DE3587397T2

DE3587397T2 - Behälter.

Info

Publication number: DE3587397T2
Application number: DE19853587397
Authority: DE
Inventors: Raymond Mikas; Sam C Pulciani; Robert M Szczerba; Robert M Wyleta
Original assignee: American National Can Co
Current assignee: Rexam Beverage Can Co
Priority date: 1984-10-03
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2005-10-01
Also published as: EP0337500A3; EP0196327A1; EP0196327A4; WO1986002026A1; DE3587397D1; EP0337500A2; EP0337500B1

Description

Ein Behälter der Bauart gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus WO-A-83/02577 bekannt.
Eine hohle Tragfläche dieses bekannten Behälters erstreckt sich rund um die mittlere, gewölbte Platte. Die Tragfläche ist in einen Übergangsteil einbezogen, der den Umfang einer mittleren Platte mit der Seitenwand verbindet. Der Übergangsteil besteht aus einer ringförmigen Wand, die sich von dem Umfang der mittleren Platte bis zu einem nach außen konvexen Wulst bogenförmigen Querschnitts erstreckt, der die Tragfläche bildet, auf der der Dosenkörper stehen kann. Die Bodenwandform ermöglicht es, gefüllte Dosen zu stapeln. Die Wülste können in einen Deckel einer anderen Dose innerhalb des Doppelfalzes eingreifen, wenn der Deckel an dem Dosenkörper befestigt wird. Zusätzlich ist der Doppelfalz so angeordnet, daß er in die Konkavität hineinpaßt.
Im Bestreben, die Kosten der fertiggestellten Behälter zu verringern, bemühen sich die Hersteller ständig, die Dicke des Ausgangsmaterials zu reduzieren und dadurch die gesamten Metallkosten jedes Behälters zu vermindern. Da die Endwand (Boden) des Behälters die anfängliche Dicke des Dosenmaterials im wesentlichen darstellt, sind neue Bodenprofile erforderlich, um die Druckfunktion der dünneren Abmessung der Ausgangsmaterialien aufrechtzuerhalten. Käufer und Benutzer derartiger Behälter, insbesondere der Bier- und Getränkeindustrie, stellen sehr strenge Anforderungen, die verlangen, daß der fertiggestellte und gefüllte Behälter in der Lage ist, Innendrucke oberhalb von mindestens 7,03 kg/cm (100 psi) ohne irgendwelche merkliche Deformation aufrechtzuerhalten und es wurden, um eine derartige Fähigkeit vorzusehen, ziemlich sorgfältig ausgearbeitete Wölbungs- oder Endkonfigurationen entwickelt.
Ein weiteres, kürzlicher aufgekommenes Erfordernis für derartige tiefgezogene und abgestreckte Behälter besteht darin, daß der Behälter eine Mindestwiderstandsfähigkeit gegenüber der Umstülpung der Endwand haben muß, wenn der Behälter unbeabsichtigt fallengelassen wird, nachdem er gefüllt worden und zum Verkauf bereit ist und daß die Endwand eine Knickfestigkeit von mehr als 7,03 kg/cm (100 psi) hat.
Wenn jedoch die Dicke des Ausgangsmaterials abnimmt, wird das Knitterproblem der Behälterhülsenwand akuter, insbesondere, wenn versucht wird, die sorgfältiger ausgearbeiteten Konfigurationen in der Endwand herzustellen.
Ein Problem, dem kürzlich eine gewisse Beachtung geschenkt wurde, ist die Handhabung der Behälter, insbesondere während des Transports, der Lagerung und Zurschaustellung. Mit der zunehmenden Verwendung des reduzierten, eingehalsten Endteils an dem oberen Ende des Behälters, welche die Verwendung kleinerer Enden als Teil der Verpackung ermöglicht, ist eines der Probleme, das festgestellt worden ist, die Stabilität der Behälter, insbesondere, wenn mehrere Sechserpackungen einzelner Behälter übereinander gestapelt werden. Dies hat ein Problem bei der Zurschaustellung