DE2100053C2 - One-piece molded metal can for goods under overpressure - Google Patents
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Description
21 OO 05321 OO 053
des Kunststoffbehälters abergeht Die außenliegende Ringfläche bildet zugleich die Standfläche des Behälters. Würde der Behälter mit Füllgütern mit Oberdruck gefüllt, könnte der Boden leicht um die ringförmige Standfläche als Biegelinie axial nach außen ausbiegen, wodurch der zentrale, gewölbte Bodenabschnitt unter die Standfläche gelangt und die Standfestigkeit des Behälters einschränkt Davon abgesehen sind die Verhältnisse bei Behältern aus thermoplastischem Material, die aus einem Schlauch durch Blasformen hergestellt sind, wesentlich andere ab bei einstückig ausgeformten Metalldosen, und zwar aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften und der unterschiedlichen Ausformvorgänge. The outer ring surface also forms the base of the container. If the container were to be filled with products with overpressure, the floor could easily be around the ring-shaped footprint Bend axially outwards as a bending line, whereby the central, curved bottom section under the Stand area and restricts the stability of the container Apart from that, the conditions are in the case of containers made of thermoplastic material made of a tube are made by blow molding, significantly different from one-piece metal cans, due to the different material properties and the different shaping processes.
Bei der einstüclzig ausgeformten Metalldose nach der Erfindung erhält der Bodenbereich wesentlich günstigere Festigkeitseigenschaften, und zwar vor allem durch die besondere Ausbildung des Bodenrandbereiches. Der relativ kleine Kegelwinkel des kegelsttmpfförmigen BodenringabschniM.es verleiht diesem Bodenringabschnitt gegenüber erhöhten Innendrücken in der Dose eine hohe Formstabilität Diese wird dadurch erhöht, daß das untere, weitere Ende des Bodenringabschnittes in die zylindrische Rumpfwand über einen vergleichsweise kleinen Krümmungsradius übergeht Ein axiales Ausbiegen nach außen des Bodenringabschnittes unter der Wirkung des Überdruckes im Doseninneren wird weiterhin dadurch verhindert, daß am inneren, eingeengten Ende der Bodenringabschnitt tangential in die nach außen offene Ringsicke übergeht die einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einem Krümmungsradius aufweist, der wesentlich größer ist als der Krümmungsradius, mit dem das weite Ende des Bodenringabschnittes in die zylindrische Wand übergeht. Diese Ringsicke, deren Durchmesser deutlich kleiner als der Durchmesser der Dose ist weist auch bei geringer Wanddicke eine hohe Formstabilität auf und bildet am Übergang vom Bodenringabschnitt und dem zentralen, nach außen konvsx gewölbten Bodenabschnitt eine weitere Versteifung, die einer Vergrößerung des Kegelwinkels des Bodenringabschnittes unter der Einwirkung der Druckkräfte im Inneren der Dose wirksam entgegensteht Es wird so ein besonders steifer Bodenrandbereich erhalten, der den nach außen konvex gewölbten Bodenabschnitt umgibt Dieser ist relativ flexibel. Da er jedoch von dem steifen Bodenrandbereich gehalten ist, sind seiner Auswanderung in axialer Richtung nach außen unter der Wirkung des Überdruckes in der Dose Grenzen gesetzt, die durch die Materialeigenschaften des Bleches selbst mitbestimmt werden und ausreichen, zu verhindern, daß auch bei hohen Innendrücken in der Dose der gewölbte Bodenabschnitt bis in die Ebene der Standfläche oder über diese hinaus gelang·., welche Standfläche durch den kleinen Krümmungsradius gebildet wird, mit dem das weite Ende des Bodenringabschnittes an den zylindrischen Rumpf anschließt.In the case of the one-piece molded metal can according to the Invention, the floor area receives significantly more favorable strength properties, above all through the special formation of the bottom edge area. The relatively small cone angle of the truncated cone Bottom ring section gives this bottom ring section increased internal pressures in the can high dimensional stability This is increased by the fact that the lower, wider end of the bottom ring section An axial merges into the cylindrical fuselage wall over a comparatively small radius of curvature Outward bending of the bottom ring section under the effect of the overpressure inside the can furthermore prevented that at the inner, narrowed end of the bottom ring section tangentially into the outwardly open ring bead passes over a semicircular cross-section with a radius of curvature which is much larger than the radius of curvature with which the wide end of the bottom ring section merges into the cylindrical wall. This ring bead, the diameter of which is significantly smaller than that The diameter of the can has a high degree of dimensional stability, even with a thin wall, and forms on the Another transition from the bottom ring section and the central, outwardly convex bottom section Stiffening that increases the cone angle of the bottom ring section under the action of the This effectively counteracts pressure forces inside the can. This creates a particularly stiff bottom edge area obtained, which surrounds the outwardly convex bottom portion This is relatively flexible. Because he however, is held by the stiff bottom edge area, its migration in the axial direction outwards under the effect of the overpressure in the can, limits are set by the material properties of the sheet itself are determined and are sufficient to prevent that even with high internal pressures in the Can the curved bottom section reach into the level of the standing surface or beyond this ·. Which Standing surface is formed by the small radius of curvature with which the wide end of the bottom ring section adjoins the cylindrical body.
