БАНКА

Полезная модель относится к банкам, предназначенным для хранения, транспортировки и продажи текучих продуктов.
Известна банка, содержащая горловину с наружной резьбой и корпус, состоящий из верхней, средней и нижней, частей, представляющих собой тела вращения, из которых средняя часть выполнена с рельефными выступами на поверхности и с меньшим диаметром, чем верхняя часть, соединенная с горловиной, (RU, свидетельство №37498 на полезную модель, 2004 г.).
Недостатками этой банки являются низкая прочность и низкая устойчивость (склонность к опрокидыванию).
Известна банка, содержащая горловину с наружной резьбой и упорным буртиком, а также корпус, состоящий из верхней, средней и нижней частей, представляющих собой тела вращения, из которых верхняя и нижняя части соединены с горловиной и дном, соответственно, и выполнены расширяющимися к средней части, выполненной цилиндрической (RU, свидетельство №48927 на полезную модель, 2005 г. - прототип).
Недостатками данной банки являются низкая прочность корпуса, не допускающая нахождения банки под избыточным внутренним давлением и, следовательно, ограничивающая
функциональные возможности (диапазон ее применения), а также низкая технологичность и недостаточная устойчивость. Таким образом, известные банки могут содержать продукт только под атмосферным давлением, что существенно уменьшает возможности хранения консервированных продуктов.
Отказы (разрушение) при эксплуатации известных изделий, нагруженных внутренним давлением и представляющих собой тонкостенные сосуды из стекла (банки), не связаны с естественными процессами старения и усталости материала, т.к. срок хранения продукта всегда меньше срока эксплуатации тары. Практически все случаи разрушения обусловлены конструктивно. В результате, с самого начала эксплуатации значения напряжений в ряде сечений корпуса банки создают условия для формоизменения корпуса, т.е. возникновения трещин. Неравномерное формоизменение значительно увеличивает контактные давления, в результате чего напряжения в зонах концентрации становятся выше предела выносливости материала.
Технической задачей полезной модели является создание эффективной и удобной для использования банки, и расширение арсенала банок.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в увеличении прочности и устойчивости, а также расширении функциональных возможностей для применения банки с продуктом под избыточным внутренним давлением, благодаря использованию технологически и геометрически выгодной конфигурации.
Для тонкостенных резервуаров, имеющих форму поверхностей вращения, к которым относится банка, и находящихся под внутренним давлением, распределенным симметрично относительно оси вращения, необходим выбор конфигурации и оптимальных геометрических соотношений, обеспечивающих равнопрочность всех частей корпуса.
Сущность полезной модели заключается в том, что банка содержит горловину с наружной резьбой и упорным буртиком, а также корпус, состоящий из верхней, средней и нижней, частей, представляющих собой тела вращения, из которых верхняя и нижняя части соединены с горловиной и дном, соответственно, и выполнены расширяющимися к цилиндрической средней части, при этом верхняя часть корпуса выполнена в виде последовательно сопряженных первого радиусного участка, расположенного со стороны средней части, конического участка,
сужающегося к верху, и второго радиусного участка, расположенного со стороны горловины, а нижняя часть выполнена в виде последовательно сопряженных цилиндрического участка, расположенного со стороны средней части, плавно сопряженного с ним конического участка, сужающегося к низу и плавно сопряженного с дном, причем верхняя часть выполнена с рельефными выступами на поверхности, а цилиндрическая средняя часть выполнена с меньшим диаметром, чем верхняя и нижняя части, при этом отношение наибольшего диаметра корпуса к полной высоте банки равно 0,7±0,15, отношение высоты средней части корпуса к полной высоте банки равно 0,35±0,025, а поверхность верхней части корпуса, окружающая выступы, выполнена с рифлением.
Предпочтительно наибольший диаметр верхней части корпуса равен наибольшему диаметру нижней части, горловина выполнена с наружной резьбой, а отношение высоты горловины к диаметру равно 0,2±0,015, в местах соединения средней части с верхней и нижней частями корпуса выполнены конические фаски, а дно выполнено радиусно вогнутым, рельефные выступы на поверхности верхней части корпуса распределены по окружности с промежутками и выполнены в форме, по меньшей мере, трех
различных плодов или в форме четырех различных плодов и размещены с угловым шагом 60°±5°.
На чертеже изображен вид банки спереди.
