ES2270331T3 - Capsulas de gas y metodo para llenarlas. - Google Patents

Abstract

Un método para llenar una cápsula de gas que comprende una porción (1) de cuerpo hueca y un capuchón (2) ensamblados a la misma y que incluye un tallo (3) que tiene un orificio (3a) de llenado, que incluye las operaciones de: proporcionar dentro de la cápsula, antes del ensamblaje de la porción (1) de cuerpo y del capuchón (2), un miembro (4) de tapón que está suelto dentro de la cápsula; ensamblar la porción (1) de cuerpo y el capuchón (2); subsecuentemente llenar la cápsula con gas a presión; provocar que el miembro (4) de tapón adopte una posición entre el cuerpo (1) de la cápsula y el orificio (3a) de llenado para obstruir el camino de salida del gas de la cápsula; y liberar la presión del gas en el orificio (3a) de la cápsula para provocar que el miembro (4) de tapón sea forzado, bajo la presión del gas dentro de la cápsula, a acoplarse de un modo impermeable a los gases a una porción del capuchón (2) que define un conducto hacia el orificio (3a) de la cápsula.

Description

Cápsulas de gas y método para llenarlas.

Esta invención se refiere a mejoras en, y relacionadas con, cápsulas de gas. Más especialmente, pero no exclusivamente, la invención se refiere al llenado de cápsulas de gas relativamente pequeñas del tipo pensado para ser llenado a presión relativamente alta y luego sellado mediante la soldadura de un orificio de llenado de la cápsula.

Cápsulas de gas relativamente pequeñas que contienen un gas como el helio a una presión relativamente alta y pensadas para el suministro de pequeños volúmenes de gas en dosis unitarias mediante la ruptura de un sello de la cápsula se describen, por ejemplo, en EP-A-0757202 y EP-A-0821195. Un método para llenar y sellar estas cápsulas se describe, por ejemplo, en EP-A-0947760.

En el llenado y sellado de cápsulas de gas de tamaño relativamente pequeño con gases, como el helio, en los cuales la presión de vapor a la temperatura de llenado es mayor que la presión a la cual se llena la cápsula, existe una dificultad particular en asegurar que la presión del gas dentro de la cápsula sellada está dentro de las tolerancias de presión deseadas. Esto es debido a que el gas contenido dentro de la cápsula no está en forma líquida, a diferencia de otras pequeñas cápsulas de gas como aquellas que contienen dióxido de carbono líquido, y la presión de llenado está, por tanto, directamente relacionada con el volumen de gas dentro de la cápsula.

El helio en particular es un gas muy difícil de confinar dentro de un depósito sellado, debido a su capacidad para filtrarse a través de la más pequeña vía de fuga, lo que en efecto requiere, para una cápsula de gas de pequeño volumen, no sólo que el depósito sea sellado mediante soldadura sino que la fusión del material de la cápsula en la soldadura sea suficiente como para asegurar la integridad de la soldadura y la exclusión de cualquier vía de fugas potencial debido a imperfecciones, como porosidad de la soldadura.

En EP-A-0947760, como se ha mencionado arriba, se describe un método para soldar una cápsula como esta, que implica comprimir una porción de cuello de la cápsula a la vez que la cápsula es llenada con un fluido a presión y luego liberar un extremo libre de la cápsula para permitir que la soldadura de la misma tenga lugar en un entorno que esté libre del gas que llena la cápsula.

La necesidad de mantener un pellizco impermeable a los gases en el cuello de la cápsula durante la soldadura de la misma es, sin embargo, no sólo inconveniente en la producción, sino que es difícil de conseguir en una línea de producción que incorpora un llenado rápido de una multiplicidad de cápsulas.

US 6,378,570 describe un método para llenar un cartucho de gas con un gas licuado.

Consecuentemente, es un objetivo de la invención proporcionar un método mejorado para llenar y sellar cápsulas del tipo generalmente descrito arriba.

