DE102020129484A1

DE102020129484A1 - Verfahren zur Herstellung eines metallischen Behälters

Info

Publication number: DE102020129484A1
Application number: DE102020129484.0A
Authority: DE
Inventors: Willem Leendert Pieter van Dam
Original assignee: Ardagh Metal Beverage Europe GmbH
Current assignee: Ardagh Metal Packaging Europe GmbH
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-05-12
Also published as: EP4240545A1; US20230415219A1; MX2023005299A; WO2022096650A1; CA3197832A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Behälters (1) aus einem Blechmaterial (2), wobei der zumindest durch ein entlang einer axialen Richtung (3) erfolgtes Tiefziehen und/oder Fließpressen hergestellte Behälter (1) an einem ersten Ende (4) einen das erste Ende (4) zumindest teilweise verschließenden Bodenbereich (5) und daran anschließend einen sich entlang der axialen Richtung (3) hin zu einem zweiten Ende (6) erstreckenden, in einer Umfangsrichtung (7) umlaufend ausgebildeten Wandbereich (8) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Behälters aus einem Blechmaterial. Der Behälter ist insbesondere ein Teil einer Dose, insbesondere ein Teil einer Getränkedose. Die Dose besteht insbesondere zumindest aus zwei Teilen, zum einen aus dem Behälter, zum anderen aus einem Deckelbereich, der mit dem Behälter verbunden wird, z. B. durch eine Falzverbindung.
Der Behälter wird zumindest durch ein entlang einer axialen Richtung erfolgendes Tiefziehen oder Abstreck-Gleitziehen hergestellt. Der Behälter weist an einem ersten Ende einen das erste Ende zumindest teilweise, insbesondere vollständig verschließenden Bodenbereich und daran anschließend einen sich entlang der axialen Richtung hin zu einem zweiten Ende erstreckenden, in einer Umfangsrichtung umlaufend ausgebildeten Wandbereich auf.
An dem zweiten Ende kann insbesondere ein Deckel bzw. ein Deckelbereich befestigt werden. Der Deckel kann insbesondere einen Verschluss aufweisen, über den ein Inhalt des durch den Deckel verschlossenen Behälters entnommen werden kann.
Der Behälter kann z. B. ein Teil eines Getränkebehälters sein, insbesondere einer (metallischen) Getränkedose. Der Getränkebehälter dient zur Aufbewahrung eines Inhalts, z. B. einer Flüssigkeit, wobei der Getränkebehälter im verschlossenen Zustand (Ausgangszustand) unter einem Überdruck gegenüber der Umgebung bzw. gegenüber einem atmosphärischen Druck von ungefähr 1 bar stehen kann.
Die bekannten zweiteiligen, durch einen Deckel verschlossenen, Behälter bzw. Dosen weisen einen das Volumen des Behälters bestimmenden Bodenbereich mit anschließendem, zylindermantelförmigem Wandbereich auf, die zusammenhängend in einem Arbeitsgang - also einteilig - durch Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen hergestellt sind. Die Wanddicke des Wandbereichs liegt bei diesen Behältern z. B. in der Größenordnung von ca. 0,080 mm [Millimeter] bis ca. 0,160 mm, wobei die größte Dicke im Bereich der späteren Verbindung mit dem Deckel liegt, während die Wanddicke des Bodenbereichs in der Größenordnung von ca. 0,220 mm bis ca. 0,350 mm liegt. Ein Deckel kann auf der dem Bodenteil gegenüberliegenden Seite des (entsprechend vorbereiteten) Wandbereichs angeordnet sein. Der Deckel wird in üblicher Weise mit dem Wandbereich der Dose verbunden, z. B. mittels eines sogenannten Doppelfalzes. Die Wanddicke des Deckels weist insbesondere eine Wanddicke in der Größenordnung von 0,180 mm bis ca. 0.230 mm auf.
Behälter dieser Art werden in erheblichen Mengen, insbesondere für Getränke aller Art, als Einwegverpackung benutzt, wobei das Dosenmaterial zu einem großen Anteil aus rezykliertem Material hergestellt wird. Unter Berücksichtigung des großen Marktvolumens ist eine erhebliche Menge an Material (insbesondere Weißblech oder Aluminium) erforderlich. Selbst relativ geringe Mengen von an einem einzelnen Behälter bei seiner Herstellung einsparbarem Material würden, bezogen auf den gesamten jährlichen Verbrauch von etwa fünf Milliarden Dosen allein in der Bundesrepublik Deutschland, eine erhebliche und jedenfalls nicht zu vernachlässigende Materialersparnis bedeuten.
Gerade bei Getränkedosen mit karbonisiertem Inhalt kann der Getränkebehälter vor dem erstmaligen Öffnen unter einem Innendruck von bis zu 6,2 bar stehen. Aus diesem Grund ist gerade eine formstabile und eine ausreichende Wanddicke aufweisende Ausführung des Bodenbereichs erforderlich.
Jede Verringerung des Materialbedarfs eines Behälters hat aufgrund der großen Stückzahl bereits einen signifikanten Effekt, insbesondere hinsichtlich der Materialkosten. Aus diesem Grund besteht ein ständiges Bedürfnis, die Wanddicke des Behälters zunehmend zu reduzieren. Die weitere Reduzierung der Wanddicke birgt jedoch das Risiko eines Materialversagens, insbesondere während der teilweise erforderlichen zusätzlichen Umformvorgänge des Bodenbereichs und/ oder durch die maximal auftretende Druckbelastung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik vorhandenen Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters bereitzustellen, durch das eine reproduzierbare Qualität, aus dünstmöglichem Ausgangsmaterial hergestellter, dünnwandiger Behälter gewährleistet werden kann.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Blechmaterial gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Behälters aus einem Blechmaterial vorgeschlagen. Der zumindest durch ein entlang einer axialen Richtung erfolgtes Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen hergestellte Behälter weist an einem ersten Ende einen das erste Ende zumindest teilweise verschließenden Bodenbereich und daran anschließend einen sich entlang der axialen Richtung hin zu einem zweiten Ende erstreckenden, in einer Umfangsrichtung umlaufend ausgebildeten Wandbereich auf. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen des Blechmaterials;
b) Kontaktieren des Blechmaterials in einem ringförmigen ersten Bereich mit einem ersten Stempel und
c) nachfolgendes Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen des Blechmaterials zur Ausbildung des Bodenbereichs und des Wandbereichs.

Zwischen den Schritten a) und b) erfolgt in einem Schritt a1) eine zumindest teilweise Umformung des Blechmaterials in einem zweiten Bereich, wobei der zweite Bereich zumindest teilweise den ersten Bereich umfasst. Eine in diesem zweiten Bereich vorliegende Materialdicke/ Wanddicke des Blechmaterials wird durch die Umformung reduziert und damit zumindest eine Dehngrenze R_p0,2 des Blechmaterials erhöht.
Bei der bekannten Herstellung eines Behälters wird aus einem ebenen Endlosmaterial zunächst ein (kreisförmiger) Blechabschnitt herausgetrennt und (unmittelbar) danach umgeformt. Diese Umformung umfasst zunächst insbesondere ein Tiefziehen, wobei ein, insbesondere entlang der axialen Richtung verfahrbarer, (zweiter) Stempel das Blechmaterial bzw. den Blechabschnitt zu einem becherartigen Behälter umformt. Der becherartige Behälter wird daraufhin einer weiteren Umformstation zugeführt, in der der becherartige Behälter durch Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen weiter verformt wird. Insbesondere trifft dabei ein, insbesondere entlang der axialen Richtung verfahrbarer, erster Stempel auf den Bodenbereich des becherartigen Behälters und zieht das Blechmaterial durch eine (ggf. mehrstufige) Matrize. Dabei werden der Bodenbereich und der Wandbereich des Behälters, insbesondere durch Abstreck-Gleitziehen, zumindest teilweise ausgebildet. Infolge des Auftreffens des ersten Stempels auf den Bodenbereich des becherartigen Behälters wird das Blechmaterial jedoch in dem ersten Bereich, in dem der erste Stempel das Blechmaterial erstmalig kontaktiert, lokal geschädigt und die Wanddicke lokal reduziert.
