FR2789662A1 - Fond de boitier distributeur sous pression a deux chambres en alliage d'aluminium - Google Patents

Abstract

Boîtier en alliage d'aluminium distribuant sous pression des produits liquides à pâteux possédant un fond (1) dont la partie centrale (2) est perforée d'un orifice (3) destiné à être bouché à l'aide d'un embout de type Nicholson (10), où ladite partie centrale (2) du fond (1) une portion sphérique (S), dont la concavité est orientée vers le bas, et trois portions toriques présentant alternativement une concavité vers le haut (A), vers le bas (B), let le haut (C). Les portions se raccordent entre elles tangentiellement, le point de raccord (L, M, N) étant un point d'inflexion. La pente au point M est sensiblement horizontale. La dernière portion torique (C) présente une paroi d'épaisseur (4) dont l'angle inférieur (5) délimite ledit orifice (3) et dont l'inclinaison est comprise entre 30degre et 60degre. Le procédé de réalisation comporte trois étapes supplémentaires où la partie centrale (2) du fond (1) est préformée, perforée puis mise en forme.

Description

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FOND DE BOITIER DISTRIBUTEUR SOUS PRESSION A DEUX CHAMBRES EN

ALLIAGE D'ALUMINIUM

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne les boîtiers en alliage d'aluminium distribuant sous pression des produits liquides, crémeux ou pâteux. Plus précisément elle concerne les boîtiers offrant une séparation étanche entre le produit à distribuer et le gaz propulseur, le produit étant séparé du gaz soit par une 1 poche interne, soit par un piston. Alors que le boîtier externe est en alliage d'aluminium, la poche ou le piston peut être en tout matériau métallique ou plastique. La séparation du produit et du gaz propulseur permet notamment d'éviter la modification des caractéristiques du produit sous l'effet d'un contact

prolongé avec le gaz propulseur.

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ETAT DE LA TECHNIQUE

La partie supérieure du boîtier distributeur étant destinée à être remplie par le produit, I'injection du gaz propulseur est effectuée plus simplement et plus économiquement par le fond. Pour ce faire, on ménage un trou dans le milieu du fond que l'on bouche après injection du gaz propulseur. Beaucoup de bouchons ont été proposés dans le passé et, actuellement, le bouchon le plus couramment utilisé sur les boîtiers en acier a été décrit dans le brevet US 3 522 900. Nous appellerons par la suite ce bouchon "embout Nicholson", et pour la

description de cet art antérieur, nous utiliserons les références numérotées

relatives aux figures 1, 5 et 6 de US 3 522 900.

Les boîtiers en acier sont réalisés en trois pièces: un dôme, une paroi cylindrique et un fond. Le fond est un disque embouti mince (moins de 0, 3mm d'épaisseur) et peu profond que l'on sertit ensuite sur la paroi cylindrique. La -2- mise en forme d'un fond destiné à accueillir un embout tel que l'embout Nicholson ne pose pas trop de problèmes, on peut réaliser facilement une cuvette annulaire 12 délimitée par une paroi cylindrique à l'extérieur et d'une autre paroi cylindrique 13 de faible hauteur qui constitue la paroi de l'orifice du s trou. Une telle forme de cuvette permet de profiter pleinement de la forme

particulière de l'embout Nicholson.

L'embout Nicholson possède deux gorges annulaires dont les diamètres de fond de gorge sont légèrement différents. Le fond de la gorge annulaire o supérieure 17, proche de l'extrémité de l'embout, surmontée du bourrelet supérieur 16, a un rayon plus faible que le fond de la gorge inférieure 22, proche de la base de l'embout, surmonté du bourrelet 21. Dans un premier temps, I'embout est à moitié enfoncé dans la cuvette. Il est retenu par simple contact, éventuellement avec un léger serrage, de la paroi inférieure du

is bourrelet supérieur 16 avec l'extrémité supérieure 18 de la paroi cylindrique 13.

