CN104159828A - 具有多边形截面的罐 - Google Patents

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Abstract

本发明的罐包括管形本体(C)，该管形本体由矩形轮廓的侧壁(10)来形成，该侧壁通过纵向边缘(13)而两两连接，所述管形本体(C)通过上部壁(11)和下部壁(12)来关闭。各侧壁(10)包括由多个凹入部分(50、60)来确定的结构增强装置，这些凹入部分具有多边形或圆形轮廓，并排布置，不交叠，且占据各侧壁(10)的至少一部分区域。

Description

具有多边形截面的罐
技术领域
本发明涉及一种具有管形本体的罐，该管形本体具有多边形形状的水平截面，通常为正方形或矩形，该管形本体还有端部边缘，底部壁和上部壁分别固定在该端部边缘上，例如通过双重接缝，该底部壁和上部壁可以为环形，具有由压力盖关闭的较大排出开口，或者为整体类型，提供有由相应盖关闭的较小排出开口。本发明的主题能够用于容纳成液体、糊或颗粒状态的多种散装产品。
背景技术
金属板容器为本领域公知，它采取罐的形式，具有正方形、矩形或柱形轮廓的侧壁，并有整体的上部壁，该整体的上部壁提供有较小的排出开口，或者有环形的上部壁，该环形的上部壁提供有较大的排出开口，用于搁置压力盖的关闭座确定于该较大排出开口中。
这种罐的管形本体通常由切割金属板、将金属板压延成管形柱形状和纵向焊接或接缝金属板(用于侧向关闭罐的管形本体)的普通操作来获得。
为了增加管形本体的侧壁的结构强度，该管形本体通常进行用于在柱形管形本体的侧壁中形成多个结构周向肋的操作，通常在轧压机中进行，这些结构周向肋彼此相邻或轴向间隔开，并稍微向罐的管形本体的内部或外部凸出。
所述肋通过管形本体的柱形侧壁的变形来获得，从而能够增加侧壁沿径向方向的结构阻力，因此罐能够由更薄的金属板来制造，从而明显降低最终产品的成本。
上述结构方案更适合用于具有柱形管形本体的罐，其中，连续的柱形肋并不引起罐沿轴向方向的相关结构削弱。在所述罐中，金属板的厚度可以减小，因为所述减小通过增加对径向负载的结构阻力来补偿，且对压缩负载的阻力并不降低至当充装和进行堆垛时将损坏罐的结构的水平。
不过，在具有多边形截面的罐中，更具体地说，在具有正方形截面(有圆角的纵向边缘)的罐中，使得这些结构肋具有连续周向发展(用于增加壁对于径向负载的阻力和用于能够减小金属板的厚度)已经显示为不可接受。所述肋使得罐的纵向边缘变弱超过可接受的水平，该纵向边缘大大降低了它们对于轴向压缩负载的阻力，从而损害了罐的操作。
在具有正方形截面的罐中，由于在罐的纵向边缘上产生的削弱程度，通过提供连续周向肋来补偿金属板厚度减小的努力还没有达到令人满意的结果。
由于上述缺陷，已经提出只在罐的侧壁部分中提供结构肋，也就是在确定具有正方形或矩形截面的罐的侧壁的面板处。
相同受让人的专利申请BR PI 9801887-6和它的授权专利(具有相同号，加上C1和C2)(US6712575B1)提出了一种技术方案，它只在罐的管形本体的侧壁的一部分(侧部面板)中提供结构肋，该方案包括在仍然柱形的管形壁上提供前述连续周向肋，随后使得管形本体膨胀成合适的多边形截面，因此，在膨胀的多边形管形本体的圆角边缘区域处消除周向肋。
