Навинчивающаяся крышка с контролируемым уплотнением
Изобретение относится к пластиковой крышке для плотного и с геометрическим замыканием надевания на горлышко емкости для жидкости, включающей в себя предусмотренную для перекрытия отверстия емкости верхнюю пластину (1) и проходящее по периметру вдоль края верхней пластины (1) внешнее уплотнение (7), которое предусмотрено для зацепления за внешнюю сторону определяющего отверстие емкости горлышка (20) емкости, а также проходящее по периметру внутри внешнего уплотнения (7) и параллельно к нему внутреннее уплотнение (5), которое предусмотрено для зацепления за внутреннюю сторону горлышка емкости, причем внешнее и внутреннее уплотнения (5, 7) распространяются в каждом случае приблизительно перпендикулярно или под небольшим наклоном от внутренней стороны (11) верхней пластины (1). Для того чтобы создавать крышку, а также емкость с крышкой, которые предотвращают срывание крышки при высоком избыточном давлении в целом, предлагается согласно изобретению, что внешнее уплотнение (7) имеет по меньшей мере на одном окружном участке ослабленную область (6, 6', 6''), состоящую из укороченного в осевом направлении на угловом секторе (α) окружного участка внешнего уплотнения, так что внешнее уплотнение (7) становится неплотным при более низком внутреннем избыточном давлении, чем при исполнении внешнего уплотнения без ослабленной области. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.
Настоящее изобретение относится к пластиковой крышке для плотного и с геометрическим замыканием надевания на горлышко емкости для жидкости, включающей в себя предусмотренную для перекрытия отверстия емкости верхнюю пластину и проходящее по периметру примерно параллельно к краю верхней пластины внешнее уплотнение, которое предусмотрено для зацепления за внешнюю сторону определяющего отверстие емкости горлышка емкости, а также проходящее по периметру внутри внешнего уплотнения и параллельно к нему внутреннее уплотнение, которое предусмотрено для зацепления за внутреннюю сторону горлышка емкости, причем внешнее и внутреннее уплотнения выступают в каждом случае от внутренней стороны верхней пластины в направлении горлышка емкости.
По существу проходящие по периметру уплотнения распространяются параллельно друг к другу и примерно перпендикулярно или под небольшим наклоном к определенной верхней пластиной плоскости.
В частности изобретение относится к навинчивающейся крышке из пластика для емкостей для жидкости, причем навинчивающаяся крышка имеет верхнюю пластину, цилиндрическую юбку крышки с внутренней резьбой, которые определяют ось крышки, и вводимое в зацепление после надевания на горлышко емкости с цилиндрической внутренней поверхностью горлышка емкости кольцевое внутреннее уплотнение, а также вводимое в зацепление с цилиндрической внешней стороной горлышка емкости кольцевое внешнее уплотнение, причем внешнее и внутреннее уплотнения распространяются в каждом случае в преимущественно осевом направлении от внутренней стороны верхней пластины.
Подобные пластиковые крышки используются в частности для бутылок для напитков. При этом настоящее изобретение относится в частности к крышкам для таких емкостей, в которых может возникать неконтролируемое избыточное давление. Это относится, например, к емкостям, которые заполнены в принципе способной к брожению жидкостью, и внутри которых может вследствие этого (после заражения микробами) образовываться существенное избыточное давление.
Такие емкости, если они заполнены соответствующими продуктами, не имеют, как правило, высокого внутреннего давления, за исключением целенаправленно созданного посредством заполнения инертным газом незначительного избыточного давления, которое служит по существу для того, чтобы бутылки, которые состоят в большинстве случаев из тонкостенного PET-материала (полиэтилентерефталата), делать в целом устойчивыми и тем самым пригодными к штабелированию, причем обычно несколько емкостей соединены в одну вязку и штабелируются друг на друга в этом виде.
При этом в некоторых сегментах рынка утвердилось все большее желание потребителей сохранять содержимое емкости в наиболее чистом, натуральном виде и соответствующее содержимое, как например фруктовый сок или смузи, не предохранять от порчи при помощи консервирующих веществ. Следует понимать, что такие напитки обладают после первого открытия сравнительно коротким минимальным сроком хранения, даже если они были разлиты при асептических условиях. Поэтому может случаться, что потребитель может оставить подобную емкость после покупки, в первую очередь после первоначального открытия, на более длительное время и, возможно, также в неблагоприятном (теплом) месте, вследствие чего благодаря изначально незначительному загрязнению могут начаться в содержащейся в емкости жидкости процессы брожения. При брожении образовываются, как правило, газы, и они повышают в свою очередь давление внутри емкости неконтролируемым образом. Даже если емкости и соответствующие крышки рассчитаны для незначительного избыточного давления (например, 2 бар), для того чтобы, как было упомянуто выше, облегчать штабелирование соответствующих вязок, возникающее благодаря брожению давление может быть во много раз выше, чем необходимое исключительно для обеспечения возможности штабелирования давление, под которым емкости были изначально заполнены инертным газом.
Соответствующая изобретению крышка имеет, как это принято в уровне техники, два независимых друг от друга уплотнения, из которых одно вступает в уплотняющий контакт с внутренней стороной, а другое с внешней стороной соответствующего горлышка емкости.
Так как емкости, за исключением уже вышеописанного незначительного избыточного давления для получения возможности штабелирования, не имеют по существу внутреннего давления, используемые для них крышки, как правило, относительно коротки в осевом направлении и имеют также относительно крутую, чаще всего многозаходную резьбу, что делает возможным быстрое открытие и закрытие емкости, а с другой стороны предоставляет крышке только сравнительно незначительную задержку, а также допускает приток воздуха и соответственно отток воздуха из емкости во время короткого процесса открытия лишь в ограниченной степени.
Это приводит к тому, что при попытке открывать находящуюся под относительно высоким внутренним давлением емкость крышка уже после незначительного угла поворота срывается взрывным образом с горлышка емкости и может при этом существенно травмировать пользователя, в частности если чувствительные части тела, как, например, глаз, поражаются сорванной крышкой.
