BR0308850B1 - Cilindro e recipiente para contenção de fluido comprimido e método para formar um cilindro - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CILINDRO E

RECIPIENTE PARA CONTENÇÃO DE FLUIDO COMPRIMIDO E MÉTODO PARA FORMAR UM CILINDRO".

ANTECEDENTES

Campo da Invenção A presente invenção refere-se a cilindros de gás comprimido.

Em particular a presente invenção refere-se a um cilindro de gás comprimido incluindo uma tampa tendo uma área abobadada configurada para reduzir a força requerida para liberar o gás comprimido armazenado dentro do cilin- dro.

Antecedentes da Invenção Pequenos cilindros de gás comprimido, ou microcilindros, são bem conhecidos na técnica. Pelo fato deles serem capazes de armazenar um volume considerável de um gás escolhido em alta temperatura, microci- lindros fornecem uma fonte de energia compacta porém potente, e, como resultado, microcilindros são presentemente usados em uma faixa ampla de aplicações. Por exemplo, microcilindros são presentemente usados como a fonte de energia em dispositivos de inflação de emergência, rifles e armas manuais energizados a gás, dispositivos de inflação de pneu, dispositivos de injeção pneumaticamente acionados, e mesmo em dispositivos para creme chantilly. Apesar de ser pressionado para funcionar em diversos contextos funcionais diferentes, no entanto, o estado dos microcilindros da técnica não é idealmente adequado a cada uma das aplicações em que eles são pre- sentemente usados.

Em particular, a situação dos microcilindros da técnica não é idealmente adequada para uso em dispositivos de injeção automática, de outro modo conhecidos como "auto-injetores". Auto-injetores são geralmente desenhados para facilitar uma injeção rápida, automática e precisa de uma dose desejada de um medicamento escolhido e são considerados serem particularmente bem adequados para uso em situações de emergência ou por sujeitos que devem regularmente auto-administrar substâncias terapêuti- cas. Onde o projeto do auto-injetor ou a natureza do medicamento a ser dis- pensado requeira tanto que o auto-injector acelere o medicamento a uma alta velocidade ou que o auto-injector acione o medicamento com uma alta força de injeção, microcilindros são considerados serem candidatos ideais como fontes de energia para o auto-injector. No entanto, a fim de liberar o gás comprimido de dentro de um microcilindro, o microcilindro deve ser per- furado, ou de outro modo comprometido, e as tampas ou os lacres tipica- mente incluídos em microcilindros não podem ser perfurados sem a aplica- ção de força relativamente alta.

Um microcilindro padrão é ilustrado na Figura 1 até a Figura 3.0 microcilindro ilustrado nessas figuras é exemplar de microcilindros disponí- veis em diversos fornecedores comerciais, tal como Leland Limited, Inc., de South Plainfield, New Jersey. Como pode ser visto na Figura 1, até a Figura 3, o microcilindro padrão 10 inclui um corpo 12 terminando em uma tampa 14. A fim de liberar o gás comprimido armazenado dentro do microcilindro 10, a tampa 14 é geralmente perfurada, e para reduzir a força necessária para perfurar a tampa 14, a tampa 14 pode ser fornecida com uma área de espessura reduzida, ou "região de perfuração" 16, onde a tampa pode ser perfurada mais facilmente (mostrado em corte transversal na Figura 2 e na Figura 3). Porque a pressão exercida pelo gás armazenado em um microci- lindro padrão 10 coloca o material que forma a região de perfuração 16 em tensão (indicado pelas setas 17), porém, a extensão a qual a região de per- furação 16 pode ser adelgaçada é limitada, como a região de perfuração 16 deve ser suficientemente forte para resistir à ruptura quando exposta às for- ças de tensão exercidas pelo gás comprimido dentro do microcilindro 10. Por conseguinte, mesmo onde a tampa 14 de um microcilindro padrão 10 é for- necida com uma região de perfuração 16, a força requerida para perfurar a tampa 14 pode exceder a 67,95 g. (quinze libras), ou mais.

