ЗАТВОР ДЛЯ ЗАКУПОРЕННЫХ ЕМКОСТЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ
GATE FOR LOCKED VESSELS FROM POLYMER FILM

Изобретение относится к размещаемому над одним местом закупоренной емкости затвору из пластика, состоящему из шпунтовой нижней части с цилиндрическим сливным штуцером, соединенным или соединяемым с емкостью резьбового колпачка, навинчиваемого на нижнюю часть, и цилиндрического пробойника, открытого с обеих сторон в осевом направлении и установленного в нижней части с возможностью перемещения, причем резьбовой колпачок содержит поводки, которые при его первом отвинчивании спиралеобразно перемещают вниз пробойник, снабженный, по меньшей мере, одним режущим элементом.
Затворы описанного выше рода имеются на рынке и известны в многочисленных вариантах из различных документов. Из самых ранних документов, описывающих такой затвор, следует сослаться на US-А-5020690. В нем раскрыт затвор описанного выше рода, отличающийся только тем, что поводок в резьбовом колпачке служит только для движения пробойника в осевом направлении. Соответственно, пробойник не совершает спиралеобразного движения, а в соответствии с действием поводка оказывает только осевое поступательное действие. Вращению, необходимому для спиралеобразного движения, препятствуют кулачки на пробойнике, которые расположены на соответствующих направляющих в шпунтовой нижней части, а именно в ее сливном штуцере.
Режущий элемент образован в упомянутом документе множеством зубцов. Абсолютно сопоставимым является решение, известное из US-А-5141133. Здесь режущий элемент состоит из сплошного огибающего ряда примыкающих друг к другу зубцов, так что пробойник имеет практически форму кольцеобразного пильного полотна. Это решение содержит, однако, ту же приводную систему, что и в US-А-5020690.
Во всех приведенных документах пробойники совершают, следовательно, чисто осевое поступательное движение без какого-либо вращения. Это значит, что пробойник буквально пробивает упаковочный материал, из которого состоит емкость. Для этого следует знать, что сегодня все затворы, соответствующие описанной выше конструкции, размещены на емкостях, которые изготовлены из многослойного материала и состоят, в основном, из бумаги и/или картона с дополнительными, чрезвычайно тонкими слоями из пластика и/или алюминия. Режущие элементы, которые, как уже сказано, состоят, в основном, из множества зубцов, могли выполнять своими остриями только перфорацию. Чтобы соответствующие затворы вообще могли функционировать, емкости должны были иметь частичную просечку или частичное тиснение, которая/которое уже сильно ослабляла/ослабляло упаковочный материал. Такая предварительная просечка означает, что цилиндрический сливной штуцер шпунтовой нижней части должен быть максимально точно размещен над этой предварительной просечкой. Технически это сделать очень трудно. В частности, поскольку шпунтовая нижняя часть должна быть приклеена к упаковке, практически неизбежно при требуемых скоростях изготовления возникает отклонение. Соответственно, размеры были рассчитаны так, что возможен определенный допуск. Так, предварительная просечка должна быть немного меньше диаметра в свете цилиндрического сливного штуцера. Несмотря на эти меры предосторожности, процент брака затворов этой конструкции чрезвычайно высок. Этот брак обусловлен не только почти не реализуемой точностью, которую не удавалось соблюсти, но и проблемой соответствующего дозирования клея для приклеивания шпунтовой нижней части к пленке. Уже незначительные избытки клея приводят к тому, что при надавливании клей частично оттесняется к центру и, тем самым, попадает точно в зону предварительной просечки. Как только клей застынет, корректное и безупречное прорезание упаковочного материала пробойником больше нельзя будет реализовать. Логичным образом возникает также проблема, когда используется слишком мало клея, поскольку в этом случае сцепление шпунтовой нижней части c пленочным упаковочным материалом недостаточное, и при откручивании пробойник отделяет практически только пленку упаковочного материала от фланца сливного штуцера.
