ES2253921T3 - Fondo de bote con resistencia mejorada y aparato para su fabricacion. - Google Patents

Fondo de bote con resistencia mejorada y aparato para su fabricacion.

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ES2253921T3 ES99955250T ES99955250T ES2253921T3 ES 2253921 T3 ES2253921 T3 ES 2253921T3 ES 99955250 T ES99955250 T ES 99955250T ES 99955250 T ES99955250 T ES 99955250T ES 2253921 T3 ES2253921 T3 ES 2253921T3
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Abstract

Un bote (1) que comprende una pared lateral (4) y una base enteriza o de una sola pieza (6), en el que la base (6) comprende: (i) una parte sustancialmente troncocónica (8) que se extiende hacia abajo y hacia adentro desde la pared lateral (4); (ii) una parte de nariz anular (16) que se extiende hacia debajo desde la parte sustancialmente troncocónica (8), dicha parte de nariz formada por paredes interior y exterior (12, 13) que se extienden circunferencialmente unidas por una parte arqueada (18) convexa hacia abajo, teniendo dicha parte arqueada (18) superficies interior y exterior; y (iii) una parte central (24) que se extiende hacia arriba y hacia adentro desde dicha pared interior de nariz, teniendo dicha parte central sustancialmente forma de cúpula y siendo cóncava exteriormente; caracterizado porque: dicho radio de curvatura R3 de la superficie interior de la parte arqueada adyacente a dicha pared interior de nariz es al menos de 1, 524 mm y no mayor de 1, 778 mm; y, cuando el bote (1) es cerrado por un extremo que tiene un diámetro de aproximadamente 54 mm, el diámetro D2 de la nariz no es mayor de aproximadamente 48 mm.

Description

Fondo de bote con resistencia mejorada y aparato para su fabricación.
El presente invento está dirigido a un bote, tal como un bote metálico para envasar bebidas carbónicas. Más específicamente, el presente invento está dirigido a una base de bote que tiene una resistencia mecánica mejorada.
En el pasado, se han fabricado o formado botes para envasar bebidas carbónicas, tales como refrescos o cerveza, a partir de metal, típicamente aluminio. Tales botes están tradicionalmente hechos uniendo un extremo del bote, o tapa a un cuerpo de bote estirado y embutido que tiene una base formada enteriza o de una sola pieza.
Ciertos parámetros relativos a la geometría de la base del bote desempeñan una misión importante en las prestaciones del bote. En bases de bote que emplean una nariz anular, descritas más adelante, el diámetro de la nariz afecta a la capacidad de apilar la base de un bote en el extremo superior de otro bote. El diámetro de la nariz también afecta a la resistencia del bote a volcarse, tal como podría ocurrir durante el llenado.
Además de la capacidad de apilamiento y de la estabilidad anti-vuelco, la resistencia mecánica es también un aspecto importante de las prestaciones de la base del bote. Por ejemplo, como su contenido está bajo presión, que puede ser tan elevada como de 1.620,5 kPa, el bote debe ser suficientemente fuerte para resistir la deformación o abombamiento excesivo debido a la puesta a presión interna. Por ello, un parámetro de resistencia mecánica importante para la base del bote es la resistencia mecánica a la deformación o abombamiento, que es comúnmente definida como el valor mínimo de la presión interna requerida para provocar la inversión, de la parte abombada de la base del bote, es decir, la presión mínima a la que la parte central de la base del bote cambia de ser cóncava hacia fuera a convexa hacia fuera. Otro parámetro importante es la resistencia a la caída, que es definida como la altura mínima requerida para provocar la inversión del abombamiento cuando un bote lleno de agua y puesto a presión de 413 kPa es dejado caer sobre una superficie dura.
Además de satisfacer los requisitos de prestaciones, hay un incentivo económico tremendo para que los fabricantes de botes reduzcan la cantidad de metal usado. Como cada año se venden billones de tales botes, incluso ligeras reducciones en el uso de metal son deseables. El tamaño total y la forma general del bote son especificados al fabricante de botes por la industria de la bebida. Consiguientemente, los fabricantes de botes están intentando constantemente reducir el grosor del metal refinando los detalles de la geometría del bote para obtener una estructura más fuerte. Hace sólo unos cuantos años, los botes de aluminio eran fabricados o formados a partir de metal de un grosor de aproximadamente 0,285 mm. Sin embargo, ahora hay disponibles botes de aluminio con
\hbox{grosores tan bajos como 0,274
mm.}
Una técnica para aumentar la resistencia mecánica de la base del bote que ha gozado de un éxito considerable es la formación de una cúpula cóncava exteriormente en la base del bote. Los botes de bebidas, tales como los de refrescos y cerveza, típicamente tienen un diámetro de pared lateral de aproximadamente 66,04 mm. Tradicionalmente, el radio de curvatura de la cúpula es al menos de 39,37 mm. Por ejemplo, la Patente Norteamericana nº 4.685.582 (de Pulciani y col.), cedida a su concesión a la National Can Corporation, describe un bote que tiene un diámetro de pared lateral de 65,96 mm y un radio de curvatura de cúpula de 53,85 mm. De modo similar, la patente norteamericana nº 4.885.924 (de Claydon y col.), cedida a su concesión a Metal Box plc, describe un bote que tiene un diámetro de pared lateral de 65,786 mm y un radio de curvatura de cúpula de 50,8 mm, mientras que la patente norteamericana nº 4.412.627 (de Houghton y col.), cedida a su concesión a Metal Container Corp, describe un bote que tiene un diámetro de pared lateral de 66,04 mm y un radio de curvatura de cúpula de 44,45 mm.
La resistencia mecánica de una base de bote abombada es además aumentada formando una pared troncocónica que se extiende hacia abajo y hacia dentro en la periferia de la base que termina en un reborde anular, o nariz. La nariz tiene paredes interior y exterior que se extienden circunferencialmente, que pueden también ser troncocónicas. Las paredes interior y exterior están unidas por una parte arqueada convexa hacia fuera, que puede también estar formada por un sector de un círculo. La base de la parte arqueada forma la superficie o reborde de reposo en el que descansa el bote cuando está erecto o en posición vertical.