Para superar o problema de força de perfuração criado por mi- crocilindros padrões, auto-injetores incluindo microcilindros padrões geral- mente incluem um mecanismo que facilita a geração de uma força suficiente para perfurar a tampa do microcilindro. O próprio mecanismo pode ser pro- jetado para gerar uma força suficiente para perfurar o microcilindro, como é exemplificado no auto-injetor ensinado na patente U.S. 6.096.002, ou o me- canismo pode simplesmente conferir uma vantagem mecânica suficiente para permitir ao usuário empregar a força de perfuração requerida através do emprego de uma força menor. Tais mecanismos, no entanto, são geral- mente indesejáveis, conforme eles podem complicar o projeto do auto-injetor e podem, em alguns casos, provar serem uma inconveniência ao usuário.

Em uma tentativa para curar os problemas apresentados pelas altas forças de perfuração requeridas por microcilindros padrões, o Grupo BOC, of Windlesham, United Kingdom, desenvolveu microcilindros incluindo uma tampa, frangível ou de rompimento. A patente U.S. 5.845.811 ("a pa- tente '811") e a patente U.S. 6.047.865 ("a patente '865") são dirigidas a dois microcilindros de rompimento diferentes 18, 20 desenvolvidos pelo Grupo BOC, os dois projetos diferentes sendo ilustrados aqui na Figura 4 e Figura 5. O primeiro projeto 18, que é descrito na patente '811, inclui um corpo de cilindro 12, uma tampa 14 incluindo uma área frangível 22, uma alavanca 24, e um elemento de escora 26. A tampa 14 é comprometida através de aplica- ção de uma força à alavanca 24, o que faz com que a área 22 seja frangível a fratura. O segundo projeto 20, que é descrito na patente '865, inclui um microcilindro tendo um corpo 12, uma tampa 14 com uma área frangível 22, e um pescoço alongado 28. O pescoço alongado 28 do segundo projeto re- põe eficazmente a alavanca 24 do primeiro projeto, com a área frangível 22 estando fraturada conforme a força é aplicada ao pescoço alongado 28.

Com relação a um microcilindro padrão, os projetos propostos nas patentes '811 e '865 reduzem a quantia de força que um usuário deve aplicar para comprometer o microcilindro.

No entanto, tais microcilindros de padrões semelhantes, os mi- crocilindros de rompimento ensinados nas patentes '811 e '865 não são isentos de desvantagens. Em particular, tanto a alavanca do primeiro projeto quanto o pescoço alongado do segundo projeto estão expostos, o que au- menta o risco de que os microcilindros de rompimento sejam acidentalmente comprometidos, ou "inflamados", visto que eles são manipulados, por exem- plo, durante o transporte ou durante um processo de montagem do dispositi- vo. Seria, por conseguinte, uma melhoria na técnica fornecer um cilindro de gás que seja não só capaz de armazenar um fluido ou gás comprimido em altas pressões, mas que também inclua uma tampa que seja relativamente difícil de acidentalmente inflamar e possa ser perfurada pela aplicação de uma força relativamente pequena.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção fornece um cilindro de gás comprimido que é capaz de armazenar um gás comprimido em altas pressões. O cilindro de gás comprimido da presente invenção inclui um corpo terminando em uma tampa abobadada para dentro. A abóbada incluída na tampa do cilindro de gás comprimido da presente invenção é formada de modo que o material próximo à tampa da abóbada seja relativamente mais adelgaçado do que o material próximo à base da abóbada. A ponta da abóbada, por conseguinte, cria uma região de perfuração na tampa que pode ser perfurada através da aplicação de uma pressão relativamente baixa. Conforme é usado aqui, o termo "cilindro de gás comprimido" não limita o escopo da presente invenção e é usado como uma questão de conveniência para se referir a um recipi- ente configurado para conter ou dispensar uma quantidade desejada de um fluido comprimido em uma pressão ou faixa predeterminada de pressões.