In weiteren Umformprozessen, insbesondere des Bodenbereichs, kann diese Beschädigung, z. B. in einer radialen Richtung weiter nach innen, verschoben werden. Dabei kann gerade dieser geschädigte Bereich ggf. Gegenstand einer weiteren Umformung sein, so dass es zu einer weitergehenden Schädigung oder zu einer kritischen Schwachstelle oder sogar zu einem Versagen des Materials kommen kann. Insbesondere wird die lokal reduzierte Wanddicke im Rahmen der weiteren Umformung weiter reduziert, so dass eine für den vorgesehenen Einsatzfall des Behälters zu geringe Wanddicke resultiert.
Eine Vorbehandlung des ersten Bereichs kann dazu führen, dass eine Beschädigung infolge der Kontaktierung des ersten Stempels reduziert oder verhindert werden kann und ggf. eine weitergehende Schädigung infolge weiterer Umformung zumindest vermindert oder vollständig unterdrückt werden kann.
Vorliegend wird das insbesondere dadurch erreicht, dass in einem Schritt a1) eine zumindest teilweise Umformung des Blechmaterials in einem zweiten Bereich erfolgt, wobei der zweite Bereich zumindest teilweise oder vollständig den ersten Bereich umfasst. Eine in diesem zweiten Bereich vorliegende Materialdicke des Blechmaterials wird durch die Umformung reduziert und damit zumindest eine Dehngrenze R_p0,2 des Blechmaterials erhöht.
Diese Erhöhung der Dehngrenze und/oder die durch die Umformung erreichte Verfestigung des Blechmaterials führt dazu, dass das Auftreffen des ersten Stempels eine nur noch geringere Verformung des ersten Bereichs verursacht. Weiter wird erreicht, dass das in diesem zweiten Bereich vorliegende Blechmaterial aufgrund der Verfestigung in weiteren Umformungen nicht oder nur in geringerem Maße weiterverformt wird. Insbesondere erfolgt bei der Umformung benachbarter Bereiche kein Nachfließen des Blechmaterials aus diesem zweiten Bereich, sondern aus anderen Bereichen. Damit wird verhindert, dass in diesem zweiten Bereich eine weitergehende Reduzierung der Materialdicke auftritt.
Insbesondere wird durch eine bewusst bewirkte Reduzierung einer Materialdicke in dem zweiten Bereich (und eine damit verbundene Verfestigung des Blechmaterials) eine spätere weitere Reduzierung der Materialdicke verhindert bzw. vermindert.
Damit können zur Herstellung von Behältern Blechmaterialien mit geringere Materialdicken bereitgestellt werden, ohne dass es zu einem Materialversagen bei der Herstellung des Behälters oder bei dem späteren vorbestimmten Einsatz des Behälters kommt.
Insbesondere ist der zweite Bereich ringförmig oder ringsegmentförmig. Insbesondere umfasst der ringsegmentförmig umgeformte zweite Bereich (oder eine Mehrzahl von ringsegmentförmig umgeformten zweiten Bereichen, die zusammen innerhalb eines gedachten ringförmigen zweiten Bereichs angeordnet sind) entlang einer Umfangsrichtung einen Winkelbereich von (zusammen) mindestens 180 Winkelgrad, insbesondere von mindestens 270 Winkelgrad. Insbesondere erstrecken sich die einzelnen ringförmigen Segmente über jeweils gleiche, ggf. aber auch voneinander unterschiedliche Winkelbereiche, z. B. von jeweils mindestens 5 Winkelgrad oder jeweils mindestens 25 Winkelgrad.
Insbesondere ist der zweite Bereich kreisring(-segment-)förmig ausgebildet.
Insbesondere ist der erste Bereich kreisringförmig ausgebildet und entspricht (insbesondere mindestens) der Kontaktfläche bzw. der Auftrefffläche des ersten Stempels auf dem Blechmaterial.
Insbesondere ist der zweite Bereich koaxial zu dem ersten Bereich angeordnet.
Insbesondere ist der ringförmige erste Bereich durch einen (kleinsten) ersten Innendurchmesser und einen (größten) ersten Außendurchmesser begrenzt. Insbesondere ist der ringförmige oder ringsegmentförmige zweite Bereich durch einen (kleinsten) zweiten Innendurchmesser und einen (größten) zweiten Außendurchmesser begrenzt. Insbesondere ist der zweite Innendurchmesser kleiner als der erste Innendurchmesser.
Insbesondere verläuft jeder Innendurchmesser parallel zu dem Außendurchmessers des gleichen Bereichs und ist koaxial dazu angeordnet.
Insbesondere verläuft ein zweiter Innendurchmesser parallel zu dem ersten Innendurchmesser und ist koaxial dazu angeordnet.
Insbesondere ist der zweite Außendurchmesser größer als der erste Außendurchmesser.
Die ersten Durchmesser werden insbesondere an dem ebenen, noch unverformten Blechabschnitt oder dem Blechmaterial ermittelt, z. B. auch anhand des ersten Stempels. Die zweiten Durchmesser können in Abhängigkeit von den ersten Durchmessern bestimmt und festgelegt werden.
Insbesondere erfolgt zwischen den Schritten a) und b) in einem Schritt a2) ein Kontaktieren des Blechmaterials mit einem zweiten Stempel und ein nachfolgendes Tiefziehen. Der zweite Stempel weist einen größeren Stempelaußendurchmesser als der erste Stempel auf.
Wie vorstehend bereits ausgeführt wird bei der bekannten Herstellung eines Behälters zunächst ein (kreisförmiger) Blechabschnitt aus einem ebenen Endlosmaterial herausgetrennt und (unmittelbar) danach umgeformt. Diese Umformung umfasst zunächst insbesondere ein Tiefziehen, wobei ein zweiter Stempel das Blechmaterial bzw. den Blechabschnitt zu einem becherartigen Behälter umformt. Diese Umformung zu dem becherartigen Behälter wird insbesondere vor Schritt b) in dem Schritt a2) durchgeführt.
Insbesondere erfolgt der Schritt a2) nach dem Schritt a1), wird also danach durchgeführt. Allerdings kann der Schritt a1) auch nach dem Schritt a2) aber vor dem Schritt b) erfolgen.
Insbesondere wird die Materialdicke in dem zweiten Bereich (infolge der Umformung des zweiten Bereichs) um mindestens 3 %, bevorzugt mindestens 5 %, besonders bevorzugt mindestens 6 % reduziert und die Dehngrenze R_p0,2 um mindestens 5 %, bevorzugt um mindestens 10 %, besonders bevorzugt um mindestens 15 % oder sogar um mindestens 17 %, erhöht.
In Versuchen konnte an einer Aluminiumlegierung eine Verringerung der Materialdicke in dem zweiten Bereich von 245 µm [Mikrometer] auf 230 µm (also Verringerung von 6,1 %) und dabei eine Verfestigung von einer Dehngrenze R_p0,2 von 276 MPa [Megapascal] auf 325 MPa (also Steigerung von 17,75 %) ermittelt werden.
Insbesondere wird Schritt c) zumindest teilweise mit dem ersten Stempel durchgeführt, wobei während oder nachfolgend zu Schritt c) in einem Schritt c1) ein weiteres Umformen des Bodenbereichs durch einen dritten Stempel, der ggf. unbeweglich angeordnet ist, erfolgt. Ein gegenüber einer radialen Richtung innerhalb des ersten Stempels angeordneter dritter Bereich des Blechmaterials wird durch den dritten Stempel entlang der axialen Richtung hin zum zweiten Ende umgeformt.
Insbesondere ist der erste Stempel als Hohlstempel ausgeführt, wobei der dritte Stempel zum Ende des Schrittes c1) entlang der axialen Richtung zumindest teilweise in einen Hohlabschnitt des ersten Stempels eintritt. Insbesondere weist der dritte Stempel gegenüber dem Bodenbereich eine konvex ausgeführte Kontaktoberfläche auf, so dass in dem Bodenbereich eine von außen gesehen konkave Form gebildet wird.
Insbesondere wird infolge des weiteren Umformens des Bodenbereichs gemäß Schritt c1) der zweite Bereich in der radialen Richtung nach innen verschoben, so dass nach der weiteren Umformung der zweite Bereich entlang der radialen Richtung zwischen dem ersten Stempel und dem dritten Stempel angeordnet ist.
