DE102015204654A1

DE102015204654A1 - Dosenkörper

Info

Publication number: DE102015204654A1
Application number: DE102015204654.0A
Authority: DE
Inventors: Ralf Wersuhn; Willem Leendert Pieter van Dam; Norbert Mertens; Alexander Kolb
Original assignee: Ball Europe GmbH
Current assignee: Ardagh Metal Beverage Europe GmbH
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-09-15
Also published as: BR112017019318A2; WO2016146362A9; CA2979582A1; WO2016146362A1; AU2016232576A1; EP3268287A1; CN107735331A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dosenkörper für eine Getränkedose. Der Dosenkörper ist einteilig aus Blech geformt und weist eine Umfangswand als Seitenwand sowie einen Dosenboden auf, der einen kalottenartigen nach innen gewölbten Zentralabschnitt sowie einen den Zentralabschnitt ringartig umgebenden und nach außen gewölbten Standabschnitt aufweist. Der nach außen gewölbte Standabschnitt ist über einen im Querschnitt schräg verlaufenden äußeren Übergangsabschnitt mit der Umfangswand verbunden und definiert einen Standring, entlang dessen der Standabschnitt eine ebene Fläche zumindest annähernd berührt, wenn der Dosenkörper auf einer solchen ebenen Fläche abgestellt wird. Die Geometrie des Bodens ist durch drei Teilradien R3a, R3b und R3c definiert, die die Geometrie eines Standrings als Teil des nach außen gewölbten Standabschnitts beschreiben und folgende Maße aufweisen: 0.8 < R3a < 1.2mm 1.2 < R3b < 1.6mm 2.0 < R3a < 3.0mm

Description

Die Erfindung betrifft einen einteiligen Dosenkörper insbesondere für Getränkedosen.
Bekannt sind sogenannte zweiteilige Getränkedosen, die aus einem Dosenkörper und einem Deckel bestehen, wobei Dosenkörper und Deckel typischerweise durch einen Doppelfalz dicht miteinander verbunden sind. Der Deckel selbst kann seinerseits wieder mehrteilig sein und weist typischerweise wenigstens eine Grifflasche oder auch einen wiederverschließbaren Verschluss auf.
Der Dosenkörper selbst ist einteilig und aus einem ursprünglich flachen Aluminium- oder Stahlblech geformt. Die Verfahren und Werkzeuge zum Formen eines Dosenkörpers aus Blech mittels Streckziehen sind grundsätzlich bekannt. Es ist auch bekannt, dass typische Dosenkörper für Getränkedosen einen nach innen gewölbten Boden aufweisen, um dem Boden eine Druckfestigkeit zu verleihen. Im Bereich des (vor dem Befüllen) offenen Endes des Dosenkörpers ist der Dosenkörper typischerweise mit einem sich verjüngenden „Hals“ versehen, also etwas eingezogen.
Die Geometrie des Bodenabschnitts ist so gewählt, dass die beispielsweise mit kohlensäurehaltigen Getränken gefüllte Dose einem hohen Innendruck in der Größenordnung von 6 bar standhalten kann, ohne dass sich der Boden über ein tolerierbares Maß hinaus nach außen verlängert. Letzeres wird als „Bodenwachstum“ bezeichnet und ist das Ergebnis der Verformung des Bodens infolge eines in der Dosen herrschenden Innendrucks.
Ziel bei der Konstruktion eines Dosenkörpers ist es typischerweise eine ausreichend hohe Festigkeit mit möglichst wenig Materialeinsatz und Fertigungsaufwand zu erzielen.
Diese Aufgabe liegt auch der vorliegenden Erfindung zugrunde.
Erfindungsgemäß wird ein Dosenkörper für eine Getränkedose vorgeschlagen, wobei der Dosenkörper einteilig aus Blech geformt ist und eine Umfangswand als Seitenwand sowie einen Dosenboden aufweist, der einen kalottenartigen nach innen gewölbten Zentralabschnitt sowie einen den Zentralabschnitt ringartig umgebenden und nach außen gewölbten Standabschnitt aufweist. Der nach außen gewölbte Standabschnitt ist über einen im Querschnitt schräg verlaufenden äußeren Übergangsabschnitt mit der Umfangswand verbunden und definiert einen Standring, entlang dessen der Standabschnitt eine ebene Fläche zumindest annähernd berührt, wenn der Dosenkörper auf einer solchen ebenen Fläche abgestellt wird.
Die Geometrie des Bodens ist durch