El documento US-A-4.065.951 describe un bote de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1ª y un útil o herramienta de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 13ª para formar la pared de un recipiente estirado y de pared embutida (DWI). El recipiente tiene un reborde de reposo (o "nariz") que comprende paredes interior y exterior unidas por una parte arqueada convexa hacia abajo. El radio de curvatura de la superficie interior de la parte arqueada adyacente a la pared interior del reborde es de 1,65 mm. El documento US-A-5.605.069 describe un bote DWI en el que el radio del reborde de reposo varía desde aproximadamente 1,016 a aproximadamente 5,08 mm.
De acuerdo con una tecnología de fabricación de botes tradicional, el radio de curvatura de la superficie interior de la parte arqueada de la nariz en tales bases de bote de pared cónica abombadas, era generalmente de 1,27 mm o menos. Por ejemplo, antes del desarrollo del presente invento, el pariente de la cesionaria de la presente solicitud, Crown Cork & Seal Company, vendía botes de aluminio con extremos 202 (es decir, el diámetro del extremo del bote opuesto a la base es de 54 mm) en los que el radio de curvatura de la superficie interior de la nariz era de 1,27 mm. De modo similar, las patentes norteamericanas nº 3.730.383 (de Dunn y col.), cedida a su concesión a Aluminium Company of America, y la patente norteamericana nº 4.685.582 (de Pulciani y col.), cedida a su concesión a National Can Corporation, describen una nariz que tiene un radio de curvatura de 1,016 mm.
Además, se había pensado hasta ahora en general que cuanto menor es el radio de curvatura de la nariz, mayor es la resistencia a la presión de la base del bote, como se ha descrito, por ejemplo, en la patente norteamericana antes mencionada nº 3.730.383. Por consiguiente, la patente norteamericana nº 4.885.924 (descrita anteriormente), la patente norteamericana nº 5.069.052 (de Porucznik y col.), cedida a su concesión a CMB Foodcan plc, y la patente norteamericana nº 5.351.852 (de Trageser y col.), cedida a su concesión a Aluminium Company of America, describen todas ellas métodos para reducir el radio de curvatura de la nariz a fin de aumentar la resistencia mecánica de la base del bote. La patente norteamericana nº 5.351.852 sugiere volver a conformar la nariz de modo que reduzca su radio de curvatura a 0,381 mm, mientras que la patente norteamericana nº 5.069.052 sugiere volver a conformar la nariz de modo que reduzca su radio de curvatura en la superficie interior a cero y en la superficie exterior a 1,016 mm
o menos.
Además de su geometría, el aparato y técnicas de fabricación empleados en la formación de la base de bote pueden afectar a su resistencia mecánica. Por ejemplo, pueden crearse pequeñas grietas superficiales en el área del canto de los extremos de la base de bote si el metal es estirado excesivamente cuando se forma la nariz. Si, como a veces ocurre, estas grietas no se extienden inicialmente a todo el camino a través de la pared metálica, pueden no ser detectadas durante la inspección por el fabricante de botes. Esto puede dar como resultado fallos del bote después de que haya sido llenado y cerrado, lo que es muy indeseable desde el punto de vista del vendedor de bebidas o del último cliente. Cuanto menor es el radio de curvatura de la nariz, más probable es que ocurra tal agrietamiento. Como el radio de curvatura de la nariz adyacente a su pared interior se ha pensado que tiene un mayor impacto en la resistencia mecánica a la deformación que el radio adyacente a la pared exterior, algunos fabricantes de botes han utilizado una forma de nariz que es más compleja que un simple sector circular empleando dos radios de curvatura: un primer radio de curvatura de superficie interior adyacente a la pared exterior que es superior a 1,524 mm y un segundo radio de curvatura de superficie interior adyacente a la pared interior que es inferior a 1,524 mm. Por ejemplo, la patente norteamericana nº 4.431.112 (de Yamaguchi), cedida a su concesión a Daiwa Can Company, describe una base de bote abombada, aunque una que no tiene una pared periférica cónica, con una nariz que tiene un primer radio de curvatura adyacente a su pared interior de aproximadamente 0,9 mm y un segundo radio de curvatura adyacente a su pared exterior de aproximadamente 2,3 mm. Otro fabricante de botes ha empleado una base de pared cónica abombada en un bote de extremo 204 en el que la superficie interior de la nariz, cuya pared exterior está inclinada en un ángulo de aproximadamente 26,5º con respecto al eje del bote, tiene un primer radio de curvatura adyacente a la pared interior de la nariz de aproximadamente 1,37 mm y un segundo radio de curvatura adyacente a la pared exterior de aproximadamente 1,626 mm.
No obstante las mejoras alcanzadas hasta ahora en la técnica, sería deseable proporcionar una base de bote con una geometría que optimizara las prestaciones, especialmente con relación a la resistencia a la deformación, la resistencia a la caída, y la capacidad de apilamiento y posibilidades de fabricación.
Es un objeto del presente invento proporcionar una base de bote que tenga una geometría que optimice las prestaciones, especialmente con respecto a la resistencia a la deformación, capacidad de apilamiento y posibilidades de fabricación. Este y otros objetos son conseguidos en un bote que tiene las características descritas en la reivindicación 1ª.
El invento también engloba un aparato de acuerdo con la reivindicación 13ª que forma una base de bote que tiene una nariz anular formada en ella.
El invento también comprende un aparato en el que una matriz dispuesta centralmente tiene una superficie de formación que tiene un radio de curvatura no mayor de aproximadamente 37,465 mm.
A continuación se ha descrito una realización preferida del invento, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos en los que:
La fig. 1 es una vista isométrica de un bote que tiene una base de acuerdo con el presente invento.
La fig. 2 es una sección transversal tomada a través de la línea II-II mostrada en la fig. 1, que muestra la base del bote de acuerdo con el presente invento.
La fig. 3 es una sección transversal a través de la base del bote del presente invento apilado en el extremo de un bote similar.
La fig. 4 es un gráfico que muestra el efecto de variar el radio de curvatura de la superficie interior de la nariz sobre la resistencia mecánica a la deformación de una base de un bote.
