DE2100053A1

DE2100053A1 - Dosenrumpf

Info

Publication number: DE2100053A1
Application number: DE19712100053
Authority: DE
Inventors: Walter J. Chicago; Hoenig James R. Tinley Park; Hl. Gailus (V.St.A.)
Original assignee: Continental Can Co Inc
Current assignee: Continental Group Inc
Priority date: 1970-04-28
Filing date: 1971-01-02
Publication date: 1971-11-11
Also published as: CA934308A; JPS5414297Y2; JPS5319287A; DE2100053C2; JPS46149U; US3690507A; GB1281318A

Description

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DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Continental Can Company, Inc. <£53, Third Avenue,
Hey York, ΪΪ.Υ. /USA

"Do s e η r u m ρ f"

Die Erfindung betrifft einen Dosenrumpf mit einer Rumpfwand, an die sich der Boden über einen umfänglichen Übergangsbereich einstückig anschließt.

Bei der Herstellung gezogener extrudierter und/oder glattwandiger Dosen ist es notwendig, die Rumpfwand und die Bodenwand der betreffenden Dose ao dünn wie nur irgend möglich auszubilden, um eine Dose mit einem annehmbaren Preis herzustellen. Da Dosen in Stückzahlen der Größenordnung von Millioafn hergestellt und verkauft werden, führt auch eine sehr geringfügige Verminderung an Materialkosten bei einer Dose zu erheblichen Einsparungen, wenn Dosen in mehreren hundert uud tausend Stückzahlen gefertigt werden. Ss ist daher notwendig, die Dosen so dünn wie möglich herzustellen, wobei jedoch gewisse Probleme entstehen, vornehmlich bezüglich dea Ausbeu«· lens solcher dünnwandiger Dosen, das eintritt, wenn solche Dosen zur Abfüllung kohlensäurebaltiger öetränke oder anderer unter Druok stehender Eilgüter benutzt werden.

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Venn ein kohlensäurehal tiges Getränk in einer relativ dünnwandigen extrudierten und zweckmäßigerweiae glattwandigen Dose abgefüllt wird, dann hat der Boden dieser Dose die Neigung, nach außen auszubeulen, wenn die Dose normalen Sormnertemperatüren ausgesetzt wird, weil sich unter solchen Temperatureinflüssen der Druck innerhalb der Dose erhöht. Dadurch wird jedoch der Doseninhalt unverkäuflich und unbraubbar, denn der Verbraucher nimmt gewöhnlich an, daß der Inhalt der Dose verdorben ist, wenn er feststellt, daß der Boden der betreffenden Dose ausgebeult ist. Es ist daher höchst erwünscht, einen Boden zu finden, dessen Profil ein hohes Maß an Ausbeulwiderstand, insbesondere dann gewährleistet, wenn es sich um eine gezogene oder extrudierte Dose aus relativ schwachem Material, wie Aluminium handelt.

Erfindungsgemäfi dient dazu eine Dose mit einem neuen Boden, der ein spezielles Profil besitzt, das so gestaltet ist, daß ein erhöhter Ausbeulwider stand gegenüber einer Druckbelastung von innen erreicht wird, wenn es sich um eine extrudierte und/oder glattwandige Dose handelt, wobei die Steigerung des Ausbeulwiderstandes in der Größenordnung von 45 bis 50 % gegenüber den bisherigen Ausführungen liegen soll. Der erfindungsgemäß auegebildete Boden besitzt eine Schrägfläche, welche von dem Übergangsbereich der Rumpfwand aus nach innen und

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oben ansteigend, und zwar in einem vor "bestimmten Winkel zur Rumpfwand, verläuft und am oberen Ende eine im Querschnitt kreis- oder ringförmige Sicke besitzt. Durch dieses Profil des Bodens tritt eine erhebliche Steigerung des Druck-Ausbeul-Widerstandes des Dosenbodens ein, und es besteht dami$ die Möglichkeit, den Boden der Dose aus sehr dünnem Material herzustellen, ohne die Gefahr des Ausbeulens unter Innendruck, beispielsweise bei kohlensäurehaltigen Getränken oder anderen unter Druck stehenden Materialien, in Kauf nehmen zu müssen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dose bzw. einen Dosenrurapf zu schaffen, dessen Boden gegenüber bekannten Ausführungen einen verbesserten Widerstand gegen ein Ausbeulen unter Einfluß eines inneren Druckes aufweist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen besonders proTilierten Boden für eine extrudierte und glattwandige Dose zu schaffen, dessen Gestaltung es ermöglicht, daß die Dose ohne Gefahr eines Ausbeu-lens unter Innendruck, beispielsweise bei Abfüllung von kohlensäurehaltigen Getränken oder unter Druck stehendem Gut, aus sehr dü η em Material gefertigt werden kann.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungebeispieles.