Além do mais, como é usado no presente contexto, o termo "fluido" refere-se a um líquido ou gás compressível. A tampa abobadada para dentro fornece vantagens não obtidas por microcilindros padrões ou microcilindros de rompimento. Por exemplo, pelo fato da abóbada se estender para dentro do topo da tampa, a região de perfuração produzida pela abóbada é colocada sob compressão. Colocando- se a região de perfuração sob compressão, em vez de tensão, possibilita-se que a região de perfuração seja adelgaçada para uma extensão maior do que é possível em um microcilindro padrão, o que, por sua vez, resulta em uma redução na força requerida para penetrar na região de perfuração. Além do mais, a abóbada faceando para dentro é menos propenso a inflamação acidental do que um mecanismo de rompimento incluindo uma alavanca ou pescoço que se estenda para fora e para longe da tampa ou corpo do cilin- dro. Por conseguinte, o desenho do cilindro de gás comprimido da presente invenção não somente leva em conta uma redução na quantia de força re- querida para comprometer o cilindro, mas o projeto da presente invenção também funciona para fornecer tal redução da força sem aumentar o risco de que o cilindro seja acidentalmente inflamado.

BREVE DESCRICÃQ DOS DESENHOS A Figura 1 fornece uma representação esquemática do exterior de um microcilindro padrão, conforme conhecido na técnica. A Figura 2 fornece uma representação esquemática de um corte transversal tomado através do microcilindro ilustrado na Figura 1 na linha A- A. A Figura 3 fornece uma vista ampliada da porção "C" do corte transversal ilustrado na Figura 2. A Figura 4 fornece uma representação esquemática de um mi- crocilindro de rompimento exemplar como ensinado na patente U.S. 5.845.811. A Figura 5 fornece uma representação esquemática de um se- gundo microcilindro de rompimento exemplar, como ensinado na patente U.S. 6.047.865. A Figura 6 fornece uma representação esquemática do exterior de um microcilindro de acordo com a presente invenção. A Figura 7 fornece uma representação esquemática de um corte transversal tomado através do microcilindro ilustrado na Figura 6 na linha A- A. A Figura 8 fornece uma vista ampliada da porção "B" do corte transversal ilustrado em DESCRICÃQ DETALHADA DA INVENÇÃO

Um cilindro de gás comprimido exemplar 100 de acordo com a presente invenção é ilustrado na Figura 6 até a Figura 8. Como pode ser visto por referência à Figura 6, o cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção inclui um corpo 102 que pode parecer substancialmente similar a um microcilindro padrão em dimensão e conformação. No entanto, ao con- trário de microcilindros padrões, o cilindro de gás comprimido 100 da pre- sente invenção inclui uma tampa 104 tendo uma abóbada formada para dentro 106 (mostrada em corte transversal na Figura 7 e na Figura 8). Signi- ficantemente, a abóbada 106 incluída na tampa 104 é formada de modo que o material próximo à base 108 da tampa 104 seja mais espesso do que o material em e próximo à ponta 110 da tampa 104. Por conseguinte, o mate- rial próximo à ponta da tampa 104 forma uma região de perfuração 112 que é mais facilmente penetrada do que o material que forma o restante da tam- pa 104.

Vantajosamente, o projeto da tampa 104 do cilindro de gás com- primido 100 da presente invenção possibilita que a região de perfuração 112 incluída na abóbada 106 seja adelgaçada a uma extensão maior do que é possível para uma região de perfuração incluída em uma tampa de um mi- crocilindro padrão. Formando-se a abóbada 106 como uma estrutura face- ando para dentro, a região de perfuração 112 criada pela abóbada 106 é colocada sob compressão (indicada por setas de força 114), em vez de ten- são, quando exposta às pressões exercidas por um fluido comprimido arma- zenado dentro do cilindro de gás comprimido 100. Formar a abóbada 106 de modo que o material que forma a região de perfuração 112 seja colocado sob compressão é significante porque um material de uma espessura dada é capaz de suportar uma quantia maior de pressão quando a pressão exercida contra o material coloca o material em compressão em vez de tensão. Dessa maneira, embora mantendo ou aperfeiçoando a margem de segurança for- necida pelo cilindro, o material que forma a região de perfuração 112 forne- cida no cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção pode ser mais adelgaçado do que o material que forma uma região de perfuração fornecida em um microcilindro padrão desenhado para suportar uma pressão ou faixa de pressões idênticas.

