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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft die Dekoration von aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen
hergestellten Getränkedosen.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Dekorationen solcher Getränkedosen oder
Dosenzargen, die mit einem sichtbaren dichroitischen Effekt versehen
sind.
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STAND DER TECHNIK
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Auf
dem Getränkemarkt
gibt es einen ständigen
Bedarf für
Hersteller und Verkäufer,
ihre Produkte von denjenigen der Mitbewerber zu unterscheiden. Ein
Weg, wie dies erzielt wird, ist es, Getränkebehälter herzustellen, welche sich
deutlich von anderen unterscheiden oder besonders anziehend sind.
Dies wird dadurch erreicht, indem Behälter hergestellt werden, wie
z. B. Aluminiumgetränkedosen,
die neuartige Formen oder dekorative Effekte besitzen. Zu diesem
Zweck ist vorgeschlagen worden, die Getränkedosen mit Außenoberflächen zu
versehen, die dichroitische Effekte zeigen, d. h. Farben, die ihren Farbton ändern, wenn
sie von unterschiedlichen Winkeln aus betrachtet werden. Produkte,
die solche Effekte zeigen, sind höchst auffällig und anziehend und stellen
so die Marktanforderungen auf sehr wirkungsvolle Weise zufrieden.
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Verfahren
zum Erzeugen der dichroitischen Effekte sind bekannt. Im Allgemeinen
werden Paare von reflektiven Oberflächen zu Abständen in
der Größenordnung
der Wellenlänge
des Lichtes voneinander getrennt, so dass, wenn von den beiden Oberflächen reflektiertes
Licht kombiniert wird, Interferenzeffekte erzeugt werden, die gewisse
Lichtfrequenzen verstärken
und andere unterdrücken.
Diese Frequenzen ändern
sich mit dem Sichtwinkel, da der effektive Abstand zwischen den
jeweiligen Oberflächen
sich entsprechend dem Pfad ändert,
entlang dem die Lichtstrahlen verlaufen, reflektiert und unter unterschiedlichen
Winkeln betrachtet werden.
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Eine
Art der Erzeugung von dichroitischen Effekten ist es, eine sogenannte "Metall-Dichroik-Metall"(MDM)-Struktur zu
erzeugen. Häufig
ist das dichroitische Material ein Metalloxid, so dass diese Art der
Struktur oftmals als "Metall-Oxid-Metall"(MOM)-Struktur bezeichnet
wird. Beispiele solcher Strukturen und ihre Herstellungsverfahren
sind z. B. in den folgenden Patentveröffentlichungen offenbart: (1)
US 5,218,472 nach Jozefowicz
et al. am 8. Juni 1993, die dem gleichen Rechtsnachfolger wie die
vorliegende Anmeldung übertragen
wurde; (2) die internationale (PCT) Patentveröffentlichung
WO92/19795 (basierend auf der internationalen
Anmeldung
PCT/CA92/00192 ),
veröffentlicht
am 12. November 1992, Erfinder Jozefowicz et al., die dem gleichen
Rechtsnachfolger wie die vorliegende Erfindung übertragen wurde; (3) die internationale
(PCT) Patentveröffentlichung
WO9/19796 (basierend auf der
internationalen Anmeldung
PCT/CA92/00201 ), veröffentlicht
am 12. November 1992, Erfinder Mark Adrian Jozefowicz et al., die
dem gleichen Rechtsnachfolger wie die vorliegende Erfindung übertragen wurde;
und (4) die internationale (PCT) Patentveröffentlichung
WO94/08073 (basierend auf der internationalen
Anmeldung
PCT/CA93/00412 ),
veröffentlicht
am 14. April 1994, Erfin der Mark Adrian Jozefowicz, die dem gleichen
Rechtsnachfolger wie die vorliegende Erfindung übertragen wurde.
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Dichroitische
Strukturen dieser Art werden häufig
in der Form von dünnen
vakuum-metallisierten Polymerfilmen erzeugt, welche an zu dekorierenden Substraten
anhaften (z. B. Folienflicken für
die Fälschungssicherung,
die gegenwärtig
auf kanadischem Wertpapier verwendet wird). Die Verwendung solcher Film-
und Folienstrukturen, z. B. dichroitische Schrumpffilme oder Etiketten,
um Getränkedosen
zu dekorieren, wäre
sowohl teuer und würde
ebenso zusätzliche
Schritte erfordern, die sich nicht einfach in herkömmliche
Verfahren integrieren lassen, die zur Herstellung der Dosenzargen
verwendet werden. Man nimmt an, dass die Erzeugung von dichroitischen
Effekten mit Hilfe solcher Strukturen nicht kommerziell durchführbar ist.
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Dichroitische
Strukturen sind direkt auf Nicht -Foliensubstraten erzeugt worden,
z. B. auf Metallbereichen und Komponenten, die für architektonische Anwendungen
verwendet werden. Es ist jedoch nicht möglich gewesen, solche Strukturen
ohne die Verwendung von Aufhellern herzustellen, die erforderlich sind,
um die darunterliegende Oberfläche
des Substratmaterials ausreichend reflektiv für die Beobachtung des dichroitischen
Effekts zu gestalten. Die Eingliederung einer Behandlung zur Aufhellung
in einem Verfahren für
die Herstellung von Dosenzargen wird wiederum nicht als kommerziell
attraktiv angesehen aufgrund sowohl der Kosten der Aufhellmaterialien als
auch der nicht einfachen Integration dieses zusätzlichen Schrittes in das herkömmliche
Dosenherstellverfahren.