Само собой разумеется, изобретение не ограничено этим конкретным случаем применения, а относится к крышкам для всех емкостей, в которых имеется избыточное давление, например, более 4 бар, в частности если такое избыточное давление может возникать неконтролируемым образом.
Внутреннее уплотнение сопротивляется при этом из-за своего геометрического расположения и исполнения лишь ограниченному избыточному давлению. Следовательно, для ограничения внутреннего давления внутренним уплотнением дополнительные меры либо не требуются, либо требуются лишь в незначительном объеме, как будет разъясняться еще ниже. Напротив, внешнее уплотнение может сопротивляться у известных крышек очень высокому избыточному давлению.
В свете вышеизложенного в основе настоящего изобретения лежит задача создать крышку, а также емкость с крышкой, которые предотвращают срывание крышки при высоком избыточном давлении в целом.
Эта задача решается вследствие того, что внешнее уплотнение имеет по меньшей мере на одном окружном участке ослабленную область, причем крышка выполнена таким образом, что внешнее уплотнение в ослабленной области поддается при более низком внутреннем избыточном давлении, чем без ослабленной области, в частности поддается в ослабленной области раньше, чем в остальных областях.
У навинчивающейся крышки ослабленная область распространяется предпочтительно по измеренному относительно оси угловому сектору, который в зависимости от типа ослабления может быть ограничен окружным углом менее 1°, однако в других вариантах осуществления также угловым сектором от 20° до 90°.
При необходимости ослабленная область могла бы также распространяться по всему периметру, например, в виде проходящего по спирали паза.
В более широком смысле задача решается таким образом вследствие того, что крышка исходно не допускает возникновения соответственно высокого избыточного давления, то есть становится неплотной и позволяет газу улетучиваться, если давление внутри емкости превышает определенный, задаваемый уровень, а именно без дополнительно устанавливаемого клапана избыточного давления.
Нижний (обращенный от верхней пластины) участок внутреннего уплотнения, как правило, скошен в радиальном направлении внутрь и на конце изогнут внутрь, чтобы обеспечивать при надевании крышки на горлышко емкости то, что внутреннее уплотнение проскальзывает в отверстие горлышка емкости. Нижний конец внутреннего уплотнения имеет поэтому, когда расположенное снаружи утолщение прилегает к внутренней стороне горлышка емкости, существенный просвет от этой внутренней стороны. Кроме того, внутреннее уплотнение имеет на своей наружной стороне выступающую в радиальном направлении наружу область или утолщение, которое после соответствующего сжатия горлышком емкости прилегает с уплотняющим эффектом при упругом предварительном напряжении к внутренней стороне горлышка емкости.
Избыточное давление, возникающее в снабженной крышкой емкости, приводит, как правило, к тому, что верхняя пластина крышки вспучивается. При этом внутреннее уплотнение смещается немного вверх к свободному отверстию горлышка, и одновременно внутреннее уплотнение отклоняется в радиальном направлении внутрь, а давление газа или жидкости, которое может действовать снаружи на нижний участок внутреннего уплотнения, дополнительно способствует поворачиванию внутреннего уплотнения радиально внутрь, так что оно, начиная с определенного избыточного давления, по меньшей мере, локально отрывается от внутренней стороны горлышка емкости. Внутреннее уплотнение становится таким образом неплотным.
Внутреннее давление действует далее на внешнее уплотнение. Однако вспучивание верхней пластины вызывает при этом также уменьшение диаметра внешнего уплотнения, по меньшей мере, на его месте соединения с верхней пластиной, что приводит к еще более прочному прижатию внешнего уплотнения к горлышку емкости. Без мер по уменьшению внутреннего давления существует в этом случае вышеописанная опасность внезапного срывания крышки при открытии.
Однако благодаря целенаправленно предусмотренной согласно изобретению ослабленной области внешнего уплотнения также внешнее уплотнение поддается при более низком давлении, чем это имело бы место, если внешнее уплотнение не имело бы никакой ослабленной области. Вследствие этого более высокое в противном случае внутреннее давление уменьшается, и опасность срывания крышки с горлышка емкости полностью или, по меньшей мере, в значительной степени устраняется. Ослабленная область является таким образом средством для целенаправленного ограничения избыточного давления.
За счет соответствующего геометрического исполнения ослабленной области, которое может также легко определяться экспериментальным путем, можно хорошо устанавливать необходимое значение избыточного давления, при котором ослабленная область внешнего уплотнения поддается, и находящийся в емкости под давлением газ может (частично) улетучиваться. Как правило, ослабленную область будут устанавливать таким образом, что давление, при котором внешнее уплотнение в ослабленной области открывается, находится несколько выше избыточного давления, с которым емкость и так уже заполняется по причинам устойчивости, то есть с давлением между 1 и 2,5 бар, причем не имеет значения точное соблюдение определенных значений давления, пока давление открытия ослабленной области лишь существенно ниже значений, которые могли бы вызывать опасное срывание крышки с горлышка емкости. Целесообразная верхняя граница для внутреннего давления емкостей, которые предусмотрены, например, для не содержащих углекислый газ напитков, находится примерно на уровне 3-4 бар для крышки с двухзаходной резьбой с углом охвата примерно в 360° и номинальным диаметром в 38 мм. Такая целесообразная верхняя граница для давления варьируется с диаметром горлышка и исполнением резьбы и может быть, как правило, больше при меньшем диаметре, а также меньше при большем диаметре.
Внешнее уплотнение соответствующей изобретению навинчивающейся крышки имеет целесообразно область, обозначаемую далее как область уплотнения, которая принципиально рассматривается как осевая область, которая вступает в уплотняющий контакт с горлышком емкости. Конкретно это, без ссылки на (как правило, стандартизованное) горлышко емкости, область внешнего уплотнения с постоянным внутренним диаметром, которая, по меньшей мере, частично охватывает среднюю треть осевой длины внешнего уплотнения. Из-за закругления на внешнем крае отверстия горлышка емкости, которое стандартным образом предусмотрено у большинства принимаемых во внимание емкостей, для того чтобы при надевании крышки на горлышко емкости обеспечивать соскальзывание внешнего уплотнения на внешнюю сторону горлышка емкости, расположенная рядом с верхней пластиной область внешнего уплотнения не вступает или почти не вступает в контакт с горлышком емкости.
