Способ формования усиливающего ободка на конце контейнера

Способ формования усиливающего ободка на конце контейнера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область использования изобретения

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для использования инструмента для формования изогнутой конфигурации для формования четкой геометрической формы конца контейнера, приспособленного к соединению с горловиной контейнера и обладающего повышенной прочностью и стойкостью к выпучиванию, и к устройству для осуществления данного способа.

Предпосылки к созданию изобретения

Контейнеры, а более конкретно - металлические контейнеры для напитков, обычно изготавливают путем соединения конца банки для напитков с корпусом контейнера для напитков. В некоторых видах применения конец банки может быть присоединен как к верхней стороне, так и к нижней стороне корпуса банки. Более часто, однако, конец банки для напитков присоединяют к верхнему краю корпуса банки для напитков, который вытягивают и формуют из плоского листа материала заготовки, например из алюминия. Из-за потенциально высокого внутреннего давления, создаваемого газированными напитками, как корпус банки для напитков, так и конец банки для напитков обычно должны выдерживать внутреннее давление, превышающее 90 фунт./кв.дюйм, без пагубной и постоянной деформации. Кроме того, в зависимости от различных условий окружающей среды, например высокой температуры, переполнения, высокого содержания CO₂ и вибрации внутреннее давление в типичной банке для напитков может временами превышать 100 фунт./кв.дюйм. Таким образом, корпуса банок для напитков и концы банок должны быть прочными, чтобы они противостояли высокому внутреннему давлению, но чтобы при этом они были изготовлены из очень тонких и прочных материалов, например алюминия, для снижения общей стоимости процесса изготовления и веса готового изделия.

В соответствии с этим существует значительная потребность в прочном конце контейнера для напитков, который может быть устойчив к высоким внутренним давлениям, создаваемым газированными напитками, и к внешним силам, прикладываемым во время транспортировки, но чтобы при этом он был изготовлен из прочного, легкого и очень тонкого металлического материала с геометрической конфигурацией, при которой уменьшена потребность в материале. Ранее предпринимались попытки создания концов контейнеров для напитков необычных геометрических конфигураций для обеспечения экономии материала и повышения прочности. Один пример такого конца банки описан в патенте США №6065634, зарегистрированном на имя компании Crown Cork and Seal Technology Corporation, озаглавленном «Конец банки и способ его прикрепления к корпусу банки». В других изобретениях, известных в данной области техники, предпринимались попытки повышения прочности концов контейнеров и снижения стоимости материала путем усовершенствования геометрии области зенковки. Примерами этих патентов являются патенты США №5685189 и №6460723, зарегистрированные на имя Nguyen и др., которые включены в настоящее описание в их полном объеме путем ссылки. Другой заявкой, находящейся на рассмотрении, в которой раскрыта другая усовершенствованная геометрия конца банки, является заявка на патент США №10/340535, зарегистрированная 10 января 2003 г. и также включенная в настоящее описание в ее полном объеме путем ссылки. Наконец, правопреемник настоящей заявки приобрел права на другую заявку на патент США №11/020944, находящуюся на рассмотрении, относящуюся к переформованию и перепрофилированию дна контейнера, которая также включена в настоящее описание в полном объеме путем ссылки.

В последующем описании раскрыт усовершенствованный конец контейнера, приспособленный к соединению с корпусом контейнера и снабженный усовершенствованными зенковкой, геометрией зажимной стенки и глубиной, что позволяет существенно снизить стоимость материала, но при этом он может выдерживать существенное внутреннее давление.

В ранее известных способах и устройствах, использовавшихся для увеличения прочности конца контейнера, обычно предпринимались попытки применения традиционных процессов формования, в которых использовали последовательность операций обработки в прессе возвратно-поступательного действия для создания специальной геометрии. К сожалению, при использовании тонколистового алюминия и других тонколистовых металлических материалов становится все сложнее формовать изделия с предпочтительной геометрией без проблем, связанных с контролем качества, из-за физических свойств конца контейнера и сложности сохранения желаемой формы. Кроме того, при обработке тонколистовых металлических материалов на традиционном штамповочном прессе некоторые части конца контейнера могут быть утончены либо в результате растяжения, либо в результате гибочных операций, общеизвестных под названием «чеканка». Если происходит чрезмерное утончение, то общая прочность и целостность конца контейнера могут быть нарушены. Кроме того, практически невозможно получение некоторых геометрических форм на типичном прессе для объемной штамповки. Таким образом, существует потребность в новом способе формования конца контейнера предпочтительной формы и в устройстве для его осуществления, в котором используют ролики и другие механические приспособления, с помощью которых можно формовать конец контейнера предпочтительной формы без необходимости использования традиционного штамповочного процесса и без присущих этому процессу проблем.

