CH687443A5

CH687443A5 - Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Monoblockdosen.

Info

Publication number: CH687443A5
Application number: CH00563/94A
Authority: CH
Inventors: Martin Dipl-Masch-Ing Nussbaum
Original assignee: Mn Maschinenbau & Engineering
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1996-12-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Monoblockdosen nach dem unabhängigen Patentanspruch.

Stand der Technik

Aluminiumdosen für beispielsweise Getränke oder Sprays werden gemäss dem Stande der Technik hergestellt, indem in einem ersten Schritt durch Fliesspressen aus einem runden Stück Aluminium (Rondelle) ein Napf hergestellt wird, wobei dieser Napf zylinderförmig ist mit einer Bodenfläche, die grösser ist als die Bodenfläche der fertigen Dose, und mit einer Zylinderhöhe, die kleiner ist als die Höhe der fertigen Dose. Dieser fliessgepresste Napf wird in einem zweiten Schritt durch einmaliges Warmabstrecken zu einer zylindrischen Rohdose geformt. Während diesem zweiten Bearbeitungsschritt, dem Abstrecken, wird auch der Boden geformt. Die Dose wird dann durch Ablängen, Reinigen, Lackieren (aussen und/oder innen), Einziehen und Bördeln oder Gewinderollen zu einer fertigen Monoblockdose verarbeitet.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Monoblockdosen aus Aluminium geht von einer Rondelle aus, aus der durch Fliesspressen allein eine zylindrische Rohdose geformt wird, deren Höhe bereits im wesentlichen der Höhe der fertigen Dose entspricht. Diese Rohdose wird in der bereits beschriebenen Art ebenfalls durch Ablängen, Reinigen, Lackieren, Einziehen und Bördeln oder Gewinderollen zur fertigen Dose verarbeitet.

Üblicherweise wird der Lack innen und aussen auf den Dosen eingebrannt, was bei Temperaturen von über 200 DEG C durchgeführt wird.

Beurteilung des Standes der Technik

Den Monoblockdosen, die nach den beiden genannten Verfahren hergestellt werden, haftet beiden der Nachteil an, dass die Festigkeit des Materials beim Herstellungsverfahren nur von der Beschaffenheit (Legierungsbestandteile oder Reinheit) des Rohmaterials bestimmt wird und durch den Fliesspressvorgang und das einmalige Warmabstrecken nur leicht erhöht wird. Beim Einbrennen der Lacke über 200 DEG C wird die durch die Umformung erreichte Erhöhung der Materialfestigkeit wieder beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung

Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem Aluminium-Monoblockdosen hergestellt werden können, deren Wandstärke für gleiche Druckfestigkeit und bei gleichem Ausgangsmaterial bedeutend kleiner ist. Das Verfahren soll es zudem ermöglichen, als Ausgangsmaterial ein möglichst einfach und in wenigen Arbeitsschritten herstellbares Material zu verwenden, derart, dass unumgänglicher Abfall und auch die Dosen selbst mit wenig Aufwand wieder zum Ausgangsmaterial verarbeitet werden können (Recycling). Das erfindungsgemässe Verfahren selbst soll hohen ökologischen Anforderungen genügen können. Zudem soll das erfindungsgemässe Verfahren ohne erhöhten Aufwand für Vorrichtungen Produktionsgeschwindigkeiten ermöglichen, die mit den Produktionsgeschwindigkeiten der Verfahren gemäss dem Stande der Technik vergleichbar sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren, wie es in den Patentansprüchen definiert ist.