der Waren auf Regalen hervorgerufen. Während dies bis zu einem gewissen Grade ein Problem in der Industrie gewesen ist, wurde keine besondere Beachtung Lösungen für die Anpassung an einwandfreies Stapeln und Ineinandergreifen einer Mehrzahl von Behältern auf einem Regal geschenkt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Behälter unter Verwendung eines Ausgangsmaterials verringerter Dicke ohne Vergrößerung des Durchmessers des scheibenförmigen Ausgangsmaterials geformt werden. Der neue Behälter hat eine ausgezeichnete Knickfestigkeit, Beulfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber einer rauhen Handhabung, während gleichzeitig eine Schachteleigenschaft eingearbeitet ist, mittels welcher die Bodenprofilwand in das Ende eingreift, das an dem reduzierten Halsteil des Behälters angebracht ist.
Das Bodenprofil umfaßt einen sphärischen, nach innen gewölbten Teil, der von einem im allgemeinen U-förmigen, ringförmigen Segment umgeben ist, das eine untere Stütze für den Behälter mit dem ringförmigen Segment bildet, das vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 80% des Durchmessers der Seitenwand hat. Ein spezifisch konfiguriertes ringförmiges Verbindungssegment ist mit der Seitenwand und dem U-förmigen, ringförmigen Segment einheitlich ausgebildet, wobei das Verbindungssegment einen ersten, ringförmigen, bogenförmigen Teil mit einem Innenradius und einen zweiten, ringförmigen, bogenförmigen Teil mit einem Außenradius umfaßt, um einen ringförmigen Stützpunkt für das Einsetzen eines Endes auf einen benachbarten Behälter herzustellen.
Das spezifisch gewölbte Profil ist konfiguriert, um die Notwendigkeit irgendeiner Umkehrung des Metalls während der Bildung des Bodenprofils an dem Ende eines Tiefzieh- und Abstreck-Arbeitsvorgangs zu eliminieren, und das Profil umfaßt spezifisch dimensionierte Radien und Segmente, die das Metallverformungsverfahren vereinfachen, so daß die Behälter bei akzeptablen Produktionsgeschwindigkeiten hergestellt werden können.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht des Behälters, in den die vorliegende Erfindung eingearbeitet ist;
Fig. 2 ist eine vergrößerte, fragmentarische Querschnittsansicht des Behälters in Fig. 1, zusammen mit dem Werkzeug zum Formen des Bodenprofils;
Fig. 3 ist ein vergrößertes, fragmentarisches Segment des Bodenprofils des Behälters;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Behälters mit einem daran angefalzten Ende; und
Fig. 5 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht, in der zwei Behälter ineinandergeschachtelt sind.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 der Zeichnungen zeigt einen weggebrochenen Teil eines allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehenen Behälters, der eine im allgemeinen zylindrische Seitenwand 12 sowie eine integrale Endwand 14 aufweist. Der Behälter 10 ist das, was gemeinhin als ein "tiefgezogener und abgestreckter Behälter" bekannt ist, wobei eine ebene, kreisförmige Metallscheibe in eine flache Schale in einer Presse umgeformt wird, die gemeinhin als ein "cupper" bezeichnet wird. Die flache Schale wird dann einer Tiefzieh- und Abstreckmaschine zugeführt, die allgemein als "bodymaker" bezeichnet wird, wobei die Schale wieder verformt wird, um den Durchmesser derselben zu reduzieren und die Höhe durch Verringerung der Dicke der Seitenwand zu vergrößern. Die Endwand wird anschließend an dem Ende des Stempelhubes wieder verformt, der einen Teil der Presse oder des "bodymakers" bildet. Nachdem die Endwand oder der Boden bis auf das besondere Bodenprofil verformt worden sind, hat der Behälter einen reduzierten Hals 16, der rund um das offene Ende geformt ist, sowie einen nach außen gerichteten Flansch 18, wobei der Flansch für das Doppelfalzen eines Endes an diesen verwendet wird.
