DE69633491T2 - Dosenwand mit Wülsten und Dose - Google Patents

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Hein Willem Leendert Van Jaarsveld
Stephanus Maria Kamperman
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Tata Steel Ijmuiden BV
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Corus Staal BV
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D7/00Containers having bodies formed by interconnecting or uniting two or more rigid, or substantially rigid, components made wholly or mainly of metal
    • B65D7/42Details of metal walls
    • B65D7/44Reinforcing or strengthening parts or members
    • B65D7/46Corrugations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00Making hollow objects
    • B21D51/02Making hollow objects characterised by the structure of the objects
    • B21D51/12Making hollow objects characterised by the structure of the objects objects with corrugated walls

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rigid Containers With Two Or More Constituent Elements (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dosenwand mit Wülsten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Dose, die eine solche Dosenwand aufweist.
  • Eine solche Dosenwand ist aus der Praxis bekannt.
  • Eine mit einer Basis und einem Deckel versehene Dose muß bestimmte Anforderungen bezüglich axialer und radialer Festigkeit erfüllen. In ihrem ungefüllten Zustand muß die Dose in der Lage sein, ohne Einknicken einer axialen Belastung mit einer Kraft von beispielsweise 2000 N zu widerstehen, und in ihrem gefüllten Zustand einer radialen Belastung in Verbindung mit einem Überdruck von außen von beispielsweise 1,2 Bar. Um diese Anforderungen an Steifigkeit und Festigkeit zu erfüllen, ist die bekannte Dose an ihrer Dosenwand mit Wülsten versehen. Die Wülste liefern eine erhöhte axiale und in erhöhtem Ausmaß eine radiale Festigkeit. In dieser Hinsicht wird auf die GB 22,245 Bezug genommen, die ein Metallfaß mit einem Mantel offenbart, der entlang seiner gesamten Länge mit dicht angeordneten Umfangsriffelungen für Versteifungszwecke versehen ist.
  • Die Suche nach einer immer weiteren Reduzierung der Materialmenge und des Gewichts der Dose durch die zunehmende Reduzierung der Materialdicke steht einer Grenze entgegen, wo die obengenannten Anforderungen an Steifigkeit und Festigkeit nicht mehr erfüllt werden können.
  • Erfindungsgemäß ist es nun möglich, mit geringerer Materialdicke durch Modifizierungen an der Wulstgeometrie der Dosenwand die gleiche Festigkeit wie früher zu erreichen, und mit der gleichen Materialdicke, um eine bessere Dose zu schaffen, was die Steifigkeit und/oder Festigkeit angeht.
  • Zu diesem Zweck ist die Dosenwand erfindungsgemäß mit einer Wulstgeometrie versehen, die den in Anspruch 1 angegebenen Bedingungen genügt.
  • Selbstverständlich wird im Prinzip die Verhinderung einer permanenten Verformung in der Dosenwand unter einer gegebenen Belastung erreicht, indem die korrekte Materialdicke und die korrekten Materialeigenschaften ausgewählt werden. Aber nach der Erfindung ist es möglich, dazu stärker beizutragen, als dies durch eine korrekte Auswahl der Wulstgeometrie bekannt ist. Abgesehen davon, daß das wellige Muster der Wulstgeometrie keine Diskontinuitäten aufweisen darf, sind es erfindungsgemäß folgende Parameter, welche die Wulstgeometrie günstig bestimmen:
    • – größere Wulsttiefe Vi
    • – größerer Wulstkrümmungsradius Ri
    • – größerer Wulstteil.
  • Diese Parameter sind allerdings nicht unabhängig. Es ist klar, daß bei der physikalischen Ausführungsform in einer Dose eine unendlich tiefere Wulsttiefe mit einem kleinen Wulstkrümmungsradius in Verbindung steht.
  • Erfindungsgemäß ist es optimal, für den Wulst bx, der für Einknicken am anfälligsten ist, die kleinstmögliche, aber dennoch noch akzeptable Wulstlänge λx auszuwählen und der Wulstlänge woanders in Abhängigkeit von der geringeren Anfälligkeit für Einknicken dort eine größere Wulstlänge λi > λx zu geben.
  • Bevorzugt nimmt die Wulstlänge mit dem Abstand zu dem Wulst bx zu, der für Einknicken am anfälligsten ist.
