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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Metalldosen, die Dosenkörperwände mit
konturierter Ausbildung haben.
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Stand der Technik
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Getränkedosen werden in der Regel
in zwei verschiedenen Arten, d. h. als drei- und zweiteilige Dose,
hergestellt. Dabei wird die dreiteilige Dose aus Blech hergestellt,
wie etwa aus einem elektrisch mit Chromsäure behandelten oder anderweitig
oberflächenbehandelten
Stahlblech, durch Rollen eines rechteckigen Stücks dieses Blechs (oder eines Blechzuschnitts),
Löten,
Schweißen
oder Verbinden beider Seiten des Zuschnitts, sodass ein zylindrischer
Dosenkörper
entsteht, Einkehlen des oberen Teils in der Nähe der beiden offenen Enden
des zylindrischen Dosenkörpers
auf einen kleineren Durchmesser, Bördeln der Ränder an beiden offenen Enden
radial nach außen,
Doppelfalzen einer Dosen-Stirnwand an eines der offenen Enden und
nach der Befüllung
mit einem Getränkeprodukt
Befestigen der anderen Dosen-Stirnwand an dem anderen offenen Ende
durch Doppelfalzen. Im Gegensatz dazu wird die zweiteilige Dose
normalerweise aus einem Weißblech
oder einem Blech aus einer Aluminiumlegierung durch Schneiden und
Tiefziehen, oder durch Schneiden und Abstrecktiefziehen dieses Blechs hergestellt,
sodass ein zylindrischer Dosenkörper
mit einem integralen Dosenboden und einem offenen oberen Ende entsteht,
Einkehlen des oberen Teils in der Nähe des offenen Endes auf einen
kleineren Durchmesser, Bördeln
des Rands am offenen Ende radial nach außen, und nach der Befüllung mit
einem Geträrkeprodukt
Befestigen der Dosen-Stirnwand an dem offenen Ende des Dosenkörpers durch
Doppelfalzen.
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In der Industrie werden alle diese
Getränkedosen
in Massenproduktion und relativ wirtschaftlich weitgehend mit der
gleichen Form hergestellt. Da die Dosen weitgehend mit der gleichen
Form hergestellt werden, können
sie jedoch nicht genügend
nach ihrem Aussehen voneinander unterschieden werden. Da die Getränkedosen,
wie vorstehend erwähnt,
in Massenproduktion und relativ wirtschaftlich hergestellt werden
und keine vergleichbare Getränkeverpackung
in einer anderen Form ohne weiteres verfügbar ist, besteht bei den Getränkeherstellern
ein starker Wunsch nach wirtschaftlichen Getränkedosen mit einmaligen Konfigurationen,
die zur Unterscheidung ihrer Produkte beitragen.
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In ihrem Bemühen, diesen Wunsch der Getränkehersteller
zu erfüllen,
haben viele Dosenhersteller versucht, ihre Fertigungstechnik zu
verbessern, und bisher ist eine ganze Anzahl von Verfahren zum Profilieren
von Dosenkörpern
vorgeschlagen worden.
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JP-A-60-92028 beschreibt ein Verfahren
zur Vermeidung von Unterschieden beim Höhenschwund der Dose beim Umformen
einer umgeformten Dl-Dose, bei dem der Bördel teil und der Boden der
DI-Dose mit einem Stössel
gedrückt
werden und dabei der Durchmesser mit einem in die DI-Dose eingeschobenen
Segment vergrößert wird.
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US-A-5.022.254 beschreibt ein Verfahren zur
Herstellung von Dosenkörpern,
das das Aufweiten des Dosen-Durchmessers und das Verringern der
Dicke des Blechs ausgehend von einem aus einem dickeren Blech bestehenden
zylindrischen Dosenkörper
mit einem kleineren Durchmesser umfasst.
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Ein weiteres Beispiel für diese
Profilierungsverfahren ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr.
28492/1974 beschrieben. Diese japanische Offenlegungsschrift beschreibt
ein Profilierungsverfahren, bei dem ein Dosenkörper von innen radial nach außen aufgeweitet
wird und mittels eines Kautschukzylinders, der mehrere peripher
angeordnete Vertiefungen und mehrere Teilsegmente hat, mit einem Profil
aus formstabilen Mustern versehen wird. Da eine dreiteilige Dose
nicht intensiv umgeformt, beispielsweise abstrecktiefgezogen, wird,
bleibt sie ausreichend duktil, sodass sie so aufgeweitet werden kann,
dass mit dem vorgenannten Profilierungsverfahren das gewünschte Profil
ausgebildet werden kann.
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Obwohl eine nach einem herkömmlichen Verfahren
hergestellte dreiteilige Dose so duktil bleibt, dass diese adäquate Aufweitung
möglich
ist, ist eine abstrecktiefgezogene Dose, die stark umgeformt, d.
h. abstrecktiefgezogen worden ist, nicht mehr so duktil, dass ein
auffallendes Profil an der Dose zur Erzielung der gewünschten
Wirkungen erhalten werden kann.
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Insbesondere ist die abstrecktiefgezogene Dose
fast bis an die Grenze ihrer Umformbarkeit abstreckgezogen worden,
um eine sehr dünne
Dosenkörperwand
auszubilden, sodass der Dosenkörper im
Grunde genommen eine extrem verringerte Duktilität durch Kaltverfestigung und
Restspannungen hat. Daher kann bei dem vorgenannten Profilierungsverfahren
ein abstrecktiefgezogener Dosenkörper
zerbrechen, bevor das gewünschte
Profil am Dosenkörper
ausgebildet werden kann. Je größer die
Aufweitung (oder der Unterschied im Durchmesser zwischen den aufgeweiteten
Teilen des Dosenkörpers und
dem Anfangsdurchmesser des Dosenkörpers vor dem Aufweiten), umso
auffallender wird das Profil, und dennoch kann eine Aufweitung des
Dosenkörpers über seine
Dehnungsgrenze hinaus dazu führen,
dass er zerreißt
oder zerbricht. Um ein Zerbrechen des Dosenkörpers zu vermeiden, kann er
in einem geringeren Umfang innerhalb der Dehnungsgrenze profiliert
werden, oder die Profilierung kann durchgeführt werden, nachdem der Dosenkörper geglüht worden
ist, um die Restspannung zu entfernen und die Duktilität der Wand
wiederherzustellen. Noch immer bleiben aber dabei folgende Nachteile
zu überwinden.