Unter verstärkter Beachtung der Reduktion der Metallkosten verwenden nun viele Hersteller, was man in der Bezeichnung als ein "206-Ende" anstelle des früher meist üblichen "209- Endes" bezeichnet, wobei die numerischen Werte den effektiven Durchmesser des Endes anzeigen, der auch die Menge des Metalls bestimmt, das zum Formen des Endes erforderlich ist. Mit der Verwendung des "206-Endes" und eines im wesentlichen reduzierten Halses an dem oberen Ende des Behälters wurde das Problem der Stapelung mehrerer Gruppen von Behältern übereinander akuter. Bei den meisten, im Handel erhältlichen Behältern wird ein Bodenprofil mit einem nach außen konvexen, sich über den Umfang erstreckenden, ringförmigen Segment verwendet, das eine untere Tragfläche reduzierten Durchmessers und einen nach innen gewölbten, mittleren Teil innerhalb der ringförmigen Tragfläche umgibt.
Das Bodenprofil des tiefgezogenen und abgestreckten Behälters ist so gestaltet, daß der Boden eines Behälters in das Ende eines benachbarten Behälters eingreift, das an dem reduzierten Hals angebracht ist, und der Behälter ist noch in der Lage, Innendrücken in der Größenordnung von 7,03 kg/cm² (100 psi) zu widerstehen und hat auch eine Knickfestigkeit von annähernd 159 kg (350 pounds) oder mehr. Darüber hinaus zeigt der vorliegende Behälter ausgezeichnete Resultate in Fallprüfungen, die kürzlich ein Kriterium in der Bier- und Getränkeindustrie geworden sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das untere Ende 14 des Behälters 10 einen mittleren, gewölbten Teil 20 (Fig. 3), der von einem ringförmigen, U-förmigen Teil 22 und einem ringförmigen Verbindungssegment 24 umgeben ist, das mit der Seitenwand 12 und dem U-förmigen Teil 22 einen integralen Bestandteil bildet.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, hat der mittlere, gewölbte Teil 20 einen sphärischen Radius R1 und ist mit dem U-förmigen Teil 22 durch ein bogenförmiges Segment 26 mit einem Radius R2 verbunden. Der U-förmige Teil 22 umfaßt eine ringförmige, im wesentlichen senkrechte Wand 28 und eine äußere, ringförmige Wand 30, die durch ein ringförmiges, bogenförmiges, unteres Segment 32 mit einem Inneradius R3 verbunden sind. Das untere Segment 32 bildet eine ringförmige Tragfläche 34 für den Behälter 10. Die innere, ringförmige Wand 28 ist im wesentlichen senkrecht und bildet einen eingeschlossenen Winkel in bezug auf eine senkrechte Achse (nicht gezeigt) durch den Behälter, der so nahe wie möglich an Null liegt, während die äußere, ringförmige Wand 30 einen Winkel A bildet.
Das Verbindungssegment 24 umfaßt einen ersten, ringförmigen, gebogenen Teil 36 mit einem Außenradius R4 und einen zweiten, ringförmigen, bogenförmigen Teil 38 mit einem Innenradius R5.
Die besonderen Radien und Abmessungen der verschiedenen Teile, die das integrale, untere Ende 14 des Behälters bilden, sind wichtig für die gesamte Leistungsfähigkeit des Behälters, wenn er mit unter Druck stehenden Inhalten gefüllt ist, und umfassen auch ein Stapelmerkmal, das ein "Wackeln" ausschließt, wenn zwei gefüllte Behälter übereinander gestapelt werden.
