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Behälter, insbesondere Dose mit zylindrischem Rumpf aus sehr dünnwandigem
Material, insbesondere Blech Die Erfindung betrifft einen Behälter, insbesondere
Dose, mit zylindrischem Rumpf aus sehr dünnwandigem Material, insbesondere Blech,
in welchem zur Versteifung sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung verlaufende
Sicken oder Rippen eingeformt sind.
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Bei der Herstellung von dünnwandigen Behältern ist es seit langem
bekannt, Rippen oder Sicken der verschiedensten Art und zu den verschiedensten Zwecken
einzuprägen und anzuordnen. So ist es z. B. für das konstruktive Versteifen von
Bauteilen aus verstärkten Kunststoffen bekannt, insbesondere bei relativ großflächigen
und dünnwandigen Bauteilen, zusätzliche Versteifungen oder Randwülste vorzusehen.
Dafür werden gesonderte Profile verwendet, welche der Umrißgestalt der Flächen angepaßt
werden müssen und die nachträglich mit diesen Flächen fest verbunden werden. Als
Stützmaterial für solche Versteifungswülste hat man zur Vereinfachung der Anpassung
ein flexibles Rillenrohr verwendet, das sich leicht und exakt anpassen läßt und
als verlorener Kern geringen Gewichtes und vernachlässigbarer thermischer Ausdehnung
angesehen werden kann. Ein solches Rohr aus Papier mit Aluminiumversteifung wird
in der Regel als Halbrohr verwendet, auf die gewünschte Länge zugeschnitten und
an der Oberfläche befestigt, worauf man auf der Außenseite das für die Versteifungsrippe
gewünschte Material als Schichtwerkstoff oder Gießwerkstoff aufbringt.
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Es ist aber auch bereits bekannt, Rippen oder Sicken in dem Material
selbst vorzusehen. In einem Falle hat man zur Herstellung eines Behälters aus dünnem,
faltbarem Blech die einzelnen Flächen durch längsverlaufende Rippen versteift, während
an den Biegestellen quer zu den Versteifungsrippen verlaufende Sicken angeordnet
sind, um das Abbiegen der einzelnen Blechabschnitte zu erleichtern. Für den gleichen
Zweck hat man auch den ganzen Biegebereich mit einer Mehrzahl von parallelen, nebeneinander
verlaufenden Wellungen versehen, wobei diese Wellungen quer zur Biegerichtung verlaufen
und die gleichen Eigenschaften wie ein Faltenbalg besitzen.
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Es ist aber auch bereits bekannt, solche Einprägungen zur Versteifung
der Flächen selbst zu benutzen. So hat man bei einer Kartonschachtel vorgesehen,
die Wandung mit reihenweis angeordneten Erhöhungen bzw. Vertiefungen oder abwechselnd
mit Erhöhungen und Vertiefungen zu versehen. In einem anderen bekannten Fall hat
man einen Plastikbecher entlang seiner Umfangsfläche mit über
einen erheblichen Teil
der Höhe des Bechers durchlaufenden Versteifungsrippen versehen, wobei die Rippen
gegenüber einer Mantellinie des Bechers im Zickzack verlaufen, wobei alle Rippen
parallel zueinander angeordnet sind und den gleichen Zickzackverlauf besitzen. Die
Rippen weisen damit über die Höhe des Behälters abwechselnde vertikale, horizontale
und diagonale Komponenten auf, so daß die Wand in einer Mehrzahl von Richtungen
versteift wird.
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Solche Versteifungen sind bei dünnwandigen Behältern von großer Bedeutung,
da derartige Behälter z. B. unter dem Einfluß eines hohen inneren Vakuums und/oder
von mechanischer rauher Behandlung erheblichen Beanspruchungen und Drücken ausgesetzt
sind, die dazu neigen, die Behälterwandung flachzudrücken oder zu verbeulen oder
die Querschnittsform des Behälterrumpfes zu verhindern.
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Zur Versteifung von im Querschnitt runden Dosen ist es bekannt, den
Dosenrumpf mit mehreren Umfangssicken zu versehen, welche den Verformungskräften
einen erhöhten Widerstand entgegensetzen.
