DE2100053C2 - Einstückig geformte Metalldose für unter Überdruck stehende Güter - Google Patents

Description

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des Kunststoffbehälters abergeht Die außenliegende Ringfläche bildet zugleich die Standfläche des Behälters. Würde der Behälter mit Füllgütern mit Oberdruck gefüllt, könnte der Boden leicht um die ringförmige Standfläche als Biegelinie axial nach außen ausbiegen, wodurch der zentrale, gewölbte Bodenabschnitt unter die Standfläche gelangt und die Standfestigkeit des Behälters einschränkt Davon abgesehen sind die Verhältnisse bei Behältern aus thermoplastischem Material, die aus einem Schlauch durch Blasformen hergestellt sind, wesentlich andere ab bei einstückig ausgeformten Metalldosen, und zwar aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften und der unterschiedlichen Ausformvorgänge.

Bei der einstüclzig ausgeformten Metalldose nach der Erfindung erhält der Bodenbereich wesentlich günstigere Festigkeitseigenschaften, und zwar vor allem durch die besondere Ausbildung des Bodenrandbereiches. Der relativ kleine Kegelwinkel des kegelsttmpfförmigen BodenringabschniM.es verleiht diesem Bodenringabschnitt gegenüber erhöhten Innendrücken in der Dose eine hohe Formstabilität Diese wird dadurch erhöht, daß das untere, weitere Ende des Bodenringabschnittes in die zylindrische Rumpfwand über einen vergleichsweise kleinen Krümmungsradius übergeht Ein axiales Ausbiegen nach außen des Bodenringabschnittes unter der Wirkung des Überdruckes im Doseninneren wird weiterhin dadurch verhindert, daß am inneren, eingeengten Ende der Bodenringabschnitt tangential in die nach außen offene Ringsicke übergeht die einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einem Krümmungsradius aufweist, der wesentlich größer ist als der Krümmungsradius, mit dem das weite Ende des Bodenringabschnittes in die zylindrische Wand übergeht. Diese Ringsicke, deren Durchmesser deutlich kleiner als der Durchmesser der Dose ist weist auch bei geringer Wanddicke eine hohe Formstabilität auf und bildet am Übergang vom Bodenringabschnitt und dem zentralen, nach außen konvsx gewölbten Bodenabschnitt eine weitere Versteifung, die einer Vergrößerung des Kegelwinkels des Bodenringabschnittes unter der Einwirkung der Druckkräfte im Inneren der Dose wirksam entgegensteht Es wird so ein besonders steifer Bodenrandbereich erhalten, der den nach außen konvex gewölbten Bodenabschnitt umgibt Dieser ist relativ flexibel. Da er jedoch von dem steifen Bodenrandbereich gehalten ist, sind seiner Auswanderung in axialer Richtung nach außen unter der Wirkung des Überdruckes in der Dose Grenzen gesetzt, die durch die Materialeigenschaften des Bleches selbst mitbestimmt werden und ausreichen, zu verhindern, daß auch bei hohen Innendrücken in der Dose der gewölbte Bodenabschnitt bis in die Ebene der Standfläche oder über diese hinaus gelang·., welche Standfläche durch den kleinen Krümmungsradius gebildet wird, mit dem das weite Ende des Bodenringabschnittes an den zylindrischen Rumpf anschließt.

Die neue Formgebung des Bodens trägt zugleich dem Bestreben Rechnung, die Dosen aus möglichst dünnem Blech herstellen zu können, um so bei den Massenprodukt hohe Materialeinsparungen zu erzielen, und zugleich die Bodenprofilierung so zu gestalten, daß sie nur wenig Raum von dem theoretischen Gesamtvolumen der Dose einnimmt, ohne die Formhaltigkeit des Bodenbereiches gegenüber auch höheren Drücken zu beeinträchtigen.

Es ist dabei vorteilhaft, wenn man den Durchmesseranteil des relativ flexiblen, konvex gewölbten Bodenabschnittes am Durchmesser der Dose beschränkt, indem vorteilhafterweise der mittleie Durchmesser der Ringsicke in größer als das 0,6fache und kleiner als das 0,8fache des Außendurchmessers des Rumpfes gewählt ist

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel nähei erläutert Es zeigt

Fi g. 1 im Ausschnitt eine Seitenansicht des Bodenbe reiches, teilweise axial geschnitten, eicss extrudierten Dosenrumpfes vor dem Verformungsschritt zur rotationssymetrischen Profilierung des Betons.

