Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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"Boîte de conserve métallique pour un produit
alimentaire".
1. Domaine de l'invention
La présente invention concerne une boîte de
conserve métallique, pour la conservation d'un produit
alimentaire stérilisé par un traitement thermique après
la fermeture de la boîte.
2. Art antérieur
De façon traditionnelle, comme le montre la figure
1, les boîtes de conserve étaient formées par une portion
de tôle rectangulaire 10 pliée et soudée de façon à
former un corps, un fond 11 et un couvercle 12 formés de
plaques de tôle étant assemblés aux deux extrémités de ce
corps. Une telle boîte de conserve est appelée boîte
trois pièces car elle met en oeuvre trois éléments
distincts assemblés par soudage ou par sertissage.
De façon plus récente, comme le montre la figure 2,
des boîtes de conserve ont été produites par emboutissage
d'une tôle, dite flanc, de façon à former en un seul
corps monobloc 20 le fond et la paroi latérale du corps
de la boîte. Un couvercle 23 formé d'une plaque de tôle
permet ensuite de fermer cette boîte. De telles boîtes,
dont le fond et la paroi latérale forment une seule
pièce, sont appelées boîtes deux pièces .
Comme le montre la figure 3, qui est une section de
la boîte de la figure 2, cette boîte présente une
épaisseur variable, selon la hauteur dans la boîte, dans
une fourchette de +25% à -25% de l'épaisseur initiale du
flanc.
Une autre technologie d'emboutissage, communément
appelée technologie "DWI" (de l'anglais Drawn and Wall
Ironing , en français : emboutissage et étirage ou
emboutissage et repassage ) a été développée,
permettant de former des boîtes "deux pièces" dont la
paroi latérale est étirée. La figure 4 est une section
d'une telle boîte 30. L'épaisseur e du centre du fond
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31 de cette boîte est sensiblement égale à l'épaisseur du
flanc ayant été embouti. L'épaisseur du fond est comprise
entre +0% et -15% de cette épaisseur e , sa mise en
forme pouvant causer localement un léger amincissement.
En revanche, l'épaisseur e' de la paroi 33 est
réduite jusqu'à 20% de l'épaisseur e du centre du
fond. Le couvercle 32 présente l'épaisseur e" de la
tôle dans laquelle il a été formé.
Cette technologie DWI permet de produire des
boîtes, appelées par la suite boîtes à paroi étirée ,
plus légères que les autres types de boîtes. Leurs
caractéristiques les rendent avantageuses pour une
utilisation comme boîte-boisson, mais elles restent peu
appropriées à une utilisation comme boîtes de conserve de
produits alimentaires. En effet, ces dernières doivent
être soumises, après leur fermeture, à une stérilisation
par traitement thermique qui induit des variations,
positive et négative, de la pression interne dans la
boîte.
Les boîtes à paroi étirée les plus couramment
utilisées et notamment les boîtes-boisson, ne sont pas
adaptées à de telles variations de pression.
L'utilisation de telles boîtes pour contenir des produits
alimentaires présente en conséquence peu d'intérêt, et
reste donc rare.
3. Objectifs de l'invention
La présente invention a pour objectif de pallier
ces inconvénients de l'art antérieur.
En particulier, l'invention a pour objectif de
fournir des boîtes de conserve métalliques pour la
conservation d'un produit alimentaire stérilisé par un
traitement thermique après la fermeture de la boîte,
utilisant une quantité de matière optimisée.
Un autre objectif de l'invention est de fournir de
telles boîtes dont la stérilisation par traitement
thermique, après fermeture, soit facilitée et consomme
une quantité d'énergie minimale.
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L'invention a également pour objectif de permettre
la fabrication et la mise en oeuvre facile de telles
boîtes, en utilisant au maximum du matériel et des
éléments identiques ou similaires à ceux utilisés pour
les boîtes de l'art antérieur.
4. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront
plus clairement par la suite, sont atteints par une boîte
de conserve métallique, pour la conservation d'un produit
alimentaire stérilisé par un traitement thermique après
la fermeture de la boîte, composée d'un corps monobloc
formant le fond et la paroi latérale de la boîte, et d'un
couvercle assemblé sur ce corps pour le fermer,
l'épaisseur minimale de la paroi latérale étant comprise,
entre 20 % et 60 % de l'épaisseur du centre du fond, la
hauteur de la boîte étant comprise, selon l'invention,
entre 1,5 et 3,5 fois sa largeur, et de préférence entre
1,7 et 3 fois, et le fond et/ou le couvercle de la boîte
présentant une paroi centrale de forme convexe vers
l'extérieur reliée à la paroi latérale par une gorge
périphérique débouchant vers l'extérieur.