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Es
besteht folglich ein Bedarf an einer Herstellungsart einer Getränkedosenzarge
mit einer sichtbaren dichroitischen Oberfläche, die kostengünstig und
bequem durchgeführt
werden kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer
Getränkedosenzarge
mit einer Oberfläche
vorzusehen, die sichtbare dichroitische Effekte zeigt.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Verfahren vorzusehen,
welches ohne übermäßige Schwierigkeiten
in herkömmliche
Dosenherstellverfahren und Zubehör
integriert werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
von Getränkedosenzargen
vorzusehen, die einen sichtbaren dichroitischen Effekt zeigen, ohne
dass Filme oder Folien verwendet werden, die an die Dosenzarge im
Anschluss an ihre Herstellung angebracht werden.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Erzeugung von dichroitischen
Strukturen direkt auf Aluminiumdosenzargen auf kosteneffektive Weise
zu ermöglichen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumgetränkedosenzarge
vorgesehen, die eine dekorative Oberfläche besitzt, welche einen dichroitischen
Effekt zeigt (bei Betrachtung in weißem Licht), bei dem eine Dosenzarge
aus einem flächenförmigen Element
aus Aluminiummetall oder einer Aluminiummetalllegierung durch Ziehen
und Bügeln
erzeugt wird, wobei die Oberflächen
der Dosenzarge gereinigt werden, um eine gereinigte Dosenzarge zu
erzeugen, eine dekorative Struktur, die einen dichroitischen Effekt zeigt,
auf eine Oberfläche
der gereinigten Dosenzarge aufgebracht und die Dosenzarge Endbehandlungen
ausgesetzt wird, wobei die dekorative Struktur durch die Schritte
aufgetragen wird: Auftragen einer Schicht aus dielektrischem Material
direkt auf das Metall der gereinigten Dosenzarge ohne Vorbehandlung
des Metalls mit einem Metallaufheller, und Bilden einer semitransparenten
Metallschicht auf oder innerhalb der dielektrischen Schicht, wobei
die Dicke des dielektrischen Metalls unterhalb der semitransparenten
Metallschicht, und die Dicke der semitransparenten Metallschicht
derart ist, ein sichtbares dichroitisches Muster bei Betrachtung
der Dosenzarge in weissem Licht zu erzeugen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung
von Getränkedosenzargen
aus flächenförmigem Aluminiumdosenrohmaterial
vorgesehen, einschließlich
einem Napfelement, um einen Napf aus dem Dosenrohmaterial zu bilden,
eine Vorrichtung zum Ziehen des Napfes zu einer Dosenzarge, eine
Bügeleinrichtung zum
Bügeln
der Dosenzargenseiten, eine Waschvorrichtung zum Reinigen der gezogenen
und gebügelten
Dosenzarge, und eine Endvorrichtung zur Endbearbeitung der Dosenzarge,
wobei anodisierendes Zubehör
zum Anodisieren einer Oberfläche
der Dosenzarge unmittelbar nach der Wascheinrichtung vorgesehen
ist, um eine anodische, dielektrische Abstandsschicht zu bilden,
gefolgt von einer Vorrichtung zum Abscheiden bzw. Abgraten einer
semitransparenten Metallschicht, wobei das Zubehör und die Vorrichtung wirkungsvoll
dazu beitragen, eine Struktur auf der Oberfläche zu bilden, die einen dichroitischen Effekt
bei Betrachtung in weißem
Licht zeigt.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf dem unerwarteten Ergebnis, dass
eine Getränkedosenzarge,
die durch Ziehen und Bügeln
erzeugt wird, eine Oberfläche
besitzt, die, wenn sie gereinigt ist, ausreichend hell und reflektiv
ist, dass eine dichroitische Struktur direkt auf der Oberfläche ohne
der Notwendigkeit einer Vorbehandlung mit Aufhellern oder anderen
chemischen oder physikalischen Mitteln erzeugt werden kann. Dies
ist deshalb überraschend, da,
wie oben hingewiesen wurde, Aufhellbehandlungen normalerweise erforderlich
sind, wenn dichroitische Strukturen direkt auf nicht-folienförmigen Metallsubstraten
gebildet werden. Das einzige Material (außer vakuum-abgeschiedene Schichten),
das vorher den Erfindern bekannt war, welches keine Aufheller erforderte,
war Haushaltsaluminiumfolie, welche sehr viel dünner ist als die Wände einer
Dosenzarge.
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Es
wurde ebenso unerwartet herausgefunden, dass, indem solche Vorbehandlungen
vermieden werden (d. h. durch Bilden der dichroitischen Struktur
beim Fehlen von Metallaufhellern, nämlich direkt auf dem Metall
einer gereinigten Dosenzarge), das erfindungsgemäße Verfahren in einer automatisierten
Produktionslinie für
die Herstellung von Dosenzargen aus Blech durchgeführt werden
kann, und das Verfahren speziell in herkömmliche Dosenzargenwasch- und
Vorbehandlungsabschnitte eingegliedert werden kann. Die Schritte
zum Auftragen der dekorativen dichroitischen Struktur kann automatisch durchgeführt werden
im Anschluss an den automatischen Waschvorgang, der herkömmlich beim
Herstellen des gereinigten Dosenzargenrohmaterials eingesetzt wird.
Es ist festgestellt worden, dass die Zeitperioden, die für die Bildung
der dichroitischen Schicht und der semitransparenten Metallschicht
erforderlich sind, konsistent mit den Geschwindigkeiten verschiedener
anderer Schritte sind, die für
die Dosenzargenbildung erforderlich sind, so dass eine einfache
Integration möglich
ist.
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Normalerweise
weist die dielektrische Materialschicht unterhalb der semitransparenten
Metallschicht eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 1,0 μm auf, und
die semitransparente Metallschicht, vorzugsweise Nickel, ist mit
einer Dicke im Bereich von 5 bis 10 nm gebildet, besonders bevorzugt
durch nicht-elektrochemische Metallisierung.
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Das
dielektrische Material ist vorzugsweise ein Metalloxid, z. B. Aluminiumoxid,
das idealer weise durch Elektrolyse des eigentlichen Aluminiums
oder der Aluminiumlegierung der gereinigten Dosenzarge gebildet
wird. Überraschenderweise
kann die Elektrolyse dadurch erzielt werden, indem ein Spray aus flüssigem Elektrolyt
aus einer Düse
auf die Dosenzarge gerichtet wird, während ein Elektrolysekreislauf
erzeugt wird, bei dem die Dosenzarge die Anode und die Düse die Kathode
ist. Alternativ kann die Elektrolyse durchgeführt werden durch zumindest teilweises
Eintauchen der gereinigten Dosenzarge in ein flüssiges Elektrolyt, während ein
Elektrolysekreislauf erzeugt wird, bei dem die Dosenzarge die Anode ist
und eine Kathode in Kontakt mit dem Elektrolyt gebracht wird.
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Das
für die
Elektrolyse verwendet Elektrolyt ist vorzugsweise eine verdünnte wässrige Lösung aus
Schwefelsäure.
Um eine dielektrische Schicht mit der erforderlichen Dicke zu erzeugen,
erfordert normalerweise die Elektrolyse eine Zeitdauer, die kurze
genug ist zur Eingliederung dieses Schrittes in ein herkömmliches
Dosenzargenherstellungsver fahren.
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Wird
die Elektrolyse durch Sprühen
des Elektrolyts in Gang gesetzt, so kann die Dosenzarge von einem
Drahtnetz gehalten werden, oder von einem Paar von Drahtnetzen,
von dem eines in elektrischem Kontakt mit der Dosenzarge ist und
einen Teil des Elektrolysekreislaufs bildet. Besonders bevorzugt
wird die Dosenzarge umgekehrt von dem Netz gehalten, und das Spray
wird von oberhalb über
eine Außenoberfläche der
Dosenzarge gerichtet, so dass lediglich die Außenseite der Dosenzarge anodisiert wird.
Das Spray ist bevorzugt kontinuierlich, wenn es in Kontakt mit der
Dosenzarge ist, es ist aber diskontinuierlich, wenn es direkten
Kontakt mit dem Netz hat. Dies vermeidet den direkten Kurzschluss
des elektrischen Kreislaufs zwischen der Düse und dem Netz.
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Falls
erwünscht
kann das Spray ein Fließmuster
erzeugen, welches unterschiedliche Mengen des flüssigen Elektrolyts gegen unterschiedliche
Teile der Dosenzarge richtet. Alternativ kann der dem Spray zugeführte Strom
während
dem spray-anodisierenden Verfahren variiert werden, z. B. indem
eine kleinere Stromdichte um die Kanten des Spraymusters vorgesehen
wird. Dies bewirkt unterschiedliche Elektrolyseraten an unterschiedlichen
Abschnitten der Dosenzarge, und bewirkt, dass die fertiggestellte Dosenzarge
unterschiedliche Farben in unterschiedlichen Bereichen aufgrund
der unterschiedlichen Dicken der dielektrischen Schicht zeigt.