– wenigstens einen ersten Radius R1, der die Wölbung des nach innen gewölbten Zentralabschnitts beschreibt,
– wenigstens einen zweiten Radius R2, der die Geometrie eines Übergangs von dem nach innen gewölbten Zentralabschnitt zum Standabschnitt beschreibt,
– wenigstens einen dritten Radius R3, der die Geometrie eines Standrings als Teil des nach außen gewölbten Standabschnitts beschreibt, und
– wenigstens einen vierten Radius R4, der die Geometrie einer nach innen gewölbten umlaufenden Sicke auf der Außenseite des Standabschnitts beschreibt,

Vorzugsweise stehen die Teilradien R3a, R3b und R3c in einem ungefähren Verhältnis von 3:4:9 (R3a:R3b:R3c).
Die erfindungsgemäße Bodengeometrie basiert auf der Erkenntnis, dass Dosen, denen man nach dem Standard Boden-Umformprozess gezielt – entweder pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch – ein Bodenwachstum induziert bzw. vorverformt, ein geringeres Verformungs- bzw. Bodenwachstumspotential aufweisen. Eine derartige Vorverformung ist jedoch nicht mit vertretbarem Aufwand umsetzbar. Die erfindungsgemäße Geometrie ist auf herkömmliche Weise herstellbar und bietet ein ähnlich geringes Bodenwachstum, wie vorverformte Dosenkörper. Diese Verbesserung wird nicht durch die Änderung des Fertigungsprozesses erzielt, sondern durch die Neugestaltung der Werkzeuge.
Das Blech des Dosenkörpers ist vorzugsweise Stahlblech. Alternativ ist das Blech Aluminiumblech.
Wenn das Blech des Dosenkörpers Stahlblech ist weist dieses vorzugsweise im Bereich des kalottenartig nach innen gewölbten Zentralabschnitts eine maximale Blechdicke von weniger als 0,205mm, vorzugsweise weniger als 0,200 mm auf.
Der nach innen gewölbte Zentralabschnitt ist von außen betrachtet vorzugsweise vollständig konkav und bildet eine Kalotte, die sich bis hin zum Standabschnitt erstreckt.
Der Außendurchmesser der Seitenwand beträgt vorzugsweise zwischen 51mm und 68mm, z.B. etwa 53 oder 58mm oder 66mm. Bevorzugte Durchmesser sind 51mm bis 55mm, 56mm bis 60 mm und 64mm bis 68mm.
Vorzugsweise ist die Geometrie des Bodens zusätzlich durch wenigstens einen fünften Radius R5 definiert, der die Geometrie eines Übergangs von dem Standabschnitt zur Seitenwand beschreibt und zwischen 2.5 mm und 7.5 mm beträgt.
Die Geometrie des kalottenartig nach innen gewölbten Zentralabschnitts ist vorzugsweise durch zwei erste Teilradien R1a und R1b definiert, von denen der Teilradius R1a zwischen 30 mm und 55 mm beträgt und der Teilradius Rb zwischen 15 mm und 55 mm beträgt.
Der zweite Radius R2 beträgt vorzugsweise zwischen 1.5 mm und 3 mm. Der vierte Radius R4 beträgt vorzugsweise zwischen 2 mm und 5 mm.
Eine Tangente an den zweiten Radius R2 und den Teilradius R3a am Übergang von dem zweiten Radius R2 zu dem Teilradius R3a ist vorzugsweise in einem Winkel alpha1 gegenüber der Längsachse des Dosenkörpers nach innen geneigt. Der Winkel alpha1 beträgt vorzugsweise zwischen 3° und 15°.
Eine Tangente an den Teilradius R3c und den Radius R4 am Übergang von dem Teilradius R3c zu dem Radius R4 ist vorzugsweise in einem Winkel alpha2 gegenüber der Längsachse des Dosenkörpers nach außen geneigt. Der Winkel alpha2 beträgt vorzugsweise zwischen 10° und 40°, insbesondere zwischen 15° und 30°, beispielsweise etwa 19°.
Eine Tangente an den vierten Radius R4 und den fünften Radius R5 am Übergang von dem vierten Radius R4 zu dem fünften Radius R5 ist vorzugsweise in einem Winkel alpha3 gegenüber einer durch den Standring definierten Aufstandsebene nach oben geneigt, wobei der Winkel alpha3 zwischen 25° und 40° beträgt.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Standring eine ebene Fläche entlang einer kreisförmigen Aufstandslinie berührt, wenn der Dosenkörper auf der ebenen Fläche abgestellt wird. Die Aufstandslinie definiert gleichzeitig eine Aufstandsebene, die senkrecht zur zentralen Längsachse des Dosenkörpers verläuft.
