ES2218430T3 - Bote de metal que es un envase de metal estanco a la presion y metodo para su produccion. - Google Patents
Bote de metal que es un envase de metal estanco a la presion y metodo para su produccion.Info
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Abstract
Bote de metal, que es un envase de metal estanco a la presión, que comprende una pared lateral planchada que se extiende esencialmente a lo largo de una dirección axial y una dirección circunferencial, y un primer cierre de extremo que está contiguo a la pared lateral en una primera porción de transición de pared a cierre, y un segundo cierre de extremo que está contiguo a la pared lateral en una segunda porción de transición de pared a cierre, pared lateral la cual comprende una porción de pared lateral principal que se extiende desde la primera porción de transición de pared a cierre hasta la segunda porción de transición de pared a cierre, en el que la porción de pared lateral principal está provista de medios de grosor de pared lateral incrementados que soportan la pared lateral esencialmente a lo largo de la circunferencia del bote, que consisten en una porción anular de metal planchado de pared en la cual el grosor de la pared lateral es mayor que el grosor de la pared lateral en la porción de pared lateral principal fuera de la porción anular, caracterizado porque la porción anular comprende el metal planchado de pared que se ha reducido en grosor en más de 39, 4 %, y el grosor de la pared lateral en la porción anular es menor que 40 m más grueso que el grosor de la pared lateral en el resto de la porción de la pared lateral principal.
Description
Bote de metal que es un envase de metal estanco a
la presión y método para su producción.
La invención se refiere a un bote de metal, que
es un envase de metal estanco a la presión, y a un método para
producir tal bote de metal según los preámbulos de las
reivindicaciones 1 y 11 respectivamente (véase, por ejemplo, el
documento EP-A-0.667.193).
Es una práctica común en un bote de metal que el
grosor de la pared lateral en sus porciones de transición de pared a
cierre sea mayor que el grosor en la porción de la pared lateral
principal.
Hay una lucha constante para reducir el calibre
de la chapa de metal a partir de la cual se fabrican los botes de
metal en general, y la chapa de acero que se usa para esto en
particular, a fin de ahorrar material y reducir el peso
"muerto" en la cadena de distribución. Sin embargo, los
clientes de los fabricantes de botes, tales como los que rellenan
los botes, son reacios a reducir el grosor de la pared de los botes
de aerosol debido a que se sospecha un menor comportamiento al vacío
de tal bote de menor calibre. Un menor comportamiento al vacío
aumenta el riesgo de que los botes se colapsen durante el llenado en
caso de botes abollados.
Se conoce un bote de metal con un comportamiento
mejorado de vacío. La patente americana US 3.951.296 describe un
recipiente de pared planchada que tiene una diversidad de nervaduras
de refuerzo que están espaciadas desde los extremos de las paredes
laterales y entre sí, a fin de lograr el aumento de resistencia
contra la deformación de la pared lateral, y que tiene resistencia
mejorada contra el vacío. En sección transversal axial, las
nervaduras tienen forma de trapecio, teniendo la superficie central
paralela a la superficie interior de las paredes laterales una
longitud axial de 2,36 mm, y ambas superficies con efecto cuña están
inclinadas en un ángulo de 24º desde la superficie interior de las
paredes laterales hacia la superficie central de las nervaduras de
refuerzo. Las nervaduras sobresalen hacia dentro a lo largo de una
distancia de 167 \mum. Las nervaduras conocidas se forman en la
pared lateral por medio de planchado de la pared lateral en un
anillo de planchado contra un troquel en el que se han formado las
acanaladuras espaciadas una de la otra a lo largo del eje
longitudinal del troquel. En una operación de planchado, la pared
lateral se hace pasar a través del anillo de planchado por lo cual
la pared lateral se reduce en grosor y se alarga.
El bote conocido tiene un comportamiento al vacío
satisfactorio, aunque es difícil de fabricar en un proceso de
planchado de varios anillos. A medida que la pared lateral se alarga
bajo la acción de un segundo anillo de planchado, las nervaduras de
refuerzo se mueven hacia fuera de las acanaladuras respectivas en
las que fueron formadas. Se tiene que evitar su destrucción.
Según la presente invención, es un objetivo
proporcionar un nuevo concepto de bote en el que se puede lograr un
ahorro considerable de material y peso, del orden del 5% e incluso
más, sin afectar sin inaceptablemente afectar el comportamiento, de
forma principal el comportamiento al vacío.
Según la invención, se proporciona un bote de
metal con las características de la reivindicación 1.