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In Umfangsrichtung verlaufende Sicken bilden jedoch gleichzeitig eine
Schwächung der Festigkeit des Materials in axialer Richtung, da die Sicken selber
Stellen erhöhter Zusammendrückbarkeit in axialer
Richtung bilden.
Es ist auf der anderen Seite bekannt, durch entlang einer Umfangslinie verlaufende
Sicken die axiale Steifigkeit solcher Behälter zu erhöhen. Diese in axialer Richtung
verlaufende Sicken oder Rippen führen jedoch zu einer Schwächung des Widerstandes
gegen Einbeulen oder Flachdrücken des Behälters. So hat beispielsweise die Praxis
gezeigt, daß eine Umfangssicke, die zu einer 2000/obigen Vergrößerung der Widerstandsfähigkeit
gegen Flachdrücken der Dose im Vergleich zu einer Dose ohne Sicken führt, eine Verminderung
der axialen Festigkeit gegen Belastungen um mehr als 301°/o zur Folge hat. Zur Beseitigung
dieser Schwierigkeiten hat man entweder den Rippenverlauf wie oben erwähnt in Zickzackform
gegenüber einer Mantellinie angeordnet, oder aber man hat die in Umfangsrichtung
verlaufenden Rippen unterbrochen, und zwar an verschiedenen Stellen und durch die
Unterbrechungsstellen axiale Rippen geführt, die ihrerseits an Stellen unterbrochen
sind, an denen Umfangsrippen vorbeilaufen. Durch geschickte Verteilung der Unterbrechungsstellen
konnte man auf diese Weise eine merkliche Verbesserung der allgemeinen Festigkeit
solcher Behälter erzielen. Ein Spezialfall bildet die obenerwähnte Faltschachtel
mit napfförmigen Einpressungen, die in Diagonalreihen zueinander angeordnet sind.
Bei einer derart verbesserten Anordnung der Rippen oder Sicken ist es möglich, die
axiale Festigkeit einer in üblicher Weise mit Umfangsrippen versehenen Dose um 70
°/o zu vergrößern, allerdings unter Inkaufnahme einer 450/oigen Verringerung der
Widerstandsfähigkeit gegen seitliches Flachdrücken. Die Schwierigkeiten dieser bekannten,
verbesserten Anordnung von Rippen und Sicken an den Wänden von dünnwandigen Behältern
bestehen darin, daß jeweils in einem bestimmten Abschnitt des Behälters die Rippen
alle in ein und derselben Richtung verlaufen und daher lediglich in Richtung des
Rippenverlaufs eine Verbesserung der Festigkeit bringen, jedoch gleichzeitig in
einer Richtung etwa senkrecht zu der Längserstreckung der Rippen eine Schwächung
der Widerstandsfähig, keit des Behältermaterials gegenüber einer mit keinen Versteifungsrippen
versehenen Anordnung zur Folge haben. Mit anderen Worten gesagt ist die Festigkeit
jedes Behälters gegen axiale und radiale Kräfte jeweils nur so groß, wie es die
schwächste Stelle des Behälters ist. Bei der Faltschachtel mit den eingeprägten
Eindrückungen, die in Reihen angeordnet sind, sind die schwächsten Stellen die zwischen
den Reihen verlaufenden, unverformten Wandbereiche.
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Bei den mit zickzackförmigen Rippenverlauf versehenen Behältern ist
die Festigkeit jedes einzelnen Abschnittes des Behälters bestimmt durch die zur
Mantellinie des Behälterumfangs in gleicher Richtung schräg verlaufenden, und zwar
gleichgerichteten Rippen. Die Erhöhung der Festigkeit des Behälters gegen axiale
Drücke ist bei diesem schrägen Verlauf der Rippen kleiner, und zwar erheblich kleiner
als bei einem Behälter, der nur Rippen aufweist, die genau achsparallel verlaufen.
Bei axialem Druck neigt der Behälterabschnitt daher dazu, zu tordieren, wobei durch
die wechselnden Neigungen der Rippen die Tendenz noch verstärkt wird, daß der Behälter
unter axialem Druck balgartig zusammengedrückt wird. Es wird aber durch den schrägen
Verlauf auch keine besonders große Steigerung der Festigkeit gegen radiale Drücke
erzielt, da
die Rippen nur relativ wenig gegenüber dem achsparallelen Verlauf abweichen.
