерживающей тарелкой и бортиком. Доя этого, расположенный со стороны банки край бортика может быть скошен внутрь банки, как описано ранее для уплотнительного кольца.
Пакет для продукта закреплен на центральной цапфе удерживающего элемента. Подразумевается, что центральное отверстие удерживающего элемента проходит через эту цапфу. Сама цапфа может быть круглой, но также возможна любая другая форма, совместимая с этой целью использования, например, многоугольная, в частности, четырехугольная, в форме ромба или в форме капли. Указанное закрепление происходит, в частности, путем склеивания или сваривания, например, ультразвуком. Является предпочтительной горизонтально окружная заправка (заполнение) цапфы, в частности, также во время монтажа.
Сам пакет изготовлен предпочтительно из полимерного материала и сформирован многослойным. Многослойное формирование повышает прочность на разрыв и предотвращает отрыв пакета от удерживающего элемента после наполнения. Подразумевается, что для улучшения герметичности могут быть использованы композитные материалы из нескольких полимерных материалов или с применением алюминия. Также возможна металлизация полимерной пленки для пакета.
Клапанная часть соответствующего изобретению клапана для пакета сформирована по существу согласно EP 2 028 131 A1. При этом тело клапана имеет окружной вокруг штока паз, в котором расположен упругий элемент. Упругий элемент обхватывает шток и, помимо пружинящего действия (возврат после приведения в действие клапана), влечет за собой дополнительное уплотняющее действие относительно штока. Для этого упругий элемент состоит предпочтительно из термопластичного эластомера (TPE). Альтернативно может быть также использована винтовая пружина. Особо целесообразна также комбинация из винтовой пружины и термопластичного эластомера. В качестве контропоры для упругого элемента на расположенном со стороны клапана конце штока служит стопорное кольцо из стойкого полимерного материала, например, полиоксиметилена.
Далее, изобретение касается оснащенной таким клапаном для пакета емкости под давлением, в частности, банки под давлением. В качестве вытеснителя в таких банках под давлением может служить, например, азот или другой инертный газ, воздух, или даже обычный газ-вытеснитель, например, сжиженный газ или смесь сжиженных газов (пропан, бутан, диметиловый эфир).
Соответствующий изобретению клапан для пакета позволяет особо эффективно наполнять банки под давлением. Для этого удерживающий элемент соединяется с пакетом, приваривается ультразвуком, и пакет подвешивается в пока еще открытую сверху банку под давлением. Удерживающий элемент остается снаружи банки под давлением. Теперь пакет может быть наполнен. После наполнения удерживающая тарелка комбинации из удерживающего элемента и наполненного пакета соединяется с бортиком клапана, например, с помощью (механической) фиксации или путем ультразвуковой сварки. Затем под пневматическим колоколом банка под давлением заполняется вытеснителем, при этом давление находится в диапазоне от 2 до 14 бар, и - все еще под пневматическим колоколом - клапанная тарелка обжимается (опрессовывается) с куполом банки. После нанесения этикетки и упаковки банка готова к отправке.
Изобретение более подробно поясняется с помощью прилагаемых изображений предпочтительных вариантов исполнения. Подразумевается, что показанные на изображениях признаки принадлежат изобретению в любой технической взаимосвязи. Показано:
Фиг.1 общий вид соответствующего изобретению клапана для пакета без пакета;
Фиг.2 детальный вид удерживающего элемента;
Фиг.3 детальный вид соединения удерживающего элемента и бортика клапана;
Фиг.4 отдельные элементы клапана для пакета согласно Фиг.1-3;
Фиг.5 второй вариант удерживающего элемента с полученным литьем под давлением TPE-уплотнением;
Фиг.6 детальный вид соединения удерживающего элемента согласно Фиг.5 с бортиком клапана;
Фиг.7 третий вариант удерживающего элемента;
Фиг.8 детальный вид соединения удерживающего элемента согласно Фиг.7 с бортиком клапана; и
Фиг.9 схематично этапы при монтаже банки под давлением и клапана для пакета, включая наполнение.
