EP0936273A1 - Verfahren zur Wärmebehandlung mittels Laserstrahlung - Google Patents

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EP0936273A1
EP0936273A1 EP99100609A EP99100609A EP0936273A1 EP 0936273 A1 EP0936273 A1 EP 0936273A1 EP 99100609 A EP99100609 A EP 99100609A EP 99100609 A EP99100609 A EP 99100609A EP 0936273 A1 EP0936273 A1 EP 0936273A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
predetermined breaking
breaking point
laser
lid
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99100609A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Dr.-Ing. Nagel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thyssen Laser Technik GmbH
Original Assignee
Thyssen Laser Technik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssen Laser Technik GmbH filed Critical Thyssen Laser Technik GmbH
Publication of EP0936273A1 publication Critical patent/EP0936273A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C21D1/32—Soft annealing, e.g. spheroidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D2517/00—Containers specially constructed to be opened by cutting, piercing or tearing of wall portions, e.g. preserving cans or tins
    • B65D2517/0001—Details
    • B65D2517/001—Action for opening container
    • B65D2517/0016—Action for opening container pivot tab, push-down and pull-out tear panel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65D2517/00—Containers specially constructed to be opened by cutting, piercing or tearing of wall portions, e.g. preserving cans or tins
    • B65D2517/0001—Details
    • B65D2517/0058—Other details of container end panel
    • B65D2517/0059—General cross-sectional shape of container end panel
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65D2517/0071—Ribs or projections in container end panel located externally of tear-out/push-in panel or preformed opening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to the heat treatment of Workpieces using laser radiation, namely on heat treatment metallic workpieces, which by means of energy heat is supplied to the laser radiation.
  • the lids of containers for drinks or food, cans or cans made of sheet metal are usually made Tinplate or made of aluminum sheet. They are too Containers or containers in use, which consist of tinplate, however closed with an aluminum lid are. Opening a lid or making one Opening in a lid is done with a pull tab that is attached to the outside of the lid and can be lifted. There is also a predetermined breaking point in the lid near the pull tab available. When lifting the pull tab, the Breakage point broken in via a lever arm of the pull tab and the pull tab or the can tab with a Force F be pulled up, with the can lid of the predetermined breaking point opens out, so that a predetermined Can opening is created.
  • the predetermined breaking point in the lid is created that a press tool the thickness of the lid by pressing or Embossing reduced, e.g. to about 1/3 of the original thickness.
  • the pull tab with its lever arm can Destroy the predetermined breaking point when the pull tab is pulled up becomes.
  • the material is reduced by means of embossing however, material hardening, namely strain hardening through which the force F for opening the predetermined breaking point adversely increases.
  • the invention is therefore based on the object of a method for heat treatment of metal lids of cans, Rifles or the like To create containers with which the force F to Destroy the predetermined breaking point and thus open the lid or reduced to create an opening in the lid becomes.
  • the with Press tool performed work hardening of the cover material is eliminated in the area of the predetermined breaking point.
  • the Energy of the laser radiation leads to heating of the Lid material that is above the recrystallization temperature the lid material is driven.
  • the work hardened material softens and leads to softening to a reorganization of the lid material in the heated Area, so that the work hardening of the material accordingly the duration of exposure to laser radiation is eliminated and thus reducing the force F to break the predetermined breaking point becomes.
  • the predetermined breaking point can be made easier be broken up. This opens the lid facilitated.
  • the process is advantageously carried out in such a way that that the heating of the predetermined breaking point over the entire thickness of the material of the predetermined breaking point. It takes place maximum possible reduction of the breaking force in the radiation direction, because the entire irradiated material recrystallize can.
  • the beam spot the laser radiation on the cover the outline of the predetermined breaking point is adjusted. Then there is an optimum of energy of laser radiation for recrystallization. This optimum represents a maximum when the beam spot has the same shape as the outline of the predetermined breaking point.
  • the process can be carried out so that the Beam spot of the laser radiation on the lid like a ring is.
  • a partial ring-like beam spot is especially for partially annular predetermined breaking points suitable.
  • Such predetermined breaking points and thus partial ring-like beam spots are in the Advantageous with regard to those lid openings that only occupy a portion of the can lid so that a Partial ring-like beam spot particularly well in this section is adapted or partially encloses it. With it result advantageous distributions of forces when breaking open Predetermined breaking point with a more or less punctiform or section-shaped pull tab.
  • the beam spot of laser radiation on the cover from several Laser beams is composed.
  • One of several laser beams composite beam spot can be more diverse use. For example, all laser beams radiate congruent, so that each single beam spot shines on the same spot on the lid. It will be a corresponding one Summation of the heat effect of the individual beams reached.
  • the laser beams can also be used with each other deviating single beam spots are used, which together form a coherent beam spot, with which it acts on the predetermined breaking point. Of the The beam spot is then usually overlapping the individual beam spots educated.
  • the predetermined breaking point can differ be formed by a single beam spot or it it is not necessary to use optical means to spot the beam to adapt to a predetermined shape of a predetermined breaking point.
  • the process can be carried out so that the heating the predetermined breaking point for a tinplate Lid is done.
