DE1657137A1 - Dosenrumpf - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-INQ. FRITZ THIELEKE. DR.-INQ. RUDOLF DÖRING DR. JOACHIM FRICKI

BRAUNSCHWEIG - MÜNCHEN

Continental Can Company, Inc., iiew York 17, h.Y. / USA,

633 Third Avenue

"Dosenrumpf"

Die Erfindung betrifft einen Dosenrumpf aus Metall mit metallisch gebundener Rumpflängsnaht sowie mit Bördelrändern an den Rumpfenden, vorzugsweise einen Dosenrumpf mit geschweißter Mäht-,

Wenn ein Dosenrumpf als Torbereitungshandlung für das Befestigen von Deckel und/oder Boden gebördelt wird, damit die anschließende Ausbildung des Doppelfalzes vorgenommen werden kann, dann wird das Metall an den Außenkanten des Rumpfes einer Dehnung bzw. Streckung in der Größenordnung von Bfo unterzogen. Das Ergebnis dieser Behandlung der Rümpfenden besteht darin, daß sich in ihnen eine umfängliche Spannungsbeanspruchung einsteilt, deren Stärke So weit ansteigen kann, daß das Material des Rumpfes zu Bruch geht. Wenn es sich um Dosenrümpfe mit geschweißten Rumpfnähten handelt, dann ist die Heigung der Rümpfe zum Brechen noch wesentlich großer als bei anderen Dosenrümpfen. Dafür sind mehrere Gründe maßgebend. Der erste Crrtind besteht darin, daß die Dicke des Metalles im Bereich der geschweißten Naht nahezu doppelb so groß inb wie in den anderen

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Bereichen des Rumpfes, so daß der Widerstand dieses Bereiches gegen eine Streckung viel größer ist als der der anderen Bereiche. Das hat zur Polge, daß die Streckung, die normalerweise in dem Bereich erfolgen soll, der durch die Ausbildung der Naht doppelt stark ist, in den unmittelbar benachbarten Bereichen des Metalles eintritt. Der zweite Grund besteht' darin, daß das Metall des Rumpfes in unmittelbarer Nachbarschaft der Rumpflängsnaht durch die Schweißwärme angelassen wird und insbesondere dann, wenn der Rumpf aus einem relativ harten Metall gefertigt wird, im Vergleich zu den übrigen Rumpfbereichen weich wird. Als dritter Grund ist schließlieh anzusehen, daß das Metall in unmittelbarer Nachbarschaft der Schweißnaht dünner als in den übrigen Bereichen sein kann, weil diese Bereiche eine mechanische Reinigung als Vorbereitung für den Schweißvorgang erfahren und während des Schweißens außerdem auch noch der Wirkung der Sehweißröllen ausgesetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dosenrumpf derartig auszubilden, daß die Neigung,beim Bördeln der Ränder zu Bruch zu gehen, vermindert oder ausgeschlossen wird.

Diese Aufgabe wird bei dem einleitend genannten Doseniumpf erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich der' Rump'fendkanten ein System von Auszwickungen vorgesehen

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Bei der Ausbildung der Auszwickungen ist es jedoch erforderlich', darauf zu achten, daß durch sie keine Beeinträchtigung bei der Ausbildung des Doppelfalzes eintreten kann. Infolgedessen ist die besondere Ausbildung und Anordnung der Ausswickungen ein wesentliches erfinderisches Merkmal.

Es wurde gefunden, daß Ausζwickungen, die sich unmittelbar im Bereich der geschweißten Naht beiderseits derselben befinden und die eine vergleichsweise flache Gestalt aufweisen, die bevorzugt durch Ausschlagen oder Stanzen eines Radius geschaffen wird, zu den vorteilhaftesten Ergebnissen führen.Es wurde aber außerdem auch gefunden, daß unter gegebenen bestimmten Bedingungen auch andere Ausbildungen der Auszwickungen sowie auch Schwächungslinien zufriedenstellende Ergebnisse liefern.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Dosenrumpfes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Pig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines gebördelten Rumpfendes im Bereich der geschweißten Längsnaht mit der bei derartigen Rümpfen häufig auftretenden typischen Bruchstelle.

