DE69616579T2

DE69616579T2 - Systeme und verfahren zur herstellung dekoratief geformte behälter

Info

Publication number: DE69616579T2
Application number: DE69616579T
Authority: DE
Inventors: A. Aschberger; R. Gogola; Mark Golding; W. Hartman; A. Harvey; O. Irvine; W. Shore; J. Tang; J. Trnka; O. Wahler; A. Winkless
Original assignee: Crown Cork and Seal Technologies Corp
Current assignee: Crown Packaging Technology Inc
Priority date: 1995-10-02
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2016-09-18
Also published as: CA2233675A1; AU717400B2; AR003716A1; EP0853515B1; ES2163653T3; DK0853513T3; AR003715A1; DE69616578T2; ID17216A; MX9802548A; MX9802549A; PL326036A1; AU2012797A; WO1997012704A1; EP0853515A1; ES2163654T3; DE69614559T2; CN1202842A; PL183247B1; PL326035A1

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen dekorativ gestalteter metallischer Dosen

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verpackungen für Verbraucher und insbesondere auf metallische Dosen wie z. B. aus Stahl oder Aluminium hergestellte Dosen, die zur Verpackung nicht alkoholischer Getränke und anderer Getränke, von Lebensmitteln und Aerosolprodukten in allgemeinem Gebrauch sind.
Metallische Dosen für nicht alkoholische Getränke, andere Getränke und andere Stoffe sind naturgemäß in der ganzen Welt im allgemeinen Gebrauch. Die Technik der Herstellung und der Verpackung metallischer Dosen befindet sich in einer dauerhaften Entwicklung, und zwar als Reaktion auf eine verbesserte Technik, neue Werkstoffe und verbesserten Herstellungstechniken. Andere, die Evolution der Technik antreibende Kräfte in diesem Bereich umfassen Rohmaterialpreise, die Art neuer zu verpackender Stoffe und die Marketingziele der großen Gesellschaften, welche Verbraucherprodukte wie z. B. nicht alkoholische Getränke herstellen und vertreiben.
Es hat seit einiger Zeit ein Interesse an einem metallischen Behälter bestanden, der anders als die standardmäßig zylindrische Dose gestaltet ist, und zwar in einer charakteristischen Weise, welchen einen Teil der Handelsaufmachung des Produkts bildet, oder welche in sonstiger Weise auf den Ursprung oder die Natur des Produktes hinweisen soll. Nach dem besten Wissen der Erfinder hat jedoch niemand eine praktische Technik zur Herstellung solcher irregulär gestalteter Dosen nach Maßgabe eines Volumens und einer Geschwindigkeit bereitgestellt, die erforderlich wären, um solch ein Produkt tatsächlich in den Markt einzuführen.
Aus der Druckschrift U.S.n -A-3,224,239 von Hansson, dieaus der Mitte der sechziger Jahre stammt, sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung pneumatischen Druckes zum Nachverformen von Dosen offenbart. Bei diesem Verfahren wird ein Kolben benutzt, um Druckluft in eine Dose zu pressen, die innerhalb einer Form positioniert ist. Infolge der Druckluft kommt es zu einem plastischen Fließen der Dosenwandung bis sie die Gestalt der Form annimmt.
Eine solche, in dem Hansson-Patent offenbarte Technologie, ist nach Kenntnis der Erfinder niemals mit irgendeinem Erfolg zum Nachverformen von gezogenen und in ihren Wandungen geglätteten Dosen benutzt worden. Ein Grund hierfür besteht darin, dass die in der Wandung der Dose entwickelte Spannung während der Verformung zu Defekten führen kann, die möglicherweise ein Versagen der Dose, z. B. ein örtliches Ausdünnen, eine Spaltung oder eine Rissbildung mit sich bringen. Die Gefahr eines Ausdünnen kann vermindert werden, indem die Wandungsdicke der Dose erhöht wird. Dies würde jedoch dazu führen, dass in solcher Weise gestaltete Dosen prohibitiv teuer würden. Die Gefahr einer Spaltung und einer Rissbildung kann durch ein Verfahren wie z. B. ein Vergüten vermindert werden, welches jedoch mit dem Nachteil einer verminderten Zähigkeit und einer verminderten Widerstandsfähigkeit des Endproduktes gegenüber unsachgemäßer Benutzung verbunden ist. In der EP-A- 0,521,637 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gestaltung von aus drei Teilen bestehenden Dosen wie z. B. Aerosoldosen beschrieben. Die Dose ist in einer geteilten Form eingeklemmt und eine Expansion der Dose wird erreicht indem der Innenraum der Dose mit Luft unter Druck gesetzt wird. Während der Nachverformung vermindert sich die Höhe der Dose indem eine obere Muffe und Klemmteile axial bewegt werden, bis die Klemmteile zur Anlage an einem Abstandhalterring gelangen. Dieses Schließen der Vorrichtung soll ein Verdünnen der Dosenwand vermindern und eine größere Durchmesserexpansion ermöglichen.
Es besteht ein Bedürfnis nach einer verbesserten Vorrichtung sowie einem verbesserten Verfahren zur Herstellung eines zugerichteten metallischen Dosendesigns, welches wirksam und wirtschaftlich ist, welches nicht teuer ist, Insbesondere im Vergleich mit einer Technik, die bisher für diese Zwecke eingesetzt worden ist und wobei die Tendenz zugerichteter Dosen infolge eines Ausdünnens, einer Spalt- oder Rissbildung zerstört zu werden vermindert ist.
Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer zugerichteten metallischen Dose bereitzustellen, welches wirksam und wirtschaftlich ist, welches nicht teuer ist, und zwar insbesondere im Vergleich zu einer bisher für die Zwecke benutzten Technik und bei welchen eine Sicherheit gegenüber inneren Spannungen der Dose gegeben ist, die ansonsten zu einem Ausdünnen, einer Spaltbildung oder einer Rissbildung führen würden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Nachverformen eines hohlen Behälters vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst: Anordnen des Behälterzuschnitts in einer Kammer, die durch eine Form begrenzt wird, wobei die Form drei Teile aufweist; radiales Expandieren des Behälters in auswärtiger Richtung und auf die innere Oberfläche der Form hin unter Benutzung eines Druckfluids innerhalb des Behälterzuschnitts; axiales Bewegen von zweien der Formteile in Richtung auf das dritte hin, ausgehend von einer ersten Position, in der die Teile voneinander durch Spalte beabstandet sind zu einer eine zweiten Position, in der die Spalte zwischen den Formteilen in ihrer Größe vermindert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalte in Richtung auf die Formgebungskammer hin offen sind, und zwar sowohl in der ersten Position, nachdem diese in ihrer Größe vermindert worden ist, so dass die Spalte während des Nachverformens nicht geschlossen sind und eine Spaltung des Behälters aufgrund einer übermäßigen Zugspannung in der Seitenwandung vermieden wird. Ein anderes Verfahren ist durch den Anspruch 15 bereitgestellt.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Dosenkörperzuschnitts oder eines Vorformlings, der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines zugerichteten Dosenkörpers entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine Prinzipansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines zugerichteten Dosenkörpers entsprechend einer bevorzugten Ausführugnsform der Erfindung;
Fig. 4 eine teilweise Querschnittsansicht einer Formeinheit der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung in einer ersten Betriebsphase;
Fig. 5 eine teilweise Querschnittsansicht einer Formeinheit der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung in einer zweiten Betriebsphase;
Fig. 6 ein Schaltdiagramm, welches eine Druckversorgungsvorrichtung für die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung zeigt;
Fig. 7 eine diagrammartige Darstellung einer Vorkompressionsschrittes, der in der in Fig. 3 vorgesehenen Vorrichtung ausgeführt wird;
Fig. 8 eine diagrammartige Darstellung eines Sickenbildungsschrittes bei einem Verfahren, welches entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird;
Fig. 9 eine diagrammartige Darstellung eines Drehschrittes in einem Verfahren, welches entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird und
Fig. 10 eine diagrammartige Darstellung eines Rändelungsschrittes, der als zweiter Schritt durchgeführt werden kann, und zwar entweder bei der zweiten oder der dritten Ausführungsform der oben bezeichneten Erfindung.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugsziffern in allen Ansichten gleich Strukturelemente bezeichnen. Insbesondere zeigen die Fig. 1 und 2 einen Dosenkörperzuschnitt oder einen Vorformling 10 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welcher als zweiteilige Dose ausgebildet ist, welche vorzugsweise nach einem allgemein bekannten Zieh- und Glättungsverfahren hergestellt worden ist. Der Dosenkörperzuschnitt 10 umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwandungsoberfläche 12, einen Boden 14 und eingezogenen oberen Abschnitt 16.
Alternativ kann der obere Abschnitt der zylindrischen Seitenwandung 12 auch gerade ausgebildet sein.
Wie in diesem Technologiebereich allgemein bekannt ist, muss der Dosenkörperzuschnitt 10 nach dem Zieh- und Glättungsverfahren gewaschen sowie anschließend vor der Überführung zu einer Druckmaschine getrocknet werden. Das Trocknungsverfahren wird üblicherweise bei einer Temperatur von ungefähr 250ºF durchgeführt (welches ungefähr 121ºC entspricht). Gemäß einem Aspekt der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird das Trocknen bei einer höheren Temperatur als üblich durchgeführt, um ausgewählte Abschnitte des Dosenkörperzuschnitts 10 zumindest teilweise zu vergüten.
In Fig. 1 ist eine Wärmequelle 18 schematisch dargestellt, welche vorzugsweise einen Teil der Trocknungsvorrichtung bildet, welche jedoch grundsätzlich an jeder Stelle der Vorrichtung angeordnet sein könnte, und zwar vor der Formgebungseinheit. Wie nachfolgend noch im Detail zu erörtern sein wird, ist der Dosenkörperzuschnitt 10 vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, wobei die teilweise Vergütung vorzugsweise bei einer Temperatur durchgeführt wird, die sich im Wesentlichen innerhalb des Bereichs von 375ºF (ungefähr 190,5º C) bis ungefähr 550ºF (ungefähr 288ºC) liegt, wobei ein weiter bevorzugter Bereich von ungefähr 450ºF (ungefähr 232ºC) bis ungefähr 500ºF (ungefähr 260ºC) reicht. Die am meisten bevorzugte Temperatur beträgt ungefähr 475ºF (ungefähr 246ºC). Dies steht im Gegensatz zu einem echten Vergüten, welches bei Temperaturen oberhalb von 650º F (ungefähr 353ºC) durchgeführt wird. Der Zweck dieses teilweisen Vergütens besteht darin, dem Dosenkörperzuschnitt 10 eine ausreichende Verformbarkeit zu verleihen, um diesen zu einer zugerichteten Dose 20 zu verformen, wie sie beispielsweise in der Fig. 2 der Zeichnungen dargestellt ist, wobei eine größere Zähigkeit möglich wäre, falls der Dosenkörperzuschnitt vollständig vergütet wäre. Alternativ kann das teilweise Vergüten eher in einem Ofen durchgeführt werden, wie z. B. dem Ofen einer Lackiervorrichtung oder einer Druckmaschine, als in der Trocknungsvorrichtung.