Die neue Formgebung des Bodens trägt zugleich dem Bestreben Rechnung, die Dosen aus möglichst dünnem Blech herstellen zu können, um so bei den Massenprodukt hohe Materialeinsparungen zu erzielen, und zugleich die Bodenprofilierung so zu gestalten, daß sie nur wenig Raum von dem theoretischen Gesamtvolumen der Dose einnimmt, ohne die Formhaltigkeit des Bodenbereiches gegenüber auch höheren Drücken zu beeinträchtigen. The new shape of the bottom also takes into account the desire to make the cans as thin as possible To be able to produce sheet metal in order to achieve high material savings in the mass product, and at the same time to design the soil profile in such a way that it has little space of the theoretical total volume the can without affecting the dimensional stability of the bottom area against even higher pressures.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn man den Durchmesseranteil des relativ flexiblen, konvex gewölbten Bodenabschnittes am Durchmesser der Dose beschränkt, indem vorteilhafterweise der mittleie Durchmesser der Ringsicke in größer als das 0,6fache und kleiner als das 0,8fache des Außendurchmessers des Rumpfes gewählt istIt is advantageous if you consider the diameter portion of the relatively flexible, convexly curved bottom portion limited to the diameter of the can by advantageously the mean diameter of the ring bead is greater than 0.6 times and smaller than 0.8 times the outside diameter of the fuselage is selected
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel nähei erläutert Es zeigtThe invention is illustrated below with reference to schematic drawings of an exemplary embodiment explained it shows
Fi g. 1 im Ausschnitt eine Seitenansicht des Bodenbe reiches, teilweise axial geschnitten, eicss extrudierten Dosenrumpfes vor dem Verformungsschritt zur rotationssymetrischen Profilierung des Betons.Fi g. 1 in detail a side view of the Bodenbe rich, partially axially cut, eicss extruded Can body before the deformation step for the rotationally symmetrical profiling of the concrete.
F i g. 2 in gleicher Darstellung wie F i g. 1 den Dosenrumpf nach der Formveränderung des Bodenbereiches. In F i g. 1 ist ein Zwischenprodukt in Form eines Dosenrohlinges 5 gezeigt der durch Extrudieren glattwandig hergestellt ist Er weist eine zylindrische Rumpfwand 10 mit dem Außendurchmesser D1 der fertigen Dose sowie einen nach außen domförmig konvex gekrümmten Bodenabschnitt 12 auf. Der Rand des Bodenabschnittes geht über die Kante 14 in den Rumpfabschnitt 10 über. Der Bodenabschnitt 12 weist einen Krümmungsradius R1 sowie eine variierende Wanddikke auf, die von der Dicke T1 im Bereich der Dosenachse CL auf die Dicke T2 am Übergang 14 zum Dosenrumpf 10 zunimmt, der selbst eine Dicke Γ3 aufweist Die uriterschiedliche Dickenverteilung des Bodenbereiches 12 ist so gewählt, daß nach der Formveränderung in den Bodenbereich 12' nach F i g. 2 die Wanddicke über den ganzen Bodenbereich im wesentlichen gleichförmig den Wert Ti entspricht, der gleich der Wanddicke Γ3 des Dosenrumpfes 10 ist.F i g. 2 in the same representation as FIG. 1 the can body after the change in shape of the bottom area. In Fig. 1 is shown an intermediate product in the form of doses of the blank 5 is prepared by extruding smooth-walled It comprises a cylindrical trunk wall 10 with the outer diameter D 1 of the finished box, and a dome-shaped convex outwardly curved bottom portion 12. The edge of the bottom section merges into the fuselage section 10 via the edge 14. The bottom section 12 has a radius of curvature R 1 and a varying wall thickness, which increases from the thickness T 1 in the area of the can axis CL to the thickness T2 at the transition 14 to the can body 10, which itself has a thickness Γ3 chosen so that after the change in shape in the bottom area 12 'according to FIG. 2 the wall thickness over the entire base area essentially uniformly corresponds to the value Ti , which is equal to the wall thickness Γ3 of the can body 10.