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Erstens wird durch das Profilieren
in einem geringeren Umfang das Profil am Dosenkörper weniger auffallend und
es können
keine entsprechenden Wirkungen zur Produkt-Unterscheidung erzielt werden. Zweitens
werden durch das Glühen
eines abstrecktiefgezogenen Dosenkörpers die physikalische Festigkeit
und die Innendruckfestigkeit so verringert, dass der Dosenkörper beim
Einkehlen oder Doppelfalzen zerbrechen kann oder dass die Bodenwölbung der
Dose durch den Innendruck eingebeult werden kann, der entsteht,
wenn die Dose nach dem Befüllen mit
einem Getränkeprodukt
verschlossen wird. Wenn nun die Wand des Dosenkörpers dicker gemacht wird,
um die verringerte physikalische Festigkeit auszugleichen, entsteht
dadurch der weitere Nachteil, dass durch die größere Metallmasse der Dosenkörper unwirtschaftlicher
wird.
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Eine nach einem herkömmlichen
Verfahren hergestellte dreiteilige Dose bleibt zwar so duktil, dass
eine entsprechende Aufweitung mit dem vorgenannten Profilierungsverfahren
möglich
ist, aber dieses Verfahren bringt auch bei der dreiteiligen Dose den
Nachteil mit sich, dass das Metall an den Teilen des dreiteiligen
Dosenkörpers,
die von den aufgeweiteten Teilen umgeben sind, durch das Aufweiten
gezogen und radial nach außen
so aufgeweitet werden, dass die Ränder der aufgeweiteten Teile
nicht so klar konfiguriert werden können, dass die gewünschte Auffälligkeit
erreicht wird.
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Bei dem in der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 28492/1974 beschriebenen Verfahren wird ein Dosenkörper von
innen radial nach außen
aufgeweitet und mittels eines Kautschukzylinders, der mehrere peripher
angeordnete Vertiefungen und mehrere Teilsegmente hat, mit formstabilen
Reliefmustern versehen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil,
dass die Teile der dreiteiligen Dosenkörper, die von angrenzenden
Reliefmustern umgeben sind, gezwungen werden, sich radial nach außen zu dehnen,
und dass keine entsprechend auffallenden Reliefmuster am Dosenkörper erzielt
werden können.
Je dichter die angrenzenden Reliefmuster zueinander angeordnet sind,
umso weniger auffallend werden die Ränder der Muster und umso weniger
formstabil werden die Muster.
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Ein weiteres Profilierungsverfahren,
das insbesondere zum Abstrecktiefziehen von Dosen entwickelt worden
ist, ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 75559/1985 beschrieben.
Bei diesem Verfahren wird ein abstrecktiefgezogener Dosenkörper aus
einem Aluminiumlegierungsblech zur Verbesserung seiner mechanischen
Dehnungs- und Aufweitungseigenschaften wärmebehandelt. Dieses Verfahren
hat jedoch den Nachteil, dass es im Wesentlichen zu einer erheblichen
Steigerung der Herstellungskosten durch die zusätzliche Wärmebehandlung der abstrecktiefgezogenen
Dosen führt.
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Aus den bisher dargelegten Gründen sind Profilierungsverfahren
für abstrecktiefgezogene
Dosen bisher nicht großtechnisch
angewendet worden, sondern haben nur eine begrenzte Verwendung für dreiteilige
Dosen mit speziellen Ausführungen
gefunden, wie für
die tonnenförmige
Dose, bei der kein großer
Wert auf sehr auffällige
Hoch-Tief-Konfigurationen gelegt werden muss.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es; Mittel zum Anbringen von einmaligen und auffallenden Reliefmustern
an einem Dosenkörper
bereitzustellen und sehr auffallende Reliefmuster ohne Glühen oder
eine andere Wärmebehandlung
an einem Dosenkörper
mit verringerter Duktilität
auszubilden, beispielsweise an einer tiefgezogenen zweiteiligen Dose
aus oberflächenbehandeltem
Stahlblech oder Aluminiumlegierungsblech oder einer abstrecktiefgezogenen
Dose aus Aluminiumlegierungsblech.
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Erfindungsgemäß wird ein Dosenkörper zunächst aufgeweitet,
an mehrerern vorgegebenen Abschnitten seiner Innenfläche einem
radial nach außen
gerichteten Druck ausgesetzt und dabei so aufgeweitet, dass an den
vorgegebenen Abschnitten des Dosenkörpers sich radial nach außen erstreckende
Vorsprünge
entstehen. Dabei werden die anderen Abschnitte der Innenfläche des
Dosenkörpers als
die vorgenannten vorgegebenen Abschnitte zwar radial nach außen gedrückt, aber
die Restspannung in den anderen Abschnitten bewirkt eine Rückstoßkraft zur
Wiederherstellung der ursprünglichen
Konfiguration, sodass die anderen Abschnitte zu im Wesentlichen
ebenen Abschnitten oder flachen U-förmigen Vertiefungen mit unauffälligen Rändern ausgebildet
werden. Da die Ränder
der ebenen Abschnitte oder U-förmigen
Vertiefungen und die aufgeweiteten Abschnitte nicht klar hervortreten,
hat der Dosenkörper
zu diesem Zeitpunkt eine weitgehend undeutliche Krümmungskonfiguration.
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Anschließend wird der Dosenkörper aufgeweitet
und, während
er radial nach außen
gedrückt und
an den Innenflächen
der aufgeweiteten Abschnitte abgestützt wird, wird er zumindest
teilweise an den Außenflächen der
vorgenannten anderen Abschnitte, die nicht dem radial nach außen gerichteten Druck
ausgesetzt worden sind, einem radial nach innen gerichteten Druck
ausgesetzt.