Alternativ kann der Dosenkörperzuschnitt 10 aus Stahl anstelle von Aluminium hergestellt werden. In diesem Fall würde der bevorzugte Temperaturbereich für eine teilweise Vergütung sich im Wesentlichen innerhalb des Bereichs von 1112ºF (600ºC) bis ungefähr 1472ºF (800ºC) liegen. Die am meisten bevorzugte Vergütung würde bei einer Temperatur von ungefähr 1382ºF (750ºC) durchgeführt werden.
Es wird nunmehr auf die Fig. 2 Bezug genommen, welche eine zugerichtete Dose 20 zeigt, die in einer charakteristischen Weise bedruckt und gestaltet ist, um deren visuelles Erscheinungsbild für Kunden zu verbessern. Wie anhand der Fig. 2 erkennbar ist, umfasst der Dosenkörper 20 einen Boden 26, eine zugerichtete Seitenwand 22, die mit der Maßgabe gestaltet ist, dass sie wesentlich von der standardmäßigen zylindrischen Gestalt des Dosenkörpers abweicht, die z. B. der Gestalt des Dosenkörperzuschnitts 10 entspricht. Die zugerichtete Seitenwand 22 umfasst Bereiche wie z. B. Rippen 30 und Rillen 32, in denen eine Betonung solcher Abweichungen gegenüber der zylindrischen Gestalt wünschenswert sein könnte.
Gemäß einem wichtigen Aspekt der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Bedruckung der äußeren Oberfläche der zugerichteten Seitenwand 22 dahingehend gegeben, dass die Bereiche der Seitenwand hervorgehoben werden, bei denen eine Betonung der Abweichung von der zylindrischen Gestalt wünschenswert ist. Wie anhand der Fig. 2 erkennbar ist, ist eine erste Art einer Bedruckung, bei der es sich um eine helle Farbe handelt, auf der Rippe 30 vorgesehen, wohingegen eine zweite Art einer Bedruckung 36, bei der es sich um eine dunklere Farbe handelt, bei wenigstens einem Teil der Rillen 32 vorgesehen. Durch Bereitstellung einer derart selektiven Bedruckung und dadurch, dass die Bedruckung an die Abweichungen der zugerichteten Seitenwand 22 angepasst ist, kann ein visueller Synergieeffekt erreicht werden, welcher unmöglich alleine durch ein Gestalten der Dose oder ein Bedrucken der Dose erreichbar wäre.
Es wird erneut auf Fig. 2 Bezug genommen, deren zugerichtete Seitenwand 22 auch einen flachen Bereich 28 aufweist, auf welche eine Beschriftung oder ein Etikett aufgebracht werden können, wobei die Dose mittels eines Dosenendes 24 verschlossen ist, welches in herkömmlicher Weise über ein Doppelfalzverfahren aufgebracht wird.
Gemäß den bevorzugten Verfahren wird der Dosenkörperzuschnitt 10 zu einer Druckmaschine gefördert, und zwar nachdem die teilweise Vergütung mittels der Wärmequelle 18 in der Trocknungsstation durchgeführt worden ist, wobei eine charakteristische Bedruckung aufgebracht wird, während der Dosenkörperzuschnitt 10 seine zylindrische Gestalt aufweist. Markierungsstellen können während des Bedruckungsprozesses ebenfalls aufgebracht werden, die dazu benutzt werden können, die Bedruckung an die Konturen der Form während der anschließenden Formgebungsschritte anzupassen, welche im Detail nachstehend beschrieben werden.
Es wird nunmehr auf die Fig. 3 Bezug genommen, in der eine Vorrichtung 38 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist und die dazu bestimmt ist, eine zugerichtete Dose 20 von der Art herzustellen, die in Fig. 2 dargestellt ist. Wie anhand der Fig. 3, 4 und 5 erkennbar ist, umfasst die Vorrichtung 38 eine Form 40, die mit einer Formwandung 46 versehen ist, die einen Formgebungshohlraum 42 begrenzt, der an die gewünschte Fertiggestalt des zugerichteten Dosenkörpers 20 angepasst ist.
Wie prinzipiell in der Fig. 7 dargestellt ist, ist die Form 40 eine solche mit einer geteilten Wandung, wobei die Formgebungswandung 46 sich einwärts erstreckende Abschnitte 48 aufweist, deren Durchmesser geringer als der Durchmesser Db der zylindrischen Seitenwand 12 des Dosenkörperzuschnitts 10 bemessen ist und der durch die gestrichelten Linien der Fig. 7b dargestellt ist. Die Formwand 46 umfasst auch eine Anzahl von sich auswärts erstreckenden Abschnitten, deren Durchmesser größer ist als der Durchmeser Db der Seitenwand 12 des Dosenkörperzuschnitts 10.
Die sich einwärts erstreckenden Abschnitte 48 tendieren mit anderen Worten dazu, die zylindrische Seitenwand 12 des Dosenkörperzuschnitts 10 in Richtung auf die Position 12' hin zu komprimieren, die in Fig. 7b durch die ausgezogenen Linien wiedergegeben ist, wohingegen die Seitenwand 12 des Dosenkörperzuschnitts expandiert werden muss, um an die sich auswärts erstreckenden Abschnitte 50 der Formwand 46 angepasst zu werden. Vorzugsweise behält der Umfang der zylindrischen Seitenwand bei einer in diesem Sinne vorgenommenen Kompression eine konstante Länge auf, so dass der Umfang der zylindrischen komprimierten Seitenwandung 12' die gleiche Länge wie der Umfang der Seitenwand 12 des Dosenkörperzuschnitts 10 aufweist.
