NO800119L - Foringsfri plastkapsel for trykkbeholder. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår kapsler eller lukker for beholdere, og spesielt f6ringsfrie plastkapsler som er innrettet til å avtette beholdere med innvendig trykk.

Kapsler for væskeinneholdende beholdere, særlig

slike kapsler som anvendes på flasker som inneholder kullsyreholdige leskedrikker, har vesentlig bestått av metall med innlagt fjærende f6ring for å utvikle en effektiv tetning. Nødvendigheten av å anordne en f6ring inne-bærer økte omkostninger, og der er et behov og et ønske for en enhetlig kapsel, dvs. en kapsel utført i ett stykke, som kan virke som en effektiv tetning etter at den er anbragt på flasken.

Selv om der er et stort behov for en enhetlig plastkapsel knytter det seg imidlertid en rekke problemer til bruken av en slik kapsel. For det første har man problemet med å opprettholde en tetning over en lang tidsperiode under forskjellige paknings-, lagring- og håndteringsfor-hold. Plastmaterialer har en iboende tendens til kaldflyt eller kryping under belastning, slik at deler av kapselen, når denne er fast anbragt på beholderen ved hjelp av gjenger eller på annen måte, utsettes.for belastning på grunn av de krefter som må til for å utvirke en tetning. Dette gjelder særlig når beholderen benyttes for pakning av kullsyreholdige leskedrikker, og innvendig trykk virker utad på kapselen. Et plastmateriales tendens til å krype påvirkes ytterligere av høye temperaturer. Problemet med kryping er at det fører til tap av tetning, og følgelig til muligheten for lekkasje eller spill av innholdet.

For å oppnå en effektiv tetning med en enhetlig kapsel har man anvendt forskjellige midler. US patenter 3 055 526, 3 160 303, 3 232 470 og 3 255 908, for å nevne noen, er basert på at tetningsvirkningen finner sted på beholderåpningens toppflate. Andre, såsom US patenter 3 074 579, 3 142 402, 3 462 035, 3 741 424 og 3 209 934 bygger i det minste delvis på en tetning på en ringformet vegg som strekker seg nedad fra en øvre endevegg på kapselen, og nevnte ringvegg støter mot beholderhalsens innside. Ringveggen i en kapsel av denne type virker som en plugg,

og tetningsvirkningen avhenger av en negativ klaring eller

presspasning mellom pluggen og beholderhalsens innside.

Et problem som virker inn på effektiviteten av begge ovennevnte kapseltyper skriver seg fra beholderens frem-stillingstoleranser. Fremstillingstoleransene er vide, beholderhalsens innvendige diameter kan variere i en slik grad at pasningen mellom pluggen og beholderåpningen kan bli for trang eller den kan bli for løs slik at effektiv tetning ikke kan oppnås. Likeledes kan beholderhalsens toppflate og innside være ru eller ujevn og derved virke ugunstig inn på tetningen.

Et annet iboende problem knyttet til bruken av kapsler for trykkbeholdere, og særlig slike beholdere som anvender pluggtetninger, angår "avblåsing". En skrukapsel må avskrues til det punkt hvor trykket avlastes sam-tidig som tilstrekkelig antall gjenger må stå i inngrep for å hindre at kapselen blåser av flasken. Der er ingen kontroll over den metode som anvendes for å avskru kapselen ved at brukeren utfører slik avskruing. Metoden va-rierer fra gjentatte dreiebevegeIser i området fra enkelt-vis omdreining på 90° til 360° omdreining i en dreiebeve-gelse. Hvilken som helst kombinasjon av disse er mulig. Trykkavlastning bør derfor foregå så nær momentant som mulig, for å eliminere problemene forbundet med forskjellige åpningsteknikker. US patent 4 007 851 angir en løsning på "utblåsings" problemet når det gjelder påvalsede metall-kapsler. US patent 2 990 079 viser en enhetlig skrukapsel av plast som anvender gassavluftingsmidler, og US patent 3 944 104 viser en skrukork for vinflaske omfattende en enhetlig skrukapsel og plugg med et gassavluftingsorgan.

Det er følgelig behov for en foringsfri plastkapsel som kan samvirke med flasker fremstilt av' forskjellige produsenter, som vil gi en pålitelig tetning på glass-eller piastbeholdere for trykkvæsker, og som vil minimali-sere faren for utilsiktet "avblåsing" under fjerning av kapselen fra dens beholder.

Selv om hovedmengden av det forsøks- og utviklings-arbeid som er gjort i forbindelse med foreliggende oppfinnelse var rettet mot bruken av kapselen på en plastbehol-der, antas det at kapselen også er egnet for glassbeholdere.