F i g. 2 in gleicher Darstellung wie F i g. 1 den Dosenrumpf nach der Formveränderung des Bodenbereiches. In F i g. 1 ist ein Zwischenprodukt in Form eines Dosenrohlinges 5 gezeigt der durch Extrudieren glattwandig hergestellt ist Er weist eine zylindrische Rumpfwand 10 mit dem Außendurchmesser D1 der fertigen Dose sowie einen nach außen domförmig konvex gekrümmten Bodenabschnitt 12 auf. Der Rand des Bodenabschnittes geht über die Kante 14 in den Rumpfabschnitt 10 über. Der Bodenabschnitt 12 weist einen Krümmungsradius R1 sowie eine variierende Wanddikke auf, die von der Dicke T1 im Bereich der Dosenachse CL auf die Dicke T2 am Übergang 14 zum Dosenrumpf 10 zunimmt, der selbst eine Dicke Γ3 aufweist Die uriterschiedliche Dickenverteilung des Bodenbereiches 12 ist so gewählt, daß nach der Formveränderung in den Bodenbereich 12' nach F i g. 2 die Wanddicke über den ganzen Bodenbereich im wesentlichen gleichförmig den Wert Ti entspricht, der gleich der Wanddicke Γ3 des Dosenrumpfes 10 ist.

Bei dem dargestellten Beispiel ergibt sich bei der Formveränderung ein Umformungsfaktor von etwa 3:8.
Der rotationssymmetrisch profilierte Boden 12' nach Fig.2 weist einen in besonderer Weise profilierten Wandbereich auf. Dieser besteht zunächst aus einem kegelstumpfförmigen Bodenringabschnitt 16, der sich mit einem Kegelwinkel von etwa 80° axial nach außen öffnet In F i g. 2 ist nicht der Kegelwinkel, sondern der Komplimentärwinkel A zu dem halben Kegelwinkel eingezeichnet. Der Winkel A beträgt etwa 40°. Das obere, engere Ende des Bodenringabschnittes 16 geht tangential in eine axial nach außen offene Ringsicke 18 über. Diese weist einen halbkreisförmigen Querschnitt mit dem Krümmungsradius R 3 auf. Der mittlere Durchmesser der Ringsicke 18 ist mit D 2 angegeben. Das äußere, weitere Ende des kegelstumpfförmigen Bodenringabschnittes 16 geht in den Rumpf 10 über einen Krümmungsradius R 2 über, der kleiner als der Krümmungsradius R 3 der Ringsicke 18 ist. Der Anteil des Bodenringabschnittes am Durchmesser D1 der Dose entspricht der Hälfte der Differenz zwischen Dosendurchmesser und mittlerem Durchmesser d»;r Ringsicke. Die tatsächliche Wandlänge des Bodenringabschnittes 16 ist mit L und die Wanddicke in diesem Bereich mit Γ 4 angegeben.

Der zentrale, nach außen konvex gewölbte Bodenabschnitt 20 schließt an den inneren Rand der Ringsicke 18 über einen Krümmungsradius R 5 an. Der Bodenabschnitt 20 selber weist einen Krümmungsradius R 6 auf, der größer als der ursprüngliche Krümmungsradius R 1 des konvex gewölbten Bodens 12 nach F i g. 1 ist.

Man erkennt, daß der Übergangskrümmungsradius R 2 ».wischen dem Bodenringabschnitt 16 und der Rumpfwand 10 eine relativ scharfe Kante 17 bildet, welche zugleich die Standfläche der Dose bestimmt. Die Standfläche weist den maximal möglichen Durchmesser auf. so daß die Dose eine hervorraeende Standfestigkeit

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besitzt.