  • a lid made of tinplate strain hardening is usually particularly disadvantageous, especially compared to aluminum, so that Processes here are particularly striking application technology Has advantages.
  • the predetermined breaking point can be heated with suitable Lasers are used, for example with gas or solid-state lasers. However, it is particularly advantageous to do so perform that the heating of the predetermined breaking point with a Diode laser is done. Diode lasers enable beam shaping according to the geometry of the predetermined breaking point of the Can lid in a particularly simple way.
  • the method it is then possible to do this perform such that the laser radiation of a laser beam or several laser beams from a diode laser Diode stacks and / or diode bars is generated.
  • the single ones Laser diodes of the diode stacks and / or the diode bars can according to the need of the procedure for a single or after several laser beams used accordingly become.
  • There is a corresponding flexibility of the method in particular on the geometry of the The predetermined breaking point of the can lid must be taken into account can, but also on an energy distribution in the beam spot or in the area of the predetermined breaking point.
  • the diode laser is used as part of a press tool that creates the predetermined breaking point of the cover.
  • the diode laser and the pressing tool then form a structural unit that is simpler Way can be handled.
  • the Diode laser part of all movements of the press tool, see above that basically no positioning problems of the diode laser in relation to the workpiece or because of the positioning the laser radiation arise relative to the predetermined breaking point.
  • Connecting the diode laser to a controller is also in the field of application of a press tool unproblematic. Mechanical Stress can be kept away from the diode laser, so that no concerns about the use of the Diode laser exist as part of a press tool.
  • the procedure of using a diode laser as a component of a press tool can be optimized that the diode laser in an adjacent to an embossing surface Press tool area is arranged with the embossing surface communicates via a radiation passage. Consequently can all necessary in the area of the pressing tool Manipulations are carried out to emboss the lid to bring into the predetermined shape. Independently of the diode laser is in an area that is suitable for the Pressing process is not required, so that the diode laser accordingly can be used protected.
  • the procedure must be carried out so that it is one Mass production is justified because the can lids are mass-produced items are. It is therefore advantageous to do so that the heating of the predetermined breaking point after its pressing done in one operation. This saves time reduced to a minimum to heat the predetermined breaking point.
  • can lids It is common for can lids to have a ring embossing, with which the opening of the lid is predetermined.
  • a ring embossing close to the edge with a fixed can content, to remove it as simply and completely as possible to be able to.
  • With liquid can contents only a small one Part of the entire cover area must be opened so that the contents of the can can be poured out or drunk.
  • it is advantageous to do the procedure this way perform that as a predetermined breaking point a ring section of a Ring embossing of the can lid is used. It takes then not to recrystallize the entire ring embossing, but only a ring section corresponding to the predetermined breaking point. This can then be comparatively small Force is broken while the ring embossing in remaining after breaking open the predetermined breaking point in the usual Way is raised.
  • a container 11 is shown in FIGS. 1, 2, namely a can with not shown, in particular solid content, which can be a food, for example a Bread topping.
  • the container is closed by a lid 10, which is firmly connected to the container 11. So that Contents of the container 11 can be removed, the lid 10 can be opened.
  • a pull tab 23 is used for the destruction Handle hole 24.
  • the pull tab 23 is at a fastening point 25 attached to the lid 10 near the ring embossing 21.
  • Fig. 2 or their detail X in Figure 3 show a fastening rivet 26, which is worked out of the cover material and the Pull tab 23 holds on the lid 10.
  • the pull tab 23 is with a lever arm 27 equipped in the immediate vicinity the embossed ring 21 protrudes.
  • Fig.3 shows that the material thickness of the lid 10 in Area of a ring embossing 21 is reduced.
  • Thickness D of the lid material is only about the partial thickness d 1/3. This reduction in thickness is achieved by compressing the Material takes place, namely with a press tool 16, with which the ring embossing 21 is made.
  • the smaller wall thickness has the consequence that the can lid 10 is preferred here is to be destroyed.
  • the lever arm 27 serves this destruction the pull tab 23.
  • the area where the pull tab is effective is a predetermined breaking point 12. Lifting the Pull tab 23 will cause the lever arm 27 this Breakage point destroyed, so that the stamping ring 21 on this Job tears.
  • the thinning of the embossing ring 21, however, has the described Effect of work hardening, so that tearing open the lid in this area is partially difficult.
  • the Wall thickness of the cover in the area of the ring embossing 21 must therefore be reduced more than would be necessary.
  • the predetermined breaking point 12 according to the invention with laser radiation above the recrystallization temperature warmed of their material so that it softens, changed its structure accordingly and the Work hardening is eliminated.
  • the power to break open The predetermined breaking point 12 can therefore be reduced. In case it is on a reduction in force compared to existing lid closures does not arrive, can be 21 can be managed with a smaller thickness reduction.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the ring embossing 21 over a portion of their entire circumferential length.
  • area is the predetermined breaking point 12, the in In this case, the pull tab 23 is not assigned is so as not to depict measures to warm the To affect predetermined breaking point 12.
