DE69302096T2

DE69302096T2 - Verformbare bodenwand für druckfeste behälter

Info

Publication number: DE69302096T2
Application number: DE69302096T
Authority: DE
Inventors: Paul Charles Claydon; Neil Mcmahon
Original assignee: Metal Box PLC
Current assignee: Crown Packaging UK Ltd
Priority date: 1992-07-30
Filing date: 1993-07-13
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2013-07-14
Also published as: ES2085790T5; DE69302096D1; NO950324D0; DK0651716T3; GB9314536D0; EP0651716B2; ZA934927B; GB2269152B; BR9306809A; CN1081986A; GB2269152A; US5593063A; ATE136273T1; ES2085790T3; JPH07509428A; EP0651716A1; GB9216247D0; AU4576193A; WO1994003367A1; NO950324L

Description

Diese Erfindung betrifft Metallbehälter und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, die Bodenwand eines Behälters, der aus einem kreisförmigen Rohling gezogen wird, um eine Bodenwand und eine Seitenwand aufzuweisen, die von dem Umkreis der Bodenwand nach oben steht.
Ein vielfach verwendeter Behälter für Tiernahrung mit typischerweise 73 mm Durchmesser bei 56 mm Höhe weist eine im wesentlichen flache Mittelplatte auf, die von einem flexiblen Ring umgeben ist, der mit einem Kanalabschnitt, oder einer Standwulst, verbunden ist, der eine an den flexiblen Ring angrenzende Innenwand und eine an die Seitenwand des Behälters angrenzende Außenwand hat. Die Behälter werden gewöhnlich aus einem lackierten Stahl, wie etwa elektrochrom beschichtetem Stahl oder Weißblech der Härte DRB mit einer Dicke von 0,17 mm (etwa 0,007'') gezogen. Die Seitenwand dieser Dose ist empfindlich für eine Beschädigung zum Zeitpunkt des Verkaufs. Wenn die Behälter gefüllt werden, übt die Verschließmaschine einen Druck auf die Oberseite eines Dosenendes aus, während ein Doppelfalz walzprofiliert wird, um das Dosenende mit der Seitenwand zu verbinden; folglich muß die Seitenwand stabil genug sein, um diese Belastung der Oberseite auszuhalten. Wenn die verschlossenen Behälter thermisch verarbeitet werden, können sich die Inhalte der Dose ausdehnen, es entwickelt sich in dem Behälter Druck, und die Seitenwand wird gegen übermäßige Verformung geschützt, weil der flexible Ring es der Bodenwand erlaubt, nach außen auszubauchen, um das Behältervolumen zu vergrößern. Wenn der Behälter abkühlt, nimmt der Druck in der Dose ab. Wenn das Produkt heiß abgefüllt wird, kann sich ein Teilvakuum in dem Behälter entwickeln, wenn er auf Raumtemperatur abgekühlt wird, und so die Seitenwand in Gefahr bringen, zusammenzubrechen, wenn der flexible Ring nicht in die ursprüngliche Form zurückkehrt.
Dosenenden, die die gewünschte Ausdehnung und Schrumpfung des Behältervolumens durch einfache Biegung liefern, sind in US-A-3105765 (Creegan) und US-A-3409167 (Blanchard) und in den britischen Patentveröffentlichungen 2107273 und 2119743 (der American Can Company) beschrieben, aber in all diesen Patenten ist die in einer gefüllten und verschlossenen Dose erhältliche Volumenänderung begrenzt auf diejenige, die durch Verbiegung, nicht durch dauerhafte Formänderung, erhältlich ist.
Diese Anforderungen an die volumenänderung werden strenger gemacht, wenn große Dosen mit einer eisenbeschichteten Seitenwand verwendet werden, da die Seitenwand zwischen 0,075 mm (0,004'') und 0,0125 mm (0,005'') dick sein kann.
