Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE FABRICAR RECIPIENTES".
Este Pedido é uma continuação parcial do Pedido de Patente U.S. de Número de Série 11/474. 581, depositado em 26 de junho de 2006, o qual é aqui com isto incorporado para referência em sua totalidade. Antecedentes da Invenção
Na indústria de recipientes, recipientes para bebida conformados de maneira substancialmente idêntica são produzidos em massa e de ma- neira relativamente econômica. Sumário da Invenção
É descrito um método para fabricar um recipiente que compre- ende: fornecer um recipiente que tem um diâmetro X e expandir o diâmetro do recipiente para Y com no mínimo uma matriz de expansão. Em algumas modalidades Y é mais do que 8% maior do que X. Em algumas modalidades a parede do recipiente é substancialmente reta. Em algumas modalidades o diâmetro Y da parede do recipiente é substancialmente uniforme. Em algu- mas modalidades uma extremidade do recipiente é formada para aceitar um fechamento. Em algumas modalidades o diâmetro da parede próximo à ex- tremidade do recipiente é estreitado para W. Em algumas modalidades o estreitamento da parede compreende formação de pescoço com matriz. Em algumas modalidades a formação de pescoço com matriz é realizada sem um extrator. Em outras modalidades um extrator pode ser utilizado. Em al- gumas modalidades expandir o diâmetro do recipiente com no mínimo uma matriz de expansão compreende expandir o diâmetro do recipiente com di- versas matrizes de expansão. Em algumas modalidades o método de fabri- car ainda compreende expandir o diâmetro do recipiente para Z. Em algu- mas modalidades Z é mais do que 20% maior do que X. Em algumas moda- lidades expandir o diâmetro do recipiente é parte de um processo automati- zado.
Breve Descrição dos Desenhos
A descrição a seguir, fornecida à guisa de exemplo e não projetada para limitar a invenção apenas a ela, será mais bem apreciada em conjunto com os desenhos que a acompanham, nos quais numerais de referência iguais indicam elementos e partes iguais, nos quais:
a figura 1 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma matriz de expansão utilizada para expandir um recipiente de 2,087 po- legadas (53,010 mm) de diâmetro até um recipiente de 2,247 polegadas (57,074 mm) de diâmetro, de acordo com uma modalidade da presente in- venção.
A figura 2 é uma vista superior da matriz de expansão da figura 1 que mostra a linha A-A.
A figura 3 é uma vista em seção transversal da matriz de expan- são das figuras 1 e 2 ao longo da linha A-A.
A figura 4 é uma vista em seção transversal de uma matriz de expansão utilizada para expandir um recipiente de 2, 247 polegadas (57,074 mm) de diâmetro para um recipiente de 2,363 polegadas (60,020 mm) de diâmetro de acordo com uma modalidade da invenção.
A figura 5 é uma vista em seção transversal de uma matriz de expansão que pode ser utilizada para expandir um recipiente de 2, 363 pole- gadas (60,020 mm) de diâmetro para um recipiente de 2,479 polegadas (62,967 mm) de diâmetro.
A figura 6 é uma vista em seção transversal de uma matriz de expansão que pode ser utilizada para expandir um recipiente de 2,479 pole- gadas (62,967 mm) de diâmetro para um recipiente de 2,595 polegadas (65,913 mm) de diâmetro.
A figura 7 é uma vista em seção transversal de uma matriz de ajustamento de perfil de corpo inferior.
A figura 8 é uma vista lateral de cinco recipientes, onde cada recipiente consecutivo representa um estágio de expansão de um recipiente de 2,087 polegadas (53,010 mm) de diâmetro para um recipiente de 2,595 pole- gadas (65,913 mm) de diâmetro de acordo com uma modalidade da invenção.
A figura 9 é uma vista superior dos 5 recipientes da figura 8.
A figura 10 é uma vista inferior dos 5 recipientes da figura 8.
A figura 11 é uma vista em perspectiva de um suporte de base de recipiente.
A figura 12 é uma vista superior do suporte de base de recipien- te da figura 11 e que mostra a linha A-A.
