FR3096034A1 - Aluminum alloy light drink box - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une boîte boisson à base d’alliage d’aluminium, de préférence pour boisson gazeuse, comprenant :- un corps 6 de forme cylindrique ayant un diamètre externe D1 ;- un fond en forme de dôme concave 1 ayant une profondeur H1 en son centre, un diamètre externe D3 et une partie rectiligne 2 de hauteur H3 ;- un anneau inférieur convexe 7 ayant un diamètre d’appui D2 et un méplat de largeur L2 ; - un épaulement extérieur 5 de rayon R1 ;- un peigne 4 reliant l’épaulement extérieur 5 et l’anneau inférieur 7 ;caractérisée en ce que l’épaisseur de la tôle du dôme est de 180 à 230 µm, de préférence de 190 à 220 µm ;et en ce que le diamètre externe D3 du dôme concave 1 est de 36 à 44 mm, de préférence de 37 à 43 mm  ; et en ce que la largeur de l’anneau inférieur L4 est de 3 à 4,5 mm, de préférence de 3,3 à 4 ;mm ;et en ce que l’anneau inférieur comprend des déformations concaves 8, réparties à intervalles réguliers le long de l’anneau inférieur 7. Figure d'abrégé : Fig. 4 FIGURESThe invention relates to a beverage can based on an aluminum alloy, preferably for carbonated drinks, comprising: - a body 6 of cylindrical shape having an external diameter D1; - a bottom in the form of a concave dome 1 having a depth H1 at its center, an external diameter D3 and a rectilinear part 2 of height H3; - a convex lower ring 7 having a bearing diameter D2 and a flat of width L2; - an outer shoulder 5 of radius R1; - a comb 4 connecting the outer shoulder 5 and the lower ring 7; characterized in that the thickness of the sheet of the dome is from 180 to 230 μm, preferably from 190 to 220 µm, and in that the outer diameter D3 of the concave dome 1 is 36 to 44 mm, preferably 37 to 43 mm; and in that the width of the lower ring L4 is 3 to 4.5 mm, preferably 3.3 to 4; mm; and in that the lower ring comprises concave deformations 8, distributed at regular intervals along the lower ring 7. Abstract figure: Fig. 4 FIGURES

Description

Boîte boisson allégée en alliage d'aluminiumLightweight Aluminum Alloy Beverage Box

Le domaine technique de l'invention est celui des boîtes boisson, en particulier de boissons gazeuses, à base d’aluminium ou d’alliage d’aluminium. La Figure 1 représente un schéma en coupe d’un demi-fond de boîte boisson. En se référant à la Figure 1, une boîte boisson comprend généralement un corps de boîte boisson 6, un dôme 1, un anneau inférieur 3, une partie rectiligne 2 du dôme 1 et un peigne 4 reliant l’anneau inférieur et le corps de la boîte boisson.The technical field of the invention is that of drink cans, in particular soft drinks, based on aluminum or an aluminum alloy. Figure 1 shows a cross-sectional diagram of a beverage can half-bottom. Referring to Figure 1, a beverage can generally comprises a beverage can body 6, a dome 1, a lower ring 3, a straight part 2 of the dome 1 and a comb 4 connecting the lower ring and the body of the drink box.

ART ANTERIEURPRIOR ART

Il existe un art antérieur fourni dans le domaine des boîtes boisson pour résoudre des problèmes techniques variés. On connaît par exemple, le brevet US 4,685,582 de National Can Corporation, qui décrit une solution pour améliorer la compatibilité entre le fond et le couvercle des boîtes boisson dans le but de pouvoir empiler les boîtes boisson facilement pendant leur transport et leur stockage.There is prior art provided in the field of beverage cans to solve various technical problems. For example, US Pat. No. 4,685,582 from National Can Corporation is known, which describes a solution for improving the compatibility between the bottom and the lid of beverage cans with the aim of being able to stack the beverage cans easily during their transport and their storage.

On connaît également le brevet US 5,680,952 de Ball Corporation, qui décrit une boîte boisson ayant des dimensions particulières, ainsi que des déformations sur le dôme du fond de la boîte boisson.Also known is US Patent 5,680,952 from Ball Corporation, which describes a beverage can having particular dimensions, as well as deformations on the dome of the bottom of the beverage can.

Il existe également plusieurs documents décrivant des déformations convexes ou concaves sur le dôme du fond de la boîte boisson et/ou le bord inférieur oblique du fond de la boîte boisson. On peut citer en particulier le brevet US 4,953,738 de Stirbis, la demande de brevet US 2008/0029523 de Rexam Beverage Can, ou encore le brevet US 7,185,525 de Elmer.There are also several documents describing convex or concave deformations on the dome of the bottom of the beverage can and/or the oblique lower edge of the bottom of the beverage can. Mention may be made in particular of US patent 4,953,738 from Stirbis, US patent application 2008/0029523 from Rexam Beverage Can, or even US patent 7,185,525 from Elmer.

On connaît également le brevet US 4,732,292 de Schmalbach-Lubeca GmbH, qui décrit des déformations concaves sur le fond de la boîte boisson, réparties sur au moins deux cercles concentriques de diamètres différents.Also known is US Pat. No. 4,732,292 from Schmalbach-Lubeca GmbH, which describes concave deformations on the bottom of the beverage can, distributed over at least two concentric circles of different diameters.

On connaît également la demande de brevet EP 0 302 412 de Pac International Inc., qui décrit une structure particulière de fond de boîte boisson avec un enchaînement de rayons et de parties planes.Patent application EP 0 302 412 from Pac International Inc. is also known, which describes a particular structure for the bottom of a beverage can with a sequence of spokes and flat parts.

Malgré toutes ces solutions, les industriels sont en permanence en recherche de réduction des coûts, en s’intéressant en particulier à la réduction d’épaisseur de l’alliage métallique utilisé pour la fabrication des boîtes boisson. Cette réduction d’épaisseur soulève de nombreux problèmes, qui peuvent être par exemple la mise en forme et la résistance mécanique de la boîte boisson (résistance axiale, résistance à la pression interne, résistance à la chute, etc.).Despite all these solutions, manufacturers are constantly looking for cost reductions, focusing in particular on reducing the thickness of the metal alloy used to manufacture beverage cans. This reduction in thickness raises many problems, which may be, for example, the shaping and mechanical resistance of the beverage can (axial resistance, resistance to internal pressure, resistance to falling, etc.).

La résistance à la pression interne, qui est l’une des principales propriétés recherchées, peut être caractérisée par un essai consistant à augmenter la pression interne (= pression à l’intérieur de la boîte boisson). Cet essai permet d’identifier deux valeurs connues de l’homme du métier : la pression de retournement, qui correspond à la pression maximale observée au moment du retournement du dôme, et l’augmentation de la hauteur de boîte boisson après un cycle de pression typique (augmentation de 0 à 6,2 bars, puis diminution jusqu’à 3,5 bars). Cette augmentation de hauteur de boîte boisson correspond à la déformation résiduelle causée par l’augmentation de pression et qui persiste même après la diminution de pression interne. Comme illustré dans les exemples ci-après (voir Figures 12 et 13), les inventeurs proposent deux courbes représentant l’augmentation de la hauteur de boîte boisson (mesurée au niveau de l’anneau inférieur) en fonction de la pression interne dans le but de déterminer ces deux valeurs et de comprendre les phénomènes physiques associés.The resistance to internal pressure, which is one of the main properties sought, can be characterized by a test consisting in increasing the internal pressure (= pressure inside the beverage can). This test makes it possible to identify two values known to those skilled in the art: the reversal pressure, which corresponds to the maximum pressure observed at the time of the reversal of the dome, and the increase in the height of the beverage can after a pressure cycle. typical (increase from 0 to 6.2 bar, then decrease to 3.5 bar). This increase in beverage can height corresponds to the residual deformation caused by the increase in pressure and which persists even after the decrease in internal pressure. As illustrated in the examples below (see Figures 12 and 13), the inventors propose two curves representing the increase in the height of the beverage can (measured at the level of the lower ring) as a function of the internal pressure with the aim to determine these two values and to understand the associated physical phenomena.

Un exemple théorique d’une telle courbe est donné à la Figure 2 de la présente description. Cette courbe peut être décrite par trois stades I, II et III correspondant à des mécanismes de déformations distincts de la boîte boisson a, b et c, comme illustrés à la Figure 3 de la présente description. Un premier stade linéaire, appelé stade I sur la courbe de la Figure 2, correspond à une déformation élastique caractérisée par un léger gonflement du dôme et une rotation du bord oblique (respectivement a et b de la Figure 3). A ce stade, si la pression interne est retirée, le dôme et le bord oblique peuvent revenir à la position initiale. Ce stade I est peu sensible à la réduction d’épaisseur du fond de la boîte boisson.A theoretical example of such a curve is given in Figure 2 of this description. This curve can be described by three stages I, II and III corresponding to distinct deformation mechanisms of the beverage can a, b and c, as illustrated in Figure 3 of the present description. A first linear stage, called stage I on the curve of Figure 2, corresponds to an elastic deformation characterized by a slight swelling of the dome and a rotation of the oblique edge (respectively a and b of Figure 3). At this stage, if the internal pressure is removed, the dome and the oblique edge can return to the initial position. This stage I is not very sensitive to the reduction in thickness of the bottom of the beverage can.

