FR3096035A1 - 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 5 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 6 ayant un diamètre d’appui D2 et une largeur L1 ;- un peigne 4 reliant le corps 5 et le dôme 1 ;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 D2 de l’anneau inférieur est de 39 à 47 mm, de préférence de 40 à 46 mm ;et en ce que l’anneau inférieur comprend des déformations concaves 9, réparties à intervalles réguliers le long de l’anneau ;et en ce que le peigne 4 comprend, de préférence est constitué de, une section rectiligne 7 et une section courbe 8, la section courbe 8 comprenant, de préférence étant constituée de, une succession de trois rayons R1, R2 et R3. Figure d'abrégé : Fig. 4 FIGURESThe invention relates to a beverage can based on an aluminum alloy, preferably for carbonated drinks, comprising: - a body 5 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 rectilinear part 2 of height H3; - a convex lower ring 6 having a bearing diameter D2 and a width L1; - a comb 4 connecting the body 5 and the dome 1; characterized in that the thickness of the dome sheet is 180-230 µm, preferably 190-220 µm; and in that the diameter D2 of the lower ring is 39-47mm, preferably 40-46 mm; and in that the lower ring comprises concave deformations 9, distributed at regular intervals along the ring; and in that the comb 4 comprises, preferably consists of, a rectilinear section 7 and a curved section 8, the curved section 8 comprising, preferably consisting of, a succession of three spokes R1, R2 and R3. Abstract figure: Fig. 4 FIGURES
Description
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 5, 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 5, 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.
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 boîte 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 pour empiler les boîte boisson, résistance à la pression interne qui peut varier pendant le remplissage de la boîte boisson et pendant le transport et le stockage, résistance à la chute de la boîte boisson après remplissage, 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 numerous problems, which may be, for example, the shape and the mechanical strength of the beverage can (axial resistance for stacking the beverage cans, resistance to internal pressure which may vary during the filling of the can beverage and during transport and storage, resistance to falling of the beverage can after filling, 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 11 à 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 11 to 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 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 psi ou 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 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, which is generally 90 psi or approximately 6.2 bar.
Dans ce contexte de réduction de l’épaisseur de la tôle 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 d’alliage d’aluminium.In this context of reducing the thickness of the 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, even of improve the resistance to internal pressure, despite the reduction in thickness of the aluminum alloy sheet.
Actuellement, les épaisseurs de tôle 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 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, 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 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 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.The technical problem solved according to the present invention is therefore to reduce the thickness of the aluminum alloy sheet used for the manufacture of beverage cans, for example by 5 to 25% compared to what is usually practiced in the field. 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 classic commercial drink can.
Il est à noter que la réduction d’épaisseur de la tôle 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 aluminum alloy sheet used for the manufacture of beverage cans ultimately makes it possible to lighten the beverage cans by 2 to 15%, knowing that the bottom of the beverage can, which maintains the initial thickness of the aluminum alloy sheet, generally represents 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 stabilité et d’empilabilité des boîtes boisson pendant leur transport et leur stockage. 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 l’avantage de limiter l’impact de ces déformations sur la stabilité et l’empilabilité des boîtes boisson.In addition to the resistance to internal pressure, the person skilled in the art is also confronted with problems of stability and stackability of the beverage cans during their transport and storage. 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, has the advantage of limiting the impact of these deformations on the stability and the stackability. drink cans.
Un premier objet de l'invention est une boîte boisson à base d’alliage d’aluminium, de préférence pour boisson gazeuse, comprenant :
- un corps 5 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 6 ayant un diamètre d’appui D2 et une largeur L1 ;
- un peigne 4 reliant le corps 5 et le dôme 1 ;
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 D2 de l’anneau inférieur est de 39 à 47 mm, de préférence de 40 à 46 mm ;
et en ce que l’anneau inférieur comprend des déformations concaves 9, réparties à intervalles réguliers le long de l’anneau ;
et en ce que le peigne 4 comprend, de préférence est constitué de, une section rectiligne 7 et une section courbe 8, la section courbe 8 comprenant, de préférence étant constituée de, une succession de trois rayons R1, R2 et R3.A first object of the invention is a beverage can based on aluminum alloy, preferably for carbonated drinks, comprising:
- A body 5 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 6 having a bearing diameter D2 and a width L1;
- A comb 4 connecting the body 5 and the dome 1;
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 diameter D2 of the lower ring is from 39 to 47 mm, preferably from 40 to 46 mm;
and in that the lower ring comprises concave deformations 9, distributed at regular intervals along the ring;
and in that the comb 4 comprises, preferably consists of, a straight section 7 and a curved section 8, the curved section 8 comprising, preferably consisting of, a succession of three radii R1, R2 and R3.