I den foretrukne utføringsform tilveiebringer oppfinnelsen en f&ringsfri plastkapsel for gjengeinngrep på en beholder, hvilken kapsel danner en pluggtetning med en ' tallerkenfjær som utgjør en enhetlig del av kapselen og er innrettet til å gi øket tetningstrykk mot beholderhalsens innvendige overflate som reaksjon på innvendig trykk i beholderen, slik det skal forklares nærmere i det føl-gende. Ettersom en kapsel ifølge denne oppfinnelse ikke utelukkende avhenger av en negativ klaring eller presspasning med beholderhalsens innside for å danne en tetning, blir dimensjonsmessige variasjoner og uregelmessig-heter i overflatebeskaffenhet ved flasken oppveiet av kapselens særegne pluggtetning.

En kapsel ifølge oppfinnelsen kan videre innbefatte en sliss eller slisser gjennom gjengene på kapselskjørtets innside når avlufting av gasser fra beholderen under fjerning av kapselen fra en beholder. På denne måte hindres farlig avblåsing av kapselen.(

En kapsel ifølge oppfinnelsen kan også innbefatte midler for å hindre at noen utilsiktet forsyner seg av innholdet.

Et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en for-bedret foringsfri plastkapsel som er istand til å avtette trykkbeholdere såsom beholdere med kullsyreholdige leskedrikker. Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en kapsel som har en pluggtetning og innbefatter midler for å hindre avblåsing av kapselen under fjerning fra en beholder. Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å•tilveiebringe en f6ringsfri plastkapsel som ikke ugunstig påvirkes av kryping eller kaldflyt av plast under lagring av en beholder. Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en enhetlig plastkapsel som kan samvirke med flasker fremstilt av forskjellige produsenter uten at det er nødvendig å fremstille separate kapselformer for hver forskjellig flaske.

Ovennevnte samt andre formål og fordeler.ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse og figurer, og det vil være klart for en fagmann på området at denne oppfinnelse vil virke som en effektiv kapsel på en beholder

uten innvendig trykk såvel som på en trykkbeholder.

En foretrukket utførings form av oppfinnelsen er valgt

for illustrasjon og beskrivelse som følger:

Figur 1 er et grunnriss av en kapsel ifølge oppfinnelsen. Figur 2 er et tverrsnitt gjennom kapselen på figur 1

i en ikke-tettende stilling.

Figur 3 er et halvt tverrsnitt gjennom kapselen på figur 1 i en tettende stilling på en plastflaske med inn^-vendig trykk. Figur 4 er et halvt tverrsnitt gjennom kapselen på figur 1 idet den avskrues fra en plastflaske med innvendig trykk.

Dersom en kapsel ifølge oppfinnelsen fremstilles med påfestet forseglingsmiddel for hindring av utilsiktet åpning, er Hd polyetylen det foretrukne materiale. For ut-føringsformer som ikke krever slike midler er det foretrukne plastmateriale for kapselen polypropylen. Selv om både polyetylen og polypropylen er foretrukne. . materialer i ovennevnte utføringsformer kan denne kapselen fremstilles av andre plastmaterialer.

En kapsel 10 ifølge oppfinnelsen, som vist på figur 1 og 2, omfatter en i ett stykke utformet hette og.plugg.

En skjørtiformet vegg 12 med gjenger 14 på innsiden, rifler 16 på utsiden og et forseglingsmiddel 17 for hindring av utilsiktet åpning festet nederst på yttersiden, og med skjørtveggen 12 nedadløpende fra en ringformet endevegg 18, utgjør kapselens hetteparti. Deler av skjørtveggen 12 avgrenser en gassavluftingssliss 20 som nærmere forklart nedenfor. Gjengen 14 på en 28 mm kapsel som vist strekker seg typisk sammenhengende over 504° omkretsmessig lengde med en innbyrdes avstand i vertikalretningen på åtte gjenger pr. tomme (25,4 mm). En kapsel ifølge denne oppfinnelse er selvsagt ikke begrenset til noen spesiell gjenge-lengde eller -avstand. Kapselens 10 pluggparti omfatter en første sylindrisk vegg 22 som strekker seg nedad fra den ringformede endevegg 18, en annen sylindrisk vegg 24 som rager nedad, og fortrinnsvis utad fra en sirkulær endevegg 26 med en fra innsiden nedadragende, halvkuleformet

kuppel 28, og en ringformet vegg 30 ca. 1,524 mm bred,

som strekker seg nedad og innad fra den første sylindervegg 22 til den annen sylindervegg 24. Ringveggens 30 ytre omkretsflate 31 er avskrådd med en vertikal vinkel på ca. 20° for å danne en passende styring i halsen til en flaske. Deler av den første sylindervegg 22 og ringveggen 30 danner en utadragende tetningskile 32. Ringveggen 30 virker som en fjærskive slik det skal forklares nærmere i det følgende. Kombinasjonen av den første sylindervegg 22, ringveggen 30 og den annen sylindervegg 24 avgrenser en ringformet spalte 34.