De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un método para llenar una cápsula de gas que comprende una porción de cuerpo hueca y un capuchón fijado a la misma y que incluye un tallo que proporciona un orificio de llenado, que incluye las operaciones de:

disponer dentro de la cápsula, antes de ensamblar la porción de cuerpo y la porción de capuchón, un miembro de tapón que está sueldo dentro de la cápsula;

ensamblar la porción de cuerpo y la porción de capuchón;

subsecuentemente, llenar la cápsula con gas a presión;

provocar que el miembro de tapón adopte una posición entre el cuerpo de la cápsula y el orificio de llenado para obstruir el camino de salida del gas de la cápsula; y

liberar la presión de gas en el orificio de la cápsula, provocando que el miembro de tapón sea empujado, bajo la presión del gas, por dentro de la cápsula y se acople de un modo impermeable a los gases con una porción del miembro de capuchón que define un conducto hasta el orificio de la cápsula.

El método de la invención tiene la ventaja de que, con una selección adecuada de la configuración y del material del miembro de tapón y una configuración apropiada del conducto de gas que debe recibir el miembro de tapón, se puede obtener un sellado impermeable a los gases que es, al menos, suficiente para retener la presión del gas requerida dentro de la cápsula durante un paso de soldadura siguiente, que puede ser necesario para asegurar un sellado efectivo de la cápsula.

El método de EP-A-0947760 puede, por ejemplo, aplicarse a la formación de un sello por soldadura del depósito, con la excepción de que la primera compresión realizada en el cuello del depósito se puede efectuar en una porción de un tallo del depósito que está en un lado corriente abajo del miembro de tapón con respecto del cuerpo del depósito, para que se pueda efectuar la compresión sustancialmente sin la presencia del gas de llenado en el punto de compresión. La posibilidad de filtraciones del gas de llenado al entorno de la soldadura durante el proceso de soldadura es, de este modo, sustancialmente reducida, mejorando así la calidad de la soldadura.

Otras características y ventajas del método de acuerdo con la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción y de las reivindicaciones que de ella dependen.

La invención se ilustra a modo de ejemplo en los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es un alzado en sección de una cápsula de gas después del llenado y sellado por medio de un método de acuerdo con una realización de la invención,

Las Figs. 2 a 6 ilustran, de una forma esquemática, operaciones en un proceso de acuerdo con la invención para llenar y sellar una cápsula del tipo mostrado en la Figura 1,

La Figura 7 es una vista esquemática que ilustra un método para formar un sello por soldadura en el orificio de la cápsula mostrada en la Figura 1, y

La Figura 8 es un alzado en sección similar al de la Figura 1 que muestra una forma modificada de la cápsula.

Con referencia a la Figura 1, se ilustra una cápsula de gas llenada y sellada de acuerdo con una realización de la invención. De un modo conocido, la cápsula comprende una porción 1 de cuerpo cerrada por medio de un capuchón 2, siendo ambos generalmente de construcción cilíndrica. El cuerpo de la cápsula está cerrado en un extremo 1a y se estrecha en 1b para formar un cuello sobre el cual se acopla un borde 2a del capuchón 2, estando soldado el extremo libre del borde 2a al cuello del cuerpo 1a por medio de una soldadura en ángulo, que no se muestra. El capuchón 2 tiene un tallo 3 integral, un extremo 3a delantero de la cual es de diámetro reducido y está pensado para ser sellado por soldadura.

Según se ilustra en la Figura 1, el tallo 3 contiene un miembro de tapón en la forma de una bola 4 elastomérica formada de un material como goma de silicona, que tiene la capacidad de formar un sello impermeable a los gases al comprimirse contra una porción 3b estrechada del tallo 3 corriente arriba de la punta 3a del tallo. En la posición ilustrada en la Figura 1, la bola 4 ha sido forzada a acoplarse con el tallo 3 bajo la presión de un gas contenido dentro del cuerpo 1 de la cápsula de una manera que se describirá con mayor detalle más abajo. Se debe mencionar en este momento, sin embargo, que aunque la bola 4 se ilustra en la Figura 1, por conveniencia, con una forma esférica, en la práctica la bola se deformará elásticamente para acomodarse a la superficie interna del tallo 3. La bola 4 puede tener un diámetro ligeramente inferior que el diámetro interno del tallo 3. En la unión entre la porción más ancha del capuchón 2 y el orificio del tallo 3 se forma una superficie 5 cónica que ayuda a conducir la bola 4 dentro del tallo 3.