Un telle boîte de conserve peut être fabriquée avec
une quantité de matière optimisée, et peut subir un
traitement thermique de stérilisation sans dommage et en
consommant moins d'énergie que les boîtes de l'art
antérieur.
Préférentiellement, la pression intérieure de la
boîte est supérieure à la pression atmosphérique.
Cette caractéristique, en combinaison avec les
autres caractéristiques de la boîte selon l'invention,
contribue à la rigidité de la boîte.
Avantageusement, ladite gorge périphérique présente
une première paroi liée à la paroi centrale convexe, une
seconde paroi liée à une zone périphérique de liaison à
la paroi latérale de la boîte, et un fond formant un
arrondi, et .
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- la première paroi forme un angle compris entre 2
et 45 avec l'axe de la boîte,
- la liaison entre la première paroi et la paroi
centrale forme un arrondi de rayon supérieur à 0,5 mm,
- la profondeur de la gorge est comprise entre 1 mm
et 7 mm, et
- l'arrondi du fond de la gorge présente un rayon
inférieur à 5 mm.
Un fond ou un couvercle présentant ces
caractéristiques permet à la boîte de présenter une bonne
tenue à la pression interne.
Selon un mode de réalisation avantageux, le
couvercle est constitué d'un disque en matériau à base
d'acier, la contenance de la boîte est de 212 ml, 425 ml
ou 850 ml, et à ces contenances sont associées
respectivement des couvercles de diamètre de 52 mm, 65 mm
ou 83 mm.
Selon un mode de réalisation avantageux, le
couvercle est constitué d'un disque en aluminium, la
contenance de la boîte est de 212 ml, 425 ml ou 850 ml,
et à ces contenances sont associées respectivement des
couvercles de diamètre de 52 mm, 63,7 mm et 81,5 mm.
Ces combinaisons de tailles de couvercles et de
volume de boîte standards permettent de mettre en oeuvre
l'invention en respectant les besoins des conserveurs et
en utilisant les couvercles et le matériel de sertissage
existant.
Selon un mode de réalisation avantageux, des
moulures sont formées sur la paroi latérale de la boîte
de façon à augmenter sa résistance à la pression externe.
La présente invention concerne également un corps
monobloc de boîte de conserve métallique, pour la
conservation d'un produit alimentaire stérilisé par un
traitement thermique après fermeture de la boîte, le
corps comportant un fond et une paroi latérale,
l'épaisseur minimale de la paroi latérale étant comprise
entre 20% et 60% de l'épaisseur du centre du fond, la
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hauteur du corps étant comprise, selon l'invention, entre
1,5 fois et 3,5 fois sa largeur, et de préférence entre
1,7 et 3 fois, et le fond présentant une paroi centrale
de forme convexe vers l'extérieur reliée à la paroi
5 latérale par une gorge périphérique débouchant vers
l'extérieur.
Ce corps permet de fabriquer une boîte de conserve
telle que décrite ci-dessus.
Préférentiellement, la gorge périphérique de ce
corps présente une première paroi liée à la paroi
centrale convexe, une seconde paroi liée à une zone
périphérique de liaison à la paroi latérale de la boîte,
et un fond formant un arrondi, et :
- la première paroi forme un angle compris entre 2
et 45 avec l'axe de la boîte,
- la liaison entre la première paroi et la paroi
centrale forme un arrondi de rayon supérieur à 0,5 mm,
- la profondeur de la gorge est comprise entre 1 mm
et 7 mm, et
- l'arrondi du fond de la gorge présente un rayon
inférieur à 5 mm.
Selon un mode de réalisation avantageux, des
moulures sont formées sur la paroi latérale du corps de
façon à augmenter sa résistance à la pression externe.
5. Liste des figures
D'autres buts, avantages et caractéristiques de
l'invention apparaîtront plus clairement dans la
description qui suit d'un mode de réalisation préféré,
non limitatif de l'objet et de la portée de la présente
demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique
des éléments constituant une boîte de conserve de type
"trois pièces" de l'art antérieur ;
- la figure 2 est une représentation schématique
des éléments constituant une boîte de conserve de type
"deux pièces" de l'art antérieur ;
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- la figure 3 est une section de la boîte de la
figure 2 ;
- la figure 4 est une section d'une boîte à paroi
étirée de l'art antérieur ;
- la figure 5 est une section d'une boîte de
conserve selon un mode de réalisation de l'invention.