Bei dem dargestellten Beispiel ergibt sich bei der Formveränderung ein Umformungsfaktor von etwa
3:8.
Der rotationssymmetrisch profilierte Boden 12' nach Fig.2 weist einen in besonderer Weise profilierten
Wandbereich auf. Dieser besteht zunächst aus einem kegelstumpfförmigen Bodenringabschnitt 16, der sich
mit einem Kegelwinkel von etwa 80° axial nach außen öffnet In F i g. 2 ist nicht der Kegelwinkel, sondern der
Komplimentärwinkel A zu dem halben Kegelwinkel eingezeichnet. Der Winkel A beträgt etwa 40°. Das obere,
engere Ende des Bodenringabschnittes 16 geht tangential in eine axial nach außen offene Ringsicke 18
über. Diese weist einen halbkreisförmigen Querschnitt mit dem Krümmungsradius R 3 auf. Der mittlere Durchmesser
der Ringsicke 18 ist mit D 2 angegeben. Das äußere, weitere Ende des kegelstumpfförmigen Bodenringabschnittes
16 geht in den Rumpf 10 über einen Krümmungsradius R 2 über, der kleiner als der Krümmungsradius
R 3 der Ringsicke 18 ist. Der Anteil des Bodenringabschnittes am Durchmesser D1 der Dose
entspricht der Hälfte der Differenz zwischen Dosendurchmesser und mittlerem Durchmesser d»;r Ringsicke.
Die tatsächliche Wandlänge des Bodenringabschnittes 16 ist mit L und die Wanddicke in diesem Bereich mit
Γ 4 angegeben.In the example shown, the change in shape results in a deformation factor of approximately 3: 8.
The rotationally symmetrically profiled floor 12 'according to FIG. 2 has a wall area that is profiled in a special way. This consists initially of a frustoconical bottom ring section 16, which opens axially outward with a cone angle of about 80 °. In FIG. 2 is not the cone angle, but the complementary angle A to half the cone angle. The angle A is about 40 °. The upper, narrower end of the bottom ring section 16 merges tangentially into an axially outwardly open ring bead 18. This has a semicircular cross section with the radius of curvature R 3. The mean diameter of the ring bead 18 is indicated by D 2. The outer, further end of the frustoconical bottom ring section 16 merges into the fuselage 10 via a radius of curvature R 2 which is smaller than the radius of curvature R 3 of the ring bead 18. The proportion of the bottom ring section in the diameter D 1 of the can corresponds to half of the difference between the can diameter and the mean diameter of the ring bead. The actual wall length of the bottom ring section 16 is indicated with L and the wall thickness in this area with Γ 4.
Der zentrale, nach außen konvex gewölbte Bodenabschnitt 20 schließt an den inneren Rand der Ringsicke 18 über einen Krümmungsradius R 5 an. Der Bodenabschnitt 20 selber weist einen Krümmungsradius R 6 auf, der größer als der ursprüngliche Krümmungsradius R 1 des konvex gewölbten Bodens 12 nach F i g. 1 ist.The central, outwardly convex bottom section 20 adjoins the inner edge of the ring bead 18 via a radius of curvature R 5 . The bottom section 20 itself has a radius of curvature R 6 which is greater than the original radius of curvature R 1 of the convexly curved bottom 12 according to FIG. 1 is.