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Es ist zu beachten, dass gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Dosenkörper
nur an den vorgegebenen Abschnitten seiner Innenfläche aufgeweitet wird
und dass die anderen Abschnitte des Dosenkörpers als die vorgenannten
vorgegebenen Abschnitte, die keiner radial nach außen gerichteten
Kraft ausgesetzt worden sind und eine Restspannung haben, die eine
Rückstoßkraft zur
Wiederherstellung ihrer ursprünglichen
Konfiguration bewirkt, an der Außenfläche radial nach innen umgeformt
werden. Da der Dosenkörper
radial nach innen umgeformt wird und dabei gedrückt und an den Innenflächen der
aufgeweiteten Abschnitte abgestützt
wird, werden die Ränder der
umgeformten Abschnitte und die aufgeweiteten Abschnitte deutlich
ausgebildet, und es wird ein Dosenkörper mit einem sehr auffälligen Profil
erhalten.
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Bei dem erfindungsgemäßen ,Verfahren
wird ein eingekehlter Dosenkörper
auf einem radial aufweitbaren Teil, der frei drehbar ist, aufgenommen. Wenn
der radial aufweitbaren Teil aufgeweitet wird, werden seine peripheren
Flächen
gegen mehrere vorgegebene Abschnitte der Innenfläche des Dosenkörpers gedrückt, die
dadurch radial nach außen
gedrückt
und so umgeformt werden, dass sich radial nach außen erstreckende
Vorsprünge
entstehen. Dabei hat der Dosenkörper
an seiner Innenfläche
Abschnitte, die nicht von dem radial aufweitbaren Teil radial nach
außen
gedrückt
worden sind. Diese Abschnitte werden jedoch von den angrenzenden
Vorsprüngen
beeinflusst und in gewissem Umfang radial nach außen gedrückt, sodass
diese Abschnitte zu flachen Vertiefungen gegenüber den Vorsprüngen ausgebildet werden
und die Vorsprünge
nicht sehr auffäilig
werden Zu diesem Zeitpunkt hat der Dosenkörper daher eine im Wesentlichen
undeutliche Krümmungskonfiguration.
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Dann werden, während der Dosenkörper an seiner
Innenfläche
von dem aufweitbaren Teil, das aufgeweitet bleibt, abgestützt wird,
die Abschnitte des Dosenkörpers,
die nicht radial nach außen
gedrückt
worden sind, bzw. die flachen vertieften Abschnitte, an ihren Außenflächen mit
einem Prägeteil radial
nach innen gedrückt
und dabei zu Kehlen zwischen benachbarten Abschnitten ausgebildet.
Mit anderen Worten, die flachen Vertiefungen in den Abschnitten
des Dosenkörpers,
die nicht mit dem vom Dosenkörper
aufgenommenen radial aufweitbaren Teil in Kontakt sind, werden von
dem Prägeteil
an den Außenflächen radial
nach innen gedrückt,
sodass die einzelnen vertieften Abschnitte und Vorsprünge des Dosenkörpers von
dem Prägeteil
und dem radial aufweitbaren Teil jeweils in radial entgegengesetzte Richtungen
gedrückt
werden. Dadurch werden die Ränder
zwischen den vertieften Abschnitten und den Vorsprüngen klar
definiert und am Dosenkörper
wird ein auffälliges
Reliefmuster-Profil ausgebildet. Auf diese Weise wird ein Dosenkörper mit
einem einmaligen und sehr auffälligen
Reliefmuster an seiner Oberfläche
versehen.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann
weiters der radial aufweitbare Teil, wenn er vollständig aufgeweitet
ist, um die Vorsprünge
auszubilden, etwas kontrahiert werden um seine radial nach außen gegen
den Dosenkörper
gerichtete Kraft zu verringern, bevor die vertieften Abschnitte
zu Kehlen ausgebildet werden, sodass die Zugspannung an den Abschnitten
des Dosenkörpers,
die keiner radial nach außen gerichteten
Kraft ausgesetzt werden, verringert wird und der Metallfluss von
den vorspringenden Abschnitten erleichtert wird. Auf diese Weise
können Dosenkörper, die
eine geringere Duktilität
und begrenzte Umformbarkeit haben, wie etwa abstrecktiefgezogene
Dosenkörper
aus Aluminiumlegierungsblech und tiefgezogene Dosen aus oberflächenbehandeltem
Stahlblech oder aus Aluminiumlegierungsblech, mit einem gewünschten,
sehr auffälligen und
einmaligen Reliefmuster-Profil versehen werden, ohne dass sie beim
Reliefprägen
zur Ausbildung von Kehlen zerreißen oder zerbrechen oder ohne
dass eine zusätzliche
Wärmebehandlung
durchgeführt wird.
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Die vorgenannten und weitere Ziele
und neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung dürften beim Lesen der nachstehenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
noch besser verständlich
werden. Es sei jedoch ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nur der Veranschaulichung
dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung definieren.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
ein Prozessablaufdiagramm, das die Schritte Einkehlen und Bördeln eines
abstrecktiefgezogenen Dosenkörpers
zeigt, die bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
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2 ist
eine schematische Darstellung, die einen radial aufweitbaren Teil
und ein Prägeteil
bei der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem der vom Dosenkörper aufgenommene
radial aufweitbare Teil durch die Wirkung eines Stempels aufgeweitet
worden ist und der Dosenkörper
an seiner Außenfläche von
dem Prägeteil
radial nach innen gedrückt
wird.
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4 ist
ein schematisches Prozessablaufdiagramm, das den Schritt des Ausbildens
von Vorsprüngen
und Kehlen an einem eingekehlten und gebördelten Dosenkörper zeigt.
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5 ist
ein schematisches Diagramm, das nacheinander die Zustände zeigt,
in denen der eingekehite und gebördelte,
abstrecktiefgezogene Dosenkörper
radial nach außen
aufgeweitet und radial nach innen umgeformt wird.