Vorzugsweise erstreckt sich der Teilradius R3b über einen Winkel alphaR3b, der zwischen 10° und 60° beträgt, insbesondere zwischen 25° und 45°, und insbesondere etwa 36°.
Vorzugsweise endet der Teilradius R3a an der Aufstandslinie und geht dort stetig differenzierbar (also ohne Knick und damit glatt) in den Teilradius R3b über. Eine Tangente an den Teilradius R3a und den Teilradius R3b am Übergang von dem Teilradius R3a zu dem Teilradius R3b verläuft demnach in der durch die Aufstandslinie definierten Aufstandsebene.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn sich die Mittelpunkte der Teilradien R3a und R3b wenigstens annähernd auf einer durch die Aufstandslinie verlaufenden Senkrechten zur Aufstandsebene befinden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird vorzugsweise außerdem durch eine Dose, insbesondere eine Getränkedose, gelöst, die einen Dosenkörper der vorbeschriebenen Art besitzt, und außerdem einen Deckel, der über einen Doppelfalz mit dem Dosenkörper verbunden ist. Der Deckel besitzt einen zentralen Deckenspiegel mit einem darin angeordneten Aufreißfeld. An dem Deckel, und insbesondere dem Deckelspiegel, ist eine Aufreißlasche zum Aufbrechen des Aufreißfeldes, beispielsweise ein sogenannter Stay-On-Tab, befestigt. Eine derartige Dose weist auch bei einem hohen Innendruck in der Größenordnung von 6 bar ein ganz geringes Bodenwachstum in der Größenordnung von weniger als 1 mm auf. Die Dose hat vorzugsweise ein Nominalvolumen von 330 ml. Entsprechend ist der Dosenkörper ebenfalls so bemessen, dass er zu einer Dose mit einem Füllvolumen von 330 ml führt.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren erläutert werden. Von den Figuren zeigt:
1: Eine perspektivische Gesamtansicht einer Getränkedose mit einem erfindungsgemäßen Dosenkörper;
2: eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Dosenkörpers für eine Getränkedose mit einem Füllvolumen von 330 ml;
3: eine Seitenansicht eines Dosenkörpers für eine Getränkedose mit einem Füllvolumen von 355 ml;
4: ein Detail der Bodengeometrie der Dosenkörper aus 2 und 3; und
5: das Detail aus 4 in einer anderen Darstellungsweise.
Die in 1 abgebildete Getränkedose 10 besitzt einen Dosenkörper 12 und einen über einen Doppelfalz 14 mit dem Dosenkörper 12 verbundenen Deckel 16; der Deckel weist in üblicher Manier einen zentralen Deckelspiegel 18 auf, in dem ein Aufreißfeld 20 angeordnet ist und an dem eine Aufreißlasche 22 befestigt ist, mit der das Aufreißfeld 20 zu öffnen ist. Die Aufreißlasche 22 (auch Öffnerlasche genannt) kann beispielsweise ein sogenannter Stay-On-Tab sein, der auch nach dem Öffnen des Aufreißfeldes 20 mit dem Deckel 16 verbunden bleibt.
2 und 3 zeigen Seitenansichten des Dosenkörpers 12 vor dem Verschließen mit einem Deckel 16. Der Dosenkörper 12 ist einteilig aus einem ursprünglich flachen Aluminium- oder Stahlblech geformt und besitzt eine Umfangswand 24 als Seitenwand sowie einen Dosenboden 30, der einen kalottenartig nach innen gewölbten Zentralabschnitt 32 sowie einen den Zentralabschnitt ringartig umgebenden und nach außen gewölbten Standabschnitt 34 aufweist. Der nach außen gewölbte Standabschnitt ist über einen im Querschnitt schräg nach außen verlaufenden äußeren Übergangsabschnitt 36 mit der Umfangswand 24 verbunden und definiert einen Standring 38, entlang dessen der Standring eine ebene Fläche zumindest annähernd berührt, wenn der Dosenkörper auf einer solchen ebenen Fläche abgestellt wird. Die Linie, entlang der der Standring die ebene Fläche berührt, wird im Rahmen dieser Beschreibung auch als Aufstandslinie bezeichnet und ist kreisförmig. Die Aufstandslinie definiert eine Aufstandsebene, die senkrecht zu einer zentralen Längsachse des Dosenkörpers 12 verläuft. Der kalottenartig nach innen gewölbten Zentralabschnitt 32 hat in seiner Mitte den größten Abstand von der Aufstandsebene. Dieser Abstand, der als Bodentiefe DD bezeichnet wird, beträgt vorzugsweise zwischen 8mm und 12mm. Der Durchmesser des Standrings, genauer der Durchmesser DS der kreisförmigen Aufstandslinie beträgt vorzugsweise zwischen 40mm und 48mm.