Die Umformung des Bodenbereichs gemäß Schritt c1) führt insbesondere zu einer weiteren Vergrößerung der Oberfläche des Blechmaterials im Bodenbereich. Dadurch wird die Materialdicke im Bodenbereich weiter verringert. Insbesondere wird dabei auch Blechmaterial aus benachbarten Bereichen infolge der Umformung in der radialen Richtung nach innen verschoben.
Insbesondere wird dabei auch der zweite Bereich aus der Kontaktzone mit dem ersten Stempel in der radialen Richtung nach innen verschoben, so dass sich der vorbehandelte zweite Bereich nun zwischen dem ersten Stempel und dem dritten Stempel anordnet.
Aufgrund der konvexen Form des dritten Stempels ordnet sich der zweite Bereich insbesondere in einem, sich im Wesentlichen entlang der axialen Richtung erstreckenden, Wandabschnitt des dritten Bereichs an.
Insbesondere erfolgt nach Schritt c) und nach Schritt c1) in einem weiteren Schritt d) ein weiteres Umformen des Bodenbereichs, wobei ein sich zumindest entlang der axialen Richtung erstreckender Wandabschnitt des dritten Bereichs in einem vierten Bereich in der radialen Richtung nach außen umgeformt wird.
Diese zusätzliche Umformung wird insbesondere durchgeführt, um die Formfestigkeit des Bodenbereichs gerade gegenüber hohen Überdrücken eines Getränkebehälters zu erhöhen.
Insbesondere umfasst der vierte Bereich zumindest teilweise den zweiten Bereich. Insbesondere ist der vierte Bereich zumindest entlang der axialen und/oder radialen Richtung innerhalb des zweiten Bereichs angeordnet. Insbesondere ist der zweite Bereich zumindest entlang der axialen und/oder radialen Richtung innerhalb des vierten Bereichs angeordnet.
Insbesondere liegt das in Schritt a) bereitgestellte Blechmaterial in einem ebenen Zustand vor und zwischen den Schritten a) und b) erfolgt in einem Schritt a3) ein Ausschneiden eines Blechabschnitts aus dem Blechmaterial, so dass in Schritt c) der Blechabschnitt tiefgezogen und/oder durch Abstreck-Gleitziehen umgeformt wird. Der Schritt a1) erfolgt vor oder nach dem Schritt a3). Der Schritt a2) erfolgt bevorzugt nach Schritt a3), kann dabei insbesondere zumindest teilweise gleichzeitig mit Schritt a3) durchgeführt werden.
Es wird weiterhin ein Blechmaterial vorgeschlagen. Das Blechmaterial weist eine Breite und eine Länge auf, die zusammen eine ebene Fläche mit einer Materialdicke aufspannen. Das Blechmaterial umfasst auf der ebenen Fläche eine Vielzahl von ringförmigen oder ringsegmentförmigen zweiten Bereichen, die eine gegenüber der übrigen Fläche reduzierte Materialdicke aufweisen.
Das Blechmaterial ist insbesondere zur Herstellung eines Behälters durch das vorgeschlagene Verfahren geeignet ausgeführt. Insbesondere weist das Blechmaterial bereits die im Rahmen des Schrittes a1) durchgeführten Umformungen auf. Diese die zweiten Bereiche bildenden Umformungen können z. B. durch eine Pressenvorrichtung, also durch mindestens einen Stempel, oder durch eine Walzvorrichtung, bei der ein Walzwerkzeug zur Ausbildung der zweiten Bereiche entlang der Fläche geführt wird, hergestellt werden.
Insbesondere können auch andere Verfahren eingesetzt werden, wobei dabei in jedem Fall die Verfestigung des zweiten Bereichs, also die lokale Erhöhung der Dehngrenze R_p0,2 des Blechmaterials, erreicht werden soll.
Es wird weiter eine Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Behälters aus einem Blechmaterial vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens oder zusätzlich zur Herstellung des beschriebenen Blechmaterials geeignet ausgeführt. Die Vorrichtung umfasst zumindest einen ersten Stempel zur Umformung des Blechmaterials zumindest durch Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen, eine Halterung zur Positionierung des Blechmaterials gegenüber dem ersten Stempel sowie eine Einrichtung zur Umformung des Blechmaterials in dem zweiten Bereich, also zur Reduzierung der Materialdicke und zur Erhöhung der Dehngrenze R_p0,2 des Blechmaterials in dem zweiten Bereich.
Es wird weiter ein Behälter vorgeschlagen, hergestellt aus einem Blechmaterial zumindest durch ein entlang einer axialen Richtung erfolgtes Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen. Der Behälter umfasst zumindest an einem ersten Ende einen das erste Ende zumindest teilweise verschließenden Bodenbereich, daran anschließend einen sich entlang der axialen Richtung hin zu einem zweiten Ende erstreckenden, in einer Umfangsrichtung umlaufend ausgebildeten Wandbereich und einen das zweite Ende zumindest teilweise verschließenden Deckelbereich.
Der Behälter ist zumindest teilweise durch das beschriebene Verfahren hergestellt. Alternativ oder zusätzlich ist der Behälter zumindest teilweise aus dem beschriebenen Blechmaterial hergestellt. Alternativ oder zusätzlich ist der Behälter zumindest teilweise mit der beschriebenen Vorrichtung hergestellt.
Der Behälter wird insbesondere als Getränkebehälter verwendet. Als solcher umfasst er ein Gehäuse mit einem Bodenbereich, einem Deckelbereich und einem den Bodenbereich mit dem Deckelbereich verbindenden Wandbereich. Insbesondere weist der Getränkebehälter eine entlang einer Umfangsrichtung umlaufende Kernschräge (in dem Bodenbereich bzw.) zwischen dem Bodenbereich und dem Wandbereich sowie ggf. zusätzlich eine Kernschräge (in dem Deckelbereich bzw.) zwischen dem Deckelbereich und dem Wandbereich auf. Der Getränkebehälter weist ein Volumen auf, das zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit befüllbar bzw. befüllt ist. In dem Deckelbereich und entlang einer radialen Richtung innerhalb der Kernschräge (falls vorhanden) ist insbesondere ein Verschluss angeordnet, über den im geöffneten Zustand die Flüssigkeit aus dem Volumen entnehmbar ist.
Die Kernschräge ist insbesondere eine in der Umfangsrichtung umlaufend ausgeführte Nut in dem Bodenbereich (bzw. Deckelbereich), deren tiefster Punkt (entlang der axialen Richtung) insbesondere durch den ersten Stempel geformt wird. Die Nut weist in der radialen Richtung eine Weite und in der axialen Richtung eine Tiefe auf. Das Volumen erstreckt sich in die Nut. Die Nut wird an ihrem axialen Ende (erstes Ende des Behälters) gegenüber der radialen Richtung durch eine in der Umfangsrichtung umlaufende innere Wandung (dritter Bereich bzw. vierter Bereich des Behälters), und eine in der Umfangsrichtung umlaufende äußere Wandung begrenzt.
Getränkebehälter sind regelmäßig zylindrisch geformt und daher rotationssymmetrisch um eine Mittelachse, die sich entlang der axialen Richtung erstreckt.
Der Getränkebehälter ist insbesondere eine Getränkedose.
Der Getränkebehälter steht in einem verschlossenen Ausgangszustand insbesondere unter einem Druck, z. B. von mindestens 2,5 bar, der größer ist als ein Druck einer Umgebung (insbesondere beträgt der Druck der Umgebung höchstens 1,1 bar).
Das Volumen des Getränkebehälters beträgt insbesondere zwischen 0,1 und 5 Litern, bevorzugt höchstens 3 Liter, besonders bevorzugt höchstens 1 Liter.
Der Getränkebehälter erstreckt sich insbesondere von dem Bodenbereich hin zum Deckelbereich entlang einer axialen Richtung. Die axiale Richtung verläuft bevorzugt parallel zum Wandbereich. Insbesondere ist der Getränkebehälter im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt und weist (von Strukturen z. B. im Deckelbereich, z. B. zum Öffnen/ Verschließen des Volumens abgesehen) eine Drehachse oder Symmetrieachse auf, die sich parallel zur axialen Richtung erstreckt.