尽管能够生产具有多边形轮廓的罐(该罐的结构比没有肋的结构明显更坚固)，但是所述现有方案仍然有一个方面要进行改进，因为在形成罐的纵向边缘的区域中，首先在柱形管形本体中提供有肋的该区域以后通过使得柱形管形本体膨胀至合适多边形形状而进行变形，用于从所述区域消除所述肋。在罐的纵向边缘区域中，金属板沿相反方向的所述变形引起一些材料疲劳，除了使得金属板并不完全变形回初始状态，该材料疲劳还阻碍罐的结构阻力(特别是对于压缩径向负载)达到甚至更高的值。
为了减小金属板在罐的纵向边缘区域中的双重变形的不合适效果，相同受让人在授权专利BR C2 9801887-6中提出在罐的所述边缘处提供纵向肋延伸部分。尽管提供了新的轴向结构加强元件，但是在罐的纵向边缘处的所述纵向肋延伸部分没有消除金属板的双重变形的效果(如上所述)，因此保持对于获得大大增加罐的结构阻力的限制。
由于前述限制，相同受让人的专利文献BR PI 0003728-1(WO0197998A1)提出了解决方案，根据该解决方案，只有(多边形截面，通常为正方形)罐的侧壁提供有周向和纵向肋，具有基本增加的结构阻力，而不会引起罐的纵向边缘的变弱，并允许减小用于制造罐的侧壁的金属板的厚度。
在这种现有技术方案中，如上所述，罐的柱形管形本体在没有形成任何结构肋延伸部分(在平的侧壁上或在与相邻平侧壁匹配的圆角纵向边缘上)的情况下膨胀。然后，各平侧壁提供有多个横向肋延伸部分和至少一个纵向肋延伸部分，所述肋延伸部分通过管形本体的平侧壁的相应区域的径向塑性变形来确定。通常，各侧壁提供有横向肋延伸部分，它们可以彼此相邻或间隔开，且各侧壁还提供有两个纵向肋延伸部分，布置成紧贴罐的纵向边缘。
尽管导致增加罐的结构阻力和能够减小金属板厚度，但是现有技术的结构方案仍然使得罐的结构阻力(对于压缩负载和对于由内部压力引起的膨胀负载)大大依赖于金属板的厚度，也就是金属板对于作用在罐的侧壁上的径向膨胀负载和压缩轴向负载的阻力。
由上面所述，因此希望找到一种技术方案，它能够通过使用更薄的金属板而向这里所述类型的罐提供结构阻力。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有多边形截面(通常为正方形或矩形)的罐，该罐有侧壁，该侧壁通过使用比通常获得相同结构阻力所需更薄的金属板而具有抗径向和轴向负载的合适结构阻力。
本发明的还一目的是提供一种具有多边形截面的罐，如上所述，该罐可以有管形本体的平侧壁，根据所述壁受到的不同负载水平，该平侧壁容易通过径向和局部塑性变形而增强。
本发明的罐包括管形本体，该管形本体由矩形轮廓的侧壁来形成，该侧壁通过纵向边缘而两两连接，所述管形本体通过上部壁和下部壁来关闭。
根据本发明，各侧壁包括由多个多边形或圆形轮廓的凹入部分来确定的结构增强装置，这些凹入部分并排布置，并不交叠，且占据各侧壁的至少一部分区域，因此能够向罐的侧壁的各区域提供所需的阻力，以便承受径向压缩负载和径向膨胀负载。
附图说明
下面将参考附图介绍本发明，附图给出了本发明可能实施例的实例，且附图中：
图1表示了根据现有技术制造的罐的管形本体的局部剖透视图，该管形本体的各侧壁提供有第一类型的已知结构增强装置，成凸出至管形本体内部的横向和纵向肋延伸部分的形式；
图2是与图1类似的罐的管形本体的透视图，但是根据本发明的第一结构变化形式，该管形本体的各侧壁提供有第一类型的结构增强装置，该结构增强装置由矩形基底的截头棱锥凹入部分来确定，并不交叠，且占据罐的管形本体的各侧壁的一定区域；
图2A表示了图2的罐的管形本体的侧视图；
图2B表示了罐的侧壁沿图2A中的线II-II的局部剖视图；
