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~Becher aus Aluminium und Verfahren und Vor-
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richtung zu dessen Herstellung" Die Erfindung bezieht sich in erster
Linie auf einen einschichtigen gasdichten Becher aus Aluminium, insbesondere für
leichtverderbliche Waren mit annähernd zylindrischer Seitenwand und einer rechtwinkelig
zur Becherlängsachse verlaufenden, annähernd ebenen Bodenwand sowie mit einem getrennt
hergestellten, oberwandigen, gasdichten Abschluß.
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Es sind bereits Becher zum Aufbewahren leichtverderblicher Waren aus
verschiedenen Materialien bekannt; derartige Becher werden teilweise aus Kunststoff,
z.B. im Tiefziehverfahren, hergestellt; dies hat allerdings zur Folge, daß die im
Becher enthaltenen Waren, z.B. Milchprodukte wie Joghurt, weder gegen Lichteinflüsse
geschützt sind noch über einen längeren Zeitraum aufbewahrt werden können.
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Es sind auch aus Aluminium hergestellte flache Becher bekannt, deren
Abdeckung z.B. aus einer aufgeschweißten Aluminiumfolie besteht; diese aus einer
Folie tiefgezogenen flachen Becher werden z.B. für portionierte Lebensmittel, wie
Marmelade, Käse o.dgl. verwendet und haben eine gasdichte Abdichtung; die Aufbewahrdauer
von verderblichen Waren in derartigen flachen Bechern ist wesentlich länger als
im Fall von Kunststoffbechern. Diese Flachbecher weisen gewöhnlich konisch geformte
Seitenwandungen auf und bestehen aus Aluminium mit einer Stärke
von
ca. 0,10 bis 0,14 mm; dies hat zur Folge, daß die Formbeständigkeit derartiger Becher
nicht gewährleistet ist und daß sich solche Becher, wie auch z.B. Zahnpastatuben,
durch leichten Fingerdruck plastisch verformen lassen. Aufgrund der plastischen
Verformbarkeit eignen sich derartig dünnwandige Aluminiumbecher nicht für eine Größe,
bei der die Becherhöhe im Verhältnis zum Durchmesser relativ groß ist, insbesondere
bei der eine Relation von Durchmesser zur Höhe von z.B. 1:3 bis 1:7 besteht.
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Unter einer annähernd zylinderförmigen Seitenwand nach der Erfindung
sind nicht nur zylindrische Hohlkörper zu verstehen, sondern alle Querschnittsformen,
bei denen in Becherlängsrichtung keine Ecken oder scharfe Kanten vorgesehen sind;
unter eine zylindrische Seitenwand sollen somit auch z.B.
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ovale Querschnittsformen fallen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Becher des eingangs
erwähnten Typs zu schaffen, der relativ formbeständig ist und daher auch in relativ
großer Höhe im Verhältnis zum Durchmesser hergestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Becher ein
Verhältnis von Höhe zum Durchmesser von mindestens 1,5:1,0, jedoch höchstens iO:1
bei einer im wesentlichen formbeständigen Wandstärke von 0,15 bis 0,35 mm aufweist,
mit einer konischen Ausweitung von maximal 20 % in bezug auf die zylindrische Form
an seinem Oberrand und von letzterem getrennt mit einer Schulter, einem Absatz o.dgl.
versehen ist.
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Die konische Ausweitung von dünnwandigen Aluminiumhohlkörpern, z.B.
Tuben, ist zwar an sich bekannt und wird u.a. dafür vorgesehen, die Stapelbarkeit
von ungefüllten Rohlingen zu ermöglichen. Die Wandungen der aus Aluminium hergestellten
Tuben haben gewöhnlich eine Stärke von 0,12 mm, damit die Tube durch
leichten
Preßdruck von hand plastisch verformt werden kann.
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Gerade diese plastische Verformbarkeit soll jedoch durch den erfindungsgemäßen
Becher vermieden werden, welcher zwar bei stärkerem Fingerdruck Einbuchtungen erhält,
aber bei einem Erfassen mit der Hand des Benutzers seine Form nicht verändert, also
auch keine Formveränderungen erfährt.