Кроме того, концу контейнера требуется придавать новые геометрические конфигурации, которые имеют четкие формы и посредством которых обеспечивают очень высокую прочность и стойкость к выпучиванию при соединении с контейнерами, которые должны будут находиться под давлением. Как упоминалось ранее, эти геометрические формы обычно невозможно придать концу контейнера при использовании традиционных технологий изготовления. Таким образом, существует значительная потребность в новых геометрических формах, с помощью которых можно повысить прочностные характеристики и которые можно придавать концу контейнера, используя тонколистовые металлические материалы.

Краткое описание изобретения

Таким образом, один аспект настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного способа формования одного или большего числа усиливающих валиков или других геометрических форм в конце контейнера и устройства для осуществления данного способа. Таким образом, согласно одному аспекту настоящего изобретения один или большее число формующих роликов используют для придания изогнутой конфигурации части внутренней стенки или наружной зажимной стенки, или зенковки конца контейнера для придания повышенных прочностных характеристик и для потенциальной экономии материала. Под термином «придание изогнутой конфигурации» в настоящем описании понимают также «переформование» или «перепрофилирование», и этот процесс можно определить как процесс изменения геометрического профиля конца контейнера. В одном варианте исполнения предложен способ изменения геометрии металлического конца контейнера, включающий:

способ создания предпочтительной геометрии металлического конца контейнера, приспособленного к соединению с горловиной контейнера, включающий:

а) обеспечение металлического конца контейнера, содержащего периферийный накрывающий крючок, зажимную стенку, выступающую вниз от крючка, зенковку, содержащую наружную стенку, соединенную с нижним краем зажимной стенки, и внутреннюю стенку, соединенную с центральной стенкой;

b) обеспечение формующего инструмента, вращаемого вокруг центральной оси, где упомянутый формующий инструмент имеет наружную поверхность предварительно определенной формы;

c) введение упомянутой наружной поверхности упомянутого формующего инструмента в контакт, по меньшей мере, с одной из стенок (внутренней стенкой, наружной стенкой и зажимной стенкой), которым придают предварительно определенную форму в упомянутом конце контейнера, когда упомянутый формующий инструмент сопрягают с упомянутым металлическим концом контейнера.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения формующие ролики присоединены к устройству, которое вращают относительно заданной оси, чем обеспечивают возможность расположения формующих роликов около конца контейнера для придания ему предпочтительной формы. В альтернативном варианте исполнения конец контейнера вращают относительно одного или большего числа формующих роликов, которые, по существу, являются стационарными. Таким образом, согласно другому аспекту настоящего изобретения создано устройство для придания предпочтительной геометрии металлическому концу контейнера посредством использования инструмента, который вращают вокруг, по существу, неподвижного конца контейнера, содержащее:

- средство для удерживания упомянутого конца контейнера, по существу, в неподвижном положении;

- узел для придания изогнутой конфигурации контейнеру, содержащий роликовый блок, выставленный против конца контейнера, при этом упомянутый роликовый блок содержит наружный кольцевой край и переднюю поверхность;

- вращающее средство для вращения упомянутого узла для придания изогнутой конфигурации;

- пару переформующих роликов, выступающих наружу от упомянутой передней поверхности роликового блока, которые оперативно выставляют так, чтобы они сопрягались с внутренней стенкой конца контейнера; и