Eine erste Aufgabe dieser Erfindung ist, einen Behälter mit einer Endwand zur Verfügung zu stellen, die während einer thermischen Behandlung ein vergrößertes Volumen liefert, um die Drücke zu verringern, die während der thermischen Verarbeitung in der Dose erzeugt werden. Eine zweite Aufgabe ist, etwas Elastizität zu liefern, um ein restliches Teilvakuum in einer gefüllten und verschlossenen Dose zu kompensieren. Die Endwand kann integral mit der Seitenwand eines gezogenen Dosenkörpers sein oder alternativ kann die Endwand ein Dosenende oder ein Deckel sein.
Dementsprechend liefert diese Erfindung eine Behälterendwand, die aufweist: einen Außenkanalabschnitt oder eine Deckelbiegung, wobei eine ihrer Innenwände eine Mittelplatte trägt, in der sich ein verformbarer Ring sowohl radial als auch axial von der Innenwand weg nach innen erstreckt, um einen anhängenden Ring zu halten, der die Mittelplatte mit dem verformbaren Ring verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn nach dem Verschließen Druck in einem Behälter ausgeübt wird, die Mittelplatte zeitweise axial nach außen gebogen wird und der verformbare Ring dauerhaft von seiner anfänglichen stabilen Position in seine zweite stabile Position gebogen wird, um das Volumen des Behälters zu vergrößern. In einer Ausführungsform weist der verformbare Ring einen im wesentlichen flachen Ringabschnitt auf, der sich von der Innenwand des Kanalabschnitts oder der Deckelbiegung radial nach innen erstreckt und eine ringförmige Wulst mit bogenförmigem Querschnitt umgibt, die sich von der Innenwand weg erstreckt, bevor sie abbiegt, um in einen im wesentlichen zylindrischen anhängenden Wandabschnitt zu münden, welcher die Mittelplatte und den Ring mit dem verformbaren Ring verbindet.
Eine Außenwand des Kanalabschnitts kann eine äußere Deckelbiegung zur Befestigung an dem Flansch der Seitenwand eines Behälterkörpers haben; oder alternativ kann die Außenwand des Kanalabschnitts an die Seitenwand eines aus einem Rohling gezogenen Dosenkörpers anschließen.
In einer weiteren Ausführungsform ist der verformbare Ring stumpfkegelig und kann, falls erwünscht, mit mehreren Versteifungswülsten versehen werden, die sich quer über seine Breite erstrecken, um die verformbare Platte entweder in ihre ursprüngliche Form oder ihre verformte Form auszulenken.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die radiale Breite des verformbaren Rings größer als die Breite des Kanalabschnitts. Der Kanalabschnitt weist bevorzugt eine Innenwand auf, die durch eine Wulst mit bogenförmigem Querschnitt, typischerweise in der Größenordnung von 1,0 mm (etwa 0,004'') mit einer Außenwand verbunden ist.
Die Innenwand und die verformbare Platte sind in einem Radius der Größenordnung 0,7 mm (0,003'') verbunden, in dem die Verbiegung stattfindet, wenn sich der verformbare Ring bewegt.
Vielfältige Ausführungsformen werden nun mittels Beispiel und unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines aus einem Rohlingsausschnitt gezogenen Dosenkörpers ist;
Fig. 2 eine gleiche Ansicht des Dosenkörpers aus Fig. 1 nach Abfüllen, Verschließen, Erhitzen und Abkühlen ist;
Fig. 3 eine untere Draufsicht auf den Dosenkörper von Fig. 1 ist;
Fig. 4 ein vergrößerter unvollständiger Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform des Dosenkörpers ist;
Fig. 5, 6 und 7 schematische Schnittansichten des Dosenbodens in leerem Zustand, nach Abfüllen und Verschließen, jedoch während der frühen Erhitzung in einem thermischen Verfahren und nach dem abschließenden Abkühlen der verarbeiteten Dose auf Umgebungstemperatur sind;
