DE69614559T2

DE69614559T2 - Systeme und verfahren zur herstellung dekorativ geformte behälter

Info

Publication number: DE69614559T2
Application number: DE69614559T
Authority: DE
Inventors: A. Aschberger; R. Gogola; Mark Golding; W. Hartman; A. Harvey; O. Irvine; W. Shore; J. Tang; J. Trnka; O. Wahler; A. Winkless
Original assignee: Crown Cork and Seal Technologies Corp
Current assignee: Crown Packaging Technology Inc
Priority date: 1995-10-02
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2016-09-18
Also published as: AU7112296A; TR199800614T2; TR199800615T1; CA2233675A1; CN1202842A; AR003717A1; ID17216A; AU2012797A; EP0853514A1; AR003715A1; AU718654B2; CA2233672A1; AU717400B2; EP0853513A1; CA2233642C; ES2163654T3; KR19990063928A; CA2233642A1; DE69614559D1; EP0853513B1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Konsumverpackungen und spezieller auf Metalldosen, wie z. B. Stahl- und Aluminiumdosen, die gewöhnlich verwendet werden zur Verpackung von alkoholfreien Getränken, anderen Getränken, Nahrungsmitteln und Spraydosenprodukten.

2. Beschreibung des Standes der Technik und jüngerer Technologie

Metalldosen für alkoholfreie Getränke, andere Getränke und andere Stoffe werden in Nordamerika und in der Welt weit verbreitet verwendet.
Die Kunst des Herstellens und Verpackens von Metalldosen entwickelt sich ständig in Reaktion auf verbesserte Technologie, neue Stoffe und verbesserte Herstellungstechniken. Andere Kräfte, die die Entwicklung der Technologie auf diesem Gebiet antreiben, sind z. B. Rohmaterialpreise, die Art von neuen zu verpackenden Stoffen und die Vermarktungsziele der großen Firmen, die Konsumprodukte wie z. B. alkoholfreie Getränke herstellen und vertreiben.
Seit einiger Zeit besteht Interesse für einen Metallbehälter, der anders geformt ist als die zylindrische Standarddose, und zwar in solch einer charakteristischen Weise, dass er ein Teil des Erscheinungsbildes des Produkts im Handel wird oder auf andere Weise auf die Quelle oder die Art des Produkts hinweist. Nach bestem Wissen der Erfinder hat jedoch bisher niemand eine praktische Technik zur Herstellung solch einer ungleichmäßig geformten Dose mit der Kapazität und Geschwindigkeit entwickelt, die erforderlich wären, um tatsächlich solch ein Produkt auf dem Markt einzuführen.
Die US-A-3 224 239 für Hansson, die aus der Mitte der 1960iger Jahre stammt, offenbart ein System und Verfahren zur Verwendung von pneumatischem Druck zum Umformen von Dosen. Dieses Verfahren verwendete einen Kolben, um komprimierte Luft in eine Dose zu pressen, die innerhalb einer Form angeordnet ist. Die komprimierte Luft bewirkte, dass die Dosenwand plastisch fließt, bis sie die Gestalt der Form annahm.
Solch eine Technologie, wie sie in dem Patent von Hansson offenbart ist, ist nach dem Wissen der Erfinder niemals mit irgendeinem Erfolg für die Umformung von abgestreckten Dosen angewandt worden. Ein Grund hierfür ist, dass die Spannung, die sich in der Dosenwand bei der Verformung bildet, zu Defekten führen kann, die potentiell Fehler induzieren, z. B. lokalisierte Verdünnung, Schlitzbildung oder Rissbildung. Das Risiko einer Verdünnung kann durch Erhöhung der Dicke der Dosenwand reduziert werden, aber dies würde geformte Dosen, die so produziert sind, hinderlich teuer machen. Das Risiko von Schlitzbildung und Rissbildung kann durch einen Prozess wie z. B. Glühen reduziert werden, aber auf Kosten einer reduzierten Zähigkeit und eines reduzierten Abnutzungswiderstands des Endprodukts.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 sind aus der EP-A-0521637 bekannt.
Es existiert ein Bedarf für eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Metalldose mit geformtem Design, die bzw. das effektiv, effizient und kostengünstig ist, insbesondere im Vergleich zu Technologie, die bisher für solche Zwecke entwickelt worden ist, und die Neigung einer geformten Dose reduziert, aufgrund einer Verdünnung, Schlitzbildung oder Rissbildung auszufallen.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer geformten Metalldose zur Verfügung zu stellen, die bzw. das effektiv, effizient und kostengünstig ist, insbesondere im Vergleich zu Technologie, die bisher für solche Zwecke entwickelt worden ist, und die bzw. das Sicherheit bietet gegen innere Spannung innerhalb der Dose, die Verdünnung, Schlitzbildung und Spaltbildung verursachen könnte.
Diese Ziele werden durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13 erreicht.
Zu einem besseren Verständnis der Erfindung, ihrer Vorteile und der bei ihrer Anwendung erhaltenen Gegenstände sollte auf die Zeichnungen Bezug genommen werden, die einen weiteren Teil hiervon bilden, und auf den begleitenden beschreibenden Text, worin eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung dargestellt und beschrieben ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht durch einen Dosenunterteilrohling oder -vorform, der bzw. die entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines geformten Dosenunterteils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines geformten Dosenunterteils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ist eine Teilschnittansicht durch eine Formeinheit in der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung, gezeigt in einer ersten Stellung;
Fig. 5 ist eine Teilschnittansicht durch eine Formeinheit in der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung, gezeigt in einer zweiten Stellung;
Fig. 6 ist ein schematisches Schaubild, dass eine Druckzuführungsvorrichtung für die in Fig. 3 gezeigte Formeinheit zeigt;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Vorpressschritts, der in der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung durchgeführt wird;
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines Sickenschritts in einem Verfahren, dass gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird;
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung eines Schnellrotationsschritts in einem Verfahren, das gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird; und
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung eines Ränderierschritts, der als ein zweiter Schritt entweder in der zweiten Ausführungsform oder in der dritten Ausführungsformen der Erfindung, auf die oben Bezug genommen ist, durchgeführt wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)

