Кришка банки для зберігання харчових продуктів, спосіб її виготовлення та спосіб стерилізації або пастеризації банки, наповненої харчовим продуктом

1. Кришка банки для зберігання харчових продуктів, яку після герметичного закривання піддають пастеризації або стерилізації шляхом термічної обробки, - причому ця кришка (1) має кільцевий ободок (2) для міцного з'єднання з крайкою корпусу банки та плоску або складної форми мембрану (3; 3а, 3b), які герметично приєднані (13) до кільцевого ободка або закріплені на ободку (2), причому кільцевий ободок має плоску полицю (6), яка простирається в напрямку центральної вертикальної осі (8) кришки і нахилена під кутом (11) відносно горизонтальної площини (15), притому нахил спрямований вгору або по осьовій назовні корпусу банки; - мембрана (3) є герметично приєднаною до полиці (6) зовнішнім кільцевим ободком (3а), а центральна частина (3b), яка оточена кільцевим ободком, попередньо деформована в осьовому напрямку всередину банки, завдяки чому набуває стабільної чашоподібної конфігурації, - таким чином, що ця стабільна чашоподібна конфігурація мембрани змінюється при збільшенні тиску в процесі пастеризації з першої позиції (3b) на другу позицію (3b'), в якій має чашоподібну конфігурацію, спрямовану назовні, і після охолодження мембрана автоматично повертається до своєї суттєво початкової першої позиції (3b). 2. Кришка за п. 1, яка відрізняється тим, що, коли після закривання кришкою (1) банка піддається температурній обробці з метою пастеризації або стерилізації, то вищезгадана кришка з кільцевим ободком (2) для з'єднання з крайкою корпусу банки 2 (19) 1 3 зоні герметичного з'єднання полиці (6) кільцевого ободка (2) і зовнішнього кільцевого ободка (3а) мембрани (3), принаймні суттєво, ніякі відривні зусилля не діяли на зовнішній кільцевий ободок. 6. Кришка (1) за будь-яким з попередніх пунктів, в якій кут нахилу (11) полиці (6) більший 20°, але менший 30°. 7. Кришка (1) за будь-яким з попередніх пунктів, адаптована і пристосована для банки з діаметром 83 мм, причому осьова відстань (10а) від середини деформованої центральної частини (3b), якій заздалегідь надана чашоподібна або куполоподібна форма, до горизонтальної площини (15) складає від 5 мм до 6 мм, зокрема 5,6 мм. 8. Спосіб забезпечення герметичності закупореної консервної банки, наповненої харчовими продуктами, під час стерилізації або пастеризації банок, причому процес виконують без протитиску у безперервному автоклаві або ретортній системі, притому кожна вищезгадана банка закрита кришкою (1) з кільцевим ободком (2) і мембраною (3; 3а, 3b), яка закріплена за допомогою зовнішнього кільцевого ободка (3а) на внутрішній полиці (6), яка нахилена відносно горизонтальної площини (15) на кут (11), причому, перед приєднанням кожної кришки (1) до кожної наповненої банки, центральній частині (3b), обмеженій зовнішнім кільцевим ободком (3а) мембрани (3), попередньо надають гладкої чашоподібної форми або чашоподібної форми з плоскою поверхнею без сходинок, методом глибокої витяжки та формування частини (3b) і одним з процесів затвердіння, застигання або загартування, таким чином, що вона змінюється під впливом підвищеного тиску у вільному просторі закритої кожної банки при проходженні кожної банки через безперервний автоклав або ретортну систему, а саме набуває опуклої в осьовому напрямку назовні форми, яка є дзеркальним відображенням початкової форми, але при подальшому охолодженні закритої банки автоматично повертається до початкової чашоподібної форми з тією самою поверхнею. 9. Спосіб стерилізації або пастеризації банки, наповненої харчовими продуктами, в безперервному автоклаві, причому вищезгадана банка закрита кришкою (1) з кільцевим ободком (2) і мембраною (3), що за допомогою зовнішнього кільцевого ободка (3а) закріплена на внутрішній полиці (6), яка нахилена відносно горизонтальної площини (15) на кут (11), причому вільний простір у наповненій банці значною мірою зменшується після приєднання до неї кришки (1), яка перед приєднанням має центральну частину (3b) мембрани (3), обмежену зовнішнім кільцевим ободком (3а) і за допомогою глибокої витяжки деформовану у кулеподібну форму, після чого вона має центральну частину, що знижується в осьовому напрямку до нижньої частини кришки настільки, що центральна частина розташована на декілька міліметрів нижче найнижчої точки (17) кільцевого ободка (2). 