El método para llenar la cápsula mostrado en la Figura 1 se describirá ahora con mayor detalle con la ayuda de los diagramas de las Figuras 2 a 6.

La bola 4 se introduce inicialmente en el cuerpo 1 de la cápsula antes de ensamblar el cuerpo 1 y el capuchón 2, de forma que la bola es recibida libremente dentro del cuerpo 1 y es confinada en el mismo por medio del capuchón 2. Como se muestra en la Figura 2, el cuerpo 1 y el capuchón 2 se unen mediante soldadura por láser. A la vez que se sujeta en un dispositivo de sujeción que comprende las porciones 6 y 7 superior e inferior que inmovilizan el cuerpo y el capuchón fuertemente acoplados, el dispositivo de sujeción gira alrededor del eje longitudinal de la cápsula según se indica por medio de la flecha 8, mientras se dirige un haz 9 de láser a la juntura entre el cuerpo 1 y el capuchón 2 para formar la soldadura en ángulo mencionada arriba. Durante la soldadura, la bola 4 está situada dentro del extremo superior del capuchón 2.

Después de extraerla del dispositivo 6, 7 de sujeción, se invierte la cápsula hasta la posición mostrada en la Figura 3, y se aplica gas a presión al orificio del capuchón 2 a través de la punta 3a para asegurar que la bola 4 es desplazada en sentido opuesto del capuchón 2 y se apoya libremente dentro del cuerpo 1. En una segunda operación mostrada en la Figura 4, se vacía la cápsula a través del tallo 3 y se llena después con helio a una presión elevada, como se indica en la Figura 5.

La presión de llenado de la cápsula se puede seleccionar de acuerdo con el uso planeado para la cápsula, y típicamente estaría entre 10 y 80 bar.

A la vez que se mantiene la presión del gas en el nivel deseado, se invierte la cápsula, como se muestra en la Figura 6, para provocar que la bola 4 caiga dentro del capuchón 2, de forma que, dependiendo del diámetro de la bola, o bien cae dentro del tallo 3, o bien se apoya en la periferia de la superficie 5. La presión del gas aplicada en el orificio de la punta 3a es entonces liberada, lo que provoca que la bola 4 sea impulsada por la presión del gas dentro de la cápsula de forma que es obligada a formar un sello en la porción 3b estrechada del tallo. La cápsula está entonces en el estado mostrado en la Figura 1.

En el estado mostrado en la Figura 1, la cápsula es efectivamente un depósito sellado que contiene gas a presión. Dependiendo de la naturaleza del gas de llenado, el sello formado por la bola 4 puede mostrarse efectivo para un uso deseado de la cápsula. Cuando la cápsula es llenada con helio, el sello formado por una bola 4 de goma de silicona es insuficiente para formar un sello permanente debido a la naturaleza penetrante del gas helio, y por tanto la punta 3a del tallo 3 debe ser sellada mediante soldadura.

Como se muestra esquemáticamente en la Figura 7, la cápsula se sitúa en la posición vertical que se ilustra en la Figura 1, y la punta 3a del tallo 3 se cierra por medio de una primera tenaza formada por un par inferior de mordazas 10 de compresión que actúan sobre la punta 3a justo por encima de la porción 3b estrechada, y el extremo libre de la punta 3 es entonces comprimido por un par superior de mordazas 11 de compresión. Tras la liberación de las mordazas 11, el extremo de la punta 3a es sellado mediante soldadura por láser del modo ya descrito arriba. Además, de acuerdo con una característica preferida del método de acuerdo con la invención, se hace que un tercer par de mordazas 12 produzcan un estrechamiento en el tallo 3 en un punto por debajo de la bola 4, para evitar que la bola se desplace fuera del tallo 3 después del sellado. Se apreciará que, una vez que el extremo de la punta 3a ha sido sellado permanentemente por medio de una soldadura, la filtración de un gas como el helio permitirá que la presión del gas se iguale en puntos por encima y por debajo de la bola 4, y por tanto existe una posibilidad de que la bola 4 retrocediese de nuevo hacia el cuerpo de la cápsula si no existiese una deformación del tallo 3 para atrapar la bola 4 en posición.