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6 ist
eine schematische Darstellung, die einen Aufriss des eingekehlten
und gebördelten
abstrecktiefgezogenen Dosenkörpers,
der bei der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit den Vorsprüngen und Kehlen versehen worden
ist, und eine Ansicht am Querschnitt A-A des Dosenkörpers im.
Aufriss zeigt:
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7 ist
eine schematische Darstellung, die eine abgewandelte Form des Prägeteils
bei der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend näher beschrieben.
Zunächst
kann in der vorliegenden Erfindung ein Dosenkörper für eine drei- oder zweiteilige
Dose ohne Einschränkungen
verwendet werden, und er kann aus einem von mehreren oberflächenbehandelten
Stahlblechen, beispielsweise einem mit einer Sn-, Ni- oder Sn/Ni-Deckschicht
versehenen Weißblech,
einem elektrisch mit Chromsäure behandelten
Stahlblech, einem mit einem Kunstharzfilm beschichteten oberflächenbehandelten
Stahlblech oder einem mit einer Deckschicht versehenen Aluminiumlegierungsblech,
bestehen.
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Ein solcher Dosenkörper ist
vorzugsweise vorher durch Bedrucken oder Beschichten mit einem vorgedruckten
thermoplastischen Kunstharzfilm dekoriert worden, da er nicht ohne
weiteres nachher dekoriert werden kann. In der Regel wird der Dosenkörper vorzugsweise
vorher mit einem Kunstharzfilm oder einer anderen Schicht überzogen,
da ein direkter Kontakt der exponierten Metallflächen des Dosenkörpers mit
einem Werkzeug, beispielsweise einem Gesenk, vermieden werden sollte.
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Wenn ein zweiteiliger Dosenkörper radial nach
außen
aufgeweitet wird, wird das Metall am offenen Ende des Dosenkörpers in
die aufgeweiteten Abschnitte gezogen und durch die unterschiedlichen Streckungsverhältnisse
in Abhängigkeit
von der Walzrichtung des zum Dosenkörper ausgebildeten Blechs ist
der Metallfluss an den verschiedenen Abschnitten der Peripherie
des offenen Endes sehr unterschiedlich, was zu Höhenschwankungen des Dosenkörpers führen kann.
Um solche Höhenschwankungen
zu beseitigen, sollte die Peripherie des offenen Endes des Dosenkörpers vorher
kaltverfestigt werden, und das Einkehlen des Dosenkörpers sollte erst
dann durchgeführt
werden, nachdem ihr Inneres mit einem Kunst harzfilm oder einer anderen
Schicht überzogen
worden ist, während
das Bördeln
entweder vor oder nach dem Aufweiten erfolgen kann.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Bei dieser Ausführungsform
wurde ein abstrecktiefgezogener zylindrischer Dosenkörper mit
einem Anfangsdurchmesser von 62,5 mm, einer Höhe von 134 mm und einer Wanddicke
von 0,155 mm aus einem Blech aus der Aluminiumlegierung 3004-H191
mit einer Dicke von 0,3 mm hergestellt. Der zylindrische Dosenkörper wurde
dann außen
beschichtet, mit Druckfarben dekoriert und anschließend 6 Sekunden
einer Temperatur von 250°C
ausgesetzt, um die Beschichtung und Druckfarben warmzuhärten. Danach
wurde der Dosenkörper
innen mit einem Epoxy-Phenolharz besprüht und 60 Sekunden einer Temperatur
von 230°C ausgesetzt,
um die Innenbeschichtung warmzuhärten.
Nach diesen Prozessen wurde der Dosenkörper eingekehlt und gebördelt, sodass
der in 1 gezeigte Dosenkörper 1 entstand.
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2 zeigt
die Hauptteile eines radial aufweitbaren Teils und eines Prägeteils,
die zum Ausbilden eines Reliefmuster-Profils an der Seitenwand einer
zweiteiligen Dose gemäß der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform
werden ein aufweitbarer Teil 2 als radial aufweitbarer
Dorn und ein Außengesenk 3 als
Prägeteil
verwendet. Der aufweitbare Teil und das Außengesenk sind mit Vorsprüngen bzw.
Vertiefungen mit bestimmten Profilen versehen, die so angeordnet
sind, dass beide Teile miteinander in Eingriff gebracht werden können.
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Der aufweitbare Dorn weist zehn Teilsegmente 4 auf,
die als Gruppe einen Zylinderdurchmesser, der etwas kleiner als
der Durchmesser des Dosenkörpers 1 ist,
ein zylindrisches Profil, das weitgehend dem Profil des Dosenkörpers ähnlich ist,
und eine axial angeordnete kegelförmige Mittelbohrung haben,
deren Durchmesser schrittweise zum oberen Ende der Gruppe abnimmt,
an dem der integrale Boden des Dosenkörpers, der ihrem offenen Ende
gegenüber
liegt, aufgenommen wird, sodass der Dorn aufgeweitet wird, wenn
ein kegelförmiger
Stempel 6 in die Bohrung eingeschoben wird.
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3 zeigt
den Zustand, in dem der Dorn 2 in einer aufgeweiteten Position
ist, wobei der Stempel 6 in die kegelförmige Bohrung der zusammengesetzten
Teilsegmente 4 eingeschoben ist und der Dosenkörper 1 gegen
das Außengesenk 3 drückt. Wie
dargestellt, ist jedes Teilsegment 4 L-förmig und
hat eine Führungsfläche 8,
die bewirkt, dass sich das Teilsegment horizontal nach außen bewegt,
wenn es vom Stempel 6 gedrückt wird. Jedes Teilsegment
hat einen Fuß 10,
der nie in Kontakt mit dem Dosenkörper 1 kommt, und
jeder Fuß hat
eine Gleitfläche 9 und trägt an seiner
Spitze ein Federfeil, das beispielsweise als Schraubenfeder 11 ausgebildet
ist.