10. Спосіб за пп. 8, 9, за яким вищезгадані банки містять харчові продукти, і кожна закрита кришкою (1), яка має кільцевий ободок (2) для приєднання до корпусу банки та мембрану (3), що за допомогою зовнішнього кільцевого ободка (3а) прикріпле 95273 4 на до внутрішньої полиці (6), нахиленої під кутом (11) вниз відносно горизонтальної площини (15), причому перед прикріпленням кришки (1) до наповненої банки центральній частині (3b) обмеженої зовнішнім кільцевим ободком (3а) мембрани (3) за допомогою глибокої витяжки надають куполоподібної форми без нерівностей та випуклостей, при цьому куполоподібну форму визначають таким чином, що для банки діаметром приблизно 83 мм, середина центральної частини (3b) досягає осьової відстані (10а) у 5-6 мм від горизонтальної площини (15, Е3), яка проходить через перехідну частину (3с) між зовнішнім кільцевим ободком (3а) і центральною частиною (3b). 11. Спосіб за пп. з 8 по 10, в якому радіальну полицю (6) з'єднувального кільцевого ободка (2) нахилено під кутом (11), що узгоджений з осьовою глибиною (10а, 10b) двох шарів (27a, 27b; 3b, 3b'') центральної частини таким чином, що за максимального тиску в процесі обробки у безперервному автоклаві наповненої і закритої банки не виникає жодних відривних зусиль на з'єднувальній частині (13) кільця (3а) полиці (6) кільцевого ободка (2). 12. Спосіб за одним з пп. 8-11, в якому центральну частину (3b) мембрани (3) деформовано витягуванням до або після прикріплювання мембрани до полиці (6) кільцевого ободка (2). 13. Спосіб за одним з пп. 8-12, в якому кільцевий ободок (3а) приєднують до полиці (6) за допомогою гарячого припаювання, зокрема індукційного зварювання. 14. Спосіб за одним з пп. 8-12, в якому тиск у вільному просторі (Н) суттєво не перевищує 1 бар (0,1 МПа), навіть за температури стерилізації під час відповідної операції. 15. Спосіб за одним з пп. 8-14, в якому кут (11) дорівнює суттєво від 22° до 25°. 16. Спосіб за п. 8, в якому внутрішні зусилля розтягування у центральній частині (3b) під час глибокої витяжки зменшують для зменшення напруження або навантаження у зоні кріплення (13) між кільцевим ободком (3а) та полицею (6), які виникають в результаті поверхневого тиску на центральну частину (3b) при обробці у безперервному автоклаві (ретортній системі). 17. Спосіб за одним з пп. 16 або 8, в якому центральній частині за допомогою глибокої витяжки надають форми, що визначається внутрішнім простором кільцевого ободка (для приєднання до корпусу банки), який розташований по радіусу всередину від полиці і зазнає - під тиском, спричиненим тепловою обробкою - відхилення (глибина, 10b), яке викликає у матеріалі центральної частини і так само у місці кріплення (13) на полиці (6) зусилля розтягування, причому ці зусилля є меншими за граничне зусилля центральної частини, що запобігає пластичній деформації, зокрема розривам та тріщинам. 18. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому напруження у зоні герметизації (13) як місці скріплення зовнішнього кільцевого ободка (3а) і мембрани (6) залежить від навантаження або розтягуючого зусилля у центральній частині, яка має задану товщину і заданий перепад тиску на центральній частині (3b). 5 95273 6 19. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому зусилля на центральній частині (3b) по прикладенні тиску на поверхню можна змінювати, вибираючи ширину зони герметизації (13), яка є з'єднувальним швом на полиці (6). 20. Спосіб виготовлення закупорювальної кришки для банок з харчовими продуктами, причому кришка забезпечує щільність в процесі стерилізації або пастеризації у безперервному автоклаві, і вищезгадані консервні банки закриті за допомогою кришки (1), за яким (і) кришку виготовляють у вигляді кільцевого ободка (2), пристосованого для закріплення на корпусі банки, і мембрани (3; 3а, 3b) із зовнішнім кільцевим ободком (3а), герметично приєднаним до внутрішньої полиці (6), (іі) перед приєднанням кришки (1) до наповненої банки центральній частині (3b) мембрани (3), обмеженій зовнішнім кільцевим ободком (3а), за допомогою глибокої витяжки надають гладкої кулеподібної форми або куполоподібної форми з гладкою поверхнею, як початкової форми, причому матеріал цієї центральної частини (3b) застиг та затвердів до такої міри, що при обробці в автоклаві під дією зростаючого тиску у вільному просторі (Н) банки центральна частина набуває випуклої назовні форми, яка є дзеркальним відображенням початкової форми, а в процесі наступного охолодження банки центральна частина автоматично повертається до початкової форми. 