После обнаружения этой проблемы были реализованы затворы описанного выше рода, в которых пробойник больше не подавался в чисто поступательном движении, а, как уже сказано, двигался вниз спиралеобразно. Для этого в резьбовом колпачке были предусмотрены соответствующие поводки, взаимодействующие с поводками в пробойнике. Решения этого рода известны, например, из US-А-5297696, US-А-5482176 и US-А-5960992. Однако все эти решения требуют предварительной просечки пленочного материала, из которого состоит емкость, а кроме того, также в этих решениях режущие средства были всегда реализованы в виде сплошного венца зубцов. Благодаря винтовому движению эти зубцы осуществляли практически пилящее действие. К тому же определенное эксцентричное размещение затвора относительно предварительной просечки было менее практичным, поскольку зубчатый венец при эксцентричности пересекает предварительную просечку большей частью, по меньшей мере, один раз, однако обычно дважды, и, тем самым, здесь может проникать, по меньшей мере, один зубец, делая при этом перфорацию слоя полимерной пленки. Поскольку пластик заделан, он не может растягиваться больше чем именно в узкую шлицеобразную зону предварительной просечки, составляющую лишь несколько сотых миллиметра. Таким образом, зубцы могут пилообразно прорезать бумажные/картонные слои и, упершись в полимерную пленку, перфорировать ее. При этом множество зубцов считалось предпочтительным, поскольку за счет этого возникает большое число перфораций.
В действительности же было установлено, что большое число перфораций само по себе не дает никакого преимущества. Напротив, оказалось, что большое число зубцов автоматически приводит к тому, что они должны быть относительно слабыми. В то время как для перфорирования острота зубцов почти не играет роли, оказалось, однако, что пилообразное прорезание существенно более толстых основных слоев бумаги и картона приводит к тому, что эти зубцы, с одной стороны, затупляются, а с другой стороны, окружены волокнами, а это оказывает то же самое действие, а именно снижение перфорирующей способности.
Исходя из этого были осуществлены дальнейшие разработки, в которых, с одной стороны, было уменьшено число зубцов, а с другой стороны, была изменена их форма. Так, например, из ЕР-А-1415926 известно решение с зубцами, которые имеют одинаковую высоту, однако неравномерно распределены по периферии. Наконец, в US-А-6279779 раскрыт затвор с пробойником, имеющим только один зубец. Этот зубец выполнен, соответственно, прочным и имеет разные поверхности различного действия. Так, зубец имеет острокромочный угловой участок, служащий для перфорирования, и режущий участок. Благодаря своей соответствующей толщине он одновременно выполняет отклоняющую функцию, причем, однако, эта отклоняющая функция реализована отдельным отгибателем, который также расположен на пробойнике. Однозубчатый вариант однозначно не зарекомендовал себя. Процессы прорезания картона, перфорирования полимерной пленки, разрезания всего материала и отгибания вырезанной части не удалось оптимизировать в одном элементе.
Подробно описанные выше документы, раскрывающие затворы с цилиндрическим пробойником, весь нижний край которого снабжен большим числом зубцов одинаковой высоты, привели к тому, что практически все зубцы упираются в пробиваемую пленку одновременно. Тем самым прикладываемое усилие для прорезания полимерных пленок резко возрастает. Следовательно, упругость пленки, к сожалению, не приводит к тому желаемому эффекту, чтобы при упоре зубцов перфорация возникала практически подобно касанию мыльного пузыря. Во избежание упомянутого негативного эффекта в JP-А-11-171233 было предложено решение с большим числом зубцов, расположенных на разной высоте. Таким образом, уменьшается усилие, необходимое для прорезания пленки.
Как уже сказано, все до сих пор известные и имеющиеся на рынке затворы описанного выше рода конструктивно рассчитаны на упаковочный материал, который состоит из смесей самых разных материалов и, в частности, содержит большую долю бумаги и картона. Такой упаковочный материал обладает соответствующей прочностью, которая в определенных случаях желательна, однако в случаях, когда, в частности, объем отходов должен быть уменьшен и должны достигаться другие, здесь подробно не описанные свойства, для этого упаковочного материала, который состоит, в основном, только из полимерной пленки и имеет лишь один или несколько дополнительных барьерных слоев из других материалов, причем их толщина составляет несколько мкм, совершенно непригодны все до сих пор известные затворы.
Поэтому задачей изобретения является создание затвора описанного выше рода, который, устраняя известные проблемы, подходил бы именно для мягких упаковок, состоящих практически из одной полимерной пленки с барьерными слоями или без них.
