PL194011B1 - Korpus metalowy stanowiący opakowanie i jego zastosowanie - Google Patents

Abstract

1. Korpus metalowy stanowiacy opakowa- nie, zawierajacy zamkniety metalowy szkielet uksztaltowany dookola osi wzdluznej, na które- go wierzcholkowej krawedzi jest korzystnie umieszczone wieko, ulozone prostopadle do osi wzdluznej, przy czym szkielet zawiera n pla- skich czesci, znamienny tym, ze 3 = n = 6, zas przekrój poprzeczny szkieletu (100) na wierz- cholku i w poblizu wierzcholka posiada obrys zawierajacy n kolejnych fragmentów (120) linii obrysu, które sa zakrzywione w sposób wklesly do wewnatrz, przy minimalnym promieniu krzy- wizny wynoszacym R, oraz n zasadniczo pro- stych fragmentów (122) linii obrysu, a ponadto szkielet (100) zawiera co najmniej 2n plaskich fragmentów (110, 112), które sa oddzielone od siebie ostrymi zagieciami (130) przebiegajacy- mi równolegle do osi wzdluznej (102), przy czym zagiecie (130) posiada maksymalny pro- mien krzywizny r = 0,4 R. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest korpus metalowy stanowiący opakowanie i jego zastosowanie.

Tego typu korpus jest stosowany zwłaszcza w postaci puszki na żywność, korzystnie warzywa, owoce, żywność dla zwierząt, ryby, mięso, zupę, jak również może być napełniany napojami nie gazowanymi.

Z opisu patentowego USA 3,563,408 znana jest puszka na żywność z centralną, graniastą częścią korpusową, która jest na każdym końcu połączona z kołowym otworem. Oprócz korpusu, trzyczęściowy pojemnik zawiera podstawę i wieko. W innej odmianie to znaczy w dwuczęściowym pojemniku korpus i podstawa są jedną częścią.

Znana, tradycyjna puszka ma kształt cylindryczny, korzystnie wyposażony w zgrubienia usytuowane zasadniczo równolegle do powierzchni czołowej wieka, albo ma ona nieco wybrzuszony kształt („nadmuchany”).

Znany jest także pojemnik o cylindrycznym korpusie, który posiada płytki o kształcie palcowym, zakrzywione w sposób wypukły do wewnątrz i rozciągające się na wysokości ścianki.

Korpus metalowy stanowiący opakowanie, według wynalazku, zawierający zamknięty metalowy szkielet ukształtowany dookoła osi wzdłużnej, na którego wierzchołkowej krawędzi jest korzystnie umieszczone wieko, ułożone prostopadle do osi wzdłużnej, przy czym szkielet zawiera n płaskich części, charakteryzuje się tym, że 3 < n <6, zaś przekrój poprzeczny szkieletu na wierzchołku i w pobliżu wierzchołka posiada obrys zawierający n kolejnych fragmentów linii obrysu, które są zakrzywione w sposób wklęsły do wewnątrz, przy minimalnym promieniu krzywizny wynoszącym R, oraz n zasadniczo prostych fragmentów linii obrysu, a ponadto szkielet zawiera co najmniej 2n płaskich fragmentów, które są oddzielone od siebie ostrymi zagięciami przebiegającymi równolegle do osi wzdłużnej, przy czym zagięcie posiada maksymalny promień krzywizny r < 0,4 R.

Korzystnym jest gdy promień krzywizny R > 15 mm, a ponadto gdy promień krzywizny zagięcia jest r <5mm.

Płaskie fragmenty szkieletu są korzystnie usytuowane równolegle do prostych fragmentów linii obrysu.

Szkielet jest ze stali opakowaniowej o grubości mniejszej niż 0,16mm.

Korpus według wynalazku charakteryzuje siętym, że stosuje sięgo donapełnienia napojem niegazowanym, żywnością, korzystnie warzywami, owocami, żywnością dla zwierząt, rybami, mięsem,zupą.

