DE2843519C2

DE2843519C2 -

Info

Publication number: DE2843519C2
Application number: DE2843519A
Authority: DE
Inventors: Freddy Ray Lower Burrell Pa. Us Schultz
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1977-11-04
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DE2843519A1; GB2007135B; US4109599A; AU3887478A; JPS5846369B2; FR2407766A1; JPS5466374A; AU519997B2; CA1081548A; FR2407766B1; GB2007135A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung der Ver steifungsrille eines druckwiderstandsfähigen Deckels für einen Behälter aus Blech mit für seine Verwendung an dem Behälter angepaßten Innen- und Außenflächen, mit einem zentrischen Wandteil, mit einem kegelstumpfförmigen Wandteil, der sich um den zentrischen Wandteil herum erstreckt sowie nach oben und außen in bezug auf die Außenfläche des zentrischen Wand teils vorragt und mit einem radial nach außen vorragenden peripheren Flansch um die Außenkante des kegelstumpfförmigen Wandteils herum, welcher eine Versteifungsrille um den zentrischen Wandteil herum bildet, während der periphere Teil des zentrischen Wandteils gegen ein radiales Einwärts biegen über 90° hinaus abgestützt wird.

Es ist bekannt (US-PS 40 31 837), daß die Druckwiderstands fähigkeit des Deckels einer herkömmlichen Dose durch Ver größern der Tiefe der ringförmigen Versteifungsrille in bezug auf den zentrischen, plattenartigen Wandteil des Deckels und durch Aufrechterhalten eines engen Krümmungs radius der ringförmigen Versteifungsrille vergrößert werden kann.

Es hat sich herausgestellt, daß derartige Deckel mit ver hältnismäßig tiefen Versteifungsrillen nach Aufbringen auf einen Behälter, verstärkten Innendrucken ohne ein Ausbeulen zu widerstehen vermögen. Es ist daher möglich, die normale Blechstärke eines Deckels um etwa 10 bis 20% bei Aufrechterhaltung der Innendruckwiderstandsfähigkeiten im Vergleich zu einem herkömmlichen Deckel zu verringern.

Das Ziehen der ringförmigen Versteifungsrille des Deckels die tiefer als eine herkömmliche Versteifungsrille ist, bringt daher insgesamt die Wirkung einer Vergrößerung der Druckwiderstandsfähigkeit eines Behälters mit sich, obgleich zwei gegensätzliche Faktoren einwirken. Zum einen bewirken das Vertiefen der ringförmigen Versteifungsrille und das Verengen des Krümmungsradius eine Vergrößerung des Druck widerstandes. Zum anderen hat der Ziehvorgang eine Ver ringerung der Blechstärke im Krümmungsradius zur Folge, wodurch die Druck festigkeit verringert wird, wie ein bekanntes Verfahren der eingangs erwähnten Art (US-PS 40 31 837) zeigt.

Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt die Bildung der Ver steifungsrille des druckwiderstandsfähigen Deckels durch Stülpziehen, indem auf den kegelstumpfförmigen Wandteil des Deckels mittels eines ringförmigen Wulstes eines sich gegen das untere Werkzeug bewegenden Preßstempels bei gleich zeitiger Abstützung des zentrischen Wandteils des Deckels Druck ausgeübt wird, wobei das Blech des Deckels in eine dem Preßstempel zugeordnete Nut des unteren Werkzeugs ge zogen wird. Bei diesem Stülpziehen des Deckels wird, wie durch Mikrofotografie feststellbar ist, das dünne Blech in der gebildeten Versteifungsrille um ungefähr 10 bis 12% in seiner Stärke im Vergleich zur übrigen Blechstärke des Deckels verringert. Eine derartige Verringerung der Wandstärke hat ihre Ursache in der Reibung zwischen dem Blech des Deckels und dem ringförmigen Wulst des Preß stempels, wenn das Blech über den ringförmigen Wulst gezogen wird. Die Reibung erzeugt eine Spannung in dem Blech an der Innenwand der Versteifungsrille des Deckels und verursacht die Verringerung der Blechstärke. Bei Deckeln, die z. B. aus einem dünnen Blech einer Al-Legierung hergestellt sind, wird durch diese Verringerung der Blechstärke im Bereich der Versteifungsrille die Druckwiderstandsfähigkeit beträchtlich verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Bildung der Versteifungsrille des druckwiderstands fähigen Deckels für einen Behälter aus Blech ohne Verringerung der Blechstärke zur Steigerung der Druckwiderstandsfähigkeit des Behälters erfolgen kann, oder das alternativ eine Verringerung der normalen Blechstärke des Deckels ohne eine Einbuße der Druckwiderstandsfähigkeit des Behälters möglich wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Versteifungsrille in einem nicht abgestützten Bereich des Werkstücks zwischen dem kegelstumpfförmigen Wandteil und dem zentrischen Wandteil durch Druckkräfte gebildet wird, die an dem zentrischen Wandteil und dem peripheren Flansch angreifen.