  • the predetermined breaking point 12 thus relates to the marked ring section 20. Inside this ring section 20 should therefore by heating the Material of the lid 10 are ensured that the through the compression of the material to the thickness d Work hardening is eliminated. The heating takes place with Laser radiation. The laser radiation has to be embossed on the ring 21 be blasted that the predetermined breaking point 12 at least in a part of the recrystallization temperature of your Material is heated.
  • Fig.4 shows a heating of the whole Predetermined breaking point 12 by laser radiation.
  • the laser beams this laser radiation are not shown.
  • It three individual beam spots 13 were shown, each the ring embossing 21 on part of the ring section 20 and thus cover the predetermined breaking point 12. Accordingly is the total formed by the three beam spots 13 Partial ring-shaped beam spot.
  • the individual beam spots 13 do not need the ring shape of the ring embossing 21 adapted to be because they're a little bigger, especially wider than the ring embossing 21.
  • the overlap shown the beam spots 13 in the areas 28 ensures that a intensive heating over the length of the ring section 20 takes place or a warming that facilitated Destruction of the predetermined breaking point 12 when lifting the pull tab 23 guaranteed.
  • the Fig. 5,6 show essential parts of a press tool 16.
  • the lower stamp 16 '' has an upper stamp 16 'projecting ring 29, the male-like works. It works together with a matrix-like one Recess 30 of the upper punch 16 '.
  • the ring projection 29 and the ring recess 30 are coordinated so that when the stamps 16 'are completely compressed, 16 '' to the thickness D of the cover 10 a reduction in the thickness of the material of the cover 10 in the area of the ring projection 29 and ring recess 30 results in the partial thickness d.
  • a previously described pressing tool 16 has the peculiarity that it is assembled with a laser arrangement is, namely with diode lasers 14. Any diode laser 14 is part of the pressing tool 16, without doing so themselves inevitably take part in the pressing or embossing process have to. It generates the laser radiation with which the work hardened Predetermined breaking point 12 is recrystallized.
  • the laser radiation is from the press tool area 18, in which the Diode laser 14 is arranged through a beam passage 19 in the deformation area between the punches 16 ', 16' ' passed to heat the predetermined breaking point 12 there.
  • the representation of the radiation passage 19 is pure schematically.
  • the radiation passage 19 in The moment of pressing must be closed when the reduction in thickness of the cover 10 takes place in such a way that the ring deformation 29 in the area of the radiation passage 19 has an abutment.
  • Such an abutment can, for example can be produced in that a transverse to the direction of movement the stamp 16 ', 16' 'movable, not shown Abutment block with one of the ring recess 30 corresponding Contour positioned above the ring projection 29 becomes.
  • Such positioning can be done automatically for example by inserting it with a fixed sloping surface in a transverse channel, not shown in Figure 6, the penetrates at least the radiation passage 19.
  • FIG. 7 schematically shows a possible embodiment of a Diode laser 14, which is arranged in a press tool area 18 which is adjacent to an embossing surface 17.
  • This press tool area 18 is essentially that of Embossing surface 17 opposite outer surface of the upper punch 16 '.
  • the diode laser arrangement can e.g. from three diode lasers 14 are built and arranged, each one deliver the laser beams with which a beam spot 13 according Fig.4 is generated.
  • FIG. 7 shows three laser diodes arranged one above the other 32, which in their superimposition also include a diode stack can symbolize. It is also conceivable that several Laser diodes 32 one behind the other vertical to the display plane can be arranged and thus form a diode row.
  • the laser radiation emitted by the diodes 32 of a row is fed to a cylindrical collimator 33 and a Collimated laser beam 15 'comes from such a collimator 17 to a deflecting or focusing mirror 34.
  • the focusing mirror 34 focuses laser beams 15 through an exit opening 31 'of the housing 31 into the radiation passage 19 and thus to the predetermined breaking point 12. It is easy derived from Figure 7 that the three laser beams 15 each form one of the beam spots 13 in FIG.
  • radiation-shaping means 35 can be used, for example lenses that are shown in Fig.4 generate elongated beam spots or the individual beams 15 deviating from a congruent beam spot for everyone three beams e.g. according to the type of representation chosen in Fig. 4 via the ring embossing 31 in the area of the predetermined breaking point Distribute 12.
  • the diode laser array as shown 5 consists of three individual lasers 14 which in turn are diode stacks and / or diode bars or have. In this case, one of the Generate beam spots 13 of Figure 4 with a laser 14.

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Abstract

Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Deckel von Dosen, Büchsen od.dgl. Behältern, bei dem eine Sollbruchstelle des Deckels, die durch ein ihren Werkstoff auf einen Teil seiner Dicke reduzierendes Zusammenpressen hergestellt ist, mit Laserstrahlung über die Rekristallisationstemperatur ihres Werkstoffs erwärmt wird.
Mit dem Verfahren wird erreicht, daß die Kraft zum Öffnen der Sollbruchstelle bzw. zum Herausziehen zumindest eines Teils des Dosendeckels erheblich reduziert werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmebehandlung von Werkstücken mittels Laserstrahlung, nämlich auf die Wärmebehandlung metallischer Werkstücke, denen mittels der Energie der Laserstrahlung Wärme zugeführt wird.