Die Ausführungen zu dem Verfahren gelten insbesondere gleichermaßen für das Blechmaterial, die Vorrichtung und den Behälter sowie den Getränkebehälter, und umgekehrt.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, „dritte“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen schematisch:

1: einen Behälter in einer Seitenansicht;
2: eine Vorrichtung und ein Blechmaterial in einer Draufsicht;
3: ein Verfahren unmittelbar nach Schritt a) in einer Seitenansicht;
4: das Verfahren nach 3 unmittelbar nach Schritt a3) und während Schritt a2), in einer Seitenansicht;
5: das Verfahren nach 3 und 4 unmittelbar nach den Schritten a2) und a3), in einer Seitenansicht;
6: das Verfahren nach 3 bis 5, wobei links zunächst Schritt a1), in der Mitte der Zustand unmittelbar nach den Schritten a2) und a3) und rechts die Umformung von dem Zustand unmittelbar nach Schritt a2) hin zu Schritt c1) dargestellt ist; jeweils in einer Seitenansicht;
7: das Werkstück gemäß 5 und ein Diagramm;
8: das Verfahren während Schritt b) und c) in einer Seitenansicht im Schnitt;
9: das Verfahren zum Ende des Schrittes c) in einer Seitenansicht im Schnitt;
10: das Werkstück unmittelbar vor Schritt c1) des Verfahrens in einer Seitenansicht im Schnitt und ein Diagramm;
11: das Werkstück unmittelbar nach Schritt c1) des Verfahrens in einer Seitenansicht im Schnitt und ein Diagramm; und
12: das Werkstück nach Schritt d) des Verfahrens in einer Seitenansicht im Schnitt.

1 zeigt einen Behälter 1 in einer Seitenansicht. Der Behälter 1 ist aus einem Blechmaterial 2 hergestellt, zumindest durch ein entlang einer axialen Richtung 3 erfolgtes Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen. Der Behälter 1 umfasst an einem ersten Ende 4 einen das erste Ende 4 verschließenden Bodenbereich 5, daran anschließend einen sich entlang der axialen Richtung 3 hin zu einem zweiten Ende 6 erstreckenden, in einer Umfangsrichtung 7 umlaufend ausgebildeten Wandbereich 8 und einen das zweite Ende 6 zumindest teilweise verschließenden Deckelbereich 37.
Der Behälter 1 ist zumindest teilweise (also Wandbereich 8 und Bodenbereich 5) durch das beschriebene Verfahren hergestellt. Alternativ oder zusätzlich ist der Behälter 1 zumindest teilweise (also Wandbereich 8 und Bodenbereich 5) aus dem beschriebenen Blechmaterial 2 hergestellt. Alternativ oder zusätzlich ist der Behälter 1 zumindest teilweise (also Wandbereich 8 und Bodenbereich 5) mit der beschriebenen Vorrichtung 29 hergestellt.
Der Behälter 1 wird als Getränkebehälter verwendet. Der Getränkebehälter weist eine entlang der Umfangsrichtung 7 umlaufende Kernschräge 38 (in dem Bodenbereich 5 bzw.) zwischen dem Bodenbereich 5 und dem Wandbereich 8 auf. Der Getränkebehälter weist ein Volumen 39 auf, das zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit befüllbar bzw. befüllt ist. In dem Deckelbereich 37 kann ein Verschluss angeordnet sein, über den im geöffneten Zustand z. B. eine Flüssigkeit aus dem Volumen 39 entnehmbar ist.
Die Kernschräge 38 ist eine in der Umfangsrichtung 7 umlaufend ausgeführte Nut in dem Bodenbereich 5, deren tiefster Punkt (entlang der axialen Richtung 3) durch den ersten Stempel 10 (siehe 8 und 9) geformt wird. Das Volumen 39 erstreckt sich in die Nut. Die Nut wird an ihrem axialen Ende (erstes Ende 4 des Behälters 1) gegenüber der radialen Richtung 21 durch eine in der Umfangsrichtung 7 umlaufende innere Wandung (dritter Bereich 22 bzw. vierter Bereich 24 des Behälters 1), und eine in der Umfangsrichtung 7 umlaufende äußere Wandung begrenzt.
Der Getränkebehälter erstreckt sich von dem Bodenbereich 5 hin zum Deckelbereich 37 entlang einer axialen Richtung 3. Die axiale Richtung 3 verläuft parallel zum Wandbereich 8. Der Getränkebehälter ist im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt und weist (von Strukturen z. B. im Deckelbereich 37, z. B. zum Öffnen/ Verschließen des Volumens 39 abgesehen) eine Drehachse oder Symmetrieachse bzw. eine Mittelachse 40 auf, die sich parallel zur axialen Richtung 3 erstreckt.
2 zeigt eine Vorrichtung 29 und ein Blechmaterial 2 in einer Draufsicht. Die Pfeile kennzeichnen die Vorschubrichtung 32 des Blechmaterials 2 durch die Vorrichtung 29. Das in Schritt a) bereitgestellte Blechmaterial 2 liegt in einem ebenen Zustand vor. Das Blechmaterial 2 weist eine Breite (quer zur Vorschubrichtung 32 und zum Verfahrweg der zweiten Stempel 18) und eine Länge (parallel zur Vorschubrichtung 32) auf, die zusammen eine ebene Fläche 26 mit einer Material-dicke / Wanddicke 12 (in Richtung des Verfahrwegs der zweiten Stempel 18) aufspannen.
Die Vorrichtung 29 ist zur Durchführung zumindest eines Teils des beschriebenen Verfahrens und zur Herstellung des beschriebenen Blechmaterials 2 geeignet ausgeführt. Die Vorrichtung 29 umfasst eine Einrichtung 31 zur Umformung des Blechmaterials 2 in dem zweiten Bereich 11, also zur Reduzierung der Materialdicke 12 und zur Erhöhung der Dehngrenze R_p0,2 des Blechmaterials 2 in dem zweiten Bereich 11. Die Vorrichtung 29 umfasst weiterhin eine Mehrzahl von zweiten Stempeln 18 zur gleichzeitigen Umformung des Blechmaterials 2 zumindest durch Tiefziehen in mehreren Blechabschnitten 25 und eine Halterung 30 zur Positionierung des Blechmaterials 2 gegenüber den zweiten Stempeln 18.
Zwischen dem Schritt a), also dem Bereitstellen des Blechmaterials 2, und dem Schritt a2), in dem ein Kontaktieren des Blechmaterials 2 mit den zweiten Stempeln 18 und ein nachfolgendes Tiefziehen erfolgt, wird in einem Schritt a1) eine zumindest teilweise Umformung des Blechmaterials 2 in dem zweiten Bereich 11 durchgeführt. Der zweite Bereich 11 umfasst bzw. überdeckt zumindest teilweise einen ringförmigen ersten Bereich 9 des Blechmaterials 2, der durch einen ersten Stempel 10 in einem nachfolgenden Schritt b) des Verfahrens kontaktiert wird (siehe 8 und 9). Eine in diesem zweiten Bereich 11 vorliegende Materialdicke 12 des Blechmaterials 2 wird durch die Umformung gemäß Schritt a1) reduziert und damit zumindest eine Dehngrenze R_p0,2 des Blechmaterials 2 erhöht. Der ringförmige oder ringsegmentförmige zweite Bereich 11 ist durch einen (kleinsten) zweiten Innendurchmesser 16 und einen (größten) zweiten Außendurchmesser 17 begrenzt.
Vor dem Schritt a2) bzw. zumindest teilweise gleichzeitig damit, erfolgt in einem Schritt a3) ein Ausschneiden eines Blechabschnitts 25 aus dem Blechmaterial 2. Der Schritt a1) erfolgt vor dem Schritt a3).
Bevor die zweiten Stempel 18 also auf das Blechmaterial 2 einwirken, umfasst das Blechmaterial 2 auf der ebenen Fläche 26 bereits eine Vielzahl von ringförmigen oder ringsegmentförmigen zweiten Bereichen 11, die eine gegenüber der übrigen Fläche 26 reduzierte Materialdicke 12 aufweisen. Diese die zweiten Bereiche 11 bildenden Umformungen können z. B. durch eine Pressenvorrichtung, also durch mindestens einen Stempel, oder durch eine Walzvorrichtung, bei der ein Walzwerkzeug zur Ausbildung der zweiten Bereiche 11 entlang der Fläche 26 geführt wird, hergestellt werden.