La fig. 5 es un gráfico que muestra el efecto de variar el radio de curvatura de la superficie interior de la nariz sobre la resistencia mecánica a la deformación de una base de un bote cuando el diámetro de la nariz es variado de modo que se mantenga aproximadamente constante la profundidad de penetración en el apilado.
La fig. 6 es una sección transversal longitudinal tomada a través de un puesto de formación de base de acuerdo con el presente invento.
La fig. 7 es una sección transversal longitudinal tomada a través del punzón móvil de la nariz de acuerdo con el presente invento mostrado en la fig. 6.
Un bote 1 de acuerdo con el presente invento está mostrado en la fig. 1. Como es usual, el bote comprende un extremo 3, en el que hay formada una abertura, y un cuerpo de bote. El cuerpo de bote está formado por una pared lateral cilíndrica 4 y una base 6 que está formada de una pieza con la pared lateral. La pared lateral 4 tiene un diámetro D_{1}. Como es también usual, el cuerpo del bote está hecho de un metal, tal como acero o, más preferiblemente, aluminio, tal como chapa de aluminio de tipo 3204, 3302 o 3004 con un temple H-19.
Como se ha mostrado en la fig. 2, la base 6 del bote comprende una parte 8 aproximadamente troncocónica que se extiende hacia abajo y hacia dentro desde la pared lateral 4. La parte troncocónica 8 incluye una sección arqueada 10, que tiene un radio de curvatura R_{1}, que forma una transición suave a la pared lateral 4. La parte troncocónica 8 incluye también preferiblemente una sección recta que forma un ángulo \alpha con respecto al eje 7 de la pared lateral 4.
Como se ha mostrado también en la fig. 2, una nariz anular 16 se extiende hacia abajo desde la parte troncocónica 8. La nariz 16 comprende preferiblemente paredes interior y exterior 12 y 13 aproximadamente troncocónicas, respectivamente. Debe observarse que la pared interior 12 es a veces denominada en la técnica como el "reborde lateral". Preferiblemente, la pared interior 12 tiene una sección recta que forma un ángulo \gamma con respecto al eje 7 de la pared lateral 4, mientras que la pared exterior 13 tiene una sección recta que forma un ángulo \beta con respecto al eje. Las paredes interior y exterior 12 y 13 están unidas por una sección 18 arqueada que se extiende circunferencialmente. La pared interior 12 incluye una sección arqueada 22, que tiene un radio de curvatura R_{5}, que forma una transición suave a una parte central 24 de la base 6. La pared exterior 13 incluye una sección arqueada 14, que tiene un radio de curvatura R_{2}, que forma una transición suave a la parte troncocónica 8.
En sección transversal, la parte de la superficie interior 29 de la sección arqueada 18 de la nariz 16 adyacente a la pared interior 12 tiene un radio de curvatura R_{3}. Similarmente, la parte de la superficie interior 29 de la sección arqueada 18 adyacente a la pared exterior 13 tiene un radio de curvatura R_{4}. Los radios de curvatura de la superficie exterior 30 de la nariz 16 serán iguales a los radios de curvatura de la superficie interior 29 más el grosor del metal en la parte arqueada 18 de la nariz, que es generalmente de modo esencial el mismo que el de la chapa metálica de origen. Preferiblemente, R_{3} es igual a R_{4}. Más preferiblemente, la superficie interior 29 de la parte arqueada 18 está completamente formada por un sector de un círculo de modo que sólo un radio de curvatura forma la totalidad de la parte arqueada 18 de la superficie interior de la nariz 16, como se ha mostrado en la fig. 2. El centro 19 del radio de curvatura R_{3} forma un círculo de diámetro D_{2} cuando se extiende alrededor de la circunferencia de la base 6. La base 27 de la nariz 16, sobre la que descansa el bote 1 cuando está en orientación vertical erecta, está también formada alrededor del diámetro D_{2}. El centro 21 de radio de curvatura R_{1} de la sección arqueada 10 está desplazado desde el centro 19 de radio de curvatura R_{3} en la dirección axial en una distancia Y. preferiblemente, cuando el valor de R_{3} es aumentado, como se ha descrito a continuación, el valor de Y es disminuido de modo que la suma de Y + R_{3} permanece constante.
Una parte central 24 en forma de cúpula aproximadamente se extiende hacia arriba y hacia dentro desde la nariz 16. La sección más central 26 de la parte central 24 tiene forma de disco, con un diámetro D_{3} y siendo sustancialmente plana. Una parte anular 25 de la parte central 24 está arqueada en sección transversal, con un radio de curvatura R_{6}, y conecta la sección central 26 a la pared interior 12 de la nariz 16. La base 6 del bote tiene una altura de cúpula H que es se extiende desde la base 27 de la nariz 16 a la parte superior de la parte central 24.
Como se ha mostrado en la fig. 3, cuando dos botes construidos de forma similar son apilados uno sobre la parte superior del otro, la base 6 del bote superior penetrará en el extremo 3 del bote inferior de modo que la base 27 de la nariz 16 del bote superior se extienda en una distancia d por debajo de la tapa formada en el panel de costura 40 del bote inferior.
La fig. 4 muestra el resultado de un análisis por elementos finitos, o FEA, orientado a mostrar cómo varía la resistencia mecánica a la deformación, definida como se ha descrito antes, con el radio de curvatura de la nariz 16 en la base de un bote que tiene un extremo 202 y que emplea la geometría definida en la Tabla I y mostrada en la
fig. 2.
Un bote de extremo 202 que tiene una base definida por la geometría especificada en la Tabla I y con una nariz 16 que tiene una superficie interior 29 con un radio de curvatura R_{3} de 1,27 mm es conocido en la técnica anterior. Como se ha mostrado en la fig. 4, aumentar el radio de curvatura R de la superficie interior 29 de la nariz a 1,524 mm da como resultado un incremento dramático en la resistencia mecánica a la deformación. Específicamente, el análisis por elementos finitos ha predicho que, contrariamente a la creencia tradicional en la técnica de fabricación de botes, aumentar el radio de la superficie interior de la nariz desde 1,27 mm a 1,524 mm en tal base de bote aumentaría la resistencia mecánica a la deformación en casi un 10%, desde 655 a 717 kPa.