2
1
Банка содержит горловину 1 с наружной резьбой и упорным буртиком 2, а также корпус, состоящий из верхней, средней и нижней частей 3, 4, 5, соответственно, представляющих собой тела вращения. Верхняя и нижняя части 3, 5 соединены с горловиной 1 и дном 6, соответственно, и выполнены расширяющимися к средней части 4, выполненной цилиндрической. Верхняя часть 3 корпуса выполнена в виде последовательно сопряженных первого радиусного участка шириной l, расположенного со стороны средней части 4, конического участка (данный участок и последующие не обозначены) шириной l, сужающегося к верху, и второго радиусного участка шириной l, расположенного со стороны горловины 1. Нижняя часть 5 выполнена в виде последовательно сопряженных цилиндрического участка, расположенного со стороны средней части 4, плавно сопряженного с ним конического участка, сужающегося к низу и плавно сопряженного с дном 6. Верхняя часть выполнена с рельефными выступами 7 на поверхности. Цилиндрическая
средняя часть 4 выполнена с меньшим диаметром, чем верхняя и нижняя части 3,5. При этом отношение наибольшего диаметра D (равного, например, 57,6 или 69,6 мм) корпуса к полной высоте Н (равной, например, 73 или 108 мм) банки равно 0,7±0,15, а отношение высоты h (равной, например, 27 или 40 мм) средней части 4 корпуса к полной высоте Н банки равно 0,35±0,025. Рельефные выступы 7 на поверхности верхней части 3 корпуса распределены по окружности с промежутками, а поверхность верхней части 3 корпуса, окружающая выступы 7, выполнена шероховатой с рифлением, создающим матовую (рассеивающую свет) поверхность. Рифление поверхности части 3 корпуса мелкое, неоднородное по форме шероховатостей (неровностей): немного продолговатые точечки и коротенькие палочки.
1
Наибольший диаметр D верхней части 3 корпуса равен наибольшему диаметру D нижней части 4, горловина 1 выполнена с наружной резьбой, а отношение высоты h горловины 1 (равной, например, 11 мм) к диаметру d (равному, например, 49,5 мм) равно 0,2±0,015. В местах соединения средней части 4 с верхней и нижней частями 3,5 корпуса выполнены конические фаски (не обозначены) шириной 1,5 мм. Дно 6 выполнено радиусно вогнутым. Рельефные выступы 7 на поверхности верхней части 3
корпуса могут быть выполнены в форме, по меньшей мере, трех или четырех различных плодов.
При этом рельефные фигурные выступы 7 на поверхности верхней части 3 корпуса выполнены, например, в форме четырех различных плодов: яблока, кисти винограда, двух вишен, груши, кисти винограда и двух вишен (или черешен, стилизованные изображения которых идентичны). Рельефные выступы 7 в форме плодов выполнены с дополнительными рельефными элементами - веточками (плодоножками), направленными в сторону горловины. Выступ 7 в форме кисти винограда образован шестью сгруппированными круглыми выступами меньшего размера, а его веточка выполнена с выступами в форме листиков. Дополнительные выступы в форме веточек каждой пары выступов 7 в форме вишен изображены соединенными между собой.
1
Диаметр D средней части 4 корпуса равен 68,8 или 56,9 мм, т.е. несколько меньше наибольшего D диаметра банки, указанного выше.
Рельефные выступы 7, имеющие форму плодов, расположены по окружности с равномерным угловым шагом 60°±5° между линиями, проходящими примерно через середину (по ширине) каждого выступа 7. При этом расстояния между
выступами 7 уже, чем сами выступы 7, что препятствует попаданию выступов 7 одной банки между выступами 7 соседней банки при установке в таре. В местах радиусных переходов (округлений) на фиг.1 показаны направления радиусов R.
Банка используется следующим образом.
Продукт помещается в банки в условиях производства, обеспечивающих заданное наполнение и защиту от инфекции, например, созданием избыточного давления в банке. Уровень заполнения находится в верхней части 3 корпуса. Форма выполнения всех частей 3-5 корпуса позволяет обеспечить оптимальное соотношение расхода материала, полезного объема для приема напитка и прочности банки. Немедленно после заполнения банки закупориваются резьбовыми крышками, надеваемыми по резьбе на горловину 1 до буртика 2 и, при необходимости, вместе с содержимым подвергаются тепловой обработке - пастеризации или стерилизации. На средней части 4 корпуса банки может закрепляться этикетка (не изображена), содержащая наименование и состав продукта, сведения об изготовителе и о порядке вскрытия банки с продуктом.
