DE2805279A1 - Aus aluminium- oder verzinntem eisenblech tiefgezogenes bauteil und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Aus aluminium- oder verzinntem eisenblech tiefgezogenes bauteil und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
BRAUNSCHWEIG Jf MÜNCHEN
- y-
Schiiialbach-Lubeca CnbH
Schralbachstr. 1, 3300 Braunschweig
"Aus Aluminium- oder verzinntem Eisenblech tiefgezogenes Bauteil
und Verfahren zu seiner Herstellung"
Die Erfindung betrifft ein aus Aluminium- oder verzinntem Eisenblech
tiefgezogenes, vorzugsweise mit einer Innenlackierung zu versehendes Bauteil, welches aus einem ebenen Zuschnitt gewalzten
Bleches mit Hilfe eines matrizen- und patrizenartigen Werkzeuges verformt wird, insbesondere eine abgestreckte Dose für
Verpackungszwecke, sowie ein Verfahren zur Herstellung des vorgenannten
Bauteiles bzw. der vorgenannten Dose.
Für die Herstellung von tiefgezogenen Bauteilen, insbesondere
wenn sie nach dem Tiefziehen mit einer Innenlackierung versehen werden müssen, werden vielfach Aluminium- oder verzinnte Eisenbleche
verwendet. Derartige tiefgezogene Bauteile werden in der vorgenannten Form ausgeführt, wenn sie bei ihrer späteren Benutzung
mit Flüssigkeit oder anderen korrodierenden Medien in Verbindung gelangen. Bei der Herstellung abgestreckter Dosen
für Verpackungszwecke beispiels\^eise werden fast ausschließlich
Aluminium- oder verzinnte Eisenbleche benutzt.
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Während bei der Verwendung von Aluminiumblechen eine zusätzliche
Beschichtung des Bleches zur Erzielung der sp/ltoren Korrosionsbeständigkeit
nicht erforderlich ist, ist es bei Eisenblechen notwendig, diese iriit einer korrosionsfesten Deschichtung, v:ie
Zinn oder Ggfs. auch Kupfer, zu verseilen, v:obei diese Beschichtung
gleichzeitig den Zweck hat, den mt abnehmender '..'anddicke
des Bauteiles bein Tiefziehvor^ang zunehmenden '.."ioerstand infol0e
der Verfestigung des Materials zu verhindern, indem die Beschichtung
des Eisenbleches gleichzeitig als Gleitschicht wirksam ist. Bei Aluminiumblechen bildet die Oberflächenschicht des Aluminiums
gleichzeitig diese Gleitschicht.
Sowohl bei Aluminiumblechen als auch bei verzinnten Eisenblechen
ergibt sich die Notwendigkeit, sie vor bzw. während des Tiefziehvorganges
mit einem oleophilen Film zu versehen, um bei gleichzeitiger weiterer Verminderung des Widerstandes Rißbildungen in dem
Blechmaterial zu vermeiden.
Bei verzinntem Eisenblech ist es überdies bisher erforderlich, nach dem ><alzvorgang und dem Reinigen der Bleche sowie der Verzinnung
eine thermische Nachbehandlung vorzunehmen, um eine Legierungsschicht des Eisens und Zinnes im Bereich des Überganges
zu der Zinnschicht zu erzeugen. Ferner muß in einem weiteren Arbeitsgang die Oberflächenschicht des Zinnes paösiviert
werden, um eine Oxidation des Zinnes an der Oberfläche zu vermeiden.
Dies geschieht im allgemeinen durch Aufbringen einer sehr dünnenChrori-Chromoxidschicht, welche bei den: späteren Zieh-
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-V-
bzw. Abstre&vorjans wieder zerstört, so daß die Oberfläche des
fertigen "Werkstückes im wesentlichen wieder von dem Zinn gebildet
wird.