Dans cette position, les rainures longitudinales 28 de l'embout permettent une communication entre la partie inférieure du boîtier et l'extérieur. C'est ainsi que le boîtier est livré au conditionneur, c'est-à-dire équipé de l'embout Nicholson à moitié enfoncé dans le fond. Le conditionneur remplit le compartiment supérieur avec le produit à distribuer, injecte le gaz propulseur sous pression dans le logement inférieur du boîtier - le passage du gaz étant réalisé grâce aux rainures longitudinales 28 -, puis enfonce l'embout à fond. Le scellage hermétique du boîtier est obtenu grâce au plaquage sur toute sa hauteur de la paroi cylindrique 13 contre le fond de la gorge annulaire inférieure 22. Un léger serrage est assuré en donnant au diamètre au repos de l'embout en élastomère une valeur légèrement supérieure à celle du diamètre de la paroi

cylindrique 13.

Malheureusement, cet embout, parfaitement adapté aux bottiers en acier, n'a

jamais pu être utilisé sur des boîtiers en alliage d'aluminium.

-3- Les boîtiers en alliage d'aluminium sont réalisés en une ou deux pièces: le fond et la paroi cylindrique sont obtenus simultanément par filage par choc d'un pion, suivi éventuellement d'un étirage. Le dôme est soit rapporté et serti (deux s pièces) soit obtenu par conification de l'extrémité supérieure de la paroi cylindrique (une pièce). L'absence de bourrelet de sertissage en partie inférieure du boîtier (boîtiers une et deux pièces) et en partie supérieure (bofiers une pièce) confère aux boîtiers en alliage d'aluminium un aspect

esthétique particulièrement apprécié.

Jusqu'à la présente invention, l'embout Nicholson utilisé en standard sur les boîtiers en acier, n'a jamais pu assurer le bouchage hermétique de la partie inférieure des boîtiers en alliage d'aluminium. On suppose que la raison principale réside dans le fait que le fond en alliage d'aluminium, obtenu par is filage par choc, est en général plus épais que ne peut l'être un fond embouti - en acier: il a en général une épaisseur supérieure à 0,5 mm. Il n'est pas possible dans ces conditions de réaliser une forme de cuvette telle que celle décrite dans US 3 522 900. En particulier, il est difficile de réaliser la paroi cylindrique 13, qui, devant se loger sur toute sa hauteur dans la gorge annulaire inférieure pour assurer un bouchage étanche, devrait avoir une hauteur (à 0,7 mm) à

peine supérieure à l'épaisseur du fond.

Les fabricants de boîtiers distributeurs sous pression à deux compartiments en alliage d'aluminium ont alors mis au point une solution différente, qui consiste à faire un simple trou au milieu du fond et à le remplir aussitôt par un toron en matière élastomère. Une fois livré ainsi au conditionneur, ce dernier utilise un dispositif d'injection du gaz comprimé qui consiste à faire traverser de part en part le toron à l'aide d'une aiguille creuse. Après injection du gaz propulseur passant par l'aiguille, on enlève cette aiguille, en comptant sur le retour élastique de l'élastomère pour reboucher le trou occasionné par l'aiguille. La -4 demande FR-A-2 141 282 donne un exemple de toron permettant de boucher

le fond d'un boîtier de distribution sous pression en alliage d'aluminium.

L'injection du gaz propulseur au travers du toron en élastomère est plus difficile à réaliser que dans le cas des fonds en acier munis de leur embout Nicholson. Les dispositifs d'injection du gaz propulseur, devant respecter une cadence de production adaptée aux conditions industrielles des conditionneurs, se révèlent nettement plus coûteux que ceux qui sont utilisés avec les boîtiers en acier. De plus, pour être enfoncé dans le trou, I'embout a un diamètre qui ne peut être o que légèrement supérieur à celui du trou et, en raison de ce faible serrage et du trou occasionné par l'aiguille, I'étanchéité offerte par le toron n'est pas parfaite.

PROBLEME POSE

La demanderesse a cherché à remédier à ces défauts en essayant d'améliorer la position économique du boîtier en aluminium par rapport à celle du boîtier en acier, déjà handicapée par le coût matière et le coût de transformation et tout en conservant l'aspect esthétique avantageux lié à

l'absence d'un bourrelet de sertissage à la base du boîtier.