For å oppnå formålet med denne oppfinnelse er en rekke dimensjoner og målinger av deler av denne utføringsform av betydning slik det nå skal forklares. På figur 3 er vist halvdelen av kapselen 10 i avtettet stilling på en seksjon av halsen 36 til en flaske med innvendig trykk. Gjengene på flasken 38 samvirker med gjengene 14 på kapselen 10, og den ringformede tetningsvegg 32 presses te tit mot flaskehalsens 36 innside som følge av kombinasjonen av presspasningen mellom flaskehalsen 36 og kapselen 1.0

og det innvendige trykk som virker utad på kapselens 10 innerflater. Etter at kapselen er påskrudd til lukket stilling, som vist, ansettes et heteorgan mot forseglings-midlet 17 slik at dette derformeres og trykkes fast mot utsiden av flaskehalsen 36. Den utvendige diameter på den ringformede tetningskile 32 i en typisk 28 mm flaskekapsel ifølge denne oppfinnelse er 22,35 mm. Den typiske innvendige halsdiameter på en plastflaske som skal samvirke med denne kapsel er 21,82 mm. Det fremgår at virkningen av påskruing av kapselen, som beskrevet på flasken som beskre-. vet, er å danne en negativ klaring eller presspasning mellom den ringformede tetningskile 32 og flaskehalsen 36.

Nær forbindelsen mellom den ringformede, toppvegg 18 og

den første sylindervegg 22 er veggtykkelsen til den første sylindervegg 22 på det tynneste, og for en typisk 28 mm kapsel som vist vil denne tykkelsen være ca. 0,762 mm,

mens veggtykkelsen til den annen sylindervegg 24 typisk er 0,893 mm. I en ikke-tettende stilling, som vist i figur 2, vil ringveggen 30 på en typisk 28 mm kapsel ifølge

oppfinnelsen være anordnet med en vinkel på ca. 20° til et horisontalplan, og den annen sylindervegg 24 vil strekke seg utad og nedad fra dens sammenføyning med den midtre endevegg 28 med en vinkel.på ca. 5° med en vertikalakse. Som vist på figur 3 vil kreftene som følge av presspasningen og en hengselvirkning ved den tynne seksjon 42 på den første sylindervegg 22, bevirke en in-nadbevegelse av ringtetningskilen 32, hvilket minsker kilepartiets diameter og danner en effektiv tetning mellom kilen 32 og flaskehalsens 36 innside.

Etterhvert som det innvendige trykk fra kullsyreinn-holdet begynner å øke virker ringveggen. 30 som en fjærskive under dette innvendige trykk, slik det nå skal forklares.

En fjærskive, ofte kalt en tallerkenfjær, har en av-kortet konisk form og er en velkjent innretning som van-ligvis brukes i forbindelse med en mutter og bolt som et middel for å opprettholde mekanisk trykk på en sammensatt enhet. Normalt vil en bolt være innført gjennom fjærskiven med fjærskivens konvekse side inntil bolthodet, og med fjærskivens konkave side hvilende mot enheten som er bygget opp med bolten og fjærskiven. På boltens gjenge-ende kan en annen fjærskive være innført med sin konkave side vendt mot enheten, og dens konvekse side mot en mutter. Når mutteren trekkes til. på bolten vil de respektive flater på bolten og mutteren som. hviler mot fjærskivenes • ytre omkrets søke å utflate skivene slik at skivenes ytre diameter øker og virker med et fjærtrykk mellom enheten og henholdsvis mutteren og bolthodet.

For at en ringformet vegg 30 i en kapsel ifølge denne oppfinnelse skal virke som en fjærskive, må ringveggen 30 være anordnet i en optimal vinkel med et horisontalplan, for en gitt tykkelse av ringveggen 30. For å tilfredsstille de konstruksjonsmessige krav til en 28 mm kapsel ifølge oppfinnelsen for bruk på en trykkflaske, basert på de fy-siske egenskaper til de foretrukne materialer, ble den foretrukne tykkelse av ringveggen 30 fastlagt til 1,524 mm, og for denne spesielle tykkelse er den optimale vinkel for ringveggen 30 i forhold til et horisontalplan omtrent 20°.