Отдаленный от верхней пластины конец внешнего уплотнения, который имеет форму кольца или кольцевого ребра (если смотреть на осевом разрезе) в целом немного изогнут или скошен в радиальном направлении наружу, для того чтобы равным образом при надевании крышки на горлышко емкости облегчать соскальзывание на горлышко емкости, причем внешнее уплотнение в целом расширяется и удлиняется в радиальном направлении, чтобы оно при упругом предварительном напряжении прилегало к горлышку емкости и таким образом сопротивлялось относительно высокому внутреннему давлению. В этом отношении следует исходить из того, что область уплотнения внешнего уплотнения охватывает, по меньшей мере, часть средней осевой трети внешнего уплотнения, и область уплотнения может в этом случае соответствующим образом определяться со ссылкой исключительно на крышку.
Также изогнутый в радиальном направлении наружу нижний концевой участок внешнего уплотнения не прилегает поэтому к горлышку емкости и не может вносить существенный вклад в уплотнение. Фактически уплотняющая область внешнего уплотнения находится примерно на средней трети в отношении осевой длины внешнего уплотнения. Это выше определенная область уплотнения, на которую согласно настоящему изобретению должны оказываться целенаправленные меры, или которая должна устанавливаться на определенное давление открытия.
Согласно варианту изобретения предусмотрено, что ослабленная область состоит из окружного участка внешнего уплотнения, который имеет уменьшенную по сравнению с остальным внешним уплотнением толщину стенки, причем внешнее уплотнение имеет в этой ослабленной области такой же внутренний радиус, как и внешнее уплотнение в остальной области, однако меньший внешний радиус. Благодаря непрерывно постоянному внутреннему диаметру такое внешнее уплотнение прилегает по всему своему периметру областью уплотнения к внешней поверхности горлышка емкости и хорошо уплотняет в пределах необходимого диапазона давлений, на который рассчитана емкость и крышка при нормальных условиях. Однако ввиду того, что толщина стенки в ослабленной области меньше, чем внешнее уплотнение в своей остальной области, в случае избыточного давления внутри емкости этот участок уменьшенной толщины стенки можно более легко растягивать и выдавливать в радиальном направлении наружу, так что внешнее уплотнение становится в этой области неплотным, если давление превышает заданное пороговое значение.
Такое исполнение предоставляет в результате полностью герметичную при нормальных условиях крышку, которая полностью уплотнена как внутренним уплотнением, так и внешним уплотнением, причем только в случае большего (например, ˃ 4 бар) внутреннего избыточного давления верхняя пластина сильно вспучивается, вследствие этого внутреннее уплотнение отклоняется в радиальном направлении внутрь и отрывается в осевом направлении и/или в радиальном направлении от внутренней поверхности горлышка емкости, вследствие чего действующее в этом случае на внешнее уплотнение более сильное давление стравливается через соответствующую ослабленную область.
В варианте осуществления изобретения уменьшенная толщина стенки доходит в осевом направлении от свободного осевого (нижнего) конца до верхней трети внешнего уплотнения в отношении осевой длины внешнего уплотнения за пределами ослабленной области.
Для отрыва внутреннего уплотнения в частности также максимальный внешний диаметр внутреннего уплотнения, то есть так называемого “утолщения” внутреннего уплотнения, предусмотрен на осевом расстоянии лишь 0,4-1,2 мм, предпочтительно менее 1 мм, от упорной поверхности, так что на эту область оказывается очень сильное влияние посредством возможных движений верхней пластины, в частности посредством ее вспучивания, и тем самым эта область, по меньшей мере, после достижения определенного избыточного давления и, по меньшей мере, местами отрывается от внутренней поверхности горлышка емкости. Находящийся под избыточным давлением газ (или даже жидкость) может в этом случае поступать в область перед внешним уплотнением, причем ослабленная область внешнего уплотнения ограничивает возникающее давление, позволяя проходить при превышении предельного давления находящемуся под давлением газу. При достаточном вспучивании верхней пластины уплотняющее утолщение внутреннего уплотнения, определяющее его максимальный диаметр, может подниматься в область закругления внутреннего края горлышка бутылки или даже сверх этого, так что внутреннее уплотнение в любом случае позволяет проходить газу к внешнему уплотнению или в область между внешним и внутренним уплотнениями.
Согласно другому варианту осуществления предусмотрено, что ослабленная область состоит из укороченного на угловом секторе б в осевом направлении окружного участка внешнего уплотнения. Вследствие того, что внешнее уплотнение укорочено на окружном участке, и укорочение охватывает также область уплотнения, в угловом секторе прилегает всего лишь очень короткий в осевом направлении участок области уплотнения к внешней стороне горлышка емкости, что приводит к тому, что внешнее уплотнение в этой ослабленной таким образом области уже исключительно вследствие того, что оно посредством вспучивающейся верхней пластины также немного поднимается в осевом направлении, поддается при относительно низком избыточном давлении внутри емкости и локально отрывается от горлышка емкости, так что возможное избыточное давление таким образом стравливается. Одновременно такой укороченной в осевом направлении области уплотнения все еще достаточно, для того чтобы в состоянии без давления, то есть когда давление с обеих сторон от внешнего уплотнения примерно одинаково или ограничено нормальным избыточным давлением (˂ 2 бар) емкости, обеспечивать уплотнение навинчивающейся крышки. В частности, в варианте осуществления предусмотрено то, что осевая длина внешнего уплотнения в ослабленной области составляет менее двух третей осевой длины внешнего уплотнения за пределами ослабленной области.