Fig. 8 ein Diagramm der Bodenwand-Biegung, aufgetragen gegen den Innendruck der geschlossenen Dose, ist;
Fig. 9 eine schematische Skizze eines Preßwerkzeugs mit geformtem Dosenkörper ist;
Fig. 10 ein unvollständiger Schnitt einer ersten alternativen Ausführungsform eines Endwandprofils ist;
Fig. 11 ein unvollständiger Schnitt der Endwand von Fig. 10 mit zusätzlichen Wulsten ist; und
Fig. 12 eine Seitenansicht eines Dosenendes ist, das an einem Durchmesser geschnitten wurde.
Fig. 1 und 3 zeigen einen Dosenkörper, 73 mm Durchmesser x 56 mm Höhe, der aus einem kreisförmigen Rohling aus lackiertem elektrochrom beschichteten Stahl oder Weißblech, 0,12 mm dick, gezogen wurde und der eine zylindrische Seitenwand 2 aufweist, die an einem Ende in einem nach außen gerichteten Flansch 3 endet und am anderen Ende von einer integralen Bodenwand 4 abgeschlossen wird. Die Bodenwand weist einen Außenkanalabschnitt 5, einen verformbaren Ring 6 und eine Mittelplatte 7 auf, die von flexiblen Ausdehnungsplatten 8 umgeben ist. Es ist zu sehen, daß die Mittelplatte 7 in einer Höhe gerade über einem optionalen Stapelwulst 9 in Fig. 1 gehalten wird.
Fig. 2 zeigt den Dosenkörper von Fig. 1 nach Abfüllen mit einem Produkt 10 und Verschließen mit einem Dosenende 11, das an dem Flansch des Körpers mit einem Doppelfalz 12 befestigt ist. Unter der Wirkung des während der Erhitzung dieser verschlossenen Dose auftretenden Drucks, um das Produkt thermisch zu verarbeiten, wurde der verformbare Ring 6 von der in Fig. 1 gezeigten im allgemeinen nach oben gerichteten Stellung durch Biegen beim Radius r&sub1; in die in Fig. 2 gezeigte im allgemeinen nach unten gerichtete Stellung 6A gebogen. Folglich wurde das Innenvolumen des verschlossenen Dosenkörpers dauerhaft um etwa 10 ml vergrößert. Jedoch bewegen sich die Mittelplatte 7 und ihre Ausdehnungsringe unter der Wirkung des Innendrucks in der Dose weiter, so daß die Mittelplatte in Richtung ihrer ursprünglichen Form gezogen wird, wenn das Produkt abkühlt und sich ein Teilvakuum entwickelt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die vollständig verarbeitete Dose in der Lage, auf einer ebenen Fläche 13 zu stehen, wobei die Mittelplatte 7 gerade unter der Höhe des Stapelwulsts 9, aber frei über der Tragfläche 13 ist.
Fig. 4 zeigt Details einer bevorzugten Ausführungsform des Dosenkörpers, die unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben wird. In Fig. 4 wurde die Seitenwand mit mehreren Reifwülsten 14 versehen, die das dünne Seitenwandmetall gegen Ausdehnung oder Zusammenbruch versteifen, so daß das obere Ende und die Bodenwand der Dose eine Bewegung liefern müssen, um sich an die Druckänderung anzupassen, wenn die Dose und die Inhalte thermisch verarbeitet werden.
Der Kanalabschnitt 5 könnte nützlicherweise eine zur Seitenwand koaxiale Außenwand 15 und eine einfache zylindrische Innenwand 16 haben, die durch eine ringförmige Wulst mit bogenförmigem Querschnittsradius r&sub2; verbunden sind. Jedoch hat die Außenwand 15, wie in Fig. 4 gezeigt, einen verringerten Durchmesser, um, wie in Fig. 2 gezeigt, das Stapeln des Dosenkörpers innerhalb des Doppelfalzes 12 einer mit Deckel versehenen Dose zu erlauben. Die Innenwand 16 ist ebenfalls abgestuft, um Spielraum für die Zuglasche des Aufreißendes (nicht gezeigt) der Dose zu geben, die auf einigen Dosen benötigt werden kann.
