专利名称：包装用金属壳体,例如一个食品罐头盒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包装用金属壳体，它包括一个围绕纵向轴线延伸的封闭金属外壳，在其的这里称作顶部的端侧适合于装设一个基本上垂直于纵向轴线延伸的盖。
这种壳体例如作为包装容器，比如食品罐头盒的一个部件，是公知的。
除其壳体之外，一个三部件包装容器还包括一个底部和一个盖。对于两部件包装容器，壳体与底部被做成一个部件。通常，传统的包装容器为圆筒形，可设有基本上平行于盖的表面延伸的加强筋，或者呈略微凸起的形状的“胀出”。
一种基本上为圆筒形、具有向内凸出地弯曲并延伸到壁的整个高度的指状壁板的包装容器也是公知的。
本发明的目的是创造一种重量轻的包装容器，它在摆脱了传统的圆筒形外观并改善了其刚性的同时获得下面将要详细讨论的优点。
为达到这一目的，根据本发明的壳体的特征为，横过在顶部上和靠近顶部的外壳的截面具有一个包括3≤n≤6个其最小曲率半径为R的曲线型内凹，及n个基本上为直的轮廓线部分的断面轮廓，同时其特征还在于，该外壳包括至少n个基本上平直的外壳部分，这些部分至少在一侧的端部为基本上平行于纵向轴线延伸的锐利的弯折，该弯折具有一个为r的最大曲率半径，其中r≤0.4R。在这里，应保持一个基本上平直的外壳部分以便构成一个稍稍凸出或稍稍内凹的外壳部分，或者包括一个或多个向内和/或向外的凸台的外壳部分。
这里，优选的是，R≥15mm，和r≤5mm。
在一个特定的实施例中，平直的外壳部分基本上平行于直的轮廓线部分地延伸。
该壳体例如具有2n个基本上平直的外壳部分以及最好为2n个的锐利的弯折。于是该壳体的外观如
图1所示。
本发明还包括一种用于热处理，例如对一个包括有根据本发明的壳体的已填充食品的罐头盒进行灭菌消毒的方法，这时，对罐头盒施加一个压力Pamb，而在罐头盒内存在一个较大的压力Pcan，由此，ΔP＝Pcan-Pamb，同时，P1＜ΔP＜P2，其特征为，P1＜＜＜P1ref..，
其中，P1ref..和P2ref..分别代表传统的对比罐头盒的最小和最大ΔP。
我们发现，当在高压锅中对具有按照本发明的壳体的处于填充状态的罐头盒进行热处理时，从压力的角度看，在处理时远远不用那么严格。对罐头盒施加的外部压力可以高得多并且不必通过冷却精确地降压。
本发明也包括一种包含有本发明的金属壳体的气密罐头盒，该罐头盒装有未充碳酸气的饮料或食物，例如蔬菜，水果，宠物食品，鱼类，肉类或汤，本发明最好是涉及一种由封装钢制成的罐头盒，其中使制成壳体的封装钢的材料厚度小于0.16mm。甚至可使用根据本发明的可消毒的罐头盒，其厚度可被制成小于0.15mm，0.14mm，0.13mm或甚至小于0.12mm。
现参照附图对本发明进行说明，其中图1表示一个根据本发明的高的方形罐头盒；图2表示一个根据本发明的矮的方形罐头盒；图3表示根据本发明的罐头盒在顶部上和靠近顶部并稍稍离开顶部处的横截面；图4示出了在罐头盒填充的不同阶段，由于外部压力所引起的根据本发明的(填充的)罐头盒的形变；图5示出了包括根据本发明的罐头盒在内的各种形状的罐头盒的柔性；图6表示高压锅的压力与所限定的ΔP之间的关系；图7表示各种形状的填充罐头盒和填充到不同程度的罐头盒所能承受的最大高压锅压力之间的关系。