Die Deckel von Behältern für Getränke oder Lebensmittel, also Dosen oder Büchsen aus Blech, werden üblicherweise aus Weißblech oder aus Aluminiumblech hergestellt. Es sind auch Gebinde bzw. Behälter in Gebrauch, die aus Weißblech bestehen, jedoch mit einem Deckel aus Aluminium verschlossen sind. Das Öffnen eines Deckels bzw. die Herstellung einer Öffnung in einem Deckel erfolgt mit einer Zuglasche, die außen auf dem Deckel befestigt ist und angehoben werden kann. Außerdem ist im Dekkel in der Nähe der Zuglasche eine Sollbruchstelle vorhanden. Beim Anheben der Zuglasche wird die Sollbruchstelle über einen Hebelarm der Zuglasche eingebrochen und die Zuglasche bzw. die Dosenlasche kann mit einer Kraft F hochgezogen werden, wobei sich der Dosendeckel von der Sollbruchstelle ausgehend öffnet, so daß eine vorbestimmte Dosenöffnung entsteht.
Die Sollbruchstelle im Deckel wird dadurch hergestellt, daß ein Preßwerkzeug die Dicke des Deckels durch Pressen bzw. Prägen reduziert, und zwar z.B. auf ca. 1/3 der Ausgangsdicke. Infolgedessen kann die Zuglasche mit ihrem Hebelarm die Sollbruchstelle zerstören, wenn die Zuglasche hochgezogen wird.
Durch die Werkstoffreduzierung mittels Prägens entsteht allerdings eine Materialverfestigung, nämlich eine Kaltverfestigung durch die die Kraft F zum Öffnen der Sollbruchstelle in nachteiliger Weise ansteigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Deckel von Dosen, Büchsen od.dgl. Behälter zu schaffen, mit dem die Kraft F zum Zerstören der Sollbruchstelle und damit zum Öffnen des Deckels bzw. zur Herstellung einer Öffnung im Deckel reduziert wird.
Die vorstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Deckel von Dosen, Büchsen od.dgl. Behältern, bei dem eine Sollbruchstelle des Deckels, die durch ein ihren Werkstoff auf einen Teil seiner Dicke reduzierendes Zusammenpressen hergestellt ist, mit Laserstrahlung über die Rekristallisationstemperatur ihres Werkstoffs erwärmt wird.
Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß die mit dem Preßwerkzeug durchgeführte Kaltverfestigung des Deckelwerkstoffs im Bereich der Sollbruchstelle beseitigt wird. Die Energie der Laserstrahlung führt zu einer Erwärmung des Deckelwerkstoffs, die bis über die Rekristallisationstemperatur des Deckelwerkstoffs getrieben wird. Infolgedessen wird der kaltverfestigte Werkstoff erweicht und die Erweichung führt zu einer Gefügeneuordnung des Deckelwerkstoffs im erwärmten Bereich, so daß die Kaltverfestigung des Werkstoffs entsprechend der Einwirkungsdauer der Laserstrahlung beseitigt und damit die Kraft F zum Aufbrechen der Sollbruchstelle gesenkt wird. Mit Hilfe der Zuglasche kann die Sollbruchstelle leichter aufgebrochen werden. Das Öffnen des Deckels ist dadurch erleichtert.
Das Verfahren wird zweckmäßigerweise so durchgeführt, daß die Erwärmung der Sollbruchstelle über die gesamte Dicke des Werkstoffs der Sollbruchstelle erfolgt. Es erfolgt die maximal mögliche Reduzierung der Aufbruchkraft in Strahlungsrichtung, da der gesamte bestrahlte Werkstoff rekristallisieren kann.
Eine Optimierung der Rekristallisierung wird auch dadurch erreicht, daß die gesamte von der Sollbruchstelle eingenommene Deckelfläche erwärmt wird. Beide vorbeschriebenen Maßnahmen gemeinsam führen dazu, daß die Kraft F zum Aufbrechen der Sollbruchstelle soweit wie möglich reduziert wird.
Es ist des weiteren vorteilhaft, wenn der Strahlfleck der Laserstrahlung auf dem Deckel dem Umriß der Sollbruchstelle angepaßt ist. Es steht dann ein Optimum der Energie der Laserstrahlung für die Rekristallisation zur Verfügung. Dieses Optimum stellt ein Maximum dar, wenn der Strahlfleck die gleiche Form aufweist, wie der Umriß der Sollbruchstelle.
Das Verfahren kann so durchgeführt werden, daß der Strahlfleck der Laserstrahlung auf dem Deckel teilringartig ist. Ein teilringartiger Strahlfleck ist insbesondere für teilringförmige Sollbruchstellen geeignet. Derartige Sollbruchstellen und damit teilringartige Strahlflecken sind im Hinblick auf diejenigen Deckelöffnungen vorteilhaft, die nur einen Teilbereich des Dosendeckels einnehmen, so daß ein teilringartiger Strahlfleck diesem Teilbereich besonders gut angepaßt ist bzw. ihn teilweise umschließt. Damit ergeben sich vorteilhafte Verteilungen der Kräfte beim Aufbrechen der Sollbruchstelle mit einer mehr oder weniger punktförmigen bzw. teilbereichsförmigen Zuglasche.