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Es zeigt sich also bei näherem Zusehen, daß der angestrebte Zweck,
dünnwandige Behälter durch geschickte Anordnung von Einprägungen oder Rippen gegenüber
Kräften aus möglichst allen Richtungen zu versteifen, nicht oder nur in sehr unvollkommener
Weise erreicht wird.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem
Behälter der eingangs näher bezeichneten Art die Anordnung so zu treffen, daß die
bekannte Aufgabe der Erhöhung der Festigkeit der Behälter gegen Kräfte aus allen
Richtungen in optimaler Weise gelöst wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die in sich geschlossenen
Umfangsrippen etwa gleichmäßig über die Höhe des Rumpfes verteilt sind und die in
Umfangsrichtung verteilten Axialrippen von oberhalb der obersten Umfangsrippe bis
unterhalb der untersten Umfangsrippe reichen und alle Umfangsrippen kreuzen und
daß die Rippenhöhe an jeder Kreuzungsstelle etwa gleich der algebraischen Summe
der Höhe der Umfangsrippe und der Axialrippe ist.
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Hierbei werden zunächst, wie im bekannten Falle, sowohl Umfangsrippen
als auch Axialrippen verwendet, die jedoch im Gegensatz zu der bekannten Anordnung
in sich geschlossene Umfangsrippen bzw. von der Oberkante bis zur Unterkante durchgehend
laufende Axialrippen sind, die also über die ganze Höhe und über den ganzen Umfang
des Behälters ihre volle Versteifungsfunktion erfüllen. Gleichzeitig ist aber dafür
gesorgt, daß an den kritischen Kreuzungsstellen der Umfangsrippen und der Axialrippen
eine Verminderung der Funktion beider Rippen nicht stattfindet, indem an diesen
Stellen das Behältermaterial in verstärktem Maße verformt ist, und zwar im Sinne
der algebraischen Summe der Verformung einer Axialrippe und einer Umfangsrippe.
Es hat sich gezeigt, daß man mit dieser Ausgestaltung das seit langem bestehende
Problem in wirklich befriedigender Weise lösen kann, so daß hiermit erstmals die
Voraussetzung dafür geschaffen wird, Behälter aus sehr dünnwandigem Material, insbesondere
sehr dünnwandigen Blechen herzustellen, ohne daß die Gefahr besteht, daß bei der
mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden automatischen Handhabung solche Behälter beim
Füllen und Verschließen bzw. im rauhen Betrieb während des Transportes und der Lagerung
und des Verbrauches starken Verformungen und gegebenenfalls Verletzungen unterliegen.
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Dabei ist zu berücksichtigen, daß Verformungen der Behälter nicht
notwendigerweise zu einem Unbrauchbarwerden des Inhaltes führen müssen, sondern
in starkem Maße dazu führen, daß derartige Waren nicht mehr zum selben Preis verkauft
werden können. Es ist dies bisher eines der wesentlichen Hindernisse dafür gewesen,
daß man sehr dünnwandige Materialien für die Verarbeitung zu Behältern verwendet
hat.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei ist darauf hinzuweisen,
wenn in der nachfolgenden Beschreibung von der Amplitude einer Rippe oder Sicke
gesprochen wird, darunter die Scheitelhöhe der Rippe oder Sicke verstanden wird.
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Fig. 1 ist eine schaubildliche Darstellung eines zylindrischen Dosenrumpfes,
dessen Wand erfindungsgemäß
durch einander überlagerte Axialumfangssicken
gefestigt und verstärkt ist; Fig.2 ist ein vergrößerter senkrechter Schnitt nach
der Linie 2-2 der Fig. 1, der eine für die Zwecke der Erfindung geeignete Umfangssickengestaltung
zeigt; F i g. 3 zeigt in gleicher Darstellung wie F i g. 2 eine abgeänderte Form
der für die Zwecke der Erfindung geeigneten Umfangssickengestaltung; F i g. 4 ist
ein Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1, der eine erfindungsgemäße Axialsickengestaltung
zeigt; Fig.5 zeigt in gleicher Darstellung wie Fig.4 eine abgeänderte erfindungsgemäße
Axialsickengestalt.