Beschreibung des Verfahrens

Das erfindungsgemässe Verfahren geht von gestanzten Rondellen aus Reinaluminium oder anderen fliesspressbaren Aluminiumlegierungen aus, die als solche im Handel erhältlich sind, was das Abfallproblem für den Hersteller auf ein Minimum beschränkt. Das erfindungsgemässe Verfahren beruht darauf, dass aus einer derartigen Rondelle durch Fliesspressen ein zylindrischer Napf geformt wird, dessen Boden einen grösseren Durchmesser aufweist als der Bodendurchmesser der fertigen Dose. Dieser Napf wird durch Abstrecken unter Verwendung einer Kühl- und Schmieremulsion in mindestens zwei Abstreckzügen (mehrfaches Kalt- und Nassabstrecken) zu einer Rohdose umgeformt, wobei gleichzeitig der Boden durch Pressen umgeformt wird. Dann wird die Rohdose abgelängt.

Durch die mehrfache Kalt- und Nassabstreckung wird bei gleichem Ausgangsmaterial eine Materialverfestigung erreicht, die im Bereiche von 30 bis 40% höher ist als die Festigkeit nach einer einfachen Warmabstreckung und ca. 50% höher als mit einem Herstellungsverfahren durch Fliesspressen allein.

Die durch die Kalt- und Nassabstreckung gewonnene, hohe Materialfestigkeit wird voll erhalten, dadurch, dass bei den auf das Ablängen folgenden Schritten, insbesondere beim Trocknen bzw. Einbrennen nach dem Reinigen und Bedrucken sowie beim Einbrennen nach dem Innen- und Aussenlakkieren dafür gesorgt wird, dass die Temperatur im Bereiche von 150 bis 180 DEG C bleibt und insbesondere die Erwärmung der Dose 180 DEG C nicht übersteigt. Bei Verwendung bekannter Lacke ist die Trocknungszeit entsprechend der tiefer zu haltenden Temperaturen zu verlängern, das heisst die verwendeten Durchlauföfen müssen entsprechend vergrössert werden.

Werden beim Trocknen trotzdem Temperaturen über 180 DEG C angewendet, verliert die Dosenwand wieder an Festigkeit, wobei die Festigkeit an der fertigen Dose abhängig ist von der effektiv benutzten Temperatur und der Zeit, die die Dose dieser Temperatur ausgesetzt war (weich glühen).

Nach dem Lackieren werden die Dosen in an sich bekannter Weise eingezogen und gebördelt oder mit Gewinden versehen, wobei bei diesen Schritten auf die erhöhte Festigkeit des Materials Rücksicht zu nehmen ist.

Ein weiterer Vorteil des mehrfachen Kalt- und Nassabstreckens gegenüber dem Stande der Technik, nach dem höchstens einmal warm abgestreckt wird, besteht darin, dass das Material der Dosenwand stark verdichtet wird und eine sehr feine und glatte Oberfläche ergibt. Auf derartigen Oberflächen können mit dünneren Lackschichten gleiche Porenwerte erreicht werden, was eine weitere Einsparung an Material (Lack) ermöglicht.

Der Fliesspressvorgang erlaubt es, die Materialverteilung über den Dosenboden den Festigkeitsanforderungen an die fertige Dose anzupassen, das heisst vorteilhafterweise den mittleren Bereich des Bodens dünner zu gestalten als den Randbereich. Die minimal erreichbare Wandstärke des fliessgepressten Napfes im Bereiche der Zylinderwand und insbesondere im Bereiche des Überganges von Zylinderwand zu Boden ist durch das Verfahren des Fliesspressens bestimmt. Durch die Abstreckschritte kann aber diese Wandstärke auf ein durch die verlangte Druckfestigkeit allein bestimmtes minimales Mass reduziert werden, dies insbesondere auch im Bereiche des Überganges von Wand zu Boden, da der Napfdurchmesser grösser gewählt wird als der Dosendurchmesser und dadurch beim Abstrecken das Material der äussersten Teile des Napfbodens ebenfalls in den Abstreckvorgang mit einbezogen wird.