Zaletą proponowanego rozwiązania jest to, że otrzymujemy lekki pojemnik opakowaniowy w postaci puszki, który, nie mając tradycyjnego cylindrycznego wyglądu ma ulepszoną sztywność. Puszka według wynalazku, posiada ponadto taką zaletę, że dla tej samej zawartości zajmuje ona mniej przestrzeni niż tradycyjna puszka cylindryczna, co ma duże znaczenie w przypadku ustawiania jej na pułkach sklepowych lub w łańcuchu dystrybucyjnym. Ponadto puszka według wynalazku ma mniejszą wagę materiału opakowaniowego niż puszka tradycyjna. Dla tradycyjnych wymiarów puszka tradycyjna waży około 50 gramów, podczas gdy puszka według wynalazku waży około albo nawet mniej niż 40 gramów.

Badania dowiodły, że przy różnicy Δp pomiędzy ciśnieniem w puszce p_can i ciśnieniem otoczenia Pamb, puszka (napełniona) według wynalazku może się odkształcić bardziej niż puszka tradycyjna, to zawartość może podtrzymywać puszkę nawet przy wysokim ciśnieniu zewnętrznym (ujemne Δp) bez zapadania się puszki, co w praktyce zapewnia duże korzyści. Także w przypadku wysokiego ciśnienia wewnętrznego elastyczność puszki według wynalazku kompensuje różnice ciśnienia. Ma to taki efekt, że wystarczające są tradycyjne procedury sterylizacyjne. Podczas procesu sterylizacji ciśnienie w puszce zmienia się w wyniku zmian temperatury. Ta zmiana ciśnienia w puszce musi być skompensowana zmianą ciśnienia otoczenia puszki, w celu powstrzymania rozsadzenia puszki albo zapadnięcia się jej do środka. Ogólnie podczas procesu sterylizacji ciśnienie otoczenia (ciśnienie w autoklawie) jest utrzymywane pod kontrolą.

Jeśli temperatura i ciśnienie w puszce nie są zdolne do wystarczająco szybkiego podążania za spadkiem temperatury i ciśnienia w otoczeniu, to puszka może się odkształcić w sposób trwały, albo zapaść się na zewnątrz. Tak więc najpowszechniejszym odkształceniem jest wybrzuszenie wieka.

Zapadanie się puszki do wewnątrz występuje wtedy, kiedy temperatura i ciśnienie w puszce spadną, podczas kiedy ciśnienie w autoklawie nadal jest wysokie. Znana okrągła, zwykle żebrowana puszka na żywność zapada sięwtedydowewnątrzz 3,4, 5 albo większej ilości stron.

PL 194 011 B1

Podczas procesu ochładzania ryzyko odkształcenia się puszki na zewnątrz (rozsadzenia) zmienia się na odkształcenie puszki do wewnątrz (zapadnięcie się do wewnątrz). Oznacza to, że podczas ochładzania ciśnienie w otoczeniu znanej puszki musi się zmniejszać stopniowo.

W praktyce kontrolowanie tego ciśnienia otoczenia okazuje się trudne.

Jest to spowodowane tym, że, w zależności od warunków lokalnych, położenia i orientacji, istnieją różnice w ciśnieniu w puszkach spowodowane różnicami w szybkości podgrzewania/chłodzenia puszek. Obecnie zapadanie się jest przezwyciężane poprzez stawianie wysokich wymagań wytrzymałości mechanicznej puszki. Na przykład, znana puszka na żywność f 73 x 110 mm musi być zdolna do wytrzymania bez trwałego odkształcenia różnicy ciśnienia Δρ od p_{1 ref} = -1,2 bara do p₂ = 1,75 bara. Zakres roboczy dla Δp rozciąga się od p_{1 ref} do p_{2 ref} . Kiedy Δp < p_{1 ref} , wtedy znana puszka zapadnie się do wewnątrz, a kiedy Δp > p_{2 ref}.., wtedy puszka ta ulegnie rozsadzeniu.