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Die in Fig. 1 dargestellte Dose besitzt den zylindrischen Rumpf 11,
der in üblicher Weise an seinen Enden geschlossen bzw. verschließbar ist. Der Rumpf
11 ist mit einer Anzahl paralleler, ohne Unterbrechung rings um seinen Umfang herumgeführte
Sicken 12 und außerdem mit einer Anzahl senkrecht angeordneter Axialsicken 13 versehen,
welch letztere parallel und in Abständen zueinander über den Umfang des Rumpfes
11 verteilt sind. Die Axialsicken 13 erstrecken sich rechtwinklig zu den Umfangssicken
12, und zwar ohne Unterbrechung, von der untersten bis zur obersten Umfangssicke.
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Dabei kreuzen und vertiefen sie jede Umfangssicke an überlagerten
Sickenbereichenl4 derart, daß die Tiefe dieser Bereiche 14 gleich ist, etwa der
algebra-< ischen Summe der Tiefe der Umfangssicken 12 und der Axialsicken 13.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß dem Beispiel der Fig.
2 sind die Umfangssicken 12 im Abstand zueinander angeordnet und nach außen vorspringend.
Dagegen grenzen die Umfangssicken 12 bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß
dem Beispiel der Fig.3 unmittelbar aneinander, wobei sie abwechselnd nach außen
und innen vorspringen. Bei beiden Ausführungsformen der nach F i g. 2 wie der nach
F i g. 3 springen die Axialsicken 13 nach außen vor mit der Tiefe jedes überlagerten
Sickenbereiches 14, die gleich der algebraischen Summe der Tiefe der entsprechenden
Axialsicke 13 und Umfangssicke 12 ist.
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Bei der Gestaltung der Umfangssicken gemäß Fig.3 folgt jede einzelne
Axialsicke 13 einer von der obersten Umfangssicke bis zur untersten Umfangssicke
des Dosenrumpfes sich erstreckenden Sinuslinie.
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Bei der Ausführungsform der Axialsicken 13 gefäß Fig.4 sind die Sicken
im Abstand zueinander angeordnet und nach außen vorspringend ausgebildet. Eine abgeänderte
Ausführungsform zeigt F i g. 5, wo die Axialsicken 13 unmittelbar aneinanderstoßen
und abwechselnd nach außen und innen vorspringen.
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Bei beiden Ausführungsformen, sowohl der nach F i g. 4 wie der nach
F i g. 5, sind die Umfangssicken 12 nach außen vorspringend mit einer Tiefe des
überlagerten Sickenbereiches 14, die gleich der algebraischen Summe der Tiefe der
Umfangssicke 12 und der entsprechenden Axialsicke 13 ist. Bei der Gestaltung der
Axialsickung gemäß Fig. 5 folgt jede Umfangssicke 12 einer Sinuslinie rings um den
Dosenrumpf herum.
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Die Relativverhältnisse der Totalamplitude der Sickung in jede Richtung
kann erheblich variieren je nach den gewünschten Eigenschaften der Dose.
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So können z. B. die Umfangssicken den größeren Prozentsatz der Totalamplitude
ausmachen, wo es hauptsächlich auf die Widerstandsfähigkeit gegen Flachdrücken des
Dosenrumpfes ankommt. Oder die Axialsicken haben den größeren spezifischen Anteil
an der Gesamtamplitude in Fällen, wo es auf eine Widerstandsfähigkeit gegen eine
axiale Belastung der Dosen ankommt. Ferner können für irgendeine gegebene Totalamplitude
der Sicken in irgendeiner Richtung die individuellen Faktoren, die zu solcher Gesamtamplitude
beitragen, gegenüber den in der Zeichnung dargestellten erheblich abweichen, so
z. B. die Anzahl, die Breite und die Tiefe der Sicken.
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Die Sickenbildung gemäß vorliegender Erfindung kann durch Einbrechen
in den Dosenrumpf mittels irgendeiner normalen üblichen Sickenerzeugungstechnik
erfolgen. Zum Beispiel können die Sicken in die Dosenrumpfrohlinge durch Einpressen
oder Einrollen vor der Bildung des Dosenrumpfes erzeugt werden. Oder die Sicken
werden in den schon fertiggestellten Dosenrümpfen durch Verfahren wie Explosionsformung,
pneumatische Formung oder durch magnetische Impulse oder elektrodynamische Formung
erzeugt.