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Die
Dosenzarge kann im Anschluss an das Auftragen des dekorativen dichroitischen
Musters, falls erwünscht,
mit einer weiteren dekorativen Schicht überzogen werden, die zumindest
teilweise gefärbt
und zumindest teilweise transparent ist. Zum Beispiel kann die Farbe
des Überzugs
derart sein, dass sie den wahrgenommenen dichroitischen Effekt verstärkt, wenn
die Dosenzarge relativ zu einem Betrachter bewegt wird.
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Falls
erwünscht
kann die Dosenzarge ebenso mit einer profilierten Außenoberfläche erzeugt werden,
um einen dichroitischen Effekt, der durch die dichroitische Schicht
erzeugt wird, zu verstärken,
indem z. B. unterschiedliche Farben an unterschiedlichen Abschnitten
einer jeden Profilierung erzeugt werden, was der Dose ein vertikal
gestreiftes Erscheinungsbild verleiht.
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Nach
der Bildung der dichroitischen Struktur in dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung können die
Endbearbeitungen der Dosenzarge das Auftragen einer schützenden
Abdichtschicht über
der dichroitischen Struktur umfassen, sowohl zum Schutz gegen physikalische
Abnutzung, und um die Veränderung
des dichroitischen Effekts durch Fingerabdrücke und dergleichen zu vermeiden,
obwohl die Strukturen der Erfindung nicht sehr anfällig für diese
Art der Veränderung
zu sein scheinen.
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Es
sind Vorschläge
für die
Verwendung der Anodisierung zur Reinigung der Dosenzargen gemacht
worden. In solchen Fällen
kann die für
das Reinigen verwendete Elektrolyse mit der Elektrolyse kombiniert
werden, die zum Auftragen der Schicht aus dichroitischem Material
verwendet wird, wodurch der gesamte Ablauf vereinfacht wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein vereinfachter Querschnitt eines Beispiels einer dichroitischen
Struktur der Sorte, die mit der vorliegenden Erfindung erzeugt werden
kann;
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2 ist
eine vereinfachte Darstellung eines spray-anodisierenden Verfahrens
der Sorte, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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3 ist
eine Darstellung ähnlich
der 2, die das Sprühanodisieren
einer gebildeten Dosenzarge zeigt;
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4 ist
eine Seitenansicht im Halbschnitt, die die Vorrichtung zum Ausführen des
Anodisierungsverfahrens der 3 zeigt;
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5 ist
eine Darstellung eines Verfahrens zur Tauchanodisierung einer gebildeten
Dosenzarge, wobei das Verfahren für die Verwendung in der vorliegenden
Erfindung geeignet ist; und
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6 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte in einem Verfahren der Dosenzargenherstellung
darstellt, einschließlich
der Schritte zur Herstellung einer Oberfläche, die einen dichroitischen
Effekt zeigt (diese Schritte sind durch Zellen mit runden Ecken
angezeigt).
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Wie
bereits erwähnt
werden dichroitische Effekte durch besondere optische Dünnfilmstrukturen realisiert,
welche als Folge der Lichtinterferenz gefärbt erscheinen (falls in diffusem
Weißlicht
betrachtet). Wie in 1 dargestellt, setzt sich eine
solche Interferenzfilmstruktur 10 (ein dreischichtiger
Film) aus einer reflektiven Metallbasisschicht 11, einer
dielektrischen Abstandsschicht 12 und einer semitransparenten
Metallschicht 13 zusammen – eine sogenannte Metall-Dielektrikum-Metall(MDM)-Struktur. Licht 14,
das auf die drei schichtige Filmstruktur 10 fällt, wird
teilweise von der oberen semitransparenten Metallschicht 13 reflektiert
(Strahl 15). Ein Teil des Lichtes wird ebenso durch diese
Schicht zur Metallbasisschicht 11 transmittiert, wo es
reflektiert wird (Strahl 16) und wieder aus dem Film austritt.
Die Lichtstrahlen 15, 16, die von der Ober- und
Basisschicht reflektiert werden, rekombinieren entweder konstruktiv
oder destruktiv bei jeder Wellenlänge, so dass einige Farben,
d. h. Wellenlängenbereiche,
verstärkt werden,
während
andere unterdrückt
werden. Der Film kann besonders stark gefärbt werden, falls die Metalle
der Ober- und Basisschicht geeignet ausgewählt werden (die Art des Metalls
und die Dicke). Die eigentliche sichtbare Farbe wird durch die Dicke der
dielektrischen Abstandsschicht 12 bestimmt, die typischerweise
im Submikrometerbereich liegt (d. h. weniger als 1 μm).
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Solch
eine Struktur ist an sich noch nicht notwendigerweise dichroitisch,
was das Erscheinungsbild betrifft. Die dichroitischen Effekte werden
in einer MDM-Struktur, die stark gefärbt ist, realisiert, wenn zusätzlich der
Brechungsindex (n) der dielektrischen Schicht gering ist und die
Dicke der Schicht innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs (normalerweise 0,3
bis 1 μm)
liegt. Typische Brechungsindize (n) für dielektrische Oxidmaterialien
liegen im Bereich von n = 1,4 bis 2,4. Optimale Dielektrika, d.
h. solche, die starke bzw. intensive Farben erzeugen und die die größte Farbverschiebung
mit dem Winkel zeigen, umfassen Siliziumdioxid (n = 1,46), Magnesiumfluorid
(n = 1,38) und Aluminiumoxid (n = 1,65).
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Die
dargestellte MDM-Struktur ist die einfachste optische Dünnfilmstruktur
hinsichtlich der Anzahl der darin enthaltenen Schichten, die in
der Lage ist, intensive Farben und deutliche dichroitische Effekte
zu erzeugen. Kompliziertere Strukturen mit zusätzlichen Metall-/dielektrischen
Schichten oder basierend auf ausschließlich dielektrischen Mehrfachschichten
sind bekannt, und solche können
spezifische Farben oder Farbverschiebungen erzeugen, die nicht mit
der MDM-Struktur
erzielbar sind. Beispiele solcher Strukturen sind z. B. in dem
US-Patent 5,218,472 gezeigt. All
diese Strukturen sind innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung
enthalten, obwohl die einfachste dreischichtige Struktur wegen ihrer
Einfachheit und Wirtschaftlichkeit am meisten bevorzugt wird. Das
Verhalten (die Farb- und Farbverschiebungseigenschaften) solcher
Strukturen können
auf einfache Weise modelliert werden, die bekannte optische Eigenschaften
der Metalle und Dielektrika erzeugen.