A figura 13 é uma vista em seção transversal ao longo da linha A-A do suporte de base de recipiente das figuras 11 e 12.
A figura 14 é uma vista em perspectiva de um segundo suporte de base de recipiente;
A figura 15 é uma vista superior do suporte de base de recipien- te da figura 14 que mostra a linha A-A.
A figura 16 é uma vista em seção transversal ao longo da linha
A-A do suporte de base de recipiente das figuras 14 e 15. Descrição
Na descrição detalhada a seguir das modalidades preferenciais é feita referência aos desenhos que a acompanham, que fazem parte dela, e nos quais estão mostradas, à guisa de ilustração, modalidades específicas nas quais a invenção pode ser tornada prática. Deve ser entendido que ou- tras modalidades possam ser utilizadas e que mudanças estruturais possam ser feitas sem se afastar do escopo da presente invenção.
Em uma modalidade da invenção, um método de fabricar um recipiente compreende fornecer um recipiente que tenha um diâmetro X e expandir o diâmetro do recipiente até Y com no mínimo uma matriz de ex- pansão. Em algumas modalidades o recipiente é ainda expandido até um diâmetro Z com no mínimo uma outra matriz de expansão.
Modalidades da invenção podem ser utilizadas em conjunto com qualquer recipiente capaz de ser expandido que inclui, porém não limitado a recipientes para bebida, aerossol, e alimento. O recipiente fornecido pode ser fabricado por meio de qualquer dispositivo adequado que inclui, porém não limitado a estiramento, estiramento e estiramento reverso; estiramento e alisamento, estiramento e esticamento, estiramento profundo, duas peças costuradas e extrusão por impacto. Em algumas modalidades o recipiente é constituído de alumínio ou aço. Em algumas modalidades o alumínio com- preende uma liga tal como Aluminum Association 3104, 3004, 5042, 1060, .1070, ligas de aço também podem ser utilizadas. Em algumas modalidades a liga tem uma têmpera dura tal como H19 ou H39. Em outras modalidades um metal de têmpera mais macia é utilizado.
Em algumas modalidades, no mínimo uma matriz de expansão5, cujo exemplo está mostrado nas figuras de 1 a 3, é inserida em uma ex- tremidade aberta do recipiente para expandir o diâmetro do recipiente desde X até Y. Uma outra matriz de expansão pode ser inserida na extremidade aberta do recipiente para expandir o diâmetro do recipiente de Y para Z. Este processo pode ser repetido até que o diâmetro de recipiente desejado seja al- cangado. As figuras de 3 a 6 mostram um conjunto de matrizes de expansão utilizadas para expandir um recipiente de 2,087 polegadas (53,010 mm) de diâmetro para um recipiente de 2,595 polegadas (65,913 mm) de diâmetro. Os quatro estágios de expansão do recipiente podem ser vistos nas figuras de 8 a 10.
Uma expansão gradual de um recipiente constituído de uma liga
de têmpera dura que utiliza diversas matrizes de expansão de diâmetros crescentes em oposição a utilizar uma matriz de expansão, permite que o diâmetro do recipiente seja expandido até cerca de 25% sem fraturamento ou enrugamento na montagem ou sem danificar de outra forma o metal que constitui o recipiente 70. Ao expandir um recipiente construído de uma liga mais macia, pode ser possível expandir o recipiente 25% utilizando uma ma- triz de expansão. O número de matrizes de expansão 5 utilizado para ex- pandir um recipiente 70 até um diâmetro desejado sem danificar o recipiente de maneira significativa, depende do grau de expansão desejado, do material do recipiente, da dureza do material do recipiente e da espessura de parede lateral do recipiente. Por exemplo, quanto mais elevado o grau de expansão desejado, maior o número de matrizes de expansão requerido. De maneira similar, se o metal que constitui o recipiente que tem uma têmpera dura, um número maior de matrizes de expansão será requerido quando comparado com a expansão de um recipiente constituído de metal mais macio do mes- mo grau. Também, quanto mais fina a parede lateral 80 maior número de matrizes de expansão que será requerido. Expansão progressiva utilizando uma série de matrizes de expansão pode fornecer aumentos no diâmetro 70 do recipiente da ordem de 25%, onde expansões maiores foram considera- das desde que o metal não seja danificado de maneira significativa durante expansão. Em algumas modalidades o diâmetro do recipiente 70 é expandi- do mais do que 8%. Em outras modalidades o diâmetro do recipiente é ex- pandido menos do que 8%, mais do que 10%, mais do que 15%, mais do que 20%, mais do que 25% ou mais do que 40%. Outras percentagens de expansão são consideradas e estão dentro do escopo de algumas modali- dades da invenção.