  • Dies optimiert den Materialverbrauch in bezug zur Steifigkeit/Festigkeit der Dose. Bevorzugter wird dies dadurch erreicht, daß man die Wulstlänge mit der Anfälligkeit zum Einknicken der Dosenwand ablaufen läßt. Die Erfindung ist auch in einer Dosenwand mit Wülsten verkörpert, die aus der Sicht in einem Querschnitt senkrecht zu den Wülsten ein Profil zeigt, das aus der Sicht in einer Richtung in Aufeinanderfolge aufweist: einen ersten Fügeteil zum Fügen an einen Basisteil, einen ersten Teil ohne Wulst, einen Wulstteil mit n Wülsten bi, i = 1, ..., n, wobei jeder Wulst ein Wulsttal und einen Wulstgipfel aufweist, die sich über eine projizierte Länge λi erstrecken und eine Wulsthöhe Vi senkrecht zu ihnen zwischen dem Oberteil des Wulstgipfels und dem Boden des Wulsttales umfaßt, einen zweiten Teil ohne Wulst und einen zweiten Fügeteil zum Fügen an einen Deckelteil, wobei die Extrema des Wulsttales und des Wulstgipfels ein Kreissegment mit einem Krümmungsradius Ri aufweisen, wobei wenigstens für den Wulst bx Rx ≅ (λx 2 + 4Vx 2)/16Vx. Die Wulstgeometrie ist dann in sich selbst optimal.
  • Für eine gute Steifigkeit und Festigkeit der Dosenwand ist bevorzugt, wenn wenigstens in der Position des Wulstes bx, 1 < x < n, wo die Dosenwand in dem Zustand, wobei der Basisteil und der Deckelteil an sie gefügt sind, am anfälligsten für Verformung durch eine radiale Belastung ist, λi, i ≠ x > λx, und die Extrema des Wulsttales und des Wulstgipfels ein Kreissegment mit einem Krümmungsradius Ri aufweisen, und daß wenigstens für den Wulst bx mit dem Profil Rx ≅ (λx 2 + 4Vx 2)/16Vx.
  • Dadurch wird der Effekt erreicht, daß die maximale Steifigkeit und Festigkeit mit minimalem Materialverlust auftreten, sicherlich dort, wo jeder Wulst bi die vorgeschlagenen geometrischen Proportionen erfüllt. In der Praxis lassen sich, was die Steifigkeit und die Festigkeit angeht, bessere Dosen herstellen, wenn die Dosenwand dadurch gekennzeichnet ist, daß für jeden Wulst bi mit dem Profil Ri ≅ (λi 2 + 4Vi 2)/16Vi gilt.
  • In der Praxis findet man eine gute Verteilung der Fluktuation der Wulstlänge mit einem Änderungsfaktor c, d von 1,05 oder mehr.
  • Während die Anforderungen der Steifigkeit und Festigkeit teilweise in Hinblick auf das Widerstehen von Belastungen der (angefüllten) Dosenwand eingestellt sind, ist die Erfindung auch in der fertigen (gefüllten) Dose verkörpert. Nach dem Füllen sind die axiale Steifigkeit und Festigkeit der Dose nicht mehr kritisch, aber eine radiale Belastung von der Außenseite ist kritisch.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnung veranschaulicht; darin zeigen:
  • 1 Linien konstanten Dosengewichts in einer dreiteiligen Stahldose mit unterschiedlichen Dicken für die Dosenwand und die Basis/Deckel;
  • 2 ein Einknickbelastungsdiagramm für eine dreiteilige Dose mit unterschiedlichen Dicken der Dosenwand;
  • 3 die Bedeutungen der Parameter λ, t, R, L und V;
  • 4 ein Einknickbelastungsdiagramm für eine dreiteilige Dose mit unterschiedlichen Oberteillängen L;
  • 5 ein Einknickbelastungsdiagramm für eine dreiteilige Dose aus unterschiedlichen Qualitäten von Verpackungsstahl;
  • 6 ein Einknickbelastungsdiagramm für eine dreiteilige Dose mit unterschiedlichen Anzahlen von Wülsten N,
  • 7 graphisch, wie die optimale Wulstgeometrie erfindungsgemäß gefunden ist;
  • 8 einen Eindruck einer Dose mit 24 gleich beabstandeten Wülsten, wobei die Wülste die optimale Geometrie nach der Erfindung haben; und
  • 9 einen Eindruck einer Dose mit 16 Wülsten, wobei die Wülste nach der Erfindung neben einer optimalen Geometrie auch eine abfallende Wulstlänge haben.
  • In 1 ist die Beziehung zwischen der Dicke der Basis und des Deckels vertikal in mm ausgedrückt, und die Dicke der Dosenwand ist horizontal in mm ausgedrückt, wobei das Gewicht einer Dose ⌀ 73 × 100 (mm × mm) durch Linien konstanten Gewichts von 40, 45, 50, 55, 60 g angegeben ist. Für eine solche Dose ist etwa 2/3 des Gewichts der Dose durch die Dosenwand und 1/3 durch den Deckel und die Basis gebildet. Deshalb lohnt es sich bestimmt, die Dicke der Dosenwand zu reduzieren, wenn gewünscht ist, das Gewicht einer Dose zu reduzieren, wie dies durch den Pfeil angedeutet ist, der von einem Ausgangspunkt gezogen ist, der hier als Bezugspunkt für die bekannte Dose ausgewählt ist.