21. Спосіб за п. 20, в якому центральну частину (3b) мембрани (3) піддають глибокій витяжці лише після припаювання зовнішнього кільцевого ободка (3а) до полиці (6) кільцевого ободка (2). 22. Спосіб за п. 20 або 21, в якому полиці (6) кільцевого ободка (2) надають вигнутої догори форми після припаювання мембрани (3) до полиці (6) кільцевого ободка (2), притому в процесі припаювання плоска серцевина залишається рівною. 23. Спосіб за п. 22 або 21, в якому глибоку витяжку мембрани і деформування вгору полиці (6) виконують суттєво одночасно. 24. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, в якому кут нахилу (11) полиці (6) задають більшим 20°, зокрема меншим 30°. Цей винахід стосується кришок консервних банок для харчових продуктів, які підлягають тепловій обробці при температурі понад 50 °C шляхом стерилізації або принаймні пастеризації. Також пропонуються спосіб виготовлення кришок (п. 20) і забезпечення щільності закупорювання (п. 8). За умови, що кришки мають кільцевий ободок для щільного приєднування до корпусу консервної банки, зокрема, виготовлена з металу кришка може бути міцно та щільно приєднана до ободка корпусу консервної банки і "діафрагма кришки" (діафрагма або мембрана) у вигляді поверхні певної форми, яка прикріпляється до кільцевого ободка (для прикріплення до корпусу консервної банки) таким чином, що для відкриття банки мембрану можна відірвати від приєднувального кільцевого ободка, потягнувши її. З одного боку, це стосується відривання фольги по з'єднанню, а з іншого, фольги, яка має надсічки, за якими буде відриватися. Відомі різні конструкції таких кришок для закупорювання, див. пат. US-A 4,211,338 (Бабліц). Труднощі з цими кришками виникають при високих температурах, будь-скільки вищими за 50 °C, оскільки вони, як правило, мають місце під час стерилізації або пастеризації у безперервних автоклавах (ретортах). Кришка почне протікати або навіть мембрана кришки від'єднається від кільцевого ободка під дією різниці в тиску, який діє на кришку, або кришка може бути пошкоджена таким чином, що це призведе до протікання по лінії закрутки на пізніших етапах обробки. Відповідно, ці банки здебільшого стерилізуються в таких автоклавах (групових ретортних станціях), які обладнані засобами продукування зовнішнього тиску повітря або пари для того, щоб забезпечити достатній протитиск на зовнішній по верхні кришки на противагу внутрішньому тиску в закритій банці, завдяки якому кришка, зокрема, мембрана кришки, буде захищена від надто високих перепадів тиску Р. Обладнати "безперервні автоклави" такими протитисковими засобами, які були б придатні для безперервної роботи, майже неможливо або вимагатиме значних зусиль. Зазвичай безперервні автоклави (для пастеризації або стерилізації) з протитиском завдяки атмосфері випаровування чинять низький постійний протитиск на поверхню кришки аж до 1.6 бар (0.16 МРа), але вони не достатні для стабілізації звичайних "кришок, що відриваються", не пошкодивши їх. До того ж, після охолодження банки поверхня кришки не є гладкою і приємною на вигляд, що призводить до зниження сприйняття споживачем і поганого розпізнавання сканерами будь-яких написів або штрих-кодів. Метою винаходу було виправити це за допомогою такого типу відривної кришки, яка дозволяє безпечну стерилізацію заповнених і закритих банок в безперервних автоклавах (де переважно наявна висока температура і зумовлене цим підвищення тиску у банці), виключаючи ризик пошкодження, відкриття або від'єднання плоскої (або заданої форми) поверхні мембрани від приєднувального кільцевого ободка. Після охолодження банки кришка також повинна мати відповідний вигляд. Ці вимоги виконані відповідно до пп. 1 або 2, що стосуються кришки. Винахід також містить заходи щодо "гарантування" щільності закриття банки при стерилізації в безперервному автоклаві (пп. з 8 по 10) для гарантування або забезпечення щільності металевих 7 кришок з "кільцевим ободком" (для приєднання до корпусу консервної банки). процес способи виготовлення таких кришок викладені у пп. 20 та 30, 31. Винахід не обмежений кришками для консервних банок з круговим перетином, але таким же чином і з такими ж перевагами його можна застосовувати до банок іншої зовнішньої форми або форми перетину, як наприклад овальної, прямокутної, прямокутної зі округленими кутами або квадратної форми банок (корпусів