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Unter den Füßen 10 ist ein Bett 12 zum
gleitfähigen
Auflagern der Teilsegmente 4 angeordnet, und der Stempel 6 verläuft durch
den Mittelteil des Betts. Das Bett 12 ist an seinem außen vorstehenden peripheren
Teil mit Ritzeln 13 versehen, die mit einer Zahnstange 31 in
Eingriff stehen, die am unteren Teil eines Außengesenk-Stützteils 14 angeordnet
ist, an dem das Außengesenk 3 befestigt
ist Das Bett 12 ist frei drehbar, und wenn es mit geeigneten
Mitteln angetrieben wird, werden die Teilsegmente 4 zusammen
mit dem Stempel 6 gedreht, sodass sich die Teilsegmente 4 proportional
zur Bewegung des Außengesenks 3 drehen.
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Die Teilsegmente 4, die
als Gruppe den Außenumfang
des aufweitbaren Teils 2 definieren, sind mit Vorsprüngen versehen,
wie in den 2 und 3 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
sind diese Vorsprünge
beispielsweise so angeordnet, dass, um mehrere Längsrillen 15 und mehrere
horizontale Nuten 16 an der Oberfläche 7 des Dosenkörpers auszubilden,
relativ vertiefte Teile oder Nuten, die diesen Rillen und Nuten
an der Oberfläche
des Dosenkörpers
entsprechen, sich an der Außenperipherie
des aufweitbaren Teils befinden. Insbesondere entsprechen bei dieser
Ausführungsform
die Längsrillen Spalten 17,
die zwischen den einzelnen benachbarten Teilsegmenten des aufweitbaren
Teils 2 in seiner aufgeweiteten Position entstehen, und
die horizonfalen Nuten entsprechen den Nuten an den Teilsegmenten.
Mit anderen Worten, die einzelnen Teilsegmente haben keine Nuten,
die den an der Oberfläche des
Dosenkörpers
auszubildenden Längsrillen
entsprechen, haben aber horizontale Nuten 18, die jeweils
am Achsenmittelteil, am oberen Ende und am unteren Ende angeordnet
sind, die dem Achsenmittelteil, oberen Ende bzw. unteren Ende des
Dosenkörpers 1 entsprechen.
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Ein Abstandshalter 19, der
an der Oberseite des Fußes 10 angebracht
ist und das gebördelte Ende
des Dosenkörpers
aufnimmt, dient zum Einstellen der relativen Anhebung des Dosenkörpers 1 in Bezug
zum Außengesenk 3,
sodass ein Dosenkörper mit
einer anderen Dosenhöhe
profiliert werden kann.
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Das Außengesenk 3 weist
als Beispiel bei dieser Ausführungsform
ein flaches Plattenteil auf, an dem ein Stempelteil befestigt ist.
An der Oberfläche
des Außengesenks 3,
die in Kontakt mit dem Dosenkörper 1 kommt,
befinden sich mehrere Längsrippen 20, die
zueinander mit Abstand angeordnet sind und jeweils einem Spalt-17
zwischen benachbarten Teilsegmenten 4 des aufweitbaren
Teils 2 in aufgeweiteter Position entsprechen. An der Oberfläche des
Außengesenks 3 befinden
sich auch drei horizontale Rippen 21, die, wie in 2 gezeigt, an Stellen angeordnet
sind, die den vorgenannten horizontalen Nuten 18 an den
Teilsegmenten 4 entsprechen und sich über eine Länge erstrecken, die größer als der
periphere Durchmesser der mit dem aufweitbaren Dorn aufgeweiteten
Dosenkörper
ist. Wenn das Außengesenk 3 mit
einem Druckluftzylinder (nicht dargestellt) linear bewegt wird,
wird der aufweitbare Dorn 2 durch die Wirkung der Zahnstange 31 und
der Ritzel 13 gedreht, sodass die Abschnitte der Oberfläche 7 des
Dosenkörpers 1,
die sich zwischen dem Außengesenk 3 und
dem aufweitbaren Dorn 2 befinden, von den Längsrippen 20 und
den horizontalen Rippen 21 radial nach innen gedrückt werden.
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Zum Ausbilden der horizontalen Nuten
der Oberfläche 7 des
Dosenkörpers
werden die horizontalen Rippen 21 vorzugsweise mit entsprechenden Einlaufwinkeln
versehen, sodass die Oberfläche schrittweise
radial nach innen gedrückt
wird, da andernfalls bei einem ersten Kontakt mit den Rippen unerwünschte Druckstellen
an der Oberfläche
entstehen können.
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Zum Einstellen der Tiefe der Längsrillen 15 und
der horizontalen Nuten 16 wird vorzugsweise ein Steilmechanismus,
beispielsweise eine Stellschraube 22, wie in 3 gezeigt, zwischen dem
Außengesenk 3 und
dem Stützteil 14 verwendet.
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Es dürfte zu erkennen sein, dass
der radial aufweitbare Teil, wie etwa der aufweitbare Dorn 2, und
das Prägeteil,
wie etwa das Außengesenk 3, nicht
nur die Form der Längs-
oder horizontalen Rippen, sondern auch andere Formen von Vorsprüngen annehmen
können,
und wenn die Wand des Dosenkörpers
nicht von dem aufweitbaren Teil oder dem Prägeteil aufgespannt oder gedrückt wird,
kann sie nicht von diesen Teilen beschädigt werden. Es ist ebenfalls
klar, dass das radial aufweitbare Teil eine andere Form als der
radial aufweitbare Dorn haben kann, solange er aufweitbar ist und
Vorsprünge
und Vertiefungen mit den gewünschten
Profilen hat, und dass das Prägeteil
eine andere Form als das Außengesenk
haben kann, solange es so profiliert ist, dass es zu den Vorsprüngen und
Vertiefungen des radial aufweitbaren Teils passt.