Es ist vorteilhaft, das Verfahren so durchzuführen, daß der Strahlfleck der Laserstrahlung auf dem Deckel aus mehreren Laserstrahlen zusammengesetzt wird. Ein aus mehreren Laserstrahlen zusammengesetzter Strahlfleck läßt sich vielfältiger verwenden. Beispielsweise können alle Laserstrahlen deckungsgleich strahlen, so daß also jeder Einzelstrahlfleck auf dieselbe Stelle des Deckels strahlt. Es wird eine entsprechende Summierung der Wärmewirkung der Einzelstrahlen erreicht. Die Laserstrahlen können aber auch mit voneinander abweichend angeordneten Einzelstrahlflecken angewendet werden, die gemeinsam einen zusammenhängenden Strahlfleck bilden, mit dem auf die Sollbruchstelle eingewirkt wird. Der Strahlfleck ist dann üblicherweise unter Überlappung der Einzelstrahlflecken gebildet. Die Sollbruchstelle kann abweichend von einem Einzelstrahlfleck ausgebildet werden bzw. es ist nicht erforderlich, den Strahlfleck mit optischen Mitteln einer vorgegebenen Form einer Sollbruchstelle anzupassen.
Das Verfahren kann so durchgeführt werden, daß die Erwärmung der Sollbruchstelle bei einem aus Weißblech bestehenden Deckel erfolgt. Bei einem aus Weißblech bestehenden Deckel ist die Kaltverfestigung üblicherweise besonders nachteilhaft, insbesondere im Vergleich zu Aluminium, so daß das Verfahren hier besonders augenfällige anwendungstechnische Vorteile hat.
Die Erwärmung der Sollbruchstelle kann mit geeigneten Lasern erfolgen, beispielsweise mit Gas- oder mit Festkörperlasern. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, das Verfahren so durchzuführen, daß die Erwärmung der Sollbruchstelle mit einem Diodenlaser erfolgt. Diodenlaser ermöglichen eine Strahlformung entsprechend der Geometrie der Sollbruchstelle des Dosendeckels in besonders einfacher Weise.
In Ausgestaltung des Verfahren ist es dann möglich, dieses so durchzuführen, daß die Laserstrahlung eines Laserstrahls oder mehrerer Laserstrahlen eines Diodenlasers mit Diodenstacks und/oder Diodenbarren erzeugt wird. Die einzelnen Laserdioden der Diodenstacks und/oder der Diodenbarren können dem Bedürfnis des Verfahrens entsprechend nach einem einzigen oder nach mehreren Laserstrahlen entsprechend eingesetzt werden. Es ergibt sich eine entsprechende Flexibilität des Verfahrens, bei dem insbesondere auf die Geometrie der Sollbruchstelle des Dosendeckels Rücksicht genommen werden kann, aber auch auf eine Energieverteilung im Strahlfleck bzw. im Bereich der Sollbruchstelle.
Verfahrenstechnisch ist es vorteilhaft, wenn der Diodenlaser als Bestandteil eines Preßwerkzeugs verwendet wird, das die Sollbruchstelle des Deckels herstellt. Der Diodenlaser und das Preßwerkzeug bilden dann eine Baueinheit, die in einfacher Weise gehandhabt werden kann. Insbesondere nimmt der Diodenlaser an allen Bewegungen des Preßwerkzeugs teil, so daß grundsätzlich keine Positionierungsprobleme des Diodenlasers in Bezug auf das Werkstück bzw. wegen der Positionierung der Laserstrahlung relativ zur Sollbruchstelle entstehen. Der Anschluß des Diodenlasers an eine Steuerung ist auch im Einsatzbereich eines Preßwerkzeugs unproblematisch. Mechanische Beanspruchungen können vom Diodenlaser ferngehalten werden, so daß auch von daher keine Bedenken gegen den Einsatz des Diodenlasers als Bestandteil eines Preßwerkzeugs bestehen.
Das Verfahren der Anwendung eines Diodenlasers als Bestandteil eines Preßwerkzeugs kann dadurch optimiert werden, daß der Diodenlaser in einem einer Prägefläche benachbarten Preßwerkzeugbereich angeordnet wird, der mit der Prägefläche über einen Strahlendurchlaß in Verbindung steht. Infolgedessen können im Bereich der Preßwerkzeugfläche alle notwendigen Manipulationen durchgeführt werden, um den Deckel durch Prägung in die vorbestimmte Form zu bringen. Unabhängig davon befindet sich der Diodenlaser in einem Bereich, der für den Preßvorgang nicht benötigt wird, so daß der Diodenlaser entsprechend geschützt eingesetzt werden kann.
Das Verfahren muß so durchgeführt werden, daß es einer Massenfertigung gerecht wird, weil die Dosendeckel Massenfertigungsartikel sind. Es ist daher vorteilhaft so zu verfahren, daß die Erwärmung der Sollbruchstelle nach deren Pressen in einem Arbeitsgang erfolgt. Dadurch wird der zeitliche Aufwand zur Erwärmung der Sollbruchstelle auf ein Minimum reduziert.