Vor der Innenlackierung der gezogenen bzw. abgestreckten Bauteile ist es erforderlich, den oleophilen Film von den Bauteilen
zu entfernen, da dieser die Haftfähigkeit des Lackes an der Metalloberfläche verhindert oder zumindest so nachteilig beeinflußt,
daß eine zuverlässige Lackbeschichtung des Bauteiles nicht erreichbar ist. Es ist deshalb erforderlich, die tiefgezogenen
bzw. abgestreckten Bauteile aus den genannten Blechen einem sehr intensiven WaschVorgang zu unterwerfen.
Da die Bodenbereiche der tiefgezogenen Bauteile, beispielsweise
die Bodenbereiche abgestreckter Dosen, während des Tiefziehens
bzw. Abstreckens keinen nennenswerten mechanischen Beanspruchungen unterworfen werden, sind diese Bereiche bei Bauteilen aus
verzinntem und nachbehandelteia Eisenblech mit der Passivierungsschicht
versehen, während sie bei Bauteilen aus Aluminium eine Aluniniumoxidschicht aufweisen. Durch diese unterschiedliche
Oberflächenausbildung zwischen den gezogenen bzw. abgestreckten
, V/andteilen der Bauteile und den Bodenbereichen ergibt sich eine
unterschiedliche Haftfähigkeit der Innenlackierung, welche insbesondere bei der Herstellung von abgestreckten Dosen für Verpackungszwecke
erhebliche Probleme aufwirft.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Bauteil der einleiterd
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beschriebene Art aus Aluminium- bzw. verzinntem Eisenblech so auszubilden, daß es einfacher, insbesondere ohne die Anwendung
oleophiler Gleitschichten beim Tiefziehen herstellbar ist und dabei eine Oberfläche erhält, die sowohl im Boden als auch In
den Wandbereichen eine weitgehend homogene Wasserbenetzbarkeit
und Laekvernetzbarkeit aufweist.
Die Lösung vorgenannter Aufgabe besteht erfindungsgemäß in der
Verwendung von Blechen mit einer hydrophilen Oberflächenschieht
der Strukturformel:
Sn(R) oder Al(R) mit R J> OH, R = O + OH bei 0 -.*. OH oder
R= hydrophiler Rest mit einer freien OH-Gruppe, z.B. von komplexartig gebundenen Alkanol-Aminen, insbesondere
Tri-Äthanol-Amin, Estern oder Oxalsäure-Glycerin.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die hydrophile
Oberflächenschicht nicht nur die Punktion der sonst notwendigen oleophilen Schicht beim Tiefziehen bzw. Abstrecken übernimmt,
sondern daß sie außerdem eine geringere Affinität zu Schmutzstoffen,
wie Fett und öl, hat, jedoch andererseits die Lackhaftung begünstigt und eine homogene Lackverteilung über die Oberfläche
ermöglicht, unabhängig davon, ob es sich um Oberflächen tiefgezogener
oder abgestreckter Wandungsteile handelt oder um die Ober fläche des Bodens des Bauteiles bzw. der abgestreckten Dose.'
Soweit eine Reinigung vor der Innenlackierung notwendig sein sollte, läßt sich diese wesentlich einfacher gestalten als bei
"9ΊΓ98Π337Όΰ5&
der bisherigen Benutzung oleophiler Substanzen für den Tiefzieh- \
bzw. Abstreckvorgang.
I3ei den in der Strukturformel genannten Resten kor.ii.it es darauf
an, Substanzen zu verwenden, an denen sich polares HpO anlagern
Die Erzielung hydrophiler Oberflächenschichten der vorgenannten
Strukturformel ist bei den eingangs genannten Aluminium- oder
verzinnten Eisenblechen auf unterschiedliche V/eise möglich.