图3表示了与图2类似的罐的管形本体的透视图，根据本发明的第二结构实施例，该管形本体的各侧壁提供有第二类型的结构增强装置，该结构增强装置由矩形基底的截头棱锥凹入部分来确定，并不交叠，且占据罐的管形本体的各侧壁的一定区域；
图3A表示了图3的罐的管形本体的侧视图；以及
图3B表示了罐的侧壁沿图3A中的线III-III的局部剖视图。
具体实施方式
在附图所示的结构中，本发明的罐为这样的类型，它包括管形本体C，该管形本体具有正方形轮廓的水平截面，有矩形轮廓的四个侧壁10(图1中只表示了两个)、上部壁11和下部壁12，该上部壁和下部壁都为整体金属板，且它们的周边部分分别固定在侧壁10的上端边缘10a和下端边缘10b上，通常通过双重接缝。
四个侧壁10通过纵向边缘13而相互连接，该纵向边缘为圆角，并与扁平的相邻侧壁10匹配。
在图1所示的结构中，上部壁11还提供有由合适盖关闭的较小排出开口14，还提供有较小悬挂手柄15。
在图2和3所示的实施例中，上部壁11可以成结构环形式，周边接缝至侧壁10上，并有内部开口，该内部开口确定了座，已知的压力盖16搁置和轴向保持在该座上。罐的形式可以通过这些已知步骤来获得，即切割预定厚度的金属板，并使得尺寸设计成在它弯曲和纵向接缝或焊接后形成柱形管形本体C，该柱形管形本体C的周长基本等于要制造的罐的多边形截面的周长。
仍然成压延柱形状的管形本体C再膨胀，以使得柱形侧壁径向变形成合适形式的多边形截面，如图1中所示，且扁平侧壁10通过纵向边缘13来连接，圆角和与相邻侧壁10匹配。
在管形本体C膨胀成多边形形状之后，进行扁平侧壁10的变形，以便使得它们提供有结构增强装置，如后面所述。
图1表示了作为BR PI 003728-1(WO0197998A1)的目标的现有技术实施例，根据该现有技术实施例，管形本体C的各侧壁10提供有第一类型的结构增强装置，该结构增强装置由布置在与管形本体C的轴线垂直的平面中的多个横向肋20和由一对纵向肋30来确定，各纵向肋30布置成紧贴一个纵向边缘13，在所示实施例中，该纵向肋与横向肋20的端部连接。
在图1所示的实施例中，所述肋20、30向管形本体C内部凸出。
图2、2A和2B表示了管形本体C，该管形本体以与对于图1的罐所述类似的方式来制造，但是它的四个侧壁10提供有本发明的结构增强装置的第一变化形式，该结构增强装置由矩形基底和圆角拐角的多个截头棱锥凹入部分50来确定，这些截头棱锥凹入部分50并排布置，并不交叠，且占据罐的管形本体C的各相应侧壁的至少一部分区域。
在所示实施例中，截头棱锥凹入部分50相互间隔开一定距离，该距离等于侧壁10的宽度的1/40至1/20。
应当知道，各截头棱锥凹入部分50的深度、轮廓尺寸和侧壁的斜度将根据要向管形本体C的侧壁10提供的结构阻力的程度和类型(径向和轴向)而确定。
对于正方形的18升罐，截头棱锥凹入部分50制造成具有足够深度，以便向侧壁区域的相应部分提供对于压缩轴向负载和膨胀径向负载(由于在罐中容纳的液体、糊或颗粒产品的重量而产生)的所需阻力。
各截头棱锥凹入部分50的侧壁的斜度确定为使得壁有沿径向方向的所需强度，而并不削弱对于压缩轴向负载的结构阻力。
所述截头棱锥凹入部分50的轮廓的尺寸设置成使得确定的面积等于相应侧壁10(所述截头棱锥凹入部分50提供于该侧壁10中)的面积的大约1/16至1/8。
通常，截头棱锥凹入部分50的深度为金属板的厚度的大约0.1至20倍。
各截头棱锥凹入部分50有底壁51，该底壁凸出至管形本体C的内部。不过，应当知道，所述凹入部分可能必须在各侧壁10中从内部向外部来制造，以便使得底壁51保持从相应侧壁10的平面向外凸出。