Se apreciará que se pueden realizar varias alteraciones en el método arriba descrito de la invención sin salirse del ámbito de las reivindicaciones del apéndice. Así, aunque en el método descrito se provoca que la bola 4 se mueva a la posición mostrada en la Figura 6 bajo la influencia de la gravedad, es concebible que ese movimiento se pueda conseguir por otros medios, evitando así la necesidad de invertir la cápsula. Como se muestra en la Figura 8, el método se puede aplicar a una forma modificada de cápsula donde el estrechamiento 3b del tallo 3 tiene la forma de una disminución de sección cónica más gradual en vez de un borde en escalón. El estrechamiento 3b cónico puede ser más adecuado para llenar la cápsula a menores presiones de gas, ya que la ventaja mecánica de la porción 3b del tallo para comprimir la bola 4 bajo la aplicación de la presión de un gas aumenta correspondientemente. La cápsula mostrada en la Figura 8 puede estar dotada de un sellado por soldadura de un modo similar al descrito arriba con referencia a la Figura 7.

En la práctica, el método de la presente invención ha demostrado dar buen resultado en la formación de un sellado temporal suficiente para retener un gas de llenado, como el helio, dentro de la cápsula durante el período relativamente corto entre el llenado de la cápsula y la subsiguiente soldadura de la punta 3a para formar un sellado permanente.

Se apreciará que la efectividad del sellado del gas que se consigue en las realizaciones descritas de la invención depende de la adecuada selección de los materiales para la cápsula y el miembro de tapón, así como de las dimensiones relativas de los componentes respectivos, los acabados superficiales de los mismos y el ángulo de estrechamiento de la porción 3b estrechada del tallo 3. Aunque dichos parámetros pueden determinarse fácilmente mediante ensayos y experimentos, se han obtenido resultados satisfactorios en la práctica en los que la porción de cuerpo y el capuchón de la cápsula están formados por aluminio embutido, estando el diámetro interno del tallo 3 en el extremo corriente arriba del estrechamiento 3b entre 2,15 y 2,25 mm. El ángulo de estrechamiento de la porción 3b estrechada con relación al eje longitudinal del tallo 3 puede estar en el rango de 7º, para el tallo estrechado mostrado en la Fig. 8, y 60º, para la realización del tallo mostrada en la Fig. 1. Con un tallo de estas dimensiones, la bola 4 puede estar formada como una esfera de elastómero de silicona con un diámetro en la región de 2,0 mm a 2,3 mm y con una dureza Shore en la región de 45 a 65 IRHD. Para evitar que una bola elastomérica de estas dimensiones se adhiera a la pared interna de una cápsula de aluminio durante el proceso de llenado debido a la electricidad estática, preferiblemente se hace que el elastómero de silicona sea conductor de la electricidad, bien mediante la incorporación al mismo de una proporción adecuada de un material conductor de la electricidad como negro de carbón, o bien tratando la superficie del mismo con un material conductor de la electricidad como polvo de grafito.

La selección de los parámetros de arriba ha permitido en la práctica un sellado satisfactorio de cápsulas de aluminio con un volumen interno de 3-5 mililitros y llenados con helio a presiones desde 10 a 80 bar.