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TABLA I Parámetros Geométricos de la Base del Bote Para FEA
Diámetro D_{1} 66,24 mm
Diámetro D_{2} 48,36 mm
Diámetro D_{3} 2,54 mm
Radio R_{1} 4,32 mm
Radio R_{2} 2,03 mm
Radio R_{3} Variable
Radio R_{4} Igual a R_{3}
Radio R_{5} 1,52 mm
Radio R_{6} 39,37 mm
Distancia Y + R_{3} 9,17 mm
Altura de cúpula H 10,29 mm
Ángulo \alpha 60º
Ángulo \beta 25º
Ángulo \gamma
Desgraciadamente, aumentos en el radio de curvatura de la superficie interior de la nariz mayores de 1,524 mm no produjeron aumentos continuados en la resistencia mecánica a la deformación, sino que realmente redujeron la resistencia mecánica a la deformación, aunque la resistencia mecánica a la deformación permanecía por encima de la obtenida con el radio de curvatura de 1,27 mm previamente empleado para tal base del bote.
A fin de comprobar estas predicciones teóricas, 12 botes de bebida de una onza con extremos 202 fueron fabricados usando geometrías de base especificadas en la tabla I y mostradas en la fig. 2 con tres radios diferentes de curvatura R_{3} para la superficie interior 29 de la parte arqueada 18 de la nariz - 1,27, 1,34 y 1,524 mm. Se fabricaron botes con un radio de curvatura de cada tamaño usando dos alturas de cúpula H diferentes y a partir de dos tipos diferentes de chapa de aluminio de 0,97 mm de grosor -tipo 3204 H-19 y tipo 3304C5 H-19 de modo que, todos juntos, fueron doce tipos de bote diferentes. Los botes fueron ensayados sobre cuatro parámetros relacionados con la resistencia mecánica - (i) resistencia mecánica a la deformación, definida anteriormente, (ii) resistencia mecánica de la base, obtenida midiendo la carga mínima axial requerida para aplastar la base del bote cuando la pared lateral está soportada, (iii) resistencia a la caída, obtenida dejando caer botes llenos de agua puestos a presión a 413 kPa desde alturas variables, y (iv) carga axial, obtenida midiendo la mínima carga acción requerida para aplastar la pared lateral del bote sin soportar. Los resultados de estos ensayos, que fueron promediados para al menos seis botes de cada tipo, están mostrados en la Tabla II. Además, la profundidad de penetración d en apilamiento fue medida y está mostrada en la Tabla III.
Los resultados comparativos de los ensayos de resistencia mecánica mostrados en la tabla II confirmaron el hecho de que, contrariamente a la creencia tradicional, aumentar el radio de curvatura R_{3} de la superficie interior 29 de la parte arqueada 18 de la nariz 16 en las bases de botes del tipo especificado en la Tabla I y mostrado en la fig. 2, al menos hasta 1,524 mm, aumenta, en vez de disminuir, la resistencia a la deformación.
TABLA II Resultados de Ensayos Comparativos - Radio de Curvatura de Nariz Variable
Resistencia Mecánica Resistencia Mecánica Resistencia Carga Axial
a la deformación de la Base a la caída
mm kPa Kg mm Kg
Aluminio Tipo 3204 H-19
H=1,028
R3=1,27 666 124,1 170 105,5
R3=1,34 677 124,6 175 104,1
R3=1,524 715 129,1 193 93
H=1,054
R3=1,27 673 123,8 170 103,2
R3=1,34 686 125,5 172 104,8
R3=1,524 723 128,6 172 100,1
TABLA II (Continuación)
Resistencia Mecánica Resistencia Mecánica Resistencia Carga Axial
a la deformación de la Base a la caída
mm kPa Kg mm Kg
Aluminio Tipo 3304C5 H-19
H=1,028
R3=1,27 659 121,8 1496 111,2
R3=1,34 686 126 149 107,8
R3=1,524 692 121,6 172 114,4
H=1,054
R3=1,27 666 122,1 152 108,3
R3=1,34 686 125 154 110
R3=1,524 694 123,3 160 107,5
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA III Resultados de Ensayos Comparativos - Radio de la Nariz frente a Profundidad de Apilamiento
Radio de Curvatura R3 Profundidad de Apilamiento d
1,27 mm 2,11 mm
1,34 mm 1,75 mm
1,524 mm 1,575 mm
Desgraciadamente, como se ha mostrado en la Tabla III, se ha encontrado que aunque aumentar el radio de curvatura R_{3} de la nariz 16 en su superficie interior 29 desde 1,97 mm a 1,524 mm aumentaba dramáticamente la resistencia mecánica a la deformación, reducía la profundidad de penetración en apilamiento desde 2,108 mm a 1,575 mm. Este aspecto indeseable, que compromete la capacidad de apilamiento del bote, ocurría debido a que aumentar el radio R_{3} de la superficie interior 29 de la nariz empuja a la pared exterior 13 de la nariz radialmente hacia fuera.
La fig. 5 muestra los resultados de un análisis por elementos finitos de una base de bote que tiene la geometría especificada en la Tabla I y mostrada en la fig. 2 excepto en que el diámetro D_{2} de la nariz 16 disminuía cuando su radio de curvatura R_{3} en la superficie interior de la nariz aumentaba de la manera mostrada en la Tabla IV.
TABLA IV Variación del Diámetro de la Nariz con el Radio de Curvatura de la Nariz
Radio de la Nariz R_{3} (mm) Diámetro de la Nariz D_{2} (mm)
1,27 48,36
1,524 48
1,65 47,85
1,778 46,68
Como puede verse en la fig. 5, aumentos de acoplamiento en el radio de curvatura R_{3} de la nariz, con disminuciones apropiadas en el diámetro D_{2} de la nariz teóricamente da como resultado una resistencia mecánica a la deformación creciente de modo constante dentro del intervalo del radio de la nariz de 1,27 mm a 1,778 mm. De hecho, el incremento más dramático ocurre cuando el radio de curvatura de la superficie interior de la nariz es aumentado desde 1,65 mm a 1,778 mm.