- поджимающие средства, оперативно соединенные с упомянутой парой переформующих роликов, под действием которых при приложении силы к кольцевому фланцу упомянутой пары переформующих роликов со стороны конца контейнера упомянутые переформующие ролики выступают наружу к упомянутому наружному кольцевому краю упомянутого роликового блока, где посредством их создают предпочтительный геометрический профиль во внутренней стенке конца контейнера.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения концу контейнера придают усовершенствованные геометрические формы, которые могут быть получены при использовании вышеупомянутых устройства и способа и которые обычно недостижимы при использовании общеизвестного пресса для объемной штамповки. В одном варианте исполнения в зажимной стенке, внутренней или наружной стенках зенковки формуют один или большее число усиливающих валиков, выступающих внутрь или наружу, для придания желаемой формы концу контейнера. Более конкретно - обеспечивают металлический конец контейнера, приспособленный к соединению с боковой стенкой корпуса контейнера, содержащий:

- периферийный накрывающий крючок;

- зажимную стенку, выступающую вниз от упомянутого периферийного накрывающего крючка;

- зенковку, содержащую наружную стенку, соединенную с нижним краем упомянутой зажимной стенки, и внутреннюю стенку, соединенную с центральной стенкой; и

- канал предварительно определенного геометрического профиля, расположенный, по меньшей мере, в одной из упомянутых стенок (внутренней стенке или наружной стенке) упомянутой зенковки, где расстояние между упомянутой внутренней стенкой и наружной стенкой около упомянутого канала меньше расстояния между наружной стенкой и нижней стенкой в нижней части зенковки.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображено фронтальное поперечное сечение одного варианта исполнения изобретения до переформования или придания изогнутой конфигурации;

на фиг.2 - фронтальное поперечное сечение варианта исполнения, представленного на фиг.1, где показано внутреннее переформование, при котором канал расположен во внутренней стенке;

на фиг.2A - фронтальное поперечное сечение, где показан вариант исполнения переформования, представленного на фиг.2;

на фиг.3 - фронтальное поперечное сечение альтернативного варианта исполнения настоящего изобретения, в котором переформована наружная стенка;

на фиг.3A - фронтальное поперечное сечение варианта исполнения, представленного на фиг.3;

на фиг.4 - фронтальное поперечное сечение конца контейнера с переформованными обеими стенками: внутренней стенкой и наружной стенкой;

на фиг.5 - вид в перспективе спереди одного варианта исполнения настоящего изобретения, на котором показана переформованная внутренняя стенка;

на фиг.6 - вид в перспективе спереди альтернативного варианта исполнения настоящего изобретения, на котором показана переформованная наружная стенка;

фиг.7 - вид в перспективе спереди альтернативного варианта исполнения настоящего изобретения, на котором показаны переформованные внутренняя стенка и наружная стенка;

на фиг.8 - фронтальный разрез конца контейнера после переформования внутренней стенки и наружной стенки, а также узла для переформования;

на фиг.9 - фронтальный разрез, на котором дополнительно показаны компоненты одного варианта исполнения инструмента для переформования до формования канала во внутренней стенке конца контейнера;

на фиг.10 - фронтальный разрез, на котором показан конец контейнера, расположенный против инструмента для переформования непосредственно до переформования;

на фиг.10A - фронтальный разрез варианта исполнения, показанного на фиг.10A, после переформования канала, расположенного во внутренней стенке;

на фиг.11 - вид сверху спереди в перспективе конца контейнера, расположенного на верхней стороне узла для придания изогнутой конфигурации, на котором показаны перепрофилирующие ролики в оперативном контакте с наружной стенкой конца контейнера;

на фиг.12 - альтернативный вариант исполнения узла для придания изогнутой конфигурации, представленного на фиг.11, на котором показаны два внутренних переформующих ролика и четыре перепрофилирующих ролика.

Для большей ясности приведен следующий перечень компонентов, в общем, показанных на чертежах:

Позиция №	Компонент
2	Конец контейнера
4	Центральная стенка
6	Периферийный накрывающий крючок
8	Зажимная стенка
10	Зенковка
12	Внутренняя стенка зенковки
14	Наружная стенка зенковки
16	Канал
18	Контейнер
20	Горловина контейнера
22	Двойной шов
24	Радиус стенки
26	Радиус внутреннего переформования
28	Радиус наружного переформования
30	Зазор между переформованиями
32	Узел для придания изогнутой конфигурации
34	Роликовый блок
36	Переформующие ролики
38	Передняя поверхность роликового блока
40	Центральное отверстие роликового блока
42	Опорный вал
44	Перепрофилирующие ролики