由下面可知，当受到由于堆垛罐而产生的压缩负载时，本发明的增强装置的这种第一变化形式(在图2、2A和2B中所示)基本增加了罐的侧壁10的结构阻力。
图3、3A和3B表示了管形本体C，该管形本体以与对于图1和2的罐所述类似的方式来制造，但是它的四个侧壁10提供有本发明的结构增强装置的第二变化形式，该结构增强装置由多个截头圆锥凹入部分60来确定，这些截头圆锥凹入部分60并排布置，并不交叠，且占据罐的管形本体C的各相应侧壁10的至少一部分区域。
在图3、3A和3B所示的结构中，截头圆锥凹入部分60占据各侧壁10的整个区域，布置成近似彼此相切。
与上面关于图2、2A和2B的实施例所述类似，各截头圆锥凹入部分60的深度、轮廓尺寸和侧壁的斜度根据要向管形本体C的侧壁10提供的结构阻力的程度和类型(径向和轴向)而确定。
对于正方形的18升罐，截头圆锥凹入部分60制造成具有足够深度，以便向侧壁的相应区域部分提供对于压缩轴向负载和膨胀径向负载的所需结构阻力。
各截头圆锥凹入部分60的侧壁的斜度确定为使得壁有沿径向方向的所需结构，而并不削弱对于压缩轴向负载的结构阻力。在截头圆锥凹入部分60的实例中，由于所述凹入部分60的圆形轮廓，侧壁的斜度对于侧壁对轴向压缩负载的阻力的影响较小。
所述截头圆锥凹入部分60的轮廓的尺寸设置成使得确定的面积等于相应侧壁10(所述凹入部分提供于该侧壁10中)的面积的大约1/16至1/8。
通常，截头圆锥凹入部分60的深度为金属板的厚度的大约0.1至20倍。各截头圆锥凹入部分60有底壁61，该底壁61凸出至管形本体C的内部。不过，应当知道，所述凹入部分可能必须在各侧壁10中从内部向外部来制造，以便使得底壁61保持从相应侧壁10的平面向外凸出。
由下面可知，当受到由于堆垛罐而产生的压缩负载时，相对于图2、2A和2B的第一变化形式，本发明的增强装置的这种第二变化形式(在图3、3A和3B中所示)甚至更大地增加了罐的侧壁10的结构阻力。
下面的表1表示了对于图1至3B中所示的三种结构增强装置进行测试的结果，以便模拟轴向压缩的情况，充装的罐受到这种轴向压缩的情况，在该罐上还堆垛10个罐，这10个罐装满材料，该材料的比重基本等于水。
与堆垛等效的力施加在罐上，并使用具有不同金属板厚度的罐：通常使用的0.27mm、以及0.22mm和0.19mm。
表1
凹入部分型面/图 板厚度(mm) 侧壁变形(mm)
0.27 0.111e-3
1 0.22 0.210e-3
0.19 0.282e-3
0.27 0.107e-3
2 0.22 0.167e-3
0.19 0.232e-3
0.27 0.102e-3
3 0.22 0.145e-3
0.19 0.188e-3
可以知道，在相同压缩条件下，特别是在使用厚度减小到值0.22和0.19mm的金属板的测试中，图2和3的结构增强装置是导致侧壁10更小变形的结构增强装置，特别是相对于在图1中所示的现有技术结构的变形。
由截头圆锥凹入部分60(图3、3A和3B中表示)确定的结构增强装置有最佳结果，还应当知道，这些截头圆锥凹入部分60具有不会导致残余应力集中在凹入部分的特定点的还一优点，从而使得这些应力沿所述截头圆锥凹入部分60的整个延伸部分来分布。
当用于具有底壁61(该底壁凸出至罐的管形本体C内部)的凹入部分时，截头圆锥形状(该截头圆锥形状可以来自于截头球形帽的形式)使得侧壁10不仅对于由储存在装满的罐中的产品的内部压力引起的变形具有增加的阻力，还对于主要由压缩负载(该压缩负载由于堆垛处于装满状态的罐而引起)引起的变形具有增加的阻力。