Un deuxième stade linéaire, appelé stade II sur la courbe de la Figure 2, correspond à un début de déformation plastique du dôme (a sur la Figure 3) caractérisée par le dépliage irréversible du rayon de l’anneau inférieur (c sur la Figure 3), ainsi qu’un gonflement amplifié du dôme. A ce stade, si la pression est retirée, le dôme ne revient plus à sa position initiale et il subsiste une déformation résiduelle de l’anneau inférieur. Ce stade II est sensible à la réduction d’épaisseur du fond de la boîte boisson : la déformation résultante de la pression augmente lorsque l’épaisseur diminue, ce qui limite les possibilités de réduction d’épaisseur.A second linear stage, called stage II on the curve in Figure 2, corresponds to the beginning of plastic deformation of the dome (a in Figure 3) characterized by the irreversible unfolding of the radius of the lower ring (c in Figure 3 ), as well as an amplified swelling of the dome. At this stage, if the pressure is removed, the dome no longer returns to its initial position and there remains a residual deformation of the lower ring. This stage II is sensitive to the reduction in thickness of the bottom of the beverage can: the deformation resulting from the pressure increases when the thickness decreases, which limits the possibilities of reduction in thickness.

Enfin un troisième stade, appelé stade III sur la courbe de la Figure 2, correspond à une déformation dramatique et irréversible du dôme, c’est-à-dire qu’à ce stade une quantité minime de pression supplémentaire par rapport au stade II conduit à une déformation très importante du dôme, du bord oblique et de l’anneau inférieur (respectivement a, b et c sur la Figure 3) qui persiste même après diminution de la pression. L’épaisseur de la tôle initiale, qui est très peu modifiée lors de la mise en forme du dôme de la boite boisson avec un amincissement de l’ordre de 2 à 5 %, et qui correspond donc approximativement à l’épaisseur de la tôle du dôme, est choisie de telle sorte que la pression de retournement soit supérieure à la pression interne maximale observée lors de la production, le transport ou le stockage des boîtes boisson, à savoir généralement 90 livre-force par pouce carré (psi) (soit environ 6,2 bars).Finally a third stage, called stage III on the curve of Figure 2, corresponds to a dramatic and irreversible deformation of the dome, that is to say that at this stage a minimal quantity of additional pressure compared to stage II leads to a very significant deformation of the dome, of the oblique edge and of the lower ring (respectively a, b and c on Figure 3) which persists even after reduction of the pressure. The thickness of the initial sheet, which is very little modified during the shaping of the dome of the beverage can with a thinning of the order of 2 to 5%, and which therefore corresponds approximately to the thickness of the sheet of the dome, is chosen so that the overturning pressure is greater than the maximum internal pressure observed during the production, transport or storage of beverage cans, namely generally 90 pound-force per square inch (psi) (i.e. about 6.2 bar).

La résistance axiale, qui est une autre des principales propriétés recherchées, peut être caractérisée par un essai consistant à appliquer un effort vertical vers le bas sur l’extrémité supérieure de la boîte boisson, vide et sans couvercle, lorsque celle-ci est posée verticalement sur une surface plane. La géométrie du fond de la boîte boisson ainsi que l’épaisseur de la tôle sont choisies de telle sorte que la localisation de la déformation dramatique et irréversible lors de l’augmentation de la force verticale appliquée, caractérisée par une inflexion de la courbe force versus déplacement, ait toujours lieu au niveau du corps de la boîte boisson et pour une force supérieure aux valeurs observées lors de la production, le transport ou le stockage des boîtes boisson, à savoir généralement 200 livres (lbs) (soit environ 900 Newton (N)).The axial resistance, which is another of the main properties sought, can be characterized by a test consisting in applying a vertical force downwards on the upper end of the beverage can, empty and without lid, when the latter is placed vertically. on a flat surface. The geometry of the bottom of the beverage can as well as the thickness of the sheet metal are chosen in such a way that the location of the dramatic and irreversible deformation during the increase in the vertical force applied, characterized by an inflection of the curve force versus displacement, always takes place at the level of the body of the beverage can and for a force greater than the values observed during the production, transport or storage of beverage cans, namely generally 200 pounds (lbs) (i.e. approximately 900 Newton (N )).

Dans ce contexte de réduction de l’épaisseur de la tôle initiale d’alliage d’aluminium utilisée pour la fabrication des boîtes boisson mise en perspective avec la résistance à la pression interne, les inventeurs ont développé une boîte boisson capable de maintenir, voire d’améliorer la résistance à la pression interne, malgré la réduction d’épaisseur de la tôle initiale d’alliage d’aluminium.In this context of reducing the thickness of the initial aluminum alloy sheet used for the manufacture of drink cans put into perspective with the resistance to internal pressure, the inventors have developed a drink can capable of maintaining, or even of improve the resistance to internal pressure, despite the reduction in thickness of the initial aluminum alloy sheet.

Actuellement, les épaisseurs de tôle initiale d’alliage d’aluminium pour les boîtes boisson sont généralement d’environ 260 µm aux Etats-Unis et d’environ 245 µm en Europe. Les épaisseurs de tôle initiale d’alliage d’aluminium visées selon la présente invention sont de l’ordre de 200 à 230 µm, soit environ 6 à 18 % de réduction d’épaisseur en Europe et environ 11 à 23 % aux Etats-Unis.Currently, the initial aluminum alloy sheet thicknesses for beverage cans are generally around 260 µm in the United States and around 245 µm in Europe. The thicknesses of the initial aluminum alloy sheet targeted according to the present invention are of the order of 200 to 230 μm, i.e. approximately 6 to 18% reduction in thickness in Europe and approximately 11 to 23% in the United States. .

Le problème technique résolu selon la présente invention est donc de réduire l’épaisseur de la tôle initiale d’alliage d’aluminium utilisée pour la fabrication des boîtes boisson, par exemple de 5 à 25 % par rapport à ce qui se pratique habituellement dans le domaine des boîtes boisson (environ 15 à 60 µm de réduction), tout en améliorant la résistance à la pression interne par rapport à une boîte boisson classique obtenue à partir d’une tôle amincie et tout en maintenant la résistance à la pression interne par rapport à une boîte boisson classique du commerce, et tout en conservant une résistance axiale (à l’effort vertical) satisfaisante.The technical problem solved according to the present invention is therefore to reduce the thickness of the initial aluminum alloy sheet used for the manufacture of beverage cans, for example by 5 to 25% compared to what is usually practiced in the range of beverage cans (approximately 15 to 60 µm reduction), while improving the resistance to internal pressure compared to a conventional beverage can obtained from a thinned sheet and while maintaining the resistance to internal pressure compared to a conventional beverage can on the market, and while maintaining satisfactory axial resistance (to vertical force).

Il est à noter que la réduction d’épaisseur de la tôle initiale d’alliage d’aluminium utilisée pour la fabrication des boîtes boisson permet in fine d’alléger les boîtes boisson de 2 à 15 %, sachant que le fond de la boîte boisson, qui conserve l’épaisseur initiale de la tôle d’alliage d’aluminium, représente généralement plus de 30 % du poids total de la boîte boisson.It should be noted that the reduction in thickness of the initial aluminum alloy sheet used for the manufacture of the drink cans ultimately makes it possible to lighten the drink cans by 2 to 15%, knowing that the bottom of the drink can , which maintains the initial thickness of the aluminum alloy sheet, generally accounts for more than 30% of the total weight of the beverage can.

En plus de la résistance à la pression interne, l’homme du métier est également confronté à des problèmes de résistance à l’effort vertical pendant la fabrication et le remplissage des boîtes boisson, ainsi que le sertissage du couvercle. Il est à noter que la présente invention, qui permet de limiter les déformations subies par les canettes pendant leur cycle de vie à cause de la pression interne, présente également l’avantage de maintenir une résistance à l’effort vertical par rapport à une boîte boisson classique du commerce.In addition to the resistance to internal pressure, the person skilled in the art is also confronted with problems of resistance to vertical force during the manufacture and filling of beverage cans, as well as the crimping of the lid. It should be noted that the present invention, which makes it possible to limit the deformations undergone by the cans during their life cycle due to the internal pressure, also has the advantage of maintaining resistance to the vertical force with respect to a can. classic commercial drink.