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.
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.
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 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. 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 life cycle is approximately 6.2 bars (or 90 psi). Also, it is desirable for the reversal pressure to be greater than 6.2 bars. 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.
En ce qui concerne la stabilité et l’empilabilité des boîtes boisson pendant leur transport et leur stockage, il est généralement admis dans le domaine des boîte boisson de boissons, et en particulier de boissons gazeuses, que la hauteur de la boîte boisson ne doit pas dépasser de plus de 2,5 mm la hauteur de la boîte boisson sans déformation.With regard to the stability and stackability of beverage cans during transport and storage, it is generally accepted in the field of beverage cans, and in particular of carbonated drinks, that the height of the beverage can should not exceed the height of the beverage can by more than 2.5 mm without deformation.
Pendant le procédé de remplissage des boîtes boisson, la pression interne subit un cycle en montant d’abord à environ 6,2 bars, puis en redescendant à une pression d’environ 3,5 bars. Ce cycle est décrit à la Figure 13. Le procédé de remplissage exige que la déformation de la hauteur de boîte boisson engendrée par ce cycle soit la plus faible possible. Par exemple, on peut calculer que cette déformation avec la boîte boisson de référence est de 2,3 mm. Et on estime que des valeurs supérieures, par exemple à 2,8 mm, peuvent créer des problèmes de production lors du procédé de remplissage.During the beverage can filling process, the internal pressure is cycled, first rising to approximately 6.2 bar and then falling to a pressure of approximately 3.5 bar. This cycle is described in Figure 13. The filling process requires that the deformation of the height of the beverage can generated by this cycle be as small as possible. For example, it can be calculated that this deformation with the reference beverage can is 2.3 mm. And it is believed that higher values, for example 2.8 mm, can create production problems during the filling process.
Outre la résistance à la pression interne, une boîte boisson est également de préférence résistante au chargement axial lors de l’empilement des boîtes boisson s non-remplies (palletage) et résistante à la déformation lors de la chute des boîtes boisson remplies.Besides resistance to internal pressure, a beverage can is also preferably resistant to axial loading when stacking unfilled beverage cans (palletizing) and resistant to deformation when falling filled beverage cans.
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 bars.
La solution proposée selon la présente invention comprend la combinaison de trois caractéristiques ayant un effet synergique :
- réduction du rayon du dôme et de l’anneau inférieur ;
- ajout de déformations concaves (par exemple des encoches ou des nervures) au niveau de l’anneau inférieur ;
- ajout d’une section courbe comprenant une succession de trois rayons dans le peigne de la boîte boisson.The solution proposed according to the present invention comprises the combination of three characteristics having a synergistic effect:
- reduction of the radius of the dome and the lower ring;
- addition of concave deformations (for example notches or ribs) at the level of the lower ring;
- addition of a curved section comprising a succession of three spokes in the comb of the beverage can.
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 5 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 6 ayant un diamètre d’appui D2 et une largeur L1 ;
- un peigne 4 reliant le corps 5 et le dôme 1 ;
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 D2 de l’anneau inférieur est de 39 à 47 mm, de préférence de 40 à 46 mm ;
et en ce que l’anneau inférieur comprend des déformations concaves 9, réparties à intervalles réguliers le long de l’anneau ;
et en ce que le peigne 4 comprend, de préférence est constitué de, une section rectiligne 7 et une section courbe 8, la section courbe 8 comprenant, de préférence étant constituée de, une succession de trois rayons R1, R2 et R3.A first object according to the present invention is a beverage can based on aluminum alloy, preferably for carbonated drinks, comprising:
- A body 5 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 6 having a bearing diameter D2 and a width L1;
- A comb 4 connecting the body 5 and the dome 1;
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 diameter D2 of the lower ring is from 39 to 47 mm, preferably from 40 to 46 mm;
and in that the lower ring comprises concave deformations 9, distributed at regular intervals along the ring;
and in that the comb 4 comprises, preferably consists of, a straight section 7 and a curved section 8, the curved section 8 comprising, preferably consisting of, a succession of three radii R1, R2 and R3.
De préférence, le diamètre externe D1 du corps 5 de la boîte boisson selon la présente invention est de 51 à 67 mm, de préférence de 55 à 63 mm.Preferably, the external diameter D1 of the body 5 of the beverage can according to the present invention is from 51 to 67 mm, preferably from 55 to 63 mm.