图1示出了一个根据本发明的罐头盒，其容量和高度相当于一个直径为73mm且高度为110mm的圆筒形食品罐头盒。
该罐头盒也可被设计成不同的形状，例如可被设计成如图2所示的较矮的形状。
在图3中，R表示根据本发明的罐头盒的外壳的弧形轮廓线部分及顶部的曲率半径，r是外壳在弯折处的曲率半径。
例如如图1，2和3所示的根据本发明的罐头盒具有这样的优点，即，对于同样的容积，本发明的罐头盒比传统的圆筒形罐头盒占据的空间小，这在商店的货架上或在联锁销售中是十分重要的。
根据本发明的罐头盒具有例如约为66mm的宽度/深度，110mm的高度，而对于同样的高度，传统的罐头盒具有约为φ73mm的直径。因此，对于相同的填充容积，在成排地放置时，根据本发明的罐头盒所占据的空间比现有的圆筒形罐头盒所占据的空间小约20％。
此外，根据本发明的罐头盒，其封装材料的重量比传统罐头盒的轻。对于所例举的尺寸，传统罐头盒的重量约为50克，而根据本发明的罐头盒的重量约为或者甚至小于40克。
因为在罐头盒内的压力Pcan与周围环境的压力Pamb之间存在着压力差ΔP时根据本发明的(填充的)罐头盒可以比传统罐头盒有更大的变形，所以即使在大的外部压力(负ΔP)下，其内装物也可以支承罐头盒，而不致将罐头盒压扁，这在实际上提供了一个后面将要描述的很大的优点。同时，在高的内部压力的情况下，根据本发明的罐头盒的柔性补偿了压力差。它具有这样一个效果，即足以进行传统的消毒处理。
在消毒过程中，由于温度的变化，罐头盒内的压力发生变化。罐头盒内压力的这种变化必须由罐头盒周围压力的变化所补偿，以便阻止罐头盒炸裂或向内塌陷。一般情况下，在消毒过程中，该环境压力(高压锅压力)是一直受到控制的。
如果罐头盒内的温度和压力不能足够快地跟上周围环境的温度和压力的下降，罐头盒可能产生永久性的向外的变形或向外塌陷。于是最普遍的形变是使盖子隆起。
当罐头盒内的温度和压力已下降，而高压锅中的压力仍然很高时，则会发生罐头盒向内塌陷。现有的通常带肋的圆形食品罐头盒由此会在3，4，5或更多个侧面上向内塌陷。
在冷却过程中，罐头盒向外变形(炸裂)的危险变为罐头盒向内的变形(向内塌陷)。这意味着在冷却的过程中，现有罐头盒周围的环境压力必须能够逐步下降。
但是在实际上，对这种环境压力的控制已被证明是困难的。
这是因为，根据当地条件、位置和取向，由于罐头盒的加热/冷却速度的差异，不同罐头盒内的压力也不同。目前，通过提高对罐头盒机械强度的要求克服了其塌陷的问题。例如，现有的φ73×110mm的食品罐头盒必须能够承受从P1ref..＝-1.2巴(bar＝105帕)直到P2＝1.75巴的压力差ΔP而不发生永久性变形。对于ΔP的工作范围，由P1ref..一直到P2ref..。当ΔP＜P1ref..时，现有的罐头盒将向内塌陷，当ΔP＞P2ref..时，罐头盒将炸裂。
利用根据本发明的罐头盒，罐头盒内的压力差和膨胀体积之间的关系与采用传统的对比食品罐头盒时相比，其灵活性大得多。这具有一系列的优点。
首先，只要填充罐头盒时留有某一最大量的顶部空间，就不存在罐头盒向内塌陷的危险。对于传统的罐头盒而言，当ΔP＞P1时，罐头盒的壁就有向内塌陷的危险。