Es wird nun auf die Zeichnungen, in denen in allen Darstellungen gleiche Bezugsziffern entsprechende Strukturen bezeichnen, und insbesondere auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Ein Dosenunterteilrohling oder ein Dosenunterteilvorformling 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Unterteil einer zweiteiligen Dose, welches vorzugsweise durch das bekannte Tiefziehen und Abstreckziehen geformt wird. Der Dosenunterteilrohling 10 weist eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 12, einen Boden 14 und einen eingezogenen oberen Abschnitt 16 auf. Alternativ könnte der obere Abschnitt der zylindrischen Seitenwand 12 gerade sein.
Wie auf diesem technologischen Gebiet gut bekannt ist, muss der Dosenunterteilrohling 10 nach dem Tiefziehen und Abstreckziehen gewaschen und danach getrocknet, bevor er zu der Dekorationsvorrichtung befördert wird. Der Trocknungsprozess wird typischerweise bei einer Temperatur von ungefähr 250 ºF, (was ungefähr 121ºC entspricht) durchgeführt. Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird das Trocknen bei einer höheren Temperatur als gewöhnlich durchgeführt, um teilweise wenigstens ausgewählte Bereiche des Dosenunterteilrohlings 10 zu glühen. In Fig. 1 ist eine Wärmequelle 18 schematisch dargestellt, die vorzugsweise Teil der Trockneranordnung ist, aber an jeder Stelle in der Vorrichtung vor der Formeinheit sein könnte. Wie detaillierter unten diskutiert wird, ist der Dosenunterteilrohling 10 vorzugsweise aus Aluminium geformt, und das teilweise Glühen wird vorzugsweise bei einer Temperatur durchgeführt, die im wesentlichen innerhalb des Bereichs von ungefähr 375ºF (ungefähr 190,5ºC) bis ungefähr 550ºF (ungefähr 288ºC) liegt, mit einem bevorzugteren Bereich von ungefähr 450ºF (ungefähr 232ºC) bis 500ºF (ungefähr 260ºC), und einer bevorzugtesten Temperatur von ungefähr 475ºF (ungefähr 246ºC). Dies ist in Kontrast zu wirklichem Glühen, welches bei Temperaturen über 650ºF (ungefähr 353ºC) stattfinden würde. Der Zweck des teilweisen Glühens ist, dem Dosenunterteilrohling 10 genügend Duktilität zu geben, um zu einem ausgeformten Dosenunterteil 20 geformt werden zu können, wie es z. B. in Fig. 2 der Zeichnungen gezeigt ist, aber mit größerer Zähigkeit als sie möglich wäre, wenn der Dosenunterteilrohling vollständig geglüht wäre.
Alternativ könnte das teilweise Glühen eher in einem Ofen, wie z. B. Lack- oder Bedruckungsofen, als in dem Trockner durchgeführt werden.
Alternativ könnte der Dosenunterteilrohling 10 aus Stahl anstatt aus Aluminium hergestellt sein. In diesem Fall wäre der bevorzugte Temperaturbereich für teilweises Glühen im Wesentlichen innerhalb des Bereichs von 1112ºF (600ºC) bis ungefähr 1472ºF (800ºC). Bevorzugter würde das teilweise Glühen bei ungefähr 1382ºF (750ºC) durchgeführt.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Das ausgeformte Dosenunterteil 20 ist bedruckt und charakteristisch ausgeformt, um sein optisches Erscheinungsbild gegenüber Konsumenten zu verbessern. Wie in Fig. 2 gesehen werden kann, weist das Dosenunterteil 20 einen Boden 26 und eine ausgeformte Seitenwand 22 auf, die so geformt ist, dass sie wesentlich abweicht von der standardmäßigen zylindrischen Dosenunterteilform, wie z. B. der Form des Dosenunterteilrohlings 10. Die ausgeformte Seitenwand 22 weist Bereiche wie z. B. Rippen 30 und Nuten 32 auf, wo eine Akzentuierung solcher Abweichungen von der zylindrischen Form gewünscht sein könnte. Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung ist eine Bedruckung auf der Außenfläche der ausgeformten Seitenwand 22 in einer Weise vorgesehen, die solche Bereiche der Seitenwand akzentuiert, in denen eine Akzentuierung der Abweichung von der zylindrischen Form gewünscht ist. Wie in Fig. 2 gesehen werden kann, ist eine erste Art von Bedruckung, die mit einer helleren Farbe vorgenommen sein kann, auf der Rippe 30 vorgesehen, während eine zweite Art von Bedruckung 36, die mit einer dunkleren Farbe vorgenommen sein kann, innerhalb wenigstens einer der Nuten 32 vorgesehen ist. Indem solch eine selektive Bedruckung vorgesehen ist und eine geeignete Registrierung der Bedruckung mit den Abweichungen in der ausgeformten Seitenwand 22 geschaffen ist, kann ein synergistischer optischer Effekt erhalten werden, der unmöglich alleine durch Formung der Dose oder durch Bedruckung der Dose erhalten werden könnte.
