DE2051697A1

DE2051697A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ein kerben von Metallbehalterenden

Info

Publication number: DE2051697A1
Application number: DE19702051697
Authority: DE
Inventors: Howard Dale Hyde Park Pa Schrecker (V St A)
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1969-10-23
Filing date: 1970-10-21
Publication date: 1971-05-06
Also published as: GB1329583A; SE382765B; US3688718A; ES384824A1; NL7014886A; ZA706790B; FR2065484A1; CA926215A; CH531376A; FR2065484B1; JPS5114949B1

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATBKTANWAl/TE D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 ■ TELEFON (0811) 911087

Aluminum Company of America, Pittsburgh, Pa/USA

Verfahren und Vorrichtung zum Einkerben von Metallbehälterenden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einkerben eines Metallbehälterendes zur Bildung eines Aufreißabschnittes, bei welchem das Behälterende auf einer unteren oder Amboßform getragen, eine Prägeform gegen die obere Fläche des Behälterendes bewegt und das Behälterende mit der Prägeform bis in die gewünschte Tiefe eingekerbt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, insbe-

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sondere die Schaffung von Behälterenden mit einem Aufreißabschnitt, der durch ein Kerbmuster definiert ist und der manuell ohne die Verwendung eines Werkzeugs oder Dosenoffners entfernt werden kann sowie das Verfahren und die Vorrthtung zum Einkerben solcher Behälterenden.

Behäterenden für sogenannte leicht zu öffnende Dosen, wie Dosen für Bier, kohlensäurehaltige alkoholfreie Getränke, Fruiitsäfte und dgl., werden normalerweise aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt und variieren in der Dicke ungefähr von o,2 mm bis 0,38 mm. Es ist allgemein üblich, die innere Fläche der Behälter sowie die Behälterenden mit Schutzschichten zu versehen, insbesondere wenn die Behälter mit kohlensäurehaltigen Getränken, Fruchtsäften und anderen Flüssigkeiten gefüllt werden sollen, die mit dem Metall des Behälters eine Reaktion eingehen und/oder das Metall angreifen könnten. Zum leichten Abtrennen eines Aufreißabschnittes ist es nötig, die meisten Metalle tief genug einzukerben, um einen dünnen restlichen Miallrand entlang der Kerblinie zurückzulassen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Verringerung der Dicke des Metallblechs durch Einkerbung unter Zurücklassen eines Restes, welcher leicht eingerissen wird, auf der inneren Metallfläche entlang der Kerblinie oft zum Springen oder Brechen der Schutzschicht führt, und zwar aufgrund der Spannungen und hohen Drucklasten, die durch die Verschiebung des Metalls während des Einkerbvorgangs entstehen. In diesaa Flällen setzt eine Beschädigung der inneren Schicht das bloße Metall des Behälters dem Behälterinhalt aus, wodurch sowohl die Qualität des Innhalts verschlechtert als auch das exponierte Metall zerstört werden kann.

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Ziel der Erfindung ist es, die Gefahr zu vermindern, daß die Schichten auf der Inneflache der Behälterencen während des Einkerbvorgangs beschädigt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gleichzeitig auf den unteren Teil des Metallblechs eingewirkt wird, um eine Verteilung der Spannungen zu erreichen, welche normalerweise in dem Metall während des Einkerbvorgangs entstehen, indem die Prägeform in Übereinstimmung mit einer bogenförmig gewölbten Rippe auf der unteren bzw. Amboßform gegen die obere Fläche des Behälters bewegt wird.