Эта задача решается посредством затвора в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы, отличающегося тем, что по периферии нижнего края распределено три режущих элемента, причем режущие элементы представляют собой зубцы, и расстояние между остриями первого и второго зубцов составляет на периферии величину Х, а расстояние между остриями второго и третьего зубцов составляет величину Y, тогда как расстояние между остриями третьего и первого зубцов составляет Z, причем с каждым зубцом согласовано проходящее в окружном направлении плечо жесткости, причем плечи жесткости у двух зубцов в направлении вращения для разрезания выполнены за ними, а у плеча жесткости третьего зубца в направлении разрезания выполнено перед этим зубцом, причем каждое плечо с согласующим зубцом выполнено переходящим друг в друга, и при этом острия всех трех зубцов расположены на одной высоте от нижнего края, а закупоренная вскрываемая емкость изготовлена из одно- или многослойной полимерной пленки.
Другие предпочтительные варианты выполнения объекта изобретения приведены в зависимых пунктах и поясняются в нижеследующем описании.
Единственный предпочтительный пример выполнения объекта изобретения изображен на прилагаемых чертежах, на которых представляют:
- фиг.1: вид снизу шпунтовой нижней части затвора с полностью ввинченным в нее пробойником;
- фиг.2: трехмерный вид затвора без резьбового колпачка при частично вывинченном пробойнике;
- фиг.3: то же, что и на фиг.2, но с пробойником, полностью вывинченном в рабочее положение;
- фиг.4: схематичный вид развертки пробойника для пояснения расположения трех режущих элементов.
На прилагаемых чертежах, как уже сказано, изображен единственный предпочтительный пример выполнения объекта изобретения, причем здесь отсутствует резьбовой колпачок, не представляющий никакой новизны для изобретения. В отношении выполнения резьбового колпачка следует сослаться на публикацию WO 03/002419, в которой раскрыт резьбовой колпачок 4, который имеет закрывающую поверхность 40, на нижней стороне которого отформована кольцевая стенка 43, снабженная, в свою очередь, на своей внутренней стороне, т.е. в направлении к центру, поводками 44, которые взаимодействуют с соответствующими храповыми поводками на пробойнике. В отношении настоящего изобретения, касающегося, по существу, особого выполнения пробойника, следует, тем самым, исходить из того, что он снабжен резьбовым колпачком, который, по меньшей мере, в отношении своих функциональных частей соответствует выполнению резьбового колпачка из WO 03/002419.
Помимо резьбового колпачка, который, как уже сказано, не показан, затвор 1 содержит две дополнительные части, а именно шпунтовую нижнюю часть 2 и установленный в ней с резьбовым соединением цилиндрический пробойник 3. Затвор 1 состоит, тем самым, в рабочем положении из трех отдельных элементов, причем резьбовой колпачок, хотя и схематично, имеется на фиг.1 и обозначен позицией 4. Собранный затвор 1 изображен на фиг.1 на виде снизу на шпунтовую нижнюю часть 2, причем цилиндрический пробойник 3 показан в полностью ввинченном положении. Резьбовой колпачок различим здесь на виде на внутреннюю сторону закрывающей поверхности 41, а его поводки, представляющие собой пружинящие радиально внутрь столбики, обозначены позицией 42. Эти поводки 42 выполнены так, что они при отвинчивании резьбового колпачка 4 захватывают пробойник 3, причем пробойник 3 приводится в винтовое движение, во время которого он выдвигается из шпунтовой нижней части 2 в направлении емкости, прорезая, тем самым, пленку упаковки. Это направление отвинчивания обозначено стрелкой F. При вращении во встречном направлении резьбовой колпачок 4 закрывается. При первом вскрытии, при котором резьбовой колпачок 4 вращается по стрелке F, пробойник 3 движется в конечное положение, показанное на фиг.3. В этом положении поводки 42 резьбового колпачка 4 больше не взаимодействуют с пробойником 3, так что последний остается в конечном положении, если после этого резьбовой колпачок 4 вращать в направлении, встречном обозначенному стрелкой F направлению. После первого срабатывания затвора 1 он функционирует как обычный резьбовой затвор на шпунтовом сливе.
В отношении нижеследующих пояснений, касающихся шпунтовой нижней части 2, следует сослаться, в частности, на фиг.1 и 2. Шпунтовая нижняя часть 2 содержит два основных компонента, которые изготовлены за одно целое, интегрально соединяясь друг с другом, а именно цилиндрический трубчатый участок 20, образующий сливной шпунт, и расположенный на его конце соединительный фланец 22. Последний служит для клеевого или сварного соединения затвора 1 с упаковкой (не показана), которая, как уже сказано, состоит из одно- или многослойной полимерной пленки. В случае если шпунтовая нижняя часть 2 должна быть соединена сваркой с упаковкой, нижняя сторона 25 может быть снабжена энергонаправляющими ребрами 26, обозначенными на фиг.1 лишь схематично. Далее концевой соединительный фланец 22 может быть снабжен опциональной ориентирующей насечкой 23, показанной только на фиг.1 и 3. Она служит только в качестве ориентирующего средства в монтажном устройстве. Благодаря ориентирующей насечке 23 возможно, тем самым, радиальное позиционирование в определенном угловом положении. В зависимости от выполнения монтажного устройства это может быть предпочтительным, однако не является обязательным.