Man erkennt, daß der Übergangskrümmungsradius R 2 ».wischen dem Bodenringabschnitt 16 und der Rumpfwand 10 eine relativ scharfe Kante 17 bildet, welche zugleich die Standfläche der Dose bestimmt. Die Standfläche weist den maximal möglichen Durchmesser auf. so daß die Dose eine hervorraeende StandfestigkeitIt can be seen that the transition radius of curvature R 2 "between the bottom ring section 16 and the body wall 10 forms a relatively sharp edge 17, which at the same time defines the standing surface of the can. The base has the maximum possible diameter. so that the box has an excellent stability
21 OO21 OO
besitzt.owns.
Die tatsächliche Länge L des Bodenringabschnittes 16 wird durch folgende Gleichung bestimmt:The actual length L of the bottom ring section 16 is determined by the following equation:
(Di-Dl) 2 Cos A (Di-Dl) 2 Cos A
Die Formsteifigkeit des Bodenrandbereiches wird wesentlich bestimmt durch den Krümmungsradius R 3 der Sicke 18, dem mittleren Durchmesser D2 der Sicke 18 und der tatsächlichen Länge L des Bodenringabschnittes 16. Die Ringsicke 18 ist aufgrund ihrer Ringform und des halbkreisförmigen Querschnittes und des begrenzten Krümmungsradius, der zwischen dem l,5fachen und dem 3fachen der Blechdicke 7"! des Bodens liegt, im hohen Maße widerstandsfähig gegen Verformungen unter der Einwirkung von hohen Drücken im Inneren der Dose. Ihre eigene F'ormstabilität erhöht den Ausbeulwiderstand der angrenzenden Bereiche, nämlich des Bodenringabschnittes 16 und des zentralen gewölbten Bodenabschnittes 20. Das Verhalten der einzelnen Bodenabschnitte unter der Wirkung eines inneren Überdruckes kann anhand der rechten Hälfte der F i g. 2 leichter verstanden werden, in der die Drücke durch entsprechende Vektoren eingezeichnet sind. Der auf die Ringsicke 18 einwirkende Druck ist lediglich bestrebt den Krümmungsradius der Sicke zu verkleinern. Die Druckkraft, die bestrebt ist, die Sicke 18 axial nach außen zu verschieben, wird von dem kegelstumpfförmigen Bodenringabschnitt 16 aufgenommen, der dabei durch Kompression beansprucht wird. Die Länge L des Bodenringabschnittes 16 reicht jedoch aus, jedes Ausbeulen des Bodenringabschnittes selber bei den zu erwartenden Kräften auszuschließen. Die auf den Bodenringabschnitt wirkenden Kräfte versuchen den Kegelwinkel dieses Abschnittes zu vergrößern und dabei den Durchmesser der Ringsicke 18 zu verkleinern. Der hohe Verformungswiderstand der Ringsicke 18 wirkt dem Streben nach Verkleinerung des Durchmessers der Ringsikke erfolgreich entgegen. Die Ringsicke stützt daher den Bodenringabschnitt gegenüber dem Bestreben diesen Abschnitt nach außen zu biegen, wirksam ab. Dies wird begünstigt durch Eigensteifigkeit des Bodenringabschnittes, insb. durch dessen relativ kleinen Kegelwinkel von etwa 80°. Die auf den zentralen Bodenabschnitt 20 wirkenden Druckkräfte versuchen diesen Abschnitt weiter nach außen zu wölben und die Ringsicke 18 entlang dem Bodenringabschnitt 16· nach unten abzurollen. Diesem Abrollvorgang wirkt die Steifigkeit der Ringsikke erfolgreich entgegen, während der Vergrößerung des A us wölbungszustandes des zentralen Bodenabschnittes die Materiaieigenscheften des Bleches entgegenwirken. Außerdem ist ein Ausbiegen des gewölbten Bodenabschnittes 20 nach außen in Grenzen zulässig, solange die Auswölbung nicht die Ebene der Standfläehe der Dose erreichtThe dimensional rigidity of the bottom edge area is essentially determined by the radius of curvature R 3 of the bead 18, the mean diameter D 2 of the bead 18 and the actual length L of the bottom ring section 16. The ring bead 18 is due to its ring shape and the semicircular cross-section and the limited radius of curvature, the lies between 1.5 times and 3 times the sheet metal thickness 7 "! of the bottom, highly resistant to deformations under the action of high pressures inside the can and the central arched floor section 20. The behavior of the individual floor sections under the effect of an internal overpressure can be more easily understood with the aid of the right half of FIG is only aimed at the curvature reduce the radius of the bead. The compressive force, which tries to move the bead 18 axially outward, is absorbed by the frustoconical bottom ring section 16, which is stressed by compression. The length L of the bottom ring section 16 is sufficient, however, to rule out any bulging