Die Erfindung sieht des weiteren ein Behälterende vor, das zur Bildung eines entfernbaren Abschnittes mit Hilfe eines neuartigen Amboßteils eingekerbt wird, welches mit einer bogenförmigen gewölbten Rippe versehen ist, die auf das Metall in dem inneren Abschnitt des Blechs einwirkt und die Arbeitsspannungen auf diesem verteilt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Behälterendes mit einem Aufreißabschnitt, der von einer Schwächungslinie definiert ist, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren eingekerbt worden ist,

Fig. 2 eine fragmentarische Ansicht im Schnitt einer Prägeanordnung des Standes der Technik,

Fig. 3 eine fragmentarische Ansicht im Schnitt in einem etwas größeren Maßstab einer Prägeanordnung in der bevorzugten Form der Erfindung,

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Fig. 4 eine fragmentarische Ansicht im Schnitt einer Prägeanordnung in abgewandelter Form gemäß der Erfindung, .

_e . Fig. 5 eine fragmentarische Ansicht im Schnitt eines

Behälterendes, das gemäß der Erfindung einge- . kerbt worden ist, und

Flg. 6 eine fragmentarische Ansicht im Schnitt eines

Behälterendes, das mittels eines konventione-llen ψ/ Verfahrens eingekerbt worden ist.

In Fig. 1 ist unter dem Bezugszeichen 2o ein typisches, leicht zu öffnendes Endteil eines Behälters zu sehen, auf dem gemäß der Erfindung ein durch eine Einkerblinie definierter Aufreißabschnitt 22 ausgebildet 1st; dieses Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht als Begrenzung für diese Form von Behälterenden oder Aufreißabsohnitten gedacht. Das Endteil 2o des Behälters weist einen Befestigungsflansch 24 zur konventionellen Befestigung des Endteils an einem rieht gezeigten Behälterhäuptteil sowie einen Zielstreifen 28 auf, der an dem Aufreißabschnitt 22 durch einen einteilig ^ angeformten Niet Jo befestigt ist.

Bei Verfahren des Standes der Technik wird das Einkerben von Behälterenden unabhängig vom gewünschten Einkerbmuster durch eine Einkerb- oder Prägeanordnung ähnlich der in Fig. 2 gezeigten durchgeführt. Die Anordnung umfaßt eine obere Einkerbform Io und eine untere Amboßform 11 mit einer flachen oberen Seite 12, die der Endscheibe 1;5 des Behälters einen Halt gibt, wenn sie darauf angebracht ist. Die obere Einkerbform Io weist eine Prägeform 14 auf, die sich von

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ihrer unteren Seite 15 aus nach unten zur unteren Amboßform 11 hin erstreckt, wobei die Ausbildung der Prägeform 14 die Urngrenzungs linie oder Konfiguration des Aufreißabschnittes verdoppelt. Um eine längere Haltbarkeit der Einkerbform und gute Einkerbmerkmale zu gewährleisten/ ist die Prägeform in vertikalem Querschnitt in abgestumpfter V-Form mit einer flachen unteren oder Arbeitsseite 16 ausgebildet, um eine Einkerbung durch Verschiebung zu bewirken. Es werden ebenfalls V-förmige Einkerbteile verwendet; darunter leidet jedoch die Lebensdauer des Werkzeugs. Es ist bei Aluminiumbehälterenden normalerweise erwünscht, einen Teil des Metalls einzukerben und zur Erleichterung des Abtrennens des Aufreißabschnittes einen einheitlichen Rest von ungefähr o,1 mm zurückzulassen, die Reststärke kann jedoch entsprechend der jeweiligen Verwendung variieren. Die Ausmaße der Arbeitsseite 1.6 und die Höhe der Prägeform zum Erreichen der gewünschten Form und Tiefe der Einkerbung hängen ebenfalls von der Art des verwendeten Metalls oder der verwendeten Legierung sowie von der Dicke des einzukerbenden Metalls ab.