Fig. 2 zeigt eine im Maßstab verkleinerte Draufsicht auf eine erfindungsgemäß ausgebildete Dosenrumpfzarge.

Pig. 3 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Dosenrumpf in ungebördeltem Zustande in perspektivischer Darstellung. 00 9883/0122

Fig. 4 zeigt eine der Mg. 1 entsprechende perspektivische Teilansicht des oberen Endes des erfindungsgemäß ausgebildeten gebördelten Dosenrumpfes im Bereich der Längsnaht.

Fig. 5 stellt eine im Maßstab vergrößerte Teildraufsicht auf eine Ecke der Bosenrumpfzarge bei bevorzugter Ausbildung der Auszwickungen dar.

Fig. 6 zeigt eine Teildraufsicht gemäß Fig* 5 bei einer anderen Ausbildung der Auszwickung.

Fig. 7 zeigt eine der Fig. 5 entsprechende Draufsicht, bei welcher anstelle der Auszvrickungen eine Schwächungslinie in der Rumpfzarge vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft metallische Dosenrümpfe, insbesondere Rümpfe mit geschweißter Längsnaht. Diese werden aus Dosenrumpf zargen geformt, die im Vergleich zu herkömmlichen Rumpfkonstruktionen aus relativ dünnem Metallblech bestehen. Dieses dünne Metallblech wird durch die Bearbeitung (Verformung) gehärtet. IJm ein gleichförmiges Schweißen der Rumpfnaht sicherzustellen,^ ist es vorteilhaft, wenn die Kanten der Rumpf zarge in dem Bereich, in welchem sie verschweißt werden sollen, frei von Überzügen und Verunreinigungen sind» Eine praktische Methode, diese Forderung zu erfüllen, besteht in einer mechanischen schabenden oder kratzenden Oberflächenbehandlung, durch welche jedoch eine gewisse Schwächung oder Verringerung der Metallstärke eintritt.

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Die Rumpfzarge wird nach dieser Behandlung in eine Zylinderform überführt. Dies geschieht in herkömmlicher Weise. Danach wird die Rumpfnaht geschweißt. Die Hitze, die dabei längs der Naht aufgewendet wird, fließt teilweise in die benachbarten Bereiche des Metalles des Dosenrumpfes ab und wird dort verteilt. Im unmittelbaren Bereich der Rumpfnaht ist jedoch die Wärmeeinwirkung so groß, daß ein Anlassen des gehärteten Werkstoffes eintritt, durch welches der Rumpf im unmittelbaren Nachbarschaftsbereich der Längsnaht wesentlich weicher als im übrigen Bereich wird und demzufolge auch in diesem Bereich stärker als in den anderen Bereichen gestreckt wird. Zusätzlich tritt wegen der Schwächung der Materialstärke im Bereich der Rumpfnaht,die durch die Reinigungsbehandlung und/οder die Wirkung der Schweißrollen eintritt, auch noch eine erheblich stärkere mechanische Streckung oder Dehnung des unmittelbar im Nachbarschaftsbereich der Rumpfnaht liegenden Metalles ein, wenn eine Beanspruchung durch Dehnung erfolgt. Da das Metall im Bereich der geschweißten Naht nahezu doppelt so dick wie im übrigen Rumpfbereich ist, tritt in der Naht auch keine angemessene Streckung des Werkstoffes auf, so daß das im unmittelbaren Nachbarschaftsbereich der Naht liegende Material eine wesentlich stärkere Streckung erleidet und gefährlichen Beanspruchungen ausgesetzt wird, weil zusätzlich zu der normalen Streckung auch noch jene Streckung hinzukommt, durch welche die ünnachgiebigkeit der Rumpfnaht ausgeglichen werden muß.