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All
diese Strukturen können
durch Vakuumbedampfungsverfahren hergestellt werden, wie z. B. Sputtering,
und solche Herstellungsverfahren können in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden; dies ist jedoch nicht bevorzugt. Es ist besonders bevorzugt,
dass die dichroitischen Strukturen der vorliegenden Erfindung durch
eine Kombination von Anodisierung und nicht-elektro-chemischen Metallisierungsverfahren hergestellt
werden. Auf diese Weise kann das Verfahren zur Erzeugung der dichroitischen
Struktur in die herkömmliche
kommerzielle Dosenproduktion, das Waschen und die Oberflächenbehandlung
eingegliedert werden, was ein signifikanter und unerwarteter Vorteil
ist.
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Die
zur Bildung der dichroitischen Abstandsschicht 12 verwendete
Anodisierung kann eine Sprühanodisierung
oder Tauchanodisierung sein. 2 stellt
das zugrundeliegende Konzept der Sprühanodisierung dar, bei dem
eine elektrisch leitende Düse 20 einen
Strom an leitender elektrolytischer Lösung 21 auf eine zu
anodisierende Oberfläche 22 eines
Metallsubstrats 23 sprüht.
Die Düse 20 ist
als Kathode mit einer Spannungserzeugungsvorrichtung 24 (z.
B. eine Batterie oder DC-Transformer) verbunden, und das Metallsubstrat 23 ist
als Anode verbunden. Die Anodisierung der Oberfläche 22 findet lediglich
dort statt, wo der Elektrolytstrom die Metalloberfläche 22 kontaktiert,
vorausgesetzt, dass der Strom 21 zwischen der Düse 20 und
der Oberfläche 22 kontinuierlich
ist und so elektrisch leitend bleibt. Die Anodisierung erfordert
normalerweise über
eine Zeitspanne im Bereich von 30 bis 60 Sekunden, wenn das Metallsubstrat
aus Aluminium ist und die dichroitische Schicht mit einer Dicke
herzustellen ist, die für
die Erzeugung eines dichroitischen Effekts geeignet ist (typischerweise
0,3 bis 0,8 μm,
was den Bereich der interessantesten Farben und Farbverschiebungen
abdeckt). Geeignete Elektrolyte und Konzentrationen sind dem Fachmann
bekannt, bevorzugt ist das Elektrolyt eine wässrige Lösung aus Schwefelsäure. Das
für das
Spray verwendete Elektrolyt kann natürlich in einem geeigneten Behälter gesammelt und
wiederverwendet werden, d. h. eine Pumpvorrichtung (nicht gezeigt),
die verwendet wird, um das Elektrolyt unter Druck der Spraydüse zuzuführen, kann
das Elektrolyt aus dem Sammelbehälter
herausziehen. Ein frisches Elektrolyt kann, falls benötigt, zugefügt werden,
um Verluste zu kompensieren und um die erforderlichen Konzentrationen
der gelösten Stoffe
aufrecht zu erhalten.
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Zum
Beispiel kann die Außenoberfläche einer
frisch gebügelten
und gereinigten Dosenzarge auf die in 3 angedeutete
Weise sprüh-anodisiert werden.
In dieser Anordnung wird eine Dosenzarge 30 (lediglich
eine ist der Einfachheit halber gezeigt, natürlich gibt es eine ganze Folge
solcher Dosenzargen in einem kommerziellen Betrieb) in seitenverkehrter
Orientierung (das offene Ende zeigt nach unten) zwischen einer sich
bewegenden Metallhaltenetzförderanlage 31 und
einer sich bewegenden, stabilisierenden Netzförderanlage 32 gehalten,
wobei die letztere von oben auf die Dosenzarge Druck ausübt, wodurch
sichergestellt wird, dass die Dosenzarge fest zwischen den beiden
Netzförderanlagen
gehalten wird, die sich in Richtung der Pfeile mit der gleichen
Geschwindigkeit durch die Anodisierungsvorrichtung bewegen. Die
elektrisch leitenden Düsen 20a, 20b sind
oberhalb des Dosenzargenpfades angeordnet, und sind nach unten unter
Winkeln gerichtet, so dass die Elektrolytsprays 21a, 21b die
Seitenoberflächen
der Dosenzarge auf die gezeigte Weise kontaktieren. Während lediglich
ein Paar Düsen 20a, 20b gezeigt
ist, können
mehr vorgesehen sein, falls erforderlich, um die Dosenzarge 30 zu
umgeben und um sicher zu stellen, dass das Spray möglichst einen
großen
Bereich der Außenoberfläche der
Dosenzarge 30, wie erwünscht,
bedeckt. Eine Spannungserzeugungsvorrichtung 24 ist, wie
dargestellt, mit der unteren Metallhaltenetzförderanlage 31 und den
Düsen 20a, 20b verbunden.
Die Dosenzarge 30 wird so zur Anode, und die Düsen werden
zur Kathode, was das Fortsetzen der Anodisierung ermöglicht. Die
umgekehrte Orientierung der Dosenzarge 30 stellt sicher,
dass das Innere der Dosenzarge nicht anodisiert wird. Falls eine
Behandlung sowohl der Innenseite als auch der Außenseite der Dosenzarge erwünscht wäre, so könnte eine
zweite Anordnung an Sprühdüsen (nicht
gezeigt) in einer nach oben gerichteten Sprühkonfiguration unterhalb der
Netzförderanlage 31 vorgesehen
sein. Nachdem es normalerweise keinen Grund gibt, eine dichroitische
Struktur innerhalb einer Dosenzarge vorzusehen (da die Innenseite
bei der Verwendung kaum sichtbar ist), könnte eine solche Düsenanordnung
zur elektrolytischen Reinigung der Innenseite der Dosenzarge eingesetzt
werden.
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4 ist
eine Seitenansicht, teilweise im Halbschnitt, einer Sprühbehandlungsvorrichtung,
die für
einen Sprühanodisierungsschritt
verwendet werden kann, der zuvor in dieser Beschreibung beschrieben
wurde (oder des nicht-elektro-chemischen Metallisierungsschrittes,
der später
beschrieben wird). Die Vorrichtung 40 wird von einem Chemietank 41 unterstützt, der
als Reservoir für
das Elektrolyt dient. Der Tank 41 beinhaltet ein entfernbares
Sieb 42 zum Entfernen von Teilchen aus dem Elektrolyt,
während es
recycelt wird. Der Tank umfasst ebenso eine Überlaufrinne 43 zur
Entfernung von überschüssigem Elektrolyt
während
des Betriebs der Vorrichtung. Eine Sprühkammer 44 enthält eine
Ablasspfanne 45 an dessen unterem Ende zum Aufsammeln von
verbrauchtem Elektrolyt und zum Zurückkehren desselben zum Tank 41.