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Der erfindungsgemäße Becher eignet sich besonders für Waren, die leichtverderblich
sind; er ist korrosionsbeständig und stapelbar, formbeständig und zuschweißbar,
dünnwandig und leichtgewichtig; er ist auch sterilisierbar und hygienisch neutral.
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Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann der gasdichte
Abschluß aus einem Schraubverschluß bestehen.
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Ein derartiger Ab- oder Verschluß ist z.B. bei den bekannten Flachbechern
aus Aluminium nicht anwendbar, weil die Wandungen sich zu leicht plastisch verformen
lassen; der Becher kann auch eine scharfe Abschlußkante erhalten oder am Rand umgebördelt
werden, um einen senkrecht zur Becherachse verlaufenden Schweißrand zu schaffen.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung eines Bechers des weiter oben angegebenen Typs zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der zunächst aus einer Rohlingsscheibe
im Kaltfließverfahren hergestellte zylindrische Becherrohling mit einer Wandstärke
von 0,15 bis 0,35 mm erfindungsgemäß nach einer Wärmebehandlung 1,5 bis 3 Minuten
lang bei einer Temperatur von ca. 4500c bis zu 20 % an seinem Oberrand in bezug
aur seinen Boden konisch ausgeweitet wird Die Relation zwischen der angegebenen
Temperatur und der Behandlungsdauer kann selbstverständlich abgewandelt werden,
weil
die steigende (z.B. bis 660°C) und sinkende (z.B.von 2500C an) Temperaturkurve einerseits
und Behandlungsdauerkurve andererseits annähernd geradlinig verlaufen; allerdings
muß eine ~Ausglühung ~des zylindrischen Becherrohlings erreicht werden, da sonst
ein Konischweiten nicht möglich ist.
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Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß zwar das Konischweiten
von Tuben zur Erhöhung der Stapelfähigkeit bekannt ist, daß aber Tuben - wie ebenfalls
bereits bemerkt -selbst keine formbeständige Wandungen haben können, da sie zum
Ausdrücken des Tubeninhalts zusammengedrückt werden müssen.
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Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß trotz erhöhter Wandstärke
und trotz der gewünschten Formbeständigkeit eine Konischausweitung der Aluminiumbecher
möglich ist, ohne daß eine Bruch- oder Rißgefahr im z.B. zylindrischen oder parallelwandigen
Becherrohling auftritt. Dies kann jedoch nur erreicht werden, wenn bestimmte Parameter
beim Konischausweiten beachtet werden.
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Nach einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann während
des Konischweitens im Abstand vom Oberrand ein Absatz, eine Schulter o.dgl. vorgesehen
werden; diese Schulter o.dgl. dient dazu, die einzelnen gestapelten, ungefüllten
Becherrohlinge so weit voneinander im Abstand zu halten, daß das Herausziehen des
obersten Bechers ohne Schwierigkeiten erfolgen kann.
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Schließlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Konischweiten von fließgepreßten Aluminiumbechern zu schaffen.
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Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Konischweiten eines fließgepreßten
Becherrohlings aus Aluminium in einer Stärke von 0,15 bis 0,35 mm mit einer den
Umrissen des Bechers
angepaßten Matrize unter Verwendung eines
Druckmediums dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Patrize der Innenform des Bechers
entspricht und mindestens eine nur an der Stirnseite der Patrize vorgesehene Austrittsöffnung
für das Druckmedium aufweist.
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Die Austrittsöffnung kann am Ende einer mittigen Bohrung in der Patrize
vorgesehen sein.
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Die Stirnfläche der Patrize ist zweckmäßigerweise kleiner als die
Innenfläche des Bodens des Becherrohlings; der Übergang von der Stirnfläche zur
konischen Außenfläche der Patrize kann stetig verlaufen.
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Zweckmäßigerweise weisen die Matrize und die Patrize im Abstand von
ihren Formrändern einander angepaßte Ein- bzw.