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Wenn der im vorstehenden beschriebene Dosenrumpf gebördelt wird, um seine Enden für die weitere Bearbeitung vorzubereiten, dann werden die Endkanten einer Streckung um etwa 896 ausgesetzt. Während der Bördelung wird der gesamte Endteil des Rumpfes durch Uafangsspannungen beansprucht. Zusätzlich wird der gebördelte Bereich des Rumpfes aber auch noch im Bereich der Innenoberfläche axialen Dehnungsspannungen und im Bereich der Außenoberfläche axialen Druckspannungen unterworfen.

In der Pig. 1 ist ein Teil eines Dosenrumpfende3 eines Rumpfes 10 mit geschweißter liaht gezeigt. Dieser weist einen Bördelrand 11 auf, der zur Vorbereitung der Deckelbefestigung durch Ausbildung eines Doppelfalzes geformt wurde. Die doppelte Stärke des Materiales im Bereich der geschweißten Rumpfnaht 12 ist bei Betrachtung der 3?ig. 1 deutlich erkennbar.

Während des Bördelvorganges des Rumpfendes des Rumpfes tritt aus den im vorstehenden genannten Gründen eine Materialbeanspruchung ein, die durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist. Unter dem Einfluß dieser Beanspruchung tritt in unmittelbarer llaehbarschaft der Schweißnaht 12 des gebördelten Rumpfes 10 ein Pließen oder Reißen des Werkstoffes ein und es ergibt sich eine Bruchstelle 13· Sobald die axiale Länge der Bruchstelle 13 größer als die axiale länge des Metalles ist, das in den Doppelf als; eingearbeitet wird, muß der Rumpf 10 aus naheliegenden Gründen 009883/0122

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- 7 als Ausschußerzeugnis betrachtet werden.

Es iat zu beachten, daß das in Fig. 1 gezeigte Brechen des Rumpfes nur dann auftritt, wenn durch die Schweißung der Rumpfnaht 12 eine wirksame metallische Bindung geschaffen wurde, die auch das Rumpfende voll mit erfaßt. Im Falle einer unvollkomraenenen ungenügenden Schweißung des Rümpfendes hingegen können sich die Nahtkanten infolge der ungenügenden metallischen Bindung trennen und beim Bördeln in Umfausrichtung voneinander entfernen.

Es wurde festgestellt, daß das beim Bördeln von Dosenrümpfen infolge der ümfangsspannungsbelastungen auftretende Brechen durch ein Auszwicken der Dosenrumpfzarge entsprechend eines bestimmten Systemes vermiedexfrird. Eine bevorzugte Ausführung des Auszwickens sieht eine flache Auszwickung 14 vor, die beiderseits der geschweißten Rumpfnaht 12 vorgesehen ist und jeweils zur Endkante des Dosenrumpfes 10 offen ist.

In der Fig. 2 ist eine Dosenrumpfzarge 15 gezeigt, aus welcher der Rumpf 10 geformt wird. Die Auszwickungen werden im ebenen Zustand der Rumpfzarge 15 ausgebildet. Erst danach wird die Rumpfzarge 15 in die Zylinderform überführt, wobei sich die längskanten der Zarge in eine tiberlapplage bewegen und die Längsnaht 12 durch Schweißung gebildet wird. Die Auszwickungen 14 sind nach Ausbildung der Schweißnaht beiderseits der liaht 12 angeordnet, wie sich am besteh bei Betrachtung der Jig. 3 erkennen lädt.

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Der Dosenrumpf gemäß Fig. 3 kann an seinen Eiden in irgendeiner geeigneten Weise gebördelt sein. Durch die "vorgesehenen Aus— "* zwickungen 14» die sich dicht beiderseits neben der Längsnaht 12 befinden, wird der zwischen den Aus zwickungen 14 liegende, im wesentlichen von der geschweißten Naht 12 gebildete Teil ■ des Rumpfendes lediglich umgebogen, wenn die Bördelung vorgenommen wird, so daß keinerlei unzulässige ümfangsspannungen auftreten können. Der restliche Teil der Rumpf endkanten des ^ Rumpfes 1Ό wird während der Bildung des Bördelrandes 11 gestreckt. Dabei treten jedoch keinerlei Bereiche in Erscheinung, in denen die Streckbeanspruchung unzulässig groß ist, so daß die Bördelung ohne die Gefahr des Zu-Bruch~Gehens durchgeführt werden kann.