Подробное описание изобретения

В данном описании на фиг.1-11 представлены различные варианты исполнения настоящего изобретения. Более конкретно - на фиг.1 изображен типичный конец контейнера для напитков, показанный до переформования или до выполнения операции «придания изогнутой конфигурации». Более конкретно - конец контейнера 2, в общем, состоит из периферийного накрывающего крючка 6, зажимной стенки 8, которая проходит от периферийного накрывающего крючка 6 и которая соединена нижним краем с зенковкой 10. Зенковка 10, в общем, состоит из внутренней стенки 12 и наружной стенки 14, при этом внутренняя стенка 12 соединена с центральной стенкой 4.

На фиг.2 изображен конец контейнера, представленный на фиг.1, после переформования внутренней стенки или после выполнения операции придания ей изогнутой конфигурации. Более конкретно - после расположения инструмента для внутреннего переформования во внутренней стенке зенковки формуют канал 16, таким образом изменяя геометрический профиль, и в данном конкретном варианте исполнения образуют канал радиусом приблизительно 0,035 дюйма. По оценке специалиста в данной области техники действительная геометрическая конфигурация и/или размер канала 16 не являются существенными факторами настоящего изобретения, а скорее составляют новизну одного варианта исполнения способа формования канала 16 с различными геометрическими формами, которые могут быть получены при использовании данного способа и которые неосуществимы, или которые невозможно исполнить на обычном прессе для объемной штамповки. Используя эти новые способы и устройство для формования этих геометрических форм, можно формовать конец контейнера с необычными и новыми геометрическими формами, которые невозможно получать, используя обычные пресса для объемной штамповки. В одном варианте исполнения было неожиданным то, что канал в любой стенке, внутренней стенке 12 или наружной стенке 14, можно выполнить с радиусом в диапазоне от около 0,005 дюйма до 0,035 дюйма. На фиг.2А показан несколько измененный вариант геометрии, показанной на фиг.2, где внутренняя стенка имеет четкую форму, расположенную вблизи самой нижней части зенковки, совершенно отличающейся от варианта исполнения, показанного на фиг.2.

На фиг.3 и 3A показан альтернативный вариант исполнения настоящего изобретения, в котором канал 16 расположен в наружной стенке зенковки 10. На фиг.3А представлен вариант исполнения, показанный на фиг.3, где геометрия четкая, а канал 16 не выражен, как в варианте исполнения, показанном на фиг.3, и расположен в нижней части наружной стенки 16. В зависимости от глубины канала 16 образуют переформованный зазор 30, который может иметь размер в диапазоне от около 0,070 дюйма до 0,005 дюйма, что также показано на фиг.3. В альтернативном варианте исполнения зазор 30 при переформовании может быть полностью исключен путем образования глубокого канала 16.

На фиг.4 изображен альтернативный вариант исполнения настоящего изобретения, в котором переформованы обе стенки, внутренняя стенка 12 и наружная стенка 14, конца контейнера 2 с образованием каналов 16, которые расположены, по существу, один против другого. Хотя в этом варианте исполнения при переформовании образован зазор 30, как это упомянуто выше, канал во внутренней стенке и/или канал в наружной стенке могут быть выполнены достаточно глубокими так, чтобы полностью исключить зазор 30 и чтобы внутренняя стенка и наружная стенка находились в контакте друг с другом. В любом варианте исполнения диаметр между каналами 16 меньше диаметра между самой нижней частью внутренней стенки 12 и наружной стенкой 14.

На фиг.5-7 изображены виды в перспективе спереди альтернативных вариантов исполнения настоящего изобретения. Более конкретно - на фиг.5 изображен вариант исполнения конца контейнера 2, содержащего канал 16, расположенный во внутренней стенке, тогда как на фиг.6 изображен вид спереди в перспективе, в разрезе, где показан канал 16, расположенный в наружной стенке зенковки 10. В альтернативном варианте исполнения на фиг.7 изображен вид в перспективе (фронтальное поперечное сечение), где показаны каналы 16, расположенные в обеих стенках, внутренней стенке и наружной стенке, зенковки 10.