Es hat sich beim Einkerben mit solch einer oben beschriebenen Prägeform herausgestellt, daß Metall in einer Richtung zusammengedrückt oder gepreßt wird, die im wesentlichen senkiecht zu einer vertikalen Ebene verläuft, welche das Einkerbteil der Länge nach halbiert, wie von den Pfeilen in Pig. 2 gezeigt wird. Dieses Pressen des Metalls während des Einkerbvorganges durch die Prägeform verursacht unkontrollierte und äußerst lokalisierte Spannungen in dem Metall. Wenn die Behälterenden mit inneren Schutzschichten 18 versehen sind, die Epoxy, Epoxyvenol oder Venylharze umfassen, werden diese Schichten an der Stelle 19 oft beschädigt oder zerbrochen und zwar durch die oben erwähnten unkontrollierten

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und äußerst lokalisierten Spannungen in dem Metall während des Einkerbvorganges. Diese Beschädigung der Schutzschichten tritt für gewöhnlioh auch dann ein, wenn der Restteil nicht zerbrochen ist. Solche Brüche des Restteils und solch eine Beschädigung der Schutzschicht müssen selbstverständlich vermieden werden, da dadurch das unbedeckte Metall des Behälterendes dem Behälterinhalt ausgesetzt ist, wodurch natürlich dessen Qualität verschlechtert werden kann. Wenn das unbedeckte Metall freiliegt, kann auch der Behälterinhalt das Metall angreifen und in dem Behälterende Durchlöcherungen hervorrufen.

Durch die Erfindung soll dieser Schaden an der Schutzschicht der bei konventionellen Einkerbverfahren auftritt, auf ein Minimum reduziert werden. Das geschieht durch ein neues Prägeverfahren, wobei auf das Metallblech in der unteren Hälfte in der Nähe der Kerbe eingewirkt wird und wodurch die in dem Metall während des Einkerbvorgangs hervorgerufenen Spannungen verteilt werden und die Bruchtendenz der Schicht stark vermindert wird.

Bei dem neuen Präge- oder Einkerbverfahren wird eine bogenförmig gewölbte Rippe an dem unteren Formteil verwendet, wodurch auf das Metall der unteren Hälfte des Metallblechs effektiv eingewirkt wird, so daß die oben erwähnten Spannungen verteilt werden. Im folgenden wird das alles unter Bezugnahme auf Pig. J5 beschrieben, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gezeigt ist.

Die Prägeformanordnung von Fig. J5 umfaßt ein .oberes Formteil Ho und ein unteres Formteil 111. Das obere Formteil trägt eine Prägeform 114, die sich nach unten zum unteren

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Pormteil/erstreckt. Das Prägewerkzeug weist vorzugsweise im Profil eine abgestumpfte V-Form und eine flache untere oder Arbeitsseite 116 ähnlich der vorher beschriebenen Art auf. Die untere Form 111 weist an ihrer oberen Tragfläche 112 eine bogenförmig gewölbte Rippe 2oo auf, die wie gezeigt, mit der Prägeform 114 ausgerichtet ist und die gleiche Kontur- oder Umrißlinie wie diese hat. Eine Endsjheibe 115 des Behälters kann an ihrer unteren oder inneren Fläche eine Schutzschicht 118 aufweisen und liegt auf der tragenden gewölbten Fläche der Rippe 2oo der unteren Form auf. i

Wenn die obere Form Ho heruntergelassen wird, erfaßt und durchdringt dia Prägeform die Endscheibe 115 aus Metallblech, wodurch die vorher erwähnten Spannungen entstehen, aber in diesem Fall wirkt die gewölbte Fläche der tragenden Form so auf die untere Hälfte des Metalls ein, daß die Spannungen verteilt werden. Die Verteilung der Spannungen führt dazu, daß sich die Tendenz der Schutzschicht, beim Einkerbvorgang zu brechen oder beschädigt zu werden, stark verringert. Die Verteilung der Spannungen durch die Verwendung des bogenförmigen unteren Teiles kann auch die Bildung von Sprüngen in dem Metallrest der Einkerbung stark verringern, t

