PT1919800E - Dispositivo de controlo de pressão para um recipiente distribuidor de fluido e um método para a sua fabricação - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO
DISPOSITIVO DE CONTROLO DE PRESSÃO PARA UM RECIPIENTE DISTRIBUIDOR DE FLUIDO E UM MÉTODO PARA A SUA FABRICAÇÃO A presente invenção refere-se a um dispositivo de controlo de pressão para um recipiente distribuidor de fluido para manter um excesso de pressão predeterminado constante de acordo com uma parte do preâmbulo da reivindicação 1. A invenção refere-se ainda a um método para fabricação desse dispositivo de controlo de pressão de acordo com a reivindicação 8.
Os recipientes com dispositivos de controlo de pressão são conhecidos na literatura de Patentes desde quase trinta anos mas até hoje nenhum produto comercial está disponível no mercado.
No Pedido de Patente europeia EP-A-0 349 053 é descrito uma cápsula de pressão para um atomizador que está constituído por duas câmaras. A primeira câmara está cheia com um fluido a uma pressão relativamente alta e a segunda câmara está cheia com um fluido a uma pressão igual à sobrepressão que normalmente existe no atomizador e necessária para expelir um líquido. Na parede da segunda câmara uma membrana controla uma válvula. Uma bucha na parede mantém o fluido à pressão de forma a que a válvula se mantenha fechada.
No Pedido Patente WO-A-93/22222 (Cruysberghs) publicado em 1993 um dispositivo de controlo de pressão para manter uma pressão constante num recipiente é descrito em princípio. Muitas formas diferentes de realizar o dispositivo foram descritas, mas na prática nenhuma foi realizada à escala comercial.
Outro exemplo deste dispositivo de controlo de pressão é conhecido do Pedido de Patente PCT WO-A-99/62791. O dispositivo nele descrito está provido para manter uma pressão predeterminada constante num recipiente que está disposto para a 1/12 distribuição de um fluido. 0 dispositivo de controlo de pressão tem uma primeira câmara e uma segunda câmara, assim como um elemento de fecho móvel em relação à segunda câmara para libertar e fechar uma conexão de fluido entre a primeira câmara e o recipiente dependendo da posição do elemento de fecho em relação à segunda câmara. A primeira câmara está cheia com gás que, em uso, tem uma pressão mais alta do que a pressão no recipiente. A segunda câmara está fechada com gás a uma pressão predeterminada ou de referência e está situada fora da primeira câmara. Numa primeira forma de realização de acordo com a figura 2 a primeira câmara está provida como um suporte em forma de copo que está disposto de cabeça para baixo no recipiente e tem o seu bordo longitudinal unido à parte inferior e à parede lateral perpendicular do vaso ou do recipiente. Na figura 3 é mostrada uma segunda forma de realização em que o diâmetro da primeira câmara do tipo copo é muito mais pequeno que o diâmetro interno do recipiente. A câmara está disposta centralmente no interior do recipiente e com a sua borda longitudinal unida ao fundo do recipiente. Na figura 4 é mostrada uma terceira forma de realização em que a mesma primeira câmara como na figura 4 está disposta excentricamente em relação ao recipiente. Na figura 5 está provido um disco ligeiramente abaixo da metade da altura do vaso e está conectado de forma hermética ao gás com a parede interna do vaso através de um anel de vedação. Este disco divide o vaso em duas partes (dispostas de forma fixa) . Uma construção similar é mostrada nas figuras 6a e 6b. Também, na figura 7 a primeira câmara do dispositivo de controlo de pressão está desenhada como um êmbolo que é vedado na parede interna do recipiente com um anel de vedação e que pode ser movido na direcção axial no interior do recipiente. Assim, o êmbolo divide o recipiente em duas partes, em que a parte superior está cheia de fluido a ser distribuído. A conexão de fluido desde a primeira câmara termina na parte inferior. Quando a pressão no recipiente cai quando o fluido está a ser distribuído pressionando o botão no topo do recipiente, o êmbolo é movido para cima devido à diferença de pressão entre a parte inferior e 2/12 superior até que o equilíbrio de pressão entre a parte inferior e superior seja de novo obtida. Portanto, a pressão na parte inferior há diminuiu de forma a que a pressão na segunda câmara será mais alta e o elemento de fecho abrirá a conexão de fluido entre a primeira câmara e a parte inferior, de forma a que a pressão na parte inferior aumente. Seguidamente o êmbolo mover-se-á de novo para cima até que seja obtido o equilíbrio de pressão correspondente à pressão predeterminado ou de referência na segunda câmara. Finalmente, na forma de realização de acordo com a figura 8 a primeira câmara é de desenho cilíndrico e tem um diâmetro externo correspondente ao diâmetro interno do recipiente e ficando ajustado hermeticamente no interior do recipiente. Só o dispositivo de pressão da figura 7 move-se na direcção axial. Em todos os outros exemplos o dispositivo de pressão está fixamente disposto no interior do recipiente. 0 dispositivo de controlo de pressão completo da figura 7 está desenhado como um êmbolo que funciona como um pistão móvel que expele o fluido de distribuição. No entanto, o desenho do dispositivo de controlo de pressão é desvantajoso devido ao seu grande tamanho de forma a que o recipiente para dispensar o fluido é menos usado.