Von Vorteil ist, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Versteifungsrille nicht durch ein Ziehwerkzeug gebildet wird, das an dem Deckel im Bereich der zu bildenden Verstärkungsrille angreifen würde. Die Bildung der Verstärkungsrille erfolgt vielmehr allein durch die Relativbewegung zweier abstützender Werkzeugteile. Deckel für einen Behälter mit verringerter Wandstärke vermögen somit bei verhältnismäßig hohen Innendrucken einem Ausbeulen zu widerstehen. Für die Deckel können somit auch Legierungen mit verhältnismäßig geringer Zugfestigkeit vorteilhaft zum Einsatz kommen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind druckwiderstands fähige Deckel mit einer tiefen Versteifungsrille mit engem Krümmungsradius erzielbar, ohne daß irgendeine Verringerung der Normalstärke des Bleches auftritt, aus dem der Deckel geformt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vergrößerte, bruchstückartige Ansicht eines Querschnitts durch Werkzeuge, mit denen das Ver fahren zur Bildung der Versteifungsrille eines druckwiderstandsfähigen Deckels für einen Behälter aus Blech durchführbar ist;

Fig. 2 eine vergrößerte, bruchstückartige Ansicht eines Querschnitts ähnlich der der Fig. 1, wobei die Vollendung der Bildung der Versteifungsrille des druckwidertandsfähigen Deckels gezeigt ist;

Fig. 3 eine vergrößerte, bruchstückartige Ansicht eines Querschnitts durch alternative Werkzeuge, mit denen das Verfahren zur Bildung der Versteifungsrille des druckwiderstandsfähigen Deckels für den Behälter aus Blech durchführbar ist; und

Fig. 4 eine vergrößerte, bruchstückartige Ansicht eines Querschnitts ähnlich der der Fig. 3, wobei die Vollendung der Bildung der Versteifungsrille des druckwiderstandsfähigen Deckels gezeigt ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen entgegengesetzte Stanzwerkzeuge, die verwendet werden können, um eine Versteifungsrille eines druckwiderstandsfähigen, metallischen, schalenförmigen Deckels für einen Behälter aus Blech zu bilden. Eine obere Fläche 62, die allgemein plan sein kann, eines unteren Stanzkerneinsatzes 60 kann leicht nach oben gewölbt sein und einen Krümmungsradius in der Größenordnung von ungefähr 17,8 cm aufweisen. Die obere Fläche 62 geht über eine abgerundete Ecke 66, die einen Krümmungsradius im Bereich von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 1 mm und vorzugsweise von ungefähr 0,76 mm aufweist, in eine Außenfläche 64 über. Die kreisförmige, obere Fläche 62 des Stanzkerneinsatzes 60 ist im wesentlichen konzentrisch in bezug zu einem zentrischen Wandteil 10 des Deckels getragen, und ihr Durchmesser d ₁ ist mindestens ungefähr 2,5% kleiner als der Durchmesser d ₂ des zentrischen Wandteils 10 des Deckels, d. h. kleiner als ungefähr 97,5% des Durchmessers des zentrischen Wandteils 10. Ein oberes Stanzwerkzeug 68 weist eine Aussparung 70 auf, in die ein radial nach außen vorragender peripherer Flansch 16 um die Außenkante eines kegelstumpf förmigen Wandteils 14 des Deckels eingepaßt ist. Ein ring förmiger, die Aussparung 70 an der Außenseite begrenzender Steg 72 weist vorzugsweise eine Höhe auf, die im wesent lichen gleich der Höhe des peripheren Flansches 16 ist. Eine innenseitige Stützfläche 74 der Aussparung 70 greift vorzugsweise paßgenau an der Außenfläche 20 des Deckels im Bereich eines Teils des peripheren Flansches 16 und der des kegelstumpfförmigen Wandteils 14 an.