банок). Після наповнення харчовими продуктами і закриття кожної банки кришкою заздалегідь надана "куполо- або кулеподібна форма" (або деформація) мембран кришки дозволяє суттєво зменшити вільний простір у банці оскільки криволінійна форма центральної частини поза областю кільцевого ободка простирається суттєво вниз, тобто всередину корпусу банки (п. 9). Якщо, під дією внутрішнього тиску, що виник при нагріванні внутрішнього простору банки, куполо- або кулеподібна частина мембрани змінюється, зокрема, раптово змінюється, і набуває випуклої, вигнутої в інший бік форми, яка є дзеркальною до початкової (п. 1), це призводить до суттєвого збільшення вільного простору, а тому і зменшення тиску в банці, спричиненого тепловою обробкою. Ця зміна відбувається завдяки пружності центральної частини мембрани, наданій їй в результаті попередньої деформації цієї частини. Для цього використовують матеріал з плоскою поверхнею, який сам по собі або один з його шарів твердішає завдяки процесу глибокої витяжки. В результаті цього виникає твердість для зберігання форми або стабільність (п. 2) або зміцнення (п. 31). Вищезгадана стабільність поширюється по всій поверхні мембрани, що розташована по радіусу всередині від кільцевого ободка. Поверхню мембрани називають площиною або „поверхнево орієнтованою", оскільки поверхня має поперечне видовження, але лише на вигнутій плоскій панелі, яка є гладкою але не плоскою. Завдяки цій стабільності мембрана набуває практично такої саме, але зворотної або перевернутої форми при назовні направленому вигинанню. Вона відповідає перевернутій оригінальній формі куполу без збільшення площини поверхні, без пластичної преформації, зокрема без "розтягування" мембрани. Після зменшення температури при охолодженні центральна частина панелі кришки знову повертається до початкової форми, якої вона набуває без жодного стороннього втручання (завдяки вакууму, що утворився всередині і „під мембраною"), п. 8. Гладка куполо- або кулеподібна форма (заздалегідь надана деформацією при виготовленні) кришки консервної банки готова до постачання у торгівлю і має належний вигляд (п. 20), а також не викликає жодних проблем відповідного сприйняття споживачем. Спосіб виготовлення кришки консервних банок для зберігання харчових продуктів. Кришка забезпечує щільність в процесі стерилізації або пастеризації в безперервному автоклаві. Вищезгадані банки закупорюють кришками. Така кришка скла 95273 8 дається із кільцевого ободка (що призначений для приєднання до корпусу банки, так званий „декельрінг") та мембрани, що має зовнішній кільцевий ободок. Цей ободок герметично закріплений на внутрішній плоскій полиці. Перед приєднанням кришки до наповненої банки центральній частині мембрани надають методом глибокій витяжки гладку кулеподібну або куполоподібну форму з плоскою поверхнею, тобто „початкову форму". Зовнішній кільцевий ободок обмежує центральну площину (оточує її у випадку круглої кришки). Під час процесу (етапу) глибокої витяжки матеріал цієї центральної площини набуває міцності або гартується до такої міри, що під дією збільшеного тиску у вільному просторі банки в процесі проходження нею обробки у автоклаві, центральна площина змінюється до випуклої назовні форми, свого дзеркального відображення. Процес перетворення відбувається з урахуванням "початкової форми". Протягом наступного охолоджування закритої банки центральна площина автоматично повертається до „початкової форми". Вона, принаймні суттєво, зостається тою ж самою. Заявлена кришка (п. 1) дозволяє стерилізувати або пастеризувати до готовності наповнені банки при відповідних високих температурах та перепадах тиску у безперервних автоклавах без жодного ризику, тобто виключаючи потребу у створенні протитиску, який додатково діє ззовні (окрім парового тиску). Паровий тиск (тиск пари) регулярно присутній і є більшим за атмосферний, але недостатньо, щоб впливати на зовнішню поверхню кришки. Розміри заздалегідь заданої форми (центральної частини) можна легко підігнати під діаметр та об'єм банок. Подібним чином нахил плоскої полиці кільцевого ободка, до якого прикріплюють зовнішній кільцевий ободок мембрани, задають таким чином відносно горизонтальної поверхні, щоб уявне подовження поверхні плоскої полиці простягалося тангенціально до центральної куполо- або кулеподібної частини, що утворюється під впливом тиску зсередини (пп. 5, 11). Нахил полиці спрямований вгору і є „зовнішнім осьовим", якщо