УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ СРЫВА ОБКАТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КРЫШЕК СТЕКЛЯННЫХ БАНОК ПРИ КОНСЕРВИРОВАНИИ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к пищевой промышленности, а именно к устройствам, используемым в автоклавах для стерилизации и переработки пищевых продуктов, в частности, для использования при домашнем консервировании фруктов, овощей, рыбы, мяса, грибов и других пищевых продуктов путем их термической стерилизации в стеклянных банках с обкатными металлическими крышками в герметично закрытых емкостях пароводяных автоклавов.
Уровень техники.
Один из наиболее распространенных способов домашнего приготовления консервированной продукции состоит в использовании пароводяного автоклава. Он начинается с прогрева рабочей емкости автоклава, содержащей консервируемые в стеклянных банках продукты до температуры стерилизации и заканчивается охлаждением до температуры, позволяющей сбросить давление и провести разгрузку приготовленных консервов. Для такого пароводяного консервирования часто применяются укупоренные стеклянные банки (с венчиком горловины 1 типа (см. ГОСТ 5717.2-2003) использующие обкатные металлические крышки. Однако в процессе консервирования под воздействием давления может произойти срыв таких крышек. К основным причинам срыва относится: резкий сброс давления в автоклаве после окончания консервирования; нарушение температурного и временного режима в процессе консервирования; использование не предназначенных для консервирования металлических крышек. Чтобы избежать срыва крышек с банок используются либо громоздкие кассетные устройства, прижимающие сразу ряд крышек стеклянных емкостью либо отдельные устройства для каждой стеклянной банки, обеспечивающие защиту ее металлической обкатной крышки от срыва под воздействием давления. Кассетные устройства представляют собой цельные конструкции с фиксированными местами под банки. Они рассчитаны на банки определенной высоты и исключают использование банок другого объема кроме тех, на которые рассчитаны данные кассеты.
Ближайшим аналогом настоящей полезной модели является устройство защиты от срыва обкатных металлических крышек стеклянных банок при консервировании - приспособление для консервирования ПКМ 10.000 ТО У 28.7 -30601643-039-2002 производства ПАТ "Полтавский автоагрегатный завод" (см. например, https://www.facebook.com/1428632427429031/photos/а.1517311675227772/1517312071894399, Опубликовано 2015 (Официальная страница «Полтавский автоагрегатный завод»). Оно состоит из двух кольцевых сегментов - литых металлических полуколец (скоб) и кольцевого бандажного элемента - типа омега-образной пружины с выступающими ручками, выполненной из стальной проволоки. Бандажный кольцевой элемент стягивает эти сегменты, обеспечивая их фиксацию на укупоренной банке. Кольцевой бандажный элемент, выполнен с возможностью фиксации положения кольцевых сегментов установленных на окружной границе горловины стеклянной банки укупоренной обкатной металлической крышкой. Кольцевые сегменты выполнены с П-образным поперечным сечением с боковой стенкой и перпендикулярными к ней верхней и нижней полками, обеспечивающим возможностью обхвата венчика горловины стеклянной банки укупоренной обкатной металлической крышкой. Нижняя поверхность верхней полки каждого кольцевого сегмента выполнена с возможностью контакта с верхней поверхностью обкатной крышки. Боковая стенка каждого кольцевого сегмента выполнена с возможностью примыкания ее внутренней поверхности к внешней боковой поверхности вышеуказанной обкатной металлической крышки. Внешняя окружная длина каждого кольцевого сегмента не превышает половины длины окружности образованной внешней окружной границей указанной обкатной крышки. Банку с установленным устройством ставят на термическую обработку в автоклаве. Устройство предназначено для предохранения от срыва металлической обкатной крышки со стеклянной банки объемом от 0.5 до 3.0 л. в процессе консервирования продуктов в домашних условиях. Оно удерживает крышку на месте и не дает избыточному давлению внутри банки, которое образуется в процессе консервирования, ее сорвать. Указанное решение имеет ряд недостатков - оно относительно громоздко, так как имеет выступающие в радиальном направление ручки на бандажном элементе, недостаточно адаптировано к различным размерам стеклянных банок, может быть недостаточно долговечным в эксплуатации. Жесткая ("непружинящая") конструкция кольцевых сегментов выполненных методом литья не позволяет компенсировать отличие установочных размеров венчиков горловин банок различных производителей определяемых ГОСТ 