Es ist üblich, daß Dosendeckel eine Ringprägung erhalten, mit der die Öffnung des Deckels vorbestimmt wird. Beispielsweise eine dem Rand nahe Ringprägung bei festem Doseninhalt, um diesen möglichst einfach und vollständig entnehmen zu können. Bei flüssigem Doseninhalt wird nur ein geringer Teil der gesamten Deckelfläche geöffnet werden müssen, so daß der Doseninhalt ausgegossen bzw. getrunken werden kann. In allen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, das Verfahren so durchzuführen, daß als Sollbruchstelle ein Ringabschnitt einer Ringprägung des Dosendeckels verwendet wird. Es braucht dann nicht die gesamte Ringprägung rekristallisiert zu werden, sondern nur ein der Sollbruchstelle entsprechender Ringabschnitt. Dieser kann dann mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand aufgebrochen werden, während die Ringprägung im übrigen nach dem Aufbrechen der Sollbruchstelle in üblicher Weise aufgezogen wird.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig.1
eine Aufsicht auf einen Deckel einer Dose,
Fig.2
eine schematische Querschnittsdarstellung der Dose der Fig.1,
Fig.3
das Detail X der Fig.2,
Fig.4
eine schematische Darstellung einer Ringprägung mit einer durch Teilstrahlflecken mehrerer Laserstrahlen überdeckten Sollbruchstelle,
Fig.5
eine Aufsicht auf ein Preßwerkzeug in Arbeitsrichtung,
Fig.6
einen Querschnitt durch ein Preßwerkzeug in schematischer Darstellung, und
Fig.7
einen Diodenlaser mit mehreren Laserdioden.
In den Fig.1,2 ist ein Behälter 11 dargestellt, nämlich eine Büchse mit nicht dargestelltem, insbesondere festem Inhalt, der ein Lebensmittel sein kann, beispielsweise ein Brotbelag. Der Behälter ist durch einen Deckel 10 verschlossen, der fest mit dem Behälter 11 verbunden ist. Damit der Inhalt des Behälters 11 entnommen werden kann, muß der Deckel 10 geöffnet werden können. Hierzu ist eine nahe dem Rand 22 angeordnete Ringprägung 21 vorhanden. Sämtlicher Deckelwerkstoff innerhalb der Ringprägung 21 kann entfernt werden. Dazu ist es notwendig, die Ringprägung 21 zu zerstören, zumindest an einer Stelle, um von hier ausgehend den Deckel aufzuziehen. Für die Zerstörung dient eine Zuglasche 23 mit einem Griffloch 24. Die Zuglasche 23 ist an einer Befestigungsstelle 25 nahe der Ringprägung 21 am Deckel 10 befestigt. Fig.2 bzw. deren Detail X in Fig.3 zeigen einen Befestigungsniet 26, der aus dem Deckelwerkstoff herausgearbeitet ist und die Zuglasche 23 am Deckel 10 festhält. Die Zuglasche 23 ist mit einem Hebelarm 27 ausgerüstet, der in die unmittelbare Nähe der Ringprägung 21 ragt.
Fig.3 zeigt, daß die Werkstoffdicke des Deckels 10 im Bereich einer Ringprägung 21 reduziert ist. Im Bezug auf die Dicke D des Deckelwerkstoffs ist die Teildicke d etwa nur 1/3. Diese Dickenreduktion ist durch Zusammenpressen des Werkstoffs erfolgt, nämlich mit einem Preßwerkzeug 16, mit dem die Ringprägung 21 hergestellt ist. Die geringere Wandstärke hat zur Folge, daß der Dosendeckel 10 hier vorzugsweise zu zerstören ist. Dieser Zerstörung dient der Hebelarm 27 der Zuglasche 23. Der Bereich, in dem die Zuglasche wirksam werden kann, ist eine Sollbruchstelle 12. Das Anheben der Zuglasche 23 wird dazu führen, daß der Hebelarm 27 diese Sollbruchstelle zerstört, so daß der Prägering 21 an dieser Stelle einreißt. Ein weiteres Hochziehen der Zuglasche 23 führt dann zu einem weiteren Einreißen des Deckels 10 längs des Prägerings 21, so daß praktisch der gesamte Deckel 10 entfernt wird. Der in der Nähe des Randes 22 der Dose 10 befindliche Deckelrest 10' bleibt mit dem Behälter 11 verbunden, da er mit dem Behälterrand 11' verbördelt ist. Dieser Deckelrest 10' behindert die Entnahme des Inhalts des Behälters 11 praktisch jedoch nicht.
Das Dünnerprägen des Prägerings 21 hat jedoch die beschriebene Wirkung der Kaltverfestigung, so daß das Aufreißen des Deckels in diesem Bereich teilweise erschwert wird. Die Wandstärke des Deckels im Bereich der Ringprägung 21 muß daher stärker reduziert werden, als es an sich notwendig wäre. Um diesen Nachteil auszugleichen, wird die Sollbruchstelle 12 erfindungsgemäß mit Laserstrahlung über die Rekristallisationstemperatur ihres Werkstoffs erwärmt, so daß dieser erweicht, seine Gefügeordnung entsprechend geändert und die Kaltverfestigung beseitigt wird. Die Kraft zum Aufbrechen der Sollbruchstelle 12 kann daher reduziert werden. Falls es auf eine Kraftreduktion im Vergleich zu bestehenden Deckelverschlüssen nicht ankommt, kann im Bereich der Ringprägung 21 mit einer geringeren Dickenreduktion ausgekommen werden.