Para el fin de la solicitud, se considera que la
porción anular comprende también una porción anular en la que
regiones substanciales a lo largo de la circunferencia tienen un
grosor de pared lateral que es mayor que el grosor de la pared
lateral en la porción de pared lateral principal, fuera de la
porción anular.
Sorprendentemente, el comportamiento al vacío se
puede mejorar en gran parte soportando la pared del bote sólo
localmente a lo largo de su circunferencia proporcionando sólo de
una porción anular de soporte, por ejemplo una nervadura de
refuerzo, que forma parte de la pared y se integra allí de este
modo. Una pared lateral con sólo una nervadura de refuerzo se puede
fabricar ventajosamente usando etapas de planchado múltiples en un
proceso de planchado de varios anillos, puesto que una nervadura
formada no se destruirá después de las etapas de planchado.
Se advierte que se conoce un semiproducto desde
la patente europea EP B 0.122.651, cuyo semiproducto comprende una
pared lateral de bote que tiene un grosor de pared mayor en una
porción central anular que en las otras porciones de la pared
lateral. Para obtener dos productos finales, este semiproducto se
corta primero transversalmente a lo largo de la región central
anular, antes de que esté provisto de un cierre para formar un bote
de metal que tiene una pared lateral con un grosor de pared,
contiguo a los cierres, mayor que en otras regiones. En los
productos finales, el mayor grosor de la pared se localiza en las
porciones de transición de pared a cierre de las paredes del bote,
para la formación de una conexión de pestaña con el cierre. Los
botes así obtenidos no tienen una nervadura circunferencial en la
porción de la pared lateral principal de sus paredes.
En una realización de la invención, la porción
anular está cortada esencialmente a lo largo de toda la
circunferencia por un plano de sección transversal a través del bote
de metal, localizado a medio camino entre la primera porción de
transición de pared a cierre y la segunda porción de transición de
pared a cierre. Tal una nervadura localizada proporciona el mejor
comportamiento al vacío del bote de metal.
En una realización adecuada, la porción anular es
una nervadura circunferencial que sobresale hacia dentro a partir de
la superficie interior de la pared lateral en el envase. Esto tiene
la ventaja de que no se altera la superficie externa del envase.
Según la invención, el grosor de la pared lateral
en la porción anular no es más de 40 \mum más gruesa que el grosor
de la pared lateral en el resto de la porción de la pared lateral
principal. Cuando la porción anular se extiende más de 40 \mum
desde la pared lateral principal del envase, se hace problemático
separar la pared lateral de la herramienta de planchado de una
pared. Por ejemplo, la separación a partir de un troquel de
planchado de pared se hace más problemática en el caso en que la
porción anular sobresale en el envase más de 40 \mum.
Preferentemente, el grosor de la pared lateral no
es más de 30 \mum más grueso que el grosor de la pared lateral en
el resto de la porción de la pared lateral principal. Con esto, los
problemas de separación se limitan a un nivel más aceptable.
Más preferentemente, el grosor de la pared
lateral no es más de 20 \mum más grueso que el grosor de la pared
lateral en el resto de la porción de la pared lateral principal. Se
ha comprobado que el comportamiento de separación de una pared
lateral con un saliente hacia dentro de 20 \mum es aproximadamente
igual al de un bote de pared recta.
En una realización de la invención, la porción
anular comprende, cuando se observa en una sección longitudinal del
bote de metal, una porción en la que el grosor de la pared lateral
es constante a lo largo de una distancia axial. Esto proporciona una
ventaja adicional en la fabricación, por cuanto tal pared lateral
del bote de metal se separa mejor de la herramienta de planchado de
la pared, por ejemplo un troquel de planchado de pared.
Adicionalmente, en el caso de que el primer
cierre del extremo esté integrado a la pared lateral, el grosor de
la pared lateral en la porción anular de la porción de la pared
lateral principal, cuando se observa en una sección longitudinal del
bote de metal y se mide a distancias crecientes a partir del primer
cierre del extremo, primero aumenta gradualmente desde el grosor de
la pared lateral, fuera de la porción anular, hasta un grosor máximo
de la pared lateral, dentro de la porción anular, a lo largo de una
sección con una longitud D_{1} axial, y entonces disminuye desde
el grosor máximo hasta el grosor en el resto de la porción de la
pared lateral principal, fuera de la porción anular, a lo largo de
una sección con una longitud D_{2} axial, longitud la cual es más
corta que D_{1}. Esto se realiza con respecto a la dirección de
separación de la pared lateral del bote de metal, y mejora además el
comportamiento de separación del troquel de planchado de la
pared.