为避免这一点，现有罐头盒的壁通过沿其周围设置加强筋而增加其抗弯刚度，同时采用足够厚的材料，例如，对于一个φ73×110mm的食品罐头盒，采用超过0.16mm厚的材料。对于一个柔性的罐头盒，其膨胀的潜在可能性使得其外面的过高压力可由罐头盒的内装物来承受而不再由罐头盒的侧壁来承受。根据本发明的罐头盒能承受非常高的外部超大压力。对于根据本发明的罐头盒而言，不再需要对罐头盒壁的刚性(厚度，加强筋)提出要求来防止罐头盒壁的内陷。因而，这种罐头盒的工作范围增大很多。实际上，这意味着可容易得多地实现对高压锅的压力控制。只要高压锅内的压力高于罐头盒内的压力，就不会发生任何问题。
图4给出了一些实验的结果，其中，在天平盘上将根据本发明的罐头盒注满80℃的水，为了形成一定的顶部空间，分别取出2.5％，5％和10％的水。然后密封以这种方式填充到其填充程度分别为90％，95％，和97.5％的罐头盒，当在一个压力室内将它们冷却到室温时，检验它们的形变特性。
图4中，纵向轴线表示罐头盒侧壁的变形，横轴表示以巴为单位的外部压力，而在后方表示以百分比表示的填充程度。在试验过程中，所施加的以0.5巴为间隔递增的超压(0.5…3巴)与大气压力(0巴)交替。可以清楚地看出，对于超过95％的较大填充程度，永久性的变形远远小于较低填充程度时的永久性变形。
因此，利用根据本发明的罐头盒，外加载荷的绝大部分实际上由内装物所承受，从而不必对罐头盒本身提出许多要求。
由于所述罐头盒具有这种进行膨胀的更大的潜力，从而可降低在罐头盒内的顶部空间。这意味着，根据本发明的罐头盒可装放更多的食品，同时，因夹带氧气而造成食品腐坏的危险也被降低。
第三，不再需要在罐头盒壁上设置用于增加罐头盒的轴向强度的水平加强筋。为了防止在处理过程中(例如在折边和封闭时)以及在运输过程中损坏罐头盒，轴向强度是必要的。它还有一个优点，就是可使产品标识，例如标签的施加或印刷更加容易，并提供更能吸引人的外观。最后，现在可以使用更薄的材料制作罐头盒壁。
在图5，6和7中，用曲线图的方式说明不同形状的罐头盒的各种特性。利用点划线示出并进一步用标号1指示的曲线用以说明直径约为φ73mm且高度为110mm的传统罐头盒的特性。由标号2指示的实线对应于具有类似高度但具有一个宽度和深度约为66mm并带有如图3所示的曲率半径为R的圆角的方形横截面的罐头盒。由标号3指示的虚线则对应于具有类似高度但具有一个宽度和深度约为66mm并具有如图3下部的图所示的压扁拐角的方形横截面的罐头盒。
图5表示这些罐头盒的柔性。水平轴表示以巴为单位的加在罐头盒上的压力的变化，竖直轴则表示相应的体积变化百分比。所有罐头盒都是封闭的，但是是空的。显然，具有压扁拐角的罐头盒(3)兼备高的柔性和增强的挤压性能。
图6表示罐头盒在高压锅中不同的压力条件下的失效，水平轴表示高压锅中以巴为单位的绝对压力。所有的罐头盒均填充到具有一个为罐头盒内装物的5％的自由顶部空间的程度。竖直轴表示在罐头盒壳体上的压力差ΔP(＝Pcan+Pamb)。带有标号1a，2a和3a的水平线表示圆筒形罐头盒，带有圆形拐角的方形罐头盒和带有压扁拐角的罐头盒本身的强度。现有的φ73×110mm的罐头盒1表现出ΔP与高压锅绝对压力之间具有一个近似线性的关系。在线1与1a的交叉点x处，罐头盒将失效并将内爆。类似地，分别在线2与2a的交叉点处及在线3和3a的交叉点处，带有圆形拐角的方形罐头盒以及带有压扁拐角的方形罐头盒将失效并内爆。在圆筒形罐头盒的情况下，高压锅的压力是造成罐头盒内部压力和高压锅压力之间高的压力差的原因。压力差ΔP完全由罐头盒壁承受。与此相反，对于进行填充的非环状罐头盒，该关系远不是线性的。由于罐头盒内的体积变化的结果，高压锅压力部分地由罐头盒壳体的刚性承担，且部分地由在顶部空间内的压力增加所承担。因而可以断定，上述的带有压扁拐角的罐头盒比现有的环状和非环状罐头盒可抵抗更高的高压锅压力。这使得对罐头盒壳体可以使用薄得多的材料。