Un premier objet de l'invention est une boîte boisson à base d’alliage d’aluminium, de préférence pour boisson gazeuse, comprenant (cf. figures 4 à 11) :
- un corps 6 de forme cylindrique ayant un diamètre externe D1 ;
- un fond en forme de dôme concave 1 ayant une profondeur H1 en son centre, un diamètre externe D3 et une partie rectiligne 2 de hauteur H3 ;
- un anneau inférieur convexe 7 ayant un diamètre d’appui D2 et un méplat de largeur L2 ;
- un épaulement extérieur 5 de rayon R1 ;
- un peigne 4 reliant l’épaulement extérieur 5 et l’anneau inférieur 7 ;
caractérisée en ce que l’épaisseur de la tôle du dôme est de 180 à 230 µm, de préférence de 190 à 220 µm ;
et en ce que le diamètre externe D3 du dôme concave 1 est de 36 à 44 mm, de préférence de 37 à 43 mm ;
et en ce que la largeur de l’anneau inférieur L4 est de 3 à 4,5 mm, de préférence de 3,3 à 4 mm ; et en ce que l’anneau inférieur comprend des déformations concaves 8, réparties à intervalles réguliers le long de l’anneau inférieur 7.
A first object of the invention is a beverage can based on an aluminum alloy, preferably for a carbonated drink, comprising (cf. FIGS. 4 to 11):
- A body 6 of cylindrical shape having an outer diameter D1;
- a bottom in the form of a concave dome 1 having a depth H1 at its center, an external diameter D3 and a straight part 2 of height H3;
- A convex lower ring 7 having a support diameter D2 and a flat width L2;
- an outer shoulder 5 of radius R1;
- A comb 4 connecting the outer shoulder 5 and the lower ring 7;
characterized in that the thickness of the sheet of the dome is from 180 to 230 µm, preferably from 190 to 220 µm;
and in that the external diameter D3 of the concave dome 1 is from 36 to 44 mm, preferably from 37 to 43 mm;
and in that the width of the lower ring L4 is 3 to 4.5 mm, preferably 3.3 to 4 mm; and in that the lower ring comprises concave deformations 8, distributed at regular intervals along the lower ring 7.

Un deuxième objet de l'invention est un procédé de fabrication d’une boîte boisson selon la présente invention, comprenant les étapes successives suivantes :
- fourniture d’un alliage d’aluminium, par exemple AA3104, par exemple sous l’état métallurgique H14 ou H19, en forme de bande d’épaisseur de 180 à 230 µm, de préférence de 190 à 220 µm ;
- découpage de disques appelés flans dans la bande d’alliage d’aluminium ;
- emboutissage et étirage des flans pour obtenir un corps de boîte boisson, en utilisant des outils adaptés pour former la boîte boisson telle que décrite dans la présente demande;
- fabrication d’un couvercle avec un autre alliage d’aluminium, par exemple AA5182;
- assemblage du couvercle et du corps de la boîte boisson pour obtenir une boîte boisson.
A second object of the invention is a method of manufacturing a beverage can according to the present invention, comprising the following successive steps:
- supply of an aluminum alloy, for example AA3104, for example in the H14 or H19 metallurgical state, in the form of a strip with a thickness of 180 to 230 μm, preferably 190 to 220 μm;
- Cutting discs called blanks in the aluminum alloy strip;
- stamping and stretching of the blanks to obtain a beverage can body, using tools adapted to form the beverage can as described in the present application;
- manufacture of a cover with another aluminum alloy, for example AA5182;
- assembly of the lid and the body of the beverage can to obtain a beverage can.

Un troisième objet de l’invention est un outil pour la mise en forme de la boîte boisson selon la présente invention.A third object of the invention is a tool for shaping the beverage can according to the present invention.

FIGURESFIGURES

La Figure 1 est un schéma en coupe d’un demi-fond de boîte boisson. La référence 1 correspond au dôme de la boîte boisson, la référence 2 à la partie rectiligne du dôme, la référence 3 à l’anneau inférieur, la référence 4 au bord oblique du fond de la boîte boisson, appelé peigne, la référence 5 à l’épaulement extérieur du corps de la boîte boisson et la référence 6 au corps de la boîte boisson. Figure 1 is a cross-sectional diagram of a beverage can half-bottom. Reference 1 corresponds to the dome of the beverage can, reference 2 to the straight part of the dome, reference 3 to the lower ring, reference 4 to the oblique edge of the bottom of the beverage can, called comb, reference 5 to the outer shoulder of the body of the beverage can and the reference 6 to the body of the beverage can.

La Figure 2 est une courbe théorique illustrant l’augmentation de la hauteur de la boîte boisson, mesurée au niveau de l’anneau inférieur, en fonction de la pression interne, c’est-à-dire la pression à l’intérieur de la boîte boisson. La référence I correspond à un stade de déformation réversible, la référence II à un stade de déformation non-réversible, qui pourrait nuire au remplissage, à la stabilité ou à l’empilabilité de la boîte boisson, et la référence III à un stade où le dôme se retourne. Dans le stade III, la boîte boisson n’est alors plus stable, c’est-à-dire qu’elle ne peut plus tenir debout, et elle n’est plus empilable. Figure 2 is a theoretical curve illustrating the increase in the height of the beverage can, measured at the level of the lower ring, as a function of the internal pressure, that is to say the pressure inside the drink box. Reference I corresponds to a stage of reversible deformation, reference II to a stage of non-reversible deformation, which could affect the filling, stability or stackability of the beverage can, and reference III to a stage where the dome turns around. In stage III, the beverage can is then no longer stable, that is to say it can no longer stand upright, and it is no longer stackable.

La Figure 3 est un schéma en coupe d’un demi-fond de boîte boisson illustrant les différents stades de déformation en fonction de l’augmentation de la pression interne. Le trait plein (stade 0) correspond à la boîte boisson non déformée. La ligne en tirets correspond aux limites du fond de la boîte boisson au passage du stade I au stade II de la Figure 2. La ligne en pointillés correspond aux limites du fond de la boîte boisson au passage du stade II au stade III de la Figure 2. La référence « a » correspond à la déformation du dôme, la référence « b » à la déformation du bord oblique, et la référence « c » à la déformation de l’anneau inférieur. Figure 3 is a cross-sectional diagram of a beverage can half-bottom illustrating the different stages of deformation as a function of the increase in internal pressure. The solid line (stage 0) corresponds to the undeformed beverage can. The dashed line corresponds to the limits of the bottom of the beverage can when going from stage I to stage II in Figure 2. The dotted line corresponds to the limits of the bottom of the drink can when going from stage II to stage III in Figure 2. Reference “a” corresponds to the deformation of the dome, reference “b” to the deformation of the oblique edge, and reference “c” to the deformation of the lower ring.

La Figure 4 est un schéma en coupe d’un demi-fond de boîte boisson selon la présente invention, et en particulier selon l’exemple 1 ci-après. Sur cette figure, les références 1, 2, 4, 5 et 6 sont les mêmes que celles décrites en lien avec la Figure 1 ci-avant. La référence 7 correspond à l’anneau inférieur selon la présente invention et la référence 8 à une déformation concave de l’anneau inférieur (par exemple une nervure). Figure 4 is a cross-sectional diagram of a beverage can half-bottom according to the present invention, and in particular according to Example 1 below. In this figure, the references 1, 2, 4, 5 and 6 are the same as those described in connection with Figure 1 above. The reference 7 corresponds to the lower ring according to the present invention and the reference 8 to a concave deformation of the lower ring (for example a rib).

La Figure 5 est un schéma en coupe d’un demi-fond de boîte boisson selon la présente invention, et en particulier selon l’exemple 1 ci-après. Sur cette figure, la référence D1 correspond au diamètre externe de la boîte boisson, D2 au diamètre d’appui de l’anneau inférieur, sur le point d’appui le plus extérieur par rapport à l’axe central du dôme, D3 au diamètre externe du dôme (= diamètre de la partie rectiligne du dôme), H1 à la profondeur du dôme, H2 à la hauteur du peigne, H3 à la hauteur de la partie rectiligne du dôme, A1 à l’angle de la section rectiligne du peigne par rapport à l’horizontale, et R1 au rayon de l’épaulement extérieur 5, qui est convexe, situé dans la portion de liaison entre le corps 6 de la boîte boisson et le peigne 4. Figure 5 is a cross-sectional diagram of a beverage can half-bottom according to the present invention, and in particular according to Example 1 below. In this figure, the reference D1 corresponds to the outer diameter of the beverage can, D2 to the support diameter of the lower ring, on the outermost support point with respect to the central axis of the dome, D3 to the diameter external part of the dome (= diameter of the straight part of the dome), H1 at the depth of the dome, H2 at the height of the comb, H3 at the height of the straight part of the dome, A1 at the angle of the straight section of the comb relative to the horizontal, and R1 to the radius of the outer shoulder 5, which is convex, located in the connecting portion between the body 6 of the beverage can and the comb 4.

La Figure 6 est un schéma en coupe d’un demi-fond de boîte boisson selon la présente invention, et en particulier selon l’exemple 1 ci-après. Sur cette figure, la référence D4 correspond au diamètre du début de la section rectiligne du peigne, H4 à la hauteur du début de la section rectiligne du peigne, L1 à la largeur de la section rectiligne du peigne, A2 à l’angle du méplat de l’anneau inférieur par rapport à l’horizontale, L2 à la longueur du méplat de l’anneau inférieur, L3 à la largeur minimum de l’anneau inférieur au sein d’une déformation concave, et L4 à la largeur de l’anneau inférieur hors des déformations concaves. Les largeurs L3 et L4 sont définies à une hauteur égale à la moitié de la hauteur H4. Figure 6 is a cross-sectional diagram of a beverage can half-bottom according to the present invention, and in particular according to Example 1 below. In this figure, the reference D4 corresponds to the diameter of the start of the straight section of the reed, H4 to the height of the start of the straight section of the reed, L1 to the width of the straight section of the reed, A2 to the angle of the flat of the lower ring relative to the horizontal, L2 to the length of the flat of the lower ring, L3 to the minimum width of the lower ring within a concave deformation, and L4 to the width of the lower ring out of the concave deformations. The widths L3 and L4 are defined at a height equal to half the height H4.