Outro problema importante dos dispositivos de controlo de pressão descritos acima como um módulo separado é que as primeira e a segunda câmaras devem ser pressurizadas antes de serem montadas num recipiente. Isto na prática pode ser muito difícil e custoso de obter por exemplo em atomizadores de alumínio em que a construção é de uma só peça e as cadeias de produção funcionam a rendimentos muito altos. Outra grande desvantagem é que foi mostrado que a pressão num dispositivo de controlo de pressão separado que será montado depois num recipiente cai substancialmente passados alguns meses que é o tempo necessário para o armazenamento e para a distribuição na cadeia de abastecimento comercial. Além disso, a pressurização do dispositivo de controlo de pressão tem que ser executada com 3/12 a conexão de fluido fechada para obter uma pressão da quantidade prescrita. Assim, os dispositivos de controlo de pressão conhecidos não são adequados para a aplicação a uma grande escala industrial. 0 Pedido de Patente WO 2004/065260 AI descreve um dispositivo de controlo de pressão similar. É portanto um objecto da presente invenção prover um dispositivo de controlo de pressão para um recipiente distribuidor de fluido que tenha uma construção mais simples. Outro objecto da invenção é o de prover um processo de fabricação do dispositivo de controlo de pressão que possa ser facilmente ensamblado num recipiente distribuidor de fluido.
Este e outros objectivos da presente invenção são realizados por um dispositivo de controlo de pressão de acordo com a reivindicação 1 e por um método de fabricação de acordo com a reivindicação 8. A principal vantagem da presente invenção é que o dispositivo de controlo de pressão pode ser pressurizado depois da implementação e enchimento da garrafa distribuidora de liquido. Isto significa que o dispositivo de controlo de pressão pode ser pressurizado enquanto que ao mesmo tempo a garrafa do recipiente de fluido está a ser cheia. Assim, não há nenhuma necessidade de pressurizar o dispositivo antecipadamente como nos dispositivos de controlo de pressão acima descritos. Como a segunda câmara está abarcada pela primeira câmara, um dispositivo de controlo de pressão muito compacto será obtido de forma a que o espaço total utilizável na garrafa é muito maior que nas formas de conhecidas de realização. Como o dispositivo de controlo de pressão pode ser fabricado previamente e pode ser facilmente implementado nas garrafas de plástico existentes, os procedimentos de produção e de enchimento existentes para por 4/12 exemplo produtos cosméticos podem ser mantidos com apenas pequenas configurações adicionais na cadeia de produção.
Outras vantagens da invenção são descritas nas reivindicações dependentes e na seguinte descrição na que uma forma exemplificada de realizar a invenção é descrita em relação aos desenhos anexos.