Eine sich bewegende Metallhaltenetzförderanlage 31 bewegt
sich durch die Sprühkammer 44 in
Richtung des Pfeils A (es wird darauf hingewiesen, dass die Bewegungsrichtung
entgegengesetzt der der 3 ist), und eine zweite stabilisierende
Netzförderanlage 32 bewegt
sich parallel dazu, um die Dosenzargen 30 stationär zu halten. Wie
in dem Fall der 3 ist die untere Netzförderanlage 31 mit
einem Kreislauf verbunden (nicht gezeigt), um die Dosen anodisch
zu machen. Eine Serie an Sprühstufen 46 und
Düsen 20 ist
in der Sprühkammer
vorgesehen, wobei die Düsen
derart gerichtet sind, um Elektrolytstrahlen nach unten über die Außenoberflächen der
umgekehrten (das offene Ende zeigt nach unten) Dosenzargen 30 zu
sprühen. Die
Düsen 20 sind
aus Metall hergestellt und sind als Kathoden in dem Elektrolysekreislauf
verbunden. Das Elektrolyt wird unter Druck den Düsen 20 von dem Tank 41 über die
Pumpe 47 zugeführt.
Der Druck wird über
die Druckanzeige 48 überwacht
und kann durch ein Stromregelventil 49 gesteuert werden.
Die Temperatur des Elektrolyts in dem Tank 41 kann ebenso über eine
Temperaturanzeige 50 überwacht
werden. An dem Auslassende der Sprühkammer ist ein Blasrohr 41 für Luft vorgesehen,
um bei der Entleerung und Trocknung der behandelten Dosenzargen
behilflich zu sein. Während
die Dosenzargen 30 durch die Sprühkammer 44 verlaufen,
werden ihre Außenoberflächen durch
Elektrolytströme
besprüht,
und eine Anodisierung findet statt. Das verwendete Elektrolyt wird
von der Ablasspfanne 45 gesammelt und zu dem Tank 41 über dem
Filter 42 zurückgeführt. Das
in dem Tank 41 gesammelte Elektrolyt steht anschließend für die Wiederverwendung zur
Verfügung,
nachdem es von der Pumpe 47 gesammelt und unter Druck zu
den Düsen 20 gerichtet wird.
Auf diese Weise kann die erwünschte
Anodisierung auf kontinuierlicher Basis ausgeführt werden, während neu
hergestellte Dosenzargen aus herkömmlicher Produktion und der
Waschvorrichtung hervorgehen.
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Das
Elektrolytspray sollte die Seitenwände der Dosenzarge als ein
ununterbrochener Strom kontaktieren und eine kontinuierliche Elektrolytschicht oberhalb
der Dosenoberfläche
erzeugen (oder zumindest des Teils der Oberfläche, der gefärbt werden soll).
Ebenso sollte das Spray in einen ausgeprägten Tröpfchenstrom zu dem Zeitpunkt
aufgeteilt werden, bei dem es auf die untere Netzförderanlage 31 in
Bereichen auftrifft, wo eine Dosenzarge den Strom nicht unterbricht;
dies verhindert das direkte Kurzschließen der Düsenkathode mit dem anodischen
Förderanlagennetz.
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Die
dargestellte Vorrichtung ähnelt
auf vielerlei Weise bekanntem Waschzubehör und bekanntem Zubehör, das verwendet
wird, um elektrophoretisch die Innen- und Außenseite von Dosenzargen mit Lack
zu überziehen,
als Alternative zu den nun herkömmlichen
Verfahren der Sprühbeschichtung
(für den
Lack der Innenseite) und der Walzenbeschichtung (für den Lack
der Außenseite).
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Das
elektrophoretische Abscheidungsverfahren ist ähnlich der Anodisierung, so
dass ähnliches
Zubehör
und Verfahren eingesetzt werden können. Der einzige wesentliche
Unterschied bei der Ausführung
der beiden Verfahren ist derjenige, dass das Elektrolyt im ersten
Fall eine polymerische Lösung
ist, und eine saure Lösung
im Letzteren ist (zusammen mit unterschiedlichen typischen Spannungs-
und Stromdichten, die in den beiden Verfahren verwendet werden).
Typische Vorrichtungen und Verfahren sind z. B. in dem
britischen Patent 1,604,035 und den
US-Patenten 4,400,251 ;
5,164,056 und
5,435,899 offenbart.
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Eine
einfache Darstellung, wie die Anodisierung im Tauchmodus implementiert
werden könnte, ist
in der 5 gegeben. Eine Dosenzarge 30 (eine von
einer Abfolge) wird wiederum auf einer Netzförderanlage 31 gehalten,
wobei eine obere Netzförderanlage 32 die
Dosenzarge an Ort und Stelle hält.
Die obere Netzförderanlage 32 ist
außerhalb
eines Elektrolytreservoirs 21 angeordnet und ist anodisch
durch die Spannungserzeugungsvorrichtung 24 vorgespannt.
Der Großteil
der Dosenzarge (in die Öffnung, die
in Richtung der oberen Orientierung zeigt) wird in das Elektrolyreservoir
eingetaucht. Ein Netz 33, das unter der Haltenetzförderanlage 31 angeordnet
ist, oder, alternativ, eine Konfiguration von Elektroden (nicht
gezeigt), die in dem Elektrolyt eingetaucht ist, dient als feste
Kathode. In diesem Fall muss ein Raum an der oberen Seite der Dose
unbeschichtet bleiben, so dass das obere Netz das Elektrolyt nicht kontaktiert
und die Kathode direkt durch das Elektrolyt kurzschließt.
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Die
elektrophoretische Abscheidung von Lacken ist wiederum bekannt,
so dass diese für
die Tauchanodisierung der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können.
Bekannte Vorrichtungen dieser Art umfassen Schwenkzuführsysteme,
wo individuelle Dosenzargen in einem mit Elektrolyt gefüllten Gehäuse untergebracht
sind und anschließend
spülgereinigt
werden für
die anschließende
Bearbeitung von individuellen Dosenzargen. Solch ein System kann
auf das MDM-Verfahren der vorliegenden Erfindung für Anwendungen
mit geringer Menge anwendbar sein, und, falls der Anodisierungsschritt
getrennt von dem nachfolgenden nicht-elektrochemischen Abscheidungsschritt
ist. Diese Art des Designs ist jedoch sehr geeignet für ein elektrolytisches
Verfahren, das höchstens
ein Paar Sekunden andauert, wie es der Fall ist für die Lackabscheidung; andererseits
ist der Dosenzargendurchlauf ernsthaft durch solch einen Ansatz
der fortlaufenden Bearbeitung gefährdet. Für die vorliegende Anwendung
ist das Bearbeiten der Dosen, während
sie in einem Massenfluss transportiert werden, der bevorzugte Ansatz,
wie oben beschrieben.