На фиг.8 изображен фронтальный разрез одного варианта исполнения двойного переформования или узла 32 для придания изогнутой конфигурации, используемого для придания концу контейнера 2 желаемого геометрического профиля. Под терминами «переформование» или «придание изогнутой конфигурации» в настоящем описании понимают изменение геометрического профиля внутренней стенки и/или наружной стенки, или обеих стенок, и при этом для описания того же самого процесса может дополнительно использоваться термин «перепрофилирование». На фиг.8 изображены переформующие ролики 36 после сопряжения с внутренней стенкой зенковки, тогда как перепрофилирующие ролики 44 показаны непосредственно после сопряжения с наружной стенкой конца контейнера 2 для создания предпочтительной геометрической формы 42. В одном варианте исполнения переформующие ролики и перепрофилирующие ролики 44 соединены с опорным валом 42, а роликовый блок 32 используют для поддержки и вращения края роликового блока или перепрофилирующих роликов 44.

На фиг.9 изображен альтернативный вариант исполнения настоящего изобретения, где показан узел 32 роликового блока для переформования и перепрофилирования в положении против конца контейнера 2, непосредственно перед образованием канала 16 во внутренней стенке зенковки. Как упоминалось ранее, в зависимости от геометрического профиля переформующих роликов 36 геометрия и глубина канала 16 могут быть выполнены любых размеров в зависимости от рабочих характеристик конца контейнера 2.

На фиг.10 и 10A изображены фронтальные поперечные разрезы, на которых показаны дополнительные детали переформующих роликов 36 непосредственно перед переформованием (фиг.10) и после переформования (фиг.10A). Как показано на чертежах, после того как переформующий ролик 36 вводят в контакт с внутренней стенкой конца контейнера 2, канал 16 образуют между центральной стенкой 4 и зенковкой 10. Конец контейнера 2, в общем, удерживают в неподвижном состоянии, а переформующие ролики 36 вращают, хотя в альтернативном варианте исполнения переформующие ролики 36 можно удерживать в стационарном положении, а конец контейнера 2 можно вращать вокруг оси, по существу, параллельной ведущему валу узла для переформования или перпендикулярной узлу ведущего вала.

На фиг.11 изображен вид в перспективе спереди одного варианта исполнения настоящего изобретения, на котором более четко показаны роликовый блок 34, передняя поверхность 38 роликового блока и перепрофилирующие ролики 44, расположенные против конца контейнера 2. Хотя на фиг.11 изображено два перепрофилирующих ролика 44, соединенных с роликовым блоком 34, по оценке специалиста в данной области техники можно использовать как минимум всего один, а как максимум - четыре или пять переформующих роликов и/или перепрофилирующих роликов, или роликов для придания изогнутой конфигурации для придания предпочтительной геометрии концу контейнера.

На фиг.12 изображен альтернативный вариант исполнения устройства 32 для придания изогнутой конфигурации, которое показано без конца контейнера, сопряженного с устройством. Как показано, в общем, устройство для придания изогнутой конфигурации в данном варианте исполнения содержит два переформующих ролика 36, выполненных с возможностью перемещения наружу, и четыре перепрофилирующих ролика 44, которые, в общем, выполнены с возможностью сопряжения с наружной стенкой конца контейнера во время выполнения операции придания изогнутой конфигурации.

Хотя были описаны различные альтернативные варианты предпочтительного исполнения изобретения, специалист в данной области техники легко может себе представить другие альтернативные варианты исполнения. Таким образом, следует понимать, что изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отступления от сущности или стержневых характеристик изобретения. Приведенные примеры и варианты исполнения, таким образом, следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративные и не ограничивающие объем изобретения, и авторы изобретения не имели намерения ограничить его деталями, приведенными в настоящем описании.

1. Способ изменения геометрии металлического конца контейнера, приспособленного к соединению с горловиной контейнера, включающий:a) обеспечение металлического конца контейнера, содержащего периферийный накрывающий крючок, зажимную стенку, выступающую вниз от крючка, зенковку, содержащую наружную стенку, соединенную с нижним краем зажимной стенки, и внутреннюю стенку, соединенную с центральной стенкой;b) обеспечение формующего инструмента, вращаемого вокруг центральной оси, причем формующий инструмент имеет наружную поверхность предварительно определенной формы;c) введение наружной поверхности формующего инструмента в контакт, по меньшей мере, с одной стенкой из внутренней стенки, наружной стенки и зажимной стенки, которым придают предварительно определенную форму на конце контейнера, когда формующий инструмент сопрягают с металлическим концом контейнера.

