EP3079842B1 - Verfahren zur vorbehandlung eines aus einem metallblech gefertigten dosenkörpers - Google Patents

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EP3079842B1
EP3079842B1 EP14806248.2A EP14806248A EP3079842B1 EP 3079842 B1 EP3079842 B1 EP 3079842B1 EP 14806248 A EP14806248 A EP 14806248A EP 3079842 B1 EP3079842 B1 EP 3079842B1
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EP
European Patent Office
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deformation
compressive force
dome
outside
force
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP14806248.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3079842A1 (de
Inventor
Winfried Höhn
Reiner Sauer
Andreas TSCHAGE
Dirk Gade
Ingo PUNG
Willem Leendert Pieter Van Dam
Ralf WERSUHN
Alexander Kolb
Norbert Mertens
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.)
Ardagh Metal Beverage Europe GmbH
ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
Ball Europe GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/16—Making hollow objects characterised by the use of the objects
    • B21D51/26—Making hollow objects characterised by the use of the objects cans or tins; Closing same in a permanent manner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/30—Deep-drawing to finish articles formed by deep-drawing

Definitions

  • the invention relates to a method for the pretreatment of a can body made of a metal sheet for a can before filling the can with a filling material according to the preamble of claim 1.
  • Beverage cans are usually made of sheet metal, such as aluminum or tinplate, and are used in particular for filling with carbonated beverages.
  • a beverage can consists of a one- or two-piece can body with a can bottom and a cylindrical can wall as well as a lid folded at the upper edge of the can wall.
  • the can body can be made for example of aluminum or tinplate.
  • the folded lid is usually made of aluminum and has a circumferential scoring line with a riveted metal tab with which a pouring or drinking opening can be produced by piercing into the inner region of the score line.
  • the can body consists of two parts, namely the bottom of the can and a cylindrical wall of the can, which are, for example. Connected by folding.
  • the can wall is integrally formed on the bottom of the can. Both three-piece and two-piece cans are closed after filling with a filling material, such as a carbonated beverage by folding a lid at the top of the can wall.
  • the can body of two-piece cans can be made by various forming processes such as deep drawing and ironing.
  • DRD cans draw and redrawn
  • DWI cans draw and wall ironing
  • a blank is cut out of a metal sheet and formed into a one-piece can body in a combined deep drawing and ironing process.
  • the inside of the can body is usually painted or it is already used for the production of the can body, a metal sheet having at least on one side a polymer coating, for example of PET (polyethylene terephthalate).
  • PET polyethylene terephthalate
  • the outside of the can body is usually painted or printed, usually with a decorative paint or a motif print.
  • a two-piece metal beverage can with a can wall and a profiled bottom integrally connected to the can wall is made of DE 39 30 937 C2 known.
  • the profiled bottom has a dome-shaped domed to the interior of the box central bottom portion, the circular edge region is connected via a frusto-conical inner bottom portion with a frusto-conical outer bottom portion, wherein the outer bottom portion merges at its other end into the cylindrical wall of the can.
  • Process for the production of beverage cans from a metal sheet for example, from JP 04371332-A , of the DE 198 02 953 C2 and the EP 1 109 635 B1 refer to.
  • beverage cans Due to the material stability of the metal sheets used for the production and the design of the cans such beverage cans usually withstand an internal pressure of up to 6 bar.
  • the domed dome of the can bottom forms a safety reserve in the event of overpressure, which ensures that the bottom initially moves axially outward in the central region of the dome and thus increases the internal volume of the can, as a result of which the overpressure that is formed can be reduced before the dome Can burst.
  • deformation of the can bottom also results in "rolling out" of the positioning edge in such a way that the positioning edge moves radially inwards and at the same time axially outward, while the curved dome moves axially outward emotional.
  • the deformation of the bottom of the can causes cracks in the coating or the coating, in particular the polymer coating, inside the can.
  • the optionally aggressive and acidic filling material can cause corrosion on the wall of the can and it can lead to a metal entry into the medium, for example by iron from the tinplate is triggered and diffused into the filling material.
  • the thickness of the metal sheets used to make beverage cans Due to the described deformation of the bottom of the can at an overpressure in the can, which can occur especially in carbonated contents, the desired thickness reduction of Metal sheet limited if excessive deformation of the bottom of the can and thus due to the occurrence of cracks in the paint or the polymer coating of the metal sheet to be avoided.
  • the present invention seeks to provide a method for pretreatment of a can body made of a metal sheet for a can before filling the can with a filling, with a deformation of the bottom of the can with the emergence of an overpressure inside the filled and with a lid sealed can can be prevented.
  • the pretreatment process is intended, in particular, to prevent cracks forming in the coating or the polymer coating or a metal coating of the metal sheet in which the filling material can enter when an overpressure is formed in the interior of the can.
  • a further object of the invention is to disclose a pretreatment method which makes it possible to reduce the thickness of the metal sheet used for the manufacture of the can without excessive overstressing of the can bottom in the event of overpressure inside the can, which in particular outside the tolerable degree of deformation of 1 mm to a maximum of 1.5 mm.
  • the strength of the pressure force is selected so that the bottom of the can at least in the area of the dome and the free edge deformed.
  • free deformation is meant in this case a deformation which is not predetermined by molding tools or other shaping means.
  • a free deformation in this sense arises, for example, when inside the can a predetermined pressure prevails, which leads to a (free) deformation of the can bottom and the trailing edge, without the deformation by molding tools or other shaping means, as for example in the manufacture of the can body used in a ironing, is affected.