6. Description détaillée d'un mode de réalisation
de l'invention
Les boîtes de conserve trois pièces et les
boîtes deux pièces produites par emboutissage
classique présentent une épaisseur variant entre +25% et
-25% de l'épaisseur du flanc utilisé. Pour optimiser la
quantité de métal mise en oeuvre pour fabriquer une telle
boîte d'une contenance donnée, le diamètre D de la
boîte est proche de sa hauteur h .
Ainsi, des dimensions standards ont été définies
par la profession pour les boîtes destinée à contenir des
produits alimentaires, notamment par les normes EN 13 025
à 13 029, mettant par exemple en oeuvre des couvercles
formant des disques de diamètre :
- 99 mm pour les boîtes de contenance 850 ml ;
- 83 mm pour les boîtes de contenance 425 ml ;
- 65 mm pour les boîtes de contenance 212 ml
Ces dimensions, classiquement utilisées, permettent
d'obtenir des boîtes ayant un diamètre ne différant pas
de sa hauteur de plus de 20%, avec une quantité de
matière optimisée.
Du fait de sa faible épaisseur, la paroi latérale
du corps d'une boîte à paroi étirée ne présente pas
naturellement une rigidité satisfaisante face aux
contraintes extérieures.
Une technique classique pour renforcer cette
rigidité consiste à former des moulures sur le corps de
la boîte pour améliorer sa résistance à la pression
externe latérale. Ces moulures ne favorisent cependant
pas la résistance de la boîte à un effort vertical.
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La figure 5 est une section schématique d'une boîte
cylindrique 40 selon un mode de réalisation préférentiel
de l'invention. La paroi latérale 43 de cette boîte a été
étirée avec la technologie DWI . Ainsi, son épaisseur
e' la plus faible est comprise entre 20% et 60%, et
de préférence entre 30% et 50%, de l'épaisseur e du
milieu du fond 41.
Pour renforcer la rigidité de cette boîte, on
ajoute à son contenu, avant sa fermeture, une substance
qui, en se vaporisant, apportera une surpression à
l'intérieur de la boîte. Cette substance, qui peut par
exemple être de l'azote liquide, a pour effet de
rigidifier la boîte pressurisée et d'améliorer sa
résistance à la fois à la pression externe latérale et à
l'effort vertical.
Les boîtes de conserve de produits alimentaires
doivent, à la différence des boîtes-boisson, être
soumises à une stérilisation par un traitement thermique
après leur fermeture. Cette stérilisation, qui implique
un chauffage du contenu de la boîte à une température
d'environ 110 C à 150 C (de préférence entre 110 et
135 ), génère une augmentation de la pression dans la
boîte jusqu'à environ 3 bars. Cette augmentation est plus
importante pour les boîtes pressurisées, dans lesquelles
la pression peut atteindre 5 bars.
En général, la paroi latérale de la boîte se
déforme très peu sous l'effet de cette pression. Seuls le
fond et le couvercle se déforment, et permettent
l'expansion de la boîte, limitant ainsi l'augmentation de
la pression interne durant le processus de
stérilisation. Pour une boîte de volume donné,
l'expansion possible du fond et du couvercle est d'autant
plus importante que leurs tailles sont importantes.
L'homme du métier était donc convaincu jusqu'à ce
jour que, pour subir un traitement thermique après leur
fermeture, les boîtes à paroi étirée devaient présenter
un fond et un couvercle de taille suffisamment importante
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par rapport à leur hauteur. Pratiquement, ces boîtes
présentent les proportions usuelles des boîtes de
conserve contenant de la nourriture, dont le diamètre est
proche de la hauteur.
Comme l'ont déterminé les inventeurs, pour
optimiser la quantité de métal mise en oeuvre pour
fabriquer une boîte à paroi étirée pressurisée d'une
contenance donnée, la hauteur h de la boîte doit être
plus importante que son diamètre D . Cette hauteur
doit ainsi être comprise entre 1,5 et 3,5 fois, et de
préférence entre 1,7 et 3 fois son diamètre D .
En conséquence, les proportions classiques des
boîtes destinées à contenir des produits alimentaires ne
permettaient pas, jusqu'à ce jour, d'optimiser la
quantité de matière des boîtes à paroi étirée. L'homme du
métier était incité à penser que l'utilisation de boîtes
à paroi étirée présentait peu d'intérêt pour les produits
alimentaires.
