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Die
Erfindung betrifft eine Dosenwand mit Wülsten nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und eine Dose, die eine solche Dosenwand aufweist.
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Eine
solche Dosenwand ist aus der Praxis bekannt.
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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.
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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.
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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.
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Zu
diesem Zweck ist die Dosenwand erfindungsgemäß mit einer Wulstgeometrie
versehen, die den in Anspruch 1 angegebenen Bedingungen genügt.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugt
nimmt die Wulstlänge
mit dem Abstand zu dem Wulst bx zu, der
für Einknicken
am anfälligsten
ist.
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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.
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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.
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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.
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In
der Praxis findet man eine gute Verteilung der Fluktuation der Wulstlänge mit
einem Änderungsfaktor
c, d von 1,05 oder mehr.
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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.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnung veranschaulicht;
darin zeigen:
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1 Linien
konstanten Dosengewichts in einer dreiteiligen Stahldose mit unterschiedlichen
Dicken für
die Dosenwand und die Basis/Deckel;
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2 ein
Einknickbelastungsdiagramm für eine
dreiteilige Dose mit unterschiedlichen Dicken der Dosenwand;
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3 die
Bedeutungen der Parameter λ,
t, R, L und V;
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4 ein
Einknickbelastungsdiagramm für eine
dreiteilige Dose mit unterschiedlichen Oberteillängen L;
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5 ein
Einknickbelastungsdiagramm für eine
dreiteilige Dose aus unterschiedlichen Qualitäten von Verpackungsstahl;
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6 ein
Einknickbelastungsdiagramm für eine
dreiteilige Dose mit unterschiedlichen Anzahlen von Wülsten N,
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7 graphisch,
wie die optimale Wulstgeometrie erfindungsgemäß gefunden ist;
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8 einen
Eindruck einer Dose mit 24 gleich beabstandeten Wülsten, wobei
die Wülste
die optimale Geometrie nach der Erfindung haben; und
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9 einen
Eindruck einer Dose mit 16 Wülsten,
wobei die Wülste
nach der Erfindung neben einer optimalen Geometrie auch eine abfallende Wulstlänge haben.
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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.
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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.
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2 zeigt,
was der wichtige Effekt ist, wenn die Dicke der Dosenwand t und
die Wulsthöhe
V geändert
werden.
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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.
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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.
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4 zeigt,
daß erfindungsgemäß die Oberteillänge L =
0 ausgewählt
werden muß.
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5 zeigt,
daß bevorzugt
Verpackungsstahl mit einer Qualität verwendet wird, die als DR 580
angegeben ist.
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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.
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7 zeigt
schematisch wie λ,
V und R im Falle eines relativ glatten Wulstes (links) und eines scharfen
Wulstes (rechts) zusammenhängen.
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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.
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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.
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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.
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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.