CZ20023894A3

CZ20023894A3 - Nádobka opatřená konstrukčními žebry

Info

Publication number: CZ20023894A3
Application number: CZ20023894A
Authority: CZ
Inventors: Patrick J. Finlay; Michael T. Payne; Michael J. Swindeman; Balakrishna Haridas
Original assignee: Pepsico, Inc.
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2003-10-15
Also published as: US20050279728A1; US7032770B2; CA2414453A1; AU2001269873B2; JP2004502602A; BR0112306A; EP1339612A4; CN1447765A; US20010027978A1; WO2002002415A1; HK1058178A1; AU6987301A; JP3889704B2; CN1230356C; EP1339612A1; MXPA02012653A; CA2414453C

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká nádobky, opatřené konstrukčními žebry, aby tak odolávala deformacím v důsledku působení vnějších sil. Předložený vynález se zejména týká nádobek pro nápoje jako jsou láhve, mající přerušovaná žebra, vytvořená na jejich obvodových površích, aby tak zabránily deformacím v důsledku vnitřních a vnějších tlaků.

Dosavadní stav techniky

Pro balení kapalin jako jsou tlakované (to je sycené) a netlakované nápoje, jsou používány různé druhy nádobek. Běžně používanou nádobkou je polyetyléntereftalátová (PET) láhev, která se vyrábí v nejrůznějších tvarech a velikostech.PET láhve jsou velmi oblíbené, protože jsou levné, mají malou hmotnost, jsou nepropustné pro mnoho plynů a mohou být velice snadno vytvořeny v různých tvarech a velikostech. Na rozdíl od lahví z pevnějších materiálů jako je například sklo, se však mohou snadno deformovat již při nízkých vnějších nebo vnitřních tlacích a to zejména když nádobky jsou slabostěnné.

Některé nádobky nebo láhve jsou navrženy s průběžnými žebry, aby jim tyto poskytly určitou tuhost.Třebaže jakkoliv tato žebra mohou působit uspokojivě, pokud je předmět vystaven působení mírného vnějšího tlaku, mohou se snadno deformovat když jsou vystavena vnitřnímu tlaku, jako je tomu u některých nápojů sycených kysličníkem (50-1 OOpsi). Například některé láhve pro balenou vodu jsou opatřeny nepřerušovanými žebry v oblasti plochy nálepky. Třebaže jsou láhve vytvořeny z poměrně tenkého PET kvůli zmenšení hmotnosti, nepřerušovaná žebra přispívají jako konstrukční zesílení oblasti, ve které má být tato sevřena gpntřphitp1pm|r^ spotřebitelovým sevřením nebude deformovat nádobky, protože jsouzggíiefl^vytvořenými žebry. V některých případech jsou však tyto láhve plněng>edl5unatlako vány, jako například přidáním tekutého dusíku (až do asi 40nsi^i3y1ak přečkaly bez poškození distribuci. Bylo však zjištěno, že tento vnijits+-pfetl^má tendenci deformovat tato nepřerušovaná žebra v závislostjjia^seA/jiěkt^ých případech se láhve deformovaly tak, jako by se gelsHn^myla“· Djlj čiiiuypokusy zlupsilTromraro jaku iiapílklathypatřil • ·

To znamená, že i když nádobky jsou slabostěnné, tlak vyvinutý spotřebitelovým sevřením nebude deformovat nádobky, protože jsou opatřeny zesílením vytvořený žebry. V některých případech jsou však tyto láhve určené pro plnění vodou natlakovány, jako například přidáním tekutého dusíku (až do asi 40 psi), aby tak přečkaly bez poškození distribuci. Bylo však zjištěno, že tento vnitřní přetlak má tendenci deformovat tato nepřerušovaná žebra v závislosti na čase.V některých případech se láhve deformovaly tak, jako by se nepřerušovaná žebra „smyla“. Byly činěny pokusy zlepšit konstrukci, jako například opatřit nepřerušovaná žebra poloměry zaoblení.Tyto úpravy přinesly mírný pokrok, přesto však nedostatečně zabraňovaly deformacím v důsledku vnitřního tlaku.