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Ausnehmungen auf; der Umriß der Patrize an der Übergangsstelle kann
geringfügig größer sein als der Innenrand des Becherrohlings.
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Zweckmäßigerweise ist der Becherrohling in der Matrize in Wirkstellung
durch leichtes Klemmen gehalten.
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Nach einer zusätzlichen Maßnahme oder als Ersatz für die eben angegebene
Maßnahme kann der Boden der Matrize mindestens eine Bohrung zur Aufgabe eines Saugmediums
auf den Boden des Becherrohlings aufweisen.
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Auf den Zeichnungen sind ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Bechers und ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zu dessen Herstellung dargestellt;
sie werden nachfolgend näher auch im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren
beschrieben.
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Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen Becher
gemäß einer Ausführungs form; Fig. 2 ein Detail von Fig. 1 im Schnitt; Fig. 3 und
4 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung im Längsschnitt.
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Ein aus Reinaluminium hergestellter Becher 1 hat einen runden Querschnitt
und eine Bodenfläche mit ca. 4,5 cm Durchmesser.
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Die Höhe des Bechers beträgt ca. 9 cm. Der Becher hat eine Wandstärke
von 0,20 mm und hat an seinem Oberrand 2 eine umgebogene Kante 3. Die Bodenwand
4 ist annähernd eben und faßt gleich stark wie die Seitenwand 5 des Bodens. In ca.
2 cm Abstand vom Oberrand 2 des Bechers ist eine Schulterfläche 6 vorgesehen. Die
Abweichung des Oberrandes von einer rein zylindrischen Form affin zur Form der Bodenwand
beträgt in etwa 15 %. Diese Konischausweitung erfolgt auf die nachfolgend noch näher
beschriebene Weise.
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Die umgebogene Kante 3 am Oberrand 2 des Bechers 1 ist in etwa um
270° abgebogen, wobei ein ebener Bereich 7 entsteht, der annähernd oder genau senkrecht
zur Längsachse 8 des Bechers verläuft.
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Auf diese ebene Fläche 7 kann nach Füllung des Bechers z.B.
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mit verderblichen Lebensmitteln eine Aluminiumfolie unter Zuhilfenahme
eines schweißfähigen Kunststoffes aufgeschweißt werden. Der auf diese Weise geschlossene
Becher ist gasdicht, gewährleistet eine lange Konservierung, er kann nicht korrodieren,
er verhindert eine Lichteinwirkung auf den Behälterinhalt und ist relativ formstabil,
so daß zwar mit einem kräftigen Fingerdruck Dellen oder Einbuchtungen erzielt werden,
jedoch nur bei geringem Druck der Becher seine Form unverändert beibehält.
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Nach einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsform kann
der Becher 1 an seinem Oberrand mit einem Gewinde versehen und dann mit einem Schraubdeckel
abgedichtet geschlossen werden.
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Durch das Konischweiten ist der leere Becher ineinandergeschichtet
stapelbar, wobei der Oberrand des nächst unteren Bechers an der Schulterfläche 6
anliegt, so daß die einzelnen Becher leichter voneinander getrennt werden können.
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Es liegt auf der Hand, daß der Becher auch eine andere Querschnittsform
haben kann, jedoch dürfen in dessen Seitenwänden keine Ecken vorhanden sein, da
diese Stellen bei einer Ausweitung zu Rissen oder Brüchen führen würden.
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Bei der Herstellung des Bechers wird zunächst in üblicher Weise so
vorgegangen, daß aus einer Aluminiumscheibe, die den Außendurchmesser der Bodenwand
4 hat, im Kaltfließpreßverrshren ein Becherrohling mit einer zylindrischen Seitenwand
geformt wird.
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Ein derartiger Rohling läßt sich aufgrund des kristallinen Gefüges
der Moleküle nur sehr schwierig bearbeiten, d.h. es ist auch eine Dehnung oder Ausweitung
in irgendwelchen Bereichen kaum möglich.
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Durch eine Wärmebehandlung oder ein sogen. Ausglühen, z.B.
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bei 4500, wird Aluminium jedoch verformbar, da die Molekülstruktur
verändert wird.