of the bottom ring section itself under the forces to be expected. The forces acting on the bottom ring section try to enlarge the cone angle of this section and thereby reduce the diameter of the ring bead 18. The high resistance to deformation of the ring bead 18 successfully counteracts the tendency to reduce the diameter of the ring bead. The ring bead therefore effectively supports the base ring section against the tendency to bend this section outwards. This is favored by the inherent rigidity of the bottom ring section, in particular by its relatively small cone angle of about 80 °. The compressive forces acting on the central base section 20 attempt to bulge this section further outwards and to roll the ring bead 18 downwards along the base ring section 16. The rigidity of the Ringsikke successfully counteracts this rolling process, while the material properties of the sheet counteract the enlargement of the state of curvature of the central base section. In addition, outward bending of the arched bottom section 20 is permissible within limits, as long as the arch does not reach the level of the base of the can
Sind bei den Füllgütern nur begrenzte Überdrücke zu erwarten, können die Krümmungsradien R 2 und R 3 etwas vergrößert werden, was die Fonnveränderung des Bodenbereiches während der Herstellung der Dose erleichtert. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Bodens bei der Herstellung von Dosen aus Aluminium, jedoch ist diese Bodengestaltung auch für Dosen aus anderem Metall geeignet. Im praktischen Beispiel wurden bei einer Dose aus Aluminium folgende Werte vorgesehen. Der Winkel A gleich 40°, der mittlere Durchmesser D 2 der Ringsicke 18 gleich dem 0,7fachen des Dosendurchmesser D1, der Krümmungsradius R 6 für den gewölbten Bodenabschnitt 20 gleich dem 1,1 fachen des Dosendurchmessers D1 und der Krümmungsradius R 3 der Ringsicke 18 gleich dem 2fachen der Blechdicke 7Ί für den Rohling nach Fig. 1 bedeutet dies folgende Werte: Der Krümmungsradius R 1 für den Boden 12 betrug das 0,7fache des Dosendurchmessers D1 und die Dicke T2 im Randbereich des Bodens betrug das l,5fache der Dicke Tl im zentralen Bodenbereich. If only limited excess pressures are to be expected in the filling goods, the radii of curvature R 2 and R 3 can be increased somewhat, which makes it easier to change the shape of the base area during the manufacture of the can. The design of the bottom is particularly advantageous when producing cans from aluminum, but this bottom design is also suitable for cans made of other metal. In the practical example, the following values were provided for a can made of aluminum. The angle A is 40 °, the mean diameter D 2 of the ring bead 18 is 0.7 times the can diameter D 1, the radius of curvature R 6 for the curved bottom section 20 is 1.1 times the can diameter D 1 and the radius of curvature R 3 is Ring bead 18 equal to twice the sheet metal thickness 7Ί for the blank according to FIG. 1, this means the following values: The radius of curvature R 1 for the base 12 was 0.7 times the can diameter D 1 and the thickness T2 in the edge area of the base was 1.5 times the thickness Tl in the central floor area.
Der Wert für den Winkel A kann variieren in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Steifigkeit, die für den Bodenrandbereich erzielt werden soll. Der mittlere Durchmesser D 2 für die Ringsicke kann zwischen dem 0,6fachen und dem 0,8fachen des Dosendurchmessers D1 und der Krümmungsradius für den zentralen Bodenabschnitt zwischen dem OJfachen und dem !,5iachen des Dosendurchmessers variieren.The value for the angle A can vary depending on the degree of stiffness that is to be achieved for the bottom edge area. The mean diameter D 2 for the ring bead can vary between 0.6 times and 0.8 times the can diameter D 1 and the radius of curvature for the central base section between OJ times and 1.5 times the can diameter.
Die Figuren zeigen die bevorzugte Ausgestaltung und Abmessungen für eine aus Aluminium extrudierte glattwandige Dose.The figures show the preferred configuration and dimensions for an extruded aluminum smooth-walled can.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Legal Events
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: THE CONTINENTAL GROUP, INC., NEW YORK, N.Y., US |
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