En una realización en la que el primer cierre del
extremo está integrado a la pared lateral, es ventajoso que, cuando
se observa en una sección longitudinal del bote de metal, el grosor
de la pared lateral en una sección de la porción anular de la
porción de pared lateral principal, medido a distancias crecientes
desde el primer cierre del extremo, aumente gradualmente desde el
grosor de la pared lateral, fuera de la porción anular, hasta un
grosor máximo de la pared lateral, dentro de la porción anular, en
cuya sección la superficie de la pared lateral del interior del
envase está fijada en forma de cuña con respecto a la superficie
correspondiente de la pared lateral en el exterior del envase, a un
ángulo entre 0,01 y 5º. El límite inferior del intervalo de ángulos
está relacionado con el espacio disponible entre la porción anular y
la porción de transición de pared a cierre. El límite superior marca
un ángulo por encima del cual se hace problemático, cada vez más,
separar la pared lateral a partir de una herramienta de planchado de
pared.
Preferentemente, esta superficie se fija en forma
de cuña en un ángulo entre 0,01 y 1º. Con esto se evitan incluso
mejor los problemas de separación.
Más preferentemente, esta superficie está fijada
en forma de cuña en un ángulo entre 0,01 y 0,25º. Con esto, el
comportamiento de separación puede ser aproximadamente igual al de
un bote de pared recta.
Además, una pared de bote según la invención se
puede fabricar por procesos de planchado de la pared y de
estiramiento convencionales.
La invención se materializa también en un método
de formación de una pared de un bote de metal según la invención,
como se define en la reivindicación 11.
La invención se ilustrará con más detalle en lo
adelante, usando también los dibujos, en los que:
la fig. 1 muestra una sección longitudinal
parcialmente en perspectiva de un cuerpo de bote, que muestra una
porción de pared más gruesa que sobresale hacia dentro;
la fig. 2 muestra una sección longitudinal a
través de la línea central de un cuerpo de bote, que muestra una
porción de pared más gruesa que sobresale hacia dentro, con los
símbolos de dimensión;
la fig. 3 muestra las dimensiones reales de
diversos botes sometidos a prueba;
la fig. 4 muestra la relación entre el vacío
aplicado y la fuerza de aplastamiento para diferentes tipos de
botes;
la fig. 5 muestra las dimensiones de un troquel
de carburo usado en el método según la invención;
la fig. 6 muestra las dimensiones de un troquel
de acero usado en el método según la invención.
Para las investigaciones, se produjeron tres
tipos de botes en un fabricante comercialmente disponible:
- Un primer tipo de un concepto de bote conocido
con una pared recta y con un grosor de pared de 0,15 mm.
- Un segundo tipo de un bote según la invención
con un grosor de pared de 0,15 mm y un escalón de pared central de
0,02 mm x 40 mm, es decir con H1 = 44 mm, H2 = 52 mm, H3 = 92 mm, H4
= 96 mm y X1 = 0,170 mm, véase fig. 2.
- Un tercer tipo de un bote según la invención
con un grosor de pared de 0,15 mm y un escalón de pared central de
0,03 mm x 20 mm, es decir con H1 = 50 mm, H2 = 62 mm, H3 = 82 mm,
H4= 88 mm y X1 = 0,180 mm, véase fig. 2.
- Como una referencia, se usó un cuarto tipo de
un bote comercialmente disponible en el mercado que tiene una pared
recta con un grosor de pared de 0,167 mm.
Para los botes de prueba y los botes de
referencia, se usó calidad de acero para empaquetadura T57. Éste es
un material normal comercialmente suministrado al mercado para
fabricar tales botes.
Se fabricaron quinientas tazas de ensayo en dos
etapas: la primera laminación se realizó en una prensa de
fabricación de tazas separada.
La segunda laminación se realizó en una prensa de
fabricación de tazas separada, hasta el diámetro final de 45 mm.
Para un bote del primer tipo, se usó un troquel
con diámetro 44,917 mm. Este troquel se volvió a rectificar después
para un bote del segundo tipo con un escalón de 0,02 mm x 40 mm al
tiempo que se cambia el diámetro teórico a 44,913 mm.
Un nuevo troquel de acero de herramienta se
fabricó para un bote del tercer tipo, con un escalón de 0,03 mm x 20
mm.
Los botes del segundo tipo y del tercer tipo se
proporcionaron con una porción de pared más gruesa que sobresalía
hacia dentro. Esto tiene la ventaja de que no se altera la
superficie exterior del envase.
Se eligió la longitud de la zona de transición en
la parte anterior y al final del escalón del troquel para que fuera
diferente. Esto se hace con relación a la dirección de separación de
los botes.