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Beispielsweise kann ein aufweitbares
Stück Gummi,
das eine Bohrung hat und so profiliert ist, dass es zu dem Prägeteil passt,
als radial aufweitbarer Teil verwendet werden, und eine gekrümmte Platte
mit einer Arbeitsfläche,
die so profiliert ist, dass sie zu den vorgenannten Vorsprüngen und
Vertiefungen des radial aufweitbaren Teils passt, oder eine Walze, die
so gestaltet ist, dass sie sich proportional zu dem radial aufweitbaren
Teil dreht und so profiliert ist, dass sie zu den vorgenannten Vorsprüngen und
Vertiefungen des radial aufweitbaren Teils passt, als Prägeteil verwendet
werden. Auch kann das Prägeteil feststehend
sein und der Dosenkörper
kann gegen die Arbeitsfläche
des Prägeteils
gedrückt
und über diese
gerollt werden.
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Ein Verfahren zum Versehen der Wand
des Dosenkörpers 1 mit
einem gewünschten
Muster aus Vorsprüngen
und Kehlen unter Verwendung des aufweitbaren Dorns 2 als
radial aufweitbarem Teil und des Außengesenks 3 als Prägeteil,
die jeweils wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, wird nachstehend
unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 beschrieben.
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Zunächst wird der Dosenkörper 1 auf
den aufweitbaren Dorn 2 im unaufgeweiteten oder Ausgangszustand
gesteckt. Dabei wird der Bördelrand des
Dosenkörpers
auf den Abstandshalter 19 aufgelegt und dadurch richtig
positioniert, sodass vorgegebene Abschnitte der Oberfläche des
Dosenkörpers mit
einem gewünschten
Profil aus Vorsprüngen
und Kehlen versehen werden können.
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Wenn der kegelförmige Stempel 6 mit
entsprechenden Antriebsmitteln, beispielsweise einem Hydraulikzylinder,
nach oben bewegt wird, drückt
die kegelförmige
Fläche 5 des
kegelförmigen
Stempels den aufweitbaren Dorn 2 so, dass sich der Dorn 2 radial
nach außen
aufweitet, sodass zwischen den einzelnen benachbarten Teilsegmenten 4 Spalte 17 entstehen
und die Außenperipherie
des aufweitbaren Dorns 2 in Kontakt mit der Innenfläche der
Wand des Dosenkörpers
kommt: Wenn sich der aufweitbare Dorn über den Ausgangsdurchmesser
des Dosenkörpers
hinaus aufweitet, bilden die horizontalen Nuten 18 an der
Peripherie der Teilsegmente 4 und die Spalte 17 zwischen
benachbarten Teilsegmenten die relativ vertieften horizontalen und
vertikalen Abschnitte 23 an der Oberfläche 7 des Dosenkörpers. Mit
anderen Worten, wenn der aufweitbare Dorn in aufgeweiteter Position
ist, bilden die Außenperipherieflächen der
Teilsegmente des aufweitbaren Dorns die vorstehsnden Abschnitte 24 an
der Oberfläche 7 des
Dosenkörpers,
während
die Spalte 17 zwischen den Teilsegmenten und die horizontalen
Nuten 18 die relativ vertieften Abschnitte 23 bilden.
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Die relativ vertieften Abschnitte 23 werden folgendermaßen ausgebildet:
Die Abschnitte der Oberfläche 7 des
Dosenkörpers,
die mit den Teilsegmenten in Kontakt sind, wenn der aufweitbare
Dorn in aufgeweiteter Position ist, werden physisch radial nach
außen
gedrückt
und aufgeweitet, während
die anderen Abschnitte der Oberfläche 7, die den Spalten 17 und
den horizontalen Nuten 18 der Teilsegmente entsprechen,
keinen direkten Kontakt mit den Teilsegmenten haben, sodass diese
anderen Abschnitte nur in geringerem Umfang aufgeweitet und zu der
im Wesentlichen flachen Form der vertikalen Vertiefungen 23a und
der im Wesentlichen U-förmigen
Form der horizontalen Vertiefungen 23b ausgebildet werden,
wobei beide aufgrund der Rückstoßwirkungen
und der Wandspannung der anderen Abschnitte undeutliche Begrenzungslinien 15 und 16 haben.
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Dann wird der Aufweitungsgrad des
aufweitbaren Dorns entsprechend dem Dehnungsvermögen der Wand des Dosenkörpers und
dem Umformungsgrad beim nachfolgenden Reliefprägen eingestellt, der einzuhalten
ist, um ein Zerreißen
des Dosenkörpers
beim Reliefprägen
zu vermeiden. Dieses Einstellen erfolgt mit Hilfe des Stempels,
der nach dem vollständigen
Aufweiten des Dosenkörpers
in die Bohrung des aufweitbaren Dorns eingeschoben wird, und bei
einem abstrecktiefgezogenen Dosenkörper mit begrenztem Dehnungsvermögen, wie
er bei dieser Ausführungsform
verwendet wird, wird der Stempel 6 nach unten zurückgezogen,
sodass sich die Teilsegmente 4 nach der vollen Aufweitung
des aufweitbaren Dorns radial nach innen bewegen können.
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Diese Einstellung der Aufweitung
des aufweitbaren Dorns ist nicht unbedingt für Dosenkörper für dreiteilige Dosen notwendig,
die nicht wesentlich umgeformt worden sind, ist aber für abstrecktiefgezogene
Dosenkörper
mit nur begrenztem Dehnungsvermögen
zweckmäßig. Wenn
das Dehnungsvermögen
des Dosenkörpers
als Aufweitungsverhäitnis
R ausgedrückt
wird, wobei R = Durchmesser des aufgeweiteten Dosenkörpers /
Ausgangsdurchmesser des Dosenkörpers
ist, so beträgt
für einen
dreiteiligen Dosenkörper
aus Weißblech
mit niedrigem Zinngehalt das höchstzulässige Aufweitungsverhältnis R
= ca. 1,15 und für
einen abstrecktiefgezogenen Dosenkörper aus Aluminiumlegierungsblech
R = ca. 1,05.
