DE1782189A1

DE1782189A1 - Bei hohem Innendruck verwendbare duennwandige Metallbuechse

Info

Publication number: DE1782189A1
Application number: DE19681782189
Authority: DE
Inventors: Morjan Jean B
Original assignee: Gabriels Sprl Ets J B
Current assignee: Gabriels Sprl Ets J B
Priority date: 1968-06-14
Filing date: 1968-07-30
Publication date: 1972-02-17
Also published as: US3561638A; FR1583941A; NL6810398A; ES358907A1; FI45434C; FI45434B; DE6751230U; GB1241672A; CH521447A; LU56389A1

Description

Essen, den 29. Juli 1968 104/fr/th)

Patentanmeldung der Firma

ETABLISSEMENTS

J.B. GABRIELS S.P.R.L.

etablie 15, rue de la Tannerie,

Koekelberg - Brüssel /Belgien -

Bei hohem Innendruck verwendbare dünnwandige Metallbüchse.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dünnwandigen Metallbüchsen oder Metallbehältern, welche zur Aufbewahrung und zur Abgabe von Bier oder anderen kohlesäurehaltigen Getränken unter Druck bestimmt sind.

Die Abgabe von Getränken unter Druck erfordert wesentlich größere Büchsen als die Bier- oder Getränkebüchsen, welche lediglich als Ersatz für Flaschen vorgesehen sind. So haben derartige Büchsen beispielsweise eine Höhe von 225 mm und einen Durchmesser von etwa 155 mm, wodurch sich ein Fassungsvermögen von etwa 4 Liter ergibt. Bei gleichem Druck ist

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daher die auf die Wandungen des Behälters ausgeübte Kraft wesentlich größer als bei einer normalen Bierbüchse, die im allgemeinen höchstens 1 Liter Flüssigkeit enthält.

Während bereits der Anfangsdruck relativ hoch ist, ergibt sich bei jedem Anstieg der Umgebungstemperatur infolgedessen ein wesentlicher Anstieg des Innendruckes. Die Bedeutung dieses Probleraes ist noch um so größer, als die Metallbüchsen oder -behälter, von denen hier die Rede ist, InnendrUcken widerstehen müssen, welche sich beispielsweise aus der bei der Pasteurisation herrschenden Temperatur zwischen 60 und 65⁰C ergeben. Außerdem können derartige Temperaturen ebenfalls auch zufällig erreicht werden, wenn die Behälter in Räumen oder an Stellen gelagert werden, welche relativ überheizt sind.

So hat man bereits Temperaturen zwischen 50 und 6O⁰C insbesondere in den Kofferräumen von Kraftfahrzeugen, in Räumen, deren Fenster nach Süden gelegen waren und deren Scheiben regelrechte Linsen bildeten, welche die Sonnenstrahlen auf die Metallbehälter konzentrierten, und an anderen Stellen, an denen derartige Büchsen gelagert wurden, festgestellt.

Ganz allgemein lässt sich durch die bisher bekannten technischen Verfahren und die herkömmlichen Metall-Legierungen bei vertretbaren Blechstärken von 0,32 mm für den Büchsenmantel und von 0,60 mm für die Büchsenböden keine ausreichende Festigkeit erreichen, es sei denn für InnendrUcke

in einer Größenordnung von maximal 4 kg/cm .

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Man könnte selbstverständlich als Lösung die Verwendung dickerer Bleche vorschlagen, doch ist dies aus wirtschaftlichen und technischen Gründen nicht vertretbar. Hierbei darf man zunächst nicht vergessen, daß bei industrieller Herstellung das Rohmaterial den Gest^hungspreis derartiger Metallbüchsen oder -behälter wesentlich beeinflusst. Außerdem darf man nicht außer acht lassen, daß der Fabrikationsrhythmus, die Werkzeuge und die Erhaltung des Maschinenparkes die Innehaltung gewisser Grenzen in den Blechstärken erfordern.