орієнтуватися за корпусом банки, яка є закритою мембраною та кільцем. Переважною є кришка, пристосована до закривання банок діаметром 83 мм (п. 7 або у способі за п. 10). Глибина попередньої деформації мембрани кришки складає від 5 до 6 мм, приблизно 5,6 мм, а найнижча точка, розташована приблизно на 3 мм нижче за найнижчі точки кільцевого ободка для приєднування до корпусу банки (п. 30). У випадку кришки з круговим поперечним перетином купол відповідає сегменту сфери. Кут нахилу полиці переважно міститься між 22 і 25, відносно горизонталі. При цьому практично повністю включаються відривні зусилля. Гладка/плоска кулеподібна/куполоподібна поверхня мембрани заздалегідь деформованої кришки не порушується будь-якими зморшками та канавками. Наповнену банку з кришкою можна принаймні пастеризувати, зокрема, навіть стерилізувати практично в будь-якому з існуючих безперервних 9 автоклавів без додаткових засобів створення протитиску. Продукти можуть зберігатися у ній досить тривалий час, залежно від термічної обробки. Процес виготовлення кришки є об'єктом п. 20 та наступних. Попередню деформацію (попереднє формування) мембрани в центральній зоні здійснюють однаковим чином. Ці операції допускають застосування вже використовуваних апаратів, зокрема при припаюванні на плоскій полиці з наступною деформацією серцевини з нахилом догори/назовні (п. 22). Поверхню мембрани можна накладати на полицю вже з нахилом або на плоску полицю, якій буде наданий нахил лише після термозварювання. Далі представлене детальне пояснення винаходу з використанням схематичних креслень та взятих для прикладу втілень конструкції. На Фіг. 1 показаний поперечний розріз кришки відповідно до одного з втілень винаходу. На Фіг. 2 у збільшеному масштабі показана область переміщення між кільцевим ободком для приєднання до корпусу банки та мембрана кришки. На Фіг. 3 показано схематичне зображення у розрізі конкретного прикладу банки із заданим діаметром. На Фіг. 4 представлений конкретний приклад заздалегідь деформованої мембрани кришки. На Фіг. 5 показано вид збоку на зображення конкретного прикладу. Фіг. 6 показує двомірну сферичну форму мембрани на корпусі банки з теоретичної точки зору (кільцевий ободок не показаний). Фіг. 6а - двомірний ескіз Фіг. 6. Фіг. 7 - показує тримірну модель Фіг. 6а. Фіг. 7а - тримірна презентація, представлена для пояснення сил та розтягуючих зусиль. Як видно з Фіг.1, кришка 1 має зовнішній кільцевий ободок 2, призначений для приєднання до корпусу банки та мембрану кришки 3. Як видно з Фіг. 3, кільцевий ободок 2 (для приєднання до корпусу банки, коротко кажучи: "ободок кришки", приєднувальний ободок або "кільцевий ободок") виготовлений з листового металу. Він містить частину зовнішнього ободка 4 як „розширену закраїну" для міцного та щільного з'єднання з крайкою 24 отвору корпусу банки. Закраїна 4 з'єднана через основну стінку 5 з полицею б, що по радіусу направлена всередину. Полиця 6, що простирається по колу, повернута по осьовій назовні або має нахил на кут, більший за нуль, відносно горизонтальної площини, що простирається перпендикулярно до вертикальної осі 8 кришки 1. Внутрішній край серцевини 6 направлений по осьовій всередину і виконаний безпечним чином, зокрема завдяки закручування 7. Його можна замінити порівняно тупою внутрішньою крайкою. У випадку, коли банка має іншу форму, відповідно пристосовуються і форми кришки та „кільцевого ободка" для приєднання до корпусу банки (видно на горизонтальній проекції). Мембрана 3 містить зовнішній безперервний кільцевий ободок 3а, який принаймні частково, ззовні покриває полицю 6 кільцевого ободка, якщо мембрана 3 щільно з'єднана з кільцевим ободком 95273 10 2 у кріпильній смузі 13, наприклад, за допомогою контактного або індукційного зварювання (зварювання під тиском, зварювання ультразвуком, лазером). Цей кільцевий ободок 3а оточує центральну частину 3b (позначає її зовнішню межу), при тому між ними знаходиться перехідна частина 3с, що розташована в зоні закручування 7 після з'єднання мембрани з кільцевим ободком. Частині центральної поверхні 3b мембрани заздалегідь обробку надана форма за допомогою процесу глибокої витяжки. Цей процес можна проводити до чи після з'єднання мембрани 3 та кільцевого ободка 2 у зоні кріпильної смуги 13. Процес стабілізуючого деформування покриває лише центральну частину. Він проводиться через всю поверхню мембрани. Попередня деформація надає куполо- або