Dla puszki według wynalazku zależność pomiędzy różnicą ciśnienia w puszce i rozprężoną objętością jest o wiele bardziej elastyczna niż dla tradycyjnej puszki na żywność, do której się odnosimy. Posiada to wiele zalet.

Po pierwsze, kiedy tylko puszka jest napełniona z pozostawieniem górnej przestrzeni o pewnej max. wielkości, wtedy nie istnieje żadne ryzyko, że puszka zapadnie się do wewnątrz. Dla puszek tradycyjnych istnieje ryzyko zapadnięcia się ścianek puszki do wewnątrz w przypadku, kiedy Δp > p₁.

Aby temu zapobiegać ścianka znanej puszki ma sztywność zginania zwiększoną poprzez umieszczenie dookoła obwodu zgrubień, oraz zastosowanie materiału o odpowiedniej sztywności, na przykład ponad 0,16 mm dla puszki na żywność f 76 x 110 mm. Dla puszki elastycznej możliwe jest rozszerzanie się w taki sposób, że nadciśnienie nazewnątrz puszki jest przejmowane przez zawartość puszki, a nie przez ścianki boczne puszki. Puszka według wynalazku może wytrzymać bardzo wysokie ciśnienie zewnętrzne. Dla puszki według wynalazku nie jest konieczne stawianie wymagań co do sztywności (grubość, zgrubienia) ścianki puszki, w celu zapobiegania zapadaniu się ścianki puszki do wewnątrz. W rezultacie zakres roboczy tej puszki jest o wiele większy. W praktyce oznacza to, że kontrolowanie ciśnienia w autoklawie jest o wiele łatwiejsze do osiągnięcia. Jeśli tylko ciśnienie w autoklawie jest wyższe niż ciśnienie w puszce, to nic złego nie może się wydarzyć.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładach wykonania na podstawie rysunku na którym fig. 1 przedstawia puszkę według wynalazku o podstawie kwadratowej, fig. 2 ilustruje niską puszkę według wynalazku o podstawie kwadratowej, fig. 3 - przekroje poprzeczne przez korpus puszki według wynalazku umiejscowione na końcu bliskim wierzchołka i w niewielkiej od niego odległości, fig. 4 ilustruje odkształcenie puszki (napełnionej) w wyniku oddziaływania ciśnienia zewnętrznego na różnych etapach napełniania puszki, fig. 5 - wykres ilustrujący elastyczność różnych kształtów puszek, z uwzględnieniem puszki według wynalazku, fig. 6 - wykres zależności pomiędzy ciśnieniem w autoklawie i Δp, zgodnie z jego podaną definicją, fig. 7 - wykres zależności pomiędzy maksymalnym ciśnieniem w autoklawie, które mogą wytrzymać różne kształty napełnionych puszek i różne stopnie napełnienia puszek.

Jak to przedstawiono na fig. 1 puszka ma korpus 101 o kształcie prostopadłościanu o podstawie czworokątnej. Jest to korpus puszki o zawartości i wysokości odpowiadającej cylindrycznej puszce na żywność o średnicy 73 mm i wysokości 110 mm.

Korpus puszki 200 może być także inaczej ukształtowany, na przykład może być niższy, jak pokazano na fig.2.

Na fig. 3 R oznacza promień krzywizny zakrzywionych fragmentów 120 linii obrysu i prostego fragmentu 122 linii obrysu szkieletu 100 korpusu 101, a na drugim przekroju r jest promieniem krzywizny szkieletu 100 w miejscu zagięcia 130 pomiędzy płaskimi fragmentami 110, 112 i prostym fragmentem 122 linii obrysu.