Цилиндрический трубчатый участок 20 или сливной шпунт имеет на своей цилиндрической внешней поверхности наружную резьбу 21, служащую для соединения с резьбовым колпачком 4. Эта наружная резьба выполнена преимущественно в виде мелкой резьбы, чтобы на резьбовой колпачок при монтаже можно было без винтового движения непосредственно надавить, причем внутренняя резьба резьбового колпачка (не показана) и наружная резьба 21 сливного шпунта 20 могут быть надвинуты друг на друга в виде храповика. Цилиндрический трубчатый участок 20 имеет далее внутреннюю резьбу 24, которая лишь схематично показана на фиг.1 и выполнена в виде двухзаходной резьбы. При этом для изобретения не играет никакой роли, выполнена ли эта внутренняя резьба 24 одно- или двухзаходной.
Особенно существенные для изобретения элементы видны на пробойнике 3, и для их описания и пояснения следует сослаться, в частности, на фиг.3 и 4. Цилиндрический пробойник 3 имеет цилиндрический трубчатый участок 30, полностью открытый с обеих сторон. Этот участок 30 имеет наружную резьбу 31, которая взаимодействует с внутренней резьбой 24 цилиндрического трубчатого участка 20, т.е. сливного шпунта. На фиг.3 пробойник 3 показан в своем самом нижнем положении, так что видна внутренняя резьба 24 сливного шпунта 20. Пробойник 3 имеет кольцеобразную боковую стенку 32, нижняя торцевая поверхность 33 которой образует основание для трех выполненных за одно целое с ним режущих элементов 34, 35, 36. Таким образом, они сформированы за одно целое через торцевую поверхность 33 с боковой стенкой 32 цилиндрического трубчатого участка 30. Каждый из трех режущих элементов имеет зубец. Режущий элемент 34 имеет зубец 340, режущий элемент 35 - зубец 341, а третий режущий элемент 36 - зубец 342. Также на фиг.3 направление отвинчивания обозначено стрелкой F. Каждый зубец 340-342 имеет острие. При этом острие 343 зубца 340 и острие 344 зубца 341 выполнены в виде перфорирующих вершин, тогда как острие 345 зубца 342 выполнено в виде перфорирующей вершины или, как здесь показано, в виде прижимной вершины. Все острия 343-345 лежат в одной плоскости и, тем самым, одинаково удалены от нижней торцевой поверхности 33 боковой стенки 32. Это гарантирует, что во время движения отвинчивания, т.е. по стрелке F, в котором открывается затвор или удаляется резьбовой колпачок 4 и цилиндрический пробойник 3 движется в направлении емкости, острия одновременно упрутся в пленку упаковки. При этом на первом этапе происходит натяжение прорезаемой пленки. Только после создания этого натяжения за счет, по меньшей мере, обоих перфорирующих остриев 343, 344 происходит перфорирование пленки. Каждый зубец 340-342 имеет соответствующую режущую кромку 346-348. Они расположены так, что они действуют при вращении по стрелке F. В то время как режущая кромка 346 зубца 340 и режущая кромка 347 зубца 341 проходят от соответствующего острия 343, 344 к нижней торцевой поверхности 33 цилиндрического трубчатого участка 30, режущая кромка 348 проходит укорочено в виде режущей кромки от острия 345 до плеча жесткости, описанного ниже.
С каждым зубцом 340-342 согласовано плечо 350-352 жесткости. Два плеча 350, 351 жесткости в направлении резания расположены после соответствующих согласованных с ними зубцов 340, 341, тогда как плечо 352 жесткости в направлении резания выполнено перед зубцом 342. Предшествующее плечо 352 жесткости, в частности, также удлинено. Плечи 350-352 жесткости служат для усиления зубцов 340-342 так, чтобы они не отгибались при создании натяжения на прорезаемую пленку. Поскольку, в частности, зубец 342, который, как описано ниже, обладает дополнительной функцией, должен воспринимать повышенные усилия, соответствующее плечо 352 жесткости выполнено длиннее.
