УКУПОРОЧНОЕ СРЕДСТВО C ЗАЩИТОЙ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК B65D47/32 B65D47/44 B65D51/16 

Изобретение относится к укупорочным средствам, а более конкретно, к комбинированным полимерным винтовым колпачкам с предохранительным кольцом и с встроенным клапаном из эластомерного материала. Изобретение предназначено для укупоривания тары из полиэтилентерефталата различной вместимости и размеров, используемой для сбраживаемых продуктов.

Из уровня техники известна емкость, выполненная из полиэтилентерефталата (PET) и имеющая дно, полый корпус и горловину. В боковой поверхности горловины выполнено одно или несколько отверстий для спускания избыточных газов, возникающих в процессе хранения и транспортировки емкости. Вокруг горловины установлен эластичный элемент, выполненный из резины, силикона и т.п. Эластичный элемент предназначен для перекрытия отверстий и для защиты от превышения избыточного давления свыше допустимого, возникающего при дображивании пищевых жидкостей при транспортировке и хранении. Эластичный элемент может быть выполнен в виде кольца с заданными параметрами и предназначен для того, чтобы снизить давление при его значении выше определенного величины. Эластичный уплотнительный элемент за счет своей эластичности под действием давления растягивается, открывая отверстие в боковой поверхности горловины, тем самым высвобождая скопившийся углекислый газ. Когда давление снижается, эластичный элемент возвращается в исходное положение, перекрывая отверстие в боковой поверхности горловины, предотвращая поступление воздуха внутрь емкости (см патент RU 184094 U1, 15.10.2019).

Известное устройство является сложным, и представляет собой специально изготовленную тару с отверстием или отверстиями в боковой поверхности горловины емкости, и не подходит для широкого использования.

Известно также укупорочное средство, предназначенное для удаления содержимого из емкости. В данном средстве использована обычная завинчивающаяся крышка, в которой как мембрана зажата эластичная пластина, в которой выполнено одно отверстие или несколько отверстий (проколов), используемых для выпуска содержимого емкости. При нажатии на емкость эластичная пластина выпячивается наружу, вследствие чего открывается отверстие или отверстия, позволяя содержимому выйти наружу за счет создаваемого избыточного давления. Как только избыточное давление спадает, зажатая вокруг в завинчивающейся крышке эластичная пластина возвращается в исходное положение, и отверстие или отверстия закрываются. (см. патент DE 830478, 04.02.1952).

Наиболее близким аналогом изобретения является выдачное укупорочное средство с самозакрывающимся клапаном. Верхняя стенка корпуса укупорочного средства выполнена с отверстием для выдачи. Данное укупорочное средство, содержащее самозакрывающийся клапан, выполненный в виде мембраны, изготовленной из полимерной пленки, имеющей толщину t, причем мембрана имеет клапанный участок (с одной или более прорезями или с отверстиями), который при использовании может принимать открытое положение под воздействием давления продукта, и участок крепления, окружающий клапанный участок. Участок крепления клапана обеспечен герметичностью с кольцеобразной опорной поверхностью, выполненной как единое целое в корпусе укупорочного средства по периферии отверстия или выполняемой на пластмассовой кольцеобразной вставной части, которая соединяется с корпусом укупорочного средства по периферии отверстия, причем уплотнение между участком крепления и опорной поверхностью содержит кольцевую канавку и внутреннюю зону кольцевого уплотнения, прилегающую к кольцевой канавке на внутренней радиально расположенной стороне, причем кольцевая канавка углублена в опорную поверхность и имеет глубину, которая составляет 2-5 кратную толщину мембраны. Полимерная пленка, которая используется для мембраны, выбирается преимущественно из ПП пленки, ПЭ пленки или ТПЭ пленки. Полимерная пленка может иметь толщину в диапазоне 30-150 мкм. Толщина пленки зависит от конкретного материала, из которого выполнена пленка. В возможном варианте осуществления клапанный участок клапана представлен с двумя пересекающимися прорезями (см. патент RU 2712109 С2, 24.01.2020).