  • the compressive force which is introduced before filling the can on the bottom of the can, is dimensioned so that the deformation caused by the pressure force the bottom of the can and the positioning edge at least substantially corresponds to a deformation of the bottom of the can and the adjusting edge, which would set or adjust at an internal pressure, which may occur when the untreated can filled with a carbonated filling material and is closed.
  • the compressive force which is introduced into the can bottom in the pretreatment method according to the invention can be generated for example by introducing a pressurized fluid (for example compressed air) into the interior of the can.
  • a pressurized fluid for example compressed air
  • the pressure transmitted to the bottom of the can is in the range of 1 to 7 bar and in particular between 3 and 6 bar.
  • the pressure force introduced into the can bottom in the pretreatment method according to the invention can also be produced by a punch which is pressed inside the can against the bottom of the can and in particular on the inside of the domed dome.
  • the can bottom is preferably supported from the outside by a radially outer counter bearing, which rests against the outside of the can body in the area of the chime (transition region between the positioning edge and the can wall).
  • the radially outer thrust bearing is suitably designed to be movable.
  • the pretreatment method according to the invention is carried out in an ironing machine.
  • the pretreatment process may be performed immediately after the can body is formed in the ironing machine without having to remove the can body formed in the ironing machine from the machine.
  • the can body is expediently painted and in particular provided with an interior finish. For this is the Can body then taken out of the ironing machine and painted in a painting at least inside and possibly also outside.
  • the free forming produces a stabilization of the bottom of the can, which is achieved by a material hardening. Due to the free deformation of the bottom of the can in the pretreatment process according to the invention, there is no material thinning in the region of the bottom of the can during the forming process. This makes it possible to use for the production of the can body metal sheets with a smaller thickness.
  • Metal sheets e.g. Tinplate or aluminum with a thickness of less than 0.2 mm and preferably between 0.14 and 0.19 mm are used.
  • a round blank is first cut in a known manner from Ronde from a metal sheet, for example.
  • a tinplate strip or a tinplate panel is first cut in a known manner from Ronde from a metal sheet, for example.
  • a tinplate strip or a tinplate panel is first cut in a known manner from Ronde from a metal sheet, for example.
  • a tinplate strip or a tinplate panel In a conventional ironing machine, this blank is formed by deep-drawing and ironing steps to form a can body 1 consisting of a can bottom 2 and a cylindrical can wall 6 integrally formed thereon. Following this shaping of the can body 1, the inventive method is carried out.
  • a first embodiment of the invention is shown schematically.
  • the can body 1 is still inserted in the ironing machine.
  • the ironing tool of the ironing machine comprises a radially outer thrust bearing 9 in the form of a hold-down and a radially inner thrust bearing 10 in the form of a soil fungus.
  • the bottom of the can 2 has an inwardly curved dome 3 and a subsequent to the dome area, annular peripheral edge 4. Between the adjusting edge 4 and the can wall 6, a transition region designated as chime 8 extends, which forms the transition between the can bottom 2 and the cylindrical can wall 6.
  • a fluid under pressure p for example, compressed air
  • the pressure p which is introduced into the interior of the can body, between 1 and 7 bar.
  • the pressure p is in the range between 3 and 6 bar, corresponding to the pressure that can arise in the filled can 1 with a carbonated filling material inside the sealed can.
  • Fig. 1 The shape of the can bottom 2 and the positioning edge 4 forming after the introduction of the pressurized fluid is in Fig. 1 shown in dashed lines.
  • Fig. 1 It can be seen that the domed dome 3 of the can bottom 2 has moved axially outward.
  • the interior painting of the can body is expediently carried out only after the treatment according to the invention of the can body 1, with which the deformation of the can bottom 2 takes place.
  • FIGS. 2 to 4 Further embodiments of the invention are shown in which before filling the can 1 and before the execution of an interior painting the can bottom 2 and the positioning edge 4 are each deformed freely by introducing a mechanical pressure force on the can bottom 2.
  • Fig. 2 is the can body 1, consisting of the cylindrical wall of the can 6 and the molded-on bottom of the can 2, again held in a Abstreckziehwerkmaschine, the dome 3 is supported from the outside by the radially inner thrust bearing 10 (soil fungus).
  • the reference numeral 5 indicated punch arranged, which in the arrow direction, ie in the axial direction from the inside out against the can bottom 2 and in particular against the inwardly curved dome 3, is pressed.
  • an insert 11 made of a material is inserted between the inside of the can bottom 2, in particular in the region of the dome 3 and the punch 5, which is form-fitting and highly polished .
  • Fig. 1 is also in Fig. 2 which is due to the action of the stamp 5 caused by the pressure force on the bottom of the can 2 resulting deformation of the Bottom of the can 2 and the trailing edge 4 shown in phantom.
  • Figures 1 and 2 gives the pressure force acting on the can bottom 2 by the punch 5 substantially the same deformation of the can bottom 2 and the positioning edge 4 as the introduction of a fluid under pressure p.
  • FIG. 3 schematically illustrated embodiment of the invention is also directed via a stamp a compressive force on the bottom of the can 2.
  • an outer punch 5 having an outer diameter, which is only slightly smaller than the inner diameter of the cylindrical can wall 6, introduced into the can body.
  • the front portion of this outer punch 5 is adapted to the shape of the can bottom 2 in the region of the positioning edge 4 and in the transition region between the positioning edge 4 and the cylindrical can wall 6 (ie in the region of Chime 8).
  • the outer punch 5 has a recess 15 into which an inner punch 5 'engages.