De préférence, le dôme 1 de la boîte boisson selon la présente invention présente au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- un diamètre externe D3 de 36 à 44, de préférence de 37 à 43 mm ; et/ou
- une profondeur H1 de 9 à 13 mm, de préférence de 8 à 12 mm ; et/ ou
- une partie rectiligne de hauteur H3 de 2 à 7 mm, de préférence de 3 à 6 mm.Preferably, the dome 1 of the beverage can according to the present invention has at least one of the following characteristics:
- an outer diameter D3 of 36 to 44, preferably 37 to 43 mm; and or
- a depth H1 of 9 to 13 mm, preferably 8 to 12 mm; and or
- a rectilinear part of height H3 from 2 to 7 mm, preferably from 3 to 6 mm.
De préférence, l’anneau Inférieur 6 de la boîte boisson selon la présente invention présente au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- une largeur L1 de 2 à 5 mm, de préférence de 2,5 à 4,5 mm ; et/ou
- un méplat formant un angle A4 avec l’horizontale vers l’intérieur de la boîte boisson de 0 à 10° ; et/ouPreferably, the lower ring 6 of the beverage can according to the present invention has at least one of the following characteristics:
- a width L1 of 2 to 5 mm, preferably 2.5 to 4.5 mm; and or
- a flat forming an angle A4 with the horizontal towards the inside of the beverage can from 0 to 10°; and or
- un méplat ayant une longueur L4 de 0 à 2 mm.- A flat having a length L4 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 10 mm ; et/ou
- une section rectiligne 7 formant un angle A2 avec l’horizontale de 15 à 40° ; et/ou
- un diamètre D4 du début de la section rectiligne 7 de 46 à 51 mm ; et/ou
- une hauteur H4 du début de la section rectiligne 7 de 1,5 à 3,5 mm ; et/ou
- une longueur L2 de la section rectiligne 7 de 0,5 à 4 mm ; et/ou
- un premier rayon R1 de la section courbe 8 de 2 à 3 mm ; et/ou
- un deuxième rayon R2 de la section courbe 8 de 1 à 3 mm ; et/ou
- un troisième rayon R3 de la section courbe 8 de 1 à 3 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 10 mm; and or
- A rectilinear section 7 forming an angle A2 with the horizontal of 15 to 40°; and or
- A diameter D4 of the beginning of the rectilinear section 7 from 46 to 51 mm; and or
- A height H4 of the start of the rectilinear section 7 from 1.5 to 3.5 mm; and or
- A length L2 of the straight section 7 from 0.5 to 4 mm; and or
- A first radius R1 of the curved section 8 of 2 to 3 mm; and or
- A second radius R2 of the curved section 8 of 1 to 3 mm; and or
- A third radius R3 of the curved section 8 from 1 to 3 mm.
En ce qui concerne la section courbe du peigne, les rayons successifs peuvent être optimisés pour gagner en performances selon les applications envisagées.With regard to the curved section of the reed, the successive radii can be optimized to gain in performance according to the applications envisaged.
De préférence, les déformations concaves 9 de la boîte boisson selon la présente invention présentent au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- une profondeur H5 de 0,1 à 3,5 mm, de préférence de 0,1 à 2 mm ; et/ou
- une longueur L5 de 1 à 10 mm ; et/ou
- un nombre N de 4 à 18, de préférence de 5 à 12 ; et/ou
- un méplat formant un angle A3 avec l’horizontale vers l’intérieur de la boîte boisson de 0 à 10° ; et/ou
- un méplat ayant une longueur L3 de 0 à 2 mm.Preferably, the concave deformations 9 of the beverage can according to the present invention have at least one of the following characteristics:
- a depth H5 of 0.1 to 3.5 mm, preferably 0.1 to 2 mm; and or
- a length L5 of 1 to 10 mm; and or
- a number N from 4 to 18, preferably from 5 to 12; and or
- a flat forming an angle A3 with the horizontal towards the inside of the beverage can from 0 to 10°; and or
- a flat having a length L3 of 0 to 2 mm.
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 sur toute la largeur de 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 over the entire width of the lower ring.
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).