La Tabla 1 muestra las matrices de planchado
usadas:
| 1ra. matriz (mm) | 2da. matriz (mm) | 3ra. matriz (mm) | 4ta. matriz (mm) | |
| Botes 0,15 | 45,56 | 45,33 | 45,20 | 45,21 |
| botes 0,15 "con escalón" | 45,54 | 45,32 | 45,22 | 45,21 |
Se plancharon las paredes de todos los botes en
un único y el mismo fabricante.
El comportamiento de separación de los botes de
prueba del segundo tipo, con X1 = 0,170 mm, fue aproximadamente
igual al de los botes de pared recta. Ocurrieron algunos problemas
de separación con los botes del tercer tipo, con un X1 = 0,180 mm.
La razón para esto es la diferencia en tamaño del escalón y el uso
de un troquel de acero de herramienta, que produce una fricción más
elevada.
Se obtuvo un perfil del grosor de pared de los
diferentes tipos de botes, con un escáner para grosores. También se
midió el perfil de grosor de pared de los botes con escalón, después
de la tercera matriz, para verificar el efecto de movimiento de la
pared gruesa reduciendo el bote en la cuarta matriz, véase fig. 3 y
tabla 2.
| Grosor de pared gruesa (\mum) | Grosor de pared delgada (\mum) | |
| botes de referencia 0,17 | 167 | 167 |
| botes de referencia 0,15 | 152 | 152 |
| botes 0,15, escalón 0,02, 3er troquel | 188 | 167 |
| Grosor de pared gruesa (\mum) | Grosor de pared delgada (\mum) | |
| botes 0,15, escalón 0,03, 3er troquel | 205 | 175 |
| botes 0,15, escalón 0,02 | 172 | 150 |
| botes 0,15, escalón 0,03 | 183 | 155 |
Se puede concluir de la fig. 3 y la tabla 2 que
el grosor de pared entre los diferentes tipos de botes es
aproximadamente igual. El grosor del escalón es 22 y 28 micrómetros,
respectivamente. No existe ningún desplazamiento de material que se
pueda medir en el escalón, originado por la operación de la cuarta
matriz.
Cada tipo de bote fue sometido a una prueba de
comportamiento al vacío usando un calibrador de fuerza. Se aplicó
una fuerza perpendicular a la línea central del bote, en lo sucesivo
denominada la fuerza de barra en T, sobre la pared del bote en el
mitad de la altura del bote, es decir donde el bote de prueba según
la invención tenía una porción de pared anular local con un mayor
grosor. El bote se despresurizó a diferentes niveles de vacío. Para
cada nivel de vacío, se sometieron a prueba diez botes incrementando
la fuerza de barra en T. En la fig. 5 se resumen los resultados.
Cada punto en la fig. 5 representa un promedio de
10 mediciones. Algunos botes procedentes de un bote del segundo y
tercer tipo se sometieron a prueba aplicando la fuerza a un cuarto
de la altura del bote, donde la pared era delgada.
A partir de los resultados se concluye que el
comportamiento al vacío del segundo tipo de bote según la invención
es aproximadamente igual al comportamiento del bote de referencia.
Eso significa que un incremento del grosor de la pared local según
la invención aumenta el comportamiento al vacío. Además, está claro
que la longitud de la pared gruesa también juega un papel aumentando
el comportamiento al vacío.
Según la invención, ahora es factible reducir el
calibre de acero de envase para botes de tipo aerosol, sin perder el
comportamiento al vacío, proporcionando una pared del bote con
medios de soporte tal como una porción más gruesa de soporte a lo
largo de su circunferencia como se describe aquí.
Claims (11)
1. Bote de metal, que es un envase de metal
estanco a la presión, que comprende una pared lateral planchada que
se extiende esencialmente a lo largo de una dirección axial y una
dirección circunferencial, y un primer cierre de extremo que está
contiguo a la pared lateral en una primera porción de transición de
pared a cierre, y un segundo cierre de extremo que está contiguo a
la pared lateral en una segunda porción de transición de pared a
cierre, pared lateral la cual comprende una porción de pared lateral
principal que se extiende desde la primera porción de transición de
pared a cierre hasta la segunda porción de transición de pared a
cierre, en el que la porción de pared lateral principal está
provista de medios de grosor de pared lateral incrementados que
soportan la pared lateral esencialmente a lo largo de la
circunferencia del bote, que consisten en una porción anular de
metal planchado de pared en la cual el grosor de la pared lateral es
mayor que el grosor de la pared lateral en la porción de pared
lateral principal fuera de la porción anular, caracterizado
porque la porción anular comprende el metal planchado de pared que
se ha reducido en grosor en más de 39,4%, y el grosor de la pared
lateral en la porción anular es menor que 40 \mum más grueso que
el grosor de la pared lateral en el resto de la porción de la pared
lateral principal.