Eine spezifische Gruppe von Parametern wird nun in dem Verständnis beschrieben, daß einige dieser Parameter ohne Abweichung von der vorliegenden Erfindung verändert werden können.
Ein Behälter mit einem Durchmesser einer zylindrischen Seitenwand von 65,964 mm (2.597 inches) wurde aus einer ebenen, kreisförmigen Scheibe mit einem Durchmesser von 139,573 mm (5.495 inches) und einer Dicke von 0,3251 mm (0.0128 inch) geformt. Die Scheibe wurde zunächst in eine Schale verwandelt und dann in einen endgültigen tiefgezogenen und abgestreckten Behälter unter Verwendung von Werkzeugen verwandelt, die in Fig. 2 gezeigt sind und später zu beschreiben sind.
Die mittlere Behälterwölbung 20 hat einen sphärischen Radius R1 von 53,848 mm (2.120 inches), wobei der Radius R2 des Segmentes 26 1,27 mm (0.050 inch) beträgt.
Die untere, ringförmige, bogenförmige Stütze hatte einen Radius R3 von 1,016 mm (0.040 inch), und der Winkel A für das Wandsegment 30 war 27º 30º, und der Winkel für das Wandsegment 28 betrug weniger als 50, vorzugsweise so senkrecht wie möglich. Der Außenradius R4 betrug 2,54 mm (0.100 inch), während der Innenradius R5 5,08 mm (0.200 inch) betrug.
Der Stützdurchmesser D2 für den Behälter war 50,80 mm (2.000 inches), während der Durchmesser D3 für die Mitte des Radius R4 60,071 mm (2.365 inches) und der Durchmesser D4 für die Mitte des Radius R5 55,55 mm (2.187 inches) betrugen.
Diese Bauart des Behälters wurde dann mit Getränk gefüllt und ein Ende 40 wurde an den reduzierten Halsteil 16 mittels eines Doppelfalzes 42 gefalzt (Fig. 4). Das Ende war ein kommerzielles Standard-206-Ende.
Dieser Behälter wurde intensiv geprüft und es wurde festgestellt, daß er alle Mindestanforderungen für die Bier- und Getränkeindustrie erfüllt oder überschreitet. Ferner hatten gefüllte Behälter, wenn sie übereinander gestapelt wurden, einen gut ineinander passenden Sitz mit einem kontinuierlichen Kontakt rund um den gesamten Umfang.
Aktuelle Tests wurden hierzu durchgeführt und es wurde festgestellt, daß das Bodenprofil eng in ein "206-Ende" hineinpaßte, das mittels eines Doppelfalzes am gegenüberliegenden Ende des Behälters besäumt wurde, nachdem der Behälter mit einem Produkt gefüllt wurde und nicht wackelte. Wölbungsumkehrprüfungen wurden dann unter Verwendung eines Bodenprofils mit einer Wölbungshöhe von 0,9906 cm (0.390 inch), gemessen von der unteren Mitte der Wölbung bis zu dem Bodenrand des Behälters durchgeführt und es wurde festgestellt, daß er Drücken von 6,995 kg/cm² (99.5 psi) standhielt, bevor eine Umkehr der Wölbung auftrat. Dieser Wert liegt gut über den Mindestanforderungen für diese Behälter.
Fig. 5 der Zeichnungen zeigt die Eingriffsbeziehung zwischen zwei übereinander gestapelten Behältern. Es ist anzumerken, daß das ringförmige, bogenförmige Segment 36 einen kontiniuerlichen, ausgedehnten Kontakt mit dem Doppelfalz 42 aufweist und das U-förmige Ringsegment 22 teilweise in den Doppelfalz keilförmig eingreift, um ein Kippen des oberen Behälters in bezug auf den unteren Behälter zu verhindern.
