CN104470814B - 由聚合物材料制成的瓶子 - Google Patents

Abstract

由聚合物材料制成的瓶子包括底部(12)，所述底部(12)设置有多个肋状物(14)。每个肋状物由瓶子的底部(12)的弯曲部构成，该弯曲部形成了在纵向方向上指向瓶子的内部的突起。肋状物在径向方向上沿着径向延伸线(18)而延伸。瓶子的特征在于，所述肋状物(14)中的至少一个的径向延伸线(18)在横向平面中的投影是弯曲的。

Description

由聚合物材料制成的瓶子

本发明涉及一种由聚合物材料制成的瓶子。

具体而言，本发明涉及由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的瓶子，应理解的是，可以将本发明的原理应用到其它类型的材料，例如PLA(聚交酯)、OPP(定向聚丙烯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)等。

通常这些瓶子由圆柱形预制件制成，该圆柱形预制件在合适地加热之后被引入模具中并且连续地经受拉伸和吹制步骤。

在PET瓶子填充工艺中，还未经填充的瓶子必须具有使得承受因沿着整个生产线的运动而产生的应力的形式。随后，当瓶子被填充时，它们必须能够承受托盘化和运输操作期间出现的应力。

为此，将瓶子设计成具有使得确保最好的可能的机械性能并且避免过度变形的几何形状。

然而，机械性能不是必须考虑的唯一因素。

为了实现满意的机械强度，瓶子的形状应当非常复杂，相关生产工艺不可能十分简单。具体而言，型坯吹制操作可能不能确保瓶子特别是底部的区域的足够的再现度。

换言之，具有对机械应力高阻抗的几何形状的瓶子可能太复杂以致不能借助于拉伸和吹制工艺来制作。因此，聚合物瓶子设计者的经验尝试实现归因于瓶子的几何学、空重量(empty weight)(即，在拉伸和吹制工艺中待分布的材料的量)的容器的刚性与容器的“吹成性(blowability)”之间的合适折衷，理解为用于再现给定的形式同时保持整个瓶子的材料的大约恒定的厚度的能力的意思。

而且，制造商倾向于逐渐降低瓶子的重量，目的在于实现节约材料成本和减小环境影响。

在水容器的情况下，瓶子的低容量值使得甚至更希望实现容器的重量的减少。这已导致形成瓶子的聚合物材料的越来越小的壁厚度降至范围在0.05mm和0.3mm之间的最小厚度值。

当瓶子填充有液体例如水时，出现了与其抓握相关的问题，即壁在径向方向和轴向方向的压缩，当壁的厚度减小时该压缩甚至更明显。

为了使瓶子更结实并且更抵抗前述变形，已提出并实施的一个解决方案是接在填充步骤之后且就在加盖步骤之前在容器的顶部处的空间的内部将呈液态的氮气添加至瓶子的内容物。氮气在液体和盖子之间的真空区(empty space)的内部蒸发并膨胀。因此，瓶子被增压并且能够比无氮气的瓶子承受更大的轴向和径向负载应力。

当用水或未添加有气体的其它液体填充具有非常轻的重量且不能确保自身足够的机械性能的瓶子时，特别应用该技术。

然而，瓶子的增压在某些情况下产生应力，以致应力使瓶子且特别是其底部过度变形，若底部不足够结实，则可能向外弯折或弯曲。

底部的向外弯折导致瓶子未放置在其正常支撑区域上而是在底部的中心点上的不稳定性，使瓶子不稳定，在运输和使用以及由终端使用者抓握方面均有明显问题。

在现有技术状态下，存在增压的其它方法，该增压使用在气体饮料的情况下所用的混合的无菌压缩空气或二氧化碳来实施。在这些应用的情况下，另外，这些改进和问题与当用氮气进行填充时所遇到的那些相似。

因此，尽管现有技术已广泛确定，但是仍然不是没有缺点。

实际上，迄今，使用凭借于肋状物增强底部的刚性的常规解决方案来设计瓶子底部的几何形状以优化对高内部压力的结构阻抗，沿着支撑表面突出的肋部的中心具有径向进展(radial progression)。就此而论，图1示出了根据现有技术的瓶子的底部。术语“肋状物”被理解为意味着瓶子的底部的弯曲部(curvature)，该弯曲部形成在纵向方向指向瓶子的内部的突起(protuberance)，以致对观察者而言它们看起来是凹口。

而且，为了增强对由于用氮气或其它增压系统增压而产生的应力的阻抗，已尝试增加径向肋状物的数量和深度，然而由于结构原因且特别是因为模具操作非常复杂而未实现预期的成功。

