МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КОРПУС ДЛЯ УПАКОВОЧНЫХ ЦЕЛЕЙ, НАПРИМЕР КОНСЕРВНАЯ БАНКА Российский патент 2003 года по МПК B65D1/12 B65D1/18 B65D6/02 B65D8/08 

Изобретение касается металлического корпуса для упаковочных целей, содержащего закрытую металлическую оболочку, продолжающуюся вокруг продольной оси и пригодную для обеспечения ее крышкой на стороне, называемой здесь верхом, продолжающейся по существу перпендикулярно продольной оси, при этом оболочка содержит по существу плоские части.

Такой корпус известен, например, как компонент упаковочного контейнера, например, консервной банки, см. патент США 3563408.

В патенте США 3563408 раскрыт контейнер с центральной призматической корпусной частью, которая на каждом конце связана с круглым отверстием.

Кроме корпуса трехкомпонентный упаковочный контейнер содержит основание и крышку. В случае с двухкомпонентным контейнером, корпус и основание являются одной деталью.

Также известен традиционный упаковочный контейнер, имеющий круглую цилиндрическую форму, возможно снабженный выступами, продолжающимися по существу параллельно поверхности крышки, или "раздутый" в немного выпуклую форму.

Также известен упаковочный контейнер по существу круглой цилиндрической формы, имеющий пальцеобразные участки, вогнутые внутрь и продолжающиеся по высоте стенки. Задача изобретения состоит в создании легкого упаковочного контейнера, который, также отходя от традиционного круглого цилиндрического внешнего вида, имеет улучшенную жесткость и обеспечивает преимущества, подробнее описанные ниже.

Для этого корпус по изобретению имеет признаки п.1. В этом контексте должна сохраняться по существу плоская часть оболочки при наличии части оболочки, которая является слегка выпуклой или слегка вогнутой, или которая содержит один или более выступ, выдающийся внутрь и/или наружу.

Здесь предпочтительно, чтобы R было равно или больше 15 мм, а r было равно или меньше 5 мм.

В частном варианте выполнения плоские части оболочки продолжаются по существу параллельно прямым участкам линии контура.

Корпус, например, имеет 2n по существу плоских частей оболочки и предпочтительно 2n острых сгибов. Корпус при этом имеет вид, показанный на фиг. 1.

В настоящее время можно использовать способ тепловой обработки, например, для стерилизации заполненной банки, содержащей корпус по изобретению, при котором давление окружающей среды р_оср будет воздействовать на банку, а давление банки р_б будет преобладать внутри банки, при этом Δр=р_б-р_оср, a p₁<Δр<р₂, характеризующийся тем, что р₁<<<р_1ссыл... (ссылочное), а р₂≤р_2ссыл..., где р_1ссыл... и р_2ссыл представляют соответственно минимальное и максимальное Δр для традиционной ссылочной банки.

Было обнаружено, что когда банка в заполненном состоянии с корпусом по изобретению термообрабатывается в автоклаве, с ней можно обращаться гораздо менее осторожно в смысле давления. Наружное давление на банку может устанавливаться гораздо более высоким и его можно не уменьшать вплоть до охлаждения.

Изобретение также включает газонепроницаемую банку, заполненную негазированным напитком или пищей, такой как овощи, фрукты, корм для животных, рыба, мясо или суп, содержащую металлический корпус по изобретению, предпочтительно банку из упаковочной стали, при этом толщина упаковочной стали, из которой изготовлен корпус, составляет менее 0,16 мм. Можно даже использовать стерилизуемые банки по изобретению, изготовленные с толщиной менее 0,15, 0,14, 0,13 мм или даже менее 0,12 мм.