Zusätzlich zu den Vorteilen des erfindungsgemässen Verfahrens, die aus den verminderten Stärken der Dosenwand entstehen, kommen die ökologischen Vorteile der Herstellung von Aluminiumdosen durch Fliesspressen, die darin bestehen, dass für das Fliesspressen ein auf Seifenbasis beruhendes Schmiermittel verwendet werden kann und dass die Dosen dann mit einem ökologisch vorteilhaften, mild alkalischen Reinigungsmedium gewaschen werden können. Dieser ökologische Vorteil bleibt erhalten, da die Verwendung der Kühl- und Schmieremulsion beim Kalt- und Nassabstrecken keinen Einfluss auf das anzuwendende Reinigungsverfahren hat. Es entstehen mit einem derartigen Reinigungsverfahren Oberflächenqualitäten, die beim nachfolgenden Lackieren keinerlei Schwierigkeiten bereiten.

Ausführungsbeschreibung

Das erfindungsgemässe Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sollen nun anhand der folgenden Figuren detailliert beschrieben werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Entstehung einer Aluminium-Monoblockdose nach dem erfindungsgemässen Verfahren.

In einem ersten Verfahrensschritt (Schmieren) wird eine Rondelle 10 aus Reinaluminium (Reinheit 99,0% oder höher) oder aus einer anderen fliesspressbaren Aluminiumlegierung (beispielsweise AlMg1) mit einem Schmiermittel, vorteilhafterweise auf Seifenbasis, beschichtet. Dies geschieht beispielsweise in einer Trovalisiertrommel, der Rondellen und Schmiermittel zugegeben werden.

In einem zweiten Verfahrensschritt (Fliesspressen) wird aus der Rondelle 10 durch Fliesspressen ein zylindrischer Napf 20 mit einer Napfwand 21 und einem Napfboden 22 hergestellt. Dazu wird die Rondelle in eine Matrize gelegt und mit einem Stempel gegen die Matrize gepresst, wobei Material in entgegengesetzter Richtung zwischen Stempel und Matrize fliesst und so zur Napfwand 21 geformt wird. Die Stirnseite des Stempels ist dabei derart ausgestaltet und der Stempelhub derart eingerichtet, dass der Napfboden 22 des 20 erzeugten Napfes 20 bezüglich Materialverteilung dem vorgegebenen Boden der fertigen Dose im wesentlichen entspricht. Vorteilhafterweise ist der Napfboden 22 des erzeugten Napfes, wie dargestellt, im mittleren Bereich dünner als in den Randbereichen.

Die Napfwand 21 hat eine Höhe, die kleiner ist als die Wandhöhe der daraus herzustellenden Rohdose (beispielsweise 25 bis 75% davon), und der Napfboden 22 einen Durchmesser, der grösser ist als der Bodendurchmesser der fertigen Dose.

Zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes kann eine herkömmliche Fliesspressvorrichtung angewendet werden. Der Hub des Fliesspressstempels zur Herstellung des Napfes 20 ist bedeutend kürzer als der Hub eines entspre chenden Werkzeuges zur Herstellung einer Rohdose (Verfahren gemäss dem Stande der Technik ohne Abstrecken).

In einem dritten Verfahrensschritt (Abstrecken und Bodenformen) wird in den Napf 20 ein Abstreckstempel eingeführt, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser der fertigen Dose entspricht. Mit Hilfe dieses Abstreckstempels wird der Napf 20 durch mindestens zwei Abstreckringe mit sich in Bewegungsrichtung des Napfes verengendem Innendurchmesser gezogen, wobei die entstehende Dose mit einer Kühl- und Schmieremulsion gekühlt und geschmiert wird. Die Distanz zwischen dem letzten Abstreckring und dem Abstreckstempel entspricht der vorgegebenen Wanddicke der fertigen Dose. In demselben Arbeitsgang wird der Boden des Napfes zwischen der Stirnseite des Abstreckstempels und einem Gegenwerkzeug in eine vorgegebene Form gepresst. Die beiden den Boden umformenden Werkzeuge besitzen dazu einander entsprechende Formen.