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Im
Anschluss an die Anodisierung, um die dielektrische Abstandsschicht
zu bilden, wird die semitransparente Metallschicht aufgetragen,
vorzugsweise durch nicht-elektro-chemische Metallisierung. Diese
Art der Metallisierung ist auf diesem technischen Gebiet bekannt
und ist z. B. in dem
US-Patent 5,218,472 beschrieben,
auf das oben Bezug genommen wurde. Besonders bevorzugt wird im Anschluss an
die Anodisierung die Dosenzarge mit Wasser ausgespült und anschließend einer
elektro-chemischen Vernickelung ausgesetzt. Dies folgt dem herkömmlichen
Drei-Schritt-Verfahren,
das aus dem Eintauchen in Zinnchlorid (sogenannter Sensibilisierungsschritt),
dem Ausspülen,
dem Eintauchen in Palladiumchlorid (Nukleation), dem Ausspülen und
nachfolgend dem Eintauchen in eine Nickelmetallisierungslösung und
letztendlich dem Ausspülen
besteht. Die Verweildauer für
den Sensibilisierungs- und Nukleationsschritt beträgt normalerweise
30 bis 60 Sekunden. Es ist möglich,
dass diese beiden Schritte zu einem unter Verwendung eines geeigneten
kombinierten Reagens zusammengeführt
werden. Die Verweildauer für
die Vernickelung beträgt
typischerweise 5 bis 10 Sekunden. Die erforderliche Dicke des Nickels beträgt im Allgemeinen
5 bis 10 nm, während
die eigentlichen Mengen an abgeschiedenem Sn und Pd weit unterhalb
einer monomolekularen Schicht liegen. All diese Schritte können durch
vollständiges Eintauchen
der Dose in aufeinanderfolgende Reagenzen oder durch Besprühen der
Dose aufeinanderfolgend mit Reagenzen ausgeführt werden.
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Wie
bereits hingewiesen, kann die elektro-chemische Abscheidung der
semi-transparenten Metallschicht entweder durch einen Sprühprozess oder
einen Tauchprozess durchgeführt
werden, und beide ermöglichen
sehr einfache Verfahren zum Bemustern in gefärbte und nicht-gefärbte (metallische) Bereiche.
Dies wird dadurch erreicht, indem eine Behandlung in den nicht zu
färbenden
Bereichen mit einem beliebigen Schritt der Sn/PD/Ni-Sequenz weggelassen
wird. Für
die Sprühbeschichtung
kann dies durch Verwendung von gerichteten Sprays erzielt werden.
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Durch
Verändern
des Sprühmusters
in der Anodisierungsphase, z. B. das eigentliche Sprühfächermuster
oder der Aufprallwinkel, können
Abstufungen der anodischen Filmdicke über der Dosenoberfläche erzielt
werden, die zu Mehrfarbmustern führen,
wenn die Oberfläche
im Anschluss gleichmäßig metallisiert
wird. Zum Beispiel kann ein intensiveres bzw. dichteres Spray in
der Nähe
der Oberseite der Dose durch Verändern
des Aufprallwinkels eine Farbvariation von der Oberseite zur Unterseite
ergeben. Wird ein Sprühmuster
verwendet, welches nicht gleichmäßig quer über die
Fächerbreite
ist, so können
longitudinale Streifen entlang der Länge der Seitenwand erzielt
werden.
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Wie
oben hingewiesen wurde, können
die Anodisierungs- und Metallabscheidungsschritte der vorliegenden
Erfindung in herkömmliche,
kommerzielle Verfahren für
die Herstellung von Dosenzargen eingebaut werden, was so eine erhebliche
Wirtschaftlichkeit und Einfachheit des Betriebs ermöglicht.
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Wie
in dem vereinfachten Flussdiagramm in 6 dargestellt
ist, werden Dosenzargen herkömmlich
aus einer Aluminiumrolle von Dosenzargenrohmaterial 60 hergestellt.
Der erste Schritt 61 bei dem Herstellungsverfahren ist
es, einen Napf bzw. Becher zu formen. Nach dem Aufrollen und Schmieren
des flächenförmigen Materials
werden typischerweise Becher von einer Hochgeschwindigkeitsnapfziehpresse
hergestellt, die bis zu 14 Formkörper
aufweist und die mit bis zu 250 Schlägen/Minute arbeitet. Schienen
trennen die Becher in eine Anzahl von einzelnen Becherströmen bzw.
Becherschlangen, die individuelle Zargenformer versorgen, welche
die Dosenzargen aus den Bechern durch Ziehen und Bügeln bilden.
Typischerweise kann jeder Zargenformer Becher mit einer Rate von
bis zu 250 Dosen/Minute annehmen, d. h. bis zu 14 von diesen sind
bereit, die Ausgabe einer Napfziehpresse zu bearbeiten. Die Dosen
werden zu ihrem Enddurchmesser gezogen und anschließend auf
die letztendliche Wanddicke gebügelt,
Schritt 62. Von jedem Zargenformer werden die Dosen über Schienen
zu einer vorbestimmten Schneideinrichtung transportiert, wo sie
auf die Länge
zugeschnitten werden, Schritt 63. Von der Schneideinrichtung
werden die Dosen auf eine Förderanlage
mit einer oberseitigen Matte entlassen, auf der von den Dosen eine
gewisse Menge von dem Schmiermittel, mit dem sie überzogen
wurden, abtropft. Von der Förderanlage
werden die Zargenkörper
in einen Vakuuminvertierer zugeführt,
der sie von einer Orientierung mit dem offenen Ende nach oben zu
einer Orientierung mit dem offenen Ende nach unten dreht, die geeignet
für die
Waschphase ist. Die Dosenzargen werden anschließend von dem Invertierer zu
einer horizontalen Luftförderanlage
weitergeleitet, die dazu dient, die Dosen zu sammeln, während sie
zu der Wacheinrichtung transportiert werden. Ein Bereich, der eine
Ansammlung (nicht gezeigt) von ein paar Minuten vorsieht, kann derart
vorgesehen sein, dass die Napfziehpresse ("cupper") und die Zargenformer ihre Arbeit fortsetzen
können, falls
die Wascheinrichtung für
einen kurzen Moment still steht. Eine grosse Anzahl von Dosenzargen
wird der Wascheinrichtung zugeführt
und in dieser gehandhabt, die einen Multiphasenspraybearbeitungsvorgang
aufweist.
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Das
Waschverfahren ist dazu bestimmt, alle Verunreinigungen gründlich von
der gezogenen und gebügelten
Dosenzarge zu entfernen, und um die Dosenzargenoberfläche für die Aufnahme
von organischen Innen- und Außenbeschichtungen
(in dem herkömmlichen
Verfahren) vorzubereiten. Die Arten der Verunreinigungen, die gereinigt
werden müssen, umfassen
Restöl
aus dem Walzwerk und Ruß, Schmiermittel
von der Napfziehpresse und dem Zargenformer, Aluminiumfeinstoffe,
die während
der Becher- und dem Dosenbildungsverfahren erzeugt wurden, und mitgeführte (hydraulische) öle von dem Formzubehör, die in
das System mit löslichen ölen entweichen.
Eine optionale, herkömmliche
Oberflächenbehandlung
innerhalb der Wascheinrichtung kann entweder aus dem Auftragen einer
dünnen Konversionsbeschichtung
bestehen, um die Adhäsion
der Beschichtungen zu steigern, was die Verschmutzung der Rundungen
während
der Pasteurisierung von Bier verhindert und die Korrosionsbeständigkeit
der Innenseite der Dosenoberfläche
verbessert, oder durch Auftragen einer Beschichtung, um die Mobilität der Dosen
in den verschiedenen Dosentransportsystemen zu verbessern, die in
nachfolgenden Bearbeitungen der Dosen verwendet werden.