Die tatsächliche Länge L des Bodenringabschnittes 16 wird durch folgende Gleichung bestimmt:

(Di-Dl) 2 Cos A

Die Formsteifigkeit des Bodenrandbereiches wird wesentlich bestimmt durch den Krümmungsradius R 3 der Sicke 18, dem mittleren Durchmesser D2 der Sicke 18 und der tatsächlichen Länge L des Bodenringabschnittes 16. Die Ringsicke 18 ist aufgrund ihrer Ringform und des halbkreisförmigen Querschnittes und des begrenzten Krümmungsradius, der zwischen dem l,5fachen und dem 3fachen der Blechdicke 7"! des Bodens liegt, im hohen Maße widerstandsfähig gegen Verformungen unter der Einwirkung von hohen Drücken im Inneren der Dose. Ihre eigene F'ormstabilität erhöht den Ausbeulwiderstand der angrenzenden Bereiche, nämlich des Bodenringabschnittes 16 und des zentralen gewölbten Bodenabschnittes 20. Das Verhalten der einzelnen Bodenabschnitte unter der Wirkung eines inneren Überdruckes kann anhand der rechten Hälfte der F i g. 2 leichter verstanden werden, in der die Drücke durch entsprechende Vektoren eingezeichnet sind. Der auf die Ringsicke 18 einwirkende Druck ist lediglich bestrebt den Krümmungsradius der Sicke zu verkleinern. Die Druckkraft, die bestrebt ist, die Sicke 18 axial nach außen zu verschieben, wird von dem kegelstumpfförmigen Bodenringabschnitt 16 aufgenommen, der dabei durch Kompression beansprucht wird. Die Länge L des Bodenringabschnittes 16 reicht jedoch aus, jedes Ausbeulen des Bodenringabschnittes selber bei den zu erwartenden Kräften auszuschließen. Die auf den Bodenringabschnitt wirkenden Kräfte versuchen den Kegelwinkel dieses Abschnittes zu vergrößern und dabei den Durchmesser der Ringsicke 18 zu verkleinern. Der hohe Verformungswiderstand der Ringsicke 18 wirkt dem Streben nach Verkleinerung des Durchmessers der Ringsikke erfolgreich entgegen. Die Ringsicke stützt daher den Bodenringabschnitt gegenüber dem Bestreben diesen Abschnitt nach außen zu biegen, wirksam ab. Dies wird begünstigt durch Eigensteifigkeit des Bodenringabschnittes, insb. durch dessen relativ kleinen Kegelwinkel von etwa 80°. Die auf den zentralen Bodenabschnitt 20 wirkenden Druckkräfte versuchen diesen Abschnitt weiter nach außen zu wölben und die Ringsicke 18 entlang dem Bodenringabschnitt 16· nach unten abzurollen. Diesem Abrollvorgang wirkt die Steifigkeit der Ringsikke erfolgreich entgegen, während der Vergrößerung des A us wölbungszustandes des zentralen Bodenabschnittes die Materiaieigenscheften des Bleches entgegenwirken. Außerdem ist ein Ausbiegen des gewölbten Bodenabschnittes 20 nach außen in Grenzen zulässig, solange die Auswölbung nicht die Ebene der Standfläehe der Dose erreicht

Sind bei den Füllgütern nur begrenzte Überdrücke zu erwarten, können die Krümmungsradien R 2 und R 3 etwas vergrößert werden, was die Fonnveränderung des Bodenbereiches während der Herstellung der Dose erleichtert. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Bodens bei der Herstellung von Dosen aus Aluminium, jedoch ist diese Bodengestaltung auch für Dosen aus anderem Metall geeignet. Im praktischen Beispiel wurden bei einer Dose aus Aluminium folgende Werte vorgesehen. Der Winkel A gleich 40°, der mittlere Durchmesser D 2 der Ringsicke 18 gleich dem 0,7fachen des Dosendurchmesser D1, der Krümmungsradius R 6 für den gewölbten Bodenabschnitt 20 gleich dem 1,1 fachen des Dosendurchmessers D1 und der Krümmungsradius R 3 der Ringsicke 18 gleich dem 2fachen der Blechdicke 7Ί für den Rohling nach Fig. 1 bedeutet dies folgende Werte: Der Krümmungsradius R 1 für den Boden 12 betrug das 0,7fache des Dosendurchmessers D1 und die Dicke T2 im Randbereich des Bodens betrug das l,5fache der Dicke Tl im zentralen Bodenbereich.