кулеподібної форми центральній частині 3b по осьовій всередину, при чому крайка куполу знаходиться в перехідній частині 3c до зовнішнього кільцевого ободка 3a, а найнижче положення центру мембрани 3d очевидно, зокрема, принаймні, на декілька міліметрів нижче горизонтальної площини 18, що відповідно до Фіг. 2 проходить через найнижчі частини кільцевого ободка 2. Це також відповідає плоскій поверхні Е2, зображеній на Фіг. 3 у прикладі. Краще, якщо у самій панелі міститься матеріал, що твердішає та зміцнюється під час процесу глибокої витяжки, як алюміній чи подібний, або містить принаймні один шар з такого матеріалу. Завдяки цьому центральна частина 3b, що пройшла попередню деформацію, набуває внутрішньої стабільності форми (або розміру). Таким чином кінцевий вигляд консервної банки, що пройшла повну, включаючи термічну обробку, має набагато більше переваг. При стерилізації, якщо температура і відповідно тиск виникають всередині наповненої закритої кришкою банки (див. також на Фіг.3), то попередньо деформована центральна частина, зміниться, зокрема, зміниться швидко, від „штампованої впалої" куполо/кулеподібної форми, вільної від зморшок, до практично свого дзеркального відображення, форми, вигнутої назовні по осьовій (у випадку круглих банок - сферичної форми), як це накреслено штрих-пунктиром поз. 3b' на Фіг. 1 і Фіг. 3. Завдяки затвердінню або зміцненню матеріалу мембрани під час попередньої деформації, здатність центральної частини 3b розтягуватися практично дорівнює нулю навіть під дією високого тиску у банці при (термічній) обробці у безперервному автоклаві, при цьому вигнуту назовні форму центральної частини можна визначити заздалегідь (за допомогою обчислення). 2-D модель На Фіг. 6 зображена банка з куполоподібною мембраною (заздалегідь деформованою мембраною) під внутрішнім тиском та поперечний розріз випуклої панелі на Фіг. 6a. На Фіг. 6 та 6a показане двовимірне зображення банки з куполоподібною мембраною під внутрішнім надлишковим тиском Р. Всі необхідні для розрахунків параметри подані на схемах. 11 95273 D - діаметр внутрішнього радіусу запаяної зони, який відрізняється від діаметра банки, h - відхилення куполу, Y та Z - індикатори осей,  - кут куполу з віссю Z. Збільшення об’єму, кут і радіус випуклого куполу можна обчислити за допомогою наступних рівнянь: V(h)  3 1 3 1 h  D 2 [мм ] 6 8  8 yh ( y, h)  sin  2  D  4h 2   [рад]   4h 2  D 2 [мм] (h)  8h 3-D модель На Фіг. 7 зображена куполоподібна мембрана випуклої форми у системі 3-D координат з осями X, Y та Z; ,  (Тета) і  (ро). Фіг.7 зображає силу F, прикладену на випадково обрану маленьку частину (сегмент) куполоподібної мембрани і частину її поперечного розрізу. Напруження у куполоподібній панелі. У куполоподібній панелі зусилля розтягування можна обчислити швидше за допомогою Фіг. 7а, використовуючи силу, що дорівнює добутку тиску та сегменту поверхні. Силу необхідно поділити на довжину сторони (І) та товщину (е) куполоподібної панелі. Довжина l=sin [мм] товщина = е [мм] Зусилля розтягування на всі сторони виражена виражене 1   2   3   4  P 2 [Н/мм ] 2e Радіус викривлення куполоподібної мембрани може бути виражений у параметрах розміру банки. Напруга при розтягуванні у куполоподібній панелі дорівнює: 1  P 4h 2  D 2 Н/мм2Мпа 16eh У цьому рівнянні... 2 Р - тиск [Н/мм ],  - радіус випуклої куполоподібної панелі, е - товщина куполоподібної панелі, h - відхилення куполоподібної групи, D - внутрішній радіус запаянної зони. Похила запаяна зона (запаяна пластина). Запаяну зону можна згинати таким чином, що вона вигнеться вгору (по осьовій назовні або вгору) і стане паралельною куполоподібній мембрані. В такому випадку у зоні запаювання існує лише дотичне напруження і зникає відривне напружен 12 ня. Застосовується наступне співвідношення між дотичною напругою у панелі і напругою при відкорковуванні у зоні запаювання: e   s w   s  e  МПа w В цьому випадку дотичне напруження (зусилля) можна обчислити таким чином s  F P D 2  4h 2 МПа  P w 2w 16wh Як показано на Фіг.1, висота 10а купольної форми практично рівна висоті 10b вигину. Рахуючи від плоскої поверхні 15 об'єм у заглибленій частині (визначений 10а) дорівнює об'єму у заглибленій частині (визначеному 10b). Висоти/відстані центрів мембрани деформованої кришки складають об'єм, що утворився по відношенню до центральної плоскої поверхні 15 або Е3. При закриванні корпусу банки кришкою 1 вільний простір Н банки зменшується