Es wird nun wieder auf Fig. 2 Bezug genommen. Die ausgeformte Seitenwand 22 besitzt ferner eine glatte Fläche 28, auf der Schrift oder ein Etikett angebracht werden könnten, und ist durch einen Deckel 24 geschlossen, der in dem herkömmlichen Doppelfalzverfahren angebracht ist. Gemäß dem bevorzugten Verfahren wird der Dosenunterteilrohling 10 nach dem teilweisen Glühen durch die Wärmequelle 18 in der Trocknungsstation zu einer Dekorierstation transportiert, in der die charakteristische Bedruckung angebracht wird, während der Dosenunterteilrohling 10 noch in seiner zylindrischen Konfiguration ist. Marker können ebenfalls während des Dekorationsprozesses angebracht werden, die für eine Registrierung der Bedruckung mit den Formkonturen während der nachfolgenden Formungsschritte, die detaillierter unten beschrieben werden, benutzt werden können.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Eine Vorrichtung 38 ist dargestellt, die gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung eines ausgeformten Dosenunterteils 20 des in Fig. 2 dargestellten Typs vorgesehen ist. Wie aus den Fig. 3, 4 und 5 ersichtlich ist, weist die Vorrichtung 38 eine Form 40 mit einer Formwand 46 auf, die eine Formausnehmung 42 begrenzt, die in der Form mit der gewünschten Endform der ausgeformten Dosen 20 übereinstimmt. Wie schematisch in Fig. 7 gezeigt ist, ist die Form 40 von dem Typ einer geteilten Wand, und die Formwand 46 weist sich nach innen erstreckende Bereiche 48 auf, die einen kleineren Durchmesser haben als der Durchmesser Db der zylindrischen Seitenwand 12 des Dosenunterteilrohlings 10, der durch gestrichelte Linien in Fig. 7b dargestellt ist. Die Formwand 46 weist ferner eine Reihe von sich nach außen erstreckenden Bereichen 50 auf, die einen größeren Durchmesser haben als der Durchmesser Db der Seitenwand 12 des Dosenunterteilrohlings 10. Mit anderen Worten neigen die sich nach innen erstreckenden Bereiche 48 dazu, die zylindrische Seitenwand 12 des Dosenunterteilrohlings 10 in die Position 12' zu pressen, die durch die durchgezogenen Linien in Fig. 7b gezeigt ist, während die Seitenwand 12 des Dosenunterteilrohlings 10 gedehnt werden muss, um sich in der Form den sich nach außen erstreckenden Bereichen 50 der Formwand 46 anzupassen. Vorzugsweise bleibt der Umfang der zylindrischen Seitenwand von konstanter Länge, wenn diese in dieser Weise gepresst wird, so dass der Umfang der zylindrischen gepressten Seitenwand 12' dieselbe Länge aufweist wie der Umfang der Seitenwand 12 des Dosenunterteilrohlings 10.
Wie am besten in Fig. 3 gezeigt ist, weist die Formeinheit 40 drei Werkzeugteile 82, 46' und 84 auf, die einen Mündungsring, eine Formseitenwand bzw. einen Bodenträger bilden. Die Werkzeugteile sind voneinander durch Zwischenräume oder "Teilfugen" 86 und 88 getrennt. Zur Erleichterung der maschinellen Bearbeitung ist das Bodenträgerwerkzeugteil 84 aus zwei Teilen hergestellt, mit einem mittleren Teil 90, das die Bodenwölbung des Dosenunterteils trägt. Der Mündungsring 82 liefert eine einfache Stütze für den Mündungsbereich des Dosenunterteils. Diese Komponenten begrenzen zusammen die Kammer oder Formausnehmung 42 zur Aufnahme des Dosenunterteils und sind mit der gewünschten Endform des Dosenunterteils nach dem Blasformen maschinell hergestellt. Entlüftungsbohrungen 49 sind vorgesehen (siehe Fig. 4 und 5), um eingeschlossener Luft zu ermöglichen, während des Formens zu entweichen.
Ein Paar von Dichtungs- und Stützringen 92, 94 und ein Gummidichtungsring 96 sind vorgesehen, um das obere Ende des Behälterrumpfes abzudichten. Ein Raum einnehmender Dorn 98 erstreckt sich durch das Zentrum der Dichtungs- und Stützringe 92, 94, 96 in eine Position gerade oberhalb der Bodenträgerwölbung 84. Der Dorn 98 führt Luft zu der Ausnehmung eines Dosenunterteils innerhalb der Ausnehmung 42 über eine mittlere Bohrung 100 und radiale Durchlässe 102. Die Vorrichtung weist ferner einen oberen Kolben und einen unteren Kolben 104, 106 auf, die zusammen einen Druck auf beide Enden des Dosenunterteils in der Formausnehmung 42 ausüben. Der untere Kolben 106 ist nach oben bewegbar mittels einer Druckluftzufuhranordnung, wobei die Druckluft über einen Durchlass 108 zu dem Kolben geführt wird. Auf ähnliche Weise ist der obere Kolben nach unten bewegbar mittels einer Druckluftzufuhranordnung, wobei die Druckluft über Durchlässe 110 und 112 geführt wird. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Durchlass 110 mit der mittleren Bohrung 100 des Dorns 98 so verbunden, dass der obere Kolben und die Dosenausnehmung sich eine gemeinsame Luftzufuhr teilen. Die gemeinsame Luftzufuhr ist für den Kolben 104 und die Ausnehmung an dem Kreuzungspunkt des Luftdurchlasses 112 und der mittleren Dornbohrung 100 geteilt, innerhalb des Kolbens 104 so, dass Verluste minimiert werden und derselbe an die Ausnehmung und den Kolben angelegte Druck aufrechterhalten wird. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Strömungsgeschwindigkeit der jedem Kolben und der Ausnehmung zugeführten Luft zu regeln. Ausnehmungsdruck und Kolbendruck können daher genau geregelt werden.