So können Bauteile mit diesen Oberflächenschichten dadurch hergestellt
werden, daß das Aluminiumblech nach dem VJalzen und
Reinigen und das verzinnte Eisenblech nach dem Walzen, Reinigen und Verzinnen der Einwirkung eines inerten Gases bis unmittelbar
vor dem Tiefziehen ausgesetzt wird. Die bei den genannten Blechen vorhandenen Oberflächenschichten aus Aluminium bzw. Zinn bilden
allein durch vorübergehende atmosphärische Einwirkung eine hydrophile
Oberflächenschicht, die jedoch bei längerer Einwirkzeit der Atmosphäre oxidiert und dann als überwiegende Oxidationsschicht vorliegt, Vielehe nicht mehr die geforderten hydrophilen
Eigenschaften aufweist. Ue:in sonit durch die genannte Einwirkung
des inerten Gases bis unmittelbar vor den Tiefziehen oder Ab-^ strecken die Oxidation der Oberflächenschicht der Bleche unterbunden
wird, bleibt die hydrophile Schicht erhalten, welche bei;.i
Tiefziehen oder Abstrecken und bei dem nachfolgenden Lackieren zu den beschriebenen vorteilhaften Wirkungen führt. Die1 sonst bei
der Verarbeitung
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-'s
der genannten Bleche erforderliche Oberflächenbeschichtung mit
einem Gleitmittel und deren Abreinigung nach dem Tiefzieh- bzw. Abstreckvorgang können entfallen. Hierdurch wird eine erhebliche
Vereinfachung des Herstellprozesses erzielt, '.reicher i.;it
einem sehr erheblichen Vorteil in bezug auf Wirtschaftlichkeit und Umweltbelastung einhergeht.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Aluminium- oder verzinnte Eisenblech unmittelbar vor dem Tiefziehen mit einem PiIn eines
Alkanol-Amins, insbesondere eines O,l.^igen Tri-A'thanol-Ar.iins,
eines Esters oder eines Oxalsäure-Glycerins versehen wird. Diese Verfahrensmaßnahme kann angewandt werden bei verzinntem
Eisenblech, solange das Zinn der Oberflächenschicht zweiwertig vorliegt, also auch wenn das verzinnte Eisenblech bereits durch
die. atmosphärische Einwirkung im Oxidations Vorgang etwas weiter fortgeschritten ist. Durch den Film aus den vorgenannten Stoffen
erreicht man eine hydrophile Oberflächenschicht mit oleophilem Charakter, welcher die eingangs genannten besonders günstigen
Eigenschaften des Bauteiles beim Zieh- bzw. Abstreckvorgang und der nachfolgenden Innenlackierung bewirkt.
Während die Aufbringung des vorgenannten Filmes aus den beschriebenen
Stoffen im allgemeinen dann vorgenommen wird, wenn das Blech bei normaler Umgebungsluft verarbeitet wird,- kann ein
solcher Filmauftrag entfallen, wenn bei einem anderen Herstellungsverfahren das tiefzuziehende bzw. abzustreckende Bauteil
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der Einwirkung des inerten Gases bis zum Abschluß cies Tiefziehens
ausgesetzt wird.
Die Ilerstellungsv.eise ist z.B. in der Form möglich, daß das
Aluminium- bzw. verzinnte Eisenblech nach dem Walzen und Reinigen bzw. beim Eisenblech nach dem Verzinnen durch einen Tunnel
mit inertem Gas hindurchgeführt und unmittelbar im Anschluß an diesen Tunnel ggfs. in einem von inertem Gas erfüllten Raum auf
ein Coil aufgewickelt und bis zur V/eiterverarbeitung luftdicht umschlossen wird. Es kann dann die oben beschriebene V/eiterverarbeitung
entweder nach Aufbringen eines Films aus den beschriebenen Stoffen oder aber unter der Einwirkung des inerten Gases
bis zur Beendigung des Tiefziehens bzw. Abstreckens vorgenommen werden.
Es hat sich herausgestellt, daß besonders günstige Ergebnisse erzielt werden, wenn das Aluminium- oder verzinnte Eisenblech
während des Tiefziehens durch gekühlte V/erkzeuge und/oder mittels
des inerten Gases auf Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, vorzugsweise unter O0C bis zu -15°C, gehalten wird.