  • a permanent magnet 12 and an electric coil 12 ' is arranged, wherein the permanent magnet 12 is arranged on the outside of the can bottom 2 in the region of the inwardly curved dome 3.
  • the iron-metal inner punch 5' is attracted by the permanent magnet 12 and by its magnetic force in the axial direction from the inside against the can bottom 2 and in particular against the domed Dom 3 pressed. In this position, the inner punch 5 ', the outer punch 5 is pulled backwards in upward movement.
  • a radially outer thrust bearing 9 of the ironing tool moves upward and supports the chime 8 of the can body 1. Due to the compressive force exerted by the inner punch 5 'on the can bottom 2 and the simultaneous support of the Chimes 8 by moving upwards outer counter bearing 9, the bottom of the can 2 is deformed freely.
  • Fig. 3 is shown in the undeformed state in the left half of the can bottom 2, wherein the outer punch 5 in the front dead center and the inner punch 5 'in contact with the inside of the can bottom 2 (in the region of the dome 3).
  • the right half of the Fig. 3 is the position of the outer punch 5 in its backward movement and moved up to the travel distance ⁇ outer thrust bearing 9 shown.
  • FIG. 4 schematically shown embodiment corresponds essentially to the embodiment of Fig. 3
  • the force acting on the bottom of the can 2 axially from the inside outward pressure force is also generated here by an inner punch 5 ', which is movably disposed in an outer punch 5.
  • the pressure force which is transmitted from the inner punch 5 'on the bottom of the can 2 but not by a magnetic force but rather by the restoring force of a spring 13 is generated.
  • the position of the outer punch 5 is shown in the front dead center. In this position, the spring 13 is in the compressed state and presses the inner punch 5 'against the inside of the can bottom 2, in particular in the region of the arched dome 3.
  • the can bottom 2 is pressed onto the radially inner thrust bearing 10 (soil fungus), which expediently formed according to the curved contour of the dome 3 dome-shaped.
  • the outer punch 5 is shown in its backward movement, in which it is pulled upwards.
  • the inner punch 5 ' is pressed by the restoring force of the spring 13 radially from the inside against the bottom of the can 2.
  • the radially outer thrust bearing 9 is displaced up to the travel distance ⁇ up to 2 mm, whereby the can bottom 2 deformed in the region of the positioning edge 4 and the Chime 8, as indicated by the dashed line in the right half of Fig. 4 shown.
  • an adjustable stop can set the (maximum) position of the inner punch 5 'with respect to the outer punch 5 and thus a maximum deformation of the can bottom 2 can be selected.
  • any free deformation of the bottom of the can 2 by inducing a pressure force directed axially on the bottom of the can 2 from the inside to the outside can produce a free deformation of the can bottom 2.
  • This free deformation of the can bottom 2 is carried out according to the invention before the inner coating of the can body and before filling the can with a designated filling to avoid deformation of the can bottom 2 during or after filling the can 1 with a carbonated filling material.
  • the method steps of the method according to the invention can be carried out in an ironing machine. However, it is also possible to carry out the method outside an ironing machine, for example in a separate holding device, in which the can body 1 is held during the performance of the pretreatment process according to the invention.
  • the advantages of the method according to the invention can also be exploited in can bodies, which are provided on the inside with a polymer coating, in which case the coating of the sheet used to produce the can body with a Polymer material, for example by lamination of a PET film on the sheet surface, already before carrying out the treatment of the can body according to the invention.
  • the minimization of the deformation of the bottom of the can achieved by means of the method according to the invention ensures in each case that lacquer and foil tears under filling material internal pressure can not arise on the inner side of the can in the region of the positioning edge.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Containers Having Bodies Formed In One Piece (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung eines aus einem Metallblech gefertigten Dosenkörper für eine Dose vor der Befüllung der Dose mit einem Füllgut nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Getränkedosen sind in der Regel aus einem Metallblech gefertigt, beispielsweise aus Aluminium oder Weißblech, und werden insbesondere zur Befüllung mit kohlensäurehaltigen Getränken verwendet. Eine Getränkedose besteht aus einem ein- oder zweiteiligen Dosenkörper mit einem Dosenboden und einer zylindrischen Dosenwand sowie einem am oberen Rand der Dosenwand aufgefalzten Deckel. Der Dosenkörper kann beispielsweise aus Aluminium oder Weißblech gefertigt werden. Der aufgefalzte Deckel ist in der Regel aus Aluminium und weist eine umlaufende Ritzlinie mit einer angenieteten Metalllasche auf, mit der durch Einstechen in den inneren Bereich der Ritzlinie eine Ausgieß- bzw. Trinköffnung erzeugt werden kann. Bei dreiteiligen Dosen besteht der Dosenkörper aus zwei Teilen, nämlich dem Dosenboden und einer zylindrischen Dosenwand, welche bspw. durch Falzen miteinander verbunden sind. Bei zweiteiligen Dosen ist die Dosenwand einstückig am Dosenboden angeformt. Sowohl dreiteilige als auch zweiteilige Dosen werden nach dem Befüllen mit einem Füllgut, beispielsweise einem kohlensäurehaltigen Getränk, durch Auffalzen eines Deckels am oberen Rand der Dosenwand verschlossen.