Фиг.1 показывает соответствующий изобретению клапан для пакета без смонтированного пакета. Собственно клапан обозначен ссылочной позицией 1, удерживающий элемент для пакета - 2. Клапан 1 состоит из клапанной тарелки 3 с обжимаемым краем 4, штока 5, тела 6 клапана с вытянутым вниз бортиком 7, направленным в сторону банки, и упругого элемента 8, в этом случае - расположенной вокруг штока 5 манжеты из термопластичного эластомера. Шток 5 на своем расположенном со стороны банки конце 2 имеет несколько впускных отверстий 9, а на расположенном со стороны клапана конце - выходное отверстие 10. В области выходного отверстия 10 находится манжета 11 из полимерного материала, служащая в качестве верхней контропоры для упругого элемента 8. Нижний или расположенный со стороны банки конец упругого элемента 8 упирается в кольцеобразный паз тела 6 клапана.
Тело 6 клапана имеет основание 13, кольцеобразно проходящее вбок (в стороны) и уплотняющее шток относительно тела 6 клапана. В области контакта основания 13 клапана с телом 6 клапана находятся уплотнительные губки 12. Альтернативно подходит также уплотнительное кольцо, расположенное в пазу тела 6 клапана или штока 5. Далее, тело клапана также может иметь полученный литьем под давлением уплотнительный элемент из термопластичного эластомера (TPE, 2K-литье под давлением).
Тело 6 клапана известным образом пригнано в клапанную тарелку 3 и закреплено на ней.
Удерживающий элемент 2 состоит из удерживающей цапфы 21 и удерживающей тарелки 22, расположенных концентрически вокруг прохода 23. Удерживающая тарелка 22 простирается вбок (в стороны) в направлении края окружающей банки под давлением и соединена через уплотнительное кольцо 24 и фиксирующий элемент 25 с бортиком 7 тела 6 клапана, смотри фрагмент X.
Сама удерживающая цапфа 21 может иметь любую форму, но целесообразным образом сформирована ромбовидно продолговато, то есть имеет примерно форму корабля. Она имеет окружные ребра 26, служащие для лучшего удержания смонтированного пакета.
Для отбора содержимого пакета соответствующий изобретению клапан для пакета приводится в действие путем вдавливания штока 5 при помощи обычного адаптера. По окончании отбора упругий элемент 8 обеспечивает возврат клапана в закрытое положение. Клапан может вновь приводиться в действие до тех пор, пока полностью не будет отобрано содержимое пакета.
Фиг.2 показывает вариант соответствующего изобретению удерживающего элемента 2 с удерживающей цапфой 21 и удерживающей тарелкой 22. В центре удерживающего элемента 2 проходит проход 23, через который содержимое пакета вводится в пакет, а при отборе выдается из пакета. Ребра 26 окружают цапфу 21 горизонтально. Для облегчения введения в банку под давлением и для закрепления пакета цапфа 21 на своем расположенном со стороны банки конце имеет сужение, т.е. боковые поверхности скошены.
Над цапфой 21 находится сужение (шейка) 28, которое может служить в качестве удерживающего средства при наполнении подсоединенного пакета. Тарелка 22 имеет приемный элемент 27 для уплотнительного (круглого в поперечном сечении) кольца, расположенные вокруг периферии фиксаторы 25 для закрепления удерживающего элемента на бортике 7 тела 6 клапана и внутренний выступающей край 29, который проходит со стороны клапана и улучшает посадку удерживающего элемента на бортике 7 клапанной тарелки.
Фиг.3 показывает фрагмент X из Фиг.1 с выступающим со стороны банки от клапана 1 бортиком 7, удерживающей тарелкой 22 со своим выступающим краем 29 и приемным элементов 27 для уплотнительного кольца 24. Уплотнительное кольцо 24, со своей стороны, лежит в приемном элементе 27 клапанной тарелки и опирается на клапан 1 в области бортика 7 на наклонно проходящей поверхности 15, которая указывает своим скосом внутрь банки. Далее, бортик 7 имеет на своей внешней стороне (направленной наружи банки) окружной выступ 16, за который зацепляются фиксирующие элементы 25 удерживающего элемента 2. Прочная посадка фиксирующих элементов 25 на выступе 16 обеспечивается с помощью выступающего края 29 удерживающей тарелки 22, который непосредственно прилегает к внутренней стенке бортика 7.