Wie am besten in Fig. 3 erkennbar ist, weist die Formeinheit 40 drei Werkzeugteile 82, 46 und 84 auf, welche jeweils einen Halsring, eine Formseitenwand und eine bodenseitige Unterstützung umfassen. Die Werkzeugteile sind voneinander durch Spalte oder "Spaltlinien" 86, 88 getrennt. Zur Erleichterung der Bearbeitung ist die bodenseitige Unterstützung 84 aus zwei Teilen ausgebildet, wobei ein zentral angeordnetes Teil 90 den Boden des Dosenkörpers stützt. Über den Halsring 82 ist eine einfache Unterstützung des eingezogenen Abschnitts des Dosenkörpers gegeben. Diese Komponenten zusammen begrenzen die Kammer oder den Formgebungshohlraum 42, in welchem der Dosenkörper aufgenommen istund zu der gewünschten Fertiggestalt des Dosenkörpers verarbeitet wird, und zwar über eine Blasformgebung. Entlüftungsbohrungen 49 sind vorgesehen, (vgl. Fig. 4, 5) um eingeschlossener Luft während der Formgebung ein Entweichen zu ermöglichen.
Ein Paar von Dichtungs- und Stützringen 92, 94 und ein aus Gummi bestehender Dichtring 96 sind vorgesehen, um den oberen Bereich des Dosenkörpers abzudichten. Ein Bauvolumen sparender Dorn 98 durchdringt den mittleren Bereich der Dichtungs- und Stützringe 92, 94, 96 bis zu einer Stelle gerade oberhalb der bodenseitigen Unterstützung 84. Der Dorn 98 liefert Luft in den Hohlraum eines Dosenkörpers innerhalb des Hohlraumes 42, und zwar über eine zentrale Bohrung 100 und radiale Durchgänge 102. Die Vorrichtung umfasst ferner einen oberen Kolben 104 und einen unteren Kolben 106, welche zusammen eine Kraft auf beide Enden der Dose innerhalb des Formgebungshohlraums 42 übertragen. Der untere Kolben 106 ist aufwärts bewegbar, und zwar durch Versorgung mit Druckluft, die zu dem Kolben über einen Durchgang 108 gelangt. In ähnlicher ist der obere Kolben abwärts bewegbar, und zwar mittels einer Versorgung mit Druckluft, die zu dem Kolben über die Durchgänge 110, 112 gelangt.
Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform steht der Durchgang 110 mit der zentralen Bohrung 100 des Dorns 98 dahingehend in Verbindung, dass der obere Kolben und der Dosenhohlraum eine gemeinsame Druckluftversorgung aufweisen. Die gemeinsame Luftversorgung wird auf den Kolben 104 einerseits und den genannten Hohlraum andererseits im Verbindungsbereich zwischen dem Druckluftdurchgang 112 und der zentralen Bohrung 100 des Dornes verzweigt, und zwar innerhalb des Kolbens 104, so dass Verluste minimiert werden und sowohl der Hohlraum als auch der Kolben mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Strömungsgeschwindigkeit zugeführter Luft zu dem Kolben und dem Hohlraum zu regeln. Der Druck in dem Hohlraum und der Druck auf die Kolben können somit nach Maßgabe gleicher Werte geregelt werden.
Ein schematisches Schaltkreisdiagramm, aus welchem ersichtlich ist, wie Luft zu den Kolben und dem Dosenhohlraum gelangt ist in Fig. 6 gezeigt. In dieser Zeichnungsfigur 6 sind der obere Kolben 104 sowie die Dichtungs- und Stützringe 92, 94 schematisch als einzelne Einheit 114 dargestellt. In ähnlicher Weise sind die bodenseitige Unterstützung 84, 90 und ein unterer Kolben 106 als einzelne Einheit 116 wiedergegeben. Die Einheiten 114, 116 sowie der Halsring 82 sind bewegbar, wohingegen die Seitenwandung des Werkzeugs 46 der Form fest angeordnet ist.
Der Schaltkreis umfasst zwei Druckversorgungen. Mittels einer Druckversorgung 118 wird Druckluft zu dem oberen Kolben 104 und in den Hohlraum der Dose innerhalb des Formgebungshohlraums 42 gefördert. Eine Druckversorgung 120 liefert Druckluft lediglich zu dem unteren Kolben 106.
Die beiden Druckluftversorgungen umfassen Druckregler 122, 124, Speicher 126, 128, Blasventile 130, 132 und Enlüftungsventile 134, 136. Zusätzlich umfasst die untere Druckluftversorgung 120 einen Strömungsregler 138. Wahlweise kann auch die obere Druckluftversorgung 118 einen Strömungsregler aufweisen, obgleich dies nicht als wesentlich angesehen wird, um den Fluss bei beiden Druckluftversorgungen einzustellen. Die Speicher 126, 128 verhindern während des Verfahrens einen hohen Druckverlust.
Üblicherweise wird ein hoher Luftdruck von ungefähr 30 bar in den Dosenhohlraum eingeführt und dazu benutzt, den Deckel der Dose zu bewegen. Der zum Bewegen des bodenseitigen Kolbens 106 benutzte Luftdruck beträgt üblicherweise ungefähr 50 bar, und zwar in Abhängigkeit von der Kolbenfläche. Der Luftdruck innerhalb des Formgebungshohlraums 42 stellt die Kraft bereit, die erforderlich ist, um den Dosenkörperzuschnitt in auswärtiger Richtung zu expandieren - durch diesen wird auch eine unerwünschte Kraft auf den Hals und den Boden der Dose ausgeübt, welche zu einer Längsspannung in der Seitenwandung der Dose führt. Die beiden Kolben werden auf diesem Wege benutzt, um die Oberseite und die Unterseite der Dose zu bewegen und stellen eine Kraft bereit, welche dieser Spannung in der Seitenwandung der Dose entgegenwirkt.
Der Luftdruck, mit dem die Kolben beaufschlagt werden, ist kritisch für die Vermeidung eines Versagens der Dose während der Herstellung, und zwar entweder aufgrund einer Spaltbildung oder einer Faltenbildung. Eine Spaltbildung wird auftreten, falls die Spannung in der Seitenwand der Dose nicht hinreichend durch den Druck des Kolbens ausgeglichen wird, beispielsweise wenn der Druck auf den Kolben zu gering ist. Umgekehrt sollte der Luftdruck nicht so hoch sein, dass sich in der Seitenwand Wellen bilden.