Готовая продукция направляется на склад, где размещается в транспортной таре, в которой она транспортируется в торговую сеть.
Банка, как объект нагружения внутренним давлением, относится к тонкостенным сосудам, так как толщина ее стенок мала по сравнению с наружным и внутренним радиусами.
Для тонкостенных сосудов, имеющих форму поверхностей вращения и находящихся под внутренним давлением, распределенным симметрично относительно оси вращения, общая формула для баланса взаимно перпендикулярных напряжений имеет вид:
, где:
m
t
σσ - напряжения в стенках во взаимно перпендикулярных меридиональном и тангенциальном направлениях,
m
t
ρ, ρ- радиусы кривизны поверхности в меридиональном и тангенциальном направлениях,
t - толщина стенки,
ρ - внутреннее давление.
Это основное уравнение, связывающее внутренние напряжения для равномерно нагруженных тонкостенных сосудов вращения, дано Лапласом.
m
t
Значения напряжений σ и σ в каждом сечении зависят от расстояния от этого сечения от горловины 1 и дна 6, а также от
m
t
основных соотношений размеров корпуса, преимущественно от отношения наибольшего диаметра корпуса к полной высоте банки и отношения высоты средней части 4 корпуса к полной высоте банки. Если равенство, представленное уравнением напряжений σ, σ, может нарушаться хотя бы в отдельных сечениях, что имеет место в конструкции прототипа, то прочность тонкой оболочки сосуда - банки не может быть обеспечена.
Так как распределение напряжений равномерно по толщине стенки, то задача статически определима. Расчет производился в машинном виде по специальной программе и не приводится в связи с его большим объемом. Результаты расчета подтвердили целесообразность выбора соотношений геометрических конструктивных параметров заявленной банки.
Буртик 2 препятствует ненормированной затяжке резьбы при навинчивании крышки и, тем самым, недопустимому нагружению горловины 1 и ее сопряжения с корпусом банки.
Правильность выбора конструктивных параметров подтверждена практически сравнительными испытаниями.
Форма данной банки не имеет концентраторов напряжений и, как следует из теории сопротивления материалов, при одинаковой
с прототипом толщине t стенки способна выдерживать большие нагрузки при наличии внутреннего давления, а также при соударении, например, в процессе установки в тару и транспортировании. Выступы 7 на верхней части 3 корпуса придают банке повышенную прочность именно в этой части, обращенной вверх и наиболее подверженной внешним воздействиям при нахождении на стеллаже или в таре при погрузочно-разгрузочных работах. Низкая и широкая горловина 1 с буртом 2 также обладает повышенной прочностью. Испытания партии банок 175 шт. в режиме заполнения тары продуктом под давлением и погрузочно-разгрузочных работ показали значительное, около 7% снижение боя по сравнению с предыдущими партиями в 100 шт. и 120 шт., выполненными аналогично прототипу.
Разность диаметров средней, верхней и нижней частей 3, 5 корпуса, соотношения их высот и форма верхней части 3 корпуса обеспечивают образование зазоров между банками при хранении и, тем самым, достаточный теплообмен и воздухообмен вокруг каждой банки и между банками в таре. Соотношение полезного объема банки и массы материала при данной конфигурации корпуса является оптимальным, т.е. близким к максимально возможному.
Потребитель имеет возможность перенести содержимое банки в столовую посуду (тарелку, стакан и т.п.) или употребить его непосредственно из банки. В любом случае конфигурация корпуса банки, соотношение диаметра и высоты, выполненные согласно данной полезной модели, обеспечивают надежное удержание наклоненной банки в руках с усилием, доступным даже ребенку, так как пальцы опираются, в основном, на стенки средней части 3 корпуса, уменьшенный диаметр которой не позволяет им соскальзывать с наружной поверхности банки.
Заявленная банка может быть серийно изготовлена из стекла в условиях промышленного производства с использованием имеющегося оборудования с применением современной технологии изготовления.
В результате создана технологичная и удобная для использования банка и расширен арсенал банок. При этом увеличены прочность и устойчивость, а также расширении функциональных возможностей