Известные из патента DE 830478 и патента RU 2712109 укупорочные средства предназначены для дозирования продукта за счет давления на стенки емкости, создаваемого извне. Эти устройства не решают проблему поддержания давления, необходимого для растворения углекислого газа в жидкости, они вообще не рассчитаны на поддержание определенного заданного давления внутри емкости. Соответственно, известные устройства не предназначены для решения задачи защиты тары от разрушения при превышении избыточного давления свыше допустимого.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание укупорочного средства, позволяющего, с одной стороны, обеспечить поддержание внутри тары достаточно высокого давления необходимого для растворения углекислого газа в пищевой жидкости при дображивании, в частности, пива, кваса, слабоалкогольных и сильногазированных напитков и т.п. и, с другой стороны, защитить полимерную тару от разрушения при превышении избыточного давления свыше допустимого, если оно возникнет в таре при транспортировке или хранении упомянутых жидкостей.

Заявленное изобретение, как и описанный выше наиболее близкий аналог, содержит полимерный, в частности, полиэтиленовый, колпачок с центральным отверстием, образованным в верхней части колпачка, и клапан из эластомерного материала с прорезью, расположенной под отверстием в колпачке (самозакрывающийся клапан в виде мембраны).

Указанная выше техническая проблема, заключающаяся в защите тары от избыточного давления и в поддержании при этом достаточно высокого давления для насыщения дображивающего продукта углекислым газом, решается за счет существенных признаков, отличающих заявленное изобретение от наиболее близкого аналога: клапан в виде эластичной мембраны с прорезью, выполненный из эластичного материала, устанавливается непосредственно внутрь полиэтиленового колпачка, в уплотняющее кольцо, до непосредственного контакта с внутренней поверхностью верхней части колпачка, при этом клапан при эксплуатации плотно поджат к упомянутой верхней части колпачка давлением углекислого газа, находящегося внутри тары, для обеспечения их совместной работы под действием давления, возникающего в таре при брожении и раскрытия прорези с образование щели для выпуска углекислого газа при превышении заданного избыточного давления.

Технический результат, на достижение которого направлена настоящее изобретение, заключается в защите полимерной тары различной формы и различного объема от разрушения при транспортировке и хранении в случае недопустимого превышения избыточного давления, возникающего при дображивании пищевых жидкостей, при одновременном обеспечении внутри тары давления, позволяющего насытить углекислым газом жидкость, находящуюся в таре, при этом устройство отличается простотой конструкции.

Совокупность существенных признаков, позволяющих достичь указанного технического результата, включает в себя полиэтиленовый винтовой колпачок, в верхней части которого образовано центральное отверстие, внутри колпачка установлен клапан в виде мембраны из эластомерного материала, прилегающей к внутренней поверхности верхней части колпачка, причем прорезь, выполненная в мембране, расположена под отверстием в верхней части колпачка. Колпачок выполнен с уплотняющим кольцом, с помощью которого упомянутая мембрана установлена в колпачке. Уплотняющее кольцо выступает от внутренней верхней плоской части колпачка внутрь и расположено концентрично с корпусом колпачка (основная цилиндрическая часть колпачка, определяемая площадью боковой наружной поверхности, см. ГОСТ 32626-2014). Удержание клапана на верхней части колпачка происходит посредством плотного контакта клапана и уплотняющего кольца колпачка за счет упругости материала клапана. Мембрана клапана прилегает непосредственно к внутренней поверхности верхней части колпачка, чтобы обеспечить их совместную работу под действием внутреннего давления.

Колпачок может быть выполнен любого типоразмера (в зависимости от размера используемой тары), при этом в верхней плоской его части образовано отверстие, предпочтительно, диаметром 8…14 мм или более в зависимости от размера колпачка. В качестве колпачка может быть использован обычный полиэтиленовый винтовой колпачок с отрывным кольцом и уплотняющим кольцом, отличающийся от обычного колпачка тем, что в верхней его части имеется упомянутое отверстие.

Клапан в виде мембраны из эластомерного материала имеет диаметр от 20 до 38 мм и толщину от 0,5 до 10 мм, выбираемые, в частности, в зависимости от размера колпачка, используемого материала, от размера отверстия в колпачке, а также от величины внутреннего давления в таре, которое требуется поддерживать. Клапан в виде плоской мембраны вставляется в основной колпачок до контакта поверхности мембраны с преимущественно плоской внутренней верхней его частью, при этом в мембране сделана сквозная тонкая прорезь длиной от 3 до 10 мм, располагаемая под центральным отверстием верхней части колпачка и, как правило, имеющая длину, меньшую диаметра центрального отверстия в колпачке. Соотношение диаметра отверстия в колпачке, длины прорези, толщины и жесткости материала клапана (мембраны) выбраны таким образом, чтобы давление срабатывания клапана было ниже, чем давление, вызывающее разрушение тары или срыв винтового колпачка с горловины тары.