For andre tykkelser av ringveggen 30 som kan være ønske-

lig for å tilfredsstille andre konstruksjonsmessige krav,

i vil den optimale vinkel for ringveggen 30 i forhold til et horisontalplan ligge innenfor området 10° til 30°.

På figur 2 er med stiplete linjer antydet forbindelsen, mellom ringveggens 30 toppflate 33 og bunnkantene til den første og annen sylindervegg 22 og 24, og det fremgår at den ytre omkrets av veggens 30 toppflate faller sammen med det ytterste punkt på tetningskilen 32. Ved forsøk ble det fastlagt at beliggenheten til tetningskilens 32 ytterste punkt- falt sammen med den ytre omkrets av ringveggens 30 toppflate 33 for å oppnå den mest effektive tetning under innvendig trykk.

På figur 3 er vist hvorledes det innvendige trykk fra den kullsyreholdige leskedrikk virker mot innsiden av den sirkulære endevegg 26, slik at denne endeveggen blir noe konveks hvilket gir et synlig bevis på en effektiv tetning. Nevnte innvendige trykk forårsaker også en kraft som over-føres gjennom den annen sylindervegg 24 til ringveggens 30 indre omkrets ved forbindelsen mellom den annen sylindervegg 24 og ringveggen 30. Ringveggen 30 reagerer på nevnte kraft på samme måte som førnevnte fjærskive. Vinkelen mel-'lom horisontalplanet og ringveggen 30 avtar, og den ringformede tetningskile 32 trykkes fastere mot flaskehalsens 36 innvendige overflate.

Påstanden om øket sammentrykning av den ringformede tetningskile 32 når beholderen er under trykk understøttes av data fra en rekke simulerte trykkforsøk på kapsler ifølge denne oppfinnelse. Forsøkene ble utført ved å be-laste ring-endeveggen 18 i vertikal retning, under anset-ting av vertikale krefter av forskjellig størrelse til den sirkulære endeveggs 26 innside og måle utsidediamet.eren av . den ubelastede ring-tetningskile når kapselen ble utsatt for de forskjellige belastninger. Resultatet av disse prø-ver er vist i tabell. 1.

Det fremgår av disse data at når kraften på den sirkulære endevegg 26 øker, øker også yttérdiameteren til tetningskilen 32, og denne bevegelse ville blitt omdannet til en øket trykkraft dersom tetningskilen ble hindret fra bevegelse når den er i bruk i halsen til en trykkflaske. Videre fremgår det at selv om kryping eller kaldflyt skulle opptre i plastmaterialet kapselen er laget av, vil ringveggen 30, når den virker under trykk på samme måte som en fjærskive gjennom sin forbindelse med den i første sylindervegg 22 fortsatt holde tetningskilen 32 fast inntrykket mot innsiden av flaskehalsen 36.

Når flasken og kapselen utsettes for innvendig trykk, påvirkes alle de frilagte flater, og en kapsel ifølge denne oppfinnelse får ytterligere tetningsevne fra trykket som virker på flatene bortsett fra dens sirkulære endevegg 26. Kombinasjonen av det stort sett horisontale trykk på den annen sylinderveggs 24 innside og det stort sett oppad-rettede trykk på ringveggens 30 innside bidrar til å

holde den ringformede tetningskile 32 trykket mot innsiden av flaskehalsen 36. Kombinasjonen av tetningskreftene som følge av den tidligere beskrevne negative klaring eller présspasning, og det innvendige trykk som virker på kapselens frilagte flater, virker til å utflate tetningskilens spiss ved trykk mot flaskehalsens 36 innside, og således øke tetningsarealet. Under et indre trykk som er typisk for kullsyreholdige leskedrikker, ble kontaktarealet mellom kapselen og flasken målt til å være et sirkulært bånd med en bredde på ca. 0,254 mm.