2. Способ по п.1, в котором дополнительно используют инструмент для переформования, который располагают против формующего инструмента, при этом инструмент для переформования дополнительно обладает предварительно определенной геометрией для придания предпочтительной формы металлическому концу контейнера.

3. Способ по п.2, в котором с помощью инструмента для переформования придают предпочтительную геометрию наружной стенке, а с помощью формующего инструмента придают предпочтительную форму внутренней стенке.

4. Способ по п.1, в котором металлический конец контейнера удерживают, по существу, в неподвижном положении, тогда как формующий инструмент вращают.

5. Способ по п.4, в котором дополнительно используют удерживающее средство для удерживания конца контейнера, по существу, в неподвижном положении.

6. Способ по п.5, в котором используют удерживающее средство в виде оправки, фрикционно сопряженной с концом контейнера для его удержания.

7. Способ по п.2, в котором используют формующий инструмент с дуговой формой наружной поверхности.

8. Способ по п.1, в котором дополнительно используют поджимающее средство, оперативно соединенное с формующим инструментом.

9. Способ по п.8, в котором поджимающее средство содержит пружину.

10. Способ по п.1, в котором формующий инструмент содержит, по меньшей мере, один, по существу, круглый ролик.

11. Устройство для переформования металлического конца контейнера, приспособленного к соединению с горловиной контейнера, включающее средство для удерживания конца контейнера, по существу, в неподвижном положении, узел для придания изогнутой конфигурации контейнеру, содержащий роликовый блок, выставленный против конца контейнера, причем роликовый блок содержит наружный кольцевой край и переднюю поверхность, вращающее средство для вращения узла для придания изогнутой конфигурации, пару переформующих роликов, выступающих наружу от передней поверхности роликового блока, которые оперативно выставляют так, чтобы они сопрягались с внутренней стенкой конца контейнера, и поджимающие средства, оперативно соединенные с парой переформующих роликов, под действием которых, при приложении силы к кольцевому фланцу пары переформующих роликов со стороны конца контейнера переформующие ролики выступают наружу к наружному кольцевому краю роликового блока, где посредством их создают предпочтительный геометрический профиль во внутренней стенке конца контейнера.

12. Устройство, по п.11, в котором вращающее средство содержит двигатель.

13. Устройство по п.11, в котором средство для удерживания конца контейнера содержит оправку, фрикционно сопряженную, по меньшей мере, с частью центральной стенки конца контейнера.

14. Устройство по п.11, которое дополнительно содержит пару перепрофилирующих роликов, соединенных с вращающим средством и приспособленных к сопряжению с наружной стенкой конца контейнера.

15. Устройство по п.11, в котором поджимающее средство содержит, по меньшей мере, одну пружину и шарик.

16. Металлический конец контейнера, приспособленный к соединению с боковой стенкой корпуса контейнера, содержащий периферийный накрывающий крючок, зажимную стенку, проходящую вниз от периферийного накрывающего крючка, зенковку, содержащую наружную стенку, соединенную с нижним краем зажимной стенки, и внутреннюю стенку, соединенную с центральной стенкой, и канал предварительно определенного геометрического профиля, расположенный, по меньшей мере, в одной из внутренней или наружной стенок зенковки, при этом расстояние между внутренней стенкой и наружной стенкой около канала меньше расстояния между наружной стенкой и нижней стенкой в нижней части зенковки.

17. Металлический конец контейнера по п.16, в котором канал имеет радиус кривизны в диапазоне от около 0,010 до 0,060 дюйма.

18. Металлический конец контейнера по п.16, в котором внутренняя стенка находится в контакте с наружной стенкой около канала.

19. Металлический конец контейнера по п.16, в котором зажимная стенка имеет нелинейную форму.

20. Металлический конец контейнера по п.16, дополнительно содержащий второй канал, расположенный в зажимной стенке.

21. Металлический конец контейнера по п.16, в котором внутренняя стенка и наружная стенка имеют форму продольного сечения песочных часов.