内部压力倾向于使底部变形，使它呈现最接近地(以理论极限值)类似半球体的形式的形式。因此常规肋状物的延伸线将倾向于呈现位于球体上并且连接底部的最外面的点与底部的中心点的纹的形式。

在常规解决方案中，内部压力倾向于使底部变形，该底部在垂直于径向方向的惯性横截面中仅承受包含瓶子的纵向轴线的径向平面中所含有的力矩。

因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点。

本发明的第一任务是提供一种非常轻且底部非常轻微地(即，以使得确保瓶子当空时和当满时的稳定地定位的量)向外弯折的瓶子。

第二任务是确保具有上述特征的瓶子还可以通过常见的型坯吹塑法容易地制备。

利用本文所述的瓶子实现了该目的和上述任务。

本发明的目的是一种由聚合物材料制成的瓶子，该瓶子包括底部。多个肋状物设置在瓶子的底部上，肋状物中的每一个在纵向方向朝向瓶子的内部突出。每个肋状物沿着径向延伸线延伸。瓶子的特征在于，所述肋状物中的至少一个的径向延伸线在横向平面中的投影是弯曲的。

底部的该特定几何形式允许用有限数量的肋状物来增强表面的刚性。实际上，沿长度延伸的肋状物的刚性大于径向肋状物的刚性，因为它在瓶子的外径和底部的中心之间具有更大的延伸。

在常规的底部的情况下，肋状物在横向平面中的投影的长度至多等于瓶子的外半径。在本发明的底部中，与具有与瓶子的半径重合的径向延伸线的肋状物相比，长度较大，因为径向延伸线空间地具有曲线并且不具有离开和到达为相同点的直线进展。

参照附图，从通过非限制性实例所提供的实施方式的若干示例的以下描述，将更清楚地呈现通过应用本发明的原理所实现的瓶子的特性特征和优势，其中：

图1示出了根据现有技术的瓶子的底部的从下方看的平面图；

图2示出了根据本发明的瓶子的从下方看的透视图；

图3示出了根据本发明的瓶子的底部的从下方看的平面图；

图4示出了根据本发明的瓶子的底部的侧视图；

图5示出了根据本发明的瓶子的底部的透视图；

图6示出了根据本发明的瓶子的从上方看的平面图；

图7示出了根据本发明的瓶子沿着图5中所示的横截面VI-VI的表面截取的横截面透视图；

图8示出了沿着图5中所示的横截面VI-VI的表面截取的瓶子的底部的横截面侧视图；

图9示出了在两种不同的使用条件下根据本发明的瓶子的底部的从下方看的视图；

图10A、10B和10C示出了根据本发明的几何形式的三种可能实施方式的三幅示意图；和

图11和12示出了本发明的两种供选择实施方式。

图2示出了由聚合物材料制成的瓶子10，瓶子10包括底部12。多个肋状物14设置在瓶子的底部12上，肋状物中的每一个由瓶子10的底部12的弯曲部构成，弯曲部形成在纵向方向朝向瓶子10的内部的突起。

还参照图2，定义如下：

-纵向方向，将进口连接至瓶子的底部的、平行于瓶子的纵向轴线(由参考数字16表示)的方向的任何方向；

-横向平面，垂直于纵向方向的任何平面；

-纵向平面，包括瓶子的纵向轴线的任何平面；和

-径向方向，位于穿过瓶子的纵向轴线的横向平面中的任何方向。

如图3中清楚地可见，每个肋状物14沿着径向延伸线(由参考数字18表示并且如点划线所示)延伸。根据本发明的瓶子10的特征在于，沿所述肋状物14中的至少一个的径向延伸线18在横向平面中的投影是弯曲的。

在下面，相同的参考数字18用于表示径向延伸线、径向延伸线在横向平面中的投影以及径向延伸线在纵向平面中的投影，因为它们由不同视图中所示出的相同几何特征构成。

根据一种可能的实施方式，瓶子10的底部12包括六个肋状物14。有利地，所述肋状物具有中心对称性。

根据本发明的第一实施方式，径向延伸线18在横向平面中的投影具有至少一个拐点20。有利地，径向延伸线18在横向平面中的投影只具有一个拐点20。可以有利地在距瓶子的纵向轴线16的距离d处提供拐点20，距离d相当于瓶子的外半径的长度的20％和80％之间。

根据本发明的供选择实施方式，径向延伸线18在横向平面中的投影不具有拐点并且由此仅具有一个曲率(参见例如图10A)。供选择地，径向延伸线18在横向平面中的投影可以包括多个拐点20。