Eles mostram
Figura 1 um dispositivo de controlo de pressão numa vista em perspectiva, fragmentada e desde abaixo, em que algumas partes são mostradas ampliadas,
Figura 2 o mesmo dispositivo de controlo de pressão numa vista desde cima,
Figura 3 uma vista fragmentada desde a parte inferior e superior para a explicação da ensamblagem do dispositivo de controlo de pressão,
Figura 4 um corte transversal através de uma parte do dispositivo de controlo de pressão ensamblado numa vista em perspectiva, e
Figura 5 três vistas em corte transversal do dispositivo de controlo de pressão ensamblado.
Os números específicos dedicados a elementos definidos em relação a uma figura particular serão usados consistentemente em todas as figuras se não for mencionado o contrário.
Nas figuras 1 e 2 um dispositivo de controlo de pressão 1 para a manutenção de uma pressão em excesso constante predeterminada num recipiente é mostrada numa vista em perspectiva e fragmentada. 0 dispositivo 1 compreende uma primeira câmara 2 5/12 provida por um primeiro cilindro ou inserto tipo copo 3 com um pistão móvel 4 com um anel de vedação grande 5 e uma segunda câmara 6 provida com um segundo cilindro tipo garrafa 7 com uma extremidade aberta 8 e uma extremidade fechada 9. A extremidade aberta 8 do cilindro 7 tem uma parte de gargalo afunilado 10 e uma flange 11, na qual está montado um inserto ou fecho em forma de anel 12 com um funil escalonado 13, no qual o inserto tipo copo 3 está montado. O pistão 4 tem uma biela 14 com uma parte terminal 15 com um diâmetro maior (figura 2). Um elemento de paragem 16 com um anel de vedação obturador 17 está montado na outra extremidade do fecho 12, que provê juntamente com um assento da válvula o fecho ou a regulação da válvula. Na parte inferior 9 do cilindro 7 está montado uma bucha de vedação ou de Nicholson 18 numa abertura 19 para pressurizar o cilindro 7.
Na figura la o elemento de paragem 16 é mostrado ampliado. Ele compreende uma parte cilíndrica 20 e uma parte anular maior 21 com dentes em serra 22 na sua parte inferior para a soldadura de ultra-sons no aro inferior 23 do fecho 12. Na cavidade circular interna 24 do elemento de paragem 16 estão providas três nervuras de guia 25 distanciadas entre si a um ângulo de 120° para guiar a biela do pistão 14. Além disso a biela do pistão 14 tem duas ranhuras paralelas ao eixo da biela para a ventilação de gás ou de ar com alta pressão por cima da válvula reguladora provida pela parte de extremidade 15 da biela 14 e o pequeno anel de vedação 17. Estas ranhuras estendem-se até à parte da extremidade 15. Na figura lb o fecho 12 é mostrado ampliado.
Como pode ser observado, uma parte do aro grande 26 está provida com uma ranhura em forma de anel 2 7 com um anel de dentes internos 28 e um anel de dentes externos 29 para soldadura com ultra-sons do fecho 12 à flange 11 do cilindro 7. Na figura lc o inserto tipo copo 3 é mostrado ampliado e mostra uma placa do topo circular 31 (ver figura 2c) provida com seis entalhes 32, distribuídos regularmente por cima do aro, formando projecções 33 com dentes em forma de serra 34 por debaixo. Além disso na extremidade aberta 36 do copo cilíndrico 3 estão providas 6/12 incisões direccionadas axialmente 37. Quando ensamblado o pistão 4 com o anel de vedação 5 cobrirão justamente as extremidades das incisões 37 num equilíbrio de pressão, isto é na posição inicial ou não pressurizada. Adicionalmente, na imediação da extremidade aberta do inserto 3 a parede interna 38 pode estar provida com um degrau interno 39 nas extremidades das incisões 37, no dito degrau 39 o pistão 4 com o seu anel de vedação obturador 5 está colocado na posição inicial ou não pressurizada (ver abaixo) . Para reduzir a fricção entre o anel de vedação obturador 5 e a parede do inserto tipo copo 3 um gel redutor da fricção, por exemplo silicones ou óleo de grafite, são usados para cobrir o anel de vedação 5.
Na figura 2 e nas figuras 2a, 2b e 2c que são numeradas de forma correspondente aos elementos mostrados nas figuras la, lb e lc, o mesmo dispositivo de controlo de pressão 1 como o da figura 1 está representado de cabeça para baixo.