Aus diesem Grund sind vorzugsweise keine Anschläge erforderlich, um den Hub der Kolben zu begrenzen. Falls der Hub begrenzt wäre, könnte die Dose nicht vollständig gegen die Formwand expandieren, bevor die Kolben die Anschläge erreichen. Falls dies auftritt, würde die Spannung in der Seitenwand der Dose nicht mehr durch den Kolbendruck ausgeglichen sein, so dass sich dementsprechend die Gefahr einer Spaltbildung ergibt. Tatsächlich verhindert eine Berührung der expandierten Dose mit der Seitenwand der Form eine weitere Bewegung der Kolben.
Es sollte deshalb beachtet werden, dass der Ausgleich zwischen dem Druck innerhalb des Dosenhohlraumes und dem Kolbendruck vorzugsweise jederzeit während des Formgebungszyklus aufrechterhalten wird, so dass die Geschwindigkeit des Druckanstiegs in dem Hohlraum und hinter den Kolben während dieses Zyklus ausgeglichen ist, insbesondere wenn dis Dosenwandung nachgibt. Die Geschwindigkeit des Druckanstiegs kann über den Strömungsregler 138 geregelt werden oder dadurch, dass die Druckversorgung über die Druckregler 122, 124 eingestellt wird.
Dadurch dass der Druck innerhalb des Dosenhohlraumes gegenüber dem Druck eingestellt wird, der zur Bewegung der Formelemente 82, 46, 84 in Richtung aufeinander zu benutzt wird, kann die Vorrichtung auf eine von drei unterschiedlichen Arten betrieben werden. Durch Minimierung der Druckbeaufschlagung der äußeren Formteile 82, 84 kann die Vorrichtung mit der Maßgabe betrieben werden, dass die Formteile einfach aufeinander zu bewegt werden, ohne dass eine Kraft auf den Dosenkörper ausgeübt wird. Dies wird die Spalte 86, 88 der Formeinheit 40 vermindern, während der Dosenkörper während des Expansionsprozesses in Längsrichtung schrumpft. Dies wird nicht notwendigerweise eine axiale Spannung neutralisieren, die während der Expansion des Dosenkörpers in der Seitenwandung entsteht.
Alternativ wird dadurch, dass ein erhöhter Druck bereitgestellt wird, um die äußeren Formteile in Richtung aufeinander zu zu bewegen, eine leichte Längs- oder Axialkraft auf den Dosenkörper aufgebracht, welche der axialen Spannung in der Seitenwand des Dosenkörpers im Wesentlichen gleichwertig ist, so dass auf diesem Wege eine solche Spannung ausgeglichen wird und der Dosenkörper demzufolge gegenüber einer Schwächung und einer möglichen Spaltbildung geschützt ist. Eine dritte Betriebsart würde darin bestehen, dass ein sogar größerer Druck bereitgestellt wird, um die äußeren Formteile in Richtung aufeinander zu zu bewegen, um eine axiale Kompressionskraft auf den Dosenkörper auszuüben, die größer ist als diejenige, die notwendig wäre, um die Zugspannung der Seitenwand während des Verfahrens auszugleichen. Es wird angenommen, dass vorzugsweise eine nutzbare Druckkraft bereitgestellt werden sollte, vorausgesetzt, dass eine solche Kraft nicht zur Ausbildung von Wellen führt.
Um die Dose zu formen werden zuerst die Blasventile 130, 132 geöffnet. Es ist möglich, zwischen den Öffnungszeiten der Blasventile eine kurze Verzögerung einzurichten, falls dies erforderlich sein sollte, um eine bessere Anpassung zwischen den Kolbendrücken und dem Hohlraumdruck zu erreichen, wobei in diesem Fall eine höhere Geschwindigkeit des Druckanstiegs in dem einen Kreis notwendig sein wird, um dieses Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Eine Verzögerung kann auch benutzt werden, um unterschiedliche Leitungslängen auszugleichen, wobei ein Druckgleichgewicht während der Formgebungszeit beibehalten wird. Die obere Druckversorgung 118 ist auf den Kolben 104 und den Hohlraum verzweigt, und zwar so nahe wie möglich zu dem Kolben 104, wie oben bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
Die Vorrichtung ist mit der Maßgabe ausgebildet, dass spätestens dann, wenn ein jeder der Kolben seinen maximalen Weg zurückgelegt hat, die Dose vollständig neugestaltet ist und die Spalte 86, 88 am Ende nicht geschlossen sind. Ein Schließen der Spalte könnte zu Spaltbildung der Dose führen, und zwar aufgrund einer übermäßigen Spannung in der Seitenwand, nämlich in der gleichen Weise wie bei einer Begrenzung der Bewegung der Kolben vor der vollständigen Expansion. Der sich im Endzustand einstellende Spalt sollte jedoch nicht übermäßig sein, da jedes Kennzeichnungsmittel auf der Seitenwand zu offensichtlich werden würde, obwohl dieses Problem dadurch gedämpft wird, dass scharfe Kanten im Bereich der Teilungslinien entfernt werden.
Sobald das Formgebungsverfahren abgeschlossen ist, wird die Luft über die Ventile 134, 136 evakuiert. Die Entlüftungsventile sind während des tatsächlichen Formgebungsverfahrens naturgemäß geschlossen. Es ist wichtig, dass beide Druckversorgungen gleichzeitig entlüftet werden, da die über die Kolben ausgeübte Druckkraft zum Ausgleich des Hohlraumdruckes (Längsspannung) größer sein könnte als die axiale Festigkeit der Dose, so dass ein ungleichförmiges Entlüften zu einem Zusammenfallen der Dose führen könnte.