2. Bote de metal según la reivindicación 1,
caracterizado porque la porción anular comprende un metal
planchado de pared que se ha reducido en grosor en más de 41,6%,
preferiblemente en más de 45,1%.
3. Bote de metal según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la porción de la pared lateral principal
fuera de la porción anular comprende metal planchado de pared que se
ha reducido en grosor en más de 50,6%.
4. Bote de metal según la reivindicación 1, 2 ó
3, caracterizado porque la porción de pared lateral principal
comprende acero, preferiblemente acero de envase.
5. Bote de metal según la reivindicación 1,
caracterizado porque la porción anular está cortada a lo
largo esencialmente de la circunferencia completa por un plano en
sección transversal a través del bote de metal, localizado a mitad
de camino entre la primera porción de transición de pared a cierre y
la segunda porción de transición de pared a cierre.
6. Bote de metal según la reivindicación 1 ó 5,
caracterizado porque la porción anular es una nervadura
circunferencial que sobresale hacia dentro desde la superficie
interna de la pared lateral dentro del envase.
7. Bote de metal según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el grosor
de pared lateral en la porción anular no es más de 28 \mum más
grueso, preferente no más de 22 \mum más grueso, que el grosor de
la pared lateral en el resto de la porción de pared lateral
principal.
8. Bote de metal según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, cuando se
observa en una sección longitudinal del bote de metal, la porción
anular comprende una porción en la que el grosor de la pared lateral
es constante a lo largo de una distancia axial.
9. Bote de metal según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, cuando se
observa en una sección longitudinal del bote de metal, el grosor de
la pared lateral en la porción anular de la porción de pared lateral
principal, medido en distancias crecientes a partir del primer
cierre de extremo, aumenta primero gradualmente desde el grosor de
la pared lateral, fuera de la porción anular, hasta un máximo de
grosor de la pared lateral, dentro de la porción anular, a lo largo
de una sección con una longitud D_{1} axial, y entonces disminuye
desde el grosor máximo hasta el grosor en el resto de la porción de
pared lateral principal, fuera de la porción anular, a lo largo de
una sección con una longitud D_{2} axial, cuya longitud es más
corta que D_{1}, y en el que el primer cierre de extremo está
integrado a la pared lateral.
10. Bote de metal según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, el primer
cierre de extremo está integrado a la pared lateral, y, cuando se
observa en una sección longitudinal del bote de metal, el grosor de
la pared lateral en una sección de la porción anular de la porción
de la pared lateral principal, medida a distancias crecientes desde
el primer cierre de extremo, aumenta gradualmente desde el grosor de
la pared lateral, fuera de la porción anular, hasta un grosor máximo
de la pared lateral, dentro de la porción anular, sección en la cual
la superficie de la pared lateral dentro del envase está fijada en
forma de cuña con respecto a la superficie correspondiente de la
pared lateral en el exterior del envase, a un ángulo entre 0,01 y
5º, preferentemente a una ángulo entre 0,01 y 1º, más
preferentemente a un ángulo entre 0,01 y 0,25º.
11. Método para producir un bote de metal, que es
un envase de metal estanco a la presión, que comprende una pared
lateral planchada que se extiende esencialmente a lo largo de una
dirección axial y una dirección circunferencial, y un primer cierre
de extremo contiguo a la pared lateral en una primera porción de
transición de pared a cierre, y un segundo cierre de extremo
contiguo a la pared lateral en una segunda porción de transición de
pared a cierre, cuya pared lateral comprende una porción de pared
lateral principal que se extiende desde la primera porción de
transición de pared a cierre hasta la segunda porción de transición
de pared a cierre, en el que la porción de pared lateral principal
está provista de medios de grosor de pared lateral incrementados que
soportan la pared lateral esencialmente a lo largo de la
circunferencia del bote, que consisten en una porción anular de
metal planchado de pared en el cual el grosor de la pared lateral es
mayor que el grosor de la pared lateral en la porción de pared
lateral principal, fuera de la porción anular, comprendiendo el
método las etapas de (i) producir copas en al menos una operación de
laminado, (ii) reducir el grosor de la pared lateral usando al menos
una matriz de planchado y un troquel que tiene un relieve
conformador en sección transversal longitudinal que comprende una
sección esencialmente recta provista de un rebajo, proporcionándose
el rebajo para conformar la porción anular, caracterizado
porque el rebajo tiene una profundidad menor que 40 \mum, y el
grosor de la porción de la pared principal, en la que está
localizado el rebajo, se reduce desde al menos 313,5 \mum hasta
menos de 190 \mum.
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