Conforme a espessura da região de perfuração 112 incluída na tampa 104 do cilindro de gás comprimido 100 é reduzida, a força requerida para penetrara região de perfuração 112 diminuirá significantemente. A es- pessura da região de perfuração 112 do cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção irá variar dependendo dos materiais usados para fabricar a tampa 104 e a abóbada formada para dentro 106 incluída na tampa 104.

No entanto, o desenho da abóbada formada para dentro 106 do cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção facilita a fabricação de um cilindro de gás comprimido tendo uma região de perfuração que é até, ou mais do que, 50% mais adelgaçada do que a que seria requerida em um microcilin- dro que inclui uma região de perfuração achatada ou planar, é fabricada usando os mesmos materiais, e é projetada para suportar uma pressão ou faixa de pressões idênticas. Por conseguinte, a abóbada formada para den- tro 106 incluída na tampa 104 do cilindro 100 da presente invenção permite a criação de um cilindro tendo uma região de perfuração que é penetrável usando-se uma força significantemente menor do que seria necessário para penetrar a tampa de um microcilindro padrão desenhado para conter um volume idêntico de gás comprimido e uma pressão ou faixa de pressões idênticas.

Uma vantagem adicional para o projeto do cilindro de gás com- primido 100 da presente invenção é que o projeto formado para dentro da abóbada 106 também funciona para reduzir a possibilidade de inflamação acidental. Ao contrário dos projetos de cilindro e tampa que facilitam a infla- mação do cilindro fornecendo uma alavanca ou pescoço que se estende para fora ou para longe e formam o corpo do cilindro, a abóbada 106 incluí- da na tampa 104 do cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção se estende para dentro do contorno geral do cilindro 100 e no volume definido pelo corpo 102. Por conseguinte, quando comparada a mecanismos de re- dução de força que incluem uma alavanca exposta ou um pescoço frangível, a região de perfuração 112 fornecida próximo à ponta 110 da abóbada for- mada para dentro 106 de um cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção é posicionada em uma posição relativamente mais protegida den- tro do cilindro 100. O cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção pode ser fabricado usando-se qualquer material adequado formado por qualquer pro- cesso de fabricação adequado. Por exemplo, o corpo 102 e a tampa 104 do cilindro de gás comprimido 100 podem ser criados usando-se um metal ou liga de metal, tal como uma liga de alumínio, uma liga de titânio, uma liga de aço inoxidável, ou aço-carbono. O corpo 102 do cilindro de gás comprimido 100 pode ser formado, por exemplo, de um metal estirado ou liga de metal que é conformada usando-se um processo de estampa e molde convencio- nal. A tampa 104 do cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção pode ser fabricada por, por exemplo, fornecendo-se uma peça planar de um material compatível ao corpo 102 do cilindro de gás comprimido 100 que é dimensionado e conformado apropriadamente. A abóbada 106 fornecida na tampa 104 pode ser formada usando-se um segundo processo de estampa e molde. Onde a abóbada 106 é formada por um segundo processo de estam- pa e molde, tal processo pode formar a abóbada desejada 106 usando-se um simples impacto de um molde simples, ou, alternativamente, usando-se dois ou mais impactos sucessivos de um molde simples ou uma série de moldes progressivamente dimensionados. Logo que o corpo 192 e a tampa 104 do cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção são formados, o cilindro de gás comprimido 100 pode ser carregado com uma quantia de- sejada de um material escolhido e o corpo 102 e a tampa 104 podem ser ligados usando-se qualquer processo adequado, tal como, por exemplo, um processo de soldagem ou aglutinação conhecido.