Фиг.4 показывает на общем виде отдельные элементы с Фиг.1-3 вместе с пакетом 30. Клапан 1 с бортиком 7 фиксируется при промежуточно расположенном уплотнительном кольце 24 удерживающим элементом 2. Пакет 30 соединяется с цапфой 21 удерживающего элемента 2.
В изображенном на Фиг.1-4 варианте соответствующего изобретению клапана для пакета тело клапана состоит из HDPE, удерживающий элемент из PP и пакет из нескольких слоев PE.
Фиг.5 и 6 показывают следующий вариант уплотнения между клапаном 1 и удерживающим элементом 2. Уплотнение 24 состоит из полученного литьем под давлением на удерживающей тарелке 22 способом 2K-литья уплотнительного кольца из термопластичного эластомера, который, как изображено на Фиг.6, обеспечивает уплотнение относительно скоса 15 бортика 7 клапана 1. В остальном, принцип уплотнения соответствует принципу, изображенному на Фиг.2 и 3.
Фиг.7 и 8 показывают третий вариант уплотнения между клапаном 1 и удерживающим элементом 2. В этом случае уплотнительный элемент заменен на сварное соединение, соединяющее наружный окружной паз 31 удерживающей тарелки 22 с окружным выступом 17 бортика 7 клапана 1. В этом случае целесообразным образом материал клапана 1 идентичен материалу удерживающего элемента 2, например, HDPE. Соединение выполняется предпочтительно путем ультразвуковой сварки.
Фиг.9 показывает схематично принцип монтажа для оснащенной соответственно изобретению банки под давлением. На первом этапе A пакет 30, который уже соединен с удерживающим элементом 2, подвешивается в банку 40 с куполом 41. Удерживающая тарелка 22 остается снаружи купола. Пакет 30 наполняется через проход удерживающего элемента 2. На втором этапе B клапан 1 защелкивается на удерживающий элемент 2. Далее, клапан для пакета опускается в банку, однако пока еще не соединяется (C) с куполом 41 банки. Через пневматический колокол вытеснитель (стрелка) вводится (D) в банку и, все еще под колоколом, клапан для пакета обжимается (E) с куполом банки.
Этот особый способ используется для обычных банок под давлением, как они используются для многочисленных целей в промышленности, при ремесленных работах и в быту. Пакет 30 не требует заполнения через клапан, а получает свое содержимое через проход удерживающего элемента. Только после этого пакет 30 герметично закрывается за счет защелкивания клапана 1. При наполнении вытеснителем вытеснитель не проникает в пакет 30.
Наполнение пакета через шток клапана также возможно, но требует, однако, затем чистку штока. Наполнение через клапан является, как правило, необходимым, если клапан и удерживающий элемент приварены друг к другу.
Использование клапана для твердых веществ, как это известно из уровня техники для банок с полиуретановой пеной, имеет то преимущество, что через относительно большое поперечное сечение штока наполнение и опорожнение пакета может происходить за очень короткое время. Это является предпочтительным особенно тогда, когда возникает необходимость наполнения пакета через шток.
Соответствующий изобретению клапан для пакета и оснащенные им банки под давлением могут быть использованы для множества вязкотекучих и пастообразных продуктов. В секторе пищевых продуктов могут быть названы, например, мед, украшения для выпечки, сыр, тесто, жир, пудинг, кремы. В секторе гигиены пригодными продуктами являются зубная паста и мыло. В секторе косметики, как и в медицине, речь идет о кремах и мазях. В технической области следовало бы назвать уплотнительные массы, консистентные смазки и пасты.