Korpus metalowy zawiera zamknięty metalowy szkielet 100 ukształtowany dookoła osi wzdłużnej 102, na którego wierzchołkowej krawędzi 104 jest umieszczone wieko 106, ułożone prostopadle do osi wzdłużnej 102. Szkielet 100 zawiera n płaskich fragmentów 110, 112 gdzie 3 < n <6. Przekrój poprzeczny szkieletu 100 na wierzchołku i w pobliżu wierzchołka posiada obrys zawierający n kolejnych fragmentów 120 (fig. 3) linii obrysu, które są zakrzywione w sposób wklęsły do wewnątrz, przy minimalnym promieniu krzywizny wynoszącym R, oraz n zasadniczo prostych części 122 linii obrysu. Szkielet 100 zawiera co najmniej 2n płaskich fragmentów 110, 112, które są oddzielone od siebie ostrymi zagięciami 130 przebiegającymi równolegle do osi wzdłużnej 102, przy czym zagięcie 130 posiada maksymalny promień krzywizny r < 0,4 R. Korzystnym jest gdy promień krzywizny R >15 mm, zaś promień krzywizny zagięcia 130 jest r <5 mm.

PL 194 011 B1

Płaskie części szkieletu 100 są korzystnie usytuowane równolegle do prostych fragmentów 122 linii obrysu.

Korzystnie korpus ma szkielet 100 o 2n płaskich fragmentach 110 i 112 oraz 2n ostrych zagięć 130. Jak to ilustruje fig. 1 n w tym przykładzie jest równe 4. Korzystnie puszka posiada na przykład szerokość/głębokość około 66 mm i wysokość 110 mm, podczas gdy przy tej wysokości puszka tradycyjna ma średnicę f około 73 mm. W rezultacie dla tej samej napełnionej zawartości puszka według wynalazku zajmuje o około 20% mniej przestrzeni, kiedy jest umieszczona w rzędach, niż znana puszka cylindryczna.

Figura 4 ilustruje wyniki kilku eksperymentów, w których puszki według wynalazku były napełniane do pełna wodąo temperaturze 80°C zgodnie z parą podziałek, oraz, w celu wytworzenia pewnej wolnej przestrzeni, usuwano odpowiednio 2,5%, 5% i 10% wody. Puszki napełnione w ten sposób do wypełnienia wynoszącego 90%, 95% i 97,5% były następnie zamykane i po ochłodzeniu do temperatury pokojowej w komorze ciśnieniowej były testowane pod względem ich odkształcania się. Fig. 4 przedstawia w pionie odkształcenie ścianki bocznej puszki, w poziomie ciśnienie zewnętrzne w barach, a w głąb zakres napełnienia wyrażony w procentach. Podczas testowania wywieranie nadciśnienia zwiększającego się co 0,5 bara (0,5 ... 3 bary) było wymieniane z ciśnieniem atmosferycznym (0 bara). Jasno widać, że przy wyższym zakresie napełnienia wynoszącym ponad 95% trwałe odkształcenie jest drastycznie mniejsze niż dla niższego zakresu napełnienia.

Zatem dla puszki według wynalazku duża część obciążenia zewnętrznego jest jak dawniej przejmowana przez zawartość co zmniejsza wymagania stawiane samej puszce.

Ponieważ puszka posiada większą zdolność do rozszerzania się, to pusta przestrzeń w puszce może być zmniejszona. Oznacza to, że puszka według wynalazku może zawierać więcej żywności, oraz że ryzyko jej zepsucia się w wyniku dostania się tlenu jest zmniejszone.

Po trzecie nie jest już konieczne umieszczanie na ściance puszki poziomych zgrubień, co zwiększa wytrzymałość osiową puszki. Wytrzymałość osiowa jest konieczna w celu zapobiegania uszkodzeniu puszki podczas obróbki, na przykład podczas zaginania obrzeża i zamykania, oraz podczas transportu. Posiada to także taką zaletę, że oznaczenie produktu, na przykład etykieta albo nadruk, może być łatwiej wykonywane i zapewnia bardziej atrakcyjny wygląd. Na koniec, możliwe jest teraz zastosowanie jeszcze cieńszego materiału dla ścianki puszki.