Além disso, ao expandir um recipiente revestido, uma expansão gradual irá ajudar a manter a integridade do revestimento. Alternativamente, um recipiente pode ser expandido antes do revestimento.
Em algumas modalidades o método de formar um recipiente 70 ainda inclui formar a extremidade aberta do recipiente para aceitar um fe- chamento. Formar a extremidade aberta do recipiente 70 para aceitar um fechamento pode compreender estreitar o diâmetro da parede lateral 80 pró- ximo à extremidade aberta do recipiente para W. O diâmetro W pode ser menor do que, igual a, ou maior do que o diâmetro X. O estreitamento pode ser realizado por meio de matriz de formação de pescoço, formação de pes- coço por giro, ou qualquer método adequado. Em algumas modalidades, formar a extremidade aberta do recipiente para aceitar um fechamento não inclui estreitar o diâmetro da parede lateral.
Em uma modalidade, o processo de formação de pescoço é rea- lizado utilizando no mínimo uma matriz de formação de pescoço. Qualquer matriz de formação de pescoço adequada, conhecida na técnica, pode ser utilizada. Em uma modalidade o recipiente 70 é formado em pescoço para formar uma lata de bebida. Em uma outra modalidade o recipientes 70 tem pescoço formado para formar um recipiente de bebida que tenha uma forma de garrafa.
Formar o pescoço em um recipiente expandido 70 formado de acordo com as mesmas modalidades da invenção para um diâmetro maior do que ou igual ao diâmetro original X do recipiente não requer a utilização de um extrator, uma vez que a parede lateral do recipiente 80 está em um estado de tensão que segue a expansão. Em algumas modalidades um ex- trator pode ser utilizado quando formando pescoço no recipiente.
Em algumas modalidades a parede lateral 80 do recipiente 70 é substancialmente reta, significando que a parede lateral não tem curvas e é substancialmente uniforme em diâmetro. A parede lateral 80 é definida como a parede do recipiente 70 entre a área de corpo inferior 90 e a porção em pescoço na porção do recipiente, ou, se o recipiente não tiver formação de pescoço entre a área de corpo inferior 90 e o topo 95 do recipiente. Em al- gumas modalidades o recipiente não tem pescoço formado ou de outra ma- neira estreitado. Em algumas modalidades, uma porção de topo do recipien- te 70 tem formação de pescoço para aceitar um fechamento. Em algumas modalidades a parede lateral é substancialmente reta e de um diâmetro substancialmente uniforme, porém não completamente reta ou uniforme em diâmetro, uma vez que a espessura do metal que constitui a parede lateral pode variar. Em outras modalidades a parede lateral 80 pode ser encurvada e o recipiente 70 pode ter diâmetros variáveis.
Em algumas modalidades em seguida à expansão final, ou eta- pa de formação de pescoço, a extremidade aberta do recipiente 70 é forma- da para aceitar um fechamento. A etapa de formar para prender um fecha- mento à extremidade aberta do recipiente, pode ser qualquer processo ou método conhecido, que inclua, porém não limitado a, formar um flange, ondula- ção, rosca, orelha, "encarte", bainha, ou combinações dos mesmos. Qual- quer fechamento adequado pode ser utilizado incluindo, porém não limitado a, extremidade padrão de costura dupla, a extremidade para alimento de painel completo de abertura fácil, fechamento em coroa, fechamento plástico rosqueado, fechamento de rolamento à prova de furto, tampa de orelha, vál- vula de aerossol, ou fechamento franzido.