Ein schematisches Schaltschaubild, das zeigt, wie Luft den Kolben und der Dosenausnehmung zugeführt wird, ist in Fig. 6 gezeigt. In der Figur sind der obere Kolben 104 und die Dichtungs- und Stützringe 92, 94 schematisch als eine einzige Einheit 114 dargestellt. Ähnlich sind der Bodenträger 84, 90 und der untere Kolben 106 als eine einzige Einheit 116 dargestellt. Die Einheiten 114 und 116 und der Mündungsring 82 sind bewegbar, während das Seitenwandwerkzeugteil 46' der Form fixiert gezeigt ist.
Die Schaltung weist zwei Druckzufuhren auf. Eine Druckzufuhr 118 führt Druckluft zu dem oberen Kolben 104 und der Ausnehmung des Dosenunterteils innerhalb der Formausnehmung 42. Eine Druckzufuhr 120 führt Druckluft nur zu dem unteren Kolben 106.
Die zwei Zufuhren weisen jeweils Druckregler 122, 124, Druckbehälter 126, 128, Luftablassventile 130, 132 und Auslassventile 134, 136 auf. Zusätzlich besitzt die untere Druckzufuhr 120 einen Geschwindigkeitsregler 138. Optional kann die obere Druckzufuhr 118 auch eine Geschwindigkeitsregler aufweisen, obwohl dieser nicht als wesentlich angesehen wird, um die Geschwindigkeit in beiden Zufuhren einstellen zu können. Die Behälter 126, 128 verhindern einen starken Abfall in der Druckbeaufschlagung während des Prozesses.
Üblicherweise wird hoher Luftdruck von ungefähr 30 bar in die Dosenausnehmung geführt, und um das obere Ende des Dosenunterteils zu bewegen. Die Druckluft zum Antreiben des unteren Kolbens 106 besitzt typischerweise ungefähr 50 bar, in Abhängigkeit von der Kolbenfläche. Der Luftdruck innerhalb der Formausnehmung 42 liefert die Kraft, die erforderlich ist, um den Dosenunterteilrohling nach außen zu dehnen, aber er übt auch eine ungewünschte Kraft auf die Mündung und den Boden des Dosenunterteils auf, was zu einer Längsspannung der Dosenseitenwand führt. Die beiden Kolben werden so benutzt, dass sie das obere Ende und den Boden des Dosenunterteils treiben, wobei sie eine Kraft liefern, die der Spannung in der Dosenseitenwand entgegenwirkt.
Der Druck der den Kolben zugeführten Luft ist kritisch hinsichtlich der Vermeidung eines Ausfalls der Dose während des Formens aufgrund von Riss- oder Faltenbildung. Rissbildung tritt auf, wenn der Spannung in der Dosenseitenwand nicht ausreichend durch den Kolbendruck aufgrund eines zu niedrigen Drucks in den Kolben entgegengewirkt wird. Umgekehrt sollte der Druck der zugeführten Luft nicht so hoch sein, dass dieser zu der Bildung von Kräuselungen in der Seitenwand führt.
Aus diesem Grund sind vorzugsweise keine Anschläge erforderlich, um den Hub der Kolben zu begrenzen. Wenn der Hub begrenzt wäre, könnte das Dosenunterteil nicht vollständig gegen die Formwand expandieren, bevor die Kolben die Anschläge erreichten. Wenn dies geschieht, würde die Spannung in der Dosenseitenwand nicht mehr durch den Kolbendruck ausbalanciert sein, mit einem daraus entstehenden Risiko der Rissbildung. Tatsächlich ist es so, dass der Kontakt des expandierten Dosenunterteils mit der Seitenwand der Form eine weitere Bewegung der Kolben verhindert.
Es sollte daher bemerkt werden, dass die Balance zwischen dem Dosenausnehmungsdruck und dem Kolbendruck vorzugsweise jederzeit während des Formungszyklus aufrechterhalten ist, so dass die Geschwindigkeit des Druckanstiegs in der Ausnehmung und hinter den Kolben während des gesamten Zyklus ausbalanciert ist, insbesondere wenn die Dosenwand fließt. Die Geschwindigkeit des Druckanstiegs kann durch den Geschwindigkeitsregler 138 geregelt werden, oder durch eine Einstellung der Druckzufuhr mittels der Druckregler 122, 124.