OBJET DE L'INVENTION

L'objet de l'invention est un boîtier en alliage d'aluminium possédant un nouveau fond de forme particulière. Un autre objet de l'invention est le

procédé qui permet de mettre en forme un tel boîtier.

Le boîtier selon l'invention présente un fond ayant une forme globale conventionnelle, c'est-à-dire concave sphérique, mais, au voisinage du trou central la paroi présente une forme particulière. A l'aide de la figure 1, on peut -5- décrire, en partant de l'extérieur et en se dirigeant vers l'axe, la partie centrale du fond perforé par les portions géométriques suivantes: d'abord une portion sphérique S, semblable à la portion sphérique conventionnelle des fonds de boîtier distributeurs en alliage d'aluminium, dont la concavité est orientée vers le bas, ensuite une succession de trois portions toriques A, B et C présentant alternativement une concavité vers le haut (A), vers le bas (B), la dernière portion (C) présentant une concavité vers le haut. Les portions se raccordent entre elles tangentiellement, le point de raccord entre chaque couple de portions adjacentes est un point d'inflexion. Les tangentes aux points d'inflexion, io points frontières entre les portions S et A d'une part et B et C d'autre part, sont sensiblement horizontales, de préférence montante et inclinée de moins de 30 pour la première, descendante et inclinée de moins de 100 pour la seconde. La tangente au point d'inflexion, frontière entre les portions A et B, est sensiblement parallèle à l'axe, inclinée de préférence de plus de 60 par

is rapport à l'horizontale.

La forme qui résulte de la succession des portions S, A et B constitue une cuvette destinée à recueillir la base de l'embout Nicholson: lorsque l'embout est enfoncé à fond, sa base est logée dans la cuvette, ce qui améliore sa protection vis-à-vis de tout mouvement latéral brutal d'un corps étranger

arrivant en contact avec le fond.

La dernière portion torique (C) présente une paroi d'épaisseur non horizontale.

L'angle inférieur de cette paroi détermine le diamètre calibré de l'orifice. Ce dernier est inférieur de quelques dixièmes de millimètre à celui du fond de la gorge supérieure de l'embout Nicholson et de près de un millimètre à celui du fond de la gorge annulaire inférieure de ce même embout. Dans les deux cas, on vise un serrage de l'embout en élastomère par l'angle inférieur de la paroi d'épaisseur du fond, quelle que soit la position d'enfoncement de l'embout, le

fond ne possédant pas de paroi cylindrique autour de l'orifice.

-6- L'inclinaison de la paroi d'épaisseur, de préférence comprise entre 30 et 60 , présente l'avantage d'assurer un bon maintien de l'embout et une parfaite étanchéité (en position totalement enfoncée), quelle que soit l'épaisseur du s fond, puisque c'est son angle inférieur qui calibre le trou et qui agit par serrage sur l'embout. En effet, grâce au contact de sa paroi d'épaisseur inclinée contre la paroi inférieure de l'un ou l'autre des bourrelets de l'embout et au serrage de sa paroi intérieure contre le fond des gorges, un maintien ferme de l'embout sur le fond du boîtier est assuré, que l'embout soit enfoncé à moitié o ou complètement. Grâce à la déformation de l'embout en élastomère sous l'effet de l'angle inférieur de la paroi d'épaisseur, un maintien étanche est

assuré lorsque l'embout est enfoncé à fond.

Plusieurs variantes du procédé de fabrication des boîtiers en alliage s d'aluminium existent, toutes caractérisées par une première phase de filage par choc d'un pion cylindrique. Une phase optionnelle d'étirage permet notamment de calibrer le diamètre et l'épaisseur de la paroi cylindrique. En général le fond est prédéformé à cette phase, lorsqu'elle existe. Ensuite l'extrémité ouverte de la paroi cylindrique est rognée, I'ébauche de boîtier est dégraissée, éventuellement recouverte intérieurement de vernis et extérieurement de laque. Dans la dernière phase, appelée globalement "conification", I'ébauche est en général placée sur un plateau tournant, o, par tamponnage en plusieurs passes, la mise en forme du fond est réalisée (filage seul) ou finie (filage-étirage), I'extrémité rognée de la paroi cylindrique est conifiée puis le bord extrême est roulé, de façon à réaliser le bourrelet de

fixation de la coupelle de valve.