Der jeweils erzeugte zweite Bereich 11 ist ringförmig oder ringsegmentförmig. Der ringsegmentförmig umgeformte zweite Bereich 11 (bzw. die Mehrzahl von ringsegmentförmig umgeformten zweiten Bereichen 11, die zusammen innerhalb eines gedachten ringförmigen zweiten Bereichs 11 angeordnet sind) umfasst entlang einer Umfangsrichtung 7 einen Winkelbereich 13 von zusammen mindestens 180 Winkelgrad. Die einzelnen ringsegmentförmigen Segmente erstrecken sich über jeweils gleiche Winkelbereiche 13.
Die zweiten Bereiche 11 sind kreisring(-segment-)förmig ausgebildet.
Die im Rahmen der Schritte a1), a2) und a3) umgeformten Blechabschnitte 25 werden dann der weiteren Verarbeitung im Rahmen der Schritte b), c), c1) und d) zugeführt.
3 zeigt ein Verfahren unmittelbar nach Schritt a) in einer Seitenansicht. 4 zeigt das Verfahren nach 3 unmittelbar nach Schritt a3) und während Schritt a2), in einer Seitenansicht. 5 zeigt das Verfahren nach 3 und 4 unmittelbar nach den Schritten a2) und a3), in einer Seitenansicht. Die 3 bis 5 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu 1 und 2 wird verwiesen.
In 3 ist ein Teil der Vorrichtung 29 mit einem zweiten Stempel 18 dargestellt. Die Vorrichtung 29 ist zur zumindest teilweise gleichzeitigen Durchführung der Schritte a2) und a3) geeignet ausgeführt, d. h. zum Ausschneiden eines Blechabschnitts 25 aus dem Blechmaterial 2 gemäß Schritt a3) und zum Kontaktieren des Blechmaterials 2 mit dem zweiten Stempel 18 und nachfolgendes Tiefziehen gemäß Schritt a2). In 3 wird der zweite Stempel 18 entlang der axialen Richtung 3 hin zum Blechmaterial 2 bewegt. In 4 ist der Schritt a3) bereits durchgeführt und der nun vorliegende Blechabschnitt 25 wird durch den zweiten Stempel 18 kontaktiert und tiefgezogen. In 5 ist Schritt a2) abgeschlossen und der zweite Stempel 18 wird in seine Ausgangsposition zurückbewegt.
Wie bei der bekannten Herstellung eines Behälters 1 wird zunächst ein (kreisförmiger oder konturierter) Blechabschnitt 25 aus einem ebenen Endlos-Blechmaterial 2 herausgetrennt und (unmittelbar) danach umgeformt. Diese Umformung umfasst ein Tiefziehen, wobei ein zweiter Stempel 18 das Blechmaterial 2 bzw. den Blechabschnitt 25 zu einem becherartigen Behälter 1 umformt. Diese Umformung zu dem becherartigen Behälter 1 wird vor Schritt b) in dem Schritt a2) durchgeführt.
6 zeigt das Verfahren nach 3 bis 5, wobei links zunächst Schritt a1), in der Mitte der Zustand unmittelbar nach den Schritten a2) und a3) (siehe auch 5) und rechts die Umformung von dem Zustand unmittelbar nach Schritt a2) hin zu Schritt c1) dargestellt ist; jeweils in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu den 1 bis 5 wird verwiesen.
Gemäß Schritt a) erfolgt ein Bereitstellen des Blechmaterials 2 (siehe linkes Bild der 6). Gemäß Schritt b) erfolgt ein Kontaktieren des Blechmaterials 2 in einem ringförmigen ersten Bereich 9 mit einem ersten Stempel 10 (siehe rechtes Bild der 6) und gemäß Schritt c) ein nachfolgendes Tiefziehen und/oder Fließpressen des Blechmaterials 2 zur Ausbildung des Bodenbereichs 5 und des Wandbereichs 8 (siehe 8 und 9). Zwischen den Schritten a) und b) erfolgt in einem Schritt a1) eine zumindest teilweise Umformung des Blechmaterials 2 in einem zweiten Bereich 11 (siehe linkes Bild der 6), wobei der zweite Bereich 11 zumindest teilweise den ersten Bereich 9 umfasst. Eine in diesem zweiten Bereich 11 vorliegende Materialdicke 12 des Blechmaterials 2 wird durch die Umformung reduziert und damit zumindest eine Dehngrenze R_p0,2 des Blechmaterials 2 erhöht.
Das mittlere Bild der 6 zeigt, dass ein kreisförmiger Blechabschnitt 25 aus dem ebenen Blechmaterial 2 herausgetrennt und unmittelbar danach umgeformt wird. Diese Umformung umfasst ein Tiefziehen, wobei ein zweiter Stempel 18 das Blechmaterial 2 bzw. den Blechabschnitt 25 zu einem becherartigen Behälter 1 umformt. Diese Umformung zu dem becherartigen Behälter 1 wird vor Schritt b) in dem Schritt a2) durchgeführt.
Der becherartige Behälter 1 wird nach Schritt a2) einer weiteren Umformstation zugeführt, in der der becherartige Behälter 1 durch Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen weiter verformt wird (Schritt c). In Schritt b) trifft ein, entlang der axialen Richtung 3 verfahrbarer, erster Stempel 10 auf den Bodenbereich 5 des becherartigen Behälters 1 und zieht in Schritt c) das Blechmaterial 2 durch eine Matrize (siehe 8 und 9). Dabei werden der Bodenbereich 5 und der Wandbereich 8 des Behälters 1 zumindest teilweise ausgebildet. Infolge des Auftreffens des ersten Stempels 10 auf den Bodenbereich 5 des becherartigen Behälters 1 wird das Blechmaterial 2 in dem ersten Bereich 9, in dem der erste Stempel 10 das Blechmaterial 2 erstmalig kontaktiert, (wenn keine Vorverformung gemäß Schritt a1) erfolgt ist) lokal geschädigt und die Materialdicke 12 lokal reduziert.
In weiteren Umformprozessen, insbesondere des Bodenbereichs 5, kann diese Beschädigung, z. B. in einer radialen Richtung 21 weiter nach innen, verschoben werden (siehe Pfeil im rechten Bild der 6). Dabei kann gerade dieser geschädigte Bereich ggf. Gegenstand einer weiteren Umformung sein, so dass es zu einer weitergehenden Schädigung oder sogar zu einem Versagen des Blechmaterials 2 kommen kann. Insbesondere wird die lokal reduzierte Materialdicke 12 im Rahmen der weiteren Umformung weiter reduziert, so dass eine für den vorgesehenen Einsatzfall des Behälters 1 zu geringe Materialdicke 12 resultiert oder entstehen kann.
Eine Vorbehandlung des ersten Bereichs 9 kann dazu führen, dass eine Beschädigung infolge der Kontaktierung des ersten Stempels 10 reduziert oder verhindert werden kann und ggf. eine weitergehende Schädigung infolge weiterer Umformung zumindest vermindert oder vollständig unterdrückt werden kann.
Vorliegend wird das dadurch erreicht, dass in einem Schritt a1) eine zumindest teilweise Umformung des Blechmaterials 2 in einem zweiten Bereich 11 erfolgt, wobei der zweite Bereich 11 zumindest teilweise oder (wie hier dargestellt) vollständig den ersten Bereich 9 umfasst bzw. überdeckt. Eine in diesem zweiten Bereich 11 vorliegende Materialdicke 12 des Blechmaterials 2 wird durch die Umformung reduziert und damit zumindest eine Dehngrenze R_p0,2 des Blechmaterials 2 erhöht.