Изобретение теперь будет показано со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг.1 - вид высокой квадратной банки по изобретению;
фиг.2 - вид короткой квадратной банки по изобретению;
фиг. 3 - поперечное сечение банки по изобретению в верху и на небольшом расстоянии от верха;
фиг. 4 - диаграмма деформации (заполненной) банки по изобретению вследствие наружного давления на разных стадиях заполнения;
фиг. 5 - кривые гибкости различных форм банок, включая банки по изобретению;
фиг. 6 - график зависимости между давлением автоклава и Δр, как определено;
фиг.7 - график зависимости между максимальным давлением автоклава, которое могут переносить различные формы заполненных банок, и разными степенями заполнения банок.

Фиг. 1 показывает банку по изобретению с объемом и высотой, соответствующими круглой цилиндрической консервной банке диаметром 73 мм и высотой 110 мм.

Банка также может быть по-разному выполнена, например более короткой, чем показано на фиг.2.

На фиг.3 R обозначает кривизну изогнутых участков линии контура и верха оболочки банки по изобретению, а r - радиус кривизны, которую оболочка имеет на сгибе.

Банка по изобретению, например такая как на фиг.1, 2 и 3, обладает тем преимуществом, что при том же объеме она занимает меньше места, чем традиционная круглая цилиндрическая банка, что особенно важно на полках магазина или при оптовой продаже.

Банка по изобретению имеет, например, ширину/глубину около 66 мм и высоту 110 мм, тогда как при такой же высоте традиционная банка имеет диаметр около 73 мм. Следовательно, при одинаковом заполненном объеме банка по изобретению займет на 20% меньше места при расположении в ряд, чем известная круглая цилиндрическая банка.

Кроме того, банка по изобретению имеет меньший вес упаковочного материала, чем традиционная банка. При упомянутых размерах традиционная банка весит около 50 грамм, тогда как банка по изобретению весит около или даже меньше 40 грамм.

Поскольку при разнице давлений Δр между давлением в банке р_б и давлением окружающей среды р_оср (заполненная) банка по изобретению может деформироваться больше, чем традиционная банка, то содержимое в состоянии поддерживать форму банки даже при высоком наружном давлении (отрицательное Δр) без смятия банки, что на практике предлагает значительные преимущества, как описано ниже. Также в случае высокого внутреннего давления гибкость банки по изобретению компенсирует разницу давлений. Это имеет эффект, удовлетворяющий традиционному процессу стерилизации.

В процессе стерилизации давление в банке изменяется в результате изменения температуры. Это изменение давления в банке должно компенсироваться изменением давления вокруг банки, чтобы предотвратить разрыв банки или ее смятие внутрь. В общем в процессе стерилизации давление окружающей среды (давление автоклава) постоянно контролируют.

Если температура и давление в банке не способны следовать за снижением температуры и давления в окружающей среде достаточно быстро, то банка может перманентно деформироваться наружу или вздуться. Наиболее обычной такой деформацией является вспучивание крышки.

Смятие банки внутрь происходит, когда температура и давление в банке уже снизились, когда давление в автоклаве все еще велико. В таких случаях известная круглая, обычно ребристая, консервная банка может смяться внутрь с 3, 4, 5 или более сторон.

В процессе охлаждения риск деформации наружу банки (разрыв) переходит в риск деформации внутрь (смятие). Это значит, что при охлаждении давление вокруг известной банки должно снижаться постепенно.

На практике управление давлением окружающей среды оказалось затруднительным.

Дело в том, что в зависимости от местных условий, положения и ориентации существуют различные давления внутри банок из-за разной интенсивности нагревания/охлаждения банок. В настоящее время смятие преодолевают посредством предъявления высоких требований к механической прочности банки. Например, известная консервная банка с размерами ⊘ 73•110 мм должна быть способна противостоять разнице давлений Δр от р_1ссыл..= -1,2 бар до p₂=1,75 бар без постепенного деформирования. Рабочий диапазон для Δр простирается от p_1ссыл.. до р_2ссыл.... Когда Δp<p_1ссыл..., известная банка может смяться внутрь, а если Δр>р_1ссыл..., то банку разорвет.

В случае банки по изобретению соотношение между разницей давлений в банке и расширением объема является гораздо более гибким, чем в случае с упомянутой традиционной банкой. Это имеет множество преимуществ.