As figuras 3a e 3b mostram as posições de ensamblagem das diferentes partes como as acima descritas.
Na figura 4 é mostrado parcialmente um corte transversal do dispositivo de controlo de pressão ensamblada 1, ao passo que as setas 35 apontam para as áreas de soldadura entre o fecho 12 e a flange 11 do segundo cilindro 7, entre as projecções 33 e um degrau do anel interno 40 do funil 13, e entre a parte anular 21 do elemento de paragem 16 e o aro inferior 23 do fecho 12.
Trabalho A função do dispositivo de controlo de pressão acima descrito 1 é a seguinte: na segunda câmara 6 é introduzido um gás inerte, especialmente ar normal, com uma sobrepressão de aproximadamente 8 bares. Na posição ensamblada a primeira câmara 2 está à pressão de ar normal, onde o anel de vedação 5 do pistão 4 está justamente a cobrir as extremidades das incisões 37 ou está 7/12 colocado no degrau interno 39, respectivamente. A força exercida na biela 14 pela sobrepressão na segunda câmara 6 empurra o pistão para a placa do topo circular 31 do inserto 3, até que a válvula entre o elemento de paragem 16 e o anel de vedação obturador 17 fique fechada. Devido a que a pressão no espaço por cima do pistão 4 aumenta de acordo com a lei de Boyle-Gay Lussac e que a temperatura total será constante, a pressão na primeira câmara 2 será proporcional ao volume na posição de fecho da válvula e o volume na posição inicial e pressão normal. Por cima das incisões 37 e dos entalhes 32 do inserto 3 há uma passagem desde a segunda câmara 6 por cima da válvula para o exterior, isto é por cima da placa do topo 31 do inserto 3. 0 dispositivo de controlo de pressão assim ensamblado 1 está montado na parte inferior de um recipiente de fluido com por exemplo uma válvula de pulverização que é accionada por um botão. Se a pressão no recipiente é igual à pressão de controlo na primeira câmara 2 a válvula reguladora do dispositivo de controlo de pressão 1 mantém-se fechada. No entanto, se algum fluido é distribuído por cima da válvula de pulverização, a pressão no recipiente cai e a válvula reguladora abrir-se-á, de forma a que o gás a sobrepressão fluirá da segunda câmara 6 para o recipiente. Como a pressão no recipiente igualará muito rapidamente a pressão de controlo a válvula reguladora fechar-se-á uma vez mais.
Se uma grande quantidade de fluido for gasta por cima da válvula de pulverização, a válvula reguladora oscilará entre as posições aberta e fechada. Na prática o pistão será movido só algumas décimas ou centésimas de milímetro por um movimento de rolamento do anel de vedação obturador 34 para abrir e fechar a válvula. Cálculos práticos
Modelos matemáticos do dispositivo de controlo de pressão mostram que a pressão de controlo obedecem à equação seguinte: 8/12 -(PF*V2*A]*-PI*VI*A2) ν2·(Α2-Α,) onde
Pc = pressão de controlo ou de excesso, PR = pressão na segunda câmara,
Pj = pressão na posição inicial (pressão de ar normal)
Ay = área da biela do pistão A2 = área do pistão
Vj = volume na primeira câmara acima do pistão na posição inicial, V2 = volume na primeira câmara acima do pistão na posição pressurizada,
Assim, esta equação permite calcular a pressão do recipiente quando a pressão na segunda câmara 6 e as dimensões do pistão 4 e da biela do pistão 14 são determinadas. A equação mostra também que a pressão de controlo Pc na primeira câmara 2 aumenta ligeiramente à medida que a pressão na segunda câmara PR diminui até que PR seja igual a Pc, onde o dispositivo de controlo de pressão 1 mantém-se aberto. Assim, a equação também permite determinar a pressão mínima PR para a distribuição de todo o fluido no recipiente. A dimensões predeterminadas geométricas do pistão 4 e da biela do pistão 14 o volume V2 definem a pressão de controlo ou de excesso Pc. Assim, corrigindo apenas a espessura do pistão 4 diferentes pressões de controlo Pc podem ser providas na mesma geometria do inserto tipo copo 3. 9/12