La Figure 7 est un schéma en coupe d’un demi-fond de boîte boisson selon la présente invention, et en particulier selon l’exemple 1 ci-après. Sur cette figure, la référence R2 correspond au rayon concave, situé dans la portion de liaison entre le peigne et l’anneau inférieur, hors des déformations concaves, avant les rayons R3 et R4 décrits ci-après, R3 au rayon convexe, situé dans la portion de liaison entre le peigne et l’anneau inférieur, hors des déformations concaves, entre les rayons R2 décrit ci-avant et R4 décrit ci-après, R4 au rayon convexe, situé dans la portion de liaison entre l’anneau inférieur et la partie rectiligne du dôme, après les rayons R2 et R3 décrits ci-avant, R5 au rayon concave, situé dans la portion de liaison entre le peigne et l’anneau inférieur, au sein des déformations concaves, avant les rayons R6 décrit ci-après et R4 décrit ci-avant, et R6 au rayon convexe, situé dans la portion de liaison entre le peigne et l’anneau inférieur, au sein des déformations concaves, entre les rayons R5 et R4 décrits ci-avant. Figure 7 is a cross-sectional diagram of a beverage can half-bottom according to the present invention, and in particular according to Example 1 below. In this figure, the reference R2 corresponds to the concave radius, located in the connection portion between the comb and the lower ring, outside the concave deformations, before the radii R3 and R4 described below, R3 to the convex radius, located in the connecting portion between the comb and the lower ring, outside the concave deformations, between the spokes R2 described above and R4 described below, R4 with the convex radius, located in the connecting portion between the lower ring and the straight part of the dome, after the R2 and R3 spokes described above, R5 with the concave radius, located in the connecting portion between the comb and the lower ring, within the concave deformations, before the R6 spokes described above after and R4 described above, and R6 at the convex radius, located in the connecting portion between the comb and the lower ring, within the concave deformations, between the radii R5 and R4 described above.

La Figure8 est un schéma d’une déformation concave en vue de dessous. Sur cette figure, les références 1, 2, 4, 5 et 6 sont les mêmes que celles décrites en lien avec la Figure 1 ci-avant. Les références 7 et 8 sont les mêmes que celles décrites en lien avec la Figure 4 ci-avant. La référence 9 correspond à la section courbe de la zone de liaison entre l’intérieur d’une déformation concave et une zone sans déformation concave, le long d’une section horizontale à une hauteur égale à la moitié de la hauteur H4. Figure 8 is a diagram of a concave deformation seen from below. In this figure, the references 1, 2, 4, 5 and 6 are the same as those described in connection with Figure 1 above. References 7 and 8 are the same as those described in connection with Figure 4 above. Reference 9 corresponds to the curved section of the connection zone between the interior of a concave deformation and a zone without concave deformation, along a horizontal section at a height equal to half the height H4.

La Figure 9 est un schéma d’une déformation concave en vue de dessous. Sur cette figure, la référence L5 correspond à la longueur de la déformation concave 8, R7 au rayon concave de la section courbe 9, et R8 au rayon convexe de la section courbe 9. Les références L3 et L4 sont les mêmes que celles décrites en lien avec la Figure 6 ci-avant. Figure 9 is a diagram of a concave deformation seen from below. In this figure, the reference L5 corresponds to the length of the concave deformation 8, R7 to the concave radius of the curved section 9, and R8 to the convex radius of the curved section 9. The references L3 and L4 are the same as those described in link with Figure 6 above.

La Figure 10 est un schéma en coupe d’un demi-fond de boîte boisson selon la présente invention, et en particulier selon l’exemple 1 ci-après. Dans cet exemple, une opération supplémentaire de mise en forme de reprise du dôme a été appliquée, telle que pratiquée actuellement sur un certain nombre de formats de boîtes boisson du commerce, et de sorte que la partie rectiligne du dôme 2 est transformée avec une déformation concave axisymétrique 10. Figure 10 is a cross-sectional diagram of a beverage can half-bottom according to the present invention, and in particular according to Example 1 below. In this example, an additional dome recovery shaping operation has been applied, as currently practiced on a number of formats of commercial beverage cans, and so that the rectilinear part of the dome 2 is transformed with a deformation axisymmetric concave 10.

La Figure 11 est un schéma en trois dimensions d’une coupe d’un fond de boîte boisson selon la présente invention, et en particulier selon l’exemple 1 ci-après. Sur cette figure, les références 1, 2 et 4 à 9 sont les mêmes que celles décrites en lien avec la Figure 8 ci-avant. Figure 11 is a three-dimensional diagram of a section of a beverage can bottom according to the present invention, and in particular according to Example 1 below. In this figure, the references 1, 2 and 4 to 9 are the same as those described in connection with Figure 8 above.

La Figure 12 est une courbe représentant l’augmentation de la hauteur de la boîte boisson (généralement exprimée en mm), mesurée au point le plus haut lorsque la boîte boisson est positionnée à l’envers, c’est-à-dire lorsque le dôme est en haut, en fonction de la pression interne (généralement exprimée en bars), c’est-à-dire la pression à l’intérieur de la boîte boisson. Elle illustre les résultats de simulations numériques de calcul de la pression de retournement pour plusieurs boîtes boisson, tel qu’expliqué dans les exemples ci-après. L’axe des abscisses n’est pas exprimé en bars mais en valeurs normalisées, la valeur 1 correspondant à la valeur de la pression de retournement de la préforme de référence C1, qui est l’objectif que la présente invention cherche à atteindre à au moins 100 %. Cette cible est matérialisée par le trait vertical gris. L’axe des ordonnées n’est pas exprimé en mm mais en valeurs normalisées, la valeur 1 correspondant à la hauteur de boîte de la préforme de référence C1 lors de son retournement. Figure 12 is a curve representing the increase in height of the beverage can (usually expressed in mm), measured at the highest point when the beverage can is positioned upside down, i.e. when the dome is at the top, depending on the internal pressure (usually expressed in bars), i.e. the pressure inside the beverage can. It illustrates the results of numerical simulations of the rollover pressure calculation for several beverage cans, as explained in the examples below. The abscissa axis is not expressed in bars but in normalized values, the value 1 corresponding to the value of the reversal pressure of the reference preform C1, which is the objective that the present invention seeks to achieve at at least minus 100%. This target is materialized by the gray vertical line. The ordinate axis is not expressed in mm but in normalized values, the value 1 corresponding to the box height of the reference preform C1 when it is turned over.

La Figure 13 est une courbe représentant l’augmentation de la force verticale (généralement exprimée en newtons (N)), appliquée sur la partie supérieure de la boîte boisson lors du test de résistance axiale, en fonction du déplacement vertical (généralement exprimé en mm). Elle illustre les résultats de simulations numériques de calcul de la résistance axiale du fond, correspondant au point d’inflexion de la courbe, caractérisant la fin de la section linéaire. Les axes des abscisses et des ordonnées ne sont pas exprimés respectivement en mm et en N, mais en valeurs normalisées, les valeurs 1 correspondant aux valeurs de déplacement vertical et de force verticale représentant la résistance axiale de la boîte boisson de référence C1. Le trait horizontal gris correspond à la valeur de 900 N (200 lbs) discutée plus haut dans la description, qui est l’objectif que la présente invention cherche à dépasser. Figure 13 is a curve representing the increase in the vertical force (generally expressed in newtons (N)), applied to the upper part of the beverage can during the axial resistance test, as a function of the vertical displacement (generally expressed in mm ). It illustrates the results of numerical simulations of calculation of the axial resistance of the bottom, corresponding to the point of inflection of the curve, characterizing the end of the linear section. The abscissa and ordinate axes are not expressed respectively in mm and in N, but in normalized values, the values 1 corresponding to the values of vertical displacement and vertical force representing the axial resistance of the reference beverage can C1. The gray horizontal line corresponds to the value of 900 N (200 lbs) discussed above in the description, which is the objective that the present invention seeks to exceed.

DESCRIPTION DETAILLEE de L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION of THE INVENTION

Dans la description, sauf indication contraire :
- la désignation des alliages d'aluminium est conforme à la nomenclature établie par The Aluminum Association ;
- les teneurs en éléments chimiques sont désignées en % et représentent des fractions massiques, sauf indication contraire.
In the description, unless otherwise stated:
- the designation of aluminum alloys complies with the nomenclature established by The Aluminum Association;
- the contents of chemical elements are designated in % and represent mass fractions, unless otherwise indicated.

Selon la présente invention, le terme « convexe » signifie orienté vers l’extérieur de la boîte boisson.According to the present invention, the term "convex" means facing the outside of the beverage can.

Selon la présente invention, le terme « concave » signifie orienté vers l’intérieur de la boîte boisson.According to the present invention, the term “concave” means directed towards the inside of the beverage can.

La boîte boisson selon la présente invention permet de compenser la perte de résistance à la pression interne due à une diminution de l’épaisseur de la tôle d’alliage d’aluminium à partir de laquelle la boîte boisson est fabriquée.The beverage can according to the present invention makes it possible to compensate for the loss of resistance to internal pressure due to a decrease in the thickness of the aluminum alloy sheet from which the beverage can is made.