Wie am Besten in Fig. 4 erkennbar ist, ist der Dosenkörperzuschnitt 10 vorzugsweise in dem Formgebungsraum 42 positioniert, wobei sein Innenraum in abgedichteter Verbindung mit einer Druckfluidquelle steht, wie oben beschrieben. Wie anhand der Fig. 4 erkennbar ist, ist der Hohlraum 42 dahingehend ausgebildet, dass dem Dosenkörperzuschnitt 10 eine leichte Kompression widerfährt, sobald dieser eingesetzt wird. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Formvorrichtungselemente in Hälften 52, 54 wie in Fig. 4 gezeigt unterteilt sind, die wiederum gespalten sind und um den Dosenkörperzuschnitt herum geschlossen werden können und zwar vor der pneumatischen Expansion des Dosenkörperzuschnitts 10.
Sobald die Formhälften 52, 54 um die zylindrische Seitenwand 12 geschlossen sind, kommt es durch die sich einwärts erstreckenden Bereiche 48 der Formgebungswand 46 zu einer Kompression und einer Vorkompression der zylindrischen Seitenwand 12, und zwar nach Maßgabe von Strecken bis zu dem Betrag Rin, wie in Fig. 7 gezeigt. Nachdem die Form geschlossen und abgedichtet worden ist und ein Druckfluid in den Formgebungshohlraum 46 eingebracht worden ist um den Dosenkörperzuschnitt gegen die Formwand 46 zu pressen, wird der Dosenkörperzuschnitt gezwungen, die gewünschte Fertiggestalt der zugerichteten Dose 20 anzunehmen. Der Zustand der zugerichteten Seitenwandung 22 ist nach dem Schritt in Fig. 5 gezeigt. Bei diesem Schritt wird die zylindrische Seitenwand 12 des Dosenkörperszuschnitts 10 um den Betrag Rout expandiert, welches wiederum schematisch in Fig. 7 gezeigt ist.
Vorzugsweise wird die Vorkompression, die durch ein Schließen der Formhälften 42, 54 gegeben ist, durchgeführt, indem die Seitenwand 12 des Dosenkörperzuschnitts 10 radial einwärts um eine Strecke Rin ausgelenkt wird, welche innerhalb des Bereiches von 0,1 mm bis ungefähr 1,5 mm liegt. Weiter bevorzugt liegt diese Strecke Rin innerhalb des Bereichs von 0,5 mm bis 0,75 mm.
Die Entfernung Rout, um welche die zylindrische Seitenwand 12 radial in auswärtiger Richtung expandiert wird, um die äußeren Abschnitte der zugerichteten Seitenwand 22 zu bilden, liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 0,1 mm bis 5,0 mm. Ein am meisten bevorzugter Bereich für die Strecke Rot liegt zwischen 0,5 mm und 3,0 mm. Am meisten bevorzugt ist ein Wert Rot, von ungefähr 2,0 mm.
Um den Nutzen zu verstehen, der über die Vorkompression der zylindrischen Seitenwand 12 vor dem Expansionsschritt erreicht wird, muss verstanden werden, dass ein gewisser Anteil an Vergütung oder teilweiser Vergütung nützlich sein kann, insbesondere im Fall von aus Aluminium bestehenden Dosenkörpern, nämlich um die notwendige Verformbarkeit für den Expansionsschrift zu erlangen. Je vollständiger jedoch die Vergütung um so geringer fallen die Festigkeit und die Zähigkeit der zugerichteten Dose 20 schließlich aus. Indem die Vorkompression dazu benutzt wird, einen beträchtlichen Unterschied einzustellen zwischen den inneren und äußeren Abschnitten des Musters, welches der fertig gestalteten Dose 20 überlagert ist, wird der Anteil an tatsächlicher radialer Expansion, der notwendig ist, um das gewünschte Muster zu erreichen, vermindert. Dementsprechend wird der Anteil an Vergütung, der notwendigerweise bei dem Dosenkörper 10 durchgeführt werden muss, ebenfalls vermindert. Der Vorkompressionsschritt erlaubt es dann, das gewünschte Muster der zugerichteten Dose 20 mit einem minimalen Vergütungsaufwand und einem dementsprechend minimalen Festigkeitsverlust zu überlagern, so dass die zylindrische Seitenwand 12 des Dosenkörperzuschnitts 10 in diesem Verfahren so dünn wie möglich geformt kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Formwand aus einem porösen Material ausgebildet sein, um Luft, die zwischen der Seitenwand des Dosenkörperzuschnitts und der Form eingeschlossen ist, während des Verfahrens ein Entweichen zu ermöglichen, obgleich Entlüftungsbohrungen wahrscheinlich erforderlich sein werden. Ein solcher Weckstoff ist poröser Stahl, der im Handel über AGA, Leydig, Schweden erhältlich ist.
Zum Zweck der Qualitätsüberwachung und Kontrolle wird der Fluiddruck innerhalb des Formgebungsraumes 46 während und nach dem Expansionsverfahren mittels eines Druckmonitors 69 überwacht, wie schematisch in Fig. 5 gezeigt. Der Druckmonitor 69 ist von herkömmlicher Bauart. Falls sich bei dem Dosenkörper während der Expansion ein Leck einstellt oder falls Unregelmäßigkeiten in dem oberen Bereich oder dem Halsbereich der Dose eine schlechte Dichtung bewirken, wird der Druck des Formgebungshohlraumes in der Formgebungskammer 46 viel schneller als sonst abfallen. Über den Druckmonitor 69 wird dies erkennbar sein und es wird einem Bediener angezeigt, dass der Dosenkörper Defekte aufweist.
Im Fall von aus Stahl bestehenden Dosen könnte der Druck innerhalb der Formkammer groß genug bemessen sein, um dem Dosenkörper ein sickenartiges Muster zu verleihen, bei welchem eine Anzahl sich in Umfangsrichtung erstreckender Rippen auf den Behälter gebildet werden.