Embora qualquer método adequado possa ser usado para for- mar a abóbada 106 incluída na tampa 104 do cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção, um processo de estampa e molde é presente- mente preferido. Além de fornecer uma abóbada 106 com uma região de perfuração adelgaçada 112 na ponta 110, acredita-se que criar a abóbada 106 usando-se o processo de estampa e molde traz o material que forma a região de perfuração 112 da abóbada 106 mais perto do seu limite elástico na direção de penetração (indicado pela seta 116). Conforme o material que forma a abóbada 106 é atingido com um ou mais moldes, o material da tam- pa 104 é estirado para formar a abóbada 106, com o material que forma a região de perfuração 112 estirando-se para a maior extensão, e conforme o material é estirado para formar a abóbada 106, ele é trazido mais perto do seu ponto elástico. Em geral, o material estirado mais perto do seu ponto elástico é menos resiliente à aplicação de força e geralmente cederá mais prontamente do que um material que não foi estirado. Por conseguinte, acredita-se que formar a abóbada 106 incluída na tampa 104 do cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção usando-se um processo de es- tampa e molde reduzirá a força requerida para penetrar a região de perfura- ção 112 da abóbada 106 com relação a um processo fornecendo uma região de perfuração igualmente espessa formada de um material não elástico.

Como é facilmente apreciado, o cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção pode ser projetado para o uso em qualquer contexto desejado. Por exemplo, o cilindro pode ser fabricado para conter virtual- mente qualquer quantia de uma variedade de gases ou líquidos comprimidos em uma pressão ou faixa desejada de pressões. Exemplos de substâncias compressíveis que podem ser contidas e dispensadas de um cilindro de gás comprimido da presente invenção incluem, mas não limitados a, C02, hélio, nitrogênio, e CDA (Ar Seco Limpo). Por conseguinte, a dimensão do cilindro de gás comprimido 100 pode ser modificada, conforme necessário, para adequar uma armazenagem particular e dispensa necessária ou uma faixa particular de armazenagem e dispensa necessárias. Além do mais, as espe- cificações de várias características do cilindro de gás comprimido 100 são facilmente modificadas para fornecer um cilindro de resistência suficiente para combinar uma armazenagem desejada ou dispensa necessária. Por exemplo, o corpo 102 e a tampa 104 podem ser formados de material mais espesso ou mais adelgaçado para se adequarem a uma necessidade de armazenagem particular, e a abóbada 106 incluída na tampa 104 pode ser modificada para fornecer uma região de perfuração 112 oferecendo um ba- lanço desejado entre segurança e facilidade de perfuração. Finalmente, em- bora uma conformação geralmente cilíndrica seja preferida para o cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção, a conformação do dispositivo não necessita ser cilíndrica. A forma do cilindro de gás comprimido 100 da presente invenção pode ser modificada daquela ilustrada na Figura 6 até a Figura 8, como desejado, para adequar uma aplicação particular. Indepen- dente das especificações precisas, no entanto, o cilindro 100 da presente invenção facilita a fabricação de um cilindro capaz de armazenar e dispensar uma quantia desejada de gás comprimido em alta pressão, embora reduzin- do a força requerida para inflamar o cilindro. Além do mais, o posiciona- mento relativamente protegido da região de perfuração incluída em um cilin- dro de gás comprimido da presente invenção funciona para diminuir a pro- babilidade de que o cilindro seja acidentalmente comprometido com relação a mecanismos de redução de força que requerem uma alavanca exposta ou pescoço frangível.