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 du fond, sans tenir compte des étapes ultérieures de raidissement (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 shaping the bottom, without taking into account the subsequent stages of stiffening (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. Ces mesures permettent de tracer une courbe telle que celles présentées en Figures 11 et 12. Sur ces figures, 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 200 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 42 mm. La référence C4 correspond à la boîte boisson C3 mais avec 12 déformations concaves (nervures) dans l’anneau inférieur, ayant une profondeur H5 de 0,87 mm, une longueur de méplat L3 de 1,05 mm et une longueur L5 de 1,6 mm. La référence C5 correspond à la boîte boisson C3 mais avec une section courbe dans le peigne, le peigne ayant un premier rayon R1 de 3,28 mm, un deuxième rayon R2 de 1,05 mm, un troisième rayon R3 de 1,01 mm, un angle de partie rectiligne A2 de 20°, une hauteur H2 de 7,5 mm, une hauteur de début de section rectiligne H4 de 2,48 mm, un diamètre de début de section rectiligne D4 de 47,16 mm et une longueur de section rectiligne L2 de 1,78 mm. Les références C1 à C5 ne sont pas selon la présente invention. Les boîtes boisson C6 et C7 sont des boîtes boisson selon la présente invention (respectivement Exemple 1 et Exemple 2) et correspondent à la boîte boisson C3 mais avec 12 déformations concaves (nervures) dans l’anneau inférieur et une section courbe dans le peigne. Le Tableau 1 ci-après donne les différentes caractéristiques des boîte boisson C6 et C7.To determine rollover pressure, follow the beverage can height, measured from the base of the bottom ring to the top of the beverage can as a function of pressure. These measurements make it possible to draw a curve such as those presented in Figures 11 and 12. In these figures, the reference C1 corresponds to a reference beverage can having a conventional geometry as illustrated in Figure 1 and a sheet thickness of dome of 240 µm. Reference C2 corresponds to a reference beverage can having a classic geometry as shown in Figure 1 but with a dome plate thickness of 200 µm. The support diameter of C1 and C2 is 57 mm. The C3 reference corresponds to the C2 beverage can but with a support diameter of 42 mm. The C4 reference corresponds to the C3 beverage can but with 12 concave deformations (ribs) in the lower ring, having a depth H5 of 0.87 mm, a flat length L3 of 1.05 mm and a length L5 of 1, 6mm. The C5 reference corresponds to the C3 beverage can but with a curved section in the comb, the comb having a first radius R1 of 3.28 mm, a second radius R2 of 1.05 mm, a third radius R3 of 1.01 mm , a straight part angle A2 of 20°, a height H2 of 7.5 mm, a straight section start height H4 of 2.48 mm, a straight section start diameter D4 of 47.16 mm and a length of straight section L2 of 1.78 mm. References C1 to C5 are not according to the present invention. The beverage cans C6 and C7 are beverage cans according to the present invention (Example 1 and Example 2 respectively) and correspond to the beverage can C3 but with 12 concave deformations (ribs) in the lower ring and a curved section in the comb. Table 1 below gives the different characteristics of the C6 and C7 beverage cans.
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 des différents dômes en Conception Assistée par Ordinateur (plans CAO). Les plans CAO ont été importés sous « LS Dyna » via un logiciel de mise en donnée, appelé « LS prepost » développé par la même entreprise. Les conditions aux limites ont été appliquées pour simuler la préforme dans sa globalité. Le calcul a été piloté avec un incrément de flux interne constant, permettant de simuler :
- la pression interne résultante, et
- le déplacement des différents points du dôme sous cette pression interne.
En combinant ces deux variables, il a été possible de traçer la courbe donnant l’augmentation de la hauteur de la boîte boisson en fonction de la pression interne. Les Figures 11 et 12 correspondent à une augmentation constante de la pression interne, jusqu’au retournement du dôme. La Figure 13 correspond à une premier cycle d’augmentation de la pression interne jusqu’à 6,2 bars puis à un deuxième cycle de diminution de la pression interne jusqu’à 3,5 bars. L’augmentation (résiduelle) de hauteur de la boîte boisson est mesurée à ce stade de pression.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 shape of the various domes using Computer Aided Design (CAD plans). The CAD plans were imported under “LS Dyna” via data entry software, called “LS prepost” developed by the same company. The boundary conditions were applied to simulate the preform as a whole. The calculation was controlled with a constant internal flux increment, making it possible to simulate:
- the resulting internal pressure, and
- the displacement of the various points of the dome under this internal pressure.
By combining these two variables, it was possible to plot the curve giving the increase in the height of the beverage can as a function of the internal pressure. Figures 11 and 12 correspond to a constant increase in the internal pressure, until the reversal of the dome. Figure 13 corresponds to a first cycle of increasing the internal pressure up to 6.2 bars then to a second cycle of decreasing the internal pressure up to 3.5 bars. The (residual) height increase of the beverage can is measured at this pressure stage.
Les résultats obtenus en matière de pression de retournement et d‘augmentation de la hauteur de boîte boisson sont donnés dans les Figures 11 à 13 et dans le Tableau 2 ci-après.The results obtained in terms of rollover pressure and increase in the height of the beverage can are given in Figures 11 to 13 and in Table 2 below.