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Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des Bodenbereiches einec extrudierten Dosenrumpfes vor der Profilierung des Bodens.

Pig. 2 zeigt eine Teilschnittansicht eines erfindungsgemäio ausgebildeten Dosenrumpfes mit dem gemäß vorliegender Erfindung profilierten Boden.

In der Fig. 1 ist ein ohne Bezugszeichen eingezeichneter Bodenendbereich eines Dosenrumpfes 5 gezeigt, der extrudiert ist und glattwandig ausgebildet wurde. Hr besitzt eine zylindrische Rumpfwand 10 und einen domförmigen Boden 12, der nach "außen vorgewölbt ist und mit der Rumpfwand 10 über einen Übergangsbereich 14 umfänglich einstückig in Verbindung steht. Der -^osenrumpf 5 ist, wie im folgenden noch ausführlich erläutert werden wird, für die Umformung seines Bodens 12, der im Ausgangszustand einen Krümmungsradius R. besitzt, vorbereitet. Zu diesem Zweck besitzt der B_oden 12 unterschiedlich dicke Bereiche, und zwar in einer Zone die Dicke T. und in einem anderen Bereich die Dicke Tp. wenn der Boden 12 verformt v/urde, dann ist das überschüssige Material am Umfang durch Dehnung und Streckeinwirkung verteilt worden und es ergibt sich ein Boden, der im gesamten Bereich eine einheitliche Dicke besitzt. Diese Dicke T.. ist etwa gleich der Dicke T, der Rumpfwand. Der Radius R* und die Dicke Tp

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werden so gewählt, daß eine angemessene Materialmenge zur Bildung des profilierten Bodens 12' bereit ist, dessen Profil in Fig. 2 zu erkennen ist. Wenn diese Umformung vorgenommen wird, dann ergibt sich bei dem Material des Bodens 12 ein Umformungsfaktor von etwa 3:8.

Der profilierte Boden 12¹ (Pig.2) besitzt erfindungsgemäß an seinem Außenumfang eine etwa ringförmig verlaufende Schräflache 16, die sich unmittelbar an den Übergangsbereich anschließt und die von diesem Übergangsbereich aus in einem Winkel A zur Rumpfwand 10 nach innen und oben ansteigend verläuft. Der unterste Bereich dieser Schrägfläche 16 wird durch einen relativ scharfen ringförmigen Krümmungsradius 17 mit einem Krümmungsradius R₂ an der Stelle gebildet, an welcher die Schrägkante 16 in die Rumpfwand 10 übergeht. Am obersten Ende der Schrägkante 16 befindet sich eine kreisringförmige Sicke 18 mit einem vergleichsweise großen Krümmungsradius R,. Die Länge der Schrägfläche 16, gemessen von der Außenseite der Krümmungsradien Rp und R~ aus, wird durch die Dimension L repräsentiert. Es ist offensichtlich, daß der spezielle Wert für die Dimension L vom Wert des Winkels A sowie auch der Relation zwischen dem Durchmesser D₁ der Rumpf*- wand ΙΟ und dem Durchmesser D₂ der Sicke 18 abhängt. Speziell ergibt sich für die Dimension L die folgende Gleichung;