Bei der Durchführung des Verfahrens kann der Deckel in eine Öffnung eines flexiblen, metallischen Förderbandes 76 eingepaßt und zu den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Stanzwerkzeugen transportiert werden, die in einer Umform presse vorgesehen sein können. Nach Anordnung des Deckels zwischen den Stanzwerkzeugen wird das obere Stanzwerkzeug 68 nach unten gegen den ortsfesten Stanzkerneinsatz 60 bewegt, wobei der periphere Flansch 16 des Deckels in die Aussparung 70 eingepaßt und der zentrische Wandteil 10 des Deckels konzentrisch zur oberen Fläche 62 des Stanz kerneinsatzes 60 angeordnet werden. Bei weiterer Abwärts bewegung des oberen Stanzwerkzeuges 68 kommt die Innenfläche der Aussparung 70 mit mindestens einem Teil der Außen fläche 20 des Deckels um den peripheren Flansch 16 herum in Eingriff und trägt diesen. Gleichzeitig wird die obere Fläche 62 des Stanzkerneinsatzes 60 an der Innenfläche 18 des zentrichen Wandteils 10 gegenlagernd angeordnet. Bei einer weiteren Abwärtsbewegung des oberen Stanzwerkzeugs 68 gegen den ortsfesten Stanzkerneinsatz 60 in die in Fig. 2 dargestellte Stellung wird der Deckel zusammengedrückt und der Abstand zwischen dem peripheren Flansch 16 und dem zentrischen Wandteil 10 durch Anheben des letzteren in bezug auf seine Lage am unteren Ende des kegelstumpfförmigen Wandteils verringert, wobei das Blech am unteren Ende des Wandteils abgekantet und gebogen und eine Versteifungs rille 78 um den angehobenen zentrischen Wandteil 10 herum gebildet werden. Die ringförmige Versteifungsrille 78 ist an der Innenseite von einem innenliegenden Wandteil 80 und an der Außenseite von dem kegelstumpfförmigen Wandteil 14 begrenzt. Die Form des Wandteils 80 und eines zweiten, letzteren mit dem zentrischen Wandteil 10 verbindenden, gebogenen Wandteils 81 ist jeweils im wesentlichen der Form der entsprechenden Flächen des Stanzkerneinsatzes 60 angepaßt. Vorzugsweise ist der innenliegende Wandteil 80 rechtwinklig zu dem zentrischen Wandteil 10 angeordnet und der Krümmungsradius des zweiten gebogenen Teils 81 liegt im Bereich von ungefähr 0,5 bis 1 mm, vorzugsweise bei 0,76 mm.

Der Krümmungsradius der Versteifungsrille 78 kann jedoch variieren. Je enger der Krümmungsradius ist, desto größer ist der Druckwiderstand des Deckels.