Fazendo novamente referência às figuras de 1 a 3, em algumas modalidades a matriz é constituída de um aço de ferramenta A2 endurecido para Rc 50-60, acabamento 32, embora qualquer material de matriz ade- quado possa ser utilizado. Em algumas modalidades a matriz de expansão 5 inclui uma superfície de trabalho 10 que tem uma porção de expansão pro- gressiva 15, uma porção de saliência 20 e uma porção afunilada 25 que transiciona para uma porção de recorte 35. Uma porção inicial 30 da superfí- cie de trabalho 10 na modalidade delineada tem uma geometria para transi- cionar gradualmente o diâmetro da parede 80 do recipiente 70. A porção em expansão progressiva 15 tem dimensões e geometria que, quando inseridas na extremidade aberta de um recipiente 70, trabalha a parede lateral do re- cipiente 80 para expandir radialmente o diâmetro do recipiente em uma ma- neira progressiva quando o recipiente viaja ao longo da superfície de trabalho .10. Em algumas modalidades a matriz de expansão 5 fornece a expansão a- propriada em operações de formação sem a necessidade de um extrator ou estrutura similar. Em algumas modalidades um extrator pode ser utilizado.
A porção de saliência 20 tem dimensões e uma geometria para ajustar o diâmetro final do recipiente que está sendo formado por esta matriz de expansão 5. A porção afunilada 25 transiciona desde a porção de saliên- cia 20 até a porção de recorte 35. A porção de recorte 35, que se estende no mínimo pelo comprimento do recipiente que está sendo expandido, para possibilitar à matriz manter o controle do metal quando ele se expande para minimizar fazendo com que o recipiente se torne diferente de redondo. É observado que as dimensões para a porção de saliência 20, a porção de recorte 35, e a porção afunilada 25, são fornecidas apenas para finalidades ilustrativas e não são julgadas limitar a invenção, uma vez que outras di- mensões para a porção de saliência 20 também foram consideradas e estão dentro do escopo da descrição.
A superfície de trabalho 10 pode ser uma superfície polida ou uma superfície não polida. Em uma modalidade, uma superfície polida tem uma rugosidade superficial média (Ra) de acabamento que se situa desde 2 μ em até 6 μ em (50,8 a 152,5 χ 10"6 mm). Em uma modalidade, a superfície de trabalho 10 pode ser uma superfície não polida que tem uma rugosidade superficial média (Ra) de acabamento se situando desde mais do que ou igual 8 μ em (203,2 χ 10"6 mm) até menos que ou igual a 32 μ em (812,8 χ .10"6 mm), desde que a superfície de trabalho não-polida 10 não degrade de maneira significativa o revestimento do lado do produto colocado ao longo da superfície interna do recipiente.
Em algumas modalidades, imediatamente em seguida à porção de saliência 20, a superfície da matriz de expansão 5 afunila formando uma porção afunilada 25 que transiciona para uma porção de recorte 35 para re- duzir o contato de atrito entre o recipiente 70 e a matriz de expansão 5, uma vez que o recipiente tenha sido trabalhado através da porção de expansão progressiva 15 e porção de saliência 20 da superfície de trabalho 10. O con- tato de atrito reduzido minimiza a incidência de colapso e melhora a limpeza do recipiente 70 durante o processo de expansão. Em algumas modalidades a porção de recorte 35 é uma superfície não polida que tem uma rugosidade superficial média (Ra) de acabamento que se situa desde mais do que ou igual 8 μ em (203,2 χ 10"6 mm) até menos que ou igual a 32 μ em (812,8 χ 10~6 mm). A porção de recorte 35 pode se estender para a parede da matriz de expansão por uma dimensão L de no mínimo 0,005 polegadas (0,127 mm) preferivelmente no mínimo 0,015 polegadas (0,381 mm). É observado que as dimensões e valores de rugosidade superficial para a porção de re- corte 35 são apenas para finalidades ilustrativas e que a presente invenção não é julgada ser limitada às mesmas.