Na fig. 5, 6 i 7 przedstawiono na wykresach różne właściwości różnych kształtów puszek. Liniami kreskowo-kropkowymi, dalej oznaczonymi numerem odnośnika 1, przedstawiono właściwości puszek tradycyjnych o średnicy f około 73 mm i wysokości 110 mm. Linie ciągłe, oznaczone numerem odnośnika 2, dotyczą puszek o podobnej wysokości, ale kwadratowym przekroju, o szerokości i głębokości około 66 mm oraz z zaokrąglonymi narożnikami o promieniu krzywizny R, jak pokazano na fig. 3. Linie kropkowe, oznaczone numerem odnośnika 3, dotyczą puszek o podobnej wysokości, ale o kwadratowym przekroju, o szerokości i głębokości około 66 mm i ze spłaszczonymi narożnikami, jak pokazano w dolnej części fig. 3.

Wykres fig. 5 ilustruje elastyczność tych puszek. Wzdłuż osi poziomej pokazana jest zmiana ciśnienia w barach wywierana na puszki, a wzdłuż osi pionowej jest pokazana odpowiednia zmiana objętości w %. Wszystkie puszki były zamknięte ale puste. Oczywiście puszka ze spłaszczonymi narożnikami (3) łączy wysoką elastyczność ze zwiększonymi osiągami implozyjnymi.

Figura 6 przedstawia wykres uszkodzenia puszek w różnych warunkach ciśnieniowych w autoklawie, przy czym wzdłuż osi poziomej jest oznaczone ciśnienie bezwzględne w barach. Wszystkie puszki zostały napełnione do poziomu pozostawiającego wolną górną przestrzeń zawierającą 5% zawartości puszki. Wzdłuż osi pionowej zaznaczono różnicę ciśnienia Δρ (= p_can + p_amb) wzdłuż korpusu puszki. Linie poziome o numerach odnośników 1a, 2a i 3a przedstawiają wytrzymałość puszek kołowo-cylindrycznych, puszek kwadratowych z zaokrąglonymi narożnikami i puszek kwadratowych ze spłaszczonymi narożnikami. Znana puszka 1 o wymiarach f 73 x 110 mm prezentuje prawie liniową zależność Δp w stosunku do bezwzględnego ciśnienia w autoklawie. Na przecięciu x linii 1 i 1a puszka ulegnie uszkodzeniu i implozji. Podobnie na przecięciu linii 2 i 2a i odpowiednio linii 3i 3a puszki kwadratowe z zaokrąglonymi narożnikami i puszki kwadratowe ze spłaszczonymi narożnikami ulegną uszkodzeniu i implozji. W przypadku puszki kołowo-cylindrycznej ciśnienie w autoklawie jest całkowicie odpowiedzialne za wysoką różnicę pomiędzy ciśnieniem wewnątrz puszki i ciśnieniem w autoklawie. Różnica ciśnienia Δp jest całkowicie przejmowana przez puszkę ścianki. W przeciwieństwie do tego zależność dla napełnionych puszek nie kołowych jest silnie nie liniowa. W wyniku zmiany objętości w puszce ciśnienie autoklawu jest częściowo przejmowane przez sztywność korpusu puszki,

PL 194 011 B1 a częściowo przez wzrost ciśnienia w pustej przestrzeni. Można wyciągnąć wniosek, że wspomniana puszka ze spłaszczonymi narożnikami jest odporna na wyższe ciśnienie w autoklawie niż istniejące puszki kołowe i niekołowe. Umożliwia to zastosowanie o wiele cieńszego materiału dla korpusu puszki.

Figura 7 pokazuje wzdłuż osi pionowej maksymalne ciśnienie w autoklawie w barach, które może być wytrzymane przez napełnioną puszkę dla różnych wielkości pustej przestrzeni oznaczonych w %. Widać, że dla rzeczywistych pustych przestrzeni mieszczących się pomiędzy 2 i 15% puszki ze spłaszczonymi narożnikami wytrzymują bardzo wysokie ciśnienia w autoklawie. Można wyciągnąć wniosek, że implozja wspomnianej puszki ze spłaszczonymi narożnikami jest bardzo mało prawdopodobna (linia 3).