  • Der Dosenkörper von zweiteiligen Dosen kann durch verschiedene Umformverfahren wie Tiefziehen und Abstreckziehen hergestellt werden. So sind aus dem Stand der Technik beispielsweise sogenannte DRD-Dosen ("drawn and redrawn") und DWI-Dosen ("draw and wall ironing") bekannt. Beim DWI-Verfahren wird beispielsweise eine Ronde aus einem Metallblech ausgeschnitten und in einem kombinierten Tiefzieh- und Abstreckziehverfahren zu einem einteiligen Dosenkörper geformt. Zur Verbesserung des Korrosionsschutzes wird die Innenseite des Dosenkörpers meist lackiert oder es wird zur Herstellung des Dosenkörpers bereits ein Metallblech verwendet, welches zumindest einseitig eine Polymerbeschichtung, beispielsweise aus PET (Polyethylenterephthalat) aufweist. Auch die Außenseite des Dosenkörpers ist in der Regel lackiert oder bedruckt, meist mit einer Dekorlackierung oder einem Motivdruck.
  • Eine zweiteilige Getränkedose aus Metall mit einer Dosenwand und einem einstückig mit der Dosenwand verbundenen, profilierten Boden ist aus der DE 39 30 937 C2 bekannt. Der profilierte Boden weist einen zum Inneren der Dose kalotten- bzw. domförmig gewölbten zentralen Bodenabschnitt auf, dessen kreisförmiger Randbereich über einen kegelstumpfförmigen inneren Bodenabschnitt mit einem kegelstumpfförmigen äußeren Bodenabschnitt verbunden ist, wobei der äußere Bodenabschnitt an seinem weiteren Ende in die zylindrische Dosenwand übergeht. Durch diese Ausformung des profilierten Bodens wird an der Außenseite des Dosenbodens eine ringförmig umlaufende Stellkante sowie ein zentraler, nach innen gewölbter Dom ausgebildet.
  • Verfahren zur Herstellung von Getränkedosen aus einem Metallblech sind beispielsweise aus der JP 04371332-A , der DE 198 02 953 C2 und der EP 1 109 635 B1 zu entnehmen.
  • Aufgrund der Materialstabilität der zur Herstellung verwendeten Metallbleche und der Formgestaltung der Dosen halten solche Getränkedosen in der Regel einem Innendruck von bis zu 6 bar stand. Der nach innen gewölbte Dom des Dosenbodens bildet dabei bei einem Überdruck eine Sicherheitsreserve, welche sicherstellt, dass sich der Boden im zentralen Bereich des Doms zunächst axial nach außen bewegt und so das Innenvolumen der Dose vergrößert, wodurch der ausgebildete Überdruck vermindert werden kann, bevor die Dose platzt. Bei einem Überdruck in einer gefüllten und geschlossenen Getränkedose kommt es bei der Verformung des Dosenbodens auch zu einem "Ausrollen" der Stellkante in der Weise, dass sich die Stellkante radial nach innen und gleichzeitig axial nach außen bewegt, während sich der gewölbte Dom axial nach außen bewegt. Durch die Verformung des Dosenbodens können im Inneren der Dose Risse in der Lackierung oder der Beschichtung entstehen, insbesondere der Polymerbeschichtung. Durch diese Risse kann das gegebenenfalls aggressive und säurehaltige Füllgut Korrosion an der Dosenwand hervorrufen und es kann zu einem Metalleintrag in das Füllgut kommen, indem beispielsweise Eisen aus dem Weißblech ausgelöst wird und in das Füllgut diffundiert.
  • Aus ökonomischen Gründen ist es erstrebenswert, die Dicke der für die Herstellung von Getränkedosen verwendeten Metallbleche zu reduzieren. Aufgrund der geschilderten Verformung des Dosenbodens bei einem Überdruck in der Dose, der insbesondere bei kohlensäurehaltigem Füllgut entstehen kann, ist die gewünschte Dickenreduzierung des Metallblechs begrenzt, wenn eine übermäßige Verformung des Dosenbodens und dadurch bedingt das Entstehen von Rissen in der Lackierung oder der Polymerbeschichtung des Metallblechs vermieden werden soll.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorbehandlung eines aus einem Metallblech gefertigten Dosenkörpers für eine Dose vor der Befüllung der Dose mit einem Füllgut bereitzustellen, mit dem eine Verformung des Dosenbodens bei Entstehen eines Überdrucks im Inneren der gefüllten und mit einem Deckel verschlossenen Dose verhindert werden kann. Mit dem Vorbehandlungsverfahren soll insbesondere vermieden werden, dass sich bei Bildung eines Überdrucks im Inneren der Dose Risse in der Lackierung oder der Polymerbeschichtung oder einer Metallbeschichtung des Metallblechs ausbilden, in welche das Füllgut eintreten kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Vorbehandlungsverfahren aufzuzeigen, welches es ermöglicht, die Dicke des für die Herstellung der Dose verwendeten Metallblechs zu reduzieren, ohne dass es bei einem Überdruck im Inneren der Dose zu einer übermäßigen Verformung des Dosenbodens kommen kann, welche insbesondere außerhalb des tolerierbaren Verformungsgrads von 1 mm bis maximal 1,5 mm liegt.
  • Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
  • In dem erfindungsgemäßen Vorbehandlungsverfahren wird vor der Befüllung der Dose mit einem vorgesehenen Füllgut eine vom Inneren der Dose nach außen gerichtete Druckkraft auf den Dosenboden eingeleitet, wobei die Stärke der Druckkraft so ausgewählt ist, dass sich der Dosenboden zumindest im Bereich des Doms und der Stellkante frei verformt. Unter freier Verformung wird hierbei eine Verformung verstanden, welche nicht durch Formwerkzeuge oder andere Formmittel vorgegeben wird. Eine freie Verformung in diesem Sinn stellt sich beispielsweise dann ein, wenn im Inneren der Dose ein vorgegebener Druck herrscht, der zu einer (freien) Verformung des Dosenbodens und der Stellkante führt, ohne dass die Verformung durch Formwerkzeuge oder andere Formmittel, wie sie beispielsweise bei der Herstellung des Dosenkörpers in einem Abstreckziehwerkzeug verwendet werden, beeinflusst wird. Bevorzugt wird die Druckkraft, die vor dem Befüllen der Dose auf den Dosenboden eingeleitet wird, so dimensioniert, dass die durch die Druckkraft hervorgerufene Verformung des Dosenbodens und der Stellkante zumindest im Wesentlichen einer Verformung des Dosenbodens und der Stellkante entspricht, die sich bei einem Innendruck einstellen würde bzw. einstellen könnte, der entstehen kann, wenn die unbehandelte Dose mit einem kohlensäurehaltigen Füllgut befüllt und verschlossen ist.
  • Es hat sich durch Vergleichsversuche gezeigt, dass durch die freie Umformung bzw. Verformung des Dosenbodens und der Stellkante bereits vor dem Befüllen der Dose ein späteres Verformen des Dosenbodens bei Auftreten eines Innendrucks in der gefüllten und geschlossenen Dose weitgehend verhindert werden kann, wenn der Dosenkörper gemäß dem erfindungsgemäßen Vorbehandlungsverfahren behandelt worden ist.
  • Die Druckkraft, welche in dem erfindungsgemäßen Vorbehandlungsverfahren in den Dosenboden eingeleitet wird, kann beispielsweise durch Einleiten eines unter Druck stehenden Fluids (beispielsweise Druckluft) in das Innere der Dose erzeugt werden. Zweckmäßig liegt der von der Druckkraft auf den Dosenboden übertragene Druck im Bereich von 1 - 7 bar und insbesondere zwischen 3 und 6 bar.
  • Die in dem erfindungsgemäßen Vorbehandlungsverfahren in den Dosenboden eingeleitete Druckkraft kann auch durch einen Stempel erzeugt werden, der im Inneren der Dose gegen den Dosenboden und insbesondere auf den nach innen gewölbten Dom gepresst wird.
  • Bevorzugt wird bei Einleiten der Druckkraft auf den Dosenboden mittels eines Stempels der Dosenboden während der Einwirkung der Druckkraft von außen durch ein radial äußeres Gegenlager unterstützt, welches im Bereich des Chime (Übergangsbereich zwischen der Stellkante und der Dosenwand) an der Außenseite des Dosenkörpers anliegt. Das radial äußere Gegenlager ist dabei zweckmäßig beweglich ausgebildet.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Vorbehandlungsverfahren in einer Abstreckziehmaschine durchgeführt wird. Das Vorbehandlungsverfahren kann dann nämlich unmittelbar im Anschluss an die Formung des Dosenkörpers in der Abstreckziehmaschine erfolgen, ohne dass der in der Abstreckziehmaschine geformte Dosenkörper aus der Maschine entnommen werden muss. Nach der Verformung des Dosenbodens wird der Dosenkörper zweckmäßig lackiert und insbesondere mit einer Innenlackierung versehen. Dafür wird der Dosenkörper dann aus der Abstreckziehmaschine heraus genommen und in einer Lackiervorrichtung zumindest innen und ggf. auch außen lackiert.
  • Durch Vergleichsversuche konnte festgestellt werden, dass die freie Umformung eine Stabilisierung des Dosenbodens erzeugt, welche durch eine Materialverfestigung erzielt wird. Aufgrund der freien Umformung des Dosenbodens in dem erfindungsgemäßen Vorbehandlungsverfahren erfolgt bei der Umformung keine Materialausdünnung im Bereich des Dosenbodens. Dadurch wird es möglich, für die Herstellung des Dosenkörpers Metallbleche mit geringerer Dicke zu verwenden. Es können dann Metallbleche, wie z.B. Weißblech oder Aluminium mit einer Dicke von weniger als 0,2 mm und bevorzugt zwischen 0,14 und 0,19 mm verwendet werden.
  • Diese und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1:
    schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, in dem zur freien Verformung des Dosenbodens Druckluft in das innere der Dose eingeleitet wird;
    Fig. 2
    schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, in dem zur freien Verformung des Dosenbodens eine mechanische Kraft auf den Dosenboden einwirkt, um eine Druckkraft auf den Dosenboden einzuleiten;
    Fig. 3
    schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, in dem zur freien Verformung des Dosenbodens mittels eines durch Magnetkraft angetriebenen Stempels eine Druckkraft auf den Dosenboden eingeleitet wird;
    Fig. 4
    schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, in dem zur freien Verformung des Dosenbodens mittels eines federbelasteten Stempels eine Druckkraft auf den Dosenboden eingeleitet wird;
    Fig. 5
    Bodengeometrien vor und nach der Belastung durch Innendruck.
  • Zur Herstellung eines Dosenkörpers 1 für eine Getränkedose wird zunächst in bekannter Weise aus Ronde aus einem Metallblech, bspw. einem Weißblechband oder einer Weißblechtafel, eine Ronde ausgeschnitten. Diese Ronde wird in einer herkömmlichen Abstreckziehmaschine durch Tiefzieh- und Abstreckziehschritte zu einem Dosenkörper 1, bestehend aus einem Dosenboden 2 und einer einstückig daran angeformten zylindrischen Dosenwand 6, geformt. Im Anschluss an diese Formung des Dosenkörpers 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt.