Pro některá použití byla rovněž navrhována neprůběžná žebra na plastových láhvích. U.S. patent č. 6,036,067 například popisuje plastovou láhev, která zahrnuje vakuovaná pole a zesílené pásy nahoře a dole u vakuovaných polí. Tato zvláštní láhev je pro použití, kdy se plní za „tepla“, kdy kapaliny jsou umístěny a utěsněny v nádobě přičemž jsou ohřívány, aby se dosáhlo náležité sterilizace.

• · • 'I · · ··· ···· • ·Χ · · ·· · · ·· ·· · · ·· ·· fr · · » · · · · láicbuipuiuney 95ΪΟ w crtHř^enipi^^ppínsstý mírný nedostatečně zabraňovaly deformacím v důsledku vnitřního tlaku.

Pro některá použití byla rovněž navrhovánan^rtlBežná žebra na plastových láhvích. U.S. patent č. 6,036,067 například popjswfťplastovou láhev, která zahrnuje vakuovaná pole a zesílené pásy nahořeg^krteu vakuovaných polí. Tato zvláštní láhev je pro použití, kdy se plní za „teplů^eáýKapaliny jsou umístěny a utěsněny v nádobě přičemž jsou ohřívány, aby se itesnáležitó otorilÍHaw| Nádobky jsou plněny obvykle pod mírným přetlakem a teploty dosahují bodu varu vody při uzavření láhve víčkem. Ochlazením kapalné látky v nádobce se obvykle uvnitř vytvoří vnitřní podtlak, jenž může způsobit částečné zborcení láhve. Láhve jsou opatřeny šesti oddělenými, na obvodu umístěnými vakuovanými poli 3 ve středové oblasti, která je zakryta etiketou.Při smrštění horkého obsahu uvnitř láhve, během jeho ochlazení, čelní plochy vakuovaných polí se vtáhnou dovnitř, aby tak kompenzovaly snížení tlaku a zabránily tak deformaci dalších částí láhve. Navíc válcové pásy 6 jsou situovány nad a pod oblastí vakuovaných polí 3. Tyto pásy 6 jsou vytvořeny z jedné nebo dvou obvodových žeber 7, vytvářejících obruč.Každé žebro 7 je vytvořeno až ze šesti zahloubených žebrových sekcí 8. Tato žebra poskytují svými obručovitými tvary zesílení a tím zajišťují, že povrch nad a pod oblastí vakuovaných polí 3 bude válcový a že na něj bude moci býti nalepena etiketa.Tato obvodová žebra, ve tvaru obručí ve spojení s vakuovanými poli 3 však slouží ke kompenzaci vnitřního podtlaku a nejsou navržena proti vlivům vnitřního přetlaku.

Podstata vynálezu

Prvním z předmětů předloženého vynálezu je vytvořit nádobku s nízkou hmotností, mající dostatečnou tuhost bočních stěn.

Dalším předmětem předloženého vynálezu je vytvořit nádobku s nízkou hmotností, mající dostatečnou tuhost bočních stěn a schopnou odolávat vnitřnímu tlaku bez nepřijatelných deformací.

Dalším předmětem je snížit hmotnost nádobky nikoliv však na úkor parametrů nádobky a přijatelnosti pro spotřebitele.

• · · · ·· ·· • · · · · · · • ···· · · · • · · · · · · · • rf · · · · · • v · * · · · · · ·

Ještě dalším předmětem předloženého vynálezu je poskytnout konstrukční prvky které mohou mít příjemný estetický vzhled.

Podle jednoho aspektu se předložený vynález týká nádobky, zahrnující skořepinu, mající homí část a spodní část, které jsou propojeny středovou částí. Alespoň převážná oblast středové části je opatřena množinou konstrukčních žeber, uspořádaných kolem jejího obvodu. Žebra jsou přerušovaná v obvodovém směru a probíhají kolem středové oblasti.

