DE29906170U1 - Verschlußdeckel mit stapelfähigem Seitenspiel - Google Patents

Description

Schmalbach-Lubeca AG .. .. .".J ."..**· 6. April 1999

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Verschlußdeckel mit stapelfähigem Seitenspiel

Die Erfindung betrifft einen Verschlußdeckel aus Blech, insbesondere einen Falzdeckel für Getränkedosen oder dergleichen, mit einem zentralen Deckelspiegel, einem äußeren Falzrand und einer diese verbindenden Kernnut, deren radial innere Kernwand über einen Krümmungsradius in den Deckelspiegel übergeht.

&iacgr;&ogr; Bei einem solchen Deckel hat man bereits in einem im wesentlichen radial innen an den Krümmungsradius angrenzenden ringförmigen Streifenbereich des Deckelspiegels das Material des Deckelbleches zum Fließen gebracht, und zwar so, daß das aus diesem Bereich fließende Material im wesentlichen radial nach außen in den Krümmungsradius ausweicht. Um dies zu erreichen, hat man in diesem Bereich das Material des Deckelbleches zwischen einer senkrecht zur Deckelachse orientierten und einer dazu radial nach außen keilförmig divergierenden Formwerkzeugfläche zusammengepreßt, vgl. PCT/DE93/958 (Schmalbach-Lubeca). Der Divergenzwinkel zwischen den beiden Preßflächen beträgt dabei vorzugsweise zwischen 2° und 15°. Durch diese Maßnahmen wird das Auswölben des Deckelzentrums weitgehend reduziert und die Druckfestigkeit des Deckels insgesamt erhöht. Um eine Form- oder Lageänderung der U-förmigen Kernnut zu vermeiden, kann während des Preßvorgangs mit einem im Querschnitt fingerförmigen Ringhalter zentrierend in die Kernnut eingegriffen werden. Bei Bedarf