Die Geometrie des Bodens (Bodengeometrie) ist in 4 im Detail dargestellt. Der kalottenartig nach innen gewölbte Zentralabschnitt 32 des Bodens 30 besitzt eine Geometrie, die durch wenigstens einen ersten Radius R1 definiert ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Geometrie des kalottenartig nach innen gewölbten Zentralabschnitts 32 des Bodens 30 durch zwei Teilradien R1a und R1b definiert, von denen der erste Teilradius R1a etwa 48 mm beträgt und der andere erste Teilradius R1b etwa 41 mm beträgt.
Der kalottenartig nach innen gewölbte Zentralabschnitt 32 geht in einem zweiten Radius R2 in den Standabschnitt 34 über. Der zweite Radius R2 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 2 mm.
An den zweiten Radius R2 schließt sich der Standring 38 an, dessen Geometrie durch wenigstens einen dritten Radius R3 definiert ist. Im Ausführungsbeispiel und erfindungsgemäß ist die Geometrie des Standrings 38 durch drei Teilradien R3a, R3b und R3c definiert. Der Teilradius R3a beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 1,1 mm, der Teilradius R3b beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 1,4 mm, und der Teilradius R3c beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 2,5 mm.
An den Standring 38 schließt sich eine nach innen gewölbte, umlaufende Sicke an, deren Geometrie durch einen vierten Radius R4 definiert ist, der im Ausführungsbeispiel etwa 2,8 mm beträgt. Schließlich geht der Standabschnitt 34 in einem fünften Radius R5 in die Seitenwand 24 des Dosenkörpers 12 über. Der fünfte Radius R5 beträgt etwa 5 mm.
Darüber hinaus ist die Bodengeometrie auch dadurch definiert, dass der zweite Radius R2 glatt in den Teilradius R3a übergeht und dass es an diesem Übergang eine Tangente an den zweiten Radius R2 und den Teilradius R3a gibt, die in einem Winkel von etwa 6° gegenüber der zentralen Längsachse des Dosenkörpers 12 nach innen geneigt ist.
Der Standring 38 geht außerdem glatt in die nach innen gewölbte, umlaufende Sicke über. An diesem Übergang geht der Teilradius R3c in den vierten Radius R4 über. Die Tangente an diese beiden Radien ist gegenüber der zentralen Längsachse des Dosenkörpers 12 um etwa 19° nach außen geneigt.
Der vierte Radius R4 geht glatt in den fünften Radius R5 über. An diesem Übergang existiert eine Tangente an die beiden Radien R4 und R5, die gegenüber der Aufstandsebene um etwa 32° nach oben geneigt ist.
Außerdem ist die Geometrie des Standrings 38 auch dadurch definiert, dass sich der Radius R3b über einen Winkel von etwa 36° erstreckt. Dieser Winkel beginnt an der Aufstandslinie und erstreckt sich nach außen. An der Aufstandslinie geht der Teilradius R3a glatt in den Teilradius R3b über. Eine Tangente an diesem Übergang verläuft in der Aufstandsebene und damit rechtwinklig zur zentralen Längsachse des Dosenkörpers 12.
Eine derartige Bodengeometrie verschafft einer Getränkedose mit einem Durchmesser von vorzugsweise etwa 58 mm beim Einsatz dünner Blechdicken mit Blechdicken von etwa 0.205mm, 0.200mm und kleiner, speziell 0.195mm und 0.190mm eine derartige Festigkeit im Bodenbereich, dass es auch bei einem hohen Innendruck zu einem Bodenwachstum von weniger als 1 mm kommt.
Bezugszeichenliste