Es wurde festgestellt, daß bei einer Prägeform 114 mit einer Nennbreite von o,l mm - o,ol3 mm an der Fläche 116 der Krümmungsradius des gewölbten Amboßteils vorzugsweise bei ungefähr o,245 mm liegt, aber auch bis zu 0,38 mm betragen kann. Wenn der Krümmungsradius viel weniger beträgt als o,245 mm, so hat sich gezeigt, daß das Metall besser durch die Rippe eingekerbt wird, anstatt daß gemäß dem Verfahren der Erfindung darauf eingewirkt wird. Die Rippe 2oo ist

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vorzugsweise mindestens Ojo51 mö hoch und Jiat an der Verbindungsstelle zwischen ihrer gewölbten Fläche un der Tragfläche 112 ungefähr einen Radius von o,245 mm.

Bei geeigneten Schichteri ergibt das Verfahren gemäß der Erfindung eine Reststärke nach dem Einkerben in dem Bereich von 0,088 nun bis o,l mm in Enden von Aluminiumbehältern mJ.t einer Nennstärke von etwa o,245 mm, ohne daß die" innere Sohlcht bricht. Typische Schichten für solche Metallblechenden bestehen u.a. aus Epoxy, Epoxyphenol oder fe Venylharze und können \an den Enden aufgeheizt oder auf andere Weise getrocknet werden. Ein typischer Trocknungsvorgang erfolgt bei 2o4° C und dauert ungefähr Io Min. pro Seite; es sind jedoch je nach Schicht bzw. Belag etc. verschiedene andere Temperaturen und Zeiten möglich.

In den Fig. 5 und 6 sind die KorngefUge dargestellt, die

enden

in den Behälter/ durch das verbesserte bzw. durch das konventionelle Verfahren entstehen, wobei der Unterschied zwischen diesen KorngefÜgen deutlich den Unterschied in den Spannungen in den Endteilen zeigt. Während das. Korngefüge in dem durch das verbesserte Verfahren eingekerbten Ent-■ teil von gleichmäßiger Ausrichtung ist und neben der inne-P ren Fläche der Enden einen gleichmäßigen Abstand sowie ζwischen dar oberen und der unteren Fläche des restlichen Metalls einen Bereich zusammenlaufender Kornausrichtung aufweist, zeigt das Korngefüge in dem durch konventionell^ Verfahren eingekerbten Ende einen Bereich zusammenlaufender Kornausriohtung nahe der unteren Fläche des Endes. Diese Bereiche zusammenlaufender Kornausrichtung stellen in dem restlichen Metall der Behälterenden die Bereiche maximaler Spannungen dar. Wie die Pfeile anzeigen, wird das Metall in den Berei-

ORKä!NAL INSPECTED

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chen maximaler Spannung in der Vertikalen zusammengedrückt und horizontal nach außen gepreßt. In dem auf konventionelle Weise eingekerbten Ende ist die Schicht auf dem Metall an der Stelle maximaler Spannung ähnlich stark belastet und dem Reißen ausgesetzt, wie aus der Darstellung hervorgeht. Im Gegensatz dazu stehen in dem durch das verbesserte Verfahren eingekerbten Ende das Metall und die Schicht auf der inneren oder unteren Fläche des Restteiles unter-wesentlich geringerer Spannung, und die Gefahr einer Beschädigung ist viel geringer.

Aus dem Korngefüge wird ersichtlich, daß die bogenförmig gewölbte Rippe des verbesserten Einkerbwerkzeugs das Metall im unteren Teil des Blechs nicht abtrennt, sondern auf das Blech einwirkt oder es über eine bogenförmig gewölbte Fläche hin zusammendrückt, um in der unteren Fläche, welche zu der Kerblinie in der oberen Fläche des Blechs ausgerichtet ist, eine Drucklinie zu schaffen. Es wird eben-, falls ersichtlich, daß der Druck der Rippe 2oo auf das Blech über die Fläche verteilt wird und die Schicht auf dem Blech nicht beschädigt, wenn das Metall so unter der Einwirkung der Rippe 2oo steht, wie Fig. J zeigt.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Werkzeuganordnung, die ebenfalls die Beschädigung der Schichten und die Bildung von Sprüngen in dem restlichen Metall wirksam verringert. Während dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht so praktisch oder wünschenswert ist, weil das Einkerbwerkzeug 21o der oberen Einkerbform von ganz besonderer Gestaltung ist und eine besondere Prägeform 214 verkörpert, hat sich der bogenförmig gewölbte Bereich 2o6 bei der Einwirkung auf das Metall und bei der Verteilung der vom Einkerbwerkzeug