De manière générale, avec les procédés actuels, on considère que la pression interne maximale que subit une boîte boisson au cours de son cycle de fabrication et de vie est d’environ 6,2 bars (soit 90 psi). Aussi, il est souhaitable que la pression de retournement soit supérieure à 6,2 bars, c’est-à-dire du même ordre de grandeur que celle de la boîte boisson de référence (C1 dans les exemples ci-après) existant sur le marché. La pression de retournement est la pression à laquelle le dôme du fond de la boîte boisson se retourne. Ce retournement est irréversible et empêche la stabilité et l’empilement des boîtes boisson les unes sur les autres.In general, with current processes, it is considered that the maximum internal pressure that a beverage can undergoes during its manufacturing and life cycle is approximately 6.2 bars (or 90 psi). Also, it is desirable that the reversal pressure be greater than 6.2 bars, that is to say of the same order of magnitude as that of the reference beverage can (C1 in the examples below) existing on the market. Rollover pressure is the pressure at which the bottom dome of the beverage can rolls over. This reversal is irreversible and prevents the stability and stacking of the drink cans on top of each other.

Outre la résistance à la pression interne, une boîte boisson est également de préférence résistante au chargement axial (force verticale) qui intervient lors des différentes opérations de mise en forme du rétreint et de la section verticale du dôme, ainsi que lors du remplissage et du sertissage du couvercle. On considère, avec les procédés actuels, que le corps de boîte boisson doit résister à un effort axial (force verticale) supérieur à environ 900 N (soit 200 lbs), sans présenter d’endommagement ni du fond de la boîte boisson, ni de la paroi latérale. On considère généralement que cette valeur de 900 N représente environ 85 % de la résistance de la boîte boisson de référence (C1 dans les exemples ci-après) existant sur le marché.In addition to resistance to internal pressure, a beverage can is also preferably resistant to axial loading (vertical force) which occurs during the various shaping operations of the neck and the vertical section of the dome, as well as during filling and lid crimping. It is considered, with the current methods, that the beverage can body must withstand an axial force (vertical force) greater than approximately 900 N (i.e. 200 lbs), without showing any damage either to the bottom of the beverage can, or to the side wall. It is generally considered that this value of 900 N represents approximately 85% of the resistance of the reference beverage can (C1 in the examples below) existing on the market.

La boîte boisson selon la présente invention permet de compenser la perte de résistance due à la diminution d’épaisseur de la tôle d’alliage d’aluminium à partir de laquelle la boîte boisson est fabriquée. De manière générale, la boîte boisson selon la présente invention permet de limiter la déformation du fond de la boîte boisson, et notamment du dôme, de l’anneau inférieur et du peigne, dans le stade II et de repousser le stade III (déformation dramatique) à des niveaux de pressions supérieurs à ceux demandés par les clients, soit généralement 6,2 bars.The beverage can according to the present invention makes it possible to compensate for the loss of resistance due to the decrease in thickness of the aluminum alloy sheet from which the beverage can is made. In general, the drink can according to the present invention makes it possible to limit the deformation of the bottom of the drink can, and in particular of the dome, of the lower ring and of the comb, in stage II and to push back stage III (dramatic deformation ) at pressure levels higher than those requested by customers, generally 6.2 bar.

La solution proposée selon la présente invention comprend la combinaison de trois caractéristiques ayant un effet synergique :
- réduction du diamètre extérieur du dôme;
- augmentation de la largeur de l’anneau inférieur ;
- ajout de déformations concaves (par exemple des encoches ou des nervures) au niveau de l’anneau inférieur.
The solution proposed according to the present invention comprises the combination of three characteristics having a synergistic effect:
- reduction of the outer diameter of the dome;
- increase in the width of the lower ring;
- addition of concave deformations (for example notches or ribs) at the level of the lower ring.

Un premier objet selon la présente invention est une boîte boisson à base d’alliage d’aluminium, de préférence pour boisson gazeuse, comprenant :
- un corps 6 de forme cylindrique ayant un diamètre externe D1 ;
- un fond en forme de dôme concave 1 ayant une profondeur H1 en son centre, un diamètre externe D3 et une partie rectiligne 2 de hauteur H3 ;
- un anneau inférieur convexe 7 ayant un diamètre d’appui D2 et un méplat de largeur L2 ;
- un épaulement extérieur 5 de rayon R1 ;
- un peigne 4 reliant l’épaulement extérieur 5 et l’anneau inférieur 7 ;
caractérisée en ce que l’épaisseur de la tôle du dôme est de 180 à 230 µm, de préférence de 190 à 220 µm ;
et en ce que le diamètre externe D3 du dôme concave 1 est de 36 à 44 mm, de préférence de 37 à 43 mm ;
et en ce que la largeur de l’anneau inférieur L4 est de 3 à 4,5 mm, de préférence de 3,3 à 4 ;mm ;et en ce que l’anneau inférieur comprend des déformations concaves 8, réparties à intervalles réguliers le long de l’anneau inférieur 7.
A first object according to the present invention is a beverage can based on aluminum alloy, preferably for carbonated drinks, comprising:
- A body 6 of cylindrical shape having an outer diameter D1;
- a bottom in the form of a concave dome 1 having a depth H1 at its center, an external diameter D3 and a straight part 2 of height H3;
- A convex lower ring 7 having a support diameter D2 and a flat width L2;
- an outer shoulder 5 of radius R1;
- A comb 4 connecting the outer shoulder 5 and the lower ring 7;
characterized in that the thickness of the sheet of the dome is from 180 to 230 µm, preferably from 190 to 220 µm;
and in that the external diameter D3 of the concave dome 1 is from 36 to 44 mm, preferably from 37 to 43 mm;
and in that the width of the lower ring L4 is from 3 to 4.5 mm, preferably from 3.3 to 4 mm; and in that the lower ring comprises concave deformations 8, distributed at regular intervals along the bottom ring 7.

De préférence, le diamètre externe D1 du corps 5 de la boîte boisson selon la présente invention est de 50 à 75 mm, de préférence de 55 à 70 mm.Preferably, the external diameter D1 of the body 5 of the beverage can according to the present invention is from 50 to 75 mm, preferably from 55 to 70 mm.

De préférence, le rayon R1 de l’épaulement est de 2 à 5 mm.Preferably, the radius R1 of the shoulder is 2 to 5 mm.

De préférence, le dôme 1 de la boîte boisson selon la présente invention présente au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- un diamètre D2 de l’anneau inférieur 3 est de 39 à 47 mm, de préférence de 40 à 46 mm ;
- une profondeur H1 de 7 à 12 mm, de préférence de 8 à 11 mm ; et/ ou
- une partie rectiligne 2 de hauteur H3 de 0 à 6 mm, de préférence de 1,5 à 4 mm.
Preferably, the dome 1 of the beverage can according to the present invention has at least one of the following characteristics:
- A diameter D2 of the lower ring 3 is 39 to 47 mm, preferably 40 to 46 mm;
- a depth H1 of 7 to 12 mm, preferably 8 to 11 mm; and or
- a rectilinear part 2 of height H3 from 0 to 6 mm, preferably from 1.5 to 4 mm.

De préférence, l’anneau inférieur 7 de la boîte boisson selon la présente invention présente au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- une largeur L4 de 3 à 4,5 mm, de préférence de 3,3 à 4 mm ;
- un méplat formant un angle A2 avec l’horizontale en direction de l’axe de symétrie de la boîte boisson de 0 à 10°; et/ou
- un méplat ayant une longueur L2 de 0 à 2 mm.
Preferably, the lower ring 7 of the beverage can according to the present invention has at least one of the following characteristics:
- a width L4 of 3 to 4.5 mm, preferably 3.3 to 4 mm;
- a flat forming an angle A2 with the horizontal in the direction of the axis of symmetry of the beverage can from 0 to 10°; and or
- a flat having a length L2 of 0 to 2 mm.

En ce qui concerne l’anneau inférieur, sa géométrie (par exemple sa forme et son diamètre) peut être optimisée pour gagner en performances selon les applications envisagées. De même, les dimensions (par exemple la hauteur, la largeur, les rayons de courbure) de l’anneau inférieur peuvent également être optimisées.As regards the lower ring, its geometry (for example its shape and its diameter) can be optimized to improve performance depending on the applications envisaged. Likewise, the dimensions (e.g. height, width, bending radii) of the bottom ring can also be optimized.

De préférence, le peigne 4 de la boîte boisson selon la présente invention présente au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- une hauteur H2 de 5 à 20 mm, de préférence 6 à 14 mm ;
- un diamètre D4 du début de la section rectiligne de 42 à 53 mm ;
- une hauteur H4 du début de la section rectiligne de 1,5 à 4 mm, de préférence de 1,5 à 3,5 ;mm ;
- un angle A1 de la section rectiligne par rapport à l’horizontale de 30 à 40° ; et/ou
- une longueur L1 de la section rectiligne de 0 à 13,5 mm.
Preferably, the comb 4 of the beverage can according to the present invention has at least one of the following characteristics:
- a height H2 of 5 to 20 mm, preferably 6 to 14 mm;
- a diameter D4 of the beginning of the rectilinear section of 42 to 53 mm;
- a height H4 of the start of the rectilinear section of 1.5 to 4 mm, preferably 1.5 to 3.5 mm;
- an angle A1 of the rectilinear section with respect to the horizontal of 30 to 40°; and or
- a length L1 of the straight section from 0 to 13.5 mm.