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Das
gesamte Verfahren umfasst typischerweise sechs Schritte:
Vorwaschen 64,
Reinigen 65, Spülen 66,
Behandeln 67, Spülen 68,
Spülen/De.Mineralisieren 69,
wie in 6 dargestellt ist. Das Vorwaschen verwendet eine
verdünnte
H2SO4/HF-Lösung, um
die starke Ansammlung von löslichen ölen auf
der Oberfläche
der Dosenzarge vor dem Eintritt in die Reinigungsphase zu entfernen.
Das Reinigen verwendet eine Mischung aus H2SO4/HF/oberflächenaktiver Stoff, um Aluminiumfeinstoffe,
natürliche
Oxide und Walzöle von
sowohl der Innenseite als auch der Außenseite der Dosen zu entfernen.
Alle verwendeten Chemikalien sind typischerweise in optimierten
kommerziellen Formulierungen erhältlich,
wie z. B. die RidoleneTM/AlodineTM-Reinigungs-/Behandlungspackung von
Amchem. Die Sprühzeit
beträgt
ungefähr
60 Sekunden unter einem Druck von 241,3166 kPa (35 psi) und einer
Temperatur von 50°C.
Typischerweise wird 20–30
mg Aluminiummetall pro Dosenzarge entfernt, und die Dosenoberfläche ist
nach dieser Phase wasserbruchfrei. Werden die organischen Verschmutzungen
(öle, Schmiermittel)
nicht vollständig
entfernt, so führt
dies zu einer unvollständigen
oder nicht gleichmäßigen Konversionsbeschichtung,
was wiederum zu Adhäsionsproblemen
führt.
Das Über- Ätzen der
Dosen kann zu Dosen führen,
die eine geringe Mobilität
besitzen oder zu Schwierigkeiten bei der Dekorationsphase, da die
Dosenoberfläche
zu rauh ist. Unter -Ätzen
kann Oxide und mitgeführtes
Walzöl hinterlassen,
was ein sogenanntes Ausbluten ("bleed") über Defekte
nach der Dekorierung erzeugen kann. Das Spülen der dritten Phase beendet
das chemische Ätzen
und entfernt Restreinigungslösungen
und Verschmutzungen.
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Die
vierte Phase kann verwendet werden, um eine dünne chemische Konversionsbeschichtung auf
Zr-Basis aufzutragen (Beschichtungsgewicht = 20 mg/m2).
Die Sprühzeit
beträgt
15–30
Sekunden bei ungefähr
68,9476 kPa (10 psi) und einer Temperatur von 32°C. Eine übermäßige Behandlung kann zu einer
geringen Dosenmobilität
und zu einer Freilegung des Metalls an der Innenseite oder zu einem Adhäsionsverlust
der Tinte führen,
da die Konversionsbeschichtung brüchig ist und brechen oder abblättern kann,
falls sie zu dick ist. Das Spülen
der fünften
Phase entfernt eine Restbeschichtungslösung, die andererseits weiterhin
mit der Aluminiumoberfläche
reagieren würde.
Die letzte Phase 69 beinhaltet das Spülen mit de-ionisiertem Wasser,
das Mineralien, wie z. B. Kalzium, Silikate und Phosphate, von der
Dosenoberfläche
entfernt. Jegliche Mineralien, die auf der Dosenoberfläche zurückbleiben, könnten die
Adhäsion
der organischen Beschichtungen beeinflussen, oder könnten eine
Wasserfleckenbildung bewirken, die zu einer Durchsicht auf gewissen
Etiketten führen
kann. Ein Trocknungsofen (nicht gezeigt) am Ausgang der Wascheinrichtung
entfernt das gesamte Wasser von der Dosenoberfläche.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann an dieser Phase in das
herkömmliche
Verfahren eingegliedert werden. Um den dichroitischen Film zu realisieren,
wird der Anodisierungsschritt durch Spray-Anodisieren mit Schwefelsäure entsprechend der
Phase 1 des Reinigungsschrittes mit Schwefelsäure in dem
normalen Wasche erfahren durchgeführt. Die letzte Sprühdüsenanordnung
in dieser Phase wird zum Ausspülen
verwendet. Der Sensibilisierungsschritt wird in Phase 2 durchgeführt, der
von der Ausspülung
der Phase 3 gefolgt wird. Die Nukleation wird in der Phase 4 durchgeführt, die
von der Ausspülung
in der Phase 5 gefolgt wird. Die Pd-Abscheidung und die letzte Spülung werden
mit der Sprühanordnung
in Phase 6 durchgeführt.
Einige Modifikationen dieses Ablaufs sind möglich, abhängig von den eigentlichen minimalen
Sprühzeiten,
die in jedem Schritt erforderlich sind, und ob der Sensibilisierungs-
und Nukleationsschritt zu einem Schritt zusammengeführt werden
kann. Es kann ebenso vorteilhaft sein, das Anodisieren mit der Reinigungsphase
in einer separaten Maschine zu kombinieren. Dies würde ebenso
die Aussicht des Durchführens
der elektrolytischen Reinigung der Dosen ermöglichen.
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Zum
Beispiel, wie in 6 gezeigt, kann eine Dosenzarge,
die eine gleichmäßige dichroitische
Beschichtung um die gesamte Seitenwandaußenseite trägt, hergestellt werden, indem
die so gezogene und gebügelte
Dose auf die angezeigte Weise gewaschen wird, die Dosenoberfläche anodisiert wird,
um einen anodischen Film mit der Dicke im Bereich von 0,3–1,0 μm herzustellen,
die anodisierte Dosenzarge ausgespült wird 71, und anschließend die
Oberfläche
des anodischen Films mit einer dünnen
semitransparenten Metallschicht mit einer Dicke von 5–10 nm metallisiert
wird, durch nicht-elektro-chemisches
Abscheiden, das die Schritte umfasst: Sensibilisierung 72,
Spülen 73,
Nukleation 74, Spülen 75 und
Metallisierung 76, gefolgt von einer letzten Spülung 77.
Im Anschluss an das Abscheiden des semitransparenten Metalls auf
diese Weise können
die herkömmlichen
Endbearbeitungsschritte 78 durchgeführt werden, falls erwünscht, z.
B. das Beschichten mit organischen Schutzschichten, einer weiteren
Dekoration, etc. Das Endprodukt 79 ist eine Dosenzarge
mit einer dichroitischen Oberfläche,
die geeignet ist zur Auslieferung an Getränkehersteller zum Abfüllen und
dem Aufbringen eines Deckels, um endbearbeitete Getränkedosen
zu erzeugen.
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Wie
bereits darauf hingewiesen wurde, basiert die Erfindung teilweise,
zumindest in ihren bevorzugten Formen, auf der unerwarteten Realisierung,
dass die Anzahl der Verfahrensschritte, die Natur dieser Schritte
und die erforderlichen Verweilzeiten ähnlich denjenigen sind, die
bei dem normalen Dosenwaschverfahren erforderlich sind. Das gesamte
Verfahren kann so in einem Zubehör
ausgeführt werden
und mit einem Durchsatz, der konsistent ist mit herkömmlichen
Dosenherstellverfahren.