Bei einer Verarbeitung der Bleche bei den vorgenannten Temperaturen ergeben sich besonders günstige Oberflächeneigenschaften
der tiefgezogenen bzw. abgestreckteri Bauteile, welche einen
sehr dünnen homogenen Lackauftrag auf der Innenoberfläche des
Bauteiles ermöglichen, so daß eine erhebliche Einsparung nicht nur zn Lack, sondern auch an Energie für die nachfolgende Trocknung
des Lackes erreicht werden kann.
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1. Herstellung ab'res treckt er \\Teißblechdosen
Unmittelbar nach dein Verzinnungsbad v:ird das V.'eiJL-blecht-and .
im Gegenstromprinzip unter Ausschluß von Luftsauerstoff durch eine Befeuchtungskaraner hindurchgeführt und in der
Kammer mit einer 0,05%igen.isopropanoligen Lösung von
Trimethylamin befeuchtet und über eineP Satz von Gui;urav.alzen
abgerollt und feucht zu einem Coil aufgewickelt.
Das Blech bleibt dadurch an der Oberfläche hydrophil. Durch
Zugabe von Trimethylamin wird eine dui^ch verschlepptes Wasser
auftretende mögliche Korrosion unterbunden.
Unmittelbar vor dem ersten Umformprozeß zum Napf (cup) wird
■ das Coil über eine Haspel der Tiefziehpresse zugeführt, indem
das.Weißblechband wieder durch obige Befeuchtungskammer geführt
wird, so daß bei Linienstillstand von mehr als 30 Min. die verflüchtigte alkoholische Mischung erneuert wird.
Mach dem Tiefziehvorgang wird der IJapf auf kürzesten I.'ege der
Abstreckpresse zugeführt.
Die Kühlung der Werkzeuge wird mit einer Trimethylamin enthaltenden isopropanoligen Lösung vorgenommen. Das Kühlmittel
wird durch Kälteaggregat gebildet und in kleinen Mengen von z.B. 10 l/min, zwischen die Abstreckringe vorrangig auf den
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Stei.ipel aufgetragen bei einer Temperatur von -5°C.
Der Kühlrcittelauftrag erfolgt in solchen Intervallen (z.B.
1^0 Takte pro Minute), daß das Werkzeug beim Rückhub von dem
zu^eführten Kühlmittel gekühlt wird und beim Arbeitshub nur von den verbleibenden Kühlmittelresten.,
Die Dose ist nach dem Abstrecken fast trocken und wird durch
Tauchen, Sprühen oder Spritzen mit Lack innen und außen lackiert
2. Herstellung abgestreckter AlumJniundosen
Nach dem letzten Walzvorgang vird das Aluminiumband konventionell
Gereinigt, so daß Reinigungsmittel wie auch der meßbare ph-V.'ert
eine neutrale Oberfläche ergeben. Analog der Vieißblechbehandlung
wird das Aluminiumband unter luftsauerstofffreier, reduzierender
Atmosphäre mit triinethylaminhaltigem Isopropanol behandelt und feucht zu einem Coil aufgewickelt.
Die Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Bauteile beschränkt
sich nicht auf die Verwendung von Blechen, die unverzüglich oder kurzfristig nach dem Walzen und Reinigen bzw. Rei- ,
nigen und Verzinnen mit Hilfe inerter Gase an einer Oberflächenoxidation gehindert werden, sondern es ist auch möglich, bei BIechen
der hier in Betracht kommenden Art mit einer bereits oxidierten Oberfläche diese Oberfläche in den hydrophilen Zustand
~ SÖ98 3 37W5TS
BAD ORIGiMAL
ib.
zu überführen. Es können aueh solche Bleche verwandt werden,die
in der üblichen Weise nach ihrer Fertigstellung unter der Einwirkung
der normalen Atmosphäre gelagert wurden, beispielsweise !