Im Hinblick auf die Pig. 4 ist hervorzuheben, daß durch oder bei der Bördelbehandlung Umfangsspannungen im Dosenrumpf 10 in einem Bereich axial innerhalb der Auszwickungen 14 auftreten. Diese Spannungen im Metall des Rumpfes im Bereich,der ψ axial innerhalb der Auszwickungen 14 liegt, sind jedoch bei weitem nicht so groß wie die Spannungen, die im Bereich der Endkante des Rumpfes erzeugt werden, so daß durch sie kein Brechen des Metalles verursacht werden kann.

Es ist hervorzuheben, daß die Gestalt und Tiefe und Anordnung der Auszwickungen 14 wichtige Kriterien sind. Die Tiefe der Auszwickungen 14 muß nämlich zunächst so klein wie möglich gehalten werden, um die einwandfreie Ausbildung des Doppelfalzes zur Befestigung des Deckels am Dosenrumpf 10 zu er-

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möglichen. Die Auszwiekungen 14 müssen andererseits eine Gestalt besitzen, durch die das Entstehen von punktförmig konzentrierten Belastungen vor allem im Bereich der Ränder der Auszwickungen mit Sicherheit ausgeschlossen wird. Schließlich müssen die Auazwickungen 14 auch- so nahe "bei der geschweißten Naht 12 liegen, daß sie ihre Aufgabe, die Spannungsbelastung zu senken, auch erfüllen können.

In der Pig. 5 ist eine Ecke der Dosenrumpfzarge 15 in größerem Maßstabe in Einzelheiten dargestellt, normalerweise ist die Dosenrumpfzarge auf beiden Oberflächen mit einer Beschichtung

16 versehen. Die Oberfläche der Rumpfzarge 15, die zur Innenoberfläche des Rumpfes 10.wird, trägt eine geeignete Schutzschicht, während die Außenoberfläche mit Dekorüberzügen versehen ist. Um- einen einwandfreien elektrischen Kontakt zwischen den zur Nahtbildung in Überlappstellung überführten Kantenteilen der Rumpfzarge einerseits sov/ie den Rumpfteilen und den Schweißelektroden andererseits zu gewährleisten, sind die Seitenkanten der Rumpfzarge bei 17 einer Reinigungsbehandlung unterzogen worden. Die Breite der gereinigten Zonen

17 entspricht wenigstens der Breite der Überlappung der Längskänten, die bei der Bildung der geschweißten Rumpfnaht 12 vorgenommen wird, sie ist jedoch normalerweise geringfügig größer, um eine wirksame Reinigung zu gewährleisten. Obwohl die Reinigung des Kantenbereiches 17 auf unterschiedliche Arten durchgeführt werden kann, hat sich herausgestellt, daß die wirksamste Art durch eine die Oberfläche abtragende Behandlung mit schabendem oder kratzendem Charakter ist, bei

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welcher jedoch eine geringfügige Verdünnung und Schwächung des Metalles der Rumpfzarge 15 entsteht.

Es ist vorteilhaft, wenn die Auszwickungen 14 in einem Abstand außerhalb der Kantenbereiche 17 angeordnet werden, falls diese bei einer Reinigungsbehandlung der Rumpfzarge geschwächt werden. Erfindungsgemäß sind die Auszwickungen 14 von der äußersten Kante der Rumpf zarge 15 um einen Abstand X entfernt. Bei einer Getränkedose mit einem Durchmesser von etwa 73 mm sollte dieser Abstand eine Größe von 6,3 mm nicht überschreiten und eine Größe von 1 mm nicht unterschreiten.