Diese Erhöhung der Dehngrenze und/oder die durch die Umformung erreichte Verfestigung des Blechmaterials 2 führt dazu, dass das Auftreffen des ersten Stempels 10 eine nur noch geringere Verformung des ersten Bereichs 9 verursacht. Weiter wird erreicht, dass das in diesem zweiten Bereich 11 vorliegende Blechmaterial 2 aufgrund der Verfestigung in weiteren Umformungen nicht oder nur in geringerem Maße weiterverformt wird. Insbesondere erfolgt bei der Umformung benachbarter Bereiche ein stark reduziertes oder sogar gar kein Nachfließen des Blechmaterials 2 aus diesem zweiten Bereich 11, sondern nur aus anderen Bereichen. Damit wird verhindert (oder weitgehend reduziert), dass in diesem zweiten Bereich 11 eine weitergehende Reduzierung der Materialdicke 12 auftritt.
Der erste Bereich 9 ist kreisringförmig ausgebildet und entspricht der Kontaktfläche bzw. der Auftrefffläche des ersten Stempels 10 auf dem Blechmaterial 2. Der zweite Bereich 11 ist koaxial zu dem ersten Bereich 9 angeordnet.
Der ringförmige erste Bereich 9 ist durch einen (kleinsten) ersten Innendurchmesser 14 und einen (größten) ersten Außendurchmesser 15 begrenzt. Der ringförmige oder ringsegmentförmige zweite Bereich 11 ist durch einen (kleinsten) zweiten Innendurchmesser 16 und einen (größten) zweiten Außendurchmesser 17 begrenzt. Der zweite Innendurchmesser 16 ist kleiner als der erste Innendurchmesser 14.
Jeder Innendurchmesser 14, 16 verläuft parallel zu dem Außendurchmessers 15, 17 des gleichen Bereichs 9, 11 und ist koaxial dazu angeordnet. Sämtliche Durchmesser 14, 15, 16, 17 sind koaxial zueinander angeordnet. Der zweite Außendurchmesser 17 ist größer als der erste Außendurchmesser 15.
Zwischen den Schritten a) und b) erfolgt in dem Schritt a2) ein Kontaktieren des Blechmaterials 2 mit einem zweiten Stempel 18 und ein nachfolgendes Tiefziehen. Der zweite Stempel 18 weist einen größeren Stempelaußendurchmesser 19 als der erste Stempel 10 auf.
7 zeigt das Werkstück, den becherartigen Behälter 1, gemäß 5 und ein Diagramm. Auf die Ausführungen zu den 1 bis 6 wird verwiesen.
Diese Umformung zu dem becherartigen Behälter 1 wird vor Schritt b) in dem Schritt a2) mit dem zweiten Stempel 18 durchgeführt.
An der horizontalen Achse des Diagramms ist der Abstand 33 der Punkte der Oberfläche des Behälters 1 entlang der Oberfläche von der Mittelachse 40 des Behälters 1 aufgetragen. Auf der vertikalen Achse ist die Materialdicke 12 des Behälters 1 in Millimetern aufgetragen.
Erkennbar ist, dass die Materialdicke 12 im Bodenbereich 5 relativ konstant bei 242 µm liegt. Im Bereich des Stempelaußendurchmessers 19 des zweiten Stempels 18 liegt ein Minimum der Materialdicke bei ca. 235 µm vor. Der sich entlang der axialen Richtung 3 erstreckende Teil des Blechabschnitts 25 weist eine entlang der axialen Richtung 3 zunehmende Materialdicke 12 auf, hier bis zu ca. 300 µm.
8 zeigt das Verfahren während Schritt b) und c) in einer Seitenansicht im Schnitt. 9 zeigt das Verfahren zum Ende des Schrittes c) in einer Seitenansicht im Schnitt. Die 8 und 9 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 1 bis 7 wird verwiesen.
Der becherartige Behälter 1, der nach den Schritten a1), a2) und a3) vorliegt, wird in einer Vorrichtung 29 angeordnet. Diese Vorrichtung 29 umfasst einen Niederhalter 41, eine Auflage 42 sowie einen ersten Stempel 10. Gemäß Schritt b) erfolgt ein Kontaktieren des becherartigen Behälters 1 in einem ringförmigen ersten Bereich 9 mit dem ersten Stempel 10 (siehe auch rechtes Bild der 6) und gemäß Schritt c) ein nachfolgendes Tiefziehen und/oder Fließpressen des becherartigen Behälters 1 zur Ausbildung des Bodenbereichs 5 und des Wandbereichs 8. In Schritt b) trifft ein, entlang der axialen Richtung 3 verfahrbarer, erster Stempel 10 auf den Bodenbereich 5 des becherartigen Behälters 1 und zieht das Blechmaterial 2 in Schritt c) sukzessive durch eine Matrize bzw. eine Öffnung der Auflage 42. Dabei werden der Bodenbereich 5 und der Wandbereich 8 des Behälters 1 zumindest teilweise ausgebildet. Infolge des Auftreffens des ersten Stempels 10 auf den Bodenbereich 5 des becherartigen Behälters 1 wird die Materialdicke 12 des Blechmaterials 2 in dem ersten Bereich 9, in dem der erste Stempel 10 das Blechmaterial 2 erstmalig kontaktiert, lokal reduziert. Infolge der Durchführung des Schrittes a1), also der Umformung des zweiten Bereichs 11, fällt die Reduzierung der Materialdicke 12 infolge des Auftreffens des ersten Stempels 10 nun geringer aus.
Ausgehend von der Position des ersten Stempels 10 gemäß 9 kann während oder nachfolgend zu Schritt c) in einem Schritt c1) ein weiteres Umformen des Bodenbereichs 5 durch einen dritten Stempel 20 (siehe 11) erfolgen, der ggf. unbeweglich angeordnet ist, z. B. durch eine Weiterbewegung des ersten Stempels 10 entlang der axialen Richtung 3.
Ein gegenüber einer radialen Richtung 21 innerhalb des hohlzylindrisch ausgeführten ersten Stempels 10 angeordneter dritter Bereich 22 des Blechmaterials 2 wird durch den dritten Stempel 20 entlang der axialen Richtung 3 hin zum zweiten Ende 6 umgeformt (siehe 11).
Der erste Stempel 10 ist als Hohlstempel ausgeführt, wobei der dritte Stempel 20 zum Ende des Schrittes c1) entlang der axialen Richtung 3 zumindest teilweise in einen Hohlabschnitt des ersten Stempels 10 eintritt. Der dritte Stempel 20 weist gegenüber dem Bodenbereich 5 eine konvex ausgeführte Kontaktoberfläche auf, so dass in dem Bodenbereich 5 eine von außen gesehen konkave Form gebildet wird (siehe 11).
Nach Schritt c) und nach Schritt c1) erfolgt in einem weiteren Schritt d) ein weiteres Umformen des Bodenbereichs 5, wobei ein sich zumindest entlang der axialen Richtung 3 erstreckender Wandabschnitt 23 des dritten Bereichs 22 in einem vierten Bereich 24 in der radialen Richtung 21 nach außen umgeformt wird (siehe 12).
Die folgenden 10 bis 12 verdeutlichen die Problematik des Standes der Technik. Anhand der 10 bis 12 werden auch die nun erzielten Vorteile erläutert.
10 zeigt das Werkstück unmittelbar vor Schritt c1) des Verfahrens in einer Seitenansicht im Schnitt und ein Diagramm (siehe auch Form des Bodenbereichs 5 des Behälters 1 in 9). Auf die Ausführungen zu den 1 bis 9 wird verwiesen.
Auf der linken Seite der 10 ist der Verlauf der Wandung des Behälters 1 ab der Mittelachse 40 dargestellt. Entlang der Wandung sind Messpunkte verteilt angeordnet.
Auf der horizontalen Achse des Diagramms sind die Messpunkte und der Abstand 33 dargestellt. Der Abstand 33 bezeichnet die Distanz eines Punktes der Oberfläche des Behälters 1 von der Mittelachse 40 entlang der Oberfläche des Behälters 1. Auf der vertikalen Achse ist die Materialdicke 12 des Blechmaterials 2 des Behälters 1 dargestellt. In dem Diagramm sind drei Verläufe 34, 35, 36 der Materialdicken 12 des Blechmaterials 2 über Abstände 33 bzw. über die Messpunkte dargestellt.