Indem der Dosenausnehmungsdruck gegenüber dem Druck eingestellt wird, der zur Bewegung der Formelemente 82, 46', 84 gegeneinander angelegt wird, kann die Vorrichtung auf eine von drei verschiedene Arten betrieben werden. Indem die Druckanwendung auf die äußeren Formteile 82, 84 minimiert wird, kann die Vorrichtung so betrieben werden, dass die Formteile sich einfach aufeinander zubewegen, ohne dass irgendeine Kraft auf das Dosenunterteil ausgeübt wird. Dies reduziert die Teilfugen 86, 88 in der Formeinheit 40, wenn sich das Dosenunterteil während des Ausdehnungsprozesses in Längsrichtung zusammenzieht und reduziert, aber neutralisiert nicht notwendigerweise Zugspannung, die in der Seitenwand des Dosenunterteils während der Ausdehnung erzeugt wird. Alternativ wird, indem erhöhter Druck angewandt wird, um die äußeren Formteile aufeinander zuzubewegen, eine leichte Längs- oder Axialkraft auf das Dosenunterteil ausgeübt, die im Wesentlichen gleich der Axialzugspannung in der Dosenunterteilseitenwand ist, wodurch solche Spannung ausbalanciert wird und das Dosenunterteil vor daraus resultierender Schwächung und möglicher Rissbildung geschützt wird. Eine dritte Betriebsart wäre, einen noch größeren Druck anzuwenden, um die äußeren Formteile aufeinander zuzubewegen, um eine axiale Kompressionskraft auf das Dosenunterteil auszuüben, die größer wäre als die Kraft, die notwendig wäre, um die Zugspannung in der Seitenwand während des Betriebs zu beseitigen. Eine Netto-Kompressionskraft wird als bevorzugt angesehen, vorausgesetzt, dass solch eine Kraft nicht zu einer Bildung von Falten führt.
Um die Dose zu formen, werden zuerst die Luftablassventile 130, 132 geöffnet. Es ist möglich, eine kurze Verzögerung zwischen den Öffnungszeiten der Luftablassventile zu haben, wenn dies erforderlich ist, um eine bessere Abstimmung zwischen dem Kolben- und dem Ausnehmungsdruck zu erreichen, aber dann bedarf es einer größeren Geschwindigkeit des Druckanstiegs für einen Kreis, um diese Balance aufrechtzuerhalten. Eine Verzögerung kann auch angewandt werden, um unterschiedliche Leitungslängen zu kompensieren, um eine Druckbalance zum Zeitpunkt der Formung aufrechtzuerhalten. Die obere Zufuhr 118 teilt sich zu dem Kolben 104 und der Ausnehmung so nahe wie möglich an dem Kolben 104, wie oben mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben ist.
Die Vorrichtung ist so konstruiert, dass am Ende, wenn jeder Kolben seine maximale Wegstrecke zurückgelegt hat, die Dose vollständig nachgeformt ist und die Teilfugen 86, 88 nicht vollständig geschlossen sind. Schließung der Teilfugen kann zu Rissbildung der Dose aufgrund zu starker Spannung in der Seitenwand in der gleichen Weise führen, wie dies eine Begrenzung der Bewegung der Kolben, bevor eine vollständige Ausdehnung stattgefunden hat, tut. Jedoch sollte zum Ende die Teilfuge nicht besonders groß sein, da jede Maßmarkierung auf der Seitenwand sehr deutlich wird, obwohl ein Entfernen von scharfen Rändern an den Unterteilungslinien dieses Problem mindert.
Wenn der Formvorgang beendet ist, wird die Luft über die Ventile 134 und 136 abgelassen. Selbstverständlich sind die Ablassventile während des gesamten tatsächlichen Formungsprozesses geschlossen. Es ist wichtig, dass beide Zufuhren gleichzeitig entlüftet werden, da die auf die Kolben ausgeübte Kompressionskraft zur Ausbalancierung des Ausnehmungsdrucks (Längsspannung) größer sein kann als die axiale Stärke der Dose, so dass ein ungleiches Ablassen zu einem Kollaps der Dose führt.
Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist der Dosenunterteilrohling 10 vorzugsweise innerhalb der Formausnehmung 42 positioniert und sein Innenraum ist abgedichtet verbunden mit einer Druckfluidquelle, wie oben beschrieben ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Ausnehmung 42 so beschaffen, dass sie einen leichten Druck auf den Dosenunterteilrohling 10 gibt, wenn dieser in sie eingesetzt wird. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem die Formanordnungselemente in Hälften 52, 54 wie in Fig. 4 gezeigt gebildet werden, welche so geteilt sind, dass sie um den Dosenunterteilrohling herum geschlossen werden können, bevor die pneumatische Ausdehnung des Dosenunterteilrohlings 10 stattfindet.
Wenn die Formhälften 52, 54 sich um die zylindrische Seitenwand 12 herum schließen, pressen somit die sich nach innen erstreckenden Bereiche 48 der Formwand 46 die zylindrische Seitenwand 12 oder pressen diese um Strecken von bis zu einem Betrag Rin vor, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Nachdem die Form geschlossen und abgedichtet worden ist und Druckfluid in die Formausnehmung 46 gegeben worden ist, so dass der Dosenunterteilrohling 10 gegen die Formwand 46 gezwungen wird, wird der Dosenunterteilrohling 10 gezwungen, die gewünschte Endform des ausgeformten Dosenunterteils 20 anzunehmen. Der Zustand der ausgeformten Seitenwand 22 ist nach diesem Schritt in Fig. 5 gezeigt. In diesem Schritt wird die zylindrische Seitenwand 12 des Dosenunterteilrohlings 10 bis zum einem Betrag Rout, gedehnt, der wiederum schematisch in Fig. 7 gezeigt ist.