D’après les courbes des Figures 11 à 13 et le Tableau 2 ci-avant, les boîtes boisson selon la présente invention permettent de contrebalancer les effets négatifs d’une diminution d’épaisseur de la tôle (boîte boisson C2) sur la pression de retournement et l’augmentation de hauteur de la boîte boisson, et de retrouver des valeurs équivalentes à celles obtenues avec la boîte boisson de référence C1.According to the curves of Figures 11 to 13 and Table 2 above, the drink cans according to the present invention make it possible to counterbalance the negative effects of a reduction in the thickness of the sheet (drink can C2) on the pressure of turning over and increasing the height of the beverage can, and to find values equivalent to those obtained with the reference beverage can C1.
Il est à noter que les Figures 11 et 13 permettent d’illustrer l’effet synergique de la combinaison entre la diminution du diamètre de l’anneau inférieur, la présence de déformations concaves dans l’anneau inférieur et la présence d’une section courbe particulière dans le peigne. En effet, les valeurs d’augmentation de la hauteur de la boîte boisson ne sont satisfaisantes qu’en combinant les trois caractéristiques ensemble. La combinaison de seulement deux éléments entre eux ne suffit pas (voir les courbes C3 à C5).It should be noted that Figures 11 and 13 make it possible to illustrate the synergistic effect of the combination between the reduction in the diameter of the lower ring, the presence of concave deformations in the lower ring and the presence of a curved section particular in the comb. Indeed, the values for increasing the height of the beverage can are only satisfactory when combining the three characteristics together. The combination of only two elements together is not enough (see curves C3 to C5).
Claims (9)
- un corps 5 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 6 ayant un diamètre d’appui D2 et une largeur L1 ;
- un peigne 4 reliant le corps 5 et le dôme 1 ;
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 D2 de l’anneau inférieur est de 39 à 47 mm, de préférence de 40 à 46 mm ;
et en ce que l’anneau inférieur comprend des déformations concaves 9, réparties à intervalles réguliers le long de l’anneau ;
et en ce que le peigne 4 comprend, de préférence est constitué de, une section rectiligne 7 et une section courbe 8, la section courbe 8 comprenant, de préférence étant constituée de, une succession de trois rayons R1, R2 et R3 formant des ondulations depuis le corps 5 jusqu’à la section rectiligne 7. Beverage box based on aluminum alloy, preferably for carbonated drinks, comprising:
- A body 5 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 6 having a support diameter D2 and a width L1;
- A comb 4 connecting the body 5 and the dome 1;
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 diameter D2 of the lower ring is from 39 to 47 mm, preferably from 40 to 46 mm;
and in that the lower ring comprises concave deformations 9, distributed at regular intervals along the ring;
and in that the comb 4 comprises, preferably consists of, a straight section 7 and a curved section 8, the curved section 8 comprising, preferably consisting of, a succession of three spokes R1, R2 and R3 forming undulations from body 5 to straight section 7.
- une longueur L2 de la section rectiligne 7 de 0,5 à 4 mm ;
- un premier rayon R1 de la section courbe 8 de 2 à 3 mm ;
- un deuxième rayon R2 de la section courbe 8 de 1 à 3 mm ; et
- un troisième rayon R3 de la section courbe 8 de 1 à 3 mm. 5 . Beverage box according to any one of the preceding claims, characterized in that the comb 4 has:
- A length L2 of the straight section 7 from 0.5 to 4 mm;
- A first radius R1 of the curved section 8 of 2 to 3 mm;
- A second radius R2 of the curved section 8 of 1 to 3 mm; And
- A third radius R3 of the curved section 8 from 1 to 3 mm.
- une profondeur H5 de 0,1 à 3,5 mm, de préférence de 0,1 à 2 mm ;
- une longueur L5 de 1 à 10 mm ; et
- un nombre N de 4 à 18, de préférence de 5 à 12. 6 . Beverage can according to any one of the preceding claims, characterized in that the concave deformations 9 have:
- a depth H5 of 0.1 to 3.5 mm, preferably 0.1 to 2 mm;
- a length L5 of 1 to 10 mm; And
- a number N from 4 to 18, preferably from 5 to 12.
- 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. 8 . 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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| FR3096034B1 (en) | 2022-04-29 |
| WO2020229766A1 (en) | 2020-11-19 |
| FR3096035B1 (en) | 2021-05-28 |
| FR3096034A1 (en) | 2020-11-20 |
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Legal Events
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