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Nach dieser Wärmebehandlung wird z.B. durch Luftdruck der zylindrische
Becherrohling konisch ausgeweitet und erhält gleichzeitig die Schulterfläche 6 bzw.
den entsprechenden Absatz.
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In einem weiteren Verfahren wird dann die Kante des Becherrohlings
abgerundet bzw. wie dargestellt abgebogen.
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Versuche unter Verwendung der Parameter von Glühzeit, Konischausweiten,
Härtewerten sowie Wandstärke bei einer Temperatur von 4500C haben ergeben, daß die
in Rede stehenden Becher eine Wandstärke von 0,15 mm nicht unterschreiten dürfen
und daß bei einer Wandstärke von 0,40 mm die Konischausweitung auf große Schwierigkeiten
stößt, weil bei dieser Stärke entweder die Ausglühtemperatur nicht ausreicht oder
das Material selbst nicht hinreichend weich wird.
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Besonders gute Ergebnisse haben sich gezeigt, wenn eine Wandstärke
zwischen 0,21 und 0,28 mm gewählt wird und die Ausglühung zwischen 90 und 180 Sek.,
also 1,5 bis 3 Minuten, durchgeführt wird. In diesem Bereich läßt sich - unter Zugrundelegung
einer Temperatur von 4500C - der zylindrische Becher mit der eben erwähnten Stärke
besonders gut konisch ausweiten. Die Härtewerte des Materials sinken während dieses
Zeitraums von etwa 115 Hv auf 76 Hv.
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Die oben angegebene Temperatur von 450° C kann unterschritten jedoch
natürlich, nur bis maximal zur Schmelzgrenze (das sind ca. 6600C) erhöht werden.
Entsprechend der Verringerung der Temperatur verlängert sich die Behandlungszeit,
während sie bei Erhöhung der Temperatur kürzer wird.
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Durch die Formbeständigkeit des relativ dünnen Aluminiumbechers kann
die Beziehung von Durchmesser zur Höhe sehr weitgehend variiert werden; so ist es
beispielsweise möglich, das Verhältnis von Bodenflächendurchmesser und Höhe auf
1:10 zu erhöhen.
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In Fig. 3 ist eine Matrize 10 mit einer runden öffnung 11 dargestellt,
welche eine Schulterfläche 12 aufweist. Vom Rand 13 der Matrize bis zur Schulterfläche
12 kann die Innenwand 14 der Matrize genau zylindrisch verlaufen, während sie im
Bereich von der Schulterfläche 12 bis zur Bodenwand 15 sich
leicht
konisch. verengt. Im Bereich der Bodenwand 15 der Matrize wird ein genau zylindrisch
ausgebildeter Becherrohling aus Aluminium 17 durch Klemmwirkung an der Stelle 18
gehalten. Eine besondere Zentrierung des Rohlings in dieser Haltestellung ist nicht
erforderlich.
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Eine Patrize 20 weist einen Formdorn 21 mit einer Schulterfläche 22
auf und ist im Bereich zwischen der Schulterfläche 22 und einer Ubergangsstelle
23 konisch ausgebildet, und zwar mit einem Öffnungswinkel, der dem öffnungswinkel
des konischen Bereichs in der Matrize 10 entspricht.
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Der Becherrohling mit einer Wandstärke von 0,25 mm besteht aus Rein
aluminium und ist im Kaltfließpreßverfahren mit einer zylindrischen Seitenwand hergestellt
worden. Nach dem Einsetzen des Becherrohlings 17 und der Klemmhalterung desselben
in der Matrize sowie nach einer Aufwärmung des Becherrohlings auf mindestens 2500C,
vorzugsweise 4500c, wird die Patrize 20 mit dem Formdorn 21 in die in Fig. 3 dargestellte
Lage herangeschoben.
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An der Übergangsstelle 23 weist der Formdorn einen Umriß auf, der
um einige hundertstel Millimeter größer ist als der Innenumriß der zylindrischen
Seitenwand des Becherrohlings 17. Von der Übergangsstelle 23 aus verjüngt sich der
Formdorn 21 stetig bis zur Stirnfläche 24.