De préférence, la portion de liaison entre le peigne 4 et l’anneau inférieur 7 comprend au moins un parmi :
- un rayon R2 de 2 à 4 mm ; et/ou
- un rayon R3 de 1 à 3 mm.
Preferably, the connecting portion between the comb 4 and the lower ring 7 comprises at least one of:
- a radius R2 of 2 to 4 mm; and or
- a radius R3 of 1 to 3 mm.

De préférence, la portion de liaison entre l’anneau inférieur 7 et la partie rectiligne 2 du dôme 1 comprend un rayon R4 de 1 à 3 mm.Preferably, the connecting portion between the lower ring 7 and the rectilinear part 2 of the dome 1 comprises a radius R4 of 1 to 3 mm.

De préférence, les déformations concaves 8 de la boîte boisson selon la présente invention présentent au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- une largeur L3 de 2 à 4,5 mm, de préférence de 2,5 à 3,5 mm ;
- une longueur L5 de 1 à 10 mm, de préférence de 1 à 5 mm ;
- un rayon R5 de 2 à 4 mm ;
- un rayon R6 de 1 à 3 mm ;
- un rayon R7 de 0,5 à 4 mm ;
- un rayon R8 de 0,5 à 20 mm ; et/ou
Preferably, the concave deformations 8 of the beverage can according to the present invention have at least one of the following characteristics:
- a width L3 of 2 to 4.5 mm, preferably 2.5 to 3.5 mm;
- a length L5 of 1 to 10 mm, preferably 1 to 5 mm;
- an R5 radius of 2 to 4 mm;
- a radius R6 of 1 to 3 mm;
- an R7 radius of 0.5 to 4 mm;
- an R8 radius of 0.5 to 20 mm; and or

- un nombre N de 4 à 36, de préférence de 6 à 24.- a number N from 4 to 36, preferably from 6 to 24.

En ce qui concerne les déformations concaves, leur forme et leur nombre peuvent être optimisés selon les applications envisagées pour gagner en performances. En particulier, les déformations concaves s’étendent généralement et de préférence au-delà de l’anneau inférieur dans la portion de liaison entre la section rectiligne du peigne et l’anneau inférieur.As regards the concave deformations, their shape and their number can be optimized according to the applications envisaged to gain in performance. In particular, the concave deformations generally and preferably extend beyond the lower ring in the connecting portion between the rectilinear section of the comb and the lower ring.

Selon une pratique courante, la boîte boisson selon la présente invention peut, dans certains cas, être soumise à une opération ultérieure de reprise du dôme, telle que décrite dans la figure 10. Cette modification du profil du fond de la boîte boisson est généralement opérée, sur les boîtes boisson actuelles du marché, après application et cuisson des vernis, tout comme l’opération de rétreint en partie haute de la boîte boisson. Elle a un effet positif sur la résistance à la pression interne, et ce indépendamment des caractéristiques de la solution proposée.According to common practice, the drink can according to the present invention can, in certain cases, be subjected to a subsequent operation of recovery of the dome, as described in figure 10. This modification of the profile of the bottom of the drink can is generally operated , on current beverage cans on the market, after application and curing of the varnishes, as well as the shrinking operation in the upper part of the beverage can. It has a positive effect on the resistance to internal pressure, regardless of the characteristics of the proposed solution.

Un deuxième objet de l'invention est un procédé de fabrication d’une boîte boisson selon la présente invention, comprenant les étapes successives suivantes :
- fourniture d’un alliage d’aluminium, par exemple AA3104, par exemple sous l’état métallurgique H14 ou H19, en forme de bande d’épaisseur de 180 à 230 µm, de préférence de 190 à 220 µm ;
- découpage de disques appelés flans dans la bande d’alliage d’aluminium ;
- emboutissage et étirage des flans pour obtenir un corps de boîte boisson, en utilisant des outils adaptés pour former la boîte boisson telle que décrite dans la présente demande;
- fabrication d’un couvercle avec un autre alliage d’aluminium, par exemple AA5182;
- assemblage du couvercle et du corps de la boîte boisson pour obtenir une boîte boisson.
A second object of the invention is a method of manufacturing a beverage can according to the present invention, comprising the following successive steps:
- supply of an aluminum alloy, for example AA3104, for example in the H14 or H19 metallurgical state, in the form of a strip with a thickness of 180 to 230 μm, preferably 190 to 220 μm;
- Cutting discs called blanks in the aluminum alloy strip;
- stamping and stretching of the blanks to obtain a beverage can body, using tools adapted to form the beverage can as described in the present application;
- manufacture of a cover with another aluminum alloy, for example AA5182;
- assembly of the lid and the body of the beverage can to obtain a beverage can.

Un troisième objet de l’invention est un outil pour la mise en forme de la boîte boisson selon la présente invention.A third object of the invention is a tool for shaping the beverage can according to the present invention.

En ce qui concerne la fabrication de la boîte boisson selon la présente invention, l’homme du métier saura adapter les outils et paramètres de mise en forme du fond de la boîte boisson selon la présente invention.With regard to the manufacture of the beverage can according to the present invention, those skilled in the art will know how to adapt the tools and parameters for shaping the bottom of the beverage can according to the present invention.

Le métal utilisé pour la fabrication des boîtes boisson peut être tout alliage d’aluminium connu de l’homme du métier convenant pour cette application. Par exemple, on peut utiliser un alliage de type AA3104. L’état métallurgique de l’alliage d’aluminium peut être adapté en fonction de l’application particulière. Par exemple, l’état métallurgique peut être H14, H16 ou H19, tel que décrit dans la norme EN515 (juin 1993).The metal used for the manufacture of the beverage cans can be any aluminum alloy known to those skilled in the art suitable for this application. For example, an alloy of the AA3104 type can be used. The metallurgical temper of the aluminum alloy can be tailored to suit the particular application. For example, the metallurgical temper can be H14, H16 or H19, as described in EN515 (June 1993).

EXEMPLESEXAMPLES

Dans le but d’illustrer la présente invention, plusieurs préformes de boîtes boisson ont été évaluées du point de vue de leur pression de retournement et de leur augmentation de hauteur de boîte en fonction de la pression interne. Les préformes correspondent à la boîte boisson juste après la mise en forme initiale du fond, sans tenir compte des étapes ultérieures de reprise (reforming en anglais) du dôme. Le métal des boîtes boisson était un alliage d’aluminium AA3104 dans un état métallurgique H19.For the purpose of illustrating the present invention, several beverage can preforms were evaluated for their rollover pressure and their increase in can height as a function of internal pressure. The preforms correspond to the beverage can just after the initial shaping of the bottom, without taking into account the subsequent stages of recovery (reforming in English) of the dome. The metal of the drink cans was an aluminum alloy AA3104 in an H19 metallurgical condition.

Pour déterminer la pression de retournement, il faut suivre la hauteur de boîte boisson, mesurée entre la base de l’anneau inférieur et le haut de la boîte boisson en fonction de la pression interne. Ces mesures permettent de tracer une courbe telle que celle présentée en Figure 12. Sur cette figure, la référence C1 correspond à une boîte boisson de référence ayant une géométrie classique telle qu’illustrée dans la Figure 1 et une épaisseur de tôle de dôme de 240 µm. La référence C2 correspond à une boîte boisson de référence ayant une géométrie classique telle qu’illustrée dans la Figure 1 mais avec une épaisseur de tôle de dôme de 220 µm. Le diamètre d’appui de C1 et C2 est de 57 mm. La référence C3 correspond à la boîte boisson C2 mais avec un diamètre d’appui de 43 mm, une hauteur H1 de 9,35 mm de sorte à éviter la rupture dans la partie rectiligne 2 du dôme lors de la mise en forme, et une hauteur H2 de 10,5 mm de telle sorte que l’angle A1 est conservé identique à celui de C1. La référence C4 correspond à la boîte boisson C3 mais avec une largeur L4 de l’anneau inférieur de 3,7 mm. Les références C1 à C4 ne sont pas selon la présente invention. La boîte boisson C5 est selon la présente invention et correspondent à la boîte boisson C4 mais avec N=18 déformations concaves (nervures) réparties le long de l’anneau inférieur et un anneau inférieur comprenant un méplat.To determine rollover pressure, follow the beverage can height, measured from the bottom of the bottom ring to the top of the beverage can as a function of internal pressure. These measurements make it possible to plot a curve such as that presented in Figure 12. In this figure, the reference C1 corresponds to a reference beverage can having a conventional geometry as illustrated in Figure 1 and a dome sheet thickness of 240 µm. Reference C2 corresponds to a reference beverage can having a classic geometry as shown in Figure 1 but with a dome sheet thickness of 220 µm. The support diameter of C1 and C2 is 57 mm. The reference C3 corresponds to the beverage can C2 but with a support diameter of 43 mm, a height H1 of 9.35 mm so as to avoid rupture in the rectilinear part 2 of the dome during shaping, and a height H2 of 10.5 mm so that the angle A1 is kept identical to that of C1. The C4 reference corresponds to the C3 beverage can but with a width L4 of the lower ring of 3.7 mm. References C1 to C4 are not according to the present invention. The C5 beverage can is according to the present invention and corresponds to the C4 beverage can but with N=18 concave deformations (ribs) distributed along the lower ring and a lower ring comprising a flat.