Верхняя, преимущественно плоская, часть колпачка достаточно жесткая, но обладает при этом некоторой упругостью, определяемой толщиной материала верхней части колпачка и диаметром отверстия в ней. За счет сочетания жесткости и упругих свойств верхней части колпачка он выполняет роль поддерживающей конструкции для клапана в виде мембраны с прорезью, ограничивает преждевременное срабатывание клапана и позволяет достигнуть высокой точности срабатывания открытия и закрытия клапана, в частности, на давлении от 1 кгс/см² до 6,0 кгс/см².

Таким образом, достижение технического результата и решение технической проблемы обусловлено совместной работой колпачка с центральным отверстием и клапана (мембраны из эластомерного материала с прорезью), при этом вначале под действием внутреннего давления, возникшего в таре, происходит совместная работа мембраны из эластомерного материала и колпачка, края прорези в мембране при этом сомкнуты, клапан закрыт. При достижении заданного давления, на которое рассчитан клапан, края прорези в мембране, продолжающей деформироваться в площади, ограниченной отверстием в верхней части колпачка, расходятся с образованием щели - срабатывает клапан, открывая выход углекислому газу, давление внутри тары снижается до определенной величины, не допускающей разрушения тары и срыва колпачка, но позволяющей жидкости насыщаться углекислым газом, образующимся (образовавшимся) при дображивании.

При достижении давления, которое требуется для насыщения продукта (жидкости), находящейся в таре, углекислым газом, края прорези в мембране смыкаются, щель закрывается, внутренний объем тары герметизируется, обеспечивая условия для хранения продукта. В результате достигается технический результат, заключающийся в поддержании в таре давления, необходимого для насыщения углекислым газом продукта в таре, при этом исключается разрушение тары и срыв колпачка с горловины тары при превышении внутреннего давления в таре. Клапан (мембрана из эластомерного материала) установлен в кольцевой уплотнительный выступ на внутренней поверхности колпачка так, что увеличение давления в таре увеличивает силу, которую плоскость клапана оказывает на внутреннюю плоскость верхней части колпачка.

Меняя материал, геометрию клапана (мембраны из эластомерного материала), можно производить настройку клапана на различные значения допустимого избыточного давления, получая дображивающий продукт с различными потребительскими свойствами и предохраняя при этом тару от разрушения, а колпачок от срыва с горловины. В собранном виде комбинированный колпачок должен без протечек держать давление 1,0…6,0 кгс/см² и сбрасывать избыточное давление при срабатывании клапана.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг. 1 - комбинированный колпачок с клапаном в виде мембраны с прорезью, разрез А-А с фиг. 2.

На фиг. 2 - комбинированный колпачок с клапаном в виде мембраны с прорезью, вид сверху.

На фиг. 3 - колпачок с отрывным кольцом (клапан не установлен).

На фиг. 4 - клапан в виде мембраны с прорезью.

На фиг. 5 - фрагмент тары с установленным на горловине комбинированный колпачок с клапаном в виде мембраны с прорезью (в разрезе).

На чертежах позициями обозначено:

1 - корпус полиэтиленового винтового колпачка;

2 - верхняя часть полиэтиленового винтового колпачка;

3 - отверстие в верхней части полиэтиленового винтового колпачка;

4 - клапан, представляющий собой мембрану из эластомерного материала;

5 - тонкая прорезь в мембране из эластомерного материала;

6 - уплотнительное кольцо;

7 - отрывное кольцо;

8 - резьба на внутренней стороне корпуса колпачка;

9 - тара.

Комбинированный полиэтиленовый винтовой колпачок содержит корпус 1 с резьбой 8 на внутренней поверхности, в верхней части 2 колпачка образовано сквозное центральное отверстие 3, а внутри колпачка установлен клапан 4 в виде мембраны из эластомерного газонепроницаемого материала, прилегающей к внутренней поверхности верхней части 2 колпачка. Сквозная прорезь 5, выполненная в мембране, расположена под отверстием 3 в верхней части 2 колпачка и имеет длину, как правило, меньшую диаметра отверстия 3.