5717.2-2003 по расстоянию от торца венчика обкатной горловины (тип I) до пояска (3,9-0,3 мм) и по диаметру пояска (83+0,6 /-0,9 мм) и других размеров венчиков горловин, точность которых определяется соответствующими размерами формокомплектов с учетом литейной усадки и не лимитируется по ГОСТ 5717.2-2003. Это может привести к снижению надежности крепления крышки и повышению вероятности срыва крышки. Жесткая конструкция литых металлических сегментов повышает вероятность срыва крышки из-за рисков разрушения стеклянной банки (соответствующего срыва крышки) из-за появления сколов и трещин на венчике горловины банки. Кроме того, устройство допускает значительное расхождение кольцевых сегментов в радиальном направлении, так как полукольца удерживаются только усилием кольцевой упругой пружины. Это также ведет к повышению вероятности срыва крышки в процессе длительной эксплуатации.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является разработка простого и надежного, компактного и долговечного устройства, обеспечивающего защиту обкатной металлической крышки стеклянной банки от срыва под воздействием давления при консервировании продукции. Оно позволит повысить надежность процесса консервирования процесса пищевых продукции пароводяным способом в домашних автоклавах.
Технический результат полезной модели - практически полное исключение эффекта срыва обкатных металлических крышек со стеклянных банок при пароводяном консервировании - обеспечение снижение вероятности (до 1% и менее) срыва обкатных металлических крышек, которые используются на стеклянных банках с обкатным венчиком горловины (т.е типа I) (см. ГОСТ 5717.2-2003) объемом до 3.0 л при пароводяном консервировании по меньшей мере при давлениях до 4 атм. (и температурах до 142 С) и одновременное снижение вероятности разрушения самих стеклянных банок при консервировании. Дополнительным преимуществом заявленной полезной модели повышение срока эксплуатации изделия (до сотен и более циклов эксплуатации изделия), возможность сокращения габаритных (радиальных размеров устройства) практически до размеров незначительно превышающих диаметр крышки, обеспечение более плотного прижима рабочих поверхностей устройства за счет компенсации отличий размеров венчиков горловин банок различных производителей.
Для достижения указанных технических результатов разработано устройство защиты от срыва обкатных металлических крышек стеклянных банок при консервировании, содержащее пару кольцевых сегментов, кольцевой бандажный элемент, выполненный с возможностью фиксации положения кольцевых сегментов установленных на окружной внешней границе горловины стеклянной банки с обкатной металлической крышкой (т.е укупоренные обкатной металлической крышкой стеклянные банки). Кольцевые сегменты выполнены с П-образным поперечным сечением с боковой стенкой и перпендикулярными к ней верхней и нижней полками, обеспечивающим возможностью обхвата венчика горловины стеклянной банки укупоренной обкатной металлической крышкой, при этом нижняя поверхность верхней полки каждого кольцевого сегмента выполнена с возможностью примыкания к верхней поверхности (по меньшей мере к поверхности внешнего края) обкатной металлической крышки. Внутренняя поверхность боковой стенки каждого кольцевого сегмента выполнена с возможностью контакта (или примыкания)с боковой поверхностью вышеуказанной обкатной металлической крышки, при этом длина внешней граничной дуги каждого кольцевого сегмента не превышает половины длины окружности образованной внешней окружной границей указанной обкатной крышки. Кольцевой бандажный элемент имеет боковую и верхнюю полки, при этом указанный бандажный элемент выполнен с возможностью его установки на кольцевых сегментах таким образом, что нижняя поверхность указанной верхней полки кольцевого бандажного элемента примыкает к верхней поверхности верхних полок вышеуказанных кольцевых сегментов Кольцевой бандажный элемент и кольцевые сегменты изготовлены из деформируемого алюминиевого сплава, при этом толщина верхней и боковой полок кольцевого бандажного элемента и боковой стенки, верхней и нижней полки кольцевых сегментов составляет от 0.8 до 1.3 мм. Внешняя окружная длина каждого кольцевого сегмента (длина его внешней граничной дуги) может составлять от 0.35L до 0.45L, где L длина окружности образованной внешней границей указанной обкатной крышки. Боковая стенка кольцевого бандажного элемента может иметь высоту, обеспечивающую полный охват по высоте противолежащей ей стенки каждого кольцевого сегмента установленного на окружной внешней границе горловины стеклянной банки укупоренной обкатной металлической крышкой.