Der erste Verlauf 34 verbindet die Maxima der an einer Mehrzahl von Behältern 1 gemessenen Materialdicken 12. Der zweite Verlauf 35 verbindet die Mittelwerte der an einer Mehrzahl von Behältern 1 gemessenen Materialdicken 12. Der dritte Verlauf 36 verbindet die Minima der an einer Mehrzahl von Behältern 1 gemessenen Materialdicken 12. Erkennbar ist, dass die Verläufe 34, 35, 36 jeweils ein Minimum aufweisen, dass im Bereich der Messpunkte „10“ bis „12“ liegt. Diese Messpunkte „10“ und „12“ liegen in dem kreisringförmig ausgebildeten ersten Bereich 9, der der Kontaktfläche bzw. der Auftrefffläche des ersten Stempels 10 auf dem Blechmaterial 2 im Rahmen des Schrittes b) entspricht. Dabei werden Werte der Materialdicke 12 von bis zu 222 µm erreicht.
Diese geringen Werte der Materialdicke 12 können durch eine Vorbehandlung des Blechmaterials 2 gemäß Schritt a1) des Verfahrens angehoben werden. Ein so geschaffener zweiter Bereich 11 erstreckt sich dann über den hier dargestellten ersten Bereich 9.
11 zeigt das Werkstück unmittelbar nach Schritt c1) des Verfahrens in einer Seitenansicht im Schnitt und ein Diagramm (siehe auch rechtes Bild der 6). Auf die Ausführungen zu den 1 bis 10 wird verwiesen.
Auf der linken Seite der 11 ist der Verlauf der Wandung des Behälters 1 ab der Mittelachse 40 dargestellt. Entlang der Wandung sind Messpunkte verteilt angeordnet.
Auf der horizontalen Achse des Diagramms sind die Messpunkte und der Abstand 33 dargestellt. Der Abstand 33 bezeichnet die Distanz eines Punktes der Oberfläche des Behälters 1 von der Mittelachse 40 entlang der Oberfläche des Behälters 1. Auf der vertikalen Achse ist die Materialdicke 12 des Blechmaterials 2 des Behälters 1 dargestellt. In dem Diagramm sind drei Verläufe 34, 35, 36 der Materialdicken 12 des Blechmaterials 2 über Abstände 33 bzw. über die Messpunkte dargestellt.
Der erste Verlauf 34 verbindet die Maxima der an einer Mehrzahl von Behältern 1 gemessenen Materialdicken 12. Der zweite Verlauf 35 verbindet die Mittelwerte der an einer Mehrzahl von Behältern 1 gemessenen Materialdicken 12. Der dritte Verlauf 36 verbindet die Minima der an einer Mehrzahl von Behältern 1 gemessenen Materialdicken 12. Erkennbar ist, dass die Verläufe 34, 35, 36 jeweils ein Minimum aufweisen, dass im Bereich der Messpunkte „10“ bis „12“ liegt.
Ein gegenüber einer radialen Richtung 21 innerhalb des hohlzylindrisch ausgeführten ersten Stempels 10 angeordneter dritter Bereich 22 des Blechmaterials 2 wird durch den dritten Stempel 20 entlang der axialen Richtung 3 hin zum zweiten Ende 6 umgeformt. Der erste Stempel 10 ist als Hohlstempel ausgeführt, wobei der dritte Stempel 20 zum Ende des Schrittes c1) entlang der axialen Richtung 3 zumindest teilweise in einen Hohlabschnitt des ersten Stempels 10 eintritt. Der dritte Stempel 20 weist gegenüber dem Bodenbereich 5 eine konvex ausgeführte Kontaktoberfläche auf, so dass in dem Bodenbereich 5 eine von außen gesehen konkave Form gebildet wird.
Infolge dieses, ausgehend von der Form des Behälters 1 gemäß 10, weiteren Umformens des Bodenbereichs 5 gemäß Schritt c1) wird der erste Bereich 9 (und bei Vorbehandlung entsprechend der zweite Bereich 11) in der radialen Richtung 21 nach innen verschoben, so dass nach der weiteren Umformung der erste Bereich 9 (bzw. der zweite Bereich 11; bzw. die Messpunkte 10, 12 der 10) entlang der radialen Richtung 21 zwischen dem ersten Stempel 9 und dem dritten Stempel 20 angeordnet ist.
Aufgrund der konvexen Form des dritten Stempels 20 ordnet sich der erste Bereich 9 (bzw. der zweite Bereich 11) in einem, sich im Wesentlichen entlang der axialen Richtung 3 erstreckenden, Wandabschnitt 23 des dritten Bereichs 22 an.
Die Umformung des Bodenbereichs 5 gemäß Schritt c1) führt zu einer weiteren Vergrößerung der Oberfläche des Blechmaterials 2 im Bodenbereich 5. Dadurch wird die Materialdicke 12 im Bodenbereich 5 weiter verringert (siehe Verläufe 34, 35, 36 der Diagramme in 10 und 11).
Die Verschiebung des ersten Bereichs 9 in den weiter umgeformten Bodenbereich 5 und die infolge der weiteren Umformung resultierende weitere Reduzierung der Materialdicke 12 führt dazu, dass nun (also ohne Vorbehandlung gemäß Schritt a1)) Werte der Materialdicke 12 von bis zu 218 µm erreicht werden.
In weiteren Umformprozessen des Bodenbereichs 5 kann also diese Beschädigung des ersten Bereichs 9 in einer radialen Richtung 21 weiter nach innen verschoben werden. Dabei kann gerade dieser geschädigte Bereich 9 Gegenstand einer weiteren Umformung, hier gemäß Schritt c1) sein, so dass es zu einer weitergehenden Schädigung oder sogar zu einem Versagen des Materials kommen kann. Insbesondere wird die lokal reduzierte Materialdicke 12 im Rahmen der weiteren Umformung weiter reduziert, so dass eine für den vorgesehenen Einsatzfall des Behälters 1 zu geringe Materialdicke 12 resultiert.
Der sich durch eine Vorbehandlung gemäß Schritt a1) ergebende und sich über den ersten Bereich 9 erstreckende zweite Bereich 11 (nämlich der Bereich der Messpunkte „10“ bis „12“) wird sich, wie vorliegend beschrieben der erste Bereich 9, zwischen dem ersten Stempel 10 und dem dritten Stempel 20 anordnen.
Eine Vorbehandlung des ersten Bereichs 9 im Rahmen des Schrittes a1) kann dazu führen, dass eine Beschädigung infolge der Kontaktierung des ersten Stempels 10 reduziert oder verhindert werden kann und damit eine weitergehende Schädigung infolge weiterer Umformung zumindest vermindert oder vollständig unterdrückt werden kann.
12 zeigt das Werkstück nach Schritt d) des Verfahrens in einer Seitenansicht im Schnitt. Auf die Ausführungen zu den 10 und 11 wird verwiesen.
Nach Schritt c) und nach Schritt c1) erfolgt in einem weiteren Schritt d) ein weiteres Umformen des Bodenbereichs 5, wobei ein sich zumindest entlang der axialen Richtung 3 erstreckender Wandabschnitt 23 des dritten Bereichs 22 in einem vierten Bereich 24 in der radialen Richtung 21 nach außen umgeformt wird. Diese zusätzliche Umformung wird insbesondere durchgeführt, um die Formfestigkeit des Bodenbereichs 5 gerade gegenüber hohen Überdrücken eines Getränkebehälters zu erhöhen.
Dieser vierte Bereich 24 umfasst den ersten Bereich 9 und kann gerade deswegen zu einem Materialversagen des vorgeschädigten und in der Materialdicke 12 weiter reduzierten Blechmaterials 2 führen.
Die Vorbehandlung des ersten Bereichs 9 im Rahmen des Schrittes a1) kann dazu führen, dass der vierte Bereich 24 nun den vorbehandelten zweiten Bereich 11 umfasst, so dass eine weitergehende Schädigung infolge weiterer Umformung zumindest vermindert oder vollständig unterdrückt werden kann.