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Die Patrize und dementsprechend auch der Formdorn 21 weisen eine mittige
Bohrung 25 auf, durch welche Druckluft aufgegeben wird, nachdem die Übergangsstelle
23 den Rand des Becherrohlings 17 erfaßt hat. Danach wird der Formdorn 21 in die
in Fig. 4 dargestellte Endstellung gebracht. Wie ersichtlich, erreicht die Anlagefläche
26 der Patrize 20 die Stirnfläche 13 der Matrize in ihrer Endstellung nicht vollständig,
so daß, wie mit den Pfeilen 27 angedeutet, das Druckmedium - in diesem Fall die
Druckluft - durch den dadurch entstehenden Spalt entweichen
kann.
In der Endstellung liegt auch die Stirnfläche 24 nicht an der Bodenwandung 16 des
Becherrohlings an, sondern weist - wie dargestellt - einen gewissen Abstand auf.
Auch diese Maßnahme ist dazu vorgesehen, daß die durch die mittige öffnung 25 aufgegebene
Druckluft, die beim kontinuierlichen Vorschieben des Formdorns 21 noch weiter komprimiert
wird, zwischen dem Becherrohling bzw. dem Becher und dem Formdorn entweichen kann.
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Statt der oben erwähnten Klemmhalterung des Becherrohlings in der
Matrize kann auch beispielsweise eine mittige Bohrung im Bodenteil 30 der Matrize
vorgesehen sein, die mit Saugluft beaufschlagt werden kann. Dadurch wird die Bodenwand
16 des Becherrohlings an den Bodenteil 30 angesaugt und entsprechend in Wirkstellung
gehalten.
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Eine besondere Zentrierung des Becherrohlings in der Matrize ist aus
dem Grunde nicht erforderlich, weil durch die konische Zuspitzung des Formdorns
21 von der Ubergangsstelle 23 zur Stirnwand 24 die Zentrierung zwangsweise vorgenommen
wird.
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Wie deutlich aus Fig. 4 ersichtlich ist, kann der Formdorn 21 aufgrund
der Toleranzen zwischen demselben und der Becherwandung leicht aus dem Becher herausgezogen
werden. Für das Auswerfen des konisch geweiteten Bechers 17 mit der Schulterfläche
31 sind besondere Maßnahmen nicht erforderlich; das Auswerfen könnte jedoch bei
einer im Bodenteil 30 vorgesehenen Bohrung zum Ansaugen der Bodenwand 16 des Becherrohlings
durch Aufgabe von Druckluft auf den Becher erfolgen.
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Zu erwähnen ist noch, daß als Druckmedium auch Heißdampf oder ein
hydraulisohes Medium geeignet ißt.-
Die Schulterfläche 6, die für
die Stapelung vorgesehen ist, kann nicht nur, wie dargestellt, in einem Abstand
von 2,0 cm vom Oberrand 2 des Bechers vorgesehen werden, sondern es ist auch ohne
weiteres möglich, eine derartige Schulter, eine Sicke od.dgl.
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in einem ähnlichen Abstand vom Boden des Bechers vorzusehen.
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Es hat sich auch herausgestellt, daß die Schulterfläche 22 am Formdorn
21 nicht unbedingt erforderlich ist, da die relativ langsam entweichende Druckluft
die Schulterfläche 6 am Becherrohling in der entsprechend ausgeformten Matrize allein
ausformt.
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Die Matrize 10 kann in ihrer Seitenwand kleine Bohrungen enthalten,
die ein Entweichen der atmosphärischen Luft beim Konischausweiten erleichtert.
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Der Becher kann bereits im zylindrischen Rohlingszustand in üblicher
Weise bedruckt bzw. lackiert werden, da die Konischausweitung praktisch das Druckbild
nur unwesentlich verändert. Auch ein Innenauftrag kann vorgesehen werden.
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Der Becher ist selbstverständlich auch ohne einen gasdichten Verschluß
- also offen - verwendbar.
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