  • In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei ist der Dosenkörper 1 noch in der Abstreckziehmaschine eingefügt. Das Abstreckziehwerkzeug der Abstreckziehmaschine umfasst ein radial äußeres Gegenlager 9 in Form eines Niederhalters sowie ein radial inneres Gegenlager 10 in Form eines Bodenpilz. Der Dosenboden 2 weist einen nach innen gewölbten Dom 3 sowie eine sich an den Dombereich anschließende, ringförmig umlaufende Stellkante 4 auf. Zwischen der Stellkante 4 und der Dosenwand 6 erstreckt sich ein als Chime 8 bezeichneter Übergangsbereich, welcher den Übergang zwischen dem Dosenboden 2 und der zylindrischen Dosenwand 6 bildet.
  • Zur freien Verformung des Dosenbodens 2 und der Stellkante 4 wird in das Innere des Dosenkörpers 1 ein unter Druck p stehendes Fluid, beispielsweise Druckluft, eingeleitet. Der Dosenkörper wird dabei in dem Abstreckziehwerkzeug gehalten. Zweckmäßig beträgt der Druck p, der in das Innere des Dosenkörpers eingeleitet wird, zwischen 1 und 7 bar. Bevorzugt liegt der Druck p im Bereich zwischen 3 und 6 bar, entsprechend dem Druck, der in der befüllten Dose 1 mit einem kohlensäurehaltigen Füllgut im Innern der verschlossenen Dose entstehen kann. Durch das Einleiten des unter Druck p stehenden Fluids verformt sich der Dosenboden 2 und die Stellkante 4, wobei diese Verformung nicht von einem Werkzeug oder anderen Formmitteln beeinflusst wird, d. h. die sich ausbildende Verformung ist frei. Die sich nach dem Einleiten des unter Druck p stehenden Fluids ausbildende Form des Dosenbodens 2 und der Stellkante 4 ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Aus Fig. 1 ist zu erkennen, dass sich der gewölbte Dom 3 des Dosenbodens 2 axial nach außen verschoben hat. In Fig. 5 ist der Dosenboden 2 mit dem gewölbten Dom 3 und der Stellkante 4 im Detail dargestellt und zwar im unbehandelten Zustand (durchgezogene Linie, ohne Druckbelastung, also p = 0 bar) und nach einer Druckbehandlung, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, mit einem Druck p des eingeleiteten Fluids von p = 6 bar (gestrichelte Linie) und einem Druck von p = 7 bar (gepunktete Linie). Aus dem Vergleich der verschiedenen Formen des Dosenbodens 2 nach einer Druckbehandlung mit unterschiedlich hohem Druck ist zu erkennen, wie sich der gewölbte Dom 3 axial nach außen verschiebt und gleichzeitig die Stellkante 4 radial nach innen verschoben wird. Diese Änderung der Form des Dosenbodens 2, die durch Einleiten eines unter Druck p stehenden Fluids in das Innere des Dosenkörpers hervorgerufen wird, entspricht dabei genau der Verformung, die sich ergibt, wenn die Dose mit einem kohlensäurehaltigen Füllgut befüllt und verschlossen wird. Wird nun der Dosenkörper erfindungsgemäß vor dem Befüllen mit dem Füllgut durch Einleiten eines unter Druck p stehenden Fluids frei verformt, kann eine weitere Verformung des Dosenbodens nach dem Befüllen der Dose mit dem kohlensäurehaltigen Füllgut vermieden werden. Dadurch wird vermieden, dass es bei der Verformung der schon gefüllten Dose 1 aufgrund eines durch das kohlesäurehaltige Füllgut hervorgerufenen Überdrucks zu einer Verformung des Dosenbodens 2 und damit zu einer Beschädigung der Innenlackierung des Dosenkörpers kommen kann.
  • Die Innenlackierung des Dosenkörpers erfolgt zweckmäßig erst nach der erfindungsgemäßen Behandlung des Dosenkörpers 1, mit der die Verformung des Dosenbodens 2 erfolgt.
  • In den Figuren 2 bis 4 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, in denen vor dem Befüllen der Dose 1 und vor der Ausführung einer Innenlackierung der Dosenboden 2 und die Stellkante 4 jeweils durch Einleiten einer mechanischen Druckkraft auf den Dosenboden 2 frei verformt werden.
  • In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der Dosenkörper 1, bestehend aus der zylindrischen Dosenwand 6 und dem daran angeformten Dosenboden 2, wiederum in einem Abstreckziehwerkzeug gehalten, wobei der Dom 3 von außen durch das radial innere Gegenlager 10 (Bodenpilz) gestützt wird. Im Innern des Dosenkörpers ist ein in der Zeichnung der Fig. 2 mit Bezugszeichen 5 angedeuteter Stempel angeordnet, welcher in Pfeilrichtung, also in axialer Richtung von innen nach außen gegen den Dosenboden 2 und insbesondere gegen den nach innen gewölbten Dom 3, gepresst wird. Zur Vermeidung von Beschädigungen des Dosenbodens und zur Sicherstellung einer möglichst freien Verformung ist zwischen der Innenseite des Dosenbodens 2, insbesondere im Bereich des Doms 3 und dem Stempel 5 eine Einlage 11 aus einem Material eingelegt, welches formschlüssig und hochpoliert ist.. Wie in Fig. 1 ist auch in Fig. 2 die sich durch Einwirkung der vom Stempel 5 hervorgerufenen Druckkraft auf den Dosenboden 2 sich ergebende Verformung des Dosenbodens 2 und der Stellkante 4 gestrichelt dargestellt. Wie sich aus einem Vergleich der Figuren 1 und 2 ergibt, erzeugt die durch den Stempel 5 auf den Dosenboden 2 einwirkende Druckkraft im Wesentlichen dieselbe Verformung des Dosenbodens 2 und der Stellkante 4 wie die Einleitung eines unter Druck p stehenden Fluids.