In Fig. 4 wird deutlich, daß der verformbare Ring 6 eine flache Ringrippe 17 aufweist, die eine nach außen konkave Ringwulst 18 mit Radius r&sub3; umgibt, welche von dem inneren Umfang der Rippe nach oben steht, bevor sie nach unten zu einem zylindrischen anhängenden Wandabschnitt 19 abbiegt, der in den Umfang der flexiblen Platte 8 in einem Radius r&sub4; mündet. Die flexible Platte 8 und die Mittelplatte 7 verhalten sich herkömmlicherweise so wie auf dem Fachgebiet vorausgesetzt wird.
Typische Abmessungen für die in Fig. 4 gezeigte Bodenwand sind:
r&sub1; verformbarer Ring/Innenwand 1,0 mm
r&sub2; Standwulstradius 0,8 mm
r&sub3; Radius von Wulst 18 0,75 mm
r&sub4; an flexibler Platte anhängende Wand 0,7 mm
w radiale Breite des verformbaren Rings 5,0 mm
x maximale Breite des Kanals 3,5 mm
Es wird bemerkt, daß der verformbare Ring breiter als der Kanalabschnitt ist, so daß er einen größeren Druck aufnimmt als der Kanal, der konstruiert ist, steif und unbewegt zu bleiben.
Fig. 5 wird dargestellt, um das Bodenprofil des leeren Dosenkörpers in einem größeren Maßstab zu zeigen, um einen Vergleich mit Fig. 6 und 7 und das Verständnis des Diagramms Fig. 8 zu ermöglichen.
Fig. 6 zeigt die Bodenwand 4 des Dosenkörpers in einem frühen Stadium bei der Erhitzung der gefüllten und verschlossenen Dose. Die Ausdehnung des Produkts 10 hat den Druck p in der Dose erhöht, um die Mittelplatte 7 und die flexible Platte 8 zu dehnen, so daß auf den inneren Umfang des verformbaren Rings 6 eine nach unten gerichteten Kraft ausgeübt wird.
Fig. 7 zeigt die Bodenwand 4, nachdem die verarbeitete Dose und die Inhalte auf Umgebungstemperatur abgekühlt sind und sich ein Teilvakuum V entwickelt hat, um die Mittelplatte 7 und den flexiblen Ring 8 in Richtung ihrer ursprünglichen nicht unter Druck stehenden Form zu ziehen. In Fig. 7 ist zu erkennen, daß der verformbare Ring 6 am Radius r&sub1; nach unten geklappt ist, die flache Rippe 17 ungefähr stumpfkegelig geworden ist, um sich radial nach innen und axial in die Innenwand 16 zu erstrecken und daß der Radius r&sub3; sich beinahe zu einer Rippe geöffnet hat, so daß der zylindrische Wandabschnitt 19 sich bewegt hat, um die Mittelplattenabschnitte 7, 8 abzusenken und dauerhaft ein bleibendes zusätzliches Volumen von etwa 10 ml zu erzeugen.
In Fig. 8 ist der Druck in der Dose während der thermischen Verarbeitung gegen die Bewegung der Mitte der Mittelplatte 7 (durchgezogene Linien) und die Bewegung des Wulstteils 18 des verformbaren Rings (gestrichelte Linien) aufgetragen. Wenn der Druck vom Atmosphärendruck (mit 0 bezeichnet) ansteigt, beginnt die Mitte der Platte, sich schnell zu bewegen, die Wulstbewegung steigt jedoch langsamer an (siehe V in den Graphen, das die in Fig. 5 gezeigte Form anzeigt).
Bei etwa 10 psi Überdruck in der Dose tritt ein plötzlicher Anstieg in beiden Bewegungsgraphen auf (siehe VI, das die in Fig. 6 gezeigte Dosenform anzeigt), da die verformbare Platte beginnt, die Form schnell zu ändern und den steigenden Druck in der Dose aufzunehmen. In diesem Versuch wurde der maximale Innendruck auf 1,37 bar (20 psi) erhöht, durch welchen Druck die Mittelplatte 0,275'' (6,9 mm) bewegt wurde und die Wulst 18 0,150'' (3,7 mm) bewegt wurde. Nach dem Abkühlen kehrt die Mitte des Dosenbodens mit einer resultierenden Erhöhung des eingeschlossenen Volumens von 5% (10 ml von 210 ml) zu der Form von Fig. 7, auf dem Graph durch VII bezeichnet, zurück.