Processo de fabricação 0 inserto tipo copo 3 e o fecho 12 foram moldados a partir de tereftalato de polietileno (PET). 0 pistão 4 com a biela de pistão 14 e o elemento de paragem 16 foram moldados a partir de polioximetileno (POM). 0 cilindro tipo garrafa 7 foi moldado por injecção e sopro de PET. As vantagens principais do processo de moldagem por sopro e injecção para produzir o cilindro 7 é que tamanhos diferentes podem ser produzidos com a mesma ferramenta, e que a orientação do material estendido de PET durante o processo de sopro conduz a uma estrutura cristalina maior que dá uma alta resistência e boas propriedades de barreira ao gás. 0 processo de ensamblagem é o seguinte: primeiro o pistão 4 com o seu anel de vedação obturador é introduzido no inserto tipo copo 3. Seguidamente o inserto 3 é pressionado no funil 13 do fecho 12 até que as projecções 33 com os seus dentes em forma de serra 34 fiquem colocados firmemente em relação ao degrau do anel do funil 13. 0 inserto 3 é seguidamente soldado por ultra- sons ao funil 13. Depois o elemento de paragem 16 com o pequeno anel de vedação obturador 17 é empurrado na biela do pistão 14 e o elemento de paragem 16 é preso ao funil 13 com uma conexão de fecho à pressão e assim aperta o anel de vedação 17 entre o funil 13 e o lado superior do elemento de degrau 16. Depois a parte anular 20 do elemento de paragem 16 é soldada por ultra- sons ao aro inferior do funil. Na extremidade, o fecho 12 está montado na flange 11 do cilindro 7 e está soldado a este por ultra-sons. O dispositivo de controlo de pressão assim ensamblado 1 está preparado para ser montando num recipiente distribuidor de fluido por exemplo com um bico de pulverização.
Posteriormente, o cilindro 7 está pressurizado com um gás inerte ou ar com uma sobrepressão de por exemplo 8 bares, de forma que o pistão 4 seja movido para cima e a válvula reguladora provida pela biela do pistão 14 e o pequeno anel de vedação 17 fiquem fechados e o recipiente seja pressurizado com o excesso de 10/12 pressão predeterminado. Se requerido a embalagem pode ainda ser feita numa sequência um tanto ao quanto diferente. É evidente que os elementos podem ser fixados também por outros métodos de soldadura como soldadura por rotação, soldadura a laser ou qualquer outro método de soldadura de plástico bem conhecido, ou por adesivos ou fixação mecânica, por exemplo fechos de pressão ou parafusos.
Outra vantagem da invenção é que, como só é usado ar normal ou qualquer outro gás inerte adequado para o enchimento à pressão, as instalações do processo, do equipamento e do ambiente de fabricação e dos procedimentos de operação não necessitam de ter em consideração os requisitos de segurança especiais normalmente necessários para propelentes inflamáveis perigosos.
Lisboa, 11 de Junho de 2010 11/12
REFERENCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO
Esta lista de referências citadas pelo Titular tem como único objectivo ajudar o leitor e não forma parte do documento de patente europeia. Ainda que na sua elaboração se tenha tido o máximo cuidado, não se podem excluir erros ou omissões e a EPO não assume qualquer responsabilidade a este respeito.