På figur 4 er vist halve tverrsnittet av kapselen 10 akkurat idet et parti av den ringformete tetningskile 32 er gått klar av flaskehalsens 36 toppflate 54. Forseglin- gen 17 er brutt løs fra kapselen 10 og sitter igjen rundt flaskehalsen 36 under et ringformet vulstparti 37. Kapselens 10 gjenger 14 står fremdeles delvis i inngrep med flaskehalsens 36 gjenger 38, men en liten spalte har opp-stått mellom tetningskilen 32 og flaskehalsens 36 toppflate 54. Trykkgassen fra flaskens innside slipper ut gjennom førnevnte spalte som antydet ved pilen "a" inn i det tomme rom mellom den første sylindervegg 22. og skjørtveggen 12, og deretter gjennom slissen 20 i skjørt-veggen 12 som antydet ved pilen "b". Slissen 20 er fortrinnsvis 3,810 mm bred og strekker seg nedover fra den ringformede toppvegg 18 til bunnen av skjørtveggen 12. Slissens foretrukne dybde i en 28 mm kapsel ifølge denne oppfinnelsen er 0,381 mm utenfor roten til gjengene i skjørtveggen 12. Slisser som er skåret dypere enn gjenge-roten sikrer at frigjort gass unnslipper til atmosfæren. Flere enn én avluftingssliss kan brukes i en kapsel ifølge denne oppfinnelse, men det er ønskelig at i det minste én slik sliss er utformet ved det punkt hvor gassen først frigjøres fra flaskens indre og inn i det tomme rom mellom skjørtveggen 12 og den første sirkulære vegg 20. I denne foretrukne utføringsform er dette punkt 245° fra begynnelsen av gjengen 14 (fig. 3) i skjørtveggen 12.

Når kapselen skrues av vil det innvendige trykk søke å bende kapselen i retning oppover ved det punkt hvor kap-selgjengen 14 og' flaskegjengen 38 først skiller lag. Ved å plassere gassavluftingsslissen 20 ved det tidligere beskrevne punkt, har gassen den kortest mulige strømnings-avstand for frigjøring til atmosfæren og dette gir størst mulig sikring mot avblåsing av kapselen.

Claims (8)

1.. Foringsfri plastkapsel innrettet til å avtette en beholder, omfattende et kapselskjørt (12) med kapselfastholdende organer (14) på sin innvendige overflate, en ringformet toppvegg (18) som strekker seg innad fra toppen av kapselskjørtet, karakterisert ved en første sylindervegg (22) som strekker seg nedad fra den ringformede topp-veggs (18) innerkant, en annen ringformet vegg (30) som strekker seg innad og nedad fra den første sylin- ■ derveggs bunnkant, en utadragende tetningskile (32) som dannes av et bunnparti av den første sylindervegg og et øvre parti av den annen ringformede vegg, en. an^-nen sylindervegg (24) som strekker seg oppad fra et bunnparti på den annen ringformede vegg, og en midtre sirkulær endevegg (26) som avstenger øvre ende av den annen sylindervegg.

2. Kapsel ifølge krav 1, karakterisert ved at den annen ringformede vegg (30) danner en vinkel fra 10° til 30° med et horisontalplan.

3. Kapsel ifølge krav 2, karakterisert ved at den annen ringformede vegg (30) danner en vinkel på ca. 20° med et horisontalplan.

4. Kapsel ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den annen ringformede vegg (30) har en bredde på ca. 1,524 mm.

5. Kapsel ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at forseglingsorganer (17) er festet til kapselskjørtets bunnkant.

6. Kapsel ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at kapselfastholdingsorganene er en skruegjenge (14) og partier av kapsel-skjørtet (12) og skruegjengen avgrenser minst én aksielt forløpende avluftingssliss (20) på tvers av skruegjengene ved et punkt ca. 245° langs gjengen fra det punkt hvor gjengen begynner.

7. Flaske og kapsel-kombinasjon omfattende en flaske med et hult, sylindrisk munningsparti som innbefatter kapselfastholdende organer (38) og med en foringsløs plastkapsel ifølge et av kravene 1 til 6 tettende på-' satt beholdermunningen, karakterisert ved at kapselfastholdingsorganene (14) på kapselskjør-tets(12)innvendige overflate står i inngrep med fasthol-dingsorganene (38) på flaskens sylindriske munningsparti, idet kapselens tetningskile (32) ligger tett og fjærende an mot beholdermunningens innvendige overflate på grunn av radiell ekspansjon av tetningskilen frem-bragt av trykk i beholderen mot kapselens sirkulære endevegg (26), annen sylindervegg (24) og annen ringformede vegg (30).

8. Flaske og kapsel-kombinasjon ifølge krav 7, karakterisert ved at kapselfastholdingsorganene (14, 38) på beholderen og kapselen er slik anordnet og dimensjonert i forhold til kapselveggene (22, 24, 30), at tetningskilen (32) under fjerning av kapselen fra beholderen opphever sin tetning mot beholdermunningen før kapselfastholdingsorganene (14) på kapsel-skjørtet (12) fullstendig slipper kapselfastholdingsorganene (38) på beholderen, for derved å hindre avblåsing av kapselen under slik fjerning.