A fin de ensayar las predicciones teóricas a partir del análisis por elementos finitos descrito anteriormente, se fabricaron doce botes de una onza con extremo 202, y bases, se ha mostrado en la fig. 2, a partir de chapa de aluminio 3004 H-19 de Alcoa que tiene un grosor inicial de 0,27 mm. La mitad de los botes fueron fabricados usando una geometría de base que es conocida en la técnica anterior, que está designada A en la Tabla V, y la otra mitad se fabricaron usando una realización de la geometría del presente invento, que está designada con B. Consistente con el análisis teórico descrito anteriormente, los dos geometrías de base de bote diferían en dos aspectos. En primer lugar, contrariamente a la forma de pensar tradicional, el radio de curvatura R_{3} de la nariz 16 en su superficie interior 29 había aumentado a 1,524 mm. En segundo lugar el diámetro D_{2} de la nariz había disminuido a 48 mm.
TABLA V Parámetros Geométricos de la Base del Bote Para Ensayos Comparativos - Diámetro de la Nariz
Base de Bote A Base de Bote B
Diámetro D_{1} 66,24 mm 66,24 mm
Diámetro D_{2} 48,36 mm 45,95 mm
Diámetro D_{3} 2,54 mm 2,54 mm
Radio R_{1} 4,32 mm 4,32 mm
Radio R_{2} 2,03 mm 2,03 mm
Radio R_{3} 1,27 mm 1,52 mm
Radio R_{4} 1,27 mm 1,52 mm
Radio R_{5} 1,52 mm 1,52 mm
Radio R_{5} 39,37 mm 39,37 mm
Distancia Y + R_{3} 9,17 mm 9,17 mm
Altura de cúpula H 10,29 mm 10,29 mm
Ángulo \alpha 60º 60º
Ángulo \beta 24º 25º
Ángulo \gamma
Se realizaron nuevos ensayos comparativos sobre los dos grupos de botes y los resultados, que están recogidos como el promedio para al menos seis botes, están mostrados en la Tabla VI.
TABLA VI Resultados de Ensayos Comparativos - Radio de Nariz y Diámetro de Nariz Variables
Base de Bote A Base de Bote B
Resistencia mecánica a la Deformación 646 kPa 690 kPa
Resistencia mecánica de la Base 121,1 Kg 122,3 Kg
Resistencia a la Caída 185 mm 173 mm
Carga Axial 101,6 Kg 107,4 Kg
Profundidad de Penetración d 2,16 mm 2,18 mm
Como puede verse, la resistencia mecánica a la deformación de los botes fabricados de acuerdo con el presente invento fue casi un 7% mayor que la de los botes de la técnica anterior (es decir 640 kPa frente a 646 kPa). tal aumento es muy significativo. Por ejemplo, se espera que este aumento de la resistencia mecánica a la deformación permitirá que el requisito de resistencia mecánica a la deformación de 620 kPa corrientemente impuesto por los embotelladores de bebidas carbónicas sea satisfecho incluso si el grosor de la chapa metálica inicial es reducido desde 0,274 mm a 0,264 mm - una reducción de casi el 4%. Tal reducción en el espesor de la chapa dará como consecuencia significativos ahorros de coste. La ligera reducción en la resistencia a la caída no se ha pensado que sea estadísticamente significativa.
El grosor del metal en la pared interior 12 del reborde lateral fue también medido para los dos tipos de botes. Estas mediciones mostraron que el espesor de pared del reborde lateral para la base del bote de acuerdo con el presente invento (tipo B) era 0,0076 mm mayor que la de la base de bote de la técnica anterior (tipo A) - es decir 0,249 mm frente a 0,241 mm. El aumento en el grosor de la pared del reborde lateral es también significativo debido a que muestra que el presente invento da como resultado un menor estiramiento del metal en el área crítica del reborde lateral (cuanto más se estira el metal, más delgado resulta). Intentos de fabricación han mostrado que la reducción en el estiramiento del metal reduce la incidencia del fallo del bote debido al agrietamiento de la superficie del reborde lateral.
Finalmente, disminuyendo el diámetro D_{2} de la nariz, se mantuvo la profundidad de penetración d, asegurando por ello que el aumento del radio de curvatura de la nariz no comprometía a la capacidad de apilamiento incluso en un bote con un extremo relativamente pequeño (es decir, tamaño 201). A este respecto, el ángulo \beta relativamente pequeño de la pared exterior 13 de la nariz (es decir 25º) también ayuda a obtener una buena penetración. Así, de acuerdo con el presente invento, si una buena capacidad de apilamiento es un requisito, (i) el radio de curvatura R_{3} de la superficie interior 29 de la parte arqueada 18 de la nariz 16 debe ser mantenido dentro del intervalo de 1,524 mm a 1,778 mm, (ii) el ángulo \beta de la pared exterior 13 de la nariz no debe ser mayor que aproximadamente 25º, y (iii) el diámetro D_{2} de la nariz no debe ser mayor de 48 mm para botes que tienen extremos de tamaño 202 o menor.
Desgraciadamente, disminuir el diámetro D de la nariz reducirá la estabilidad al vuelco del bote cuando esté en posición vertical. La estabilidad al vuelco es importante ya que un inestable puede no ser llenado apropiadamente durante el proceso y puede provocar un perjuicio al consumidor final. Por ello, puede ser indeseable aumentar el radio de curvatura de la nariz a valores superiores a 1,778 mm en botes con extremos 202, ya que daría como resultado diámetros de nariz menores de 47,68 mm si la penetración de apilamiento es mantenida constante. Además, aunque se haya obtenido el mayor incremento en la resistencia mecánica a la deformación con un valor de 1,778 mm para el radio R_{3} de la superficie interior de la nariz, este valor también da como resultado un menor diámetro de nariz D_{2}. Por ello, dependiendo de la importancia relativa de la capacidad de apilamiento frente a los requisitos de estabilidad al vuelco, el valor óptimo del radio de curvatura R_{3} de la superficie interior 29 de la parte arqueada 18 de la nariz 16 puede ser menor de 1,778 mm, tal como de 1,524 mm aproximadamente o de 1,65 mm aproximadamente.