Podle dalšího aspektu se předložený vynález týká nádobky, zahrnující skořepinu, mající homí část a spodní část, které jsou propojeny středovou částí. Alespoň převážná oblast středové části je opatřena množinou konstrukčních žeber, uspořádaných kolem jejího obvodu. Žebra jsou přerušovaná ve směru kolem středové oblasti.

Podle ještě dalšího aspektu se předložený vynález týká nádobky, zahrnující skořepinu, mající jednak homí část a spodní část, které jsou propojeny středovou částí a jednak prostředky pro zesílení skořepiny proti vnějšímu tlaku a vnitřnímu tlaku.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 představuje bokorys nádobky podle prvního provedení nádobky podle předloženého vynálezu.

Obr. 2 představuje pohled na příčný průřez podél čáry 2-2 z obr. 1.

Obr. 3 znázorňuje pohled na příčný průřez podél čáry 3-3 z obr.l.

Obr. 4 ukazuje graf, porovnávající tuhost nádobek podle prvního a druhého provedení s tuhostí běžné nádobky.

Obr. 5. představuje bokorys nádobky podle drahého provedení nádobky podle předloženého vynálezu

Obr. 6. představuje bokorys nádobky podle třetího provedení nádobky podle předloženého vynálezu

Obr. 7 znázorňuje bokorys nádobky podle čtvrtého provedení nádobky podle předloženého vynálezu.

• 9

99 • 9 9

99 9 • /f · * «4 · ·

Příklady provedení vynálezu

Nádobka podle prvního provedení podle předloženého vynálezu je znázorněna na obr. 1 až 3. U tohoto výhodného provedení je nádobka vytvořena ve tvaru láhve 10 , mající horní část 12 a spodní část 16 , které jsou propojeny středovou částí 14. Horní část 12 zahrnuje kuželovitou část 18 a hrdlo 20. Hrdlo 20 je opatřeno závitem a je spojeno s kuželovitou část 18. Víčko (není znázorněno) uzavírá hrdlo 20 a utěsňuje tak láhve 10 .

Spodní část 16 a horní část 12 mají podobné příčné průřezy, které jsou vertikálně umístěny nad sebou. U zobrazeného provedení středová část 14 má příčný průřez o menším průměru než má průměr horní část 12 a spodní část 16. Předložený vynález však není omezen na toto provedení neboť horní část 12, spodní část 16, a středová část 14 mohou mít podobné příčné průřezy.

Středová část 14 je opatřena množinou žeber 22 pro konstrukční vyztužení. U tohoto provedení jsou žebra 22 ve tvaru osově symetrických pro lisů vytvářejících množinu řad po středové části 14. Mezi sousedními horizontálními žebry 22 je vždy vytvořena horizontální ploška 24, takže žebra 22 nejsou průběžná v obvodovém směru okolo středové části 14.

Navíc jsou mezi každou řadou žeber 22 vytvořeny vertikální plošky 26. Třebaže oblast středové části 14 , pokrytá žebry 22, je účinnější pokud pokrývá celou plochu středové části 14 , jak je znázorněno na obr. 1, předložený vynález není omezen jen na toto řešení. Láhev 10 , mající ožebrovanou oblast, která pokrývá převážnou část obvodové plochy středové části 14, může dostatečně vyhovovat. Jak je znázorněno na obr. 2, každé žebro 22 vybíhá dovnitř, směrem ke středové ose láhve 10, přičemž se mění hloubka. To znamená, že hloubka každého žebra 22 se rovnoměrně zvětšuje z každého konce v horizontálním směru až na maximální hloubku ve středu. Při tomto uspořádání, napětí nesené žebrem, může být rozprostřeno podél celé jeho délky. Navíc zaoblení 28 každého žebra 22 , to je zakřivení žebra 22 ve vertikálním směru je mírné a je tvořeno radiusem, jak ukazuje obr. 3.