Также благодаря этой мере внешнее уплотнение и тем самым крышка в целом становится при существенно более низком внутреннем давлении неплотным/неплотной или раньше стравливает повышенное внутреннее давление, чем крышка с внешним уплотнением без ослабленной области. Без ослабления, которое предусмотрено согласно настоящему изобретению, внешнее уплотнение остается до разрыва PET-бутылки герметичным.
Оба вышеуказанных варианта осуществления можно также без проблем комбинировать друг с другом, как это изображено в варианте осуществления согласно фиг. 1. При комбинации ослабленного участка с уменьшенной толщиной стенки и осевым укорочением внешнего уплотнения на том же окружном секторе или участке осевое укорочение может составлять примерно треть относительно внешнего уплотнения в остальной области, а толщина стенки должна составлять менее половины толщины стенки внешнего уплотнения за пределами ослабленной области, причем уменьшенная толщина стенки доходит в осевом направлении до верхней трети внешнего уплотнения относительно его осевой длины за пределами ослабленной области.
Согласно дальнейшему варианту предусмотрено то, что на внутренней поверхности внешнего уплотнения проходит паз или ребро, который/которое распространяется в каждом случае через осевую ширину области уплотнения внешнего уплотнения. Соответствующий паз предоставлял бы преодолевающий область уплотнения небольшой канал, через который находящийся под избыточным давлением газ внутри емкости, который, возможно, уже также прошел внутреннее уплотнение, может отводиться наружу, без того чтобы давление внутри емкости повышалось далее.
Перемычка или ребро, которая/которое выступает на поверхности внешнего уплотнения в радиальном направлении внутрь, а в остальном также проходит через осевую ширину области уплотнения, действует аналогичным образом, так как с обеих сторон от такого ребра уплотняющая поверхность внешнего уплотнения оторвана от горлышка бутылки и таким образом также образует проток для находящегося под избыточным давлением газа.
Эти варианты осуществления обладают в итоге внешним уплотнением, которое постоянно имеет целенаправленно установленную небольшую неплотность. Эта неплотность уже через капиллярный проток, например, в 0,03 мм2 в поперечном сечении позволяет пропускать достаточно газа, который выделяется, например, при процессе брожения. При назначении размеров поперечного сечения целенаправленно предусмотренного, капиллярного протока может при необходимости также учитываться, что при нагруженной изнутри жидкостью крышке (например, у опрокинутой или лежащей на крышке бутылки) этот проток должен при необходимости также позволять проходить жидкости. Такое капиллярное отверстие не представляет собой с другой стороны при нормальных условиях продажи и хранения проблемы, так как при таких условиях внутреннее уплотнение все еще эффективно уплотняет внутреннюю часть емкости относительно окружающей среды.
Тем не менее по возможности должно также предотвращаться то, что через такой паз или через отстоящие области уплотняющей поверхности, которые вызываются ребром, могут попадать загрязнения и вызывающие в частности брожение микробы через внешнее уплотнение на отверстие горлышка емкости и, возможно, в горлышко емкости. По этой причине соответствующий паз и аналогичным образом также соответствующее ребро должны иметь максимально небольшое поперечное сечение, которое удовлетворяет вышеуказанным условиям и составляет, например, менее 0,05 мм2, в частности менее 0,02 мм2, причем соответствующий паз и аналогично соответствующее ребро могли бы иметь, например, ширину, а также глубину в каждом случае в 0,1 мм, так что общее поперечное сечение не превышает 0,01 мм2. Поперечное сечение протока может, по меньшей мере, для газа находиться также еще существенно ниже вышеуказанных значений и составлять, например, всего лишь 0,0001 мм2, что является достаточным, для того чтобы стравливать медленно повышающееся давление газа, а с другой стороны противопоставлять большое сопротивление проникновению загрязнений и микробов, пока отсутствует обратная разность давлений.
Таким образом, через такой малый проток преобладающее внутри емкости избыточное давление, которое также выводит внутреннее уплотнение из его зацепления с внутренней поверхностью горлышка емкости, стравливается лишь крайне медленно и по существу непрерывно.
Если внутри емкости нет избыточного давления или повышенного избыточного давления, то в любом случае внутреннее уплотнение предотвращает проникновение болезнетворных микробов и тому подобного в емкость, и риск, что, возможно, только отверстие горлышка емкости загрязняется, в вышеописанных вариантах осуществления с пазом или ребром на внутренней поверхности внешнего уплотнения очень низок с учетом малого поперечного сечения паза или ребра.
Более легкому отрыву внутреннего уплотнения от внутренней поверхности горлышка емкости способствует также то, что внутреннее уплотнение имеет осевую длину по меньшей мере в 2 мм с конически суживающимся от его максимального диаметра к его осевому свободному концу концевым участком. Находящийся под давлением газ в емкости не имеет в конической области за пределами внутреннего поперечного сечения внутреннего уплотнения осевого контрупора и может таким образом способствовать тому, что внутреннее уплотнение выдавливается в радиальном направлении внутрь и становится вследствие этого неплотным.
В целом для податливости внутреннего уплотнения в случае слишком высокого внутреннего давления оказалось также целесообразным, если максимальный внешний диаметр внутреннего уплотнения по меньшей мере на 1,5 мм больше, чем его максимальный внутренний диаметр.
Принципиально также максимальный внешний диаметр внутреннего уплотнения меньше, чем минимальный внутренний диаметр внешнего уплотнения, так как между ними должно еще приниматься отверстие горлышка емкости, причем соответствующие заходные фаски и закругления на уплотнениях и/или на отверстии горлышка емкости делают возможным то, что максимальный внешний диаметр внутреннего уплотнения и минимальный диаметр внешнего уплотнения отличаются лишь немного и в частности значительно меньше, чем это соответствует толщине стенки горлышка емкости.
Верхняя пластина имеет между внешним и внутренним уплотнениями кольцеобразный участок, определяющий осевую упорную поверхность для торцевой поверхности отверстия горлышка емкости. Толщина стенки в области этой кольцеобразной упорной поверхности может быть такой же, как и в центральной области верхней пластины, однако она может быть в частности также большей или меньшей, причем последнее является предпочтительным, для того чтобы делать верхнюю пластину более легко подвижной, так что она при избыточном давлении внутри емкости больше вспучивается.