Der Wert für den Winkel A kann variieren in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Steifigkeit, die für den Bodenrandbereich erzielt werden soll. Der mittlere Durchmesser D 2 für die Ringsicke kann zwischen dem 0,6fachen und dem 0,8fachen des Dosendurchmessers D1 und der Krümmungsradius für den zentralen Bodenabschnitt zwischen dem OJfachen und dem !,5iachen des Dosendurchmessers variieren.

Die Figuren zeigen die bevorzugte Ausgestaltung und Abmessungen für eine aus Aluminium extrudierte glattwandige Dose.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

21 OO 053 1 2 Es ist deshalb bekannt, bei einstückig geformten Me- Patentansprüche: talldosen einen zentralen, gleichförmig gewölbten Bodenabschnitt und einen kegelstumpfförmigen und ge-

1. Einstückig geformte Metalldose für unter Über- genüber der Behälterachse schräg geneigten Bodendruck stehende Füllgüter, bei der der zylindiische 5 ringabschnitt vorzusehen, um so ohne die Notwendig-Rumpf in den rotationssymmetrisch profilierten Bo- keit zusätzlicher Versteifungsrippen dem Dosenboden den übergeht, der einen zentralen, gleichförmig ge- eine höhere Steifigkeit zu verleihen, ohne daß der Bowölbten Bodenabschnitt und einen kegelstumpfför- den eine größere Wanddicke als der Rumpf der Metallmigen und gegenüber der Behälterachse schräg ge- dose aufzuweisen braucht Eine solche Ausbildung ist neigten Bodenringabschnitt aufweist, dadurch 10 aus der DE-OS 15 27 947 bekannt Bei dieser ist der gekennzeichnet, daß der kegeistumpfförmige zentrale, gleichförmig gewölbte Bodenabschnitt zum Bodenringabschnitt (16) sich mit einem Kegelwinkel Doseninneren hin konvex gewölbt und geht mit einem von etwa 80° axial nach außen öffnet und mit dem nahezu zylindrischen Rand unmittelbar in die ringförminach außen konvex gewölbten Bodenabschnitt (20) ge Standfläche der Metalldose über, welche durch einen über eine nach außen offene Ringsicke (18) verbun- 15 relativ kleinen Krümmungsradius gebildet wird, der an den ist, die einen halbkreisförmigen Querschnitt mit dem Bodenringabschnitt anschließt, der sich in zwei Stueinem Krümmungsradius (R 3) zwischen dem 1,5fa- fen von unterschiedlicher Neigung zur Dosenachse von chen und dem 3fachen der BL^chdicke (Tl) des Bo- der Standfläche der Metalldose aus nach oben und nach dens aufweist, und daß der Bodenringabschnitt (16) außen kegelstumpfförmig bis auf den Durchmesser der mit dem zylindrischen Rumpf (10) über einen Krüm- 20 Metalldose erweitert und in den Rumpf der Dose übermungsradius (R 2) verbunden ist, der kleiner als der geht Bei diesen Dosen ist der zentrale, gleichförmig Krümmungsradius der Ringsicke (18) ist gewölbte Bodenabschnitt wegen der angestrebten,

2. Metalldose nach Anspruch 1, dadurch gekenn- möglichst dünnen Wanddicke relativ flexibel. Es wurde zeichnet daß der mittlere Durchmesser (D 2) der bei diesen Dosen als Nachteil empfunden, daß bei zu Ringsicke (18) größer als das 0,6fache und kleiner als 25 starkem Innendruck der Bodenringabschnitt nach unten das (Wache des Außendurchmessers (D 1) des und radial nach außen ausbiegen kann, so daß die GeRumpfes ist. fahr besteht, daß der zentrale, gleichförmig gewölbte

Bodenabschnitt zu leicht aus seiner ursprünglich gegen-

über dem Behälterinneren konvexen Lage in eine kon-

30 kave Lage umspringt und damit unter die Standfläche der Dose ragt und deren Standfestigkeit und damit auch