Ein zweites Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Dosenkörpers, der in charakteristischer Weise gestaltet ist, um sein visuelles Erscheinungsbild gegenüber Kunden zu verbessern, ist in den Fig. 7 und 9 der Zeichnungen wiedergegeben. Eine dritte Ausführungsform ist in den Fig. 8 und 9 der Zeichnungen wiedergegeben. Sowohl bei der zweiten als auch bei der dritten Ausführungsform wird ein charakteristisch zugerichteter metallischer Dosenkörper hergestellt, und zwar ausgehend von einem Dosenkörperzuschnitt entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Dosenkörperzuschnitt 10, der eine Seitenwandung 12 aufweist, die einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser hat, wobei der Dosenkörperzuschnitt 10 anschließend radial in ausgewählten Bereichen in ausgewählten Ausmaßen verformt wird, um ein Zwischenprodukt eines Dosenkörpers 74 zu erzielen, welches radial modifiziert ist, welches jedoch bezüglich seiner Achse noch symmetrisch ist, wobei anschließend dem Zwischenprodukt des Dosenkörpers 74 ein ausgewähltes Muster mechanischer Deformationen überlagert wird.
Es wird nunmehr die zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden, nämlich eine Sickenbildungsvorrichtung 62 derart, die in diesem Technologiebereich allgemein bekannt ist, die einen Amboss 66 und ein Sickenwerkzeug 64 umfasst. Eine Sickenbildungsvorrichtung 62 wird benutzt, um den Dosenkörperzuschnitt 10 radial zu dem in radialer Hinsicht modifizierten Zwischenprodukt des Dosenkörpers 74 zu verformen, welches in Fig. 9 gezeigt ist. Das Zwischenprodukt des Dosenkörpers 74, welches in Fig. 9 gezeigt ist, weist keine Deformationen auf, die eine axiale Komponente haben und ist im Wesentlichen zylindrisch bezüglich der Achse des Dosenkörpers 74 ausgebildet. Ein Rändelungswerkzeug 76 wird anschließend benutzt, um dem Zwischenprodukt des Dosenkörpers ein ausgewähltes Muster mechanischer Deformationen, hier Rippen und Rillen zu überlagern, so dass es möglich ist, eine zugerichtete Dose 20 von der Art herzustellen, die in Fig. 2 gezeigt ist.
Bei der dritten, in den Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsform wird eine Dreheinheit 68 benutzt, um die zylindrische Seitenwand 12 des Dosenkörperzuschnitts 10 radial zu dem Zwischenprodukt des Dosenkörpers 74 umzuformen. Die Dreheinheit 68 umfasst - wie in dieser Technik allgemein bekannt ist - einen Dorn 70 und eine Gestaltungswalze 72, die dem Dorn 70 gegenüberliegt. Gemäß diesem Verfahren wird der in Fig. 9 gezeigte Rändelungsschritt vorzugsweise auf dem wie vorstehend geformten Zwischenprodukt des Dosenkörpers 74 in einer Weise ausgeführt, die der oben beschriebenen identisch ist.
Alternativ zu dem in Fig. 9 gezeigten Rändelungsschritt kann das Zwischenprodukt des Dosenkörpers 74, welches entweder nach dem in Fig. 7 gezeigten Verfahren oder demjenigen gemäß Fig. 8 hergestellt worden ist, in ein pneumatisches Expansionswerkzeug oder eine Formeinheit 40 der in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Art eingesetzt werden. Das Zwischenprodukt des Dosenkörpers 74 würde dann in einer Art expandiert werden, die derjenigen entspricht, die vorstehend beschrieben worden ist, um zu der zugerichteten Dose 20 zu gelangen.
Bei den zweiten und dritten vorstehend beschriebenen Verfahren wird der Dosenkörperzuschnitt 10 vorzugsweise teilweise vergütet, und zwar unter Verwendung der Wärmequelle 18 während des Trocknungsverfahrens. Vorzugsweise wird dies in einem geringeren Ausmaß als bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt. Vorzugsweise wird die Vergütung bei den zweiten und dritten vorstehend beschriebenen Verfahren bei einer Temperatur durchgeführt, die innerhalb des Bereichs von ungefähr 375ºF (ungefähr 190ºC) bis ungefähr 425ºF (ungefähr 218ºC) liegt. Die unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 beschriebenen Verfahren erfordern auf diesem Wege einen geringeren Vergütungsaufwand als derjenige, der bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel anfällt, welches bedeutet, dass eine stärker zugerichtete Dose 20 möglich ist, und zwar bei einem Gewicht oder einer gegebenen Wandstärke oder dass das Gewicht der zugerichteten Dose 20 im Vergleich zu demjenigen des zuerst beschriebenen Verfahrens vermindert werden kann. Nachteile der zweiten und dritten Verfahren bestehen jedoch in einem größeren Maschinenaufwand und einer größeren mechanischen Komplexität und darüber hinaus in einer erhöhten natürlichen Abnutzung der Dosen, in Auschuss und möglichen Bedruckungsfehlern als Ergebnis zusätzlicher mechanischer Verfahrens- und Behandlungsschritte.
Es versteht sich jedoch, dass obwohl zahlreiche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung in der vorstehenden Beschreibung dargelegt worden sind, und zwar zusammen mit Einzelheiten der Struktur und der Wirkungsweise der Erfindung, dass die Beschreibung lediglich zum Zweck der Darstellung gegeben worden ist und dass Änderungen im Detail, insbesondere betreffend die Gestalt, die Größe und die Anordnung der Teile vorgenommen werden können, und zwar innerhalb der Prinzipien des Gegenstands der Erfindung, so wie diese durch die vollständige Breite der allgemeinen Bedeutung der in den beigefügten Ansprüchen enthaltenen Begriffe ausgedrückt ist. Alternativ beispielsweise kann der Dosenkörperzuschnitt 10 mittels anderer Verfahren hergestellt werden, wie z. B. einem mehrstufigen Ziehverfahren, einem kombinierten Dünnzieh- und Nachziehverfahren oder einem Herstellverfahren, gemäß welchem drei Teile miteinander verschweißt oder verklebt werden.