Fig.4 zeigt in schematischer Darstellung die Ringprägung 21 über einen Teilbereich ihrer gesamten Umfangslänge. In dem dargestellten Bereich liegt die Sollbruchstelle 12, der im Fall dieser Darstellung die Zuglasche 23 nicht zugeordnet ist, um nicht die Darstellung von Maßnahmen zur Erwärmung der Sollbruchstelle 12 zu beeinträchtigen. Die Sollbruchstelle 12 betrifft somit den gekennzeichneten Ringabschnitt 20. Innerhalb dieses Ringabschnitts 20 soll also durch Erwärmung des Werkstoffs des Deckels 10 dafür gesorgt werden, daß die durch das Zusammenpressen des Werkstoffs auf die Dicke d entstandene Kaltverfestigung beseitigt wird. Die Erwärmung erfolgt mit Laserstrahlung. Die Laserstrahlung muß so auf die Ringprägung 21 gestrahlt werden, daß die Sollbruchstelle 12 zumindest in einem Teilbereich über die Rekristallisationstemperatur ihres Werkstoffs erwärmt wird. Fig.4 zeigt eine Erwärmung der gesamten Sollbruchstelle 12 durch Laserstrahlung. Die Laser-strahlen dieser Laserstrahlung sind nicht dargestellt. Es wurden drei einzelne Strahlflecken 13 dargestellt, die jeweils auf einem Teil des Ringabschnitts 20 die Ringprägung 21 und damit die Sollbruchstelle 12 abdecken. Dementsprechend ist der von den drei Strahlflecken 13 gebildete gesamte Strahlfleck teilringartig. Die einzelnen Strahlflecken 13 brauchen dazu der Ringform der Ringprägung 21 nicht angepaßt zu werden, weil sie etwas größer bemessen sind, insbesondere breiter, als die Ringprägung 21. Die dargestellte Überlappung der Strahlflecken 13 in den Bereichen 28 sorgt dafür, daß eine gleichgehend intensive Erwärmung über die Länge des Ringabschnitts 20 erfolgt bzw. eine Erwärmung, die eine erleichterte Zerstörung der Sollbruchstelle 12 beim Anheben der Zuglasche 23 gewährleistet.
Die Fig.5,6 zeigen wesentliche Teile eines Preßwerkzeugs 16. Es sind zwei maschinell relativbewegliche Stempel 16', 16'' vorhanden. Der Unterstempel 16'' besitzt einen zum Oberstempel 16' hin vorspringenden Ring 29, der patrizenartig wirkt. Er wirkt zusammen mit einer matrizenartig wirkenden Ausnehmung 30 des Oberstempels 16'. Der Ringvorsprung 29 und die Ringausnehmung 30 sind so aufeinander abgestimmt, daß sich bei einem vollständigen Zusammenpressen der Stempel 16', 16'' auf die Dicke D des Deckels 10 eine Reduktion der Dicke des Werkstoffs des Deckels 10 im Bereich von Ringvorsprung 29 und Ringausnehmung 30 auf die Teildicke d ergibt.
Ein vorbeschriebenes an sich bekanntes Preßwerkzeug 16 hat die Besonderheit, daß es mit einer Laseranordnung zusammengebaut ist, nämlich mit Diodenlasern 14. Jeder Diodenlaser 14 ist quasi Bestandteil des Preßwerkzeugs 16, ohne dabei selbst zwangsläufig am Preß- bzw. Prägevorgang teilnehmen zu müssen. Er erzeugt die Laserstrahlung, mit der die kaltverfestigte Sollbruchstelle 12 rekristallisiert wird. Die Laserstrahlung wird aus dem Preßwerkzeugbereich 18, in dem der Diodenlaser 14 angeordnet ist, durch einen Strahlendurchlaß 19 in den Verformungsbereich zwischen den Stempeln 16',16'' geleitet, um dort die Erwärmung der Sollbruchstelle 12 vorzunehmen. Die Darstellung des Strahlendurchlasses 19 ist rein schematisch. Es versteht sich, daß der Strahlendurchlaß 19 im Augenblick des Zusammenpressens verschlossen sein muß, wenn die Dickenreduktion des Deckels 10 erfolgt, und zwar so, daß die Ringverformung 29 im Bereich des Strahlendurchlasses 19 ein Widerlager hat. Ein solches Widerlager kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß ein quer zur Bewegungsrichtung der Stempel 16',16'' beweglicher, nicht dargestellter Widerlagerblock mit einer der Ringausnehmung 30 entsprechenden Kontur oberhalb des Ringvorsprungs 29 positioniert wird. Eine solche Positionierung kann automatisch erfolgen, beispielsweise durch Einschieben mit einer ortsfesten Schrägfläche in einen in Fig.6 nicht dargestellten Querkanal, der zumindest den Strahlendurchlaß 19 durchsetzt.