Il est possible d'introduire en plusieurs endroits de cette chaîne de fabrication aux multiples variantes une mise en forme complémentaire, comportant trois étapes qui ne se suivent pas nécessairement dans le temps et consistant en -7- une perforation du trou central du fond déjà bombé, en un préformage de la cuvette, et en une mise en forme finale de la paroi d'épaisseur bordant le trou. Au cours des étapes de préformage et de mise en forme finale, on utilise des couples d'outils aux formes complémentaires, de type poinçon et matrice des façon à bien accompagner et à rendre répétitive la déformation de la cuvette et l'inclinaison de la paroi d'épaisseur. Chacune de ces étapes supplémentaires peut être introduite au cours du rognage, au cours de l'étirage éventuel ou encore aux premières étapes de la conification o En fin d'étirage par exemple, le fond, sous l'effet du polnçoin, se trouve en appui sur un plot de bombage et prend une forme globale de bombé sphérique. Tout de suite après, encore maintenu entre poinçon et plot, il est perforé par un outil coulissant dans le plot de bombage. Arrivant sur le plateau

tournant de la conifieuse, le fond est placé sur une matrice possédant, au-

dessus du bombé sphérique conventionnel du plot de bombage, un appendice correspondant en relief à la cuvette à réaliser, mais avec une paroi sommitale horizontale. La compression de la parfie centrale du fond entre poinçon et matrice donne une première forme d'ébauche de cuvette, possédant un fond horizontal. Le poinçon et la matrice étant maintenus rapprochés pour bloquer la paroi sphérique du fond et le bord externe de la cuvette, un doigt mobile coulissant dans l'axe de la matrice, de diamètre supérieur au diamètre du trou de perforation, effectue un mouvement axial vers le haut et retourne légèrement le bord interne de la cuvette tout en

calibrant le diamètre de l'orifice perforé.

Le choix du diamètre de perforation dépend de l'épaisseur du fond et de l'inclinaison recherchée pour la paroi d'épaisseur bordant le trou: pour un joint Nicholson standard, elle est de préférence voisine de 45 . Il va de soi qu'elle

pourrait être adaptée à toute autre forme de joint de type Nicholson, c'est-à-

dire toute géométrie de joint possédant deux gorges annulaires et au moins -8- une rainure longitudinale permettant le remplissage du gaz propulseur dans une première position d'enfoncement puis le stockage hermétique dudit gaz propulseur dans une deuxième position d'enfoncement. Ce qui compte, c'est que l'inclinaison de la paroi est telle que, même si le fond a une épaisseur plus s importante, I'angle inférieur de la paroi d'extrémité continue à se loger facilement au fond de la gorge annulaire inférieure en imposant un serrage

voisin de 1 mm.

L'exemple donné ci-après dans le but de mieux faire comprendre l'invention o décrit une géométrie particulière ne devant pas être considérée comme étant limitative. La figure 1 représente en haut une coupe par un plan diamétral de la partie centrale du fond de boîtier selon l'invention et en bas une coupe d'un embout

is Nicholson standard.

La figure 2 représente en coupe par un plan diamétral l'embout à demi enfoncé dans le fond, dans la position qu'il occupe au moment de l'injection

du gaz propulseur.

La figure 3 représente en coupe par un plan diamétral l'embout complètement enfoncé, scellant hermétiquement la partie basse du boîtier

remplie du gaz propulseur.