Počet řad žeber 22 a počet a tvar žeber 22 se mění v závislosti na výšce středové části 14 láhve 10 a v závislosti na zamýšleném použití láhve 10. U prvního provedení, kdy je použita láhev 10 o objemu 0,5 litru, je tato opatřena 13 řadami žeber 22 s pěti žebry 22 v každé řadě. Každé žebro 22 je asi 1,2“ (30,48 mm) dlouhé a má maximální hloubku 0,04“ (1,016 mm). Je výhodné, nejsou-li žebra 22 uspořádaná v jedné řadě s vertikálně nad sebou sousedícími řadami. Jak ukazuje obr.l žebra 22 jsou ve vertikálním směru nad sebou vždy ob řadu . Toto střídavé uspořádání zlepšuje konstrukci láhve 10 tím, že zajišťuje, že alespoň jedno ze žeber 22 je vždy v činnosti, pokud je láhev 10 stisknuta.

Nádobka podle prvního provedení poskytuje jak dostatečnou obvodovou tvrdost tak tuhost, to je odolnost proti deformaci bočním zatížením a rovněž dostatečnou odolnost vůči deformaci boční stěny v důsledku vnitřního tlaku.Pro případ vnitřního tlaku, základní konstruktérská koncepce vychází z myšlenky, že u nádobky s vnitřním přetlakem vznikají ve stěnách membránová pnutí (resp.pnutí ve střední rovině), právě tak jako u balónu pod tlakem. Navíc k těmto membránovým pnutím zde přistupují ohybová napětí, která vznikají v závislosti na tloušťce skořepiny.Celkové napěťový stav, vzniklý vnitřním tlakem, je tudíž dán součtem membránového pnutí (nebo pnutí ve střední rovině) a rovněž ohybových napětí. Ohybová napětí obvykle ovlivňují velikost napětí na vnitřním a vnějším povrchu nádobky. Pokud jsou nádobky, vyrobené z PET, vystaveny vnitřnímu tlaku po dlouhou dobu, je zde rozhodující, aby membránová (resp. pnutí ve střední rovině) složka napěťového stavu byla minimalizována, aby se tak vyloučily problémy spojené s protržením nádobky v důsledku tečení materiálu (creep). Toto je zahrnuto v návrhu geometrie žeber 22 a rozměrů tohoto provedení, kde parametry jsou vybrány tak, aby v tenkostěnné PET skořepině byla membránová pnutí omezena na pnutí pod mezí kluzu orientovaného a krystalizovaného PET.

Navíc u tohoto provedení, vzhledem k tomu, že obvodová tuhost je dostatečně velká, tloušťka plastu, ze kterého je nádobka, může být zmenšena.U běžné PET láhve je tloušťka plastu asi 0,012“ (0,3048 mm), ale podle konstrukce podle předloženého vynálezu tloušťka plastu, ze kterého je láhev 10 , může být snížena na méně než 0,010“ (0,254 mm) alespoň ve středové části 14 láhve 10, přičemž stále si zachovává srovnatelnou tuhost. Na příklad z grafu na obr.4 se dá zjistit, že u běžné 0,5 litrové láhve 10, opatřené nepřerušovanými žebry, vytvořené z plastu o tloušťce 0,008“ (0,203 mm) a mající průměr 2,3“ (58,42 mm) ve středové části 14, se průměr láhve 10 mění velmi značně již při relativně nízkých vnějších zatíženích.

V porovnání s tím, u podobně dimensované láhve, opatřené žebry 22 podle prvního provedení, se tento průměr mění významně méně a to i mnohem větších zatíženích. Prostřední pásy podporují obvodovou tuhost v ožebrované části a pomáhají přenášet axiální napětí z jedné řady žeber 22 na další.

U konstrukce podle prvního provedení bylo zjištěno, že pnutí ve střední rovině a ohybová napětí se významně snižují v porovnání s těmito u běžných láhví, opatřených nepřerušovanými žebry.

Uspořádání žeber22 není omezeno na uspořádání, které je ukázáno u prvního provedení. Například u nádobky 100, zobrazené na obr.5, třebaže obecný tvar žeber 122 ie zde podobný tvaru žeber 22 podle prvního provedení, je velikost žeber 122 zmenšena a počet řad žeber 122 a počet žeber 122 na řaduje zvětšen. Například PET láhev o objemu 0,5 litru je opatřena 25 řadami žeber 122 a 16 žebry 122 v jedné řadě. Každé žebro 122 má délku okolo 0,5“(12,7 mm) a maximální hloubku 0,04“(l,016 mm). Jak ukazuje graf na obr.4, u druhého provedení nádobky je tuhost dokonce ještě dále zlepšena.