Aus all dem ergibt sich, daß weder die bisher bekannten Stahlmischungen noch die herkömmlichen Produktionseinrichtungen eine industrielle Fertigung einer Metallbüchse oder eines Metallbehälters mit den allgemein zulässigen geringen Wandstärken bei ausreichender Festigkeit ermöglichen, um unter Beachtung aller von den Brauereien geforderten Sicherheitsgarantien und ohne zwangsläufige Aufbewahrung der Büchsen im Kühlschrank in derartigen Büchsen Bier aufbewahren und unter Druck aus ihnen Bier zapfen zu können.

Während die Herstellung des Mantels derartiger zylindrischer Büchsen aus verzinntem Blech mit einer Stärke von etwa 0,52 mm keinerlei Schwierigkeiten ergibt, da dessen Festigkeit hierfür vollkommen ausreicht, so trifft dies für die Büchsenböden nicht zu. Es ist allgemein bekannt, daß diese Böden die schwachen Punkte des Behälters bilden und jeder übermäßige Anstieg im Innendruck eine Auswölbung der Böden hervorruft, wobei die Verbindungsnähte mit dem Mantel zerstört werden können, sodaß der Inhalt ausläuft, schlecht wird usw.

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Außerdem lässt sich aber aus Gründen der Fertigung und aus wirtschaftlichen Gründen die Verwendung größerer Blechstärken für die Büchsenböden nicht vertreten. Daraus ergibt sich, daß bei dem heutigen Stande der Technik auf dem Gebiete der Herstellung derartiger Metallbehälter keine Bleche zu finden sind, welche für eine rationelle Fertigung der Böden von Behältern geeignet sind, die den vorgenannten Innendrücken widerstehen können.

Die Aufgabe der Erfindung geht daher dahin, ein Blech zu \ schaffen, welches die industrielle Fertigung derartiger Metallbüchsen mit einem Fassungsvermögen von etwa 4 Liter mittels normaler Werkzeuge und Maschinen unter wirtschaftlich vertretbaren Bedingungen gestattet, deren Gestehungspreis dem Preis sehr nahe kommt, welcher sich bei der Verwendung bisher üblicher Bleche ergibt, obwohl die Behälter wesentlich druckfester sind.

Erfindungsgemäß wird diese Steigerung der Druckfestigkeit bezw. der Widerstandsfähigkeit nicht durch eine größere Biechstärke für die Büchsenböden erreicht, sondern vielmehr durch eine beträchtliche Erhöhung der Elastizitätsgrenze dieser Bleche.

Dies scheint auf den ersten Blick einfach, stellt Jedoch in Wirklichkeit nur sehr schwer lösbare Probleme, da man bis zum heutigen Tage noch nicht in der Lage ist, Weißblech herzustellen, welches nach dem Walzen und Ausglühen eine hohe Elastizitätsgrenze von etwa 40 kg/mm erreicht und nach den bekannten Verfahren mit den bekannten Werkzeugen zu Büchsen verarbeitet werden kann. Andererseits ist auch der Zuschlag von härtenden Elementen zum Stahl in den zur Erreichung dieser hohen Elastizitätsgrenze

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erforderlichen Mengen nicht vereinbar mit den Forderungen, welche an dera-rtige Büchsen für die Konservierung von Nahrungsmitteln und insbesondere von Bier gestellt werden müssen.

So ist es allgemein bekannt, daß die Korrosion einer Konservenbüchse durch die in ihr enthaltenen Nahrungsmittel nicht nur von der Qualität und der Stärke des Zinnüberzuges abhängt, sondern auch von der Zusammensetzimg und der Art des eigentlichen Büchsenbleches.

Entsprechend der durch nationale und internationale Normen sanktionierten Praxis wird das für die Konservenindustrie verwendete Weißblech im wesentlichen aus noroalem Flußstahl hergestellt, .für dessen Misch-ing die die Korrosion begünstigenden härtenden Elemente wie Si, C, Mn mengenmäßig vor-

Al geschrieben oder wenigstens begrenzt sind. V₉ 112' und Cu sind wohl erlaubt, doch ergibt sich aus dem Vorhändeii.seir> dieser Elemente für das Fertigprodukt; keine hohe Elastizität bei gleichzeitiger ausreichender Dehnfähigkeit. Man kennt allerdings auch Bleche, bei denen eine hohe Elastizitätsgrenze durch Im Anschluß an das Glühen ausgeführte Walzbehandlung erreicht wird, was jedoch die Dehnfähigkeit derart herabsetzt, daß sie vollkommen unzureichend ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die deutsche Patentschrift 1.247*362 hingewiesen, welche ein Blech beschreibt, welches

ρ bei einer Elatizitätsgrenze von 44,4 kg/mm nur eine Dehnung von 10$ bei einem Prüfstück von 5,08 cm besitzt.