Um sistema de matriz para produzir recipientes é fornecido inclu- indo a matriz de expansão 5. O sistema de matriz inclui, no mínimo, uma primeira matriz de expansão 5 que tem uma superfície de trabalho 10 confi- gurada para aumentar um diâmetro de recipiente, e no mínimo uma matriz de expansão progressiva, na qual cada matriz sucessiva na série de matri- zes de expansão sucessiva tem uma superfície de trabalho configurada para fornecer um grau crescente de expansão no diâmetro do recipiente a partir da matriz de expansão precedente. Em uma modalidade o sistema de matriz também pode incluir uma ou mais matrizes de formação de pescoço.
Fazendo referência às figuras de 11 a 13, em algumas modali- dades o sistema de matriz pode também incluir um suporte de base de reci- piente 100. Em algumas modalidades o recipiente 70 pode assentar no su- porte de base 100 durante a operação de expansão. O perfil do suporte de base é projetado para suportar o raio do nariz exterior do recipiente ou a á- rea 90 do corpo inferior do recipiente 70. Em algumas modalidades, o supor- te de base de recipiente 100 mostrado nas figuras de 11 a 13 pode ser utili- zado durante todos os estágios de expansão dos recipientes mostrados nas figuras de 8 a 10. O suporte de base de recipiente 110 mostrado nas figuras de 14 a 16 é um exemplo de um suporte de base que pode ser utilizado para expandir um recipiente constituído de um metal mais fino em algumas moda- lidades. Ao utilizar um suporta de base de recipiente com lados altos como mostrado nas figuras 14-16 em algumas modalidades, um suporte de base diferente pode ser utilizado durante cada estágio de expansão, uma vez que o suporte é mais feito sob medida para o diâmetro de expansão final de cada estágio de expansão.
Em algumas modalidades a expansão do diâmetro do recipiente pode ter lugar como parte do processo automatizado em linha de fazer o recipiente. Em algumas modalidades onde o recipiente é feito por meio de estiramento e alisamento, o método de fabricar um recipiente 70 pode não requerer mudanças na ferramenta "de taça" e possivelmente nenhuma mu- dança na ferramenta de fabricação do corpo. Mudanças no anel de alisa- mento podem ser requeridas, dependendo dos requisitos da parede lateral 80 do recipiente acabado. Adicionalmente, em algumas modalidades o pro- cesso de formação de pescoço pode ser conseguido sem a utilização de extrator devido à pré-tensão no recipiente a partir da expansão. Por exem- plo, um recipiente de 204, 206, 211 ou 300 de diâmetro poderia ser feito uti- lizando a ferramenta de taça e de formação de corpo configurado para fabri- car um recipiente 202 e uma ou mais matrizes de expansão. Assim, algumas modalidades da invenção eliminam a necessidade de comprar ferramenta adicional onerosa de fabricação de taça e de formação de corpo para criar recipientes que tenham diferentes diâmetros finais. Em algumas modalida- des um recipiente não expandido pode ser uma pré-forma.
Embora a invenção tenha sido descrita genericamente acima, o exemplo a seguir é fornecido para ilustrar ainda mais a presente invenção e demonstrar algumas vantagens que podem surgir da mesma. Não há inten- ção em que a invenção seja limitada ao exemplo específico descrito. Em uma modalidade as quatro matrizes de expansão delineadas nas figuras de .3 a 6 são utilizadas para aumentar o diâmetro interno do recipiente 70 desde um diâmetro de cerca de 2,087 polegadas (53,010 mm) para um diâmetro de cerca de 2.595 polegadas (65,913 mm) como delineado nas figuras 8-10. A matriz de expansão 5 delineada nas figuras de 1 a 3 pode ser utilizada para expandir o recipiente de 2,087 polegadas (53,010 mm) de diâmetro para um recipiente de 2,247 polegadas (57,074 mm) de diâmetro. A matriz de expan- são mostrada na figura 4 pode ser utilizada para expandir o recipientes de . 2,247 polegadas (57,074 mm) de diâmetro para um recipiente de 2,363 polega- das (60,020 mm) de diâmetro. A matriz de expansão mostrada na figura 5 pode ser utilizada para expandir o recipiente de 2, 363 polegadas (60,020 mm) de diâmetro para um recipiente de 2,479 polegadas (62,967 mm) de diâmetro. A matriz de expansão mostrada na figura 6 pode ser utilizada para expandir o recipientes de 2,479 polegadas (62,967 mm) de diâmetro para um recipiente de 2,595 polegadas (65,913 mm) de diâmetro. Deveria ser observado que uma vez que o diâmetro do recipiente se expande, a altura do recipiente também se torna mais curta.