  • In dem in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ebenfalls über einen Stempel eine Druckkraft auf den Dosenboden 2 gerichtet. Hierfür wird ein Außenstempel 5 mit einem Außendurchmesser, der nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der zylindrischen Dosenwand 6, in den Dosenkörper eingeführt. Der vordere Abschnitt dieses Außenstempels 5 ist dabei der Form des Dosenbodens 2 im Bereich der Stellkante 4 und im Übergangsbereich zwischen der Stellkante 4 und der zylindrischen Dosenwand 6 (also im Bereich des Chime 8) angepasst. Im zentralen Bereich weist der Außenstempel 5 eine Ausnehmung 15 auf, in die ein Innenstempel 5' eingreift. An dem Abstreckziehwerkzeug, in dem der Dosenkörper gehalten wird, ist ein Permanentmagnet 12 sowie eine Elektrospule 12' angeordnet, wobei der Permanentmagnet 12 an der Außenseite des Dosenbodens 2 im Bereich des nach innen gewölbten Doms 3 angeordnet ist. Wenn der Außenstempel 5 mit dem darin angeordneten Innenstempel 5' am vorderen Totpunkt angelangt ist (also an der Innenseite der Stellkante 4 anliegt) wird der eisenmetallische Innenstempel 5' von dem Permanentmagnet 12 angezogen und durch dessen Magnetkraft in axialer Richtung von innen gegen den Dosenboden 2 und insbesondere gegen den nach innen gewölbten Dom 3 gepresst. In dieser Stellung des Innenstempels 5' wird der Außenstempel 5 in Rückwärtsbewegung wieder nach oben gezogen. Gleichzeitig bewegt sich ein radial äußeres Gegenlager 9 des Abstreckziehwerkzeugs nach oben und unterstützt den Chime 8 des Dosenkörpers 1. Aufgrund der Druckkraft, die von dem Innenstempel 5' auf den Dosenboden 2 ausgeübt wird und der gleichzeitigen Unterstützung des Chimes 8 durch das sich nach oben bewegte äußere Gegenlager 9 wird der Dosenboden 2 frei verformt. In Fig. 3 ist in der linken Hälfte der Dosenboden 2 im unverformten Zustand gezeigt, wobei sich der Außenstempel 5 im vorderen Totpunkt und der Innenstempel 5' in Anlage an der Innenseite des Dosenbodens 2 (im Bereich des Doms 3) befindet. In der rechten Hälfte der Fig. 3 ist die Stellung des Außenstempels 5 in seiner Rückwärtsbewegung und das nach oben um den Verfahrweg Δ verfahrene äußere Gegenlager 9 gezeigt. In dieser Stellung verformt sich der Dosenboden 2 insbesondere im Bereich der Stellkante 4 und des Chime 8, wie im rechten Teil der Fig. 3 gestrichelt dargestellt. Diese freie Verformung des Dosenbodens 2 im Bereich der Stellkante 4 und des Chime 8 entspricht im Ergebnis der (freien) Verformung des Dosenbodens, die sich bei Einleiten eines unter Druck p stehenden Fluids in das Innere des Dosenkörpers ergibt (wie in Fig. 1 schematisch dargestellt).
  • Nach Beendigung der freien Verformung des Dosenbodens wird die durch die Magnetkraft des Permanentmagneten 12 und durch den Innenstempel 5' hervorgerufene und auf den Dosenboden 2 einwirkende Druckkraft gelöst, indem die dem Permanentmagneten 12 gegenüberliegend angeordnete Elektrospule 12' mit Strom beaufschlagt wird. Dadurch wird die Magnetkraft des Permanentmagneten und die vom Innenstempel 5' auf den Dosenboden 2 einwirkende Druckkraft gelöst und der Stempel 5 mit dem Innenstempel 5' wird aus dem Dosenkörper 1 herausgezogen. Die so vorbehandelte Dose 1 kann dann aus dem Abstreckziehwerkzeug entnommen und einer Innenlackierung sowie anschließend der Befüllung mit einem vorgesehenen Füllgut unterzogen werden.
  • Das in Fig. 4 schematisch gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3. Die auf den Dosenboden 2 axial von innen nach außen einwirkende Druckkraft wird hier ebenfalls durch einen Innenstempel 5' erzeugt, der beweglich in einem Außenstempel 5 angeordnet ist. Anders als bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 3 wird die Druckkraft, die von dem Innenstempel 5' auf den Dosenboden 2 übertragen wird, jedoch nicht durch eine Magnetkraft sondern vielmehr durch die Rückstellkraft einer Feder 13 erzeugt. In der linken Hälfte der Figur 4 ist die Stellung des äußeren Stempels 5 im vorderen Totpunkt gezeigt. In dieser Stellung befindet sich die Feder 13 im zusammengedrückten Zustand und presst den Innenstempel 5' gegen die Innenseite des Dosenbodens 2, insbesondere im Bereich des gewölbten Doms 3. Dadurch wird der Dosenboden 2 auf das radial innere Gegenlager 10 (Bodenpilz) gedrückt, welches zweckmäßig entsprechend der gewölbten Kontur des Doms 3 kalottenförmig ausgebildet ist.