Во-первых, поскольку банку заполняют, оставляя определенное максимальное количество свободного пространства, то нет риска смятия банки внутрь. В случае с традиционной банкой существует риск смятия стенок банки внутрь, если Δр>р₁.

Для предотвращения этого стенка известной банки имеет жесткость на изгиб, увеличенную посредством выступов, расположенных по ее окружности, при этом используют материал достаточной толщины, например, более 0,16 мм для консервной банки ⊘73•110 мм. У гибкой банки ее потенциал расширения является таким, что избыточное давление снаружи может принимать на себя содержимое банки небоковой стенкой банки. Банка по изобретению может выдержать очень высокое наружное давление. Для банки по изобретению больше нет необходимости предъявлять требования к прочности (толщина, выступы) стенки банки для предотвращения смятия стенки банки внутрь. Следовательно, рабочий диапазон этой банки значительно больше. На практике это означает, что управлять давлением автоклава будет гораздо легче. Пока давление в автоклаве выше давления в банке, ничего не может случиться.

На фиг. 4 представлены результаты нескольких экспериментов, при этом банки по изобретению заливали доверху водой с температурой 80^oС на чашечных весах, и чтобы создать некоторое свободное пространство, удаляли соответственно 2,5, 5 и 10% воды таким образом. Банки заполняли на 90, 95 и 97,5%, затем закрывали и после охлаждения до комнатной температуры в камере под давлением тестировали на деформируемость.

Диаграмма на фиг.4 представляет по вертикали деформацию боковой стенки банки, а по горизонтали - наружное давление, в барах, а сзади - степень заполнения, выраженную в процентах. При тестировании воздействие избыточного давления, увеличивающегося ступенчато по 0,5 бар (0,5...3 бар), чередовали с атмосферным давлением (0 бар). Хорошо видно, что при высокой степени заполнения - более 95% перманентная деформация резко уменьшается по сравнению с меньшей степенью заполнения.

Поэтому у банки по изобретению значительная часть наружной нагрузки принимается содержимым так, что к самой банке можно предъявлять меньше требований.

Поскольку банка имеет больший потенциал расширения, свободное пространство в банке может быть уменьшено. Это значит, что банка по изобретению может содержать больше продукта и что риск его порчи в результате включения кислорода уменьшен.

В-третьих, больше нет необходимости выполнять в стенке банки горизонтальные выступы, увеличивающие ее аксиальную прочность. Аксиальная прочность необходима для предотвращения повреждения банки при обработке, например при фланцевании и закрывании, а также при транспортировке. Преимуществом банки по изобретению также является то, что обозначение продукта, например нанесение ярлыка или печати, облегчается и обеспечивает более привлекательный внешний вид. Наконец для стенки банки теперь можно использовать даже более тонкий материал.

На фиг. 5, 6 и 7 различные свойства разных форм банок представлены на графике. Штрих-пунктирными линиями, кроме того, обозначенными позицией 1, показаны свойства традиционных банок с диаметром около ⊘ 73 мм и высотой 110 мм. Сплошные линии, обозначенные позицией 2, относятся к банкам такой же высоты, но с квадратным поперечным сечением с шириной и глубиной около 66 мм и с закругленными углами, с радиусом кривизны R, как показано на фиг.3. Пунктирные линии, обозначенные позицией 3, относятся к банкам такой же высоты, но с квадратным поперечным сечением, с шириной и глубиной около 66 мм и с уплощенными углами, как показано на нижней части фиг.3.

Фиг. 5 демонстрирует гибкость этих банок. По горизонтальной оси показано изменение давления в барах, воздействующего на банки, а вдоль вертикальной оси соответственное изменение объема в %. Все банки были закрыты, но пусты. Очевидно, что банка с уплощенными углами (3) сочетает в себе высокую гибкость с повышенной устойчивостью к разрыву.