  • 2, 4, 5 und 6 zeigen immer horizontal die radiale Festigkeit einer Dosenwand in Bar und vertikal die axiale Festigkeit in N. Jedes der Einknickdiagramme gibt mit einer dicken Linie 2060 N als kritische axiale Festigkeit an und 1,2 Bar als kritische radiale Festigkeit. In dem Quadranten oben rechts erfüllt die beteiligte Dosenwandgeometrie Anforderungen.
  • 2 zeigt, was der wichtige Effekt ist, wenn die Dicke der Dosenwand t und die Wulsthöhe V geändert werden.
  • Hier war die Anzahl von Wülsten N = 20, die Wulstlänge λ = 3,22 mm, die Oberteillänge (vgl. 3) L = 0 und die Materialqualität Verpackungsstahl DR 580.
  • 3 gibt mit λ die Wulstlänge an, mit t die Dicke der Dosenwand, mit R den Krümmungsradius, mit welchem der Wulstgipfel und das Wulsttal erreicht bzw. verlassen werden, mit L die Oberteillänge und mit V die Wulsthöhe.
  • 4 zeigt, daß erfindungsgemäß die Oberteillänge L = 0 ausgewählt werden muß.
  • 5 zeigt, daß bevorzugt Verpackungsstahl mit einer Qualität verwendet wird, die als DR 580 angegeben ist.
  • 6 zeigt, daß die Anzahl von Wülsten N bevorzugt groß sein muß und die Wulsthöhe V relativ klein. Dies gilt für eine Dosenwand im unzusammengesetzten Zustand, d. h. eine, welcher die Unterstützung von der Basis und dem Deckel fehlt.
  • 7 zeigt schematisch wie λ, V und R im Falle eines relativ glatten Wulstes (links) und eines scharfen Wulstes (rechts) zusammenhängen.
  • 8 zeigt einen Eindruck einer Dosenwand mit einer relativ großen Anzahl von Wülsten N = 24 und einer relativ kleinen Wulstlänge λ = 2,68 mm, wobei die Wulstgeometrie die obengenannte Beziehung zwischen λ, V und R erfüllt: V = 0,35 mm, R = 1,58 mm.
  • Durch die Auswahl von V zwischen 0,3 und 0,4 mm hängt die Festigkeit der Dosenwand am wenigsten von Variationen in der Wulsthöhe ab, die bei der Praxis der Herstellung immer auftreten.
  • Schließlich zeigt 9 einen Eindruck einer Dosenwand mit 16 Wülsten N = 16, wobei λ um einen Faktor c ≈ d = 1,11323 abfällt, so daß λx = 2,68 und λi = λ16 = 5,68 und V = 0,35 mm und Ri die obengenannte Beziehung erfüllt.
  • Insbesondere bei dieser letzten Dosenwand ist ein optimaler Kompromiß gefunden, was die Steifigkeit und die Festigkeit angeht, wobei sich zusätzlich ein überraschend neues Aussehen für eine fertige Dose ergibt.

Claims (6)

  1. Dosenwand, die in Aufeinanderfolge aufweist: einen ersten Fügeteil zum Fügen an einen Basisteil, einen ersten Teil ohne Wulst, einen Wulstteil, einen zweiten Teil ohne Wulst und einen zweitem Fügeteil zum Fügen an einen Deckelteil, wobei der Wulstteil n fortlaufend numerierte Wülste bi hat, i = 1, ..., x, ..., n, wobei jeder Wulst ein Wulsttal und einen Wulstgipfel aufweist, die sich über eine projizierte Länge λi erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wulst bx, der für Einknicken am anfälligsten ist, eine relativ geringe Wulstlänge ausgewählt ist, und daß die Wulstlänge woanders in Abhängigkeit von der geringeren Anfälligkeit für Einknicken dort eine größere Wulstlänge erhält : λi, i ≠ x > λx.
  2. Dosenwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß λi > λi–1 für i – 1, ..., x – 1 und λi–1 > λi für i = x + 1, ..., n.
  3. Dosenwand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß λi ≅ d λi+1 für i = 1, ..., x – 1 und λi+1 ≅ c λi für i = x + 1, ..., n, wo d und c Faktoren sind, die von der Fluktuation der Anfälligkeit gegenüber Verformung durch die radiale Belastung über den Wulstteil i < x und i ≥ x bestimmt sind, wobei c ≅ d ≥ 1,05.
  4. Dosenwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrema des Wulsttales und des Wulstgipfels ein Kreissegment mit einem Krümmungsradius Ri aufweisen, und daß wenigstens für bx Rx ≅ (λx 2 + 4Vx 2)/16Vx, wobei Vi die Wulsthöhe zwischen dem Oberteil des Wulstgipfels und dem Boden des Wulsttales ist.
  5. Dosenwand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Wulst bi gilt: Ri ≅ (λi 2 + 4Vi 2)/16Vi.
  6. Dose mit einer Dosenwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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