La boîte 40 représentée à la figure 5 présente une
hauteur h qui est comprise entre 1,7 et 3 fois son
diamètre D , ce qui permet d'optimiser la quantité de
métal mise en oeuvre pour sa fabrication.
Pour permettre le traitement thermique de cette
boîte 40 sans y générer une pression interne excessive,
le couvercle 42 et le fond 41 présentent une forme
particulière présentant une paroi centrale,
respectivement 421 et 411, de forme convexe vers
l'extérieur, reliée à la paroi latérale de la boîte par
une gorge périphérique, respectivement 420 et 410,
débouchant vers l'extérieur. Cette forme particulière
facilite la déformation élastique du fond et du couvercle
en cas de surpression interne. Des fonds et des
couvercles de ce type sont connus en eux-mêmes, et sont
notamment décrits dans le document EP 1 813 540.
Le couvercle 42 présente ainsi
- une paroi centrale 421,
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- une zone périphérique 422 permettant son
sertissage avec la paroi latérale 43 de la boîte,
- une gorge périphérique 420, présentant une
première paroi 423 liée à la paroi centrale 421, une
seconde paroi 424 liée à la zone périphérique 422, et un
fond 425 formant un arrondi.
Dans ce couvercle 42, la première paroi 423 forme
un angle d'environ 45 , et en tout état de cause compris
entre 2 et 45 avec l'axe de la boîte ; la liaison entre
la première paroi 423 et la paroi centrale forme un
arrondi de rayon supérieur à 0,5 mm ; la profondeur de la
gorge 422 est comprise entre 1 mm et 7 mm ; et l'arrondi
du fond 425 de la gorge présente un rayon inférieur à 5
mm.
De même, le fond 41 présente:
- une paroi centrale 411,
- une zone périphérique 412 de liaison avec la
paroi latérale 43 de la boîte,
- une gorge périphérique 410, présentant une
première paroi 413 liée à la paroi centrale 411, une
seconde paroi 414 liée à la zone périphérique 412, et un
fond 415 formant un arrondi.
Dans ce fond, la première paroi 413 forme un angle
d'environ 5 , et en tout état de cause compris entre 2
et 45 avec l'axe de la boîte ; la liaison entre la
première paroi 413 et la paroi centrale 411 forme un
arrondi de rayon supérieur à 0,5 mm ; la profondeur de la
gorge 410 est comprise entre 1 mm et 7 mm ; et l'arrondi
du fond 415 de la gorge présente un rayon inférieur à 5
mm.
Les gorges 410 et 420 présentant ces
caractéristiques facilitent la déformation respectivement
du fond et du couvercle de la boîte 40. Ainsi, lorsque la
boîte 40 est chauffée lors de son traitement thermique,
l'augmentation de sa pression interne entraîne la
déformation, temporaire et réversible, du fond 41 et du
couvercle 42, augmentant ainsi le volume interne de la
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boîte. Cette augmentation de volume permet de limiter la
pression effective dans la boîte 40 à des valeurs ne
risquant pas de l'endommager.
Le couvercle 42 et le fond 41 permettant une
5 meilleure tenue à la pression interne, il est donc
possible de fabriquer une boîte à paroi étirée
pressurisée pouvant être stérilisée par traitement
thermique, et dont le rapport entre la hauteur et le
diamètre peut être choisi de façon à optimiser la
10 quantité de métal utilisé.
Dans d'autres modes de réalisation possibles de
l'invention, il est possible que le couvercle seul, ou
que le fond seul, soit conçu de façon à présenter une
bonne tenue à la pression interne.
Il est à noter également que l'invention ne se
limite pas aux profils de fond et de couvercle
représentés. D'autres profils permettant à la boîte de
supporter des pressions élevées peuvent être mis en
oeuvre, comme par exemple ceux qui sont décrits dans le
document EP 1 813 540.
Les volumes des boîtes de conserve sont
standardisés, notamment par les normes EN 13 025 à 13
029. Les modifications des proportions de boîtes en vue
de leur optimisation doivent donc être faites, de
préférence, en conservant des volumes identiques.
Par ailleurs, les tailles des couvercles des boîtes
de conserve sont également standardisées. Le respect de
ces standards par les fabricants de boîtes est important,
la pose du couvercle pour la fermeture des boîtes n'étant
pas faite par le fabriquant des boîtes, mais par le
conserveur qui remplit la boîte. Les couvercles utilisés
doivent donc être adaptés aux machines de sertissage
utilisées par le conserveur.