Как видно из развертки на фиг.4, расстояние между первым 340 и вторым 341 зубцами составляет Х, тогда как расстояние между вторым 341 и третьим 342 зубцами составляет Y, а расстояние между третьим 342 и первым 340 зубцами составляет Z. При этом видно, что расстояния Х и Y короче расстояния Z. Это гарантирует, что, в частности, режущие элементы 34, 35 будут выполнять основную режущую функцию, тогда как режущий элемент 36 будет выполнять режущую и вытеснительную функцию. В принципе, возможно, чтобы расстояния Х и Y имели одинаковую величину. Однако это не является обязательным, а представляет собой только вопрос оптимизации, который связан, в основном, с выбором материала.
Пробойник 3 имеет на своей направленной к центру внутренней поверхности две поводковые кромки 37, 38, взаимодействующие с поводками 42. Предпочтительно поводковая кромка 37 смещена так, что она выровнена с острием 343 режущего элемента 34. Эти поводковые кромки образуют утолщение в радиальном направлении и придают соответствующую жесткость зубцу с тем, чтобы он был усилен против деформации. Вторая поводковая кромка 38 приблизительно диаметрально противоположна в пробойнике 3 первой поводковой кромке 37.
Между каждыми двумя смежными режущими элементами 34-36 остаются промежутки 360. Все они имеют предпочтительно одинаковую величину. Это облегчает вхождение соответствующих пальцев монтажного устройства, однако не оказывает никакого влияния на собственно прорезающую функцию пробойника.
Также наклоны режущих кромок 346-348 могут быть разными. В данном варианте режущие кромки 346, 347 имеют одинаковый наклон, тогда как укороченная режущая кромка 348 режущего элемента 36 более пологая.
От каждого острия 343-345 проходит, следовательно, соответствующая режущая кромка 346-348, тогда как кромки, отдаленные от режущих кромок, называются следящими кромками. Угол, образуемый между соответствующими режущей и следящей кромками у соответствующего острия, обозначен α. Этот угол составляет предпочтительно менее 150°. В предпочтительном варианте, в частности, на остриях 343, 344, угол α составляет 90°. Также это не является обязательным условием, а лишь экспериментально установленной предпочтительной величиной.
Как уже сказано, нижняя сторона 25 фланца 22 может быть снабжена энергонаправляющими ребрами 26. Эти энергонаправляющие ребра 26, являющиеся вариантом энергонаправляющих средств, могут быть выполнены, разумеется, по-разному. Также здесь эксперименты показали, что особенно пригодны два варианта, а именно такие, в которых эти энергонаправляющие средства образованы вертикально отстоящими от фланца ребрами, проходящими либо радиально изнутри наружу, либо концентрично. Оба этих варианта можно, разумеется, комбинировать. В случае концентрично расположенных энергонаправляющих ребер, по меньшей мере, самое внутреннее ребро расположено так, что приблизительно выровнено с внутренней кромкой сливного отверстия шпунтовой нижней части.
Перечень ссылочных позиций
1 - затвор
2 - шпунтовая нижняя часть
3 - цилиндрический пробойник
4 - резьбовой колпачок
41 - закрывающая поверхность
42 - поводки
F - направление отвинчивания
20 - цилиндрический трубчатый участок, сливной шпунт
21 - наружная резьба для соединения с резьбовым колпачком
22 - концевой соединительный фланец
23 - опциональная ориентирующая насечка
24 - двухзаходная внутренняя резьба
25 - нижняя сторона
26 - энергонаправляющие ребра
30 - цилиндрический трубчатый участок
31 - наружная резьба
32 - боковая стенка пробойника
33 - нижняя торцевая поверхность боковой стенки
34-36 - режущие элементы
340-342 - зубцы
343-345 - острия зубцов
343, 344 - перфорирующие вершины
345 - прижимная вершина
346-348 - режущие кромки зубцов
350-352 - плечи жесткости
350, 351 - плечи жесткости, последующие в направлении разрезания
352 - плечо жесткости, предшествующее в направлении разрезания
Х - расстояние между остриями 343 и 344
Y - расстояние между остриями 344 и 345
Z - расстояние между остриями 345 и 343
37, 38 - поводковые кромки
360 - промежутки
353-355 - следящие кромки
α - угол.