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Mit anderen Worten, es ist zweckmäßig, die Umfangsspannung
der Oberfläche 7 des
Dosenkörpers
infolge der Aufweitung des aufweitbaren Dorns 2 zu verringern,
bevor der aufgeweitete Dosenkörper gebördelt wird,
und da der aufgeweitete Dosenkörper durch
die so genannte Rückfederungswirkung
etwas schrumpft, wenn die Umfangsspannung der Oberflä the 7 verringert
wird, wird der Wert für
die vorgenannte Einstellung der Aufweitung des aufweitbaren Dorns
vorzugsweise auf dem Betrag dieser Schrumpfung gehalten.
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Wenn diese Einstellung so vorgenommen wird,
dass sich die Teilsegmente 4 zu weit radial nach innen bewegen,
nachdem der Dosenkörper
aufgeweitet worden ist, kann sich der Dosenkörper an dem aufweitbaren Dorn
drehen oder Spiel haben oder die an der Oberfläche 7 des Dosenkörpers ausgebildeten
fischen Vertiefungen stimmen möglicherweise nicht
richtig mit dem Außengesenk überein,
und daher sind die an der Oberfläche 7 durch
Bördeln
auszubildenden Kehlen möglicherweise
nicht in Deckung. Der Einstellungswert für den aufweitbaren Dorn kann
jedoch für
solche Profile aus Vorsprüngen und
Kehlen größer sein,
bei denen keine exakte Deckung erforderlich ist, aber Reliefmuster
benötigt werden,
die mittels losem Metall in den vorspringenden Teilen der Oberfläche 7 auszubilden
sind.
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Bei dieser Ausführungsform betrug der größte Außendurchmesser
des vollständig
aufgeweiteten Dosenkörpers
65,5 mm, der Durchmesser des aufweitbaren Dorns wurde um 0,5 mm
vergrößert, und die
Rippen des Außengesenks 3 drückten die
Oberfläche 7 des
Dosenkörpers
um 1,2 mm radial nach innen.
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Daran schließt sich das Bördeln an,
bei dem sich der aufweitbare Dorn 2 in der verstellbar
aufgeweiteten Position befindet. Dabei kommen die Ritzel 13 des
Betts 12 in Eingriff mit der Zahnstange 31 des Außengesenk-Stützteils 14,
sodass das Außengesenk:
3 entlang einer Tangentiallinie des Dosenkörpers 1 bewegt wird,
während
der aufweitbare Dorn so gedreht wird, dass er den Dosenkörper drückt. Dadurch
werden die einzelnen Abschnitte 23a und 23b der
Oberfläche 7 des
Dosenkörpers,
die den Spalten 17 zwischen benachbarten Teilsegmenten 4 und
den Nuten 18 entsprechen, von den einzelnen Rippen 20 und 21 des
Außengesenks 3 radial
nach innen gedrückt,
sodass die vorgenannten Abschnitte der Oberfläche zu Kehlen ausgebildet werden.
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Wie in 6 gezeigt,
hat der wie vorstehend profilierte Dosenkörper Vorsprünge 24 und Kehlen 25 mit
entsprechend deutlichem Relief, und die Begrenzungen der Vorsprünge und
Kehlen sind klar definiert, sodass ein Dosenkörper mit einem Profil mit einem
sehr auffälligen
Reliefmuster erhalten wird. Der ursprüngliche Außendurchmesser des so profilierten Dosenkörpers betrug
62,5 mm, die Vorsprünge 24 hatten
einen von ihren Peripherien gebildeten scheinbaren Außendurchmesser
von 64,5 mm, und die Abstände
zwischen den einzelnen Vorsprüngen und
benachbarten Kehlen betrugen 0,8 mm. Da der Aufweitungsbetrag für den aufweitbaren
Dorn 2 entsprechend dem Dehnungsvermögen der Wand des Dosenkörpers und
dem Umformungsgrad beim Bördeln
eingestellt wird, kann ein tiefgezogener oder abstrecktiefgezogener
Dosenkörper
mit begrenztem Dehnungsvermögen
ohne zusätzliche
Behandlungen, wie Glühen,
mit einem Profil aus einem sehr auffälligen Reliefmuster versehen
werden. Außerdem kann
der Aufweitungsbetrag für
den afweitbaren Dorn einfach durch Einstellen des Stempels verringert
werden, und hierfür
wird kein raffinierter Mechanismus benötigt.
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Bei dieser Ausführungsform sind die oberen und
unteren Vorsprünge 24,
die von den Kehlen 25 im Achsenmitteiteil des Dosenkörpers definiert
sind, so ausgebildet, dass sie einen gemeinsamen scheinbaren Umfangsdurchmesser
haben, aber die einzelnen oberen und unteren Vorsprünge können durch Modifizieren
der Profile der Teilsegmente auch i mit unterschiedlichen Durchmessern
ausgebildet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Bördeln nach
dem Aufweiten zum Aufweiten der Oberfläche 7 des Dosenkörpers, und
daher kann ein Dosenkörper
mit verschiedenen raffinierten Profilen profiliert werden, beispielsweise
dem Profil eines Weinfasses mit Achsenmittenwandteilen, die wesentlich
nach außen überstehen,
oder einem Profil mit axial oberen und unteren Wandabschnitten,
die wesentlich über
den Umfangsdurchmesser des Mittelwandteils hinausstehen, und auch
beispielsweise das bekannte Profil der Coca ColaTM-Flasche
kann auf der Oberfläche
des Dosenkörpers
reproduziert werden.
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Beim Aufweiten eines Dosenkörpers durch herkömmliches
Ausbauchen wird die gesamte Innenfläche des Dosenkörpers einem
radial nach außen gerichteten
Druck ausgesetzt, sodass das Reliefprägen unter Beibehaltung der
Restspannungen in der Oberfläche
des Dosenkörpers
erfolgen muss. Daher muss der Dosenkörper im Grunde genommen sehr stark
umgeformt werden, was jedoch zum Zerreißen der Wand des Dosenkörpers führt. Im
Gegensatz zu den vorgenannten Aufweitungsverfahren wird jedoch bei
dem erfindungsgsmäßen Verfahren
nicht die gesamte Innenfläche
des Dosenkörpers
einem radial nach außen
gerichteten Druck ausgesetzt, sondern der Dosenkörper wird zu Vorsprüngen 24 aufgeweitet,
indem nur bestimmte Abschnitte der Oberfläche physisch radial nach außen gedrückt werden
und die Abschnitte der Oberfläche,
die nicht physisch radial nach außen gedrückt werden, sondern eine Rückstoßwirkung
zur Wiederherstellung des ursprünglichen
Profils haben, beim Reliefprägen
dann radial nach innen gedrückt
werden, sodass der Dosenkörper
nicht sehr stark umgeformt wird und die Wand des Dosenkörpers nicht
zerreißt,
sondern der Dosenkörper
ein Profil mit sehr auffälligen
Vorsprüngen
und Kehlen haben kann.