Pour modifier les proportions des boîtes sans
nécessiter l'utilisation de couvercles de diamètres non
normalisés, il a été imaginé par les inventeurs de
dimensionner les boîtes, pour chaque contenance standard,
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de telle façon qu'elles puissent être fermées par les
couvercles standards usuellement utilisés pour fermer des
boîtes de contenance inférieure.
Ainsi, il est avantageux, pour les boîtes fermées
par des couvercles formés dans des disques en matériau à
base d'acier, d'utiliser :
- des couvercles de diamètre de 52 mm pour des
boîtes de contenance de 212 ml,
- des couvercles de diamètre de 65 mm pour des
boîtes de contenance de 425 ml,
- des couvercles de diamètre de 83 mm pour des
boîtes de contenance de 850 ml.
Pour les boîtes fermées par des couvercles formés
dans des disques en matériau à base d'aluminium, il est
avantageux d'utiliser :
- des couvercles de diamètre de 52 mm pour des
boîtes de contenance de 212 ml,
- des couvercles de diamètre de 63,7 mm pour des
boîtes de contenance de 425 ml,
- des couvercles de diamètre de 81,5 mm pour des
boîtes de contenance de 850 ml.
Ces combinaisons permettent de fabriquer facilement
des boîtes présentant des proportions proches des
proportions optimisées.
Les boîtes présentant les caractéristiques de
l'invention peuvent être stérilisées thermiquement plus
rapidement et en utilisant moins d'énergie que les boîtes
de l'art antérieur. En effet, les proportions de ces
boîtes leurs permettent de présenter une surface plus
importante d'échange thermique avec l'extérieur, ce qui
facilite leur chauffage. De plus, l'épaisseur de
nourriture à chauffer dans la boîte est moins importante,
du fait de la faible largeur de celle-ci. Les parois
latérales étant moins épaisses, elles transmettent mieux
la chaleur. Enfin, la quantité totale de matière
métallique qui est chauffée lors de la stérilisation
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d'une boîte est moins importante, ce qui consomme moins
d'énergie.
Les boîtes présentant les caractéristiques de
l'invention peuvent également présenter des dimensions
les rendant adaptées à un stockage plus efficace et plus
compact. Ainsi, à titre d'exemple, un type de palette
utilisé présente une longueur de 1200 mm, une largeur de
800 mm, et sa hauteur doit être comprise entre 1000 et
1030 mm.
Sur une telle palette, il est possible de ranger
1860 boîtes classiques de 425 ml, présentant un diamètre
de 73 mm pour une hauteur de 101,54 mm. Ces boîtes sont
rangées en 10 couches de 186 boîtes. En revanche, il est
possible de ranger 1960 boites de même volume selon
l'invention, présentant un diamètre de 65 mm pour une
hauteur de 128,08 mm. Ces boîtes sont alors rangées en 8
couches de 245 boîtes. L'invention permet ainsi de placer
100 boîtes de plus sur chaque palette que dans l'art
antérieur, soit 2 400 boîtes de plus dans un camion
transportant 24 palettes. Elle permet en conséquence de
réaliser des économies substantielles sur les frais de
transport.
Il est à noter que la dimension du couvercle n'est
pas nécessairement égale à la largeur de la paroi
latérale de la boîte. Il est en effet possible de prévoir
un retreint en haut de cette paroi latérale, permettant
de sertir un couvercle de dimension plus faible que la
largeur de la paroi. Il est également possible, dans
certains cas, de sertir un couvercle de plus grande
dimension que la largeur de la boîte.
La présente invention peut être mise en oeuvre pour
des boîtes fermées par des couvercles de dimension
comprise entre 20 mm et 153 mm. Cependant, elle est mise
en oeuvre de préférence pour des boîtes fermées par des
couvercles de dimension comprise entre 52 mm et 99 mm.
Dans un mode de réalisation particulier de
l'invention, il est possible de conformer les parois
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latérales de la boîte de façon à y former des moulures
permettant d'améliorer sa résistance à la pression
externe.
La présente invention s'applique principalement aux
boîtes de conserve cylindriques, aux boîtes quasi-
cylindriques, aux boîtes de section polygonales
(hexagonales, octogonales...), aux boîtes dont les parois
latérales sont légèrement bombées en tonneau , ou
encore aux boîtes de formes différentes susceptibles de
présenter les mêmes proportions.
Le corps de la boîte, constituant son fond et ses
parois latérales, est couvert également par la présente
demande indépendamment de son couvercle, en particulier
s'il présente les caractéristiques lui permettant de
former une boîte selon l'invention quand on l'associe
avec un couvercle usuel n'étant pas conformé pour se
déformer.