Le Tableau 1 ci-après donne les différentes caractéristiques de la boîte boisson C5.Table 1 below gives the different characteristics of the C5 beverage can.

IdID unitéunit NomName Exemple 1 (C5)Example 1 (C5) A1A1 °° Angle de la section rectiligne du peigneAngle of the straight section of the reed 3434 A2A2 °° Angle du méplat de l'anneau inférieurBottom ring flat angle 00 D1D1 mmmm Diamètre externe de boîte boissonBeverage Can Outer Diameter 6666 D2D2 mmmm Diamètre d'appui de l'anneau inférieurBottom Ring Bearing Diameter 4343 D3D3 mmmm Diamètre externe du dômeExternal diameter of the dome 39,639.6 D4D4 mmmm Diamètre du début de la section rectiligne du peigneDiameter of the beginning of the straight section of the comb 49,449.4 H1H1 mmmm Profondeur du dômeDome depth 9,359.35 H2H2 mmmm Hauteur du peigneComb height 10,510.5 H3H3 mmmm Hauteur de la partie rectiligne dômeHeight of the straight dome part 22 H4H4 mmmm Hauteur du début de la section rectiligne du peigneHeight of the beginning of the straight section of the comb 3,23.2 L1L1 mmmm Longueur de la section rectiligne du peigneLength of the straight section of the comb 6,56.5 L2L2 mmmm Longueur du méplat de l'anneauRing flat length 0,70.7 L3L3 mmmm Largeur min de l'anneau inférieur au niveau d’une déformation concaveMin width of lower ring at concave deformation 3,13.1 L4L4 mmmm Largeur de l'anneau inférieur hors déformations concavesWidth of the lower ring excluding concave deformations 3,73.7 L5L5 mmmm Longueur d’une déformation concaveLength of a concave deformation 2,42.4 NNOT Nombre de déformations concavesNumber of concave deformations 1818 R1R1 mmmm Rayon de l’épaulement externeExternal shoulder radius 3,73.7 R2R2 mmmm Premier rayon entre peigne et anneau inférieur hors déformation concaveFirst radius between comb and lower ring excluding concave deformation 33 R3R3 mmmm Deuxième rayon entre peigne et anneau inférieur hors déformation concaveSecond radius between comb and lower ring excluding concave deformation 1,751.75 R4R4 mmmm Rayon entre anneau inférieur et partie rectiligne du dômeRadius between lower ring and straight part of the dome 1,51.5 R5R5 mmmm Premier rayon entre peigne et anneau inférieur au niveau d’une déformation concaveFirst radius between comb and lower ring at a concave deformation 2,92.9 R6R6 mmmm Deuxième rayon entre peigne et anneau inférieur au niveau d’une déformation concaveSecond radius between comb and lower ring at a concave deformation 1,751.75 R7R7 mmmm Rayon intérieur d’une déformation concaveInterior radius of a concave deformation 1,21.2 R8R8 mmmm Rayon extérieur d’une déformation concaveOuter radius of a concave deformation 0,90.9

L’évaluation de la pression de retournement et de l’augmentation de hauteur de boîte en fonction de la pression interne a été réalisée grâce à une modélisation numérique par éléments finis avec le logiciel commercial « LS-Dyna », version 10.1, développé par l’entreprise Livermore Software Technology Corporation. La modélisation a consisté à d’abord dessiner la forme tridimensionnelle des différents fonds de boîte boisson en Conception Assistée par Ordinateur. Les géométries tridimensionnelles ont été discrétisées selon un maillage d’éléments finis suffisamment fin de telle sorte que l’on peut simuler précisément son comportement mécanique. Les conditions aux limites ont été appliquées pour simuler le comportement de la préforme dans sa globalité lors des tests de résistance à la pression interne et de résistance à l’effort axial.The evaluation of the rollover pressure and the increase in box height as a function of the internal pressure was carried out using finite element numerical modeling with the commercial software "LS-Dyna", version 10.1, developed by the Livermore Software Technology Corporation. The modeling consisted of first drawing the three-dimensional shape of the different beverage can bottoms using Computer Aided Design. The three-dimensional geometries have been discretized according to a sufficiently fine mesh of finite elements so that one can precisely simulate its mechanical behavior. The boundary conditions were applied to simulate the behavior of the preform as a whole during the tests of resistance to internal pressure and resistance to axial force.

Concernant le test de résistance à la pression interne, le calcul a été piloté avec un incrément de flux de gaz constant, permettant de simuler :
- la pression interne résultante, et
- le déplacement des différents points du fond sous cette pression interne.
Concerning the internal pressure resistance test, the calculation was controlled with a constant gas flow increment, making it possible to simulate:
- the resulting internal pressure, and
- the displacement of the various points of the bottom under this internal pressure.

En combinant ces deux variables, il a été possible de tracer les courbes, pour chacune des boîtes testées, donnant l’augmentation de la hauteur de la boîte boisson en fonction de la pression interne, normalisées respectivement par la pression et la hauteur de la boîte boisson lors du retournement de la référence C1. La Figure 12 correspond à une augmentation monotone de la pression interne, jusqu’au retournement du dôme.By combining these two variables, it was possible to plot the curves, for each of the cans tested, giving the increase in the height of the drink can as a function of the internal pressure, normalized respectively by the pressure and the height of the can. drink during the reversal of the reference C1. Figure 12 corresponds to a monotonous increase in the internal pressure, until the reversal of the dome.

Concernant le test de résistance à l’effort axial, le calcul a été piloté avec un incrément de déplacement vertical de l’extrémité supérieure du corps de boîte, permettant de simuler :
- l’effort axial résultant, et
- le déplacement des différents points du fond sous cet effort axial.
Concerning the test of resistance to axial force, the calculation was controlled with an increment of vertical displacement of the upper end of the box body, making it possible to simulate:
- the resulting axial force, and
- the displacement of the various points of the bottom under this axial force.

En combinant ces deux variables, il a été possible de tracer les courbes, pour chacune des boîtes testées, donnant la force axiale résultante sur l’extrémité supérieure de la boîte boisson en fonction du déplacement appliqué, normalisés respectivement par la force et le déplacement lors de l’inflexion de la courbe de la référence C1. La Figure 13 correspond à une augmentation monotone du déplacement, jusqu’à l’inflexion de la courbe puis l’affaissement du fond au maximum d’effort.By combining these two variables, it was possible to plot the curves, for each of the cans tested, giving the resulting axial force on the upper end of the beverage can as a function of the displacement applied, normalized respectively by the force and the displacement during the inflection of the reference curve C1. Figure 13 corresponds to a monotonous increase in displacement, until the inflection of the curve then the collapse of the bottom at maximum effort.

Les résultats obtenus en matière de pression de retournement de boîte boisson et d’inflexion de la courbe de la force axiale en fonction du déplacement axial, caractérisant la résistance à l’effort axial du fond de boîte boisson, sont donnés dans les Figures 12 et 13 et dans le Tableau 2 ci-après.The results obtained in terms of the drinks can overturning pressure and the inflection of the curve of the axial force as a function of the axial displacement, characterizing the resistance to the axial force of the bottom of the drinks can, are given in Figures 12 and 13 and in Table 2 below.

CaractéristiquesFeatures Pression de retournement normalisée par rapport à C1Return pressure normalized to C1 Résistance à l’effort axial normalisée par rapport à C1Resistance to axial force normalized with respect to C1 C1C1 Reference Diam. d’appui 57 mm (épaisseur tôle 240 μm)Reference Diam. support 57 mm (sheet thickness 240 μm) 11 11 C2C2 Reference Diam. d’appui 57 mm (épaisseur tôle 220 μm)Reference Diam. support 57 mm (sheet thickness 220 μm) 0,940.94 0,840.84 C3C3 Diam. d'appui 43 mm (épaisseur tôle 220 μm)Diam. support 43 mm (sheet thickness 220 μm) 1,061.06 0,830.83 C4C4 Diam. d'appui 43 mm + anneau inférieur élargi (épaisseur tôle 220 μm)Diam. support 43 mm + enlarged lower ring (sheet thickness 220 μm) 1,051.05 0,830.83 C5C5 Exemple 1 (épaisseur tôle 220 μm)Example 1 (plate thickness 220 μm) 11 0,940.94

D’après les courbes des Figures 12 et 13 et le Tableau 2 ci-avant, la boîte boisson selon la présente invention permet de contrebalancer les effets négatifs d’une diminution d’épaisseur de la tôle initiale et donc de la tôle du dôme (boîte boisson C2) sur la pression de retournement et la résistance axiale de la boîte boisson, et de retrouver un bon compromis par rapport aux valeurs obtenues avec la boîte boisson de référence C1, à savoir du même ordre de grandeur pour la résistance à la pression interne et plus de 85% de la résistance axiale.According to the curves of Figures 12 and 13 and Table 2 above, the beverage can according to the present invention makes it possible to counterbalance the negative effects of a reduction in thickness of the initial sheet and therefore of the sheet of the dome ( beverage can C2) on the overturning pressure and the axial resistance of the beverage can, and to find a good compromise compared to the values obtained with the reference beverage can C1, namely of the same order of magnitude for the resistance to pressure internal and more than 85% of the axial resistance.