  • In der rechten Hälfte der Figur 4 ist der Außenstempel 5 in seiner Rückwärtsbewegung gezeigt, in der er nach oben gezogen wird. Der Innenstempel 5' wird durch die Rückstellkraft der Feder 13 radial von innen gegen den Dosenboden 2 gedrückt. Gleichzeitig wird das radial äußere Gegenlager 9 um den Verfahrweg Δ bis zu 2 mm nach oben verschoben, wodurch sich der Dosenboden 2 im Bereich der Stellkante 4 und des Chime 8 verformt, wie durch die gestrichelte Linie in der rechten Hälfte von Fig. 4 gezeigt. Bei Erreichen einer gewünschten Verformung des Dosenbodens 2 wird der Innenstempel 5' durch die Rückwärtsbewegung des Außenstempels 5 vom Dosenboden 2 abgehoben. Durch einen einstellbaren Anschlag kann die (Maximal)position des Innenstempels 5' in Bezug auf den Außenstempel 5 eingestellt und somit eine maximale Verformung des Dosenbodens 2 gewählt werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Grundsätzlich kann jede freie Verformung des Dosenbodens 2 durch Einleiten einer auf den Dosenboden 2 axial von innen nach außen gerichteten Druckkraft eine freie Verformung des Dosenbodens 2 erzeugen. Diese freie Verformung des Dosenbodens 2 erfolgt gemäß der Erfindung vor dem Innenlackieren des Dosenkörpers und vor der Befüllung der Dose mit einem vorgesehenen Füllgut, um eine Verformung des Dosenbodens 2 bei bzw. nach Befüllen der Dose 1 mit einem kohlensäurehaltigen Füllgut zu vermeiden. Die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können zwar in einer Abstreckziehmaschine durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich das Verfahren außerhalb einer Abstreckziehmaschine, bspw. in einer separaten Haltevorrichtung durchzuführen, in der der Dosenkörper 1 während der Durchführung des erfindungsgemäßen Vorbehandlungsverfahrens gehalten wird.
  • Neben lackierten Dosenkörpern, bei denen die Lackbeschichtung nach der erfindungsgemäßen Behandlung aufgebracht wird, können die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei Dosenkörpern ausgenutzt werden, die auf der Innenseite mit einer Polymerbeschichtung versehen sind, wobei hier die Beschichtung des zur Herstellung des Dosenkörpers verwendeten Blechs mit einem Polymermaterial, bspw. durch Auflaminieren einer PET-Folie auf die Blechoberfläche, bereits vor der Durchführung der erfindungsgemäßen Behandlung des Dosenkörpers erfolgt. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Minimierung der Verformung des Dosenbodens stellt in jedem Fall sicher, dass auf der Doseninnenseite im Bereich der Stellkante keine Lack- und Folienrisse unter Füllgut-Innendruck entstehen können.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Vorbehandlung eines aus einem Metallblech gefertigten Dosenkörpers (1) für eine Dose vor der Befüllung der Dose mit einem vorgesehenen Füllgut, wobei der Dosenkörper (1) einen Dosenboden (2) mit einem nach innen gewölbten Dom (3) und mit einer umlaufenden Stellkante (4) an der Außenseite des Dosenbodens (2) aufweist, wobei eine freie Verformung des Dosenboden (2), insbesondere im Bereich der Stellkante (4), durch das Einleiten einer vom Inneren des Dosenkörpers (1) nach außen gerichteten Druckkraft auf den Dosenboden (2) stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Einleiten der Druckkraft hervorgerufene Verformung des Dosenbodens (2) einer Verformung des Dosenbodens (2) entspricht, die sich durch den ausbildenden Innendruck bei oder nach Befüllen der unbehandelten Dose mit einem kohlensäurehaltigen Füllgut einstellen würde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der von der Druckkraft auf den Dosenboden übertragene Druck im Bereich von 1 bis 6,5 bar und insbesondere zwischen 3 und 6 bar liegt.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Druckkraft durch Einleiten eines unter Druck stehenden Fluids in das Innere des Dosenkörpers (1) erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Druck des Fluids im Bereich von 1 bis 6,5 bar und insbesondere zwischen 3 und 6 bar liegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Druckkraft durch einen Stempel (5, 5') erzeugt wird, der im Inneren des Dosenkörpers gegen den Dosenboden (2) und insbesondere auf den Dom (3) gepresst wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosenkörper (1) eine mit dem Dosenboden (2) über einen Chime (8) verbundene Dosenwand (6) aufweist, wobei der Dosenboden (2) während der Einwirkung der Druckkraft von außen durch ein radial äußeres Gegenlager (9) unterstützt wird, welches an der Außenseite des Chime (8) anliegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das radial äußere Gegenlager (9) beweglich ist.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosenboden (2) während der Einwirkung der Druckkraft von außen durch ein radial inneres Gegenlager (10) unterstützt wird, welches im Bereich des Doms (3) an der Außenseite des Dosenbodens (2) anliegt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Stempel (5') durch eine Magnetkraft, insbesondere durch eine von einem Permanentmagneten (12) erzeugte Magnetkraft gegen die Innenseite des Dosenboden (2) gepresst wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Stempel (5') durch eine Federkraft, insbesondere durch eine von einer Feder (13) erzeugten Federrückstellkraft gegen die Innenseite des Dosenboden (2) gepresst wird.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Abstreckziehmaschine durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Dicke des Metallblechs zumindest im Bereich des Dosenbodens (2) weniger als 0,25 mm beträgt und bevorzugt zwischen 0,14 und 0,19 mm liegt.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der freien Verformung des Dosenbodens (2) und vor dem Befüllen der Dose der Dosenkörper (1) lackiert wird, insbesondere mit einer ein- oder zweilagigen Innenlackierung.
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