L= <^D1 * V

2 Cos A

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Der Krümmungsradius IU und der Durchmesser D₂ der Sicke in bezug auf den Winkel A und die Länge oder Dimension L sind die wichtigsten Variablen des profilierten gemäß vorliegender Erfindung ausgebildeten Bodens. Die Sicke 18 ist aufgrund ihrer Ringform und ihres Haitikreisquerschnittes in höchstem Maße widerstandsfähig gegen ein Ausbeulen unter Druckwirkung und sie ist außerdem in einer Weise angeordnet, daß eine zusätzliche erhebliche Steigerung des Ausbeulwiderstandes der verbleibenden Bereiche des Bodens erreicht wird. Zum Zwecke der Analysierung des Effektes der Sicke 18 bei der Steigerung des Widerstandes gegen ein Ausbeulen unter Druck sowie auch zur Analyse der Eigenschaften der anderen Bereiche des Bodens 12' sind in der rechten Hälfte der Fig. Vektoren eingezeichnet, welche die Richtung des Druckes des Füllmediums anzeigen, das aus dem Inneren der Dose 5 auf den Boden 12* wirkt. Es ist klar,zu erkennen, daß der Druck, der unmittelbar auf die Sicke 18 übertragen wird, unwirksam ie Hinblick auf die Erzeugung eines Auebeulens ist, denn er ist lediglich bestrebt, eine Kompression des Querschnittes der Sicke 18 zu verursachen. Die reine, nach unten gerichtete Kraft, die auf die Sicke 18 wirkt, wird jedoch von der Schrägfläche 16 aufgenommen, die dabei einer leichten Kompression ausgesetzt wird. Dabei entstehen jedoch keinerlei Auebeulprobleme, weil sich hierbei die relativ kurze Länge L der Schrägfläche auswirkt.

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Die Kraft, die gegen die Innen ob er fläche der Schrägfläche 16 wirkt, hat zwei Folgen. Die erste Folge dieser Kraft besteht in dem Bestreben, die Schrägfläche 16 nach außen wegzubiegen, während die zweite Folge in einer Druckausübung auf die Sicke 18 darin besteht, daß dieser Druck durch Durchmesser Dp der Sicke 18 zu verringern sucht. Infolge der relativ kurzen länge L der Schrägfläche 16 und der inneren Steifigkeit der Sicke 18 besteht jedoch ein sehr großer Widerstand gegen solche Ausbeulkräfte, und zwar selbst dann, wenn es sich um allerdünnste Boden wände handelt. Es ist somit zu sehen, daß die Schrägfläche in Kombination- mit der Sicke eine sehr erhebliche Aussteifung des Bodens 12' von dem Außenumfang zum Innenumfang der Sicke 18 hin verursacht.

Ein zentraler oder mittlerer Teil 20 des Bodens 12¹ ist als Domboden mit einem relativ großen Krümmungsradius Bg ausgebildet. Druckkräfte gegen die Innenoberfläche dieses Dombodens 20 haben zwei Wirkungen. Die erste besteht darin, daß die Druckkräfte die nach außen verlaufende Krümmung des Domes 20 zu vergrößern suchen, während die zweite Wirkung in dem Bestreben besteht, die Sicke 18 längs der Schrägfläche 16 nach unten zu rollen. Die erste Wirkung verairaacht keinerlei Probleme, solange der Abstand zwischen der Unterseite des Dombodens 20 und des Übergangsbereiches 14 der Dose hinreichend groß ist und solange der Druck nicht so weit ansteigt, daß der Domboden 20 reißen kann. Der zweiten Wirkung bieten

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die innere Steifigkeit der Sicke 18 sowie die Schrägfläche 16 Widerstand. Es wurde durch Versuche festgestellt, daß diese Aussteifungswirkung sehr beträchtlich ist, ja, es ergab sich, daß der Widerstand gegen ein Ausbeulen unter dem Einfluß eines Innendruckes um nahzu 45 % gegenüber konventionell profilierten Böden zunimmt.

Obwohl die besonderen linearen und Winkelverhältnisse gemäß flg. 2 sich für Böden von Aluminiumdosen als besonders vorteilhaft erwiesen haben, können die jeweiligen Relationen innerhalb vernünftiger Grenzen ohne zu starke Beeinträchtigung des Ausbeulwiderstandes unter Druckeinfluß verändert werden. In einigen Anwendungsfällen des erfindungsgemäß ausgebildeten Bodenprofiles kann beispielsweise eine Steigerung des Bruckausbeulwiderstandes in der Größenordnung von nur 20 56 ausreichend sein, und in solchen Anwendungsfällen kann es beispielsweise wünschenswert sein, das Bodenprofil zu verändern, um anderen Kriterien, wie beispielsweise Bücksichten auf eine leichte Herstellung des Bodenprofiles, zu genügen. So ist beispielsweise für den Fachmann einleuchtend, daß der Boden gemäß fig. 2 leichter zu profilleren ist, wenn die Krümmungsradien R₂ ^und ^3 vergrößert werden, obwohl durch eine solche Vergrößerung eine Verminderung des Widerstandes gegen Ausbeulen eintritt. Saher ist eine solche Vergrößerung durchaus wünschenswert, wenn es um eine leichte Herstellung

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geht, während das in Pig. 2 gezeigte besondere profil aufgrund des überdurchschnittlich großen Druck-Ausbeulwiderstandes bei entsprechenden Druckbelastungen vorteilhafter sein kann. Wenn andere Materialien als Aluminium verwendet werden, dann ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres,dass gewisse kleinere Modifikationen der Relationen der Winkel und Maße gem. Pig. 2 notwendig sind,.um den speziellen MaterialCharakteristiken zu entsprechen.