Il est à noter que les Figures 12 et 13 permettent d’illustrer l’effet synergique de la combinaison entre la diminution du diamètre de l’anneau inférieur, l’élargissement de l’anneau inférieur et la présence de déformations concaves dans l’anneau inférieur. En effet, un compromis satisfaisant entre pression de retournement et résistance à l’effort axial ne peut être obtenu qu’en combinant les trois caractéristiques ensemble. La combinaison de seulement deux éléments entre eux ne suffit pas (voir les courbes C4).It should be noted that Figures 12 and 13 make it possible to illustrate the synergistic effect of the combination between the reduction in the diameter of the lower ring, the widening of the lower ring and the presence of concave deformations in the ring lower. Indeed, a satisfactory compromise between rollover pressure and resistance to axial force can only be obtained by combining the three characteristics together. The combination of only two elements together is not enough (see curves C4).

Claims (9)

Boîte boisson à base d’alliage d’aluminium, de préférence pour boisson gazeuse, comprenant :
- un corps 6 de forme cylindrique ayant un diamètre externe D1 ;
- un fond en forme de dôme concave 1 ayant une profondeur H1 en son centre, un diamètre externe D3 et une partie rectiligne 2 de hauteur H3 ;
- un anneau inférieur convexe 7 ayant un diamètre d’appui D2 et un méplat de largeur L2 ;
- un épaulement extérieur 5 de rayon R1 ;
- un peigne 4 reliant l’épaulement extérieur 5 et l’anneau inférieur 7 ;
caractérisée en ce que l’épaisseur de la tôle du dôme est de 180 à 230 µm, de préférence de 190 à 220 µm ;
et en ce que le diamètre externe D3 du dôme concave 1 est de 36 à 44 mm, de préférence de 37 à 43 mm ;
et en ce que la largeur de l’anneau inférieur L4 est de 3 à 4,5 mm, de préférence de 3,3 à 4 ;mm ;et en ce que l’anneau inférieur comprend des déformations concaves 8, réparties à intervalles réguliers le long de l’anneau inférieur 7.
Beverage box based on aluminum alloy, preferably for carbonated drinks, comprising:
- A body 6 of cylindrical shape having an outer diameter D1;
- a bottom in the form of a concave dome 1 having a depth H1 at its center, an external diameter D3 and a straight part 2 of height H3;
- a convex lower ring 7 having a bearing diameter D2 and a flat of width L2;
- an outer shoulder 5 of radius R1;
- a comb 4 connecting the outer shoulder 5 and the lower ring 7;
characterized in that the thickness of the sheet of the dome is from 180 to 230 µm, preferably from 190 to 220 µm;
and in that the external diameter D3 of the concave dome 1 is from 36 to 44 mm, preferably from 37 to 43 mm;
and in that the width of the lower ring L4 is from 3 to 4.5 mm, preferably from 3.3 to 4 mm; and in that the lower ring comprises concave deformations 8, distributed at regular intervals along the bottom ring 7.
2 .Boîte boisson selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre externe D1 du corps 6 de la boîte boisson est de 50 à 75 mm, de préférence de 55 à 70 mm. 2 . Beverage can according to Claim 1, characterized in that the outer diameter D1 of the body 6 of the beverage can is 50 to 75 mm, preferably 55 to 70 mm. Boîte boisson selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dôme 1 présente au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- un diamètre D2 de l’anneau inférieur 3 de 39 à 47 mm, de préférence de 40 à 46 mm ;
- une profondeur H1 de 7 à 12 mm, de préférence de 8 à 11 mm ; et/ ou
- une partie rectiligne 2 de hauteur H3 de 0 à 6 mm, de préférence de 1,5 à 4 mm.
Beverage box according to any one of the preceding claims, characterized in that the dome 1 has at least one of the following characteristics:
- a diameter D2 of the lower ring 3 of 39 to 47 mm, preferably 40 to 46 mm;
- a depth H1 of 7 to 12 mm, preferably 8 to 11 mm; and or
- a rectilinear part 2 of height H3 from 0 to 6 mm, preferably from 1.5 to 4 mm.
4 .Boîte boisson selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’anneau Inférieur 7 présente au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- une largeur L4 de 3 à 4,5 mm, de préférence de 3,3 à 4 mm ;
- un méplat formant un angle A2 avec l’horizontale en direction de l’axe de symétrie de la boîte boisson de 0 à 10° ; et/ou
- un méplat ayant une longueur L2 de 0 à 2 mm.
4 . Beverage box according to any one of the preceding claims, characterized in that the lower ring 7 has at least one of the following characteristics:
- a width L4 of 3 to 4.5 mm, preferably 3.3 to 4 mm;
- a flat forming an angle A2 with the horizontal in the direction of the axis of symmetry of the beverage can from 0 to 10°; and or
- a flat having a length L2 of 0 to 2 mm.
5 .Boîte boisson selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le peigne 4 présente au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- un diamètre D4 du début de la section rectiligne de 42 à 53 mm ;
- une hauteur H4 du début de la section rectiligne de 1,5 à 4 mm, de préférence de 1,5 à 3,5 mm ; et/ou
- une longueur L1 de la section rectiligne de 0 à 13,5 mm.
5 . Beverage box according to any one of the preceding claims, characterized in that the comb 4 has at least one of the following characteristics:
- a diameter D4 of the beginning of the rectilinear section of 42 to 53 mm;
- a height H4 of the start of the rectilinear section of 1.5 to 4 mm, preferably 1.5 to 3.5 mm; and or
- a length L1 of the straight section from 0 to 13.5 mm.
6 .Boîte boisson selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la portion de liaison entre l’anneau inférieur 7 et la partie rectiligne 2 du dôme 1 comprend un rayon R4 de 1 à 3 mm. 6 . Beverage can according to any one of the preceding claims, characterized in that the connecting portion between the lower ring 7 and the rectilinear part 2 of the dome 1 comprises a radius R4 of 1 to 3 mm. 7 .Boîte boisson selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la portion de liaison entre le peigne 4 et l’anneau inférieur 7 comprend au moins un parmi :
- un rayon R2 de 2 à 4 mm, R2 correspondant au rayon concave, situé dans la portion de liaison entre le peigne et l’anneau inférieur, hors des déformations concaves, avant le rayon R3 décrit ci-après et R4 ; et/ou
- un rayon R3 de 1 à 3 mm, R3 correspondant au rayon convexe, situé dans la portion de liaison entre le peigne et l’anneau inférieur, hors des déformations concaves, entre les rayons R2 et R4.
7 . Beverage can according to any one of the preceding claims, characterized in that the connecting portion between the comb 4 and the lower ring 7 comprises at least one of:
- a radius R2 of 2 to 4 mm, R2 corresponding to the concave radius, located in the connecting portion between the comb and the lower ring, outside the concave deformations, before the radius R3 described below and R4; and or
- a radius R3 of 1 to 3 mm, R3 corresponding to the convex radius, located in the connecting portion between the comb and the lower ring, outside the concave deformations, between the rays R2 and R4.
Boîte boisson selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les déformations concaves 8 présentent au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- une longueur L5 de 1 à 10 mm, de préférence de 1 à 5 mm ;
- un nombre N de 4 à 36, de préférence de 6 à 24 ;
- une largeur L3 de 2 à 4,5 mm, de préférence de 2,5 à 3,5 mm.
Beverage can according to any one of the preceding claims, characterized in that the concave deformations 8 have at least one of the following characteristics:
- a length L5 of 1 to 10 mm, preferably 1 to 5 mm;
- a number N from 4 to 36, preferably from 6 to 24;
- a width L3 of 2 to 4.5 mm, preferably 2.5 to 3.5 mm.
9 .Procédé de fabrication d’une boîte boisson selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes successives suivantes :
- fourniture d’un alliage d’aluminium, par exemple AA3104, par exemple sous l’état métallurgique H14 ou H19, en forme de bande d’épaisseur de 180 à 230 µm, de préférence de 190 à 220 µm ;
- découpage de disques appelés flans dans la bande d’alliage d’aluminium ;
- emboutissage et étirage des flans pour obtenir un corps de boîte boisson, en utilisant des outils adaptés pour former la boîte boisson telle que décrite dans l’une quelconque des revendications précédentes ;
- fabrication d’un couvercle avec un autre alliage d’aluminium, par exemple AA5182;
- assemblage du couvercle et du corps de la boîte boisson pour obtenir une boîte boisson.
9 . Method of manufacturing a beverage can according to any one of the preceding claims, comprising the following successive steps:
- supply of an aluminum alloy, for example AA3104, for example in the H14 or H19 metallurgical state, in the form of a strip with a thickness of 180 to 230 μm, preferably 190 to 220 μm;
- Cutting discs called blanks in the aluminum alloy strip;
- stamping and stretching of the blanks to obtain a beverage can body, using tools adapted to form the beverage can as described in any one of the preceding claims;
- manufacture of a cover with another aluminum alloy, for example AA5182;
- assembly of the lid and the body of the beverage can to obtain a beverage can.
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