Изобретение относится в этом отношении также к емкости с пластиковой крышкой, причем емкость имеет горлышко емкости, которое рассчитано на плотное зацепление с геометрическим замыканием с пластиковой крышкой по одному из пунктов 1-14 формулы изобретения. В частности, изобретение относится также к емкости, которая имеет горлышко емкости с наружной резьбой и навинчивающуюся крышку, причем максимальный внешний радиус внутреннего уплотнения на 0,2-0,4 мм больше, чем номинальный внутренний радиус горлышка бутылки. Наоборот, однако, также постоянный в области уплотнения внутренний радиус внешнего уплотнения на 0,2-0,4 мм меньше, чем номинальный внешний радиус горлышка емкости. Это обеспечивает то, что оба уплотнения прилегают с предварительным напряжением к внутренней стороне и соответственно к внешней стороне горлышка емкости, в то время как его торцевая поверхность упирается в осевом направлении в кольцеобразную упорную поверхность верхней пластины, находящуюся между внешним уплотнением и внутренним уплотнением.
Дальнейшие преимущества, признаки и возможности применения настоящего изобретения становятся ясными на основе последующего описания предпочтительных вариантов осуществления и сопутствующего чертежа. На чертеже показаны:
фиг. 1A - содержащий ось крышки разрез надетой на горлышко бутылки навинчивающейся крышки согласно первому варианту осуществления изобретения, причем изображение ограничивается областью уплотнений и показывает нормальный участок внешнего уплотнения;
фиг. 1B - разрез, перпендикулярный оси крышки на фиг. 1A, по линии B-B разреза;
фиг. 2 - соответствующий фиг. 1A разрез крышки на находящейся под повышенным внутренним давлением емкости;
фиг. 3A - разрез диаметрально противоположного фрагменту с фиг. 1A фрагмента той же крышки согласно фиг. 1A с ослабленным на сегменте внешним уплотнением;
фиг. 3B - разрез по линии B3-B3 разреза на фиг. 3A;
фиг. 4 - вид согласно фиг. 3A с дополнительно показанным контуром внешнего уплотнения за пределами ослабленной области;
фиг. 5A - вид сверху на участок внутренней поверхности внешнего уплотнения согласно дальнейшему варианту осуществления, которое имеет в области уплотнения выемку;
фиг. 5B - горизонтальный разрез крышки согласно фиг. 5A, причем плоскость разреза проходит через выемку, и разрез показывает лишь фрагмент крышки на горлышке бутылки;
фиг. 6A - вид сверху на участок внутренней поверхности внешнего уплотнения согласно дальнейшему варианту осуществления, которое имеет в области уплотнения выступ;
фиг. 6B - горизонтальный разрез крышки согласно фиг. 6A, причем плоскость разреза проходит через выступ, и разрез показывает лишь фрагмент крышки на горлышке бутылки;
фиг. 7A - разрез, аналогичный фиг. 1A, дальнейшего варианта осуществления;
фиг. 7B - горизонтальный разрез крышки согласно фиг. 6A, причем плоскость разреза проходит через ослабленную область внешнего уплотнения, и разрез показывает лишь фрагмент крышки на горлышке бутылки; и
фиг. 8 - для лучшей наглядности поперечный разрез всей крышки согласно фиг. 1 по 3.
Фиг. 1 показывает осевой разрез края горлышка емкости с надетой крышкой 100. Горлышко емкости описывается далее как горлышко бутылки и показывает контур края горлышка PET-бутылки с резьбой 30 или 43 мм.
Внутреннее уплотнение 5 изображено здесь с перекрытием с внутренней поверхностью горлышка 20 бутылки, что, однако, должно давать понять лишь, что внешняя поверхность внутреннего уплотнения, в частности предусмотренное на внешней поверхности утолщение 5`, прилегает с упругим предварительным напряжением к внутренней поверхности горлышка 20 бутылки, как это изображено также на фиг. 2, причем фиг. 2 дополнительно показывает вспученную повышенным внутренним давлением верхнюю пластину 1. Повышенное давление вызывает помимо этого то, что коническая внешняя поверхность между максимальным диаметром утолщения 5` и нижним свободным концом внутреннего уплотнения 5 нагружается увеличенным внутренним давлением, так что с определенного внутреннего давления внутреннее уплотнение 5 или его выступающее наружу утолщение отрывается от внутренней поверхности горлышка 20 бутылки и таким образом позволяет давлению выходить в область между внешним уплотнением 7 и внутренним уплотнением 5.
Изображенное на фиг. 2 состояние соответствует ситуации, в которой внутренне уплотнение 5 настолько поднято и отклонено, что оно оторвано от внутренней поверхности 22 горлышка бутылки и является неплотным. Предусмотренное согласно приятым нормам на внутреннем верхнем крае горлышка бутылки закругление способствует со своей стороны тому, что внутреннее уплотнение, начиная с определенного давления, по меньшей мере, локально теряет уплотняющий контакт с горлышком бутылки.
На фиг. 1A можно увидеть часть крышки 100, которая имеет верхнюю пластину 1, юбку 2 крышки с винтовой резьбой 3, а также внутреннее уплотнение 5 и внешнее уплотнение 7. Если крышка 100 навинчивается на горлышко 20 бутылки, то отверстие горлышка 20 бутылки проникает в область между внешним уплотнением 7 и внутренним уплотнением 5, а именно в целом до упирания торцевой поверхности 24 отверстия горлышка бутылки в упорную поверхность 4 кольцеобразного участка 14 на нижней стороне верхней пластины 1, находящуюся между обоими уплотнениями 5 и 7.
Конически суживающийся внутрь нижний участок внутреннего уплотнения 5 и конически или с закруглением расширяющийся нижний участок внешнего уплотнения 7 способствуют также, как и закругления на верхнем крае отверстия горлышка бутылки, тому, что горлышко 20 бутылки проникает при надевании крышки 100 в область между внешним уплотнением 7 и внутренним уплотнением 5 и не сжимает наталкивающееся на торцевую поверхность 24 горлышка бутылки уплотнение.