in Form aufgewickelter Coils. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß das Blech unmittelbar vor der "Verformung elektrolytisch in einem sauren oder alkalischen Bad mit vorzugsweise anodischer
Spannung behandelt und nachfolgend getrocknet wird. '
Die Praxis hat gezeigt, daß es zweckmäßig ist, wenn das Blech in dem Bad der Einwirkung eines Elektrolyten aus wässerigem
Tetrakaliumphosphat, Trimethylamin oder NaOH bei einer Temperatur des Bades von etwa 200C und einer Stromdichte von 200 - 300
A/m über eine Dauer von 1-2 see ausgesetzt und nachfolgend durch ein mit Butylglykol-Prophylalkohol benetztes Feuchtwalzenpaar
hindurchgeführt wird.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten und nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Bauteile besteht noch
darin, daß die angestrebte und erzielte hydrophile Oberflächenschicht die Haftung eines aufzubringenden Schutzüberzuges,insbesondere
eines im allgemeinen verwendeten Lackes, erheblich begünstigt, so daß nicht nur die beschriebenen Vorteile bei dem
VerformungsVorgang, sondern auch bei der Aufbringung des genannten
Schutzüberzuges erreichbar sind, wenn man dafür sorgt, daß während der Dauer des hydrophilen Zustandes der Oberfläche des
Bauteiles der Auftrag des Lackes oder dgl. Schutzschicht vorgenommen wird.
90Μ33/ΟΟ5Γ
Claims (1)
- 6;-·98·PA Γ Fi N TA N WA LT EDR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKEBRAUNSCHWEIG MÜNCHENAnsprüche.) Aus Aluminium- oder verzinntem Eisenblech tiefgezogenes, vorzugsweise mit einer Innenlackierung zu versehendes Bauteil, welches aus einem ebenen Zuschnitt gewalzten Bleches mit Hilfe eines matrizen- und patrizenartigen Werkzeuges verformt wird, insbesondere abgestreckte Dose für Verpackungszwecke, gekennzeichnet durch die Verwendung von Blechen mit einer hydrophilen Oberflächenschicht der Strukturformel:Sn(R) oder Al(R) mit R=OH, R=O + OH bei 0 < OH oderR= hydrophiler Rest mit einer freien OH-Gruppe, z.B. von komplexartig gebundenen Alkanol-Aminen, insbesondere Tri-Äthanol-Amin, Estern oder Oxalsäure-Glycerin.2. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumblech nach dem Walzen und Reinigen bzw. das verzinnte Eisenblech nach dem Walzen, Reinigen und Verzinnen der Einwirkung eines inerten Gases bis unmittelbar vor dem Tiefziehen ausgesetzt wird.909833/0058ORiGlNAL INSPECTED- 2 - j3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- \ zeichnet, daß das Aluminium- oder verzinnte Eisen- jblech unmittelbar vor dem Tiefziehen oder Abstrecken rät j einem Film eines Alkanol-Amins, insbesondere eines 0,1;ίΐ^3Π Tri-Äthanol-Anins, eines Esters oder eines Oxalsäure-ülycerins versehen wird.H. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium- oder verzinnte Eisenblech vor dem Tiefziehen oder Abstrecken der Einwirkung des inerten Gases bis zum Abschluß des Tiefziehens ausgesetzt wird.5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium- oder verzinnte Eisenblech während des Tiefziehens durch gekühlte Werkzeuge und/oder mittels des inerten Gases auf Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, vorzugsweise unter,O C bis zu -15°C gehalten wird.6. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 1, j bei dem ausgegangen wird von einem gewalzten Aluminium- oder verzinnten Eisenblech mit einer oxidierten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech unmittelbar vor der Verformung elektrolytisch in einem sauren oder alkalischen Bad mit vorzugsweise anodischer Spannung behandelt und nachfolgend getrocknet wird.909833/0058■ ' - -es 37· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η - ,zeichnet, daß das Blech in dem Bad der Einwirkung : eines Elektrolyten aus wässerigem Tetrakaliumphosphat,Trimethylamin oder NaOH bei einer Temperatur des Bades jvon etwa 200C und einer Stromdichte von 200 - 300 A/m 'über eine Dauer von 1 - 2 see ausgesetzt und nachfolgend jdurch ein mit Butylglykol-Prophylalkohol benetztes Feucht- jwalzenpaar hindurchgeführt wird. I909833/0 058
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