Колпачок выполнен с уплотняющим кольцом 6, с помощью которого клапан 4 установлен во внутренней части колпачка и удерживается в уплотняющем кольце за счет упругости материала, из которого изготовлен клапан. Уплотняющее кольцо 6 выступает от внутренней верхней части 2 колпачка, преимущественно плоской, внутрь и расположено концентрично с корпусом 1 колпачка. Клапан 4 в виде плоской мембраны из эластомерного материала прилегает непосредственно к внутренней поверхности верхней части 2 колпачка, также, как правило, плоской, и воспринимает совместно с этой частью колпачка внутреннее давление, возникающее вследствие дображивания пищевой жидкости внутри тары 9.

В качестве колпачка может быть использован полиэтиленовый винтовой колпачок обычной конструкции с уплотняющим кольцом 6 и отрывным кольцом 7. Особенностью заявленного винтового колпачка является наличие центрального отверстия 3 и его взаимодействие с клапаном в виде мембраны. Колпачок предназначен для навинчивания на тару 9 и может быть выполнен любого типоразмера (в зависимости от размера используемой тары), при этом отверстие 3, выполненное в верхней плоской его части 2, имеет диаметр, предпочтительно, от 5 до 14 мм, но может иметь и больший диаметр в зависимости от размера горловины тары 9, т.е. от размера используемого колпачка.

Клапан 4, представляющий собой мембрану из эластомерного материала диаметром D жесткостью по Шору от 50 до 80, изготовлен, например, из пищевой резины, из силиконовой резины, и может иметь диаметр от 20 до 38 мм, толщину от 0,5 до 10 мм и длину сквозной прорези от 3 до 10 мм. Клапан 4 должен выдерживать заданное давление в пределах от 4,0 до 6,0 кгс/см² и срабатывать при его превышении. Параметры клапана 4 определяются, в частности, в зависимости от размера колпачка, от используемого материала, от размера отверстия 3 в колпачке, а также от величины внутреннего давления в таре, которое требуется поддерживать (2-3 бар). Клапан, изготовленный из эластомерного материала, обеспечивающего газовый барьер, имеет плоскую поверхность для контакта с внутренней, преимущественно, плоской поверхностью верхней части 3 колпачка и сквозную тонкую прорезь 5, обеспечивающую сброс избыточного давления при деформации материала клапана под действием избыточного давления, возникающего в укупоренной таре. Клапан 4 (мембрана из эластомерного материала) устанавливается в уплотняющее кольцо 6 на внутренней поверхности колпачка так, что увеличение давления в таре 9 (см. фиг. 5) увеличивает силу, которую плоскость мембраны оказывает на внутреннюю плоскость верхней части 2 колпачка. Удержание клапана 4 на верхней части колпачка происходит посредством плотного контакта клапана 4 и уплотняющего кольца 6 колпачка за счет упругости материала клапана.

Меняя материал, геометрию клапана (мембраны из эластомерного материала), можно производить настройку клапана на различные значения допустимого избыточного давления, получая дображивающий продукт с различными потребительскими свойствами и предохраняя при этом тару от разрушения, а колпачок от срыва с горловины.

Клапан 4 в виде плоской мембраны с прорезью вставляется уплотняющее кольцо 6 винтового колпачка до контакта поверхности мембраны с внутренней верхней его частью 2, тонкая прорезь в мембране длиной, как правило, от 3 до 10 мм располагается под центральным отверстием 3 верхней части 2 колпачка. Длина прорези преимущественно лежит в пределах 0,5-0,9 диаметра центрального отверстия в колпачке. Верхняя часть колпачка является поддерживающей конструкцией для мембраны клапана 4 и позволяет достигнуть высокой точности срабатывания открытия и закрытия клапана, функционирующего как предохранительный клапан. Под действием внутреннего давления, возникшего в таре 9, происходит совместная работа мембраны из эластомерного материала и колпачка, при этом более жесткая верхняя часть 2 колпачка вначале ограничивает деформацию мембраны, края прорези 5 в мембране при этом сомкнуты, клапан 4 закрыт. При достижении заданного давления, на которое рассчитан клапан 4, в мембране, деформирующейся под действием внутреннего давления в таре 9, края прорези 5 расходятся с образованием щели - срабатывает клапан 4, открывая выход углекислому газу, давление внутри тары 9 снижается до определенной величины, не допускающей разрушения тары и срыва колпачка. После сброса части избыточного давления до давления, которое требуется для насыщения продукта (пищевой жидкости) углекислым газом, края прорези в мембране смыкаются, щель закрывается, внутренний объем тары герметизируется, обеспечивая условия для хранения продукта. В результате в таре поддерживается давление, необходимое для насыщения углекислым газом продукта, при этом исключается разрушение тары и срыв колпачка с горловины. В собранном виде комбинированный колпачок должен без протечек держать заданное значение давления от 1,0 до 6,0 кгс/см², преимущественно 4,0 до 6,0 кгс/см², и сбрасывать избыточное давление при превышении указанного значения внутреннего давления.