Das Produkt des Abstreck- und Bodenformschrittes ist eine Rohdose 30, deren Dosenwand 31 eine den Festigkeitsanforderungen entsprechende, beispielsweise über die ganze Dosenwand im wesentlichen konstante Dicke aufweist und die wenig höher ist als die fertige Dose. Der in diesem Verfahrensschritt geformte Dosenboden 34 kann zur Erhöhung der Belastbarkeit der Dose zusätzlich zu seiner konkav gegen das Doseninnere gewölbten Form auch noch druckfestigkeitserhöhende Formelemente aufweisen, durch die die notwendige Bodendicke weiter reduziert werden kann.

Zur Durchführung des dritten Verfahrensschrittes kann eine herkömmliche Abstreckvorrichtung verwendet werden, die für Kalt- und Nassabstrecken eingerichtet ist.

In weiteren Verfahrensschritten wird die Rohdose in an sich bekannter Weise abgelängt.

In einem weiteren Verfahrensschritt (Reinigen) wird die Rohdose vorteilhafterweise mit einem wässerig-alkalischen Reinigungsmedium gewaschen, gespült und in einem Trocknungsofen getrocknet. Dabei wird vorteilhafterweise zur Erhaltung der Materialfestigkeit darauf geachtet, dass die Dosen keinen Temperaturen ausgesetzt sind, die höher sind als 180 DEG C.

In weiteren Verfahrensschritten können die noch zylindrischen Dosen innen lackiert und aussen lackiert und/oder bedruckt (dekoriert) werden. Es können an sich bekannte Lacke verwendet werden, wobei wiederum vorteilhafterweise darauf geachtet wird, dass die Temperaturen beim Trocknen bzw. Einbrennen nicht über 180 DEG C steigen. Dazu sind die Trocknungszeiten nach Vorschrift der Lackhersteller auf die niedrigen Temperaturen abzustimmen.

Als Innenlacke eignen sich insbesondere Lacke auf Polyvinylchlorid-Basis, die getrocknet werden, Lacke auf Epoxy/Phenol-Basis oder Epoxy/Amin-Basis mit Wasser oder Lösungsmittel, die bei relativ tiefen Temperaturen eingebrannt werden können, allerdings unter Umständen mit einer etwas reduzierten Qualität, UV-Lacke, die mit UV-Licht eingebrannt werden, oder Lacke, die im Elektrotauchverfahren aufgebracht werden.

Als Grundlacke für die Aussenlackierung eignen sich insbesondere Lacke auf Polyesterbasis mit Lösungsmittel oder Wasser oder UV-Lacke auf Acrylat oder Epoxy-Basis. Geeignete Druckfarben sind solche auf \lbasis oder wieder um UV-Farben. Als Überzugslacke eignen sich auch die bereits genannten Grundlacke.

Nach dem Lackieren werden die zylindrischen Rohdosen eingezogen und gebördelt oder es wird nach dem Einziehen ein Gewinde eingerollt. Dadurch entstehen beispielsweise Aerosoldosen 40.

Eine beispielhafte, nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Aerosoldose aus Al 99,8, ausgelegt für einen Berstdruck von 22 bar, mit einem konkav nach innen gewölbten Boden, einem Aussendurchmesser von 59 mm und einer fertigen Höhe von 210 mm besitzt eine Wandstärke von 0,30 bis 0,32 mm. Eine gleiche Aerosoldose nach dem Stande der Technik durch Fliesspressen ohne Abstrecken hergestellt, besitzt eine Wandstärke von 0,44 bis 0,47 mm, mit einmaligem Warmabstrecken hergestellt eine Wandstärke von 0,40 bis 0,43 mm. Dies bedeutet, dass an einer derartigen Dose durch das erfindungsgemässe Verfahren gegenüber dem Stande der Technik ca. 15 g bzw. ca. 10 g Material eingespart werden kann, was bei einem Gesamtgewicht der Dose von ca. 60 g (in lakkiertem Fertigzustand) eine Einsparung bis über 25% bedeutet.