Фиг. 2 показывает (снова лишь на фрагменте) вспученную под повышенным внутренним давлением верхнюю пластину 1, так что внутреннее давление вызывает неплотность внутреннего уплотнения 5, причем просвет между утолщением 5` внутреннего уплотнения 5 и внутренней стороной 22 горлышка 20 бутылки изображен для пояснения возникающих эффектов несколько преувеличенным. За счет вспучивания верхней пластины 1, которому оказывается также содействие меньшей толщиной d стенки верхней пластины 1 в области кольцеобразного участка 14 верхней пластины 1 (см. фиг. 4), внутреннее уплотнение 5 постепенно отклоняется внутрь, как это сначала происходит уже за счет радиального внутрь вытеснения утолщения 5` при зацеплении с внутренней уплотняющей поверхностью горлышка 20 бутылки. В области в радиальном направлении внутри внутреннего уплотнения 5 верхняя пластина 1 имеет несколько большую толщину D стенки, причем различные толщины d, D стенки не являются обязательным признаком, однако они могут способствовать или упрощать необходимое ограничение избыточного давления крышки.
Альтернативно или дополнительно к уменьшенной толщине стенки кольцеобразного участка 14 может быть предусмотрен на переходе от упорной поверхности 4 к внутреннему уплотнению 5 паз на внутренней стороне верхней пластины 1, который делает внутреннюю часть верхней пластины 1 с внутренним уплотнением 5 еще более подвижной относительно внешнего в радиальном направлении участка 14, что дополнительно упрощает вспучивание верхней пластины 1 и отклонение и осевое поднятие внутреннего уплотнения 5 до возникновения неплотности. При достаточно высоком внутреннем давлении, которое действует также на внешнюю сторону внутреннего уплотнения 5, если она не имеет в осевом направлении противоположной нагруженной давлением поверхности, утолщение 5` отрывается, по меньшей мере, в некоторых местах от внутренней поверхности 22 горлышка 20 бутылки, так что давление может выходить, пока вспучивание верхней пластины 1 не снижено соответствующим образом, и упругие возвратные усилия внутреннего уплотнения не введут утолщение 5` внутреннего уплотнения 5 снова в уплотняющий контакт с горлышком бутылки.
Фиг. 3A показывает ту же крышку, что и на фиг. 1A, причем плоскость разреза проходит, однако, через ослабленную область 6 внешнего уплотнения 7.
Ослабленная область 6 состоит в этом случае из опционально укороченного в осевом направлении и уменьшенного в толщине стенки участка 6 внешнего уплотнения 7, который, хотя и имеет тот же внутренний диаметр, как и внешнее уплотнение 7 в остальной области, тем не менее имеет значительно меньший внешний диаметр. Фиг. 3B показывает разрез по линии B3-B3 разреза на фиг. 3A. Внутреннее уплотнение 5 прилегает к внутренней поверхности 21 горлышка 20 бутылки (перекрытие внутреннего уплотнения 5 с горлышком 20 бутылки на фиг. 3A должно лишь изображать ненапряженное состояние, прежде чем внутреннее уплотнение 5 или его утолщение 5` выдавливается горлышком бутылки внутрь).
Верхняя примыкающая к верней пластине треть внешнего уплотнения 7 находится в области радиуса закругления на верхнем крае отверстия горлышка и таким образом не вступает в контакт с горлышком бутылки, а нижняя треть уже раздвинута в радиальном направлении, для того чтобы таким образом при надевании крышки на горлышко бутылки облегчать проскальзывание отверстия горлышка 20 бутылки в промежуточное пространство между обоими уплотнениями 5 и 7. Если теперь уплотнение 7 на определенном угловом секторе б, который может составлять, например, 30°, укорачивается на половину или на всю осевую длину внешнего уплотнения 7, то в этой области всего лишь относительно короткий в осевом направлении участок внешнего уплотнения 7 находится в контакте с внешней стороной 21 горлышка 20 бутылки, причем относительно низкого избыточного давления внутри внешнего уплотнения 7 достаточно для того, чтобы отрывать этот относительно короткий, еще уплотняющий участок от внешней стороны 21 горлышка 20 бутылки и вызывать тем самым стравливание давления.
Внешнее уплотнение 7, из которого на изображенном на фиг. 3B угловом фрагменте можно увидеть еще два концевых участка, на ослабленном сегменте внутри углового сектора б не только укорочено в осевом направлении, но и заменено уменьшенной в толщине стенки ослабленной областью 6, которая, однако, имеет такой же внутренний диаметр, как и внешнее уплотнение 7 в остальной области. При нормальных условиях, то есть когда в области между внутренним уплотнением 5 и внешним уплотнением 7 избыточное давление отсутствует, или преобладает лишь низкое избыточное давление, например, в 2 бар, таким образом также ослабленная область 6 внешнего уплотнения плотно прилегает к внешней стороне 22 горлышка 20 бутылки и защищает от проникновения микробов перед первым использованием, то есть на пути от розлива до потребителя.
Соотношения размеров между ослабленной областью 6 и внешним уплотнением 7 иллюстрируются помимо этого еще раз на фиг. 4, где дополнительно к изображенной в разрезе ослабленной области 6 был обозначен также еще контур внешнего уплотнения 7, который имеется в областях внешнего уплотнения 7 за пределами ослабленной области 6. Кроме того, на фиг. 4 видно, что толщина d стенки верхней пластины в области межу внутренним уплотнением 5 и внешним уплотнением 7 несколько меньше, чем толщина D стенки в радиальном направлении внутри внутреннего уплотнения 5.
На фиг. 8 можно увидеть всю крышку в плоскости разреза фиг. 1A и 3A. При этом фиг. 1A соответствует ограниченной пунктиром области I на фиг. 8, а фиг. 3A ограниченной пунктиром области III на фиг. 8.