在图7中，竖直轴表示对于具有以百分比表示的不同顶部空间而言可由填充的罐头盒承受的以巴为单位的最大高压锅压力。可以看出，对于实际的顶部空间在2％到15％之间的情况，带有压扁拐角的罐头盒可耐受极高的高压锅压力，可以断定，所述的带有压扁拐角的罐头盒非常难以被压破。
权利要求
1.用于包装的金属壳体，包括一个沿一条纵向轴线延伸的封闭的金属外壳，它适合于在这里被称作顶部的端侧上装设一个基本上垂直于纵向轴线延伸的盖，其特征在于，在顶部上和靠近顶部处横过该外壳的横截面具有一个包含3≤n≤6个其最小曲率半径为R的曲线型内凹和n个基本上为直的轮廓线部分的轮廓，同时其特征在于，所述外壳包括至少n个基本上平直的外壳部分，这些平直部分被基本上平行于纵向轴线延伸的一个锐利的弯折相互分隔开，该弯折具有一个最大曲率半径r，其中r≤0.4R。
2.如权利要求1所述的壳体，其中，R≥15mm。
3.如权利要求1或2所述的壳体，其中，r≤5mm。
4.如上述权利要求之一所述的壳体，其特征在于，平直的外壳部分基本上平行于直的轮廓线部分地延伸。
5.如上述权利要求之一所述的壳体，其特征在于，它包括至少2n个基本上平直的外壳部分。
6.如上述权利要求之一所述的壳体，其特征在于，它包括至少2n个锐利的弯折。
7.用于对填充的罐头盒进行热处理，例如进行灭菌消毒处理的方法，所述罐头盒包含有根据权利要求1-6之一所述的壳体，在该方法中，在所述罐头盒上施加一个压力Pamb，并且在罐头盒内存在一个压力Pcan，其中ΔP＝Pcan-Pamb，同时，P1＜ΔP＜P2，其特征在于，P1＜＜＜P1ref..及P2≤P2ref..，其中，P1ref..及P2ref..分别代表传统的对比罐头盒的最小和最大ΔP。
8.气密罐头盒，其中填充有未充碳酸气的饮料或食品，例如蔬菜，水果，宠物食品，鱼类，肉类或汤，该罐头盒包含有一个如权利要求1-6之一所述的金属壳体。
9.由封装钢制成的如权利要求8所述的罐头盒，其中，制作所述壳体的封装钢的材料厚度小于0.16mm。
全文摘要
用于包装的金属壳体,包括一个沿纵向轴线延伸的封闭的金属外壳,它适合于在这里被称作顶部的端侧上装设一个基本上垂直于纵向轴线延伸的盖,其中,在顶部上和靠近顶部处横过该外壳的横截面具有一个包含3≤n≤6个其最小曲率半径为R的曲线型内凹和n个大致为直的轮廓线部分的轮廓,同时,该外壳包括至少n个基本上平直的外壳部分,这些平直部分被基本上平行于纵向轴线地延伸的一个锐利的弯折相互分隔开,该弯折具有一个最大曲率半径r,其中r≤0.4R。
文档编号B65D33/02GK1267266SQ98808278
公开日2000年9月20日 申请日期1998年8月11日 优先权日1997年8月20日
发明者斯泰凡努司·M·坎珀曼, 彼得·G·范埃雷韦根 申请人:霍戈文斯·斯塔尔公司