De acuerdo con otro aspecto del invento, la resistencia mecánica de la base 6 puede también ser aumentada por ajuste cuidadoso del radio R_{6} de la parte central 24. Específicamente, se ha encontrado que puede alcanzarse un aumento sorprendente en la resistencia a la caída reduciendo el radio R_{6}. Esta reducción en R_{6} va preferiblemente acompañada por un aumento en el diámetro D_{3} de la sección central 26 sustancialmente plana y un aumento en la altura de la cúpula H.
La Tabla VII muestra los resultados de ensayos de resistencia a la caída y de resistencia mecánica a la deformación para 12 botes 202 de una onza que tienen tres diferentes geometrías de base. Las geometrías de base fueron las mismas que las de la Base de Bote B mostradas en la Tabla V a menos que se indicara de otra manera. Cada base de bote fue formada a partir de aluminio (Alcoa 3104) de tres grosores iniciales diferentes en una línea piloto. Se ensayaron doce botes en cada geometría/espesor. Los resultados de los ensayos en estos botes están mostrados en las Tablas VII y VIII siguientes.
TABLA VII Resultados de Ensayos Comparativos - Dimensiones de Cúpula Variables - Línea Piloto
Base de Bote B Base de Bote C Base de Bote D
Radio R_{6} 39,37 mm 37,47 mm 36,83 mm
Diámetro D_{3} 2,54 mm 3,56 mm 3,53 mm
Altura H 10,29 mm 10,29 mm 10,41 mm
Los parámetros restantes son los mismos que en la Tabla I
Espesor de 0,274 mm
\hskip0,5cm Resistencia a la Caída
\hskip1cm Media 154 mm 169 mm 203 mm
\hskip1cm Máxima 178 mm 203 mm 229 mm
\hskip1cm Mínima 127 mm 152 mm 178 mm
\hskip0,5cm Resistencia mecánica a la deformación
\hskip1cm Media 688 kPa 677 kPa 680 kPa
\hskip1cm Máxima 692 kPa 682 kPa 686 kPa
\hskip1cm Mínima 683 kPa 672 kPa 672 kPa
Espesor de 0,269 mm
\hskip0,5cm Resistencia a la Caída
\hskip1cm Media 139,7 mm 154 mm 185 mm
\hskip1cm Máxima 152,4 mm 177,8 mm 203 mm
\hskip1cm Mínima 127 mm 127 mm 152,4 mm
TABLA VII (continuación)
Base de Bote B Base de Bote C Base de Bote D
\hskip0,5cm Resistencia mecánica a la deformación
\hskip1cm Media 656,4 kPa 648 kPa 652 kPa
\hskip1cm Máxima 660 kPa 659 kPa 660,5 kPa
\hskip1cm Mínima 649,5 kPa 642,6 kPa 646 kPa
Espesor de 0,264 mm
\hskip0,5cm Resistencia a la Caída
\hskip1cm Media 121,7 mm 147 mm 161,5 mm
\hskip1cm Máxima 127 mm 177,8 mm 177,8 mm
\hskip1cm Mínima 101,6 mm 101,6 mm 152,4 mm
\hskip0,5cm Resistencia mecánica a la deformación
\hskip1cm Media 648,8 kPa 636,4 kPa 643,3 kPa
\hskip1cm Máxima 661,2 kPa 644 kPa 646,75 kPa
\hskip1cm Mínima 646 kPa 631,6 kPa 636,4 kPa
TABLA VIII % de Cambio en Resistencia de Caída y Resistencia mecánica a la deformación sobre Base B
Grosor de Metal Base C Base D
Caída Deformación Caída Deformación
0,274 mm +8,6% -1,6% +31,8% -1,1%
0,269 mm +10,4% -1,2% +32,5% -0,6%
0,264 mm +20,9% -1,9% +32,8% -0,8%
Como puede verse fácilmente, reducir el radio de la cúpula R_{6} a valores no mayores de 37,465 mm da como resultado una resistencia a la caída incrementada. Específicamente, reducir el radio de la cúpula R_{6} por 1,905 mm desde 39,37 mm a 37,465 mm, al tiempo que se aumenta simultáneamente el diámetro D_{3} de la sección de cúpula central 26 sustancialmente plana por 1,016 mm desde 2,54 mm a aproximadamente 3,556 mm (base C), da como resultado un aumento en la resistencia a la caída de aproximadamente 10 a 20% dependiendo del grosor del metal y una reducción en la resistencia mecánica a la deformación de solo aproximadamente 1 a 2%. Además reducir el radio de cúpula R_{6} en otros 0,635 mm a aproximadamente 36,83 mm, al tiempo que se mantiene D_{3} en aproximadamente 3,56 mm y aumentar simultáneamente la altura de la cúpula H por 0,127 mm a aproximadamente 10,41 mm (base D) aumenta la mejora en la resistencia a la caída por encima del 30% para los tres grosores de metal sin que además disminuya la resistencia mecánica a la deformación.
A fin de confirmar estos resultados, se fabricaron 12 botes 202 de una onza con geometrías de base B y D, como antes, así como geometrías E y F, definidas generalmente en la Tabla IX siguiente, en dos instalaciones de fabricación de botes comerciales diferentes a partir de aluminio 3004 con un grosor inicial de 0,269 mm.
TABLA IX Geometrías de Bases - Dimensiones de la Cúpula Variables - Fábricas
Base de Bote E Base de Bote F
Radio R_{6} 39,37 mm 38,1 mm
Diámetro D_{3} 2,54 mm 2,79 mm
Altura H 10,41 mm 10,41 mm
Los parámetros restantes son los mismos que en la Tabla I.
Se fabricaron doce botes en cada una de las cuatro geometrías. Los resultados de los ensayos de estos botes están mostrados en la Tabla X siguiente.