В ослабленной области 6 на правой стороне фиг. 8 внешнее уплотнение 7 укорочено в осевом направлении и уменьшено в своей толщине стенки, вследствие чего внешнее уплотнение 7 может легче растягиваться в ослабленной области 6 и поддается при более низком внутреннем избыточном давлении, чем это имело бы место при равномерном исполнении внешнего уплотнения 7 с полной толщиной стенки и осевой длиной, как в области I и в остальной области.
Фиг. 5A показывает небольшой фрагмент верхней пластины 1 с распространяющимся вниз от верхней пластины 1 уплотнением 7, причем фиг. 5A показывает вид сверху на внутреннюю поверхность внешнего уплотнения 7, которая обычно вступает в уплотняющий контакт с внешней поверхностью 22 горлышка бутылки.
В этом случае внутренняя поверхность внешнего уплотнения имеет небольшую пазообразную выемку 6`, которая в осевом направлении перекрывает область, в которой уплотнение в остальных местах плотно прилегает к внешней стороне 22 горлышка 20 бутылки. Это еще раз схематично изображено на проходящем через выемку 6` разрезе на фиг. 5B. Для практических целей достаточно, если поперечное сечение пазообразной выемки 6`, которое можно увидеть на фиг. 5B, составляет менее 0,5 мм2, в частности менее 0,2 мм2. Примерно полукруглая на разрезе согласно фиг. 5B выемка 6` могла бы иметь, например, радиус 0,1-0,2 мм.
Фиг. 6A и 6B представляют дальнейший вариант осуществления, в котором вместо выемки 6` предусмотрена выступающая в радиальном направлении внутрь перемычка или ребро, или выступ 6``. Даже если толщина стенки внешнего уплотнения 7 постоянна в окружном направлении внешнего уплотнения и с обеих сторон от выступа или ребра 6``, все равно с обеих сторон от ребра 6`` отрываются короткие участки внешнего уплотнения 7 от внешней поверхности 22 горлышка 20 бутылки, что эффективным образом приводит к тому, что с обеих сторон от ребра 6`` снова образуются две небольшие, клинообразные в поперечном сечении выемки 6`. Также здесь ребро 6`` имеет такие размеры, что поперечное сечение образованных таким образом выемок 6` составляет в сумме не больше 0,5 мм2, предпочтительно менее 0,2 мм2. Следует понимать, что также здесь ребро 6`` проходит в осевом направлении через область уплотнения внешнего уплотнения 7 прямолинейно или криволинейно, так что выемка 6` устанавливает соединение пространства между внешним и внутренним уплотнениями с внешней стороной горлышка 20 бутылки.
Наконец, фиг. 7 показывает еще дальнейший вариант осуществления, в котором внешнее уплотнение 7 было укорочено в осевом направлении на угловой области б, так что на угловом секторе б ослабленной области 16 имеется лишь очень малый контакт в осевом направлении между внешним уплотнением 7 или ослабленной областью 16 и горлышком 20 бутылки или его внешней поверхностью 22. Эта область имеет такие размеры, что при вспучивании верхней пластины внешнее уплотнение смещается, несмотря на свою близость к воображаемой точке поворота вспученной части верхней пластины 1, еще достаточно вверх в осевом направлении, для того чтобы открывать проток газа.
Изобретение основано по существу на двух эффектах, а именно с одной стороны на использовании возникающего при внутреннем давлении вспучивания верхней пластины, для того чтобы сначала внутреннее уплотнение открывать настолько, что нежелательно высокое внутреннее давление, например, более 3 бар передается дальше на внешнее уплотнение. С другой стороны, также это внешнее уплотнение, по меньшей мере, на угловом секторе ослаблено таким образом, что оно при нагружении превышающим, например, 3 бар давлением также поддается, и давление может через выход газа стравливаться из емкости.
Эти эффекты достигаются среди прочего также использованием материала полиэтилен, в частности полиэтилен высокой плотности, для крышки в сочетании с толщиной стенки верхней пластины менее 2 мм, предпочтительно менее 1,0 мм, а также внутренним уплотнением, утолщение которого расположено относительно близко к верхней пластине и уплотняет там и таким образом при движении соответствующей области верхней пластины при повышенном внутреннем давлении смещается достаточно далеко в осевом направлении.
Изобретение относится в частности также к комбинации горлышка емкости или емкости с пластиковой крышкой, причем максимальный внешний диаметр внешнего уплотнения на 0,2-0,4 мм больше, чем соответствующий внутренний диаметр отверстия горлышка емкости, в то время как внутренний диаметр внешнего уплотнения также примерно на 0,2-0,4 мм меньше, чем соответствующий внешний диаметр горлышка емкости в соответствующем угловом положении. Соответствующая изобретению крышка наиболее хорошо подходит для емкостей с цилиндрическими горлышками емкости, которые имеют внутренний диаметр 40 или 30 мм, однако могут также использоваться для меньших диаметров крышки, например, в 28 мм. Вышеописанные варианты осуществления адаптированы, следовательно, в отношении своих размеров к соответствующим стандартизованным горлышкам емкостей или горлышкам бутылок.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 верхняя пластина
2 юбка крышки
3 винтовая резьба крышки
4 упорная поверхность (внутренняя поверхность верхней пластины между уплотнениями 5 и 7)
5 внутреннее уплотнение
5` выступающая в радиальном направлении область, утолщение
6 ослабленная область
6` ослабленная область
6`` ослабленная область
7 внешнее уплотнение
б угловой сектор
11 внутренняя поверхность верхней пластины
14 кольцеобразный участок верхней пластины 1 с упорной поверхностью 4
16 ослабленная область
20 горлышко бутылки
21 внешняя поверхность/сторона горлышка бутылки
22 внутренняя поверхность горлышка бутылки
100 крышка
1. Навинчивающаяся крышка для плотного и с геометрическим замыканием надевания на горлышко емкости для жидкости, включающая в себя предусмотренную для перекрытия отверстия емкости верхнюю пластину (1) и проходящее по периметру примерно параллельно к краю верхней пластины (1) внешнее уплотнение (7), которое предусмотрено для зацепления за внешнюю сторону определяющего отверстие емкости горлышка (20) емкости, а также проходящее по периметру внутри внешнего уплотнения (7) и параллельно к нему внутреннее уплотнение (5), которое предусмотрено для зацепления за внутреннюю сторону горлышка емкости, причем внешнее и внутреннее уплотнения (5, 7) выступают от внутренней стороны (11) верхней пластины (1) в каждом случае в направлении перекрываемого верхней пластиной горлышка емкости, причем внешнее уплотнение (7) имеет по меньшей мере на одном окружном участке ослабленную область (6, 6', 6'', 16), причем крышка выполнена таким образом, что внешнее уплотнение в ослабленной области (6, 6', 6'', 16) поддается при более низком внутреннем избыточном давлении, чем без ослабленной области, в частности поддается при более низком внутреннем избыточном давлении, чем в остальных областях внешнего уплотнения, причем навинчивающаяся крышка (100) имеет верхнюю пластину (1) и цилиндрическую юбку (2) крышки с внутренней резьбой (3), которые определяют ось (50) крышки, причем внешнее и внутреннее уплотнения выполнены в виде проходящих по периметру в виде колец на расстоянии от юбки крышки и параллельно к ней ребер, и ослабленная область ограничена предпочтительно измеренным относительно оси угловым сектором (α), отличающаяся тем, что ослабленная область (6, 6', 6'', 16) состоит из укороченного в осевом направлении на угловом секторе (α) окружного участка внешнего уплотнения.