Fig.7 zeigt schematisch eine mögliche Ausgestaltung eines Diodenlasers 14, der in einem Preßwerkzeugbereich 18 angeordnet ist, welcher einer Prägefläche 17 benachbart ist. Dieser Preßwerkzeugbereich 18 ist im wesentlichen die der Prägefläche 17 gegenüberliegende Außenfläche des Oberstempels 16'. Hier kann der Diodenlaseranordnung z.B. aus drei Diodenlasern 14 aufgebaut und angeordnet werden, die jeweils einen der Laserstrahlen liefern, mit dem ein Strahlfleck 13 gemäß Fig.4 erzeugt wird.
Fig.7 zeigt drei übereinander angeordnete Laserdioden 32, die in ihrer Übereinanderordnung auch einen Diodenstack symbolisieren können. Des weiteren ist vorstellbar, daß mehrere Laserdioden 32 vertikal zur Darstellungsebene hintereinander angeordnet sein können und somit eine Diodenzeile bilden. Die von den Dioden 32 einer Zeile abgegebene Laserstrahlung wird einem zylindrischen Kollimator 33 zugeführt und ein kollimierter Laserstrahl 15' gelangt von einem solchen Kollimator 17 zu einem Umlenk- bzw. Fokussierspiegel 34. Der Fokussierspiegel 34 fokussiert Laserstrahlen 15 durch eine Austrittsöffnung 31' des Gehäuses 31 in den Strahlendurchlaß 19 und damit auf die Sollbruchstelle 12. Es ist ohne weiteres aus Fig.7 abzuleiten, daß die drei Laserstrahlen 15 jeweils einen der Strahlflecken 13 in Fig.4 bilden. Es ist aber auch möglich, daß alle drei Laserstrahlen 15 auf denselben Strahlfleck fokussiert werden. In beiden Fällen, vor allem aber in letzterem, können strahlungformende Mittel 35 eingesetzt werden, beispielsweise Linsen, die die in Fig.4 dargestellten länglichen Strahlflecken erzeugen bzw. die einzelnen Strahlen 15 abweichend von einem deckungsgleichen Strahlfleck für alle drei Strahlen z.B. nach Art der in Fig.4 gewählten Darstellung über die Ringprägung 31 im Bereich der Sollbruchstelle 12 verteilen. Eine solche Verteilung kann allerdings auch dadurch geschehen, daß die Diodenlaseranordnung gemäß der Darstellung in Fig.5 aus drei einzelnen Lasern 14 besteht, die ihrerseits wieder Diodenstacks und/oder Diodenbarren sind bzw. aufweisen. In diesem Fall läßt sich jeweils einer der Strahlflecken 13 der Fig.4 mit einem Laser 14 erzeugen.
Aus Fig.5 ist abzuleiten, daß auch die gesamte Ringprägung 21 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden könnte, falls das zum erleichterten Öffnen des Deckels angeraten erscheint. Ein solches Verfahren oder zumindest eine Rekristallisation über den größten Anteil des Gesamtumfangs der Ringprägung 21 kann angeraten sein, wenn eine vergleichsweise kleine Öffnung im Deckel 10 hergestellt werden soll, beispielsweise eine Trinköffnung oder eine Öffnung zum Einschieben eines Strohhalms od.dgl. In diesem Fall muß durch Anordnung mehrerer Laser 14 und/oder Strahlformung und/oder Strahlverteilung für die erforderliche größere Überdeckung der Ringprägung 21 gesorgt werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Deckel (10) von Dosen, Büchsen od.dgl. Behältern (11), bei dem eine Sollbruchstelle (12) des Deckels (10), die durch ein ihren Werkstoff auf einen Teil (d) seiner Dicke (D) reduzierendes Zusammenpressen hergestellt ist, mit Laserstrahlung über die Rekristallisationstemperatur ihres Werkstoffs erwärmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Sollbruchstelle (12) über die gesamte Dicke (d) des Werkstoffs der Sollbruchstelle (12) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte von der Sollbruchstelle (12) eingenommene Deckelfläche erwärmt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlfleck (13) der Laserstrahlung auf dem Deckel (10) dem Umriß der Sollbruchstelle (12) angepaßt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlfleck (13) der Laserstrahlung auf dem Deckel (10) teilringartig ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlfleck (13) der Laserstrahlung auf dem Deckel (10) aus mehreren Laserstrahlen zusammengesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Sollbruchstelle (12) bei einem aus Weißblech bestehenden Deckel (10) erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Sollbruchstelle (12) mit einem Diodenlaser (14) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung eines Laserstrahls (15) oder mehrerer Laserstrahlen (15) eines Diodenlasers (14) mit Diodenstacks und/oder Diodenbarren erzeugt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenlaser (14) als Bestandteil eines Preßwerkzeugs (16) verwendet wird, das die Sollbruchstelle (12) des Deckels (10) herstellt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenlaser (14) in einem einer Prägefläche (17) benachbarten Preßwerkzeugbereich (18) angeordnet wird, der mit der Prägefläche (17) über einen Strahlendurchlaß (19) in Verbindung steht.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Sollbruchstelle (12) nach deren Pressen in einem Arbeitsgang erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Sollbruchstelle (12) ein Ringabschnitt (20) einer Ringprägung (21) des Dosendeckels (10) verwendet wird.
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