Клапан 4, к примеру, может быть выполнен из силиконовой резины жесткостью по Шору 50А в виде мембраны толщиной 3 мм с прорезью длиной 6 мм и вмонтирован в полиэтиленовый винтовой колпачок с отверстием 10 мм. Такой клапан обеспечивает поддержание в ПЭТ-таре избыточного давления 2,0 кгс/см². Клапан аналогичной конструкции из силиконовой резины с жесткостью по Шору 80А будет срабатывать при давлении примерно 3,5 кгс/см².

Для ПЭТ-тары объемом 1,5 л диаметр центрального отверстия 3 в колпачке может составлять 8 мм, диаметр мембраны 20,5 мм длина прорези 5 мм, толщина материала клапана 3,5 мм, жесткость материала по Шору 60А. Клапан будет срабатывать на 4,5 кгс/см²

В другом частном случае выполнения изобретения диаметр центрального отверстия 3 в колпачке может составлять 5 мм, диаметр мембраны 20,5 мм, толщина материала клапана 3 мм, жесткость материала по Шору 55А. Клапан будет срабатывать на 3,5 кгс/см²

Еще в одном частном случае выполнения изобретения диаметр центрального отверстия 3 в колпачке может составлять 10 мм, диаметр мембраны 31,9 мм, толщина материала клапана 4,0 мм, длина прорези 6 мм, жесткость материала по Шору 50А Клапан будет срабатывать на 3,5 кгс/см²

Еще в одном частном случае выполнения изобретения диаметр центрального отверстия 3 в колпачке может составлять 10 мм, диаметр мембраны 31,9 мм, толщина материала клапана 4,0 мм, длина прорези 5 мм, жесткость материала по Шору 60А Клапан будет срабатывать на 4,0 кгс/см²

Использование изобретения, кроме обеспечения новых технических свойств при использовании заявленного колпачка, позволяет расширить потребительские возможности, повысить культуру потребления продукции и увеличить степень защиты от подделки для повышения конкурентоспособности и спроса продукции на рынке.

Колпачок полимерный винтовой предназначен для укупоривания тары из полиэтилентерефталата различной вместимости и размеров для сбраживаемых продуктов. Колпачок содержит корпус 1, верхнюю часть 2 с центральным отверстием 3 и клапан 4 в виде мембраны из эластомерного материала с тонкой прорезью. Для защиты тары от разрушения при транспортировке и хранении в случае превышения избыточного давления внутри тары свыше допустимого, которое возникает при дображивании пищевых жидкостей, при одновременном обеспечении внутри тары давления, позволяющего насытить жидкость углекислым газом, в верхней части колпачка расположено уплотняющее кольцо 6, выступающее внутрь колпачка, клапан 4 установлен в уплотняющем кольце 6 и прижат с обеспечением контакта к внутренней стороне верхней части 2 колпачка, при этом эластомерный материал, из которого изготовлена мембрана, имеет твердость по Шору А 55-80. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Колпачок полимерный винтовой, содержащий корпус, верхнюю часть с центральным отверстием и клапан в виде мембраны из эластомерного материала со сквозной прорезью, отличающийся тем, что в верхней части колпачка расположено уплотняющее кольцо, выступающее внутрь колпачка, клапан установлен в уплотняющем кольце и прижат с обеспечением контакта к внутренней стороне верхней части колпачка, при этом для изготовления мембраны использован эластомерный материал с твердостью по Шору А 55-80.

2. Колпачок по п. 1, отличающийся тем, что центральное отверстие в верхней части колпачка выполнено с диаметром 8-14 мм.

3. Колпачок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что мембрана клапана выполнена толщиной 0,5-10 мм с прорезью длиной 3-10 мм.

4. Колпачок по п. 1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из пищевой резины.

5. Колпачок по п. 1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из пищевой силиконовой резины.

6. Колпачок по п. 1, отличающийся тем, что колпачок выполнен из полиэтилена.