Верхние и нижние полки (плоские элементы) каждого кольцевого сегмента по форме представляют собой сегмент кольца - т.е. части кольца, например, часть типа сектора кольца, которая ограничена внутренней дугой кольца, внешней дугой кольца (определяющей внешнюю дуговую границу (внешнюю граничную дугу) указанного сегмента) и двумя внешними радиусами кольца с углом меньше 180° (если угол равен 180° - то такой сектор является полукольцом). Вместе с соединяющей их боковой стенкой (с цилиндрической поверхностью) верхние и нижние полки формируют кольцевой сегмент с П-образным сечением. Незначительное отклонение плоскостей верхней и/или нижней полок (кольцевого сегмента) от перпендикулярного направления (до 15°) к боковой стенке кольцевого сегмента и/или наличие у верхней и нижней полок разной глубины также рассматривается как выполнение кольцевых металлические сегментов с П-образным поперечным сечением. Боковые и верхние полки кольцевого бандажного элемента определяются как элементы кольцевой формы. Боковая полка кольцевого бандажного элемента представляет собой кольцевой элемент с цилиндрической поверхностью.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 Поперечный разрез части устройства защиты от срыва, установленного на горловине стеклянной банки с укупоренной обкатной металлической крышкой.
Осуществление полезной модели
Заявленное устройство защиты содержит пару, как правило, одинаковых фиксирующих кольцевых сегментов, установленных симметрично относительно друг друга на горловине укупоренной стеклянной банки и кольцевой бандажный элемент (Г-образного типа), установленный поверх них. Каждый такой кольцевой сегмент выполнены с П-образным поперечным сечением с боковой стенкой 3 и перпендикулярными к ней верхней и нижней полками 1 и 2 соответственно, обеспечивающим возможностью обхвата выступающего элемента горловины - венчика 8 (венчик типа I) горловины стеклянной банки с установленной на венчике обкатной металлической крышкой 6 с резиновым уплотнительным кольцом 7. Наличие эффективного охвата определяется тем, что нижняя полка 2 кольцевого сегмента соответственно имеет глубину (по радиальному направлению), которая обеспечивает возможностью ее упора на нижнюю поверхность венчика (например, при смещении полки в вертикальном направлении, связанным с приподнятием верхних боковых краев обкатной крышки под воздействием давления). Нижняя полка 2 кольцевого сегмента находится примерно на одном уровне с основанием венчика горловины (см. Фиг. 1). Глубина верхней полки кольцевого сегмента 1 может превышать глубину нижней полки 2 более чем на 25%, но не более чем 200%. Это может повысить эффективность фиксации краев крышки при консервировании.