根据本发明的可能的实施方式，径向延伸线18在横向平面中的投影与在径向方向所描绘的直线在接近于瓶子10的纵向轴线16处相切(参见例如图10B)。另外或作为可选择的，径向延伸线18在横向平面中的投影在瓶子10的侧表面11附近与径向方向相切(参见例如10C)。

径向延伸线18在横向平面中的投影可以有利地被包括在一角度区段中，该角度区段使其顶点在瓶子10的纵向轴线16上并且在中心处具有5°和75°之间的角度。

每个肋状物14可以具有沿着径向延伸线18的可变宽度。根据本发明的可能的实施方式，肋状物14在瓶子10的外表面11附近具有最大幅度并且在纵向轴线16附近具有最小幅度。

参照图4至8，现在将描述径向延伸线18在纵向平面中的投影的形式。根据本发明的可能的实施方式，径向延伸线18在纵向平面中的投影是弯曲的，如图7中清楚地可见的。

图7和8已通过把瓶子沿着由图6中的VI-VI所表示的弯曲的横截面剖开来得到。该表面具有纵向延伸部并且包括第一肋状物14的径向延伸线在横向平面中的投影和不与第一肋状物连贯的第二肋状物14的径向延伸线在横向平面中的投影。

根据本发明的可能的实施方式，所述肋状物14的所述径向延伸线18在纵向平面中的投影是相对于横向平面平行或倾斜的直线。根据本发明的供选择实施方式，所述肋状物14的所述径向延伸线18在纵向平面中的投影是弯曲的线。有利地，所述肋状物14的所述径向延伸线18在纵向平面中的投影是凹形的并且该凹部(concavity)指向瓶子的内部。有利地，使该凹部的最低点22位于距瓶子10的纵向轴线16相当于瓶子半径的25％和75％之间的距离处。

现在将详细描述根据本发明的肋状物14的形式。参照图3，根据本发明的肋状物包括：中心部24和以V形状倾斜的两个壁26、28，其中，中心部24布置在V的顶点上并且指向瓶子的内部。根据本发明的可行的实施方式，中心部24在平面中延伸。有利地，中心部24可以沿着弯曲的表面延伸以致在两个壁26、28之间形成连接。

根据供选择的实施方式，按自身已知的方式，中心部24可以是壁26、28之间的连接，壁26、28也可以不是弯曲的。

根据本发明的可能的实施方式，用弯曲的表面进行所述中心部24、V形壁26、28与瓶子10的底部12之间的连接。

有利地，在瓶子10的纵向轴线16的附近，肋状物14在浇道塞(sprue plug)15上连接在一起。浇道塞15可以具有圆形形式。

根据本发明的肋状物14的特定形式由此在两个连续肋状物14之间产生相应数量的瓣状物(petal)30。瓣状物30在纵向方向朝向瓶子10的外部从瓶子10的底部突出。有利地，瓣状物30具有倒圆形式，它将弯曲表面连接至邻近的肋状物14且连接至瓶子10的侧表面11。

在所述瓣状物30上提供瓶子10的接触表面直径(contact-surface diameter)。有利地，瓶子的底部的接触表面直径被包括在瓶子半径的50％和95％之间。

根据本发明的可行的实施方式，浇道塞15位于在纵向方向距瓶子的接触表面直径相当于瓶子半径的5％和45％之间的距离处。

根据本发明的可能的实施方式，肋状物14相对于它们的中心线，即相对于径向延伸线18是对称的。

鉴于上述底部的形式，可注意到，最大惯性力矩的横截面在径向方向和切向方向二者上分布。事实上，在上述的底部中，阻抗沿两个方向(径向和切向)并且由此被提高，这减小了底部的向外弯折。

如图9中所示，鉴于螺旋形式，底部12以受瓶子的内部压力而加压的螺旋弹簧的方式作用，易于吸收因所施加的合力而产生的位移，沿螺旋线的退绕方向旋转。图9中示出了两个操作条件：

-实线示出了静止状态下的底部12的构造；和

-虚线示出了当瓶子具有比外部压力大的内部压力时底部12的构造。

为了说明，实线所示的条件和由虚线所表示的条件之间的肋状物的位移可与实际情形相比较着重示出，并且在任何情况下对裸眼不可见。

可以注意到底部的几何形式如何有利地倾向于旋转直至它呈现用于抵消内部压力的应力的直的构造。该轻微的运动倾向于吸收在切向方向且不是轴向方向的变形，因此减小了底部的向外弯折。