Claims (12)

1. Un método para llenar una cápsula de gas que comprende una porción (1) de cuerpo hueca y un capuchón (2) ensamblados a la misma y que incluye un tallo (3) que tiene un orificio (3a) de llenado, que incluye las operaciones de:

proporcionar dentro de la cápsula, antes del ensamblaje de la porción (1) de cuerpo y del capuchón (2), un miembro (4) de tapón que está suelto dentro de la cápsula;

ensamblar la porción (1) de cuerpo y el capuchón (2);

subsecuentemente llenar la cápsula con gas a presión;

provocar que el miembro (4) de tapón adopte una posición entre el cuerpo (1) de la cápsula y el orificio (3a) de llenado para obstruir el camino de salida del gas de la cápsula; y liberar la presión del gas en el orificio (3a) de la cápsula para provocar que el miembro (4) de tapón sea forzado, bajo la presión del gas dentro de la cápsula, a acoplarse de un modo impermeable a los gases a una porción del capuchón (2) que define un conducto hacia el orificio (3a) de la cápsula.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el conducto está formado de forma que incluye dentro del tallo (3) un orificio que tiene una porción (3b) estrechada de un diámetro decreciente, y el miembro (4) de tapón está formado como una bola de material elástico dimensionado de tal forma que bajo presión del gas es forzado a entrar en el orificio y atrapado en un acoplamiento impermeable a los gases con la porción (3b) estrechada.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, donde el orificio está dotado de una primera parte de un diámetro más ancho junto a la porción (1) de cuerpo de la cápsula y de una segunda parte de un diámetro más estrecho junto al orificio (3a) de llenado y donde la porción (3b) estrechada comprende un reborde que une las partes más ancha y más estrecha y que forma un asiento para el acoplamiento de la bola (4) bajo la presión del gas.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, donde el orificio está dotado de una primera parte de un diámetro más ancho junto a la porción (1) de cuerpo de la cápsula y de una segunda parte de un diámetro más estrecho junto al orificio (3a) de llenado y donde la porción (3b) estrechada comprende una parte de sección decreciente del orificio que se extiende entre las partes más ancha y más estrecha, por lo cual bajo la presión del gas la bola (4) elástica es forzada a moverse a lo largo de la parte de sección decreciente y se comprime hasta un punto en el que queda atrapada dentro del orificio.

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la porción (1) de cuerpo y el capuchón (2) están hechos de aluminio o aleación de aluminio.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 2 o cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 adjuntas a la misma, donde la bola (4) está hecha de goma de silicona.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 2 o cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6 adjuntas a la misma, donde después de la entrada de la bola (4) en el orificio, el tallo (3) se deforma permanentemente hacia dentro para estrechar el orificio entre el cuerpo (1) de la cápsula y la bola (4) para atrapar ésta última dentro del tallo (3) del capuchón.

8. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, donde después de la liberación de la presión del gas en el orificio (3a) de llenado del tallo (3), la punta del tallo es soldada para cerrar el orificio (3a).

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, donde la operación de soldadura incluye las operaciones de comprimir el tallo entre un primer par de mordazas (11) de compresión inmediatamente adyacentes al orificio (3a) para aplanar y cerrar este último, comprimir el tallo (3) en un punto separado del orificio entre un segundo par de mordazas (10) de compresión, liberar el primer par de mordazas (11) de compresión mientras el tallo está situado entre el segundo par de mordazas (10) y soldar el orificio (3a) dirigiendo un haz de láser a lo largo de la línea formada por el orificio aplanado.

10. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, donde antes de la operación de llenar de la cápsula con gas a presión, la cápsula es primero desatascada con gas y luego vaciada, estando orientada la cápsula con el orificio (3a) de llenado en una posición vertical hacia arriba durante el desatascado y el vaciado, por lo cual se provoca que el miembro (4) de tapón descanse libremente sobre la base de la cápsula durante la operación de vaciado.

11. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, donde se provoca que el miembro (4) de tapón adopte la posición para obstruir el camino del gas, bajo la influencia de la gravedad, orientando la cápsula con el orificio (3a) de llenado en una posición vertical hacia abajo.

12. Una cápsula para contener gas llena producida mediante el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.