Der Krümmungsradius ist vorzugsweise nicht größer als 0,508 mm und kann bei einem herkömmlichen Deckel aus einer Aluminiumlegierung 5182 mit einem Härtegrad H-19 0,2032 mm betragen, wenn die Biegung um einen Stanzkern einsatz mit einem Durchmesser von 58,93 mm erfolgt. Der Krümmungsradius der Versteifungsrille 78 hängt vom Verhältnis des Durchmessers des Stanzkerneinsatzes 60 und des Durch messers des zentrischen Wandteils 10 des Deckels ab. Der Durchmesser des Stanzkerneinsatzes 60 muß mindestens 2,5% kleiner als der Durchmesser des zentrischen Wandteils 10 sein, um für eine geregelte Biegung zu sorgen, sonst könnte der kegelstumpfförmige Wandteil 14 des Deckels zwischen den Werkzeugen verformt werden. Der Durchmesser des Stanzkern einsatzes 60 kann jedoch nicht sehr viel kleiner als der des zentrischen Wandteils 10 sein. Insbesondere muß er groß genug sein, um mindestens eine ringförmige Versteifungs rille 78 in dem scheibenförmigen Deckel zu bilden.

Fig. 2 zeigt einen Deckel aus Metall nach Bildung der Versteifungsrille 78, wobei im Vergleich zur Form des Deckels in Fig. 1 der zentrische Wandteil 10 gegen den peripheren Flansch 16 angehoben und die ringförmige Versteifungsrille 78 um den angehobenen zentrischen Wandteil 10 herum geformt ist. Die ringförmige Versteifungsrille 78 ist an der Außen seite durch den kegelstumpfförmigen Wandteil 14 und an der Innenseite durch den innenliegenden Wandteil 80 begrenzt. Der kegelstumpfförmige Wandteil 14 hat im wesentlichen dieselbe Neigung nach außen wie vor dem Anheben des zentrischen Wandteils 10 gegen den peripheren Flansch 16, und zwar einen Neigungswinkel im Bereich von 75° bis ∼90°, vorzugsweise von 77° bis 90°, bezogen auf die Außenfläche 20 des zentrischen Wandteils 10. Bei einer bevorzugten Aus führungsform wird der zentrische Wandteil 10 derart gegen den peripheren Flansch 16 angehoben, daß er in einer Höhe h im Bereich von 1,78 mm bis 2,29 mm über dem Boden der ringförmigen Versteifungsrille 78 angeordnet ist. Durch Vergrößern dieser Höhe wird der Druckwiderstand des Deckels vergrößert.

Aus den Fig. 3 und 4 gehen alternative Stanzwerkzeuge hervor, mit denen das Verfahren zur Bildung der Versteifungsrille des druckwiderstandsfähigen Deckels für einen Behälter aus Blech durchgeführt werden kann. Ein unterer Werkzeugsatz weist einen ortsfesten Stanzkernzeinsatz 82 mit einer im wesentlichen planen, kreisförmigen, oberen Tragfläche 84 und einem ringförmigen Absatz 86 um den Umfang herum auf. Ein federbeaufschlagter Ring 88 um den Stanzkerneinsatz 82 herum weist eine obere Fläche 90 auf, die im wesentlichen mit der Innenfläche 18 des scheibenförmigen Deckels entlang eines Teils des peripheren Flansches 16 und des kegel stumpfförmigen Wandteils 14 in Eingriff steht. Ein oberes Werkzeug 92 weist eine untere Fläche 94 auf, die im wesent lichen mit der Außenfläche 20 des scheibenförmigen Deckels entlang mindestens eines Teils des peripheren Flansches 16 und des kegelstumpfförmigen Wandteils 14 gegenüber der oberen Fläche 90 des federbeaufschlagten Ringes 88 in Eingriff steht.

Bei Betätigung der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Werk zeuge wird der scheibenförmige Deckel zwischen die Werkzeuge eingesetzt, so daß der periphere Flansch 16 des Deckels auf dem federbelasteten Ring 88 zur Anlage kommt. Wenn der Deckel auf dem Ring 88 aufliegt, ist die kreisförmige, obere Stützfläche 84 des Stanzkerneinsatzes 82 im wesent lichen konzentrisch im Verhältnis zum zentrischen Wandteil 10 des Deckels angeordnet. Der Durchmesser der oberen Stütz fläche 84 ist mindestens ungefähr 2,5% kleiner als der Durchmesser des zentrischen Wandteils 10 des scheibenförmigen Deckels.