现在提供根据本发明的瓶子的测量值的实例：

-瓶子的外表面半径：33mm

-瓶子的高度：225mm；

-拐点20距瓶子的纵向轴线的距离：15mm；

-包含径向延伸线18的角度区段的幅度：42°；

-所述径向延伸线18在纵向平面中的投影的凹部的最低点22：16mm；

-接触表面直径：58mm；和

-浇道塞在纵向方向距接触表面直径的距离：6mm。

关于上述实施方式，为了满足具体需求，本领域技术人员可以由此在不背离所附权利要求的范围的情况下对所描述的元件作出修改和/或用等同元件替换所描述的元件。

例如，虽然在最佳的实施方式中，底部设置有六个肋状物，但是具有五个或七个肋状物也将得到满意的结果。

本发明的原理可以应用于具有圆形、正方形、椭圆形或其它横截面的瓶子。在除圆形形式之外的瓶子的横截面例如正方形或椭圆形横截面(分别参见图11和12)的情况下，为了应用上述本发明的原理，可以识别周缘，在该周缘内部，瓶子底部的形式可以是内切的。

根据本发明的瓶子可以用于气化的或非气化的液体。

Claims (12)

1.一种由聚合物材料制成的瓶子(10)，包括底部(12)，多个肋状物(14)设置在所述底部(12)上，每个肋状物(14)由所述瓶子(10)的所述底部(12)的弯曲部构成，所述弯曲部形成了在纵向方向上指向所述瓶子(10)的内部的突起；

所述肋状物(14)在径向方向沿着径向延伸线(18)而延伸，其特征在于，所述肋状物(14)中的至少一个肋状物(14)的所述径向延伸线(18)在横向平面中的投影是弯曲的，所述径向延伸线(18)在横向平面中的所述投影具有至少一个拐点(20)。

2.根据权利要求1所述的瓶子(10)，其特征在于，所述拐点(20)位于距所述瓶子(10)的纵向轴线(16)的距离(d)处，所述距离(d)被包含在所述瓶子的半径的20％和80％之间。

3.根据权利要求1所述的瓶子(10)，其特征在于，所述肋状物(14)中的至少一个肋状物(14)的所述径向延伸线(18)在横向平面中的所述投影在所述瓶子(10)的纵向轴线(16)附近与径向方向相切。

4.根据权利要求1所述的瓶子(10)，其特征在于，所述肋状物(14)中的至少一个肋状物(14)的所述径向延伸线(18)在横向平面中的所述投影在所述瓶子(10)的侧表面(11)附近与径向方向相切。

5.根据权利要求1所述的瓶子(10)，其特征在于，所述肋状物(14)中的至少一个肋状物(14)的所述径向延伸线(18)在横向平面中的所述投影被包含在一角度区段内，所述角度区段使其顶点在所述瓶子(10)的纵向轴线(16)上并且在中心处具有5°和75°之间的角度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的瓶子(10)，其特征在于，所述肋状物中的至少一个肋状物的所述径向延伸线(18)在纵向平面中的投影是弯曲的。

7.根据权利要求6所述的瓶子(10)，其特征在于，所述肋状物(14)中的至少一个肋状物(14)的所述径向延伸线(18)在纵向平面中的投影是凹形的，其中该投影的凹部指向所述瓶子(10)的内部。

8.根据权利要求7所述的瓶子(10)，其特征在于，所述肋状物(14)中的至少一个肋状物(14)的所述径向延伸线(18)在纵向平面中的投影是凹形的，其中所述凹部的最低点(22)位于距所述瓶子(10)的纵向轴线(16)的距离(d2)处，该距离(d2)相当于所述瓶子的半径的25％和75％之间。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的瓶子(10)，其特征在于，所述至少一个肋状物(14)包括中心部(24)和以V形状倾斜的两个壁(26、28)，其中所述V的顶点指向所述瓶子的内部。

10.根据权利要求9所述的瓶子(10)，其特征在于，中心部(24)、倾斜的V形壁(26、28)与所述瓶子(10)的底部(12)之间的连接利用弯曲表面进行。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的瓶子(10)，其特征在于，所述瓶子(10)的所述底部(12)的接触表面直径被包含在所述瓶子(10)的半径的50％和95％之间。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的瓶子(10)，其特征在于，所述底部(12)包括中心位置中的浇道塞(15)，所述浇道塞(15)位于在纵向方向距接触表面直径的距离被包含在所述瓶子(10)的半径的5％和45％之间的距离处。