In dem speziellen Beispiel, das die Pig. 2 zeigt, ist der •^osenrumpf aus Aluminium gefertigt und: die Relationen der Bodenprofilmaße sind die folgenden: A = 40°, D₂ = 0,7 (D₁), R₆ = 1,1 (D₁) und R₃ = 2,0 (T₁).

Um dieses spezielle Bodenprofil zu formen, ist der Radius H₁ in Pig. 1 = 0,7 (D₁) zu wählen, während die Dicke T₂ = 1,5

(T-.) zu wählen ist. Diese Abmessungen und Werte können Jedoch ι

innerhalb der im folgenden aufgeführten Werte verändert werden, ohne eine unzulässige Verminderung des gesteigerten '«iderstandes des profilierten Bodens gegen ein Ausbeulen zu verursachen.

Abmessung Erlaubte Variationowerte A 30° bis 60°

D₂ 0,6 (D₁) bis 0,8 (D₁)

R₆ 0,7 (D₁) bis 1,5 (D₁)

H₃ 1,5 (T₁) bis 3,0 (T₁)

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- -ίο -

Aus der vorstehenden Beschreibung ist offensichtlich, daß mit der vorliegenden Erfindung ein neues Bodenprofil geschaffen worden ist, das zu einer erheblichen Steigerung des Druck-Auaibeulwiderstandes besonderer extrudierter, glattwandiger Aluminiumdosen"führt und daß gewisse Änderungen der Einzelheiten der Ges1ä.t sowie auch der Relationen der Größen von der gezeigten,als Ausführungsbeispiel dienenden Ausführungsform möglich sind, ohne vom W-sen und Inhalt der in den anhängenden Ansprüchen wiedergegebenen Erfindung abzuweichen.

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Claims

PaYtent ansprüche

Dosenrumpf mit einer Rumpfwand, an die sich der Boden über einen umfänglichen Übergangsbereich einstückig anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden am Außenrand eine umfängliche ringförmige Schrägfläche (16) aufweist, die vom Obergangsbereich (14) aus in vortetimmtem Winkel (A) zur Rumpf wand (10) nach innen ansteigend verläuft und am oberen Ende in eine ringförmige Sicke (18) übergeht.

2. Dosenrumpf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb der Sicke (18) liegende Bodenbereich mis nach außen gewölbter Domboden (20) ausgebildet ist.

3. Dosenrumpf nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichne t, daß der Winkel (A) zwischen der Schrägfläche (16) und der Rumpfwand (10) größer als 30° und kleiner als 60° ist.

4. Dosenrumpf nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Ringmitt« gemessene Durchmesser (D₂) der ringförmigen Sicke (18) größer als das 0,6-fache und kleiner als das 0,8-fache des Außendurchmessers (D₁) der Rumpfwand ist.

BAD ORIGINAL

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5« Dosenrumpf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Irüemungsradius (R,) der ringförmigen Sicke (18) größer als das 1,5-fache und kleiner als das 3»O-fache der Dikke (!CjC des Bodens (12«) ist.

6. Dosenrumpf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (Rg) des gewölbten Dombodens (20) größer als das o,7-fache und kleiner als das 1,4-fache des Außendurchmessers (D.) der Rumpfwand (10) 1st.

7. Dosenrumpf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Aluminium gefertigt ist, daß der Winkel (A) zwischen der Rumpfwand (10) und der Schrägfläche (16) etwa 40°

und der durch die Ringmitte gemessene Durchmesser (D₂) der Sicke (16) etwa das 0,7-fache des Außendurchmessers (D₁) der Rumpf wand (10) beträgt.

8. Dosenruapf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R,) der ringförmigen Sicke (18) etwa das 2,0-fache der Bodendicke (T₁ ( beträgt.

9. Doeenrumpf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,

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dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (Rg) des Dombodens (20) etwa das 1,1-fache des Außendurchmessers (D-j ) der Rumpfwand (10) beträgt.

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