Korpus posiada na przykład 2n zasadniczo płaskich fragmentów powłokowych i korzystnie 2n ostrych zagięć. Wtedy korpus wygląda tak jak na fig. 1.

Obecnie możliwe jest realizowanie sposobu obróbki cieplnej, na przykład sterylizowanie napełnionej puszki zawierającej korpus według wynalazku, dzięki któremu ciśnienie pamb jest wywierane na puszkę, a ciśnienie p_can występuje w puszce, przy czym Δρ = p_can - p_amb, a pi < Δρ < p₂, charakteryzującego się tym, że p₁ <<< p_{1 ref} , a p₂ < p_{2 ref} , przy czym p_{1 ref} i p_{2 ref}.. oznaczają odpowiednio minimalne i maksymalne Δp dla tradycyjnej puszki, do której się odnosimy.

Okazało się, że kiedy puszka w stanie napełnionym posiadająca korpus według wynalazku jest poddawana obróbce cieplnej w autoklawie, to musi ona być obrabiana w sposób dużo mniej krytyczny, jeśli chodzi o ciśnienie. Ciśnienie zewnętrzne wywierane na puszkę może być ustawione o wiele wyższe i nie musi być dokładnie redukowane podczas ochładzania.

Wynalazek jest także wdrożony w postaci puszki szczelnej dla gazu wypełnionej napojem nie gazowanym albo żywnością, taką jak warzywa, owoce, pożywienie dla zwierząt, ryby, mięso albo zupa, zawierającej metalowy korpus według wynalazku, korzystnie w postaci puszki ze stali opakowaniowej, dzięki czemu grubość materiału stali opakowaniowej, z której jest wykonany korpus, jest mniejsza niż 0,16 mm. Jest nawet możliwe zastosowanie sterylizowanych puszek według wynalazku, które są wytwarzane z grubością mniejszą niż 0,15 mm, 0,14 mm, 0,13 mm albo nawet mniejszą niż 0,12 mm.

Claims (6)

1. Korpus metalowy stanowiący opakowanie, zawierający zamknięty metalowy szkielet ukształtowany dookoła osi wzdłużnej, na którego wierzchołkowej krawędzi jest korzystnie umieszczone wieko, ułożone prostopadle do osi wzdłużnej, przy czym szkielet zawiera n płaskich części, znamienny tym, że 3 < n < 6, zaś przekrój poprzeczny szkieletu (100) na wierzchołku i w pobliżu wierzchołka posiada obrys zawierający n kolejnych fragmentów (120) linii obrysu, które są zakrzywione w sposób wklęsły do wewnątrz, przy minimalnym promieniu krzywizny wynoszącym R, oraz n zasadniczo prostych fragmentów (122) linii obrysu, a ponadto szkielet (100) zawiera co najmniej 2n płaskich fragmentów(110,112),które sąoddzieloneodsiebieostrymizagięciami(130) przebiegającymirównolegledo osiwzdłużnej(102),przyczym zagięcie(130)posiadamaksymalnypromieńkrzywiznyr<0,4 R.

2. Korpus według zastrz. 1, znamienny tym, że promień krzywizny R > 15 mm.

3. Korpus według zastrz. 1 albo 2, znamiennytym, że promień krzywiznyzagięcia (130)jest r< 5 mm.

4. Korpuswedługzastrz.1,znamiennytym,żepłaskiefragmenty(110,112)szkieletu(100)są usytuowane równolegle do prostych fragmentów(122) linii obrysu.

5. Korpus według zastrz. 1, znamienny tym, że szkielet jest ze stali opakowaniowej o grubości mniejszejniż0,16mm.

6. Zastosowanie korpusu według zastrz. 1-5 do napełnienia napojem nie gazowanym, żywnością, korzystnie warzywami, owocami, żywnością dla zwierząt, rybami, mięsem, zupą.