за рахунок об'єму куполу/кулі (між 15 та 3b), а при нагріванні в процесі стерилізації об'єм вільного простору збільшується за рахунок загального об'єму 12 (від висот 10а і 10b). Все це сприяє явному зниженню максимального тиску і зберігає закриті банки від ушкоджень при обробці у автоклаві. При цьому можна одержати тиск, менший за 1 бар (0.1 МПа), який без попередньої деформації мембрани був би явно більший цього значення, наприклад 1.5 бар (0.15 МРа). Загалом амплітуда зменшення тиску залежить від температури харчових продуктів, що там знаходяться. Якщо продукти гарячі, то перепад тиску, який досягає максимальних показників на мембрані, буде нижчим, ніж тоді, коли продукти холодні, наприклад, якщо це корм для тварин. Стабільність форми, тобто уникнення постійної деформації (як відсутність пластичної деформації або, як мінімум, залишкової еластичної деформації за допомогою модуля еластичності) центральної частини 3b сприяє тому, що при охолоджуванні готової простерилізованної банки ця деформована частина 3b заново набуває практично точної первинної форми куполу/кулі. Жодних зморшок не з'являється на мембрані у обох умовах або позиціях або відповідно до форми мембрани 3b і 3b'. Той факт, що центральна частина зберігає свою площу (у оболочці), дозволяє зробити попередні розрахунки ступеня вигинання у випадку, якщо в процесі стерилізації тиск досягне максимальної позначки таким чином, що кут нахилу 11 полиці б кільцевого ободка 2 для приєднання до корпусу банки можна відрегулювати заздалегідь. У жодному випадку кут не буде меншим за кут дотичної у вигині центральної частини 3b (поряд з полицею). Більший кут 11 вибраний переважно таким чином, що у випадку максимального внутрішнього тиску, утвореного в безперервних автоклавах, діяли б практично виключно дотичні сили, а не сили відриву, в якості результуючої сили у кіль 13 цевому ободку 3a мембрани 3, прикріпленому до полиці. Кут 11 встановлюють більшим за 20°. Радіус або поперечний вимір (в разі відхилення від круглої форми) центральної частини позначений як 9. Позиція 16 на Фіг. 2 вказує на те, що частина 3b кулеподібної форми продовжується виразно нижче площини 18, що проходить через найнижчі частини (точки) кільцевого ободка 2. Виміри попередньої деформації та кута нахилу залежать від об'єму та радіальних розмірів банки, а тому також і від розміру кришки. Чим менший радіус вигину під тиском, тим менший механічні зусилля у мембрані кришки. Для виготовлення мембрани 3 найбільш придатним матеріалом є тонкий метал, переважно алюміній, який застосовується для корпусу діаметром 83 мм. Інші діаметри можуть застосовуватися таким чином: в діапазоні діаметрів від 50 мм до 100 мм (для Європи), зокрема найбільш розповсюдженими діаметрами є: 73 мм, 99 мм, 65 мм, 83 мм, як і для контейнерів (корпусів), виготовлених із сталевих листів. Корпус банки можна виготовити з алюмінію або покритих лаком сталевих листів. Кільцевий ободок 2 виготовляють переважно з покритого лаком алюмінію, причому верхній шар лаку є шаром для гарячого припаювання, який герметично приєднаний до кільцевого ободка у зоні припаювання 13. Замість металу кільцевий ободок можна виготовляти з пластмаси або композиту метал/пластмаса, виготовленого, наприклад, вприскування інжекційним методом з вставкою або без неї або з попереднім вставлянням мембрани у ободок відповідної форми. Також кільцеві ободки можуть виготовлятися із сталі. Замість шару, призначеного для гарячого спаювання, на ободок 2 можна нанести полімер, ламінуванням або екструдуванням. Ламінування ободка виконують до того, як ободок вирізають і надають форму. У переважному варіанті втілення, мембрана з'єднана з кільцевим ободком (для приєднання до корпусу банки) та переважно містить декілька шарів: шар покривного лаку, шар для друку, шар алюмінію (біля 70 m, в діапазоні від 30 m до 100 m), шар екструдованого полімеру (матеріал з при2 2 близно 12 г/м до 30 г/м ) Шар екструдованого полімеру містить з'єднувальний шар та шар для відривання. Можна також використовувати й інші види екструдування та ламінування. Як видно з Фіг. 1 мембрані кришки 3 надано випуклу форму (за допомогою глибокої витяжки) на у центральній частині 3b. У прикладі випукла форма 3b має радіус 110 мм. Один із шарів кришки припаянний до початково горизонтальної плоскої пластини у зоні з'єднання 13, яка ще не мала нахилу вгору. Після того, плоска смуга 6 ободка 2, яка має підтримувати місце