Počet, velikost a tvar žeber 22, 122 mohou být modifikovány tak, aby se dosáhlo požadované axiální tuhosti a odolnosti vůči vnějšímu tlaku. Podle zamýšlené aplikace navržené nádobky je navrženo uspořádání žeber 22, 122.

Rovněž orientace žeber 22, 122 není omezena na ukázané první a druhé provedení. Třebaže jsou u prvního a druhého provedení žebra 22,122 znázorněna jako rovnoběžná s horizontálním směrem , v praxi mohou být pootáčena až o 180° vzhledem k horizontálnímu směru a přitom je ještě dosaženo požadovaných výsledků. Například u nádobky 200, zobrazené na obr.6, jsou žebra 222 pootočena o 45° vhledem k horizontálnímu směru. U tohoto třetího provedení není třeba, aby žebra 222 byla uspořádána ve vertikálním a horizontálním směru pro dosažení požadovaného výsledku.

U nádobky 300 podle čtvrtého uspořádání, zobrazeného na obr.7 jsou žebra 322 pootočena o 90° vzhledem k horizontálnímu směru, takže jsou umístěna vertikálně. U tohoto proveden jsou řady žeber 322 odstupňovány jako u prvního a druhého provedení.

Jak bylo uvedeno výše, nádobky jsou s výhodou vytvořeny z PET, mohou ale být vytvořeny i z jiných materiálů, zahrnujících například vysoko a nízko hustotní polyetylén, polypropylen a polyvinyl chlorid. PET nádobky jsou běžně vyráběny vyfukovacím postupem. Vyfukování je běžně známý postup, známý odborníkům z daného oboru a je tudíž pokládáno za zbytečné zde vysvětlovat postup, při kterém se provádí tento běžný způsob výroby.

• · ·· • ·· · • · · • · ··· • · · · ’·9·-Μ • · · · · · • · · · · · · · • · · · · · · • · · · · · · · · ·

Je samozřejmé, že předložený vynález není omezen na popis a také na příklady výhodných provedení. Naopak, předložený vynález je zamýšlen tak, aby pokryl různé modifikace a ekvivalentní uspořádání v duchu a rozsahu připojených nároků. Rozsah následujících nároků musí být v souladu s nej širší interpretací, tak aby zahrnul takovéto modifikace a ekvivalentní konstrukce a funkce.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY I

1. Nádobka zahrnuj ící:

skořepinu, mající horní část a spodní část, které jsou propojeny středovou částí, kde alespoň převládající oblast středové části je opatřena množinou konstrukčních žeber, uspořádaných kolem jejího obvodu, přičemž žebra jsou přerušovaná v obvodovém směru, probíhajícím kolem středové oblasti a jsou upravena pro zesílení středové části proti působení vnitřního a/ nebo vnějšího tlaku.
2. Nádobka podle nároku 1, vyznačující se tím, že žebra jsou uspořádána v množině horizontálních obvodových řad.
3. Nádobka podle nároku 2, vyznačující se tím, že žebra v jedné z množiny řad nejsou ve vertikálním směru zarovnána s žebry v sousední řadě uvedené množiny řad.
4. Nádobka podle nároku 3, vyznačující se tím, že žebra v každé z množiny řad jsou ve vertikálním směru zarovnána s žebry v každé střídavé řadě z uvedené množiny řad.
5. Nádobka podle nároku 2, vyznačující se tím, že každá z řad zahrnuje 5 až 16 žeber.
6. Nádobka podle nároku 2, vyznačující se tím, že zahrnuje 13 až 25 řad.
7. Nádobka podle nároku 1, vyznačující se tím, že žebra zahrnují prodloužené prolisy ve středové části.
8. Nádobka podle nároku 7, vyznačující se tím, že alespoň jedno z žeber vybíhá směrem ke středové ose nádobky, přičemž se mění jeho hloubka.