EXEMPLE (Figures 1, 2 et 3) Sur la figure 1, on peut voir l'embout Nicholson 10 peu avant son enfoncement dans le fond 1, représenté ici seulement par sa partie centrale 2, perforée d'un orifice 3 au niveau l'axe. Il possède deux gorges annulaires 17 et 22 dont les -9- diamètres de fond de gorge sont légèrement différents. Le fond de la gorge annulaire supérieure 17, proche de l'extrémité de l'embout, surmontée du bourrelet supérieur 16, a un rayon de 2,7 mm, plus faible que celui du fond de la gorge inférieure 22, proche de la base 27 de l'embout, surmontée du bourrelet 21, ce dernier étant égal à 3,05 mm environ. La paroi inférieure 19 de la gorge annulaire supérieure 17 est tronconique, inclinée à 60 environ. La gorge annulaire inférieure 22 a une hauteur de z 0,7 mm. La base 27 de l'embout a un diamètre de 8,7 mm environ. Le bourrelet supérieur 16 a un diamètre de 6,1 mm environ et le bourrelet inférieur 21 a un diamètre de 6,6 mm. La partie centrale 2 du fond perforé comporte les portions géométriques suivantes: d'abord une portion sphérique S, semblable à la portion sphérique conventionnelle des fonds de boîtier distributeurs en alliage d'aluminium, dont la concavité est orientée vers le bas, ensuite une succession de trois portions toriques A, B et C. La portion torique A, présentant une concavité vers le haut, a une section en forme de secteur circulaire d'épaisseur 0,5 mm dont le centre est à 6,705 mm de l'axe et dont le rayon extérieur RA est égal à 2 mm. La portion torique B, présentant une concavité vers le bas, a une section en forme de secteur circulaire d'épaisseur 0,5 mm dont le centre est à 3,93 mm de l'axe et dont le rayon intérieur RB est égal à 1 mm. La portion torique C, présentant une concavité vers le haut, a une section en forme de secteur circulaire d'épaisseur 0,5 mm dont le centre est à 3,725 mm de l'axe et dont le rayon

extérieur RC est égal à 1,3 mm.

La tangente au point d'inflexion L, point frontière entre les portions S et A fait un angle de 14 avec l'horizontale. La tangente au point d'inflexion M, point frontière entre les portions A et B fait un angle de 66 avec l'axe. La tangente au point d'inflexion N, point frontière entre les portions B et C est descendante et fait un angle de 4 avec l'horizontale. La paroi d'épaisseur 4 est inclinée de -10- 46 par rapport à l'horizontale et son angle inférieur 5 calibre l'orifice au

diamètre 5,1 mm.

Sur la figure 2, I'embout Nicholson 10 est montré à moitié enfoncé dans la cuvette 12. Il est retenu avec un léger serrage (0,3mm) de l'angle inférieur 5 de la paroi d'épaisseur 4 sur le fond de la gorge annulaire supérieure 17. La paroi inférieure 19 de la gorge annulaire supérieure 17, inclinée à 60 environ, permet de maintenir le contact sur une assez grande distance avec la partie torique C du fond. On voit bien que l'épaisseur du fond n'a aucune influence sur la qualité du contact, à partir du moment o le fond métallique est

nettement plus rigide que l'embout en élastomère.

Sur la figure 3, I'embout Nicholson 10 est montré complètement enfoncé dans la cuvette 12. Il est retenu avec un serrage de près de 1 mm de l'angle inférieur 5 de la paroi d'épaisseur 4 sur le fond de la gorge annulaire inférieure 17. Au voisinage de la zone de serrage, I'embout est faiblement déformé. La paroi d'épaisseur a une inclinaison faible, de telle sorte que le serrage ne s'effectue qu'au niveau de l'angle inférieur. La paroi extérieure du fond au niveau du point d'inflexion N, point frontière entre les parties toriques B et C, est presque horizontale, ce qui permet de ne pas trop déformer la base 27 de l'embout Nicholson 10. Ici aussi, on voit bien que l'épaisseur du fond n'a aucune influence sur la qualité du contact, à partir du moment o le fond

métallique est nettement plus rigide que l'embout en élastomère.

Pour réaliser le fond de l'exemple, on a préformé la cuvette de telle sorte

qu'elle garde un fond horizontal puis on a perforé un trou de diamètre 4, 5 mm.