TABLA X Resultados de Ensayos Comparativos - Dimensiones de la Cúpula Variables
Fábrica nº 1 Base B Base E Base F Base D
Altura Media H 10,3 mm 10,43 mm 10,41 mm 10,43 mm
Resistencia a la Caída (mm)
\hskip0,5cm Media 139,7 134,6 152,4 175,2
\hskip0,5cm Máxima 152,4 152,4 177,8 203,2
\hskip0,5cm Mínima 127 127 127 152,4
Resistencia mecánica a la deformación (kPa)
\hskip0,5cm Media 668 672 663 664
\hskip0,5cm Máxima 672 677 661 668
\hskip0,5cm Mínima 661 663 651 661
Carga Axial (Kg)
\hskip0,5cm Media 97,8 106,7 108,7 94,8
\hskip0,5cm Máxima 112,9 113,3 116,5 111,5
\hskip0,5cm Mínima 87 87 99,7 83,4
Fábrica nº 2 Base B Base E Base F Base D
Altura Media H 10,28 mm 10,43 mm 10,43 mm 10,43 mm
Resistencia a la Caída (mm)
\hskip0,5cm Media 160 146 162,3 167,6
\hskip0,5cm Máxima 177,8 152,4 177,8 203,2
\hskip0,5cm Mínima 127 127 152,4 152,4
Resistencia mecánica a la deformación (kPa)
\hskip0,5cm Media 666 666 666 663
\hskip0,5cm Máxima 672 672 674 668
\hskip0,5cm Mínima 661 660 661 654
Carga Axial (Kg)
\hskip0,5cm Media 101,8 106,7 105,4 101,4
\hskip0,5cm Máxima 107,9 111,1 111,5 105,2
\hskip0,5cm Mínima 98,8 102,9 81,6 94,8
Como la fábrica nº 1 había estado trabajando con metal de grosor de 0,274 mm justo antes del ensayo, se sospechó que la reducción en la carga axial para la geometría de base D pueda haberse debido a un tiempo insuficiente para estabilizar el proceso. Consiguientemente, se fabricó un segundo lote de botes de geometría D y se encontró que tenían aproximadamente la misma resistencia a la caída 172,7 mm de promedio y resistencia mecánica a la deformación 655 kPa de promedio pero una carga axial significativamente mayor 110,6 Kg de promedio.
Como puede verse comparando los resultados de los ensayos para la geometría de base D con los de la geometría de base B, la reducción del radio de cúpula R_{6} a 36,83 mm, junto con el aumento simultáneo del diámetro D_{3} de la sección central sustancialmente plana a 3,556 mm y el aumento de la altura de la cúpula H a 10,414 mm, dieron como resultado un aumento del 25,5% en resistencia a la caída en la fábrica nº 1, aunque solo un aumento del 4,8% en la fábrica nº 2, con efecto mínimo sobre la resistencia mecánica a la deformación (menos del 1%). También comparando los resultados para la geometría de base E con la geometría de base B se muestra que aumentar la altura de la cúpula H sin reducir el radio de la cúpula R_{6} realmente disminuye la resistencia a la caída.
Por ello, de acuerdo con el presente invento, con el fin de optimizar la resistencia mecánica de la base de un bote, tal como un bote que tiene un diámetro de pared lateral de aproximadamente 66 mm, el radio R_{6} de la cúpula no debería ser mayor de aproximadamente 37,47 mm y, más preferiblemente, debería ser de aproximadamente 36,8 mm. Además, el diámetro D_{3} de la sección central sustancialmente plana debería ser al menos de aproximadamente 3,6 mm, y preferiblemente debería ser igual a aproximadamente 3,556 mm, y la altura de la cúpula debería ser al menos de aproximadamente 10,4 mm, y preferiblemente debería ser igual a aproximadamente 10,414 mm.
Un aparato y método preferidos para formar la base 6 del bote descrito antes son explicados a continuación.
En procesos de formación de botes tradicionales, la chapa metálica es colocada en una prensa en la que es deformada a la forma de una copa. La copa es a continuación transportada a una máquina de embutición de pared y estirada de nuevo a la forma general de la pared lateral y base del bote acabado. A continuación, la copa estirada de nuevo es hecha pasar a través de puestos de embutición que forman eventualmente la pared lateral a la forma final del bote acabado. Además, un puesto de formación de base es empleado para conformar la base del bote. Un puesto de formación de la base del bote está descrito en la patente norteamericana antes mencionada Nº 4.685.582 (de Pulciani y col.) y en la patente norteamericana Nº 4.065.951 (de LYU).
Como se ha mostrado en la fig. 6, un aparato 41 para fabricar la base 6 de bote del presente invento comprende (i) un pistón 42, (ii) un punzón 52 de la nariz, descrito adicionalmente más adelante, (iii) un manguito 44 de punzón sustancialmente cilíndrico que rodea el punzón de la nariz, (iv) una matriz 50 de abombado dispuesta centralmente que tiene una superficie de formación convexa hacia arriba, (v) una superficie de soporte 48, (vi) un extractor 46, y (vii) un perno de retención central 54.
En funcionamiento, la chapa metálica de base sin formar es colocada sobre el manguito 44 del punzón y el punzón 52 de la nariz. El desplazamiento del pistón 42 mueve entonces el manguito 44 de punzón y el punzón 52 de la nariz hacia la matriz 50 de abombado de modo que la chapa metálica es prensada eventualmente contra la matriz de abombado que forma la superficie y estirada sobre las superficies distales del manguito de punzón y el punzón de la nariz, como se ha mostrado en la fig. 6, formando por ello la base 6 del bote.
Como se ha mostrado en la fig. 6, la matriz 50 de abombado tiene un radio de curvatura R_{6}' que se aproxima al radio de curvatura R_{6} de la sección de cúpula 24. El radio de curvatura R_{6}' es desplazado desde la línea central axial en una distancia X que se aproxima a la mitad del diámetro D_{3} de la sección central 26 sustancialmente plana. Así, en una realización preferida del invento, el radio de curvatura R_{6}' de la matriz de abombado 50 no debe ser mayor de aproximadamente 37,47 mm y más preferiblemente de aproximadamente 36,8 mm. Además, el centro de R_{6}' debe estar desplazado desde la línea central axial en al menos 1,8 mm y la altura de la cúpula H debe ser al menos de 10,4 mm.