如在图2B和3B中更好所见，在管形本体C的各侧壁10中，截头棱锥凹入部分50和截头圆锥凹入部分60可以使得它们的深度沿竖直方向从最下侧的凹入部分50、60朝着最上侧的凹入部分50、60逐渐减小。
两种结构形式的凹入部分50、60的深度变化可以由于各侧壁10的下部区域和中部区域承受由充装的产品产生和由竖直负载(当堆垛罐时)产生的更大侧向压力。
通过用于罐的管形本体C的侧壁10的结构增强装置的新结构，能够获得具有多边形截面的罐，该罐有减小的金属板厚度和合适的结构阻力。
尽管这里未示出，但是应当知道，在管形本体C的各侧壁10中的凹入部分50、60的深度可以选择地沿水平方向从管形本体C的中间凹入部分朝着邻近纵向边缘13的侧部凹入部分逐渐减小。凹入部分50、60的深度逐渐减小可以沿竖直方向和水平方向可选择地或同时发生。
在用于凹入部分50、60的所示两种结构形式中，管形本体C的各侧壁10的深度根据平面P而逐渐减小，该平面P相对于所述侧壁10倾斜，并包括凹入部分50、60的底壁51和61。
还应当知道，各侧壁10的凹入部分50、60的深度变化可以至少根据前述竖直和水平方向中的一种而在各凹入部分中进行。在这种情况下，凹入部分50、60的底壁51、61保持布置在相对于各侧壁10的平面平行的平面中，但是与该侧壁10间隔开不同值(定义为各凹入部分50、60的深度的函数)。
应当知道，在不脱离由附加权利要求确定的本发明范围的情况下可以对结构增强装置的尺寸、形状和数目进行变化。

Claims (8)

1.一种具有多边形截面的罐，包括管形本体(C)，该管形本体由矩形轮廓的侧壁(10)来形成，该侧壁通过纵向边缘(13)而两两连接，所述管形本体(C)通过上部壁(11)和下部壁(12)来关闭，其特征在于：各侧壁(10)包括由多个凹入部分(50、60)来确定的结构增强装置，这些凹入部分具有在多边形和圆形形状之间选择的轮廓，并排布置，不交叠，且占据各侧壁(10)的至少一部分区域。
2.根据权利要求1所述的罐，其特征在于：各凹入部分(50、60)的轮廓面积等于侧壁(10)的面积的1/16至1/8，且各凹入部分(50、60)的深度确定为金属板的厚度的0.1至20倍之间。
3.根据权利要求1或2所述的罐，其特征在于：在管形本体(C)的各侧壁(10)中，凹入部分(50、60)的深度沿竖直方向从下部凹入部分朝着上部凹入部分逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的罐，其特征在于：各凹入部分(50、60)有底壁(51、61)，该底壁(51、61)朝着管形本体(C)的内部凸出，在管形本体(C)的各侧壁(10)中的凹入部分(50、60)的深度根据平面(P)而逐渐减小，该平面(P)相对于所述侧壁(10)倾斜，并包含凹入部分(50、60)的底壁(51、61)。
5.根据权利要求4所述的罐，其特征在于：凹入部分(60)为截头圆锥形。
6.根据权利要求5所述的罐，其特征在于：截头圆锥形凹入部分(60)近似彼此相切。
7.根据权利要求4所述的罐，其特征在于：凹入部分(50)为截头棱锥形，具有矩形基底和倒圆拐角。
8.根据权利要求7所述的罐，其特征在于：凹入部分(60)相互间隔开一定距离，该距离等于侧壁(10)的宽度的1/40至1/20。
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