Vorzugsweise wird die Vorpressung, die durch das Schließen der Formhälften 52, 54 bewirkt wird, durchgeführt, um die Seitenwand 12 des Dosenunterteilrohlings 10 radial nach innen um eine Strecke Rin zu biegen, welche innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,5 mm liegt. Bevorzugter liegt diese Strecke Rin innerhalb des Bereichs von 0,5 bis ungefähr 0,75 mm. Die Strecke Rout, durch die die zylindrische Seitenwand 12 radial nach außen gedehnt wird, um die äußersten Bereiche der ausgeformten Seitenwand 22 zu formen, liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5,0 mm. Ein am stärksten bevorzugter Bereich für die Strecke Rout beträgt ungefähr 0,5 bis 3,0 mm. Am bevorzugtesten beträgt Rout ungefähr 2 mm.
Um den Nutzen zu verstehen, der durch die Vorpressung der zylindrischen Seitenwand 12 vor dem Ausdehnungsschritt erhalten wird, muss verstanden werden, dass ein gewisses Maß an Glühen oder teilweisem Glühen nützlich sein kann, insbesondere im Fall von Aluminiumdosenunterteilen, um die notwendige Duktilität für den Ausdehnungsschritt zu erhalten. Jedoch ist das ausgeformte Dosenunterteil 20 letztendlich um so weniger stark und zäh, je vollständiger das Glühen ist. Indem die Vorpressung angewendet wird, um einen deutlichen Teil des Unterschieds zwischen den innersten und äußersten Bereichen des Musters, das dem endgültig ausgeformten Dosenunterteil 20 aufgezwungen wird zu erhalten, wird das Maß der tatsächlichen radialen Ausdehnung reduziert, die zur Erzielung des gewünschten Musters notwendig ist. Dementsprechend wird auch das Maß des Glühens, das auf den Dosenunterteilrohling 10 ausgeübt werden muss, reduziert. Der Vorpressungsschritt erlaubt, anschließend das gewünschte Muster dem geformten Dosenunterteil 20 mit einem Minimum an Glühen und daraus resultierendem Festigkeitsverlust aufzuzwingen, wodurch ermöglicht ist, dass die zylindrische Seitenwand 12 des Dosenunterteilrohlings 10 so dünn wie möglich für diesen Prozesstyp geformt wird.
Als eine Ausführungsform der Erfindung kann die Formwand aus einem porösen Material gebildet sein, um zwischen der Seitenwand des Dosenunterteilrohlings und der Formwand eingeschlossener Luft zu ermöglichen, während des Vorgangs zu entweichen, obwohl Entlüftungslöcher wahrscheinlich erforderlich sind. Ein solches Material ist poröser Stahl, der kommerziell von AGA in Leydig, Schweden, erhältlich ist.
Für Zwecke der Qualitätsbeobachtung und -kontrolle wird der Druck des Fluids innerhalb der Formausnehmung 46 während und nach dem Ausdehnungsprozess mittels eines Druckmonitors 69 überwacht, wie schematisch in Fig. 5 gezeigt ist. Der Druckmonitor 69 ist herkömmlich konstruiert. Wenn sich in dem Dosenunterteil während des Ausdehnungsprozesses ein Leck entwickelt oder wenn Unregelmäßigkeiten in der oberen Flanke oder der Mündung der Dose eine schlechte Dichtung mit dem Gaskopf bilden, fällt der Druck innerhalb der Formausnehmung viel schneller in der Formkammer 46 als dies sonst der Fall wäre. Der Druckmonitor 69 wird dies registrieren und einem Operator anzeigen, dass das Dosenunterteil gerissen sein könnte.
Im Fall von Stahldosen könnte der Druck innerhalb der Formkammer hoch genug eingestellt werden, um das Dosenunterteil in z. B. ein sickenartiges Muster zu formen, wobei eine Reihe von Umfangsrippen auf dem Behälter geformt ist.
Ein zweites Verfahren und eine zweite Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Dosenunterteils, das charakteristisch geformt ist, um sein optisches Erscheinungsbild gegenüber Konsumenten zu verbessern, ist in den Fig. 8 und 10 der Zeichnungen offenbart. Eine dritte Ausführungsform ist in den Fig. 9 und 10 der Zeichnungen dargestellt. Gemäß sowohl der zweiten als auch dritten Ausführungsform wird ein charakteristisch geformtes metallisches Dosenunterteil hergestellt, indem ein Dosenunterteilrohling zur Verfügung gestellt wird, wie z. B. der in Fig. 1 gezeigte Dosenunterteilrohling 10, der eine Seitenwand 12 mit im Wesentlichen konstantem Durchmesser besitzt, dann der Dosenunterteilrohling 10 in ausgewählten Bereichen in jeweils ausgewähltem Maße deformiert, um ein Zwischendosenunterteil 74 zu erhalten, das radial verändert ist, aber noch