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verursachten Spannungen als wirksam erwiesen. Es,ist zu bemerken, daß die bogenförmig gewölbte Rippe 2o6 höher ist als die in Fig. J5 gezeigte Wölbung 2oo. Unterschiede in der Höhe der Rippen gelten nicht als kritisch für die Durchführung der Erfindung solange die Höhe mindestens 0,051 mm beträgt, da die Einwirkung auf das .Metall hauptsächlich nur durch den oberen Abschnitt der Rippe erfolgt.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Vorrichtung sind wirksam konstruiert, um die angegebenen Ziele zu er-, füllen und das neue Verfären zum Einkerben von Behälterenden durchzuführen; sie sind jedoch nicht als Begrenzung, der Erfindung auf diese besonderen Ausführungen zu verstehen und können vielmehr in bestimmten Grenzen abgeändert werden,' solange sie nicht vom Bereich der Erfindung abweichen, der in den folgenden Ansprüchen verdeutlicht wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Einkerben eines Metallbehälterendes zur Bildung eines Aufreißabschnittes bei welchem das Behälterende auf einer unteren oder Amboßform getragen, eine Prägeform gegen die obere Fläche des Behälterendes bewegt und das Behälterende mit der Prägeform bis in die gewünschte Tiefe eingekerbt wird, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig auf den unteren Teil des Metallblechs eingewirkt wird, um eine Verteilung der Spannungen zu erreichen, welche normalerweise in dem Metall während des Einkerbvorgangs entstehen, indem die Prägeform in Übereinstimmung mit einer bogenförmig gewölbten Rippe auf der unteren bzw. Amboßform gegen die obere Fläche des Behälters bewegt wird.

2. Vorrichtung zum Einkerben eines dünnen Behälterendes aus Metall zur Bildung eines Aufreißabschnittes mit Hilfe des Verfalirens nach Anspruch 1, welche eine untere oder Amboßform zum Tragen des Behälterendes in der Einkerbstellung und eine hin- und herbewegbare Prägeform umfaßt, die zur Amboßform hin und davon wegbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine bogenförmig gewölbte Rippe auf der Amboßform der Prägeform gegenüberliegt und das Behälterende trägt, und daß die bogenförmig gewölbte Rippe mit der Prägeform während des Einkerbens des Behälterendes zusammenarbeitet, um auf den unteren Abschnitt des Metalls des Behälterendes zur Verteilung der beim Einkerbvorgang auftretenden Spannungen einzuwirken.

5". Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeform einen abgestumpft

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V-förmigen Querschnitt aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch J3,. dadurch gekennzeichnet, daß die flache Seite der abgestumpft V-förmigen Prägeform eine Breite von o,l mm - o,ol mm aufweist und der Krümmungsradius der bogenförmig gewölbten Rippe ungefähr o,25^ mm beträgt.

5. Behälterwand aus Metall, hergestellt mit der Vorrichtung nach Anspruch 2, die mit einem Aufreißabschnitt versehen ist, welcher durch eine Einkerblinie in der oberen Wandfläche definiert ist, dadurch gekennzei chn e t , daß eine Drucklinie in der unteren Wandfläche mit der Einkerblinie ausgerichtet ist, und daß das Metall zwischen diesen linien die Spannungen verteilt, die während des Einkerbvorgangs in der Behälterwand auftreten.

6. Behälterwand aus Metall nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie an ihrer unteren Fläche eine Schutzschicht aufweist.

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