з'єднання, була деформована щоб забезпечити кут нахилу 11, виміряний відносно горизонтальної площини 18/Е2, ве 95273 14 личиною приблизно 24°. Такий метод застосовується для банки та ободка діаметром 83 мм. Для легшого запаювання кільцевого ободка 3a мембрани 3 краще працювати з горизонтальною полицею 6, аніж з полицею, що вже має нахил. Відповідно, мембрану 3 можна не деформувати до моменту припаювання у місці з'єднання 13. Тоді, для зменшення пружної деформації, але щоб при внутрішньому надмірному тиску існувала можливість змінити форму на вивернуту назовні випуклу куполо/кулеподібну форму, центральній області 3b надають кулеподібну форму за допомогою деформації та затвердіння або застигання. Центральна область опускається настільки, що знаходиться багато нижче рівня плоскої поверхні 18, і залишається лише декілька міліметрів між найнижчою точкою початкової кулеподібної форми 3b та цією плоскою поверхнею (у заздалегідь деформоаному стані). Після зміни форми центральної області 3b, можна виконувати деформацію полиці 6 (або пластини) і направляти її вгору. Внаслідок цього у місці з'єднання утворюється нахил з кутом більш, ніж 20°. У переважному варіанті втілення, який не зображено, ці два види деформації, можна здійснювати одночасно, а саме, вигинання мембрани для надання кулеподібної форми із затвердінням та застиганням, а також нахил кільцевої частини кільцевого ободка для приєднання до корпусу. У прикладі показана смуга ущільнення 13, яка є зоною з'єднання мембрани 3, що поки не зазнала деформації, горизонтально розташованою полицею б ободка, що виконано спаюванням за такими параметрами  = 190 °C - температура Р = 150 кг - тиск t = 300 мсек - час запаювання. Як показано вище, вігнута всередину куле/куполоподібна форма має максимальне відхилення при висоті 10а після спрямованого вгору нахилу полиці 6, причому ця висота становить між 5 та 6 мм, із середнім значенням 5.6 мм в межах кількості проведених випробувань. На Фіг. 3 знову показані важливі переваги кришки, здатної до розтягування. Кришка 23 показана після міцного та щільного закріплення на корпусі наповненої продуктами 21 банки 20 і потім закритої. Висота приблизного наповнення позначена 22 або на рівні Е1, вище цього рівня вільний простір Н для повітря та пари. Вісь банки позначена 25. Кільцевий ободок (для приєднання до корпусу банки) та ободок корпусу банки з'єднані один з одним звичайним способом за допомогою подвійного фальцевого шву 24а на кінці 24 контейнера (показаний зліва на Фіг. 3 із закатаним подовжнім швом корпусу, а праворуч перед закаткою). Зона з'єднання між полицею кільцевого ободка та кільцевого ободка мембрани позначене 26. Центральній частині 27 за допомогою глибокої витяжки надано куполо/кулеподібної форми. Для того, щоб показати, що вона явно досягає найнижчої частини (площина Е2) кільцевого ободка для приєднування до корпусу банки, її висота 30 показана дещо перебільшеною. Об'єм кулі 15 з вистою 30 зменшує вільний простір Н на такий же об'єм, як об'єм, спрямований до подвійної стрілки 31 і обмежений вигнутою куполо/кулеподібною та випуклою центральною частиною, що припускає збільшення об'єму вільного простору Н з максимальним навантаженням при перепаді тиску Р в процесі термічної стерилізації. Подовження пунктирною лінією 28 полиці очевидно пояснює, що кут полиці більший за кут 11 дотичної до вигинання 27 b. Для наступного практичного прикладу взято кришку для банки діаметром 83 мм. Висота куполу/кулі 10а/30 мембрани деформованої кришки коливається між 5 мм та 6 мм, тобто приблизно 5.6 мм, найнижча точка 30d кулі розташована на 3 мм нижче найнижчої точки кільцевого ободка. Як по 95273 16 казано на Фіг. 4 і 5, вигинання відповідає кулеподібній частині у випадку кругового поперечного перетину кришки. Кут 11 коливається між 22° та 25°. Таким чином, відривні зусилля майже повністю відсутні. На Фіг. 4 і 5 позначення узгоджені із символами, які вже раніше використовувалися. На Фіг. 4 додатково показане вушко для відривання мембрани 3 (яка має кільцевий ободок 3b і центральну панель 3a). Жодні зморшки або борозни не пошкоджують гладку/рівну/куполо/кулеподібну поверхню. Зокрема, банку можна пастеризувати, а також стерилізувати з кришкою без жодних протитискових засобів в будь-якому з відомих безперервних автоклавів. 17 95273 18 19 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 95273 Підписне 20 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601