Insbesondere sieht daher die Erfindung die Verwendung eines kaltgewalzten und anschließend geglühten Bleches für die Herstellung der Böden bei der industriellen Fertigung von Metallbijehsen oder -behältern vor, welche einen hohen Innen»

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druck aushalten sollen, und insbesondere derartiger Metallbüchsen oder -behälter zylindrischer Form mit angefalzten Böden und einem Fassungsvermögen von 3-4 Liter einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, im allgemeinen Bier, wobei dieses Blech eine Mindestelastizitätsgrenze von 40 kg/mm und eine Mindestdehnung von 20# aufweisen soll und aus einem nicht besonders weichen Stahl hergestellt ist, welcher neben geringen Mengen der üblichen zu seiner Härte beitragenden Elementen wie C, Si und Mn eine derartige Menge an Nb enthält, um im kaltgewalzten und anschließend geglühten Fertigprodukt die gewünschte Elastizitätsgrenze zu erreichen, wobei die Verwendung dieses Bleches mit der Verwendung eines Schutzlackes kombiniert ist.

Man sieht daraus, daß zur Lösung des speziellen Problemes die Erfindung gleichzeitig zu drei Mitteln Zuflucht genommen hat, und zwar:

Verminderung der Bedeutung der die Korrosion begünstigenden Härtezusätze;

Anhebung der Elastizitätsgrenze nach dem Kaltwalzen und Glühen durch einen wesentlichen Zusatz von Nb unter Wahrung der Fähigkeit, dieses Blech falzen zu können;

Vervollständigung der Korrosionsfestigkeit durch Verwendung einer Schutzlackschicht.

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Der erfindungsgemäße Stahl besteht ausi

P	0,040 %	maximal
Mn	0,6p0 -	0,950 %
C	0,000 -	0,100^
Si	0,200 -	0,400 %
Al	mindestens	0,020 %
Nb	etwa	0,020 %, zwischen 0,010 und

0,030 % maximal
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,

Der Fachmann dürfte keinerlei Schwierig)reiten haben, die
Elastizitätsgrenze unä die Dehnung dadurch zu beeinflussen, daß er diese Elemente in den spezifizierten Grenzen variiert.

Selbstverständlich lässt sich erf indungsgemäß Nb auch durch andere Elemente ersetzen, welche wie diese fähig sind, eine strukturelle Härtung durch Ausbildung von Kohlenstoffverbindungen, Stickstoffverbindungen oder Stickstoff-Kohlenstoff, verbindungen hervorzurufen. Das Ele<nent lil> wurtlei Jedoch speziell aus dem Grunde unter all diesen dafür geeigneten Elementen ausgewählt, weil es am preiswertesten und am leichtesten anzuwenden ist.

Es konnte festgestellt werden* daß zylindrische Metallbüchsen von 225 ram Höhe und 155 mm Durchmesser, d.h. mit einem Fassungsvermögen von 4,25 Liter, deren Mantel aus verzinntem
Blech in einer Stärke von 0,32 mm uiid deren Böden aus einem Stahlblech der vorgenannten Zusammensetzung ir. einer Stärke von 0,60 mm hergestellt wurden, einem außergewöhnlich hohen

Innendruck von 6 kg/cin^ ohne jegliche schädliche Verformung ausgezeichnet widerstanden., wobei, diese Metallbüchsen einer Temperatur von 60^pC ausgesetzt wurden. Die Prüfbehälter

enthielten unter Kohle säure druck stehendes Bier. Sobald der Behälter und sein Inhalt auf Raumtemperatur abgekühlt waren, feonnte das Bier unter Druck abgezapft werden, und zwar unter vollkommen normalen Umständen bis zur völligen Entleerung. Derartige Versuche wurden mehrere hundert Mal durchgeführt und das Resultat war stets des Gleiche.