Es ist vorteilhaft, wenn die Auszwickung t4 durch eine kreisförmige Ausstanzung 18 erzeugt wird, deren Radius eine Größe Y aufweist. Es wurde gefunden, daß sich die besten Ergebnisse einstellen, wenn der Radius Y im Bereich von etwa 2,3 bis 7,ο mm gewählt wird. Der Stempel oder das Werkzeug 18 ist in bezug auf die Endkante der Rumpfzarge 15 so versetzt, daß sich lediglich eine flache Auszwickung ergibt, deren liefe die Größe Z aufweist. Diese Tiefe Z sollte innerhalb eines Bereiches von 0,25 bis 0,75 mm liegen.

Zahlreiche Auszwickungen wurden geformt im Bestreben, eine Auszwickungsgestalt zu erzielen, bei welcher einerseits die erforderliche Senkung der Spannungsbeanspruchung eintritt, zugleich aber auch die einwandfreie Ausbildung des Doppelfalzes gewährleistet ist. Wenn die Seitenkanten der Rumpfzarge 15 durch eine schabende oder kratzende Behandlung gereinigt wurden, dann ergeben sich, wie gefunden wurde, als Abmessungen,

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die zu den besten Ergebnissen fuhren, folgende Größen; Für den Radius 14,5 mm, für den Abstand X von der Längs- oder Seitenkante der Rumpfzarge 2,0 mm, für die liefe Z 0,5 bis 0,63 mm. Die durchschnittliche Tiefe einer solchen Auszwickung beträgt etwa 0,56 mm.

.Obwohl die Ausbildung der Auszwickung mittels eines im Querschnitt kreisförmigen Stanzstempels oder anderen Stanzwerkzeuges vom Gesichtspunkte des Werkzeuges her vorzuziehen ist, ist zu erwähnen, daß die Gestalt der Auszwickung 14 nicht auf diese Form beschränkt ist. Bei dem in £ig. 6 gezeigten Beispiel ist die Rumpf zarge 15 mit einer Auszwickung 20 versehen. Diese Auszwickung 20 ist in dem der Seitenkante der Rumpfzarge benachbarten Bereich so ausgebildet, daß sich an dieser Stelle ein kleinerer Radius 21 ergibt* Die Begrenzung der Auszwickung 20 verläuft dann allmählich ansteigend bei Der allmählich ansteigende Teil 22 ist bevorzugt kreisbogenförmig, kann jedoch aber auch geradlinig verlaufen. Darüberhinaus kann, falls es vorteilhaft erscheint, auch der Teil 22 am Ende längs einer relativ scharf gekrümmten Bogenf-orm verlaufen, so daß sich im Endzustand eine etwa 5i~f örmige Gestalt der Auszwickung 20 ergibt*

Bei Betrachtung der Pig, 7 ist zu ersehen» daß die Mittel zur Senkung der Streckspannungsbeanspruchung nicht ausschließlich in 3?οπα einer Auszwickung ausgebildet sein müssen. Eine Schwächungs- ader Ritzlinie 23 beispielsweise, welche die gleiche. Gestalt wie der Kantenverlauf der entsprechenden

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geeigneten Aus zwickung aufweist, kann den gleichen Zweck erfüllen. Wenn die Endkante des aus einer-derartigen Zarge gebildeten Rumpfes durch Spannungen "beansprucht wird-, "beispielsweise während der Börderbehandlung, dann stellt sich ein Brechen normalerweise nur längs der Ritzlinie 25 ein und im schlimmsten Falle wird da"bei dex von der Ritzlinie oder Schwächungslinie 23 "begrenzte Abschnitt 24 herausgebrochen oder, abgetrennt.