Diese Erhöhung der Dehngrenze und/oder die durch die Umformung erreichte Verfestigung des Blechmaterials 2 infolge der Durchführung des Schrittes a1) führt dazu, dass das Auftreffen des ersten Stempels 10 eine nur noch geringere Verformung des ersten Bereichs 9 verursacht. Weiter wird erreicht, dass das in diesem zweiten Bereich 11 vorliegende Blechmaterial 2 aufgrund der Verfestigung in weiteren Umformungen nicht oder nur in geringerem Maße weiterverformt wird. Insbesondere erfolgt bei der Umformung benachbarter Bereiche kein Nachfließen des Blechmaterials 2 aus diesem zweiten Bereich 11, sondern aus anderen Bereichen. Damit wird verhindert, dass in diesem zweiten Bereich 11 eine weitergehende Reduzierung der Materialdicke 12 auftritt.
Bezugszeichenliste

1: Behälter
2: Blechmaterial
3: axiale Richtung
4: erstes Ende
5: Bodenbereich
6: zweites Ende
7: Umfangsrichtung
8: Wandbereich
9: erster Bereich
10: erster Stempel
11: zweiter Bereich
12: Materialdicke / Wanddicke
13: Winkelbereich
14: erster Innendurchmesser
15: erster Außendurchmesser
16: zweiter Innendurchmesser
17: zweiter Außendurchmesser
18: zweiter Stempel
19: Stempelaußendurchmesser
20: dritter Stempel
21: radiale Richtung
22: dritter Bereich
23: Wandabschnitt
24: vierter Bereich
25: Blechabschnitt
26: Fläche
27: Breite
28: Länge
29: Vorrichtung
30: Halterung
31: Einrichtung
32: Vorschubrichtung
33: Abstand
34: erster Verlauf
35: zweiter Verlauf
36: dritter Verlauf
37: Deckelbereich
38: Kernschräge
39: Volumen
40: Mittelachse
41: Niederhalter
42: Auflage

Claims

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Behälters (1) aus einem Blechmaterial (2), wobei der zumindest durch ein entlang einer axialen Richtung (3) erfolgtes Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen hergestellte Behälter (1) an einem ersten Ende (4) einen das erste Ende (4) zumindest teilweise verschließenden Bodenbereich (5) und daran anschließend einen sich entlang der axialen Richtung (3) hin zu einem zweiten Ende (6) erstreckenden, in einer Umfangsrichtung (7) umlaufend ausgebildeten Wandbereich (8) aufweist; zumindest umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen des Blechmaterials (2); b) Kontaktieren des Blechmaterials (2) in einem ringförmigen ersten Bereich (9) mit einem ersten Stempel (10) und c) nachfolgendes Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen des Blechmaterials (2) zur Ausbildung des Bodenbereichs (5) und des Wandbereichs (8); wobei zwischen den Schritten a) und b) in einem Schritt a1) eine zumindest teilweise Umformung des Blechmaterials (2) in einem zweiten Bereich (11) erfolgt, wobei der zweite Bereich (11) zumindest teilweise den ersten Bereich (9) umfasst, wobei eine in diesem zweiten Bereich (11) vorliegende Materialdicke (12) des Blechmaterials (2) durch die Umformung reduziert wird und damit zumindest eine Dehngrenze R_p0,2 des Blechmaterials (2) erhöht wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der zweite Bereich (11) ringförmig oder ringsegmentförmig ist; wobei der ringsegmentförmig umgeformte zweite Bereich (11) entlang der Umfangsrichtung (7) einen Winkelbereich (13) von mindestens 180 Winkelgrad umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der ringförmige erste Bereich (9) durch einen ersten Innendurchmesser (14) und einen ersten Außendurchmesser (15) begrenzt ist; wobei der zweite Bereich (11) durch einen zweiten Innendurchmesser (16) und einen zweiten Außendurchmesser (17) begrenzt ist; wobei der zweite Innendurchmesser (16) kleiner ist als der erste Innendurchmesser (14).
Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei der zweite Außendurchmesser (17) größer ist als der erste Außendurchmesser (15).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zwischen den Schritten a) und b) in einem Schritt a2) ein Kontaktieren des Blechmaterials (2) mit einem zweiten Stempel (18) und ein nachfolgendes Tiefziehen erfolgt; wobei der zweite Stempel (18) einen größeren Stempelaußendurchmesser (19) als der erste Stempel (10) aufweist.
Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei der Schritt a2) nach dem Schritt a1) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Materialdicke (12) in dem zweiten Bereich (11) infolge der Umformung des zweiten Bereichs (11) um mindestens 3 % reduziert und die Dehngrenze R_p0,2um mindestens 5 % erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt c) zumindest teilweise mit dem ersten Stempel (10) durchgeführt wird; wobei während oder nachfolgend zu Schritt c) in einem Schritt c1) ein weiteres Umformen des Bodenbereichs (5) durch einen dritten Stempel (20) erfolgt, wobei ein gegenüber einer radialen Richtung (21) innerhalb des ersten Stempels (10) angeordneter dritter Bereich (22) des Blechmaterials (2) durch den dritten Stempel (20) entlang der axialen Richtung (3) hin zum zweiten Ende (6) umgeformt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 8, wobei infolge des weiteren Umformens des Bodenbereichs (5) gemäß Schritt c1) der zweite Bereich (11) in der radialen Richtung (21) nach innen verschoben wird, so dass nach der weiteren Umformung der zweite Bereich (11) entlang der radialen Richtung (21) zwischen dem ersten Stempel (10) und dem dritten Stempel (20) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 8 und 9, wobei nach Schritt c) und nach Schritt c1) in einem weiteren Schritt d) ein weiteres Umformen des Bodenbereichs (5) erfolgt, wobei ein sich zumindest entlang der axialen Richtung (3) erstreckender Wandabschnitt (23) des dritten Bereichs (22) in einem vierten Bereich (24) in der radialen Richtung (21) nach außen umgeformt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 10, wobei der vierte Bereich (24) zumindest teilweise den zweiten Bereich (11) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das in Schritt a) bereitgestellte Blechmaterial (2) in einem ebenen Zustand vorliegt und zwischen den Schritten a) und b) in einem Schritt a3) ein Ausschneiden eines Blechabschnitts (25) aus dem Blechmaterial (2) erfolgt, so dass in Schritt c) der Blechabschnitt (25) tiefgezogen und/oder Abstreck-Gleitgezogen wird; wobei der Schritt a1) vor oder nach dem Schritt a3) erfolgt.
Blechmaterial (2), mit einer eine ebene Fläche (26) bildenden Breite (27) und einer Länge (28) sowie einer Materialdicke (12); wobei das Blechmaterial (2) auf der ebenen Fläche (26) eine Vielzahl von ringförmigen oder ringsegmentförmigen zweiten Bereichen (11) umfasst, die eine gegenüber der übrigen Fläche (26) reduzierte Materialdicke (12) aufweisen.
Vorrichtung (29) zur Herstellung eines metallischen Behälters (1) aus einem Blechmaterial (2), wobei die Vorrichtung (29) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche oder zusätzlich zur Herstellung des Blechmaterials (2) nach Patentanspruch 13 geeignet ausgeführt ist; wobei die Vorrichtung (29) zumindest einen ersten Stempel (10) zur Umformung des Blechmaterials (2) zumindest durch Tiefziehen und/oderAbstreck-Gleitziehen, eine Halterung (30) zur Positionierung des Blechmaterials (2) gegenüber dem ersten Stempel (10) sowie eine Einrichtung (31) zur Umformung des Blechmaterials (2) in dem zweiten Bereich (11), also zur Reduzierung der Materialdicke (12) in dem zweiten Bereich (11), umfasst.
Behälter (1), hergestellt aus einem Blechmaterial (2) zumindest durch ein entlang einer axialen Richtung (3) erfolgtes Tiefziehen und/oder Abstreck-Gleitziehen, zumindest umfassend an einem ersten Ende (4) einen das erste Ende (4) zumindest teilweise verschließenden Bodenbereich (5), daran anschließend einen sich entlang der axialen Richtung (3) hin zu einem zweiten Ende (6) erstreckenden, in einer Umfangsrichtung (7) umlaufend ausgebildeten Wandbereich (8) und einen das zweite Ende (6) zumindest teilweise verschließenden Deckelbereich (37); wobei der Behälter (1) zumindest teilweise durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 12, zumindest teilweise aus einem Blechmaterial (2) nach Patentanspruch 13 oder zumindest teilweise mit einer Vorrichtung nach Patentanspruch 14 hergestellt ist.