Фиг. 6 демонстрирует повреждение банок при различных давлениях в автоклаве, обозначенных по горизонтали в абсолютном давлении в автоклаве в барах. Все банки были заполнены содержимым с оставлением 5% свободного пространства. По вертикали указана разница давлений Δр (-р_б+ р_оср)на корпусе банки. Горизонтальные линии с позициями 1а, 2а и 3а показывают прочность круглой цилиндрической банки, квадратной банки с закругленными углами и квадратной банки с уплощенными углами самих по себе. Известная банка 1 ⊘ 73•110 мм показывает почти линейное отношение Δр к абсолютному давлению автоклава. В точке пересечения х линий 1 и 1а банка будет разрушаться и разорвется. Также при пересечениях линий 2 и 2а, соответственно линий 3 и 3а, квадратные банки с закругленными углами и квадратные банки с уплощенными углами будут разрушаться и разорвутся. В случае круглой цилиндрической банки давление в автоклаве полностью ответственно за высокую разницу между давлением внутри банки и давлением автоклава. Разницу давлений Δр в этом случае полностью принимают на себя стенки банки. Напротив, для заполненных некруглых банок это отношение является далеко не линейным. В результате изменения объема в банке давление в автоклаве частично принимает на себя жесткость корпуса банки, и частично - увеличение давления в свободном пространстве. Можно сделать вывод, что упомянутая банка с уплощенными углами выдерживает более высокое автоклавное давление, чем существующие круглая и некруглая банки. Это позволяет использовать более тонкий материал для корпуса банки.

На фиг. 7 по вертикали представлено наибольшее давление автоклава в барах, которое может выдержать заполненная банка, с различными свободными пространствами, указанными в процентах (%). Представляется, что для практических свободных пространств между 2 и 15% банка с уплощенными углами выдерживает очень высокие автоклавные давления. Можно заключить, что разрыв упомянутой банки с уплощенными углами очень маловероятен (линия 3).

Изобретение относится к упаковке различных продуктов. Металлический корпус содержит закрытую металлическую оболочку, продолжающуюся вокруг продольной оси и пригодную для обеспечения ее на стороне, называемой здесь верхом, крышкой. Поперечное сечение через оболочку вверху и возле верха имеет контур, содержащий 3≤n≤6 изогнутых внутрь участков с минимальным радиусом кривизны R и n по существу прямых участков контура. Оболочка содержит, по меньшей мере, n по существу плоских частей корпуса, отделенных одна от другой острым сгибом, продолжающимся по существу параллельно продольной оси, причем сгиб имеет максимальный радиус кривизны r, который меньше или равен 0,4 R. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Металлический корпус для упаковочных целей, содержащий закрытую металлическую оболочку, продолжающуюся вокруг продольной оси, пригодную для обеспечения ее, на стороне, называемой здесь верхом, крышкой, продолжающейся по существу перпендикулярно продольной оси, отличающийся тем, что сечение через оболочку вверху и возле верха имеет контур, содержащий с чередованием n участков линии контура, которые вогнуты внутрь с минимальным радиусом кривизны R, и n по существу прямых участков линии контура, при этом оболочка содержит по меньшей мере 2n плоских частей корпуса, отделенных одна от другой посредством острого сгиба, продолжающегося по существу параллельно продольной оси, причем сгиб имеет максимальный радиус кривизны r меньший или равный 0,4 R, а n составляет от 3 до 6 включительно. 2. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что R равен или больше 15 мм. 3. Корпус по п. 1 или 2, отличающийся тем, что r равен или меньше 5 мм. 4. Корпус по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что плоские части оболочки продолжаются по существу параллельно прямым участкам линии контура. 5. Газонепроницаемая банка, заполненная негазированным напитком или пищей, такой, как овощи, фрукты, корм для домашних животных, рыба, мясо или суп, содержащая металлический корпус по любому из пп. 1-4. 6. Банка по п. 5, отличающаяся тем, что ее корпус выполнен из упаковочной стали толщиной менее 0,16 мм.