Кришка металева до скляних консервних банок з вінцем горловини типу ііі

Винахід відноситься до харчової промисловості, а саме до укупорювання консервної циліндричної тари кришками із тонкого матеріалу, наприклад, жерсті, алюмінію або інших листови х матеріалів і призначений для пастеризації або стерилізації консервів. Відомо, що для герметизації скляної тари широко застосовують три типа укупорювання банок, котрі разом з кришкою та горловиною банки утворюють герметичний затвор: тип І - обкатний, тип II - обжимний та тип III гвинтівний. Укупорка типа І - є одним з самих надійних видів укупорки (ТУ 10.244.003-90 Крышки металлические для стеклянных банок с венчиком горловины типа І - аналог). Однак для стерилізації укупоренних консервів необхідно використовува ти апарати закритого типу з протитиском (автоклави), а для відкриття банок необхідні спеціальні пристрої. Кришка використовується тільки один раз. Укупорки типу II та III (системи "Еврокан" і "Твіст-офф") відносяться до так званих "дихаючих" затворів і дозволяють проводити теплову обробку консервів (пастеризація або стерилізація) в відкритих апаратах, котрі діють в безперервному режимі: надмірний тиск, що виникає в підкришечному просторі піднімає кришку і частина пароповітряної суміші випускається з банки, тим самим зменшує тиск у банці. Відомі конструкції модернізованих кришок типу І [4] для зменшення тиску у банці. Однак вони не знайшли широкого застосування. Найбільше застосування в теперішній час знайшли укупорки типу III [1,2- прототип], котра складається із вінця горловини банки та кришки з торцьовим ущільненням. Кришка типу III ("твіст-офф") [1, 2] уявляє собою жерстяний циліндр з одним денцем та виступами по краю циліндра для установи кришки на гвинтівну частину вінця горловини. В торці денця розташоване опірне кільце, в котрому є канавка для заливки ущільнюючої прокладки та кільце жорсткості - для стабілізації геометричних розмірів кришки (паралельність, згин та тощо). Рекомендоване зусилля зняття кришки повинно складати 2...5Нм. Ці кришки мають більшу вартість в зрівнянні з іншими типами кришок внаслідок більшої матеріалоємності і складності у процесі виготовлення. Суттєвою перевагою укупорки типу III є також те, що вона дозволяє об'єднати процес теплової обробки з самоексгаустуванням, тобто вона є самоексгаустуємою тарою. В процесі підйому кришки під дією надлишкового тиску частина пароповітряної суміші випускається і потім під дією сил пружності матеріалу кришки вона повертається у початковий стан і отвір стає герметичним, але залишковий тиск в банці зменшується. Це дозволяє проводити теплову обробку консервів без протитиску. При охолодженні в підкришечному просторі створюється вакуум W. Глибина вакууму при цьому повинна бути контрольованою, тому що вимоги виробника продукції та споживача її до укупорюванності продукції різні. Для виробника важливим є забезпечення більш глибокого вакуума, а для споживача - це більше зусилля, яке потребує для відкриття банки. Ці вимоги суперечні. Відомо, що після розгерметизації банки, кришка легко згвинчується. Суть винаходу. В основу винаходу поставлена задача розробки такої кришки типу III, яка відповідала б вимогам виробника та споживача консервованої продукції, тобто розробка кришки з необхідним профілем рельєфу на її денці. Жорсткість профілю денця в осьовому напрямку при надлишковому тиску в підкришечному просторі повинна бути достатньо великою і кришка повинна випускати частину пароповітряної суміші при тиску, який виключає можливість її залишкові деформації. При охолодженні кришка повинна мати меншу жорсткість (більшу гн учкість) всередину банки, тобто вона повинна мати достатню гнучкість, щоб забезпечити таку глибину вакууму, яка відповідає технологічним вимогам (герметичність отвору) та вимогам споживача (мінімальне зусилля знімання кришки). Поставлена мета досягається за рахунок такої конструкції кришки, яка має різну осьову жорсткість і дозволяє зменшити об'єм підкришечного простору при охолодженні продукції. Отже в закупорюваній банці, в залежності від умов теплової обробки консервованої продукції необхідно регулювати величину надлишкового тиску, котре може досягати 0,2...0,3МПа, а також величину вакуума в банці, яка б відповідала технологічним та споживчим вимогам. Для гвинтівних самоексгаустируючи х кришок в залежності від температури заповнювання банок надлишковий тиск відкриття отвору складає 0,1...0,2МПа, а глибина вакууму після охолодження 0,02...0,08МПа. Таким чином конструкція кришки повинна бути такою, щоб забезпечити процес самексгаустування, тобто кришка відкривалась при визначеному тиску для забезпечення цього процесу, а при охолоджені - забезпечити таку глибину вакуума, щоб її можна було б відкрити. Момент відкриття М = Р·D, Н·м, де Р - дотична сила, Н; D - діаметр кришки, м. Дотична сила має бути рівною або більше сили тертя Р ³ F. Сила тертя F = Q·f, Н де Q(Н) - сила притиснення, яка виникає за рахунок вакууму W, a f » 0.3... 0.4 - коефіцієнт тертя пластізолевої прокладки по склу. Таким чином pf M= × W × D3 . 