symmetrisch um seine Eintrittsöffnung ist, und dann ein ausgewähltes Muster von mechanischen Verformungen dem Zwischendosenunterteil 74 aufgezwungen. Es wird nun die zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Eine Sickenvorrichtung 62 des Typs, der auf diesem technologischen Gebiet gut bekannt ist, weist einen Amboss 66 und ein Sickenwerkzeug 64 auf. Eine Sickenvorrichtung 62 wird verwendet, um den Dosenunterteilrohling 10 radial zu verformen in das radial modifizierte Zwischendosenunterteil 74, dass in Fig. 10 gezeigt ist. Das Zwischendosenunterteil 74, dass in Fig. 10 zu sehen ist, weist keine Verformungen auf, die eine axiale Komponente besitzen, und ist im Wesentlichen zylindrisch um die Eintrittsöffnung des Dosenunterteils 74. Ein Ränderierwerkzeug 76 wird anschließend verwendet, um das ausgewählte Muster mechanischer Verformungen, in diesem Fall Rippen und Nuten, dem Zwischendosenunterteil aufzuzwingen, wodurch es möglich wird, ein ausgeformtes Dosenunterteil 20 des in Fig. 2 gezeigten Typs zu produzieren.
Bei der dritten, in den Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführungsform wird eine Schnellrotationseinheit 68 verwendet, um die zylindrische Seitenwand 12 des Dosenunterteilrohlings 10 radial in das Zwischendosenunterteil 74 zu verformen. Die Schnellrotationseinheit 68 weist, wie in dieser Technologie gut bekannt ist, einen Dorn 70 und eine Formungsrolle 72 auf, die dem Dorn 70 gegenüberliegt. Nach diesem Prozess wird vorzugsweise der in Fig. 10 gezeigte Ränderierungsschritt auf das so geformte Zwischendosenunterteil 74 in einer Weise angewandt, die identisch mit der oben beschriebenen ist.
Alternativ zu dem in Fig. 10 gezeigten Ränderierungsschritt kann das Zwischendosenunterteil 74, das entweder durch das in Fig. 8 gezeigte oder durch das in Fig. 9 gezeigte Verfahren produziert ist, in ein pneumatisches Ausdehnungswerkzeug oder eine pneumatische Formeinheit 40 des in den Fig. 3-5 gezeigten Typs getan werden. Das Zwischendosenunterteil 74 würde dann in einer Weise gedehnt, die identisch ist mit der oben zur Herstellung des ausgeformten Dosenunterteils 20 beschriebenen Weise.
Bei dem zweiten und dem dritten Verfahren, wie sie oben beschrieben sind, wird der Dosenunterteilrohling 10 auch vorzugsweise während des Trocknungsprozesses durch die Wärmequelle 18 geglüht, aber vorzugsweise in einem geringeren Maße als bei der ersten beschriebenen Ausführungsform. Vorzugsweise wird das Glühen für das zweite und das dritte oben beschriebene Verfahren bei einer Temperatur durchgeführt, die innerhalb des Bereichs von ungefähr 375ºF (ungefähr 190ºC) bis ungefähr 425ºF (ungefähr 218ºC) liegt. Die mit Bezug auf die Fig. 8 und 9 beschriebenen Verfahren erfordern somit weniger Glühen als das in Bezug auf die vorhergehende Ausführungsform beschriebene Verfahren, was bedeutet, dass ein stärker geformtes Dosenunterteil 20 bei einem gegebenen Gewicht oder einer gegebenen Wanddicke möglich ist oder dass das Gewicht des ausgeformten Dosenunterteils 20 im Vergleich zu dem Dosenunterteil, das durch das erste beschriebene Verfahren produziert ist, reduziert werden kann. Nachteile des zweiten und des dritten Verfahrens liegen jedoch in einer umfangreicheren Maschinerie und in einer größeren mechanischen Komplexität sowie in einem stärkeren Verschleiß an den Dosen, einem stärkerem Ausschuss und einer stärkeren möglichen Beschädigung der Dekoration als Ergebnis der zusätzlichen mechanischen Behandlung und Handhabung.
Es ist jedoch zu sehen, dass die Offenbarung, obwohl zahlreiche Merkmale und Vorteile dieser Erfindung in der vorhergehenden Beschreibung dargelegt worden sind, zusammen mit Details der Struktur und Funktion der Erfindung nur illustrativ ist und Änderungen im Detail vorgenommen werden können, insbesondere in Bezug auf Form, Größe und Anordnung von Teilen innerhalb der Prinzipien der Erfindung in dem vollen Umfang, der durch die breite allgemeine Bedeutung der Begriffe aufgezeigt ist, in denen die Ansprüche formuliert sind. Alternativ könnte der Dosenteilrohling 10 z. B. durch alternative Prozesse, wie z. B. ein Zieh- und Nachziehverfahren, ein Zieh- und Dünnnachziehverfahren oder durch ein dreiteiliges Schweiß- oder Klebeherstellungsverfahren geformt sein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Dosenunterteils, das charakteristisch geformt ist, um sein optisches Erscheinungsbild gegenüber Konsumenten zu verbessern, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