Кольцевой бандажный элемент выполнен с возможностью фиксации (прежде всего фиксации положения кольцевых сегментов в радиальном направлении - т.е предотвращении их смещения в радиальном направлении) установленных вышеуказанным образом кольцевых сегментов (которые в свою очередь выполняют роль фиксирующего элемента для внешних краев металлической обкатной крышки). Бандажный элемент имеет боковую 4 и верхнею 5 полки кольцевой формы, при этом по меньшей мере часть нижней поверхности указанной верхней полки 5 бандажного элемента в рабочем положении установлена на по меньшей мере части верхней поверхности верхних полок 1 кольцевых металлических сегментов. Высота боковой стенки 4 подобрана так, что бандажный элемент своей боковой стенкой (по высоте) полностью охватывает (по высоте) стенку 3 кольцевого сегмента (установленного на стеклянной банке с укупоренной металлической крышки) (см. Фиг. 1). Это позволяет в максимальной степени повысить качество радиальной фиксации кольцевых сегментов, и соответственно максимально снизить вероятность срыва крышки. Внутренняя поверхность боковой стенки 4 бандажного элемента выполнена с зазором от 0 до 1 мм) с боковыми стенками кольцевых сегментов (т.е практически примыкает к ним). Бандажный кольцевой элемент и фиксирующие кольцевые элементы изготовлены из пластичного деформируемого алюминиевого сплава с толщиной верхней и боковой и верхней полок бандажного элемента и боковой стенки, верхней и нижней полки кольцевых сегментов составляет от 0.8 до 1.3 мм (например, 1 мм.). Кольцевые сегменты могут выполнены П-образными и таким образом, что одна полка (нижняя) опирается на нижнюю часть венчика банки (выступающий элемент горловины), а вторая (верхняя) полка на крышку.
Рассмотрим работу устройства. На края обкатной крышки укупоренной стеклянной банки (при воздействии давления при консервировании) могут действовать силы, имеющие радиальную и перпендикулярную составляющие (по отношению к верхней поверхности крышки), которые при достижении определенного критической величины (если не используются устройства защиты от срыва) могут привести к срыву крышки 6. Однако, при установленном устройстве защиты от срыва крышки практически исключен срыв обкатной крышки 6. Под воздействием перпендикулярной силы край поверхности крышки 6 воздействует на нижнюю поверхность верхней полки кольцевого сегмента выполненного из алюминиевого деформируемого сплава (холодной штамповкой). Верхняя поверхность нижней полки 2 при таком воздействии может слегка приподняться (на 1 мм, например), но вертикальный подъем нижней полки (и кольцевого сегмента, в целом) будет ограничен нижней поверхностью выступающего венчика 8, играющего роль упора для нижней полки кольцевого сегмента. Соответственно достаточно жесткая верхняя полка 1 кольцевого элемента не позволит краю обкатной крышки существенно сместиться (сорваться) с венчика 8 горловины стеклянной банки. Сила, действующая в радиальном направлении на кольцевой сегмент (при смещении крышки) "старается" раздвинуть установленные кольцевые сегменты. Однако боковая кольцевая стенка 4 бандажного кольцевого элемента практически соприкасается с боковой стенкой 3 кольцевого сегмента и тем самым препятствует радиальному смещению кольцевого сегмента. Выполнение всех элементов устройства из алюминиевого деформируемого сплава (например, холодной штамповкой из листа сплава АМц (коррозионностойкого сплава системы А1-Mn) с заданной толщиной от 0.8 до 1.3 мм, обеспечивает необходимые упруго-пластические свойства устройства (в частности необходимый уровень жесткости кольцевых сегментов) и тем самым способствует эффективному удержанию обкатной крышки и также исключает риск появления сколов и трещин на венчике горловины банки (в частности при воздействии нижней полки на венчик), неизбежно ведущих в итоге к повреждению стеклянной банки и срыву крышки (на поврежденном венчике). Таким образом, благодаря конструктивным особенностям устройства и материала, из которого оно изготовлено, обкатная металлическая крышка прочно удерживается на венчике 8 горловины стеклянной банки и исключается срыв металлической крышки 6.