Die Erfindung betrifft eine einstückig geformte Me- deren Verkaufswert beeinträchtigt, talldose für unter Überdruck stehende Güter, bei der Es ist Aufgabe der Erfindung über eine Formverände-

der zylindrische Rumpf in den rotationssymmetrisch rung dieser Dose günstigere Festigkeitseigenschaften profilierten Boden übergeht der einen zentralen, gleich- 35 im Bodenbereich zu geben.

förmig gewölbten Bodenabschnitt und einen kegel- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

stumpfförmigen und gegenüber der Behälterachse daß der kegeistumpfförmige Bodenringabschnitt sich schräg geneigten Bodenringabschnitt aufweist mit einem Kegelwinkel von etwa 80° axial nach außen

Es sind einstückig geformte Metallbehälter aus AIu- öffnet und mit dem nach außen konvex gewölbten Bominium. Aluminiumlegierung, rostfreiem Stahl od. dgl. 40 denabschnitt über eine nach außen offene Ringsicke bekannt, die glattwandig durch Ziehen, Strangpressen verbunden ist die einen halbkreisförmigen Querschnitt und/oder Abstrecken hergestellt sind und einen einstük- mit einem Krümmungsradius zwischen dem l^fachen kig angeformten profilierten Boden aufweisen. Einen und dem 3fachen der Blechdicke des Bodens aufweist solchen Behälter in Form einer Metallflasche zeigt bei- und daß der Bodenringabschnitt mit dem zylindrischen spielsweise die US-PS 21 57 896. Hierbei weist der Bo- 45 Rumpf über einen Krümmungsradius verbunden ist der den eine wesentlich größere Dicke als der Rumpf des kleiner als der Krümmungsradius der Ringsicke ist Behälters auf. Der zum Inneren des Behälters domför- Es ist an sich von einstückig ausgebildeten Kunst-

mig konvex gewölbte Boden geht in die Rumpfwand des Stoffbehältern bekannt diese mit einem rotationssym-Behälters über eine zum Inneren des Behälters offene metrisch profiliert geformten Boden zu versehen (vgl. Sicke über, die einen halbkreisförmigen Querschnitt von 50 US-PS 34 34 626). A nders als die einstückig geformten relativ großem Krümmungsradius aufweist. Der dom- Metalldosen werden diese einstückig geformten Kunstförmig profilierte Bodenabschnitt nimmt den weitaus stoffbehälter durch Blasformen eines durch Strangpresgrößeren Teil des Querschnitts des Behälters ein und ist sen gebildeten schlauchförmigen Rohlings aus thermozusätzlich durch radial verlaufende, langgestreckte, ein- plastischem Material in einer entsprechenden Blasform geprägte Rippen versteift. Eine solche Bodengestaltung 55 ausgeformt. Zur Erhöhung der Festigkeit erhält das erfordert für eine ausreichende Festigkeit gegenüber Kunststoffmaterial im Runnpfbereich eine Ausrichtung, Füllgütern mit Überdruck eine relativ große Blechdicke die jedoch in dem Bodenbereich fehlt der durch Abim Bereiche des Bodens, da die Bodenrandsicke unter quetschen und Ausformen des Schlauchendes gebildet dem großflächig auf dem domförmigen Bodenabschnitt wird. Um die Berstfestigkeit des Bodens zu verbessern wirkenden Innendruck die Neigung hat nach außen auf- 60 ist der zentrale Bereich des Bodens gleichförmig nach zubiegen, so daß der Boden insgesamt aus seiner ur- außen konvex gewölbt und ist von einer ringförmigen sprünglichen konvexen Lage in eine vom Inneren des Schulter aus nicht orientiertem Kunststoff umgeben, Behälters gesehen konkave Lage umspringen kann. welche in einen kegelstumpfförmigen Abschnitt über-Hinzu kommt, daß eine weitgehend über den ganzen geht, der sich unter einem Kegelwinkel von etwa 90° Querschnitt des Behälters reichende nach innen konvex 65 axial nach außen öffnet und an seinem weiten Ende über gewölbte Bodenprofilierung einen relativ hohen Anteil eine Biegelinie in eine senkrecht zur Achse des Behäldes Innenvolumens des Behälters einnimmt, der für das ters verlaufende Ringfläche übergeht, die ihrerseits über Füllgut verloren ist. eine Biegelinie unmittelbar in den zylindrischen Rumpf