^m Im Vorstehenden wurde zwar stets davon ausgegangen, daß sich das Problem des Brechens von Dosenrürapf en beim Bördeln vorwiegend bei Rümpfen mit geschweißter Rumpfnaht einstellt, jedoch ist dieses Problem weder auf Dosenrümpfe mit geschweißten Nahten beschränkt noch ist die aufgezeigte lösung in ihrer Anwendung auf derartige Dosenrümpfe begrenzt. Aus dem Vorstehenden ergibt sich -deutlich, daß das Problem eines Brechens von Dosenrümpfen beim Bördeln stets dann auftauchen v/ird, wenn diese eine Rumpf naht aufweisen, bei der die Wand-

fe stärke doppelt so groß wie im übrigen Bereich ist und bei der das Material zur Befestigung im Bereich der Ilaht metallisch oder auf andere Weise fest verbunden ist. Somit ist das Problem nicht nur in Verbindung" mit Dosenrümpfen mit geschweißten- oder mit gelöteten Rumpfnähten, sondern auch bei Rumpfnähten, die in Lappen- oder Hakenform oder dgl. ausgebildet sind, gegeben. Durch die im Vorstehenden geschilderte Auszwickungsbehandlung■" des äußeren Kantenbereiches der Rumpfzarge werden die durch das Brechen der Rümpfe entstehenden Probleme mit Bähten der geschilderten Art gelöst.

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Obwohl nur einige wenige "bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt und im Vorstehenden "beschrieben wurden, ist hervorzuheben, daß die Gestalt und die Abmessungen der Auszwielcungen innerhalb des durch die folgenden Patentansprüche umrissenen Erfindungsgedankens abgewandelt und variiert werden

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Claims (10)

Patentansprüche

1. Dosenrumpf aus Metall mit metallisch gebundener Rumpflängsnaht sowie mit Bördelrändern an den Rumpfenden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Bördelränder (11) beiderseits der Naht (12) mit Mitteln (14»20,24-,23) ausgerüstet ist, die das Brechen des Rumpfes (10) während des Bördelns verhindern.

2. Rumpf nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

z ei e h η e t, daß die Mittel zum Verhindern des Brechens

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in Form einer flachen Auszwickung (1^) des Rumpfrandes (11) ausgebildet sind.

3. Rumpf nach Anspruch 1 und/oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der jeweils der Rumpfnaht (12) naheliegende Teil einer Auszwickung (14,20) bogenförmig verläuft, um das Auftreten von punktförmig begrenzten Spannungsspitζen zu mindern.

4. Rumpf nach einem, oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Auszwiekungen (14,20) eine !Tiefe (Z) von etwa 0,25 bis 0,75 mm aufweisen. -

5. Rumpf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszwiekungen (14,20) einen konstanten Radius(T}von etwa 2,3 bis 7,0 mm Größe aufweisen. QÖÖ883/0122

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6. Rumpf nach einem oder mehreren der -Ansprüche 1 Ms 5, dadurch q e 3c e η η ζ e i c h η e t, daß die

, Auszwickungeii (14) hei einer iTberlapplängsnäht (12) mit freien Überlappnahtkanten in einer Entfernung(X)von etwa 1,0 bis 6,25 nun von der zugehörigen freien Mahtkante angeordnet sind.

7. Rumpf nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch g e Ic e η η ζe i c h η e t, daß die Auszv/ickungen (14) bei bevorzugter Ausbildung eine liefe (Z) von 0,55 mm sowie einen Radius (Y) von 2,0 mm aufweisen und in einer Entfernung (X) von 2,0 mm von der zugehörigen freien ITahtkante angeordnet sind.

8. Rumpf nach Anspruch 1, d ad U r c h g e k e η η zeichnet, daß als Mttel zum Vermeiden eines Bruches

des Rumpfes (15) Ritz- oder Schwächungslinien (23,24-) im Bereich beider Rumpfenden vorgesehen sind, die mit beiden Enden im Rumpfrand (11) ausmünden»

9. Dosenrumpfzarge zur Herstellung eines Rumpfes mit metallisch gebundener Längsnaht, die zwei Seitenkanten sowie zwei Endkanten aufweist, dadurch gekennzeichnet,

. daß wenigstens eine der Endkanten (11) im Bereich der Seitenkanten (17) Mittel zur Erleichterung der Streckung der betreffenden Endkante aufweist.

10. Dosenrumpfzarge nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Erleichterung der Streckung flache Auszwickungen (14,20) der Bndkante vorgesehen sind.

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