Claims

1. Verfahren zum Nachverformen eines hohlen Behälters, welches aus den folgenden Schritten besteht:

Anordnen des Behälterzuschnitts in einer Kammer (42) die durch eine Form (40) begrenzt wird, wobei die Form drei Teile (82, 46, 84) aufweist;

Radiales Expandieren des Behälters in auswärtiger Richtung und auf die innere Oberfläche der Form hin unter Benutzung eines Druckfluids innerhalb des Behälterzuschnitts;

Axiales Bewegen von zweien der Formteile in Richtung auf das dritte hin ausgehend von einer ersten Position, in der die Teile voneinander über Spalte (86, 88) beabstandet sind zu einer zweiten Position, in der die Spalte zwischen den Formteilen in ihrer Größe vermindert sind, dadurch gekennzeichnet,

dass die Spalte (86, 88) in Richtung auf die Formgebungskammer hin offen sind, und zwar sowohl in der ersten als auch in der zweiten Position, nachdem diese in ihrer Größe vermindert worden ist, so dass die Spalte während des Nachverformens nicht geschlossen sind und eine Spaltung des Behälters aufgrund einer übermäßigen Zugspannung in der Seitenwand vermieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalte an Stellen der größten Expansion des Behälters angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens ein Ende des Behälters eine Kraft ausgeübt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die über das Druckfluid auf den Innenraum des Behälters ausgeübte Kraft und die, auf das Ende oder die Enden des Behälters ausgeübte Kraft ausgeglichen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile in Richtung aufeinander zu unter Verwendung einer Kraft bewegt werden, die ausreichend ist, eine nutzbare Kompressionskraft auf die Seitenwand des Behälters während des Gestaltungsverfahrens auszubringen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile in Richtung aufeinander zu unter Verwendung einer Kraft bewegt werden die ausreichend ist, die in der Seitenwand des Behälters während des Gestaltungsverfahrens wirksamen Kräfte auszugleichen.

7. Vorrichtung zum Nachverformen eines hohlen Behälters entsprechend dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus

einer Form (40), die drei Teile (82, 46, 84) aufweist, die eine zur Aufnahme des Behälters bestimmte Kammer (42) definieren;

einer Fluidversorgung zur Bereitstellung eines Druckfluids innerhalb des hohlen Behälters, um den Behälter in radial auswärtiger Richtung und auf die innere Oberfläche der Form hin zu expandieren und

Mitteln zur axialen Bewegung von zweien der Formteile in Richtung auf das dritte hin, und zwar ausgehend von einer ersten Position, in der die Teile voneinander durch Spalte (86, 88) beabstandet sind, in Richtung auf eine zweite Position hin, in der die Spalte zwischen den Teilen in ihrer Größe vermindert sind, dadurch gekennzeichnet,

dass die Spalte (86, 88) zu dem Formgebungsraum hin offen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spalte der Form an Stellen einer größten Expansion des Behälters angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, welche ferner Mittel zur Aufbringung einer Kraft auf wenigstens ein Ende des Behälters aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mittel zur Aufbringung einer Kraft zumindest einen Kolben (104, 106) umfassen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Kolben über ein Druckfluid betätigt werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Druckfluid dem Kolben oder den Kolben und dem Innenraum des Behälters entweder unabhängig oder in irgendeiner Kombination zugeführt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine einzelne Druckfluidleitung den Kolben oder einen der Kolben und den Innenraums des Behälters versorgt und in der Nähe des oder innerhalb des Kolbens verzweigt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei eine Berührung des expandierten Behälters mit der Formwand eine weitere Bewegung der Kraftübertragungsmittel verhindert, so dass die Kraftübertragungsmittel den Endpunkt ihrer Bewegung nicht erreichen, bevor der Behälter vollständig nachverformt ist.

15. Verfahren zum Nachverfomen eines Behälterzuschnitts mit Hinblick auf eine zweiteilige Dose, wobei der Zuschnitt eine Seitenwandung und einen einstückig mit dieser ausgebildeten Boden aufweist, zu einer Gestalt, die mit einem oder zwei vergrößerten Bereichen versehen ist, welches durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

Anordnen des Behälterzuschnitts in einer Kammer (42), die durch eine Form (40) begrenzt ist, die drei, voneinander durch Spalte (86, 88) beabstandete Teile (82, 46, 84) aufweist, welche Spalte in Richtung auf die Formgebungskammer hin offen sind und deren jeder sich im Wesentlichen an einer Stelle größter Expansion einer der vergrößerten Bereiche befindet;

Expandieren des Behälterzuschnitts in radial auswärtiger Richtung und auf die innere Oberfläche der Form hin unter Gebrauch eines Druckfluids innerhalb des Behälterzuschnitts und

Bewegen zweier der Formteile in Richtung auf das dritte hin während die Dose expandiert wird.