Die Analyse fles für diese Probebüchsen verwendeten Bleches ergab:

P 0,028 %

Mn 0,85 #

S 0,030 %

C 0,082 %

Si 0,320 %

Al 0,059 %

Nb 0,026 %

Rest Fe und übliche Verunreinigungen.

Das verzinnte Blech besaß folgende Eigenschaften:

Elastizitätsgrenze	41,7	kg/mm
Bruchlast	53,2	kg/mm
Dehnung	24,4
Härte R 30	69
Ericksen	8,4

Es zeigt sich also, daß sowohl der Dehnungswert wie der Ericksen-Wert wesentlich höher liegen als bei den bekannten Weißblechen gleicher Elastizitätsgrenze, d.h. der "Temper 6"· Bleche der amerikanischen Klassifizierung.

Ansprüche:

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Claims

Ansprüche .

1. Bei hohem Innendruck verwendbare dünnwandige Metallbüchse, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Böden der im übrigen in üblicher Weise hergestellten Büchse aus einem kaltgewalzten, hochelastischen, nicht extraweichen und durch Glühbehandlung rekristallisierten Stahlblech bestehen und der verwendete Stahl neben den üblichen, seine Härte bestimmenden Zuschlägen wie C, Si, Mh, P und evtl. Cr, Cu, N^Al mit Unreinheiten eine beträchtliche Menge an Nb enthält.

2. Metallbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Herstellung der Büchsenböden verwendete Stahl 0,015 bis 0,050 # an Nb enthält.

3. Metallbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Büchsenböden verwendete Blech seine Rekrist aiiisationsglühung in einem Hauben-Glühofen erfahren hat.

4. Metallbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Büchsenböden verwendete, aus Kohlenstoffstahl mit Nb-Zusatz bestehende und in herkömmlicher Weise heißgewalzte, kaltgewalzte, in einem Hauben-Glühofen zwecks Rekristallisierung geglühte und einer Skin-pass-Behandlung

ausgesetzte Blech eine obere Elastizitätsgrenze von 35 kg/mm und eine obere Streckgrenze von 20 % aufweist.

5. Metallbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die beiden Böden aus kaltgewalztem hochelastischem Stahlblech verwendete Stahl folgende Zusammensetzung aufweist:

2 0 iJ B 0 Ο / 0 I 0 (J

AO

P 0,040 % maximal

Mn 0,500 - 1,500 % C 0,050 - 0,200 %

S O, 250 - 0,030 % Si o, 040 - 0,400 % Al o, 015 - 0,100 % Nb 0 - 0,050 % Cu 0,400

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

6. Für die Herstellung der Böden von hohem Innendruck ausgesetzten Metallbüchsen verwendbares Blech, dadurch gekennzeichnet, daß es aus kaltgewalztem, hochelastischem Stahl mit einem beträchtlichen Anteil an Nb besteht.

7. Metallbüchse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, daß ihre Innenwandungen mit einem dem Inhalt entsprechenden Stoff beschichtet sind.

8. Metallbüchse nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Aufbewahrung bezw. Abgabe von Bier oder anderen kohlensäurehaltigen Getränken unter Druck bestimmt ist.

9. Verwendung von kaltgewalztem und danach rekristallisiertem Stahlblech einer Dicke von etwa 0,60 mm aus maximal 0,04 % P, 0,5 bis 1,5 % Mn, 0,05 bis 0,2 % C, ^ 0,05 % S, 0,25 bis 0,4 % Si, 0,04 bis 0,1 % Al, 0 bis 0,4 % Cu, sowie Pe und den üblichen Verunreinigungen mit Zusatz von Nb in Mengen von 0,015 bis 0,050 % für die Herstellung der mittels Falznaht anzubringenden Böden von einem Innendruck von

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6 Kg/cm widerstehenden kreiszylindrischen Blechdosen mit einem Durchmesser von ca. 155 mm bei einem Passungsvermögen von ca. 4 Liter.

PAe Dr.AndreJewski, Dr.Honke.

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