Selbstverständlich können nach dem erfindungsgemässen Verfahren verschiedenste Grössen von Dosen hergestellt werden, wobei die Dosen mehr oder weniger eingezogen sein können. Die Dosen werden üblicherweise mit entsprechenden, genormten Ventilen oder Deckeln verschlossen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Monoblockdosen (40) mit den Verfahrensschritten: a. Rondelle (10) aus Reinaluminium mit einer Reinheit von mindestens 99,0% oder aus einer anderen, fliesspressbaren Aluminiumlegierung mit einem Schmiermittel beschichten; b. Rondelle (10) durch Fliesspressen zu einem zylindrischen Napf (20) mit Napfboden (22) formen, wobei der Durchmesser des Napfbodens (22) grösser ist als der Bodendurchmesser der fertigen Dose (40); c. Napf (20) durch Abstrecken zu einer Rohdose (30) umformen, und gleichzeitig den Napfboden (22) durch Pressen umformen; d.

Rohdose (30) ablängen; e. abgelängte Rohdose waschen, spülen und trocknen; f. abgelängte und gereinigte Rohdose durch Einziehen und Bördeln oder Gewinderollen zur fertigen Dose (40) verarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Napf durch Kalt- und Nassabstrekken durch mindestens zwei Abstreckringe bei gleichzeitiger Kühlung und Schmierung mit einer Kühl- und Schmieremulsion abgestreckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigte Rohdose vor dem Einziehen innen und/oder aussen beschichtet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den auf das Abstrecken folgenden Verfahrensschritten die Erwärmung der Dose unter 180 DEG C gehalten wird.

4.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Innen- und/oder Aussenbeschichtung Lacke verwendet werden, die unter 180 DEG getrocknet oder eingebrannt werden können.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Fliesspressschritt ein Napf (20) hergestellt wird, dessen Boden (22) in seinem mittleren Bereich dünner ist als in seinem äusseren, an die Napfwand (21) grenzenden Bereich.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstreckschritt der Dosenboden konkav nach innen gewölbt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstreckschritt in den Dosenboden ein druckfestigkeitserhöhendes Formelement gepresst wird. 1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Monoblockdosen (40) mit den Verfahrensschritten: a. Rondelle (10) aus Reinaluminium mit einer Reinheit von mindestens 99,0% oder aus einer anderen, fliesspressbaren Aluminiumlegierung mit einem Schmiermittel beschichten; b. Rondelle (10) durch Fliesspressen zu einem zylindrischen Napf (20) mit Napfboden (22) formen, wobei der Durchmesser des Napfbodens (22) grösser ist als der Bodendurchmesser der fertigen Dose (40); c. Napf (20) durch Abstrecken zu einer Rohdose (30) umformen, und gleichzeitig den Napfboden (22) durch Pressen umformen; d.

Rohdose (30) ablängen; e. abgelängte Rohdose waschen, spülen und trocknen; f. abgelängte und gereinigte Rohdose durch Einziehen und Bördeln oder Gewinderollen zur fertigen Dose (40) verarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Napf durch Kalt- und Nassabstrekken durch mindestens zwei Abstreckringe bei gleichzeitiger Kühlung und Schmierung mit einer Kühl- und Schmieremulsion abgestreckt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigte Rohdose vor dem Einziehen innen und/oder aussen beschichtet wird. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den auf das Abstrecken folgenden Verfahrensschritten die Erwärmung der Dose unter 180 DEG C gehalten wird. 4.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Innen- und/oder Aussenbeschichtung Lacke verwendet werden, die unter 180 DEG getrocknet oder eingebrannt werden können. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Fliesspressschritt ein Napf (20) hergestellt wird, dessen Boden (22) in seinem mittleren Bereich dünner ist als in seinem äusseren, an die Napfwand (21) grenzenden Bereich. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstreckschritt der Dosenboden konkav nach innen gewölbt wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstreckschritt in den Dosenboden ein druckfestigkeitserhöhendes Formelement gepresst wird.