Der Nutzen, der aus dieser Vergrößerung des Behältervolumens entsteht, ist, daß die dünne Seitenwand und die Endkomponenten vor Druck geschützt werden, der sie verformen oder zerreißen kann. Deshalb ist es möglich, dünnere Behältermaterialien zu verwenden. Das dünnere Wandmaterial kann, falls gewünscht, wie beschrieben, durch Reifverkleidung verstärkt werden oder durch vertikale Platten, die konstruiert sind, sich, falls gewünscht, nach innen oder außen zu biegen, dehnbar gemacht werden.
Fig. 9 zeigt ein Preßwerkzeug 20, in dem die Bodenwand 4 des Dosenkörpers 1 zwischen einem oberen Werkzeug 21 und einem unteren Werkzeug 22 geformt wird. Das obere Werkzeug weist eine Muffe 23 auf, die ein mittleres Pufferstück 24 umgibt. Das untere Werkzeug weist eine ringförmige Preßform 25 auf, die einen Stempel 26 umgibt. Der Radius zwischen der Innenwand 16 und dem verformbaren Ring 6 wird durch Zusammenschließen der Werkzeuge 21, 22 geformt. Um die gewünschten Werte für Radius r&sub1; und r&sub2; zu erreichen, drückt eine ringförmige Stempelwulst 27 Metall in die mittlere Pufferrille 28, um das Metall fest zu ziehen, so daß nach Trennung der Werkzeuge 21, 22 die Radien r&sub1;, r&sub2; korrekt definiert sind.
Fig. 10 zeigt eine alternative Form des verformbaren Rings, bei dem die flache Rippe 17 und die Wulst 18 durch einen sich nach oben und nach innen erstreckenden stumpfkegeligen Abschnitt 30 ersetzt sind. In anderer Hinsicht ist die Bodenseite ähnlich der in Fig. 4 gezeigten Bodenwand, daher werden die gleichen Zahlen verwendet, um die anhängende Wand 19 und die Innenwand 16 des Kanals zu bezeichnen.
Fig. 11 zeigt eine modifizierte Form der Wand von Fig. 10, bei der der stumpfkegelige verformbare Ring 30 mit mehreren gleich beabstandeten hohlen Wulsten 31 versehen ist, um den Ring zu versteifen und ihn zu unterstützen, um sich, wenn der Druck in der Dose ansteigt, plötzlich von der nach oben geneigten Form in eine nach unten geneigte Form nach außen zu kehren.
Fig. 12 zeigt ein Dosenende, das zum Befestigen an einem Dosenkörper mittels eines Doppelfalzes geeignet ist. Dieses Dosenende verwendet die hier bereits diskutierten Prinzipien, um eine dauerhafte Vergrößerung des Behältervolumens während der thermischen Verarbeitung zu liefern.
In Fig. 12 weist das Dosenende auf: eine flache Mittelplatte 37, einen die Mittelplatte umgebenden ringförmigen Ausdehnungsring 38, eine von dem Umfang des Ausdehnungsrings 38 abhängende ringförmige Wand 39, eine nach außen konkave Wulst 318, die sich von der ringförmigen Wand nach außen richtet, eine ringförmige Rippe 317, die sich von der Wulst 318 nach außen erstreckt, eine Innenwand 316 des Kanalabschnitts 315, die sich bis zu einer äußeren Deckelbiegung 400 erstreckt.
Die ringförmige Rippe 317 und die Wulst 318 verhalten sich unter der Wirkung von Drücken, die während der thermischen Verarbeitung einer gefüllten Dose auftreten, in der oben beschriebenen Weise, so daß dieses Dosenende verwendet werden kann, um die dünne Seitenwand oder Enden einer Dose mit einem Seitenflansch oder einer durch starkes Ziehen eines Rohlings hergestellten Dose zu schützen. Dieses Dosenende kann, falls gewünscht, eine Volumenänderung liefern, zusätzlich zu derjenigen, die von einem ähnlich profilierten Dosenboden erhältlich ist.