A matriz da figura 7 é a matriz de ajustamento do perfil do corpo inferior. Em algumas modalidades a matriz de expansão final também pode ser a matriz de ajustamento do perfil de corpo inferior. A matriz de ajusta- mento de perfil de corpo inferior também pode ser utilizada para produzir as dimensões desejadas e aspectos do perfil da base do recipiente final. Estes aspectos estabelecem características de desempenho tais como carga axial, inversão de domo, mobilidade e empilhamento. Em algumas modalidades, depois que o recipiente é expandido até seu diâmetro final, um método dife- rente de utilizar uma matriz de ajustamento de perfil de corpo inferior, pode ser utilizado para produzir as dimensões e aspectos desejados para o perfil do corpo inferior do recipiente final, tal como reformar o perfil de base ou perfilagem. Qualquer método adequado de estabelecimento de perfil de cor- po inferior pode ser utilizado.
Em uma modalidade os recipientes das figuras de 8 a 10 são constituídos de liga de alumínio 3104 que tem uma têmpera H19 e a espes- sura de parede lateral é cerca de 0,0088 polegadas (0,224 mm). Como um e- xemplo, pode ser observado que utilizando algumas modalidades da invenção é possível expandir em quantidades variadas latas de alumínio estiradas e ali- sadas de têmpera dura (H19, H39) de parede fina que pode compreender espessuras de <0,0070 polegadas (0,178 mm), <0,0060 polegadas (0,152 mm), <0,0050 polegadas (0,127 mm), <0,0040 polegadas (0,102 mm), inclu- sive expandir estes recipientes mais do que 8% em diâmetro, mais do que 10%, mais do que 15%, e mais do que 20%. Expandir até o mesmo e dife- rentes graus de recipientes que têm diferentes espessuras de parede lateral, têmperas, materiais, métodos de fabricação e outras propriedades, está também dentro do escopo da invenção.
Embora a presente invenção tenha sido descrita em detalhes consideráveis em relação a certas versões da mesma, outras versões são possíveis. Por exemplo, sete matrizes podem ser utilizadas para expandir um recipiente. Portanto, o espírito e escopo das reivindicações anexas não devem ser limitados à descrição da versão contida aqui.
Todos os aspectos descritos na especificação, inclusive as rei- vindicações, sumário e desenhos, e todas as etapas em qualquer método ou processo descrito, podem ser combinados em qualquer combinação, exceto combinações em que no mínimo alguns tais aspectos e ou etapas sejam reciprocamente exclusivos. Cada aspecto descrito na especificação, inclusi- ve as reivindicações, sumário e desenhos podem ser substituídos por aspec- tos alternativos que servem à mesma finalidade, finalidade equivalente ou finalidade similar, a menos que descrito expressamente de outra maneira. Assim, a menos que descrito expressamente de outra maneira, cada aspec- to descrito é um exemplo apenas de uma série genérica de aspectos equiva- lentes ou similares.
Qualquer elemento em uma reivindicação que não descreva ex- plicitamente "meios" para realizar uma função especificada ou "etapa" para realizar uma função especificada, não deve ser interpretado como uma cláu- sula de "meio ou etapa para" como especificado na U.S.C. 35 § 112.