Como se ha mostrado en la fig. 7, de acuerdo con el presente invento, el extremo distal 60 del punzón 52 de la nariz tiene (i) un radio de curvatura R_{3}' adyacente a su pared interior 62, (ii) un radio de curvatura R_{4}' adyacente a su pared exterior 63, y (iii) un diámetro D_{2}'. De acuerdo con el presente invento, (i) los radios de curvatura R_{3}' y R_{4}' del punzón 52 de la nariz son iguales a los radios de curvatura R_{3} y R_{4} de la superficie interior 29 de la nariz 16 de la base 6 de bote descrita antes, y (ii) el diámetro D_{2}' del punzón de la nariz es igual al diámetro D_{2} de la nariz de la base del bote descrita antes. Así, preferiblemente, el radio de curvatura R_{3}' del extremo distal 60 del punzón 52 de la nariz adyacente a su pared interior 62 es mayor de 1,524 mm. Más preferiblemente, (i) el extremo distal 61 del punzón de la nariz 52 está formado por un sector de un círculo de manera que el radio de curvatura R_{4}' adyacente a la pared exterior 64 es igual a R_{3}', (ii) el radio de curvatura R_{3}' es también menor de 1,778 mm, y (iii) el diámetro D_{2}' no es mayor de 48 mm cuando se está fabricando un bote que tiene un extremo de tamaño 202 o menor.

Claims (15)

1. Un bote (1) que comprende una pared lateral (4) y una base enteriza o de una sola pieza (6), en el que la base (6) comprende: (i) una parte sustancialmente troncocónica (8) que se extiende hacia abajo y hacia adentro desde la pared lateral (4); (ii) una parte de nariz anular (16) que se extiende hacia debajo desde la parte sustancialmente troncocónica (8), dicha parte de nariz formada por paredes interior y exterior (12, 13) que se extienden circunferencialmente unidas por una parte arqueada (18) convexa hacia abajo, teniendo dicha parte arqueada (18) superficies interior y exterior; y (iii) una parte central (24) que se extiende hacia arriba y hacia adentro desde dicha pared interior de nariz, teniendo dicha parte central sustancialmente forma de cúpula y siendo cóncava exteriormente; caracterizado porque: dicho radio de curvatura R_{3} de la superficie interior de la parte arqueada adyacente a dicha pared interior de nariz es al menos de 1,524 mm y no mayor de 1,778 mm; y, cuando el bote (1) es cerrado por un extremo que tiene un diámetro de aproximadamente 54 mm, el diámetro D_{2} de la nariz no es mayor de aproximadamente 48 mm.
2. El bote según la reivindicación 1ª, en el que dicho radio de curvatura R_{3} de la superficie interior (12) es de aproximadamente 1,651 mm.
3. El bote según la reivindicación 1ª o 2ª, en el que la parte arqueada tiene un radio de curvatura R_{4} adyacente a la pared exterior (13) de al menos 1,524 mm.
4. El bote según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 3ª, en el que el radio de curvatura R_{4} de la parte arqueada adyacente a la pared exterior es igual al radio de curvatura R_{3} de la parte arqueada adyacente a la pared interior.
5. El bote según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 4ª, en el que la parte arqueada (18) es un sector de un círculo en sección transversal.
6. El bote según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 5ª, en el que la pared exterior (13) de la nariz está orientada en un ángulo \beta no mayor de aproximadamente 25º.
7. El bote según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 6ª, en el que la nariz (16) está hecha de aluminio que tiene un grosor de menor de 0,28 mm.
8. El bote según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 7ª, en el que las paredes interior y exterior que se extienden circunferencialmente comprenden una segunda y tercera paredes aproximadamente troncocónicas (12, 13) dicha segunda pared troncocónica (12) orientada en un ángulo de aproximadamente 8º con respecto a dicho eje, dicha tercera pared troncocónica (13) orientada en un ángulo de aproximadamente 25º con respecto a dicho eje, dicha segunda y tercera paredes troncocónicas unidas por dicha parte arqueada convexa hacia abajo (18).
9. El bote según la reivindicación 8ª, en el que dicha segunda pared troncocónica (12) está dispuesta radialmente hacia adentro desde dicha tercera pared troncocónica (13).
10. El bote según la reivindicación 9ª, en el que dicha parte en forma de cúpula (24) tiene un radio de curvatura R_{6} de aproximadamente 39,37 mm.
11. El bote según la reivindicación 9ª o 10ª, en el que dicho radio de curvatura R_{3} de dicha superficie interior de dicha parte arqueada de nariz (18) es un primer radio de curvatura y tiene un primer centro, y en el que dicha primera pared troncocónica (8) comprende una parte arqueada (10) que tiene un segundo radio de curvatura R_{1} que tiene un segundo centro, dicho segundo centro desplazado de dicho primer centro por una distancia Y a lo largo de dicho eje, siendo la suma de dicha distancia y de dicho primer radio de curvatura R_{3} aproximadamente de 9,17 mm.
12. El bote según cualquiera de las reivindicaciones 9ª a 11ª, en el que dicha primera pared troncocónica (8) está orientada en un ángulo de aproximadamente 60º con la pared lateral.
13. Un aparato (14) para formar la base de un bote (1), teniendo dicha base (6) de bote una nariz anular (16) formada en ella, que comprende: a) una matriz (50) dispuesta centralmente que tiene una superficie de formación que es aproximadamente de forma de cúpula y convexa hacia arriba; b) un punzón (52) de nariz móvil con relación a dicha matriz, teniendo dicho punzón de nariz un extremo distal (61), dicho extremo distal formado por paredes interior y exterior (62, 63) que se extienden circunferencialmente unidas por una parte arqueada (60) convexa exteriormente; y c) un pistón (42) para provocar el movimiento relativo entre dicho punzón de nariz y dicha matriz; caracterizado porque dicha parte arqueada (60) tiene un radio de curvatura R_{3}' adyacente a dicha pared interior (62) de al menos 1,524 mm y no más de 48 mm, y, cuando está destinado a fabricar un bote que tiene un tamaño de 54 mm o menor, el diámetro D_{2}' no es mayor de 48 mm.
14. Un aparato según la reivindicación 13ª, en el que dicha superficie de formación tiene un radio de curvatura R_{6}' no mayor de aproximadamente 37,465 mm; y la parte arqueada es convexa hacia abajo.
15. El aparato según la reivindicación 14ª, en el que dicha superficie de formación tiene un radio de curvatura R_{6} no mayor de aproximadamente 36,83 mm.
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