2. Навинчивающаяся крышка по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет область уплотнения, которая является осевой областью внешнего уплотнения с постоянным внутренним диаметром, которая, по меньшей мере, частично охватывает среднюю треть осевой длины внешнего уплотнения и максимально соответствует осевой длине внешнего уплотнения.
3. Навинчивающаяся крышка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что ослабленная область (6, 6', 6'', 16) образована проходящим на внутренней поверхности внешнего уплотнения пазом (6') или ребром (6''), проходящим на внутренней стороне внешнего уплотнения через осевое распространение области уплотнения внешнего уплотнения.
4. Навинчивающаяся крышка по п. 3, отличающаяся тем, что паз (6') или ребро (6'') проходит по существу в осевом направлении и имеет поперечное сечение менее 0,05 мм2, в частности менее 0,02 мм2, и имеет, например, ширину и глубину в каждом случае в 0,1 мм.
5. Навинчивающаяся крышка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что осевая длина укороченного окружного участка составляет менее 2/3 осевой длины внешнего уплотнения за пределами ослабленной области (6, 6', 6'', 16).
6. Навинчивающаяся крышка по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что ослабленная область (6) состоит из окружного участка внешнего уплотнения (7) с уменьшенной по сравнению с остальным внешним уплотнением (7) толщиной стенки, причем внешнее уплотнение (7) имеет в ослабленной области (6) такой же внутренний радиус, как и внешнее уплотнение (7) в остальной области, однако меньший внешний радиус.
7. Навинчивающаяся крышка по п. 6, отличающаяся тем, что уменьшенная толщина стенки внешнего уплотнения в ослабленной области (6) распространяется в осевом направлении по меньшей мере по части средней осевой трети длины внешнего уплотнения и составляет менее половины толщины стенки за пределами ослабленного сектора, причем распространение ослабленной области (6) в окружном направлении ограничено предпочтительно окружным углом между 20° и 90°, в частности между 40° и 70°.
8. Навинчивающаяся крышка по п. 6, отличающаяся тем, что ослабленная область с уменьшенной толщиной стенки распространяется в осевом направлении от свободного осевого конца, по меньшей мере, до верхней осевой трети относительно осевого распространения внешнего уплотнения за пределами ослабленной области.
9. Навинчивающаяся крышка по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что участок (14) в виде кольцевого диска верхней пластины (1) между внешним и внутренним уплотнениями определяет осевую упорную поверхность (4) для торцевой поверхности (24) отверстия горлышка емкости, и максимальный внешний диаметр внутреннего уплотнения (5) предусмотрен на осевом расстоянии между 0,4 и 1,0 мм от упорной поверхности.
10. Навинчивающаяся крышка по п. 9, отличающаяся тем, что на переходе от участка (4) в виде кольцевого диска верхней пластины (1) к внутреннему уплотнению (5) предусмотрен проходящий по периметру паз на внутренней поверхности (11) верхней пластины.
11. Навинчивающаяся крышка по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (5) имеет осевую длину по меньшей мере в 2 мм с конически суживающимся от его максимального диаметра к его осевому свободному концу концевым участком.
12. Навинчивающаяся крышка по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что максимальный внешний диаметр внутреннего уплотнения по меньшей мере на 1,5 мм больше, чем его максимальный внутренний диаметр.
13. Навинчивающаяся крышка по любому из пп. 1-12, отличающаяся тем, что она состоит из полиэтилена, и толщина стенки верхней пластины внутри охваченной внешним уплотнением области составляет максимально 1,2 мм.
14. Емкость для жидкостей с горлышком емкости, на которое неподвижно и плотно надета крышка, отличающаяся тем, что она имеет навинчивающуюся крышку по любому из пп. 1-13.
15. Емкость по п. 14, отличающаяся тем, что горлышко емкости имеет наружную резьбу, и пластиковая крышка является навинчивающейся крышкой.
16. Емкость по п. 14 или 15, отличающаяся тем, что максимальный внешний радиус внутреннего уплотнения на 0,3-0,7 мм больше, чем номинальный внутренний радиус горлышка емкости в соответствующем положении.
17. Емкость по п. 15 или 16, отличающаяся тем, что постоянный внутренний радиус внешнего уплотнения, если оно вступает в уплотняющий контакт с внешней стороной (22) горлышка (20) емкости, на 0,3-0,7 мм меньше, чем номинальный постоянный внешний радиус горлышка (20) емкости в области уплотняющего контакта с внешним уплотнением.