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Die überlagerte Axialumfangssickengestaltung nach vorliegender Erfindung
stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber bekannten Arten der üblichen Umfangssickengestaltungen
dar im Hinblick auf die geringe Verminderung des Widerstandes gegen Flachdrücken,
der durch die Vergrößerung der axialen Festigkeit verursacht wird. An Hand der überlagerten
Axialumfangssickung wurde z. B. festgestellt, daß eine Umfangs- zu einem Axialsickenverhältnis
von 70 : 30 eine 800/obige Vergrößerung der axialen Festigkeit einer mit üblichen
Umfangssicken versehenen Dose bei einer dabei auftretenden Einbuße an Widerstandsfähigkeit
gegen Flachdrücken von weniger als 40 0/o ergibt im Vergleich mit der GOO/oigen
Einbuße an solchem Flachdrückwiderstand bei unterbrochener Sickung zwecks Erzielung
einer gleichen 800/eigen Vergrößerung der axialen Festigkeit. Ferner wurde festgestellt,
daß in gleicher Weise ein 75 25 betragendes Verhältnis zwischen Umfangs- und Axialsicken
zu einer 700/oigen Vergrößerung der axialen Festigkeit einer in üblicher Weise mit
Umfangssicken versehenen Dose führt bei einer dabei auftretenden Einbuße an Flachdrückwiderstand
von weniger als 35 °/o (im Vergleich mit 450/oiger Einbuße an Widerstand gegen Flachdrücken,
die in Kauf genommen werden muß bei Unterbrechung der Sicken zwecks Erzielung einer
gleichen 700/oigen Erhöhung der axialen Festigkeit). Zwecks Feststellung dieser
Vorteile auf andere Weise, z. B. im Hinblick auf Dosen ohne Sicken, erbringt bei
einer Einbuße von 10 °/o an axialer Festigkeit eine überlagerte Axialumfangssickung
mit einem Verhältnis von 70 : 30 Umfangszu Axialsicken eine Vergrößerung des Widerstandes
die im Flachdrücken von mehr als 80°/o, verglichen mit der entsprechenden Vergrößerung
von nur 30°/0, die mit unterbrochenen Sicken zu erzielen ist.
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In gleicher Weise wird bei einer Einbuße von 15 0/o an Axialfestigkeit
durch eine überlagerte Axialumfangssickung im Verhältnis von 75:25 Umfangszu Axialsicken
der Widerstand gegen Flachdrücken mehr als 950/0 vergrößert im Vergleich mit einer
entsprechenden Vergrößerung von nur 65 0/o bei unterbrochener Sickung. Außerdem
vergrößert eine
überlagerte Sickung im Verhältnis von 65 : 35 Umfangs-
zu Axialsicken den Widerstand gegen Flachdrücken mehr als 600/0 im Hinblick auf
eine ungesickte Dose ohne jede Einbuße an Axialfestigkeit, wogegen es mit unterbrochener
Sickung unmöglich ist, den Widerstand gegen Flachdrücken über 50/1 hinaus ohne Verringerung
der Axialfestigkeit zu vergrößern. Überdies wird, während es mit unterbrochener
Sickung ganz unmöglich ist, im Vergleich zur ungesickten Dose gleichzeitig den Widerstand
gegen Flachdrücken und die axiale Festigkeit zu vergrößern, durch eine überlagerte
Axialumfangssickung im Verhältnis 50 : 50 gleichzeitig um mehr als 300/0 sowohl
die Widerstandsfähigkeit gegen Flachdrücken als auch die axiale Festigkeit erhöht.
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Wenn der letzt aufgeführte Vergleich ferner in Verbindung mit der
oben festgestellten Tatsache in Betracht gezogen wird, daß eine 3O0/oige Vergrößerung
der Widerstandsfähigkeit gegen Flachdrücken mit unterbrochener Sickung nur unter
einer 100/obiger: Einbuße an axialer Festigkeit zu erzielen ist, damit besonders
deutlich, daß die überlagerte Axialumfangssickungsgestaltung gemäß vorliegender
Erwindung, die keine größere Gesamtamplitude der Sickung erfordert, wie die gebräuchliche
Umfangssickengestaltung eine optimale Kombination der Widerstandsfähigkeit gegen
Flachdrücken und der Widerstandsfähigkeit gegen axiale Belastung erbringt.