Während die relativen Abmessungen und ihre Relation zueinander nicht vollständig erforscht worden sind, wird angenommen, daß einige der Beziehungen für den Gesamterfolg der Leistungsfähigkeit des Behälters kritisch sind. Beispielsweise war bei dem spezifischen, beschriebenen Behälter der Durchmesser D2 kleiner als 80% des Durchmesser D1 des Behälters. Es wird angenommen, daß die Beziehung zwischen dem Durchmesser der Stützfläche 34 und dem sphärischen Radius R1 der Wölbung 20 zusammen mit der senkrechten, ringförmigen Wand 28 die Festigkeitseigenschaften verbessert. Auch die Tatsache, daß das Verbindungssegment zwei bogenförmige Segmente 36 und 38 mit merklich unterschiedlichen Radien hat, wobei der Radius R5 etwa dem Zweifachen des Radius R4 entspricht, führt zu einer hervorragenden Widerstandsfähigkeit gegenüber Innendruck.
Fig. 2 der Zeichnungen zeigt das zum Formen des Bodenprofils der vorliegenden Erfindung benutzte Werkzeug. Das Werkzeug umfaßt ein mittleres Wölbungskissen 50, ein äußeres, ringförmiges Formelement 52 und einen Stempel 54. Das mittlere Wölbungsdruckkissen hat eine obere, sphärische Fläche 56 mit einem Radius R1 und einen Umfangsrand mit einem Radius R2 zusammen mit einer peripheren, vertikalen Fläche 58. Das äußere, ringförmige Formelement 52 hat eine geneigte, flache Seite 60, eine konvexe Ringfläche 62 mit einem Radius R4 und eine konkave Ringfläche 64 mit einem Radius R5. Der Stempel 54 hat eine untere Nase 70, die so gestaltet ist, daß der U-förmige Teil 22 und eine Außenseite 72 entsprechend den Flächen 62 und 64 hergestellt werden können.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Behälter zeigen mehr als eine adäquate Widerstandsfähigkeit gegenüber Ausbeulen, Innendruck und Knickfestigkeit. Es ist auch festgestellt worden, daß die Dicke des Ausgangsmaterials bis zu 0,3175 cm (0.0125 inch) und möglichst so niedrig wie 0,3048 cm (0.0120 inch) reduziert werden könnte, was die Kosten des Rohmaterials für diese Behälter merklich verringert.
Es sollte auch vermerkt werden, daß das verjüngte, obere Ende 16 des Behälters eine sich konstant verringernde Verjüngung von der zylindrischen Seitenwand bis zum oberen Flansch 18 ist. Dieser konstant verringerte, verjüngte, glatte Hals wird bei einem Dreh-Einhalsvorgang hergestellt und Prüfungen haben gezeigt, daß dies zu einer merklich erhöhten Berstfestigkeit der Behälter führt. Tatsächlich zeigen diese Prüfungen, daß der obere Rand sich eher einrollt als daß der verjüngte Teil knittert.
Wie oben angegeben, ist eines der Probleme, das beim Formen von Behälterschalen aus aus Aluminium bestehendem Ausgangsmaterial reduzierter Dicke und beim Wiederverformen der Endwand der oben beschriebenen Konfiguration festgestellt wurde, dasjenige, daß das Metall eine Neigung zum Knittern, insbesondere in dem wiederverformten Verbindungsbereich aufweist, was den Behälter unannehmbar macht.
Bezugszeichenliste 10 Behälter 12 zylindrische Seitenwand 14 integrale Endwand, unteres Ende 16 reduzierter Hals 18 nach außen gerichteter Flansch 20 mittlere, nach innen gewölbte Platte 22 ringförmiger, U-förmiger Teil 24 ringförmiges Verbindungssegment 26 bogenförmiges Segment 28 innere, ringförmige, senkrechte Wand 30 äußere, ringförmige Wand 32 unteres Segment 34 ringförmige Tragfläche 36 zweiter, ringförmiger, gebogener Teil (Verbindungssegment 24) 38 erster, ringförmiger, gebogener Teil (Verbindungssegment 24) 40 206-Ende (reduzierter Halsteil 16) 42 Doppelfalz 44 46 48 50 mittleres Wölbungskissen (Werkzeug) 52 äußeres, ringförmiges Formelement (Werkzeug) 54 Stempel (Werkzeug) 56 obere sphärische Fläche (Werkzeug) 58 periphere, vertikale Fläche (Werkzeug) 60 geneigte, flache Seite (Formelement 52) 62 konvexe Ringfläche (Formelement 52) 64 konkave Ringfläche (Formelement 52) 70 untere Nase (Stempel 54) 72 Außenseite