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Bei dieser Ausführungsform wird. der Stempelteil
des Außengesenks 3 entlang
der Tangentiallinie des Dosenkörpers
linear bewegt, während
der Dosenkörper
von dem aufweitbaren Dorn 2 gespannt wird, sodass die Abschnitte
der Oberfläche 7 des
Dosenkörpers 1,
die sich zwischen dem Außengesenk 3und
dem aufweitbaren Dorn 2 befinden, von den Längsrippen 20 und
den horizontalen Rippen 21 des Außengesenks radia( nach innen
gedrückt
werden. Das Außengesenk
kann jedoch auch eine andere geeignete Form annehmen, wie beispielsweise
die der in 7 gezeigten
feststehenden gekrümmten
Platte 26, die die Längsrippen 20 und
die horizontalen Rippen 21 an ihrer Arbeitsfläche hat,
und der aufweitbare Dorn kann über
die Arbeitsfläche
des Aüßengesenks
rollen. Insbesondere kann der aufweitbare Dorn 2, wenn
einer der Spalte 17 auf eine entsprechende Rippe der Längsrippen 20 eingestellt
ist, mit den Ritzeln 13 und der Zahnstange 31 über die
Arbeitsfläche
des gekrümmten
Außengesenks 26 gerollt
werden, sodass die einzelnen Längsrippen 20 die
entsprechenden Abschnitts der Oberfläche des Dosenkörpers nacheinander
radial nach in nen drücken
und gleichzeitig die horizontalen Rippen 21 die entsprechenden
Abschnitte der Oberfläche
des Dosenkörpers
schrittweise radial nach innen drücken. Auch hier werden vorzugsweise
Stellmittel zum Einstellen der Größe des Anfangsdrucks verwendet,
wie sie bereits vorstehend beschrieben worden sind, wobei als Stellmittel
beispielsweise die in 7 gezeigte
Stellschraube 22 verwendet werden kann.
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Die vorgenannte Ausführungsform
verwendet Längs-
und horizontale Kehlen, die an der Oberfläche des Dosenkörpers. auszubilden
sind. Es kann aber auch ein anderes Profil aus Vorsprüngen und Kehlen
am Dosenkörper
durch entsprechendes Profilieren des radial aufweitbaren Teils und
des Prägeteils
ausgebildet werden. Außerdem
wird bei dieser Ausführungsform
der radial aufweitbare Teil sowohl zum Aufweiten als auch zum Reliefprägen verwendet,
aber es können
auch verschiedene aufweitbare Teile für das Aufweiten und Reliefprägen verwendet werden.
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Wie bereits dargelegt, kann der radial
aufweitbare Teil ein Stück
aufweitbarer Gummi mit einer Bohrung und Umfangsflächen sein,
die so profiliert sind, dass sie Vorsprünge und Vertiefungen mit gewünschten
Profilen haben. In diesem Fall sollten die vertieften Abschnitte
des aufweitbaren Teils entsprechende Abschnitte der Oberfläche des
Dosenkörpers nicht
zwangsläufig
aufweiten und die entsprechenden Abschnitte der Oberfläche des
Dosenkörpers sollten
reliefgeprägt
werden.
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Wie vorstehend beschrieben worden
ist, stellt die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren mit mehreren
Vorteilen gegenüber
herkömmlichen Umformungsverfahren
bereit. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden nur bestimmte Abschnitte der Oberfläche des Dosenkörpers zur
Aufweitung physisch radial nach außen gedrückt, während die Abschnitte der Oberfläche, die
nicht physisch radial nach außen
gedrückt
werden, sondern eine Rückstoßwirkung
zur Wiederherstellung des ursprünglichen
Profils haben, beim anschließenden
Reliefprägen
radial nach innen gedrückt
werden, sodass der Dosenkörper
nicht sehr stark umgeformt wird und die Wand nicht zerreißt, sondern
der Dosenkörper
ein Profil mit sehr auffälligen
Vorsprüngen
und Kehlen haben kann. Da das erfindungsgemäße Verfahren für jedes
Verfahren zur Herstellung von Getränkedosen verwendet werden kann,
kann ein relativ preisgünstiger
Dosenkörper
mit einer gewünschten
Konfiguration großtechnisch
hergestellt werden.
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Da der Aufweitungsgrad für den aufweitbaren
Dorn so eingestellt wird, dass die radial nach außen wirkende
Drückkraft
für die
Oberfläche
des Dosenkörpers
verringert wird, was die Spannung der anschließend zum Relief zu prägenden Abschnitte verringert
und den Metallfluss von den aufgeweiteten Abschnitten der Oberfläche des
Dosenkörpers
erleichtert, kann ein Zerreißen
des Dosenkörpers
mit begrenztem Dehnungsvermögen
beim Reliefprägen vermieden
werden, und an den Wänden
verschiedener Arten von Dosenkörpern
können
Profile mit einmaligen und auffälligen
Reliefmustern ausgebildet werden. Beispielsweise kann ein Dosenkörper mit verminderter
Duktilität,
wie etwa eine tiefgezogene, zweiteilige Dose aus oberflächenbehandeltem
Stahlblech oder Aluminiumlegierungsblech oder eine abstrecktiefgezogene
Dose aus Aluminiumlegierungsblech, ohne Glühen oder eine andere Wärmebehandlung
mit einem Profil mit einem einmaligen und sehr auffälligen Reliefmuster
versehen werden.