Au cours de la mise en forme finale de la cuvette, la partie sphérique S, la partie torique A et une grande partie de la portion sphérique B sont maintenues encastrées entre matrice et poinçon et un doigt axial de 5,1 mm de diamètre remonte en retournant le fond initialement horizontal de la

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cuvette qui vient se plaquer contre une partie localement convexe de la paroi globalement concave du poinçoin en réalisant ainsi la portion torique C. Si l'épaisseur du fond est indifférente en ce qui concerne le maintien de s l'embout Nicholson et l'étanchéité de sa fermeture, elle n'est pas indifférente vis-à-vis des conditions de mise en forme et de la détermination du diamètre

de perforation initial.

o AVANTAGES DU PROCEDE SELON L'INVENTION Possibilité d'utiliser des fonds de boîtier en alliage d'aluminium d'épaisseurs différentes avec un embout standard déjà largement diffusé pour équiper les

boîtiers distributeurs sous pression en acier.

-12-

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Boîtier en alliage d'aluminium distribuant sous pression des produits liquides à pâteux possédant une paroi cylindrique et un fond (1) formant une seule s pièce avec ladite paroi cylindrique, la partie centrale (2) étant perforée d'un orifice (3) caractérisé en ce que ladite partie centrale (2) du fond (1) comprend les portions suivantes, décrites en partant de l'extérieur et en se dirigeant vers l'axe: une portion sphérique (S), dont la concavité est orientée vers le bas, et, successivement, trois portions toriques (A), (B) et (C) présentant alternativement une concavité vers le haut (A), vers le bas (B), la dernière portion (C) présentant une concavité vers le haut, les portions se raccordant entre elles tangentiellement, le point de raccord (L, M, N) entre chaque couple de portions adjacentes (S,A; A,B; B,C) étant un point d'inflexion, et en ce que la dernière portion torique (C) présente une paroi d'épaisseur (4) non horizontale dont l'angle inférieur (5) délimite ledit orifice (3).

2. Boitier en alliage d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tangente au point d'inflexion (N), frontière entre les portions torique (B) et

(C), est inclinée de moins de 10 par rapport à l'horizontale.

3. Boîtier en alliage d'aluminium selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi d'épaisseur est inclinée d'un angle compris entre 30 et 600

par rapport à l'horizontale.

4. Boîtier en alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à

3, caractérisé en ce que le diamètre de son orifice (3) est inférieur de près de 1 mm par rapport au diamètre du fond de la gorge annulaire inférieure

(22) d'un embout de type Nicholson (10).

-13-

5. Boîtier en alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à

4, caractérisé en ce qu'il est muni d'un embout de type Nicholson (10) enfoncé à moitié ou complètement dans l'orifice (3) du fond (1) dudit boîtier.

6. Utilisation d'un bouchon sur un boîtier en alliage d'aluminium distribuant sous pression des produits liquides à pâteux, caractérisée en ce que ledit

bouchon est un embout de type Nicholson (10).

o

7. Procédé de fabrication du boîtier en alliage d'aluminium selon l'une

quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une première phase de

filage par choc d'un pion cylindrique, une phase optionnelle d'étirage, un rognage de l'extrémité ouverte de la paroi cylindrique, et une phase de conification, au cours de laquelle, par tamponnage en plusieurs passes, le fond (1) est réalisé, I'extrémité rognée de la paroi cylindrique est conifiée puis le bord extrême est roulé, caractérisé en ce qu'on introduit trois étapes supplémentaires o la partie centrale (2) du fond (1) est perforée, mise en

forme de cuvette, et calibrée.

8. Procédé de fabrication d'un boîtier en alliage d'aluminium selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites étapes supplémentaires sont introduites au cours d'une ou plusieurs des phases suivantes: étirage,

rognage et conification.

9. Procédé de fabrication d'un boîtier en alliage d'aluminium selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la mise en forme finale de la cuvette est réalisée à l'aide de deux outils de formes complémentaires qui maintiennent la portion sphérique (S), la portion torique (A) et une grande partie de la portion torique (B) encastrées tandis qu'un doigt axial coulissant dans la matrice remonte en retournant le fond initialement horizontal de la -14- cuvette qui vient se plaquer contre une partie localement convexe de la paroi globalement concave du poinçoin, ce qui met en forme la portion torique (C), ledit doigt passant également au travers de l'orifice (3) en le calibrant.