Claims

1. Ein tiefgezogener und abgestreckter Bier- und Getränkebehälter (10) umfaßt eine im allgemeinen zylindrische Seitenwand (12) mit einem Hals (16) an einem Ende, wobei ein Ende 40 durch einen Doppelfalz (42) mit einem offenen Ende des genannten Halses (16) verbunden ist,

der genannte Doppelfalz (42) eine innere, im allgemeinen ebene Wand hat, die sich im allgemeinen parallel zur Achse des genannten Behälters (10) mit einem oberen, bogenförmigen, freiliegenden Teil oberhalb der genannten inneren, flachen Wand und einer integralen Bodenwand erstreckt,

die genannte Bodenwand einen ersten, unteren, konvexen, ringförmigen, bogenförmigen Teil (38) an dem Ende der genannten zylindrischen Seitenwand (12) umfaßt,

ein konkaver, ringförmiger, zweiter, bogenförmiger Teil (36) einen integralen Bestandteil mit einem unteren Ende des genannten ersten, unteren, konvexen, ringförmigen, bogenförmigen Teils (38) und eines im allgemeinen U-förmigen, ringförmigen, dritten Teils (22) bildet,

der genannte bogenförmige, freiliegende Teil des Doppelfalzes (42) dazu angepaßt ist, wenn ein unterer Teil eines Behälters (10) auf einen oberen Teil eines anderen Behälters derselben Form gestapelt ist, in den genannten zweiten, bogenförmigen Teil (36) hineinzupassen,

der genannte, U-förmige, ringförmige, dritte Teil (22) eine innere, im wesentlichen senkrechte, flache Wand (28) hat, die durch ein unteres, bogenförmiges Segment (32) verbunden ist, das eine untere, ringförmige Stütze (34) reduzierten Durchmessers für den genannten Behälter (10) bildet; und

eine nach innen gewölbte, mittlere Platte (20), die einen einheitlichen Bestandteil der genannten, im wesentlichen senkrechten, ebenen Wand (28) bildet, dadurch gekennzeichnete daß

der genannte U-förmige, ringförmige, dritte Teil (22) eine äußere, ringförmige, ebene Wand (30) hat, die nach innen verjüngt ist,

die genannte Bodenwand ein Profil hat, das dazu geeignet ist, keilförmig in ein reduziertes Ende, das an das genannte offene Ende des genannten anderen Behälters gefalzt ist, keilförmig einzugreifen,

der genannte zweite, bogenförmige Teil (36) der Bodenwand geeignet ist, den genannten, bogenförmigen, freiliegenden Teil des Doppelfalzes (42) zu erfassen und einen kontinuierlichen, ausgedehnten Kontakt rund um seinen gesamten Umfang herzustellen, wenn ein unterer Teil eines Behälters (10) auf einen oberen Teil des genannten anderen Behälters (10) gestapelt wird.

2. Ein tiefgezogenen und abgestreckter Getränkebehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, bogenförmige Teil (38) einen Radius hat, der dem Zweifachen des Radius des genannten zweiten, bogenförmigen Teils (36) entspricht.

3. Ein tiefgezogener und abgestreckter Getränkebehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnete daß der genannte, nach innen verjüngte Hals (16) im allgemeinen glatt und kontinuierlich zwischen der genannten Seitenwand (12) und dem genannten Doppelfalz (42) verläuft.

4. Ein tiefgezogener und abgestreckter Getränkebehälter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des genannten ersten, bogenförmigen Teils (38) ein Zehntel des Durchmessers der genannten unteren Stütze (34) beträgt und der Radius des genannten, zweiten, bogenförmigen Teils (36) der Hälfte des Radius des genannten, ersten, bogenförmigen Teils (38) entspricht.

5. Ein tiefgezogener und abgestreckter Getränkebehälter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Durchmesser der genannten, unteren, ringförmigen Stütze 5,08 cm (2.00 inches) und 80% des Durchmessers der genannten Seitenwand (12) beträgt.