Отметим, что в устройстве возможно эффективное использование укороченных кольцевых сегментов (меньше размера полукольца) с внешней окружной длиной (длиной внешней граничной дуги (по боковой стенке кольцевого сегмента)) кольцевого сегмента от 0.35L до 0.45 L (L - длина окружности образованной внешней границей указанной обкатной крышки (лежащей в плоскости параллельной плоскости верхней полки)). Такой длины сегментов с одной стороны достаточно для удержания крышки от срыва (и возможно достигается более эффективный обхват по всей длине венчика с установленной крышкой), а с другой стороны обеспечивается снижение материалоемкости изделия. Кольцевые сегменты могут иметь одинаковые размеры и устанавливаться на двух сторонах горловины, например, симметрично относительно друг друга.
Пример осуществления полезной модели
При укупорке банки использовался обычный способ установки обкатных крышек. Установка обкатной металлической крышки заключается в такой деформации фланца крышки обжимом или обкаткой, когда фланец подгибается под кантик (небольшой выступ расположенный на более крупном выступающем элементе горловине - венчике) на горле банке (венчике типа 1). При этом кантик вдавливается в резиновое уплотнительное кольцо 7. Обкатные крышки были выполнены из жести №20; 22; 25 (ГОСТ 13345-85) или алюминия толщиной 0,38…0,50 мм. При изготовлении крышек из тонкой жести (№20; 22) на них могло быть сформировано дополнительное кольцевое ребро жесткости по окружности. Испытания указанного устройства проводилось для стеклянных банок с обкатными крышками для автоклавного пароводяного консервировании при давлении в автоклаве до 4 атм. и температуре до 142 С (до 40 мин). Было испытано несколько сотен стандартных стеклянных банок (с венчиком типа I (см. ГОСТ 5717.2-2003)) с емкостью от 0.3 до 3л, на которых размещались устройства защиты от срыва. Использовались банки с номером венчика горловины №58, 82 ГОСТ 5717.2-2003, при котором максимальный диаметр венчика горловины 58 и 83 мм соответственно. Срывы крышек не наблюдались, т.е. эмпирически подобранное сочетание использованных в устройстве материалов и геометрических характеристик устройства обеспечивает практическое отсутствие срыва крышек (вероятность срыва крышки меньше 1%).
Благодаря компактности устройства (габарит устройства практически не выходит за габариты банки - диаметр бандажного кольцевого элемента может быть не более чем 5-10% больше радиуса венчика горловины стеклянной банки) в пароводяной автоклав можно установить большое количество укупоренных банок. Предлагаемая конструкция устройства оказалась предельно проста и безопасна в эксплуатации. Установка бандажного элемента не требует приложения усилий для сжатия - разжатия пружины, как в устройстве прототипе.
Предлагаемое решение не допускает неправильную сборку на горловине банки и не требует даже минимальных усилий или специальных навыков при его установке на банку. Предлагаемое решение может также обеспечивать более надежную фиксацию крышки за счет применения цельноштампованного бандажа внутренним диаметром, например от 93.5 до 94 мм, одеваемого на пружинящие кольцевые сегменты, исключающее их расхождение друг от друга в радиальном направлении. Устройство имеет больший срок эксплуатации в силу того, что все рабочие элементы в указанном исполнении сохраняют необходимые рабочие характеристики.
Предлагаемое решение может обеспечивать также более устойчивую установку банок друг на друга за счет минимальной толщины полок бандажного элемента и колец. Конструкция кольцевых элементов вместе с фиксирующим бандажным кольцом скобок указанных толщин из деформируемого алюминиевого сплава позволяет компенсировать отличие установочных размеров венчиков горловин банок различных производителей определяемых ГОСТ 5717.2-2003 по расстоянию от торца венчика горловины тип I до пояска 3,9-0,3 мм и по диаметру пояска 83+0,6 /-0,9 мм и других размеров венчиков горловин, точность которых определяется соответствующими размерами формокомплектов с учетом литейной усадки и не лимитируется по ГОСТ 5717.2-2003.
Разработанное устройство может выпускаться серийно промышленным способом.