• 9 ·· 9 99 9
9. Nádobka podle nároku 8, vyznačující se tím, že hloubka žebra se pozvolna zvětšuje od každého konce žebra ve směru ke středu žebra.
10. Nádobka podle nároku 1, vyznačující se tím, že skořepina je vytvořena z PET.
11. Nádobka podle nároku 1, vyznačující se tím, že skořepina má tloušťku stěny menší než 0,010“ (0,254 mm).
12. Nádobka podle nároku 1, vyznačující se tím, že skořepina má objem asi o,5 litru.
13. Nádobka podle nároku 1, vyznačující se tím, že skořepina je vytvořena vyfukováním.
14. Nádobka podle nároku 1, vyznačující se tím, že převládající oblast středové části je rovna celé středové části.
15. Nádobka zahrnující:

skořepinu mající horní část a spodní část, které jsou propojeny středovou částí, kde alespoň převážná oblast středové části je opatřena množinou konstrukčních žeber, uspořádaných kolem jejího obvodu, přičemž žebra jsou přerušovaná ve směru probíhajícím kolem středové oblasti a jsou upravena pro zesílení středové části proti působení vnitřního a/ nebo vnějšího tlaku
16. Nádobka podle nároku 15, vyznačující se tím, že žebra jsou umístěna v řadách a orientována pod úhlem menším nebo rovnajícímu se 90° vzhledem ke svislé ose.
17. Nádobka podle nároku 16, vyznačující se tím, že žebra jsou orientována pod úhlem 30° vzhledem ke svislé ose.

·· ·0 • · * 0000 • · 0 • 0 • 0 0 0 •0 00
18. Nádobka podle nároku 16, vyznačující se tím, že žebra jsou orientována pod úhlem 45° vzhledem ke svislé ose,
19. Nádobka podle nároku 16, vyznačující se tím, že žebra jsou orientována pod úhlem 60° vzhledem ke svislé ose.
20. Nádobka podle nároku 16, vyznačující se tím, že žebra jsou orientována pod úhlem 90° vzhledem ke svislé ose.
21. Nádobka podle nároku 16, vyznačující se tím, že žebra v jedné z řad nejsou ve vertikálním směru zarovnána s žebry v sousední řadě z uvedené množiny řad.
22. Nádobka podle nároku 21, vyznačující se tím, že žebra v každé z řad jsou ve vertikálním směru zarovnána s žebry v každé střídavé řadě z uvedené množiny řad.
23. Nádobka podle nároku 15, vyznačující se tím, že žebra zahrnují prodloužené pro lisy ve středové části.
24. Nádobka podle nároku 23, vyznačující se tím, že alespoň jedno z žeber vybíhá směrem ke středové ose nádobky, přičemž se mění jeho hloubka.
25. Nádobka podle nároku 24, vyznačující se tím, že hloubka žebra se pozvolna zvětšuje od každého konce žebra ve směru ke středu žebra.
26. Nádobka podle nároku 15, vyznačující se tím, že skořepina je vytvořena z PET.
27. Nádobka podle nároku 15, vyznačující se tím, že skořepina má tloušťku menší než 0,010“ (0,254 mm).
28. Nádobka podle nároku 15, vyznačující se tím, že skořepina má objem asi o,5 litru.

• · • ··· • · · • · · ·· > · • * ·· ·· ·» • · · · • 9 · • · · *· ···· ···· • · * · « 1 • · ·
29. Nádobka podle nároku 15, vyznačující se tím, že skořepina je vytvořena vyfukováním.
30. Nádobka podle nároku 15, vyznačující se tím, že převládající oblast středové části je rovna celé středové části.
31. Nádobka zahrnující:

skořepinu, mající horní část a spodní část, které jsou propojeny středovou částí a prostředky pro zesílení uvedené skořepiny proti vnějšímu a vnitřnímu tlaku.
32. Nádobka podle nároku 31, vyznačující se tím, že dále zahrnuje prostředky pro zesílení skořepiny proti axiálnímu napětí.