(a) zur Verfügung Stellen eines Dosenunterteilrohlings (10);

(b) zur Verfügung Stellen einer Formeinheit, die Formwände aufweist, welche eine Formausnehmung (42) begrenzen, die mit einer gewünschten Endform des Dosenunterteils übereinstimmt;

(c) Positionieren des Dosenunterteilrohlings (10) innerhalb der Formausnehmung (42); und

(d) Geben eines druckbeaufschlagten Fluids in die Formausnehmung, so dass der Dosenunterteilrohling durch den Druck gegen die Formwände gedrückt wird, wodurch der Dosenunterteilrohling die gewünschte Endform des Dosenunterteils annimmt;

dadurch gekennzeichnet, dass die Formwände sich nach innen erstreckende Seitenbereiche (48) und sich nach außen erstreckende Seitenbereiche aufweisen;

der Positionierungsschritt (c) den Dosenunterteilrohling so positioniert, dass die Seitenwand (12) des Dosenunterteilrohlings mit den sich nach innen erstreckenden Seitenbereichen vorgepresst wird; und

die Vorpressung, die in Schritt (c) durchgeführt wird, das Maß der nach außen gerichteten Verformung minimiert, welche in Schritt (d) erforderlich ist, um die Endform des Dosenunterteils zu erzielen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosenunterteilrohling Aluminium enthält und es ferner die Schritte aufweist: Teilweises Glühen des Dosenunterteilrohlings vor dem Schritt (c), um dem Dosenunterteilrohling genügend Duktilität zu geben, dass er in die gewünschte Form gebracht werden kann, und wobei die Vorpressung in Schritt (c), die das Maß der nach außen gerichteten, zur Erzielung der gewünschten Position erforderlichen Ausdehnung reduziert, auch die Stärke des Glühens reduziert, das erforderlich ist, um solche Ausdehnung zu erlauben, wodurch so viel Festigkeit und Zähigkeit wie möglich bewahrt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des teilweisen Glühens bei einer Temperatur durchgeführt wird, die innerhalb des Bereichs von ungefähr 375ºF (190,5ºC) bis 550ºF (288ºC) liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorpressung in Schritt (c) durchgeführt wird, um die Seitenwand des Dosenunterteilrohlings radial nach innen über eine Strecke zu wölben, die innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,5 mm liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einführen von Fluid in Schritt (d) durchgeführt wird, um die Seitenwand des Dosenunterteilrohlings radial nach außen über eine Strecke zu wölben, die innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5,0 mm liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen gerichtete Wölbung der Seitenwand in Schritt (c) ungefähr ein Drittel der nach außen gerichteten Wölbung, die in Schritt (d) stattfindet, beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeinheit aus mehr als einem Teil (82, 46, 84) konstruiert ist, wobei wenigstens eines der Teile gegenüber einem anderen bewegbar ist in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Achse des Dosenunterteilrohlings während des Arbeitsvorgangs ist, wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist:

(e) Bewegen von wenigstens einem der Formteile (82, 46, 84) gegenüber einem anderen in der axialen Richtung im Wesentlichen gleichzeitig mit Schritt (d).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeinheit drei Teile (82, 46, 84) aufweist, und dass Schritt (e) Bewegen beinhaltet von wenigstens zwei der drei Teile gegenüber dem Dritten von einer ersten Position, in der die Teile voneinander durch in die Formausnehmung (42) hinein offene Teilfugen (86, 88) voneinander beabstandet sind, in eine zweite Position, in der die Teilfugen zwischen den Formteilen in ihrer Größe verringert sind, während sie weiterhin in die Formausnehmung hinein offen sind.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (e) ferner ein Positionieren der Teilfugen (86, 88) an Stellen maximaler Ausdehnung des Dosenunterteilrohlings aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (e) ein Anwenden einer Axialkraft auf den Dosenunterteilrohling aufweist, die ausreichend ist, um eine Nettopresskraft auf die Seitenwand des Dosenunterteilrohlings während des Schritts (d) auszuüben.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Abstimmung der durch das druckbeaufschlagte Fluid in Schritt (d) ausgeübten Kraft mit einer in Schritt (e) angewendeten Axialkraft aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosenunterteilrohling eine Seitenwand aufweist, die im Wesentlichen einen konstanten Durchmesser besitzt.

13. Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Dosenunterteils, dass charakteristisch geformt ist, um sein optisches Erscheinungsbild gegenüber Konsumenten zu verbessern, aufweisend

Formmittel, die eine Formeinheit aufweisen, welche Formwände besitzt, die eine Formausnehmung (42) begrenzen, die mit einer gewünschten Endform des Dosenunterteils übereinstimmt;

gekennzeichnet durch sich nach innen erstreckende Seitenbereiche (48) der Formwände und sich nach außen erstreckende Seitenbereiche der Formwände aufweisen;

Mittel zur Positionierung eines Dosenunterteilrohlings innerhalb der Formausnehmung (42), um die Seitenwand (12) des Dosenunterteilrohlings mit den sich nach innen erstreckenden Seitenbereichen (48) vorzupressen; und

eine Fluidzufuhr zur Zufuhr von druckbeaufschlagtem Fluid in die Formausnehmung, so dass der Dosenunterteilrohling durch Druck gegen die Formwände gedrückt wird, wodurch der Dosenunterteilrohling die Verformung annimmt, die erforderlich ist, um die Endform des Dosenunterteils zu erzielen, und in der die Vorpressung das Maß der nach außen gerichteten Verformung minimiert, die erforderlich ist, um die Endform des Dosenunterteils zu erzielen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeinheit aus mehr als einem Teil (82, 46, 84) gebildet ist, wobei wenigstens eines der Teile gegenüber einem anderen in einer Richtung bewegbar ist, die im Wesentlichen zu einer Achse des Dosenunterteilrohlings während des Arbeitsvorgangs parallel ist, und dass sie ferner einen oder mehrere Kolben zum Bewegen von wenigstens einem der Formteile gegenüber einem anderen in der Axialrichtung aufweist.