Documentos de Pedidos de Patente citadas na descrição • EP 0349053 A [0003] · WO A9962791 PCT [0005] • WO 9322222 A, Cruysberghs [0004] · WO 2004065260 AI [0008] • WO 1993 A [0004] 12/12
Claims (12)
- REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo de controlo de pressão provido com um recipiente distribuidor de fluido compreendendo um primeiro cilindro (3) com uma extremidade aberta e uma extremidade fechada, provido para ser pressurizado com um gás a um excesso de pressão predeterminado, um pistão (4) com um anel de vedação (5) sendo móvel no dito primeiro cilindro, um segundo cilindro (7) com uma extremidade fechada e uma extremidade aberta, provido para ser cheio com gás a uma pressão mais alta do que o excesso de pressão, estando o primeiro cilindro (3) abarcado por um fecho (12) do segundo cilindro (7) para formar um passagem em forma de anel entre o primeiro cilindro (3) e o fecho (12), com o qual a extremidade aberta do segundo cilindro (7) está disposta adjacente à extremidade aberta do primeiro cilindro (3), uma passagem conduzindo desde a parte interna do segundo cilindro (7) depois da parede externa do primeiro cilindro (3) para a parte exterior; uma válvula (16, 17) para libertar e fechar a dita passagem, em que o dito pistão compreende uma biela (14) para abrir e fechar a válvula, caracterizado por pelo menos uma incisão direccionada axialmente (37) estar provida na extremidade aberta do primeiro cilindro (3), de maneira a que o pistão (4) com o anel de vedação (5) introduzido no primeiro cilindro (3) e cobrindo a extremidade da incisão (37) e estar numa posição não pressurizada, e a biela (14) ter uma parte de extremidade (15) com um diâmetro maior que fecha a válvula (16, 17) e determina uma posição de fecho da válvula do pistão, em que o comprimento da biela estar definida para determinar o curso do pistão entre a posição não pressurizada e a posição de fecho da válvula, o curso do pistão conjuntamente com o volume interno do primeiro cilindro (3) na posição de fecho da válvula define o excesso de pressão predeterminado.
- 2. Dispositivo de controlo de pressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro cilindro (3) ter um degrau interno (39) provido na extremidade com pelo menos uma 1/3 incisão (37), nesse degrau o pistão (4) com o anel de vedaçao (5) estão colocados na posição não pressurizada.
- 3. Dispositivo de controlo de pressão de acordo com a reivindicação 1 ou com a reivindicação 2, caracterizado por o contorno externo do pistão (4) ser mais pequeno do que o diâmetro interno do primeiro cilindro (3), de forma a que o anel de vedação (5) só contacte a parede interna do primeiro cilindro.
- 4. Dispositivo de controlo de pressão de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o anel de vedação (5) estar provido com um gel redutor da fricção.
- 5. Dispositivo de controlo de pressão de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o gel redutor da fricção compreender silicones ou óleo de grafite.
- 6. Dispositivo de controlo de pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado por o fecho (12) ter a forma de funil onde está montado um copo cilíndrico (3) como primeiro cilindro.
- 7 . Dispositivo de controlo de pressão de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o fecho em forma de funil (12) ser fixado por soldadura ao segundo cilindro (7), e o copo cilíndrico (3) estar fixado no fecho (12) por soldadura.
- 8. Método para a fabricação de um dispositivo de controlo de pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado por o primeiro cilindro (3) e o segundo cilindro (7) estarem formados com um material sintético adequado; o pistão (4) com a biela (14) e os elementos da válvula (16, 17) estarem formados com um material sintético adequado; o pistão (4) com o anel de vedação (5) ser introduzido no primeiro cilindro (3) de forma a que o(s) anel (anéis) de vedação do 2/3 pistão (4) esteja(m) justamente cobrindo a extremidade de pelo menos uma incisão (31), o primeiro cilindro (3) estar montado no interior do fecho (12) provido para fechar o segundo cilindro (7); os elementos da válvula (16, 17) estarem montados no fecho (12) e o fecho (12) estar montado no segundo cilindro (12).
- 9. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o anel de vedação (5) estar provido com gel redutor da fricção.
- 10. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o gel redutor da fricção compreender silicone ou óleo de grafite.
- 11. Método de fabricação de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 10, caracterizado por o primeiro cilindro (3) e o elemento de paragem (16) dos elementos de válvula estarem soldados ao fecho (12), e o fecho (12) estar soldado ao segundo cilindro (7).
- 12. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o primeiro cilindro (3) e o elemento de paragem (16) estarem soldados ultra-sonicamente ao fecho (12), e o fecho (12) estar soldado ultra-sonicamente ao segundo cilindro (7) . Lisboa, 11 de Junho de 2010 3/3 24 25 , 211/520 22Fig. 2a Fig. 2 2/53/5 35Fig.4 4/5 I^SSSSSSSSS5/5
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