Claims

1. Behälterendwand (4) mit einem Außenkanalabschnitt (5) oder einer Deckelbiegung (315), deren Innenwand (16, 316) eine Mittelplatte (7, 37) trägt, wobei sich ein verformbarer Ring (6) sowohl radial als auch axial von der Innenwand (16, 316) weg nach innen erstreckt, um einen anhängenden Ring (19, 39) zu halten, der die Mittelplatte (7, 317) mit dem verformbaren Ring (6) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn nach dem Verschließen Druck in dem Behälter ausgeübt wird, die Mittelplatte (7, 317) zeitweise axial nach außen gebogen und der verformbare Ring (6) dauerhaft von seiner anfänglichen stabilen Position in seine zweite stabile Position gebogen wird, um das Volumen des Behälters zu vergrößern.

2. Behälterendwand nach Anspruch 1, wobei eine Mittelplatte (7, 37) einen Mittelplattenabschnitt aufweist, der von mindestens einer flexiblen Ausdehnungsplatte (8, 38) umgeben ist, die durch einen anhängenden Ring in der Form eines steifen im wesentlichen zylindrischen Wandabschnitts (19, 39) mit dem verformbaren Ring verbunden ist.

3. Behälterendwand nach Anspruch 1 oder 2, wobei der verformbare Ring in seiner anfänglichen stabilen Position einen im wesentlichen flachen Ringabschnitt (17, 317) aufweist, der sich von der Innenwand radial nach innen erstreckt und eine ringförmige Wulst (18, 318) mit bogenförmigem Querschnitt umgibt, die sich axial von dem flachen Ringabschnitt weg erstreckt, bevor sie abbiegt, und in den anhängenden Ring (19, 39) mündet.

4. Behälterendwand nach einem vorangehenden Anspruch, wobei eine Außenwand (315) des Kanalabschnitts eine äußere Deckelbiegung (316) zur Befestigung an dem Flansch der Seitenwand eines Behälterkörpers ist.

5. Behälterendwand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Außenwand (15) des Kanalabschnitts (5) an die Seitenwand (2) eines aus einem Rohling gezogenen Konservenkörpers anschließt.

6. Behälterendwand nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der verformbare Ring (30) stumpfkegelig ist.

7. Behälterendwand nach Anspruch 6, wobei der stumpfkegelige verformbare Ring (30) mehrere Versteifungswülste (31) hat, die sich quer über seine Breite erstrecken.

8. Behälterendwand nach Anspruch 5, wobei die radiale Breite des verformbaren Rings (6, 30) größer als die Breite des Kanalabschnitts ist.

9. Behälterendwand nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Innenwand (16) und der verformbare Ring (30) durch einen Radius r&sub1; der Größenordnung 1,0 mm verbunden sind.

10. Behälterendwand nach Anspruch 3, wobei der Krümmungsradius der ringförmigen Wulst (18, 318) in der Größenordnung 0,75 mm ist.

11. Omnibus-Anspruch.