Claims (15)

1. Cilindro para conter um fluido comprimido, que compreende: um corpo (102) configurado para conter uma quantia desejada de um fluido comprimido; caracterizado por uma tampa (104) que possui uma abóbada formada intemamente (106), uma região de base da abóbada (108) que possui uma parede mais espessa que uma região de ponta (110) da abóba- da, em que a região de ponta da abóbada define uma região de perfuração (112) que é mais facilmente penetrada em relação ao restante da abóbada.

2. Cilindro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo inclui uma primeira extremidade e uma segunda extre- midade e pelo menos uma da primeira extremidade e a segunda extremida- de incluam a tampa abobadada para dentro.

3. Recipiente para armazenar e dispensar um fluido comprimido, que compreende: um corpo (102) configurado para conter uma quantia desejada de um fluido comprimido; caracterizado por uma estrutura de abóbada se estende para dentro em um volume geralmente definido pelo corpo (102), uma região de base da estrutura da abóbada que possui uma parede mais espessa do que uma região de ponta (110) da abóbada, em que a região de ponta da abó- bada define uma região de perfuração (112) que é mais facilmente penetra- da em relação ao restante da abóbada.

4. Recipiente de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o corpo inclui uma primeira extremidade e pelo menos uma da primeira extremidade e a segunda extremidade inclui a região de perfura- ção.

5. Recipiente de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma tampa, em que a região de perfura- ção é fornecida na tampa e a tampa e o corpo são configurados de modo que a tampa pode ser anexada ao corpo.

6. Recipiente de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a estrutura de abóbada inclui uma base e uma ponta, em que a região de perfuração é fornecida em ou próximo à ponta.

7. Cilindro de gás comprimido que compreende: um corpo (102) que inclui uma extremidade proximal e uma ex- tremidade distai, o corpo configurado para conter uma quantidade desejada de material fluido comprimido em uma pressão desejada; caracterizado por uma tampa (104) fixada ao corpo na extremi- dade distai, a tampa possui uma abóbada (106) formada nela de modo que a abóbada se estende internamente em direção à extremidade proximal do corpo, uma região de base da abóbada (108) que possui uma parede mais espessa que uma região de ponta (110) da abóbada, em que a região de ponta da abóbada define uma região de perfuração (112) que é mais facil- mente penetrada em relação ao restante da abóbada.

8. Cilindro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo e a tampa compreendem um metal selecionado do grupo que consiste em uma liga de alumínio, uma liga de titânio, uma liga de aço inoxidável, e aço-carbono.

9. Recipiente de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o corpo e a região de perfuração compreendem um metal selecionado do grupo que consiste em uma liga de alumínio, uma liga de titânio, uma liga de aço inoxidável, e aço-carbono.

10. Cilindro de gás comprimido de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o corpo e a tampa compreendem um metal selecionado do grupo que consiste em uma liga de alumínio, uma liga de titânio, uma liga de aço inoxidável, e aço-carbono.

11. Método de formar um cilindro de gás comprimido, que com- preende as etapas de: fornecer um corpo; fornecer uma tampa; caracterizado pelas etapas de: formar uma abóbada interna na tampa, uma região de base da abóbada dotada de uma parede mais espessa que uma região de ponta da abóbada, em que a região de ponta da abóbada define uma região de perfu- ração que é mais facilmente penetrada em relação ao restante da abóbada; e unir o corpo e a tampa.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que fornecer a tampa compreende fornecer uma tampa formada de um metal ou liga de metal e formar a região de perfuração abobadada na tampa compreende submeter a tampa a um processo de estampa e molde.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que submeter a tampa a um processo de estampa e molde inclui submeter a tampa a um simples impacto de um molde.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que submeter a tampa a um processo de estampa e molde inclui submeter a tampa a múltiplos impactos de um simples molde.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que submeter a tampa a um processo de estampa e molde inclui submeter a tampa a múltiplos impactos de uma pluralidade de moldes pro- gressivamente dimensionados, em que a tampa recebe impacto pelo menos uma vez com cada um da dita pluralidade de moldes progressivamente di- mensionados.