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Obwohl
nicht notwendig wird die Anodisierung bevorzugt in einem Elektrolyt
aus Schwefelsäure
durchgeführt,
und bevorzugt ist die Metallisierungsschicht aus Nickel. Dies erzeugt
eine Film-/Substratstruktur,
bestehend aus: reflektivem Al-Substrat/anodischer dielektrischer
Filmabstandsschicht/semitransparenter Metallschicht, d. h. die erforderliche
Metall-/Dielektrikum-/Metall(MDM)-Struktur, die durch Lichtinterferenz
gefärbt
wird und den dichroitischen Effekt für die gegebenen Materialien
und Dickenbereiche zeigt.
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Die
Erfindung erkennt die Tatsache an und schlägt Nutzen aus dieser, dass
die gebügelte
Aluminiumdosenoberfläche
sehr stark reflektiv ist und als die Basisschicht in einer MDM-Struktur
dienen kann, um lebendige Farben zu erzeugen, ohne die Verwendung
von Aufhellern (dies ist z. B. nicht der Fall bei Stahl). Der Durchmesser
der herkömmlichen
Dose ist ebenso derart, dass die resultierende Krümmung eine
ansprechende Farbvariation um die Dosenoberfläche ergibt, wenn eine dichroitische
Struktur betrachtet wird, selbst ohne Kippen der Dose. Der Kipp-Farbeffekt,
der zu sehen ist, wenn die Dose nach hinten und nach vorne gekippt
wird, ist ein zusätzliches
förderndes
Merkmal. Die resultierende MDM-Oberfläche kann im Anschluss auf herkömmliche
Weise bedruckt und dekoriert werden. Desweiteren ist das Bemustern
der MDM-Beschichtung durch eine Anzahl von Verfahrensvariationen,
wie unten beschrieben ist, möglich.
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Es
wurde überraschenderweise
festgestellt, dass die, wie oben angezeigt, hergestellten MOM-Filme
nicht gegenüber
Fingerabdrücken
empfindlich sind, d. h. sie zeigen keine Farbveränderung bei Fingerabdrücken, ungleich
vielen herkömmlichen
dichroitischen Filmen. Trotzdem, dass die Anodisierungsparameter
im Allgemeinen ähnlich
denjenigen sind, die für
die Herstellung von porösen
anodischen Filmen verwendet werden, falls diese sehr viel dicker gewachsen
werden. Ohne dass dies auf eine besondere Theorie beschränkt ist,
wird dies einer Selbst-Abdichtung der sehr dünnen anodischen Filme zugeschrieben.
Dies kann aufgrund der Tatsache möglich sein, dass der Film während der
Anodisierung oder dem anschließenden
Ausspülen
sich selbst abdichtet oder möglicherweise,
dass eine Abdichtung über
den normalen hydrothermischen Abdichtmechanismus bei dem auf Wasserbasis
stattfindenden Nickelabscheidungsschritt bei höherer Temperatur stattfindet.
Der so hergestellte Film unterscheidet sich von vielen herkömmlichen
Filmen, und durch seine Charakteristik könnten anschließende Abdichtschritte
unnötig
werden, was zur weiteren Kostenreduzierung des gesamten Verfahrens
führt. Es
wird erwartet, dass der dichroitische Aufbau der vorliegenden Erfindung
jedoch von einem Überzug nach
einer weiteren Dekoration und Bedrucken (falls überhaupt) mit einem polymerischen Überzuglack, der
typisch für
die herkömmliche
Dosenzargenproduktion ist, profitieren kann.
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Eine
Kombination einer dichroitischen Endbearbeitung mit einer profilierten
Dosenseitenwand ergibt schärfere
Farbübergänge um die
Dose, was die ästhetische
Anziehung der Endoberfläche
weiter verbessern kann. Das Verfahren zur Herstellung von profilierten
Dosenzargen ist dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt und muss
hier nicht im Detail beschrieben werden. Im Grunde genommen ist
dies ein Teil des Zieh- und
Bügelschritts.
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Es
ist möglich,
absorbierende Pigmente in dem organischen Überzuglack oder dem Druck oberhalb
der MDM-Struktur einzuschließen,
um zu ermöglichen,
dass die dichroitische Interferenz mit einer Farbabsorbtion kombiniert
wird, um zusätzliche optische
Effekte zu realisieren. Zum Beispiel kann die Farbverschiebung des
dichroitischen Effekts sehr abrupt mit dem Winkel gestaltet werden
(im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Variation über eine
Farbsequenz) durch selektive Absorption der Zwischenfarben.
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Die
Erfindung wird unten im Detail mit Bezug auf das folgende Beispiel
beschrieben, welches nicht dazu dienen sollte, den Bereich der Erfindung
einzuschränken.
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BEISPIEL
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Auf einer Dose gebildete MDM durch aufeinanderfolgende
Tauchbehandlungen
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Eine
helle Dosenzarge wurde in einem herkömmlichen alkalischen Reinigungsmittel
gereinigt, um Verschmutzungen aufgrund der manuellen Handhabung
zu entfernen (dieser Schritt ist nicht notwendig, wenn Dosen direkt
von dem herkömmlichen Waschverfahren
zu dem MDM-Verfahren gelangen). Die Dosenzarge wurde anschließend in
einer wässrigen
Lösung
von 165 g/l H2SO4 bei
16 Volt DC (15 A/dm2) bei 20°C für 30 Sekunden
anodisiert. Die Dose wurde unter fließendem Wasser für einige
Sekunden gespült
und anschließend
in einer wässrigen Lösung von
1 g/l SnCl2 für 1 Minute bei Raumtemperatur
eingetaucht. Die Dosenzarge wurde anschließend in Wasser für 1 Minute
eingetaucht und anschließend
in einer wässrigen
Lösung
von 0,5 g/l PdCl2 für 1 Minute bei Raumtemperatur
eingetaucht. Nach einer Tauchspülung
von 1 Minute wurde die Dosenzarge in eine herkömmliche, nicht-elektrochemische
Nickelformulierung für
7 Sekunden eingetaucht, die von Ample Chemical Products Ltd. erhältlich ist, wobei
das Bad auf einer Temperatur von 86°C gehalten wurde. Die Dosenzarge
wurde schließlich
gespült und
trockengeblasen.
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Die
resultierende Dosenzarge hatte eine hellrote Farbe, die sich zu
Goldgelb änderte,
wenn sie über
einen Winkel von 45° gekippt
wurde. Wurde die Dosenzarge in aufrechter Stellung auf einem Tisch
betrachtet, war sie in dem mittleren Bereich zum Betrachter hin
rot und veränderte
ihre Farbe zu Goldgelb in der Nähe
der Außenfläche.
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Eine
zweite Dosenzarge wurde mit dem gleichen Verfahren behandelt, allerdings
mit einer Anodisierzeit von 45 Sekunden. Diese Dosenzarge war blau
und änderte
beim Kippen ihre Farbe zu Apfelgrün. Eine Anzahl von anderen
prägnanten
Farben und Farbverschiebungen sind mit Anodisierzeiten im Bereich
von 30–90
Sekunden erhältlich.