10: Getränkedose
12: Dosenkörper
14: Doppelfalz
16: Deckel
18: zentraler Deckelspiegel
20: Aufreißfeld
22: Aufreißlasche
24: Seitenwand
30: Dosenboden
32: Zentralabschnitt
34: Standabschnitt
36: Übergangsabschnitt
38: Standring

Claims

Einteiliger Dosenkörper für eine Getränkedose mit einer Öffnung, einer Seitenwand und einem Boden, der sich an die Seitenwand anschließt und einen kalottenartig nach innen gewölbten Zentralabschnitt sowie einen nach außen gewölbten, sich an den nach innen gewölbten Zentralabschnitt anschließenden und diesen ringförmig umgebenden Standabschnitt aufweist, an den sich die Seitenwand anschließt, wobei der Dosenkörper eine zentrale Längsachse besitzt und die Geometrie des Bodens durch wenigstens einen ersten Radius R1, der die Wölbung des nach innen gewölbten Zentralabschnitts beschreibt, wenigstens einen zweiten Radius R2, der die Geometrie eines Übergangs von dem nach innen gewölbten Zentralabschnitt zum Standabschnitt beschreibt, wenigstens einen dritten Radius R3, der die Geometrie eines Standrings als Teil des nach außen gewölbten Standabschnitts beschreibt, und wenigstens einen vierten Radius R4, der die Geometrie einer nach innen gewölbten umlaufenden Sicke auf der Außenseite des Standabschnitts beschreibt, definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Standrings durch drei Teilradien R3a, R3b und R3c definiert ist, die folgende Maße aufweisen: 0.8 < R3a < 1.2mm 1.2 < R3b < 1.6mm 2.0 < R3a < 3.0mm
Dosenkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilradien R3a, R3b und R3c in einem ungefähren Verhältnis von 3:4:9 (R3a:R3b:R3c) stehen.
Dosenkörper gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand einen Durchmesser zwischen 51mm und 68mm hat.
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech des Dosenkörpers Stahlblech ist.
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech des Dosenkörpers im Bereich des kalottenartig nach innen gewölbten Zentralabschnitts eine maximale Blechdicke von weniger als 0,205mm, vorzugsweise weniger als 0,200 mm aufweist.
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Bodens durch wenigstens einen fünften Radius R5 definiert ist, der die Geometrie eines Übergangs von dem Standabschnitt zur Seitenwand beschreibt und zwischen 2.5 mm und 7.5 mm beträgt.
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des kalottenartig nach innen gewölbten Zentralabschnitts durch zwei erste Teilradien R1a und R1b definiert ist, für die gilt 30 < R1a < 55mm 15 < R1b < 55mm
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Radius R2 zwischen 1.5mm und 3mm beträgt.
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Radius R4 zwischen 2mm und 5mm beträgt.
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangente an den zweiten Radius R2 und den Teilradius R3a am Übergang von dem zweiten Radius R2 zu dem Teilradius R3a in einem Winkel alpha1 gegenüber der Längsachse des Dosenkörpers nach innen geneigt ist, wobei der Winkel alpha1 zwischen 3° und 15° beträgt.
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangente an den Teilradius R3c und den Radius R4 am Übergang von dem Teilradius R3c zu dem Radius R4 in einem Winkel alpha2 gegenüber der Längsachse des Dosenkörpers nach außen geneigt ist, wobei der Winkel alpha2 zwischen 10° und 40°, bevorzugt zwischen 15° und 30° und besonders bevorzugt etwa 19° beträgt.
Dosenkörper gemäß Anspruch 6 und wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangente an den vierten Radius R4 und den fünften Radius R5 am Übergang von dem vierten Radius R4 zu dem fünften Radius R5 in einem Winkel alpha3 gegenüber einer durch den Standring definierten Aufstandsebene nach oben geneigt ist, wobei der Winkel alpha3 zwischen 25° und 40° beträgt.
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilradius R3b über einen Winkel alpha R3b erstreckt, der zwischen 10° und 60°, bevorzugt zwischen 25° und 45°, und besonders bevorzugt etwa 36° beträgt.
Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Standring einen kreisförmige Aufstandslinie definiert, entlang der der Standring eine Aufstandebene berührt, wenn der Dosenkörper auf einer in der Aufstandebene verlaufenden ebenen Fläche abgestellt wird, wobei der Teilradius R3a an der Aufstandslinie endet und dort steig differenzierbar in den Teilradius R3b übergeht.
Dosenkörper gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mittelpunkte der Teilradien R3a und R3b wenigstens annähernd auf einer durch die Aufstandslinie verlaufenden Senkrechten zur Aufstandsebene befinden.
Dosen mit einem Dosenkörper gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15 und einem mit dem Dosenkörper durch einen Doppelfalz verbundenen Deckel aufweist, der einen Deckelspiegel einem Aufreißfeld und einer an dem Deckelspiegel befestigten Aufreißlasche aufweist.