4 Наприклад для кришки ІІІ-82 М = 3...12Нм, що перевершує рекомендований момент, який дорівнює 2...5 Нм. Зменшення М можливо за рахунок зниження W в підкришечному просторі, тобто за рахунок підвищення тиску для отвора затвора, а також за рахунок підвищення гнучкості денця при охолодженні банки, тобто за рахунок зменшення об'єму підкришечного простору. Для жерстяної тари відомо, що з метою зменшення внутрішнього тиску в банці при стерилізації консервів використовують кришки з кільцевими канавками (рельєф кришки) [5], котрі дозволяють збільшити об'єм підкришечного простору. Затвор типу III є "дихаючим", тому необхідно не збільшувати об'єм, а навпаки зменшити об'єм підкришечного простору, тобто профіль рельєфу повинен бути зворотнім, більш пружним усередину банки. В нинішній конструкції кришки типу III [1, 2 прототип] є кільцева канавка для збереження її паралельності та пластизолевої прокладки. Однак ні геометричні параметри, ні розміри не передбачають значних прогинів кришки в межах пружності матеріалу кришки. Визначимо глибину вакуума в скляній банці без прогину і з прогином [3] кришки. Якщо об'єм банки V, температура пастеризації Т1=90°С (363°К), температура охолодження Т0=20°С (293°С), ступінь наповнення банки к = 0,9, то абсолютний тиск Ро в банці після охолодження T 1- k p0 = pn (T0 ) + [0,1- pn (T1 )] × × 0 ,МПа 1 - kl 0 T1 де pn(T0), pn(T 1) – пружність водяних парів до охолодження і після охолодження; l = p1 p - p1 та p0 – густина 0 продукту при Т1 і Т0. Вакуум в банці W=0,1-p0, МПа. Для води при означених Т1 і Т0 вакуум W = 0,05...0,06МПа. Якщо забезпечити прогин кришки w o = 5 мм, то величина, на яку зменшиться об'єм 1 pR 2 w0 , 3 де R - радіус горловини банки. Розрахунки показують, що об'єм підкришечного простору зменшиться на 10...15%, тобто глибина вакуума зменшиться на таку ж величину, а також зменшується сила тиску кришки на горловину банки. На фіг. 1 наведений вертикальний розріз нової кришки типу III. На фіг. 2 наведено переріз бомбажного кільця нової кришки. Кришка має циліндричну поверхню на торцьовій площині, на котрій розташовані: опорна кільцева поверхня 1 для установлення ущільнюючої прокладки; бомбажне кільце 2 та кільцева поверхня жорсткості 3. Бомбажне кільце 2 уявляє собою дугу кола R = 10... 15 товщини жерсті, яке вигнуте усередину банки і дотикається до прямої лінії, що має кут нахилу α = 20...25° до площини кришки. Усі спряження елементів бомбажного кільця з іншими елементами кришки відповідають технічним умовам на проектування виробів, що лаковані. Підвищення жорсткості зовнішньої границі бомбажного кільця, яке дотикається до опорної кільцевої поверхні виключає повздовжнє переміщення ; кришки в зоні ущільнення, виключає можливість деформування зовнішнього циліндра та розгерметизацію укупурювального вузла. Збільшення кута нахилу α приводить до руйнування лакового покриття жерсті та можливості заклинювання кришки при утягненні її у банку. Зменшення куту α приводить до більшої пружності профілю рельєфу і до малих величин вакууму в банці. Збільшення радіуса профіля R зменшує пружні характеристики рельєфа, а зменшення R - збільшує пружні характеристики рельєфа, що при малих величинах вакуум у приводить до невеликих прогинів кришки і ефект значного зменшення вакууму в підкришечному просторі не досягається. Усі розрахунки виконані чисельним засобом за допомогою метода скінчених елементів і тут не приводяться. Якщо кришка має великі розміри то окрім рекомендованого бомбажного кільця можуть бути використані і інші бомбажні кільця. Кільцева поверхня жорсткості 3 виконана у вигляді зрізаного конуса кут нахилу твірних котрого до площини кришки є рівним або меншим за кут α. Висота конуса h дорівнює 3...5 товщин жерсті. Цей виступ є необхідним для візуального або автоматичного контролю якості упакованої продукції. Затвор, який складається із кришки та горловини банки діє слідуючим чином (фіг. 1, праворуч). У процесі пастеризації (стерилізації) при досягненні розрахункового тиску у банці кришка піднімається у місцях між закріпленням та випускає частину пароповітряної суміші, а потім герметизує банку внаслідок того, що вона має більшу осьову пружність усередині банки. Ця пружність регулюється товщиною жерсті δ та параметрами бомбажного кільця R і α. При охолоджені, внаслідок зменшення температури, об'єму консервованої продукції та конденсацією водяних парів в підкришечному просторі утворюється вакуум. Під дією зменшеного залишкового внутрішнього тиску кришка прогинається у банку (фіг. 2), повертається навколо точки О опорного кільця і при цьому втягується кільцева поверхня жорсткості 3 (фіг. 1, праворуч). При контролі ця поверхня не повинна виступати над поверхнею банки. Список використаних джерел: 1. Крышки металлические для стеклянной тары с венчиком горловины типа III ГОСТ 25744-83. - прототип. 2. Крышки металлические для стеклянных банок с венчиком горловины типа Ш ТУ У 46.72.103-96. - прототип. 3. Флауменбаум Б.Л. Основы консервирования пищевых продуктов / Б.Л. Фла уменбаум, С.С. Танчев, М.А. Гришин. - М.: Агропромиздат, 1986, - 488с. 4. А.с. 243394 МКИВ 65 D 41/03. Стеклянная консервная банка / Ф.Г. Молдавский, А.Ф. Котельников. 5. А.с. 1221069 МКИ В 65 D 1/12. Жестяная консервная банка / А.Ф. Котельников, Н.Н. Коношевский, Г.Х. Молдавский, Я.Н. Шабатура. - опубл. 30.03.86. Бюл. №12. DV =