Wenn der Deckel in den unteren Werkzeugsatz eingepaßt ist, wird das obere Werkzeug 92 nach unten gegen den Deckel bewegt und die untere Fläche 94 des oberen Werkzeugs 92 kommt mit der Außenfläche 20 des Deckels um den peripheren Flansch 16 herum in Eingriff und stützt den Deckel. Bei einer weiteren Bewegung des oberen Werkzeugs 92 werden der Deckel und der gegenüber angeordnete, feder beaufschlagte Ring 88 nach unten bewegt und der Deckel gegen den ortsfesten Stanzkerneinsatz 82 zusammengedrückt, dessen obere Tragfläche 84 gleichzeitig die Innenfläche 18 des zentrischen Wandteils 10 abstützt. Bei einer weiteren Abwärtsbewegung des oberen Werkzeugs 92 werden der Deckel und der federbeaufschlagte Ring 88 in die in Fig. 4 dar gestellte Stellung gebracht, wobei der Abstand zwischen dem peripheren Flansch 16 und dem zentrischen Wandteil 10 durch Anheben des letzteren bezogen auf seine Lage zum unteren Ende des kegelstumpfförmigen Wandteils 14 verringert, das Blech am unteren Ende des kegelstumpfförmigen Wandteils 14 gebogen und die Versteifungsrille 78 um den angehobenen zentrischen Wandteil 10 herum gebildet wird.

Die ringförmige Versteifungsrille 78 wird innenseitig des ringförmigen Absatzes 86 um den Stanzkerneinsatz 82 herum gebildet. Die Tiefe des ringförmigen Absatzes 86 sollte daher so sein, daß der Biegevorgang nicht in nachteiliger Weise beeinträchtigt wird. Die geformte ringförmige Versteifungsrille 78 wird an der Innenseite durch einen Wandteil 80 begrenzt, der mit dem angehobenen zentrischen Wandteil 10 über einen zweiten gebogenen Wandteil 81 ein stückig ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Wandteil 80 im wesentlichen rechtwinklig zu dem zentrischen Wandteil 10 angeordnet. Der Krümmungsradius des zweiten gebogenen Teils 81 liegt im Bereich von 0,5 mm bis 1 mm, vorzugsweise bei 0,76 mm. Ein solcher Krümmungsradius des zweiten gebogenen Wandteils 81 des Deckels stimmt im wesentlichen mit dem Krümmungsradius der entsprechenden gebogenen Fläche um den Umfang des Stanzkerneinsatzes 82 herum überein.

Claims

Verfahren zur Bildung der Versteifungsrille eines druckwider standsfähigen Deckels für einen Behälter aus Blech mit für seine Verwendung an dem Behälter angepaßten Innen- und Außen flächen, mit einem zentrischen Wandteil, mit einem kegel stumpfförmigen Wandteil, der sich um den zentrischen Wandteil herum erstreckt, sowie nach oben und außen in bezug auf die Außenfläche des zentrischen Wandteils vorragt und mit einem radial nach außen vorragenden peripheren Flansch um die Außenkante des kegelstumpfförmigen Wandteils herum, welcher eine Versteifungsrille und den zentrischen Wandteil herum bildet, während der periphere Teil des zentrischen Wandteils gegen ein radiales Einwärtsbiegen über 90° hinaus abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsrille (78) in einem nicht abgestützen Bereich des Werkstücks zwischen dem kegelstumpfförmigen Wandteil (14) und dem zentrischen Wandteil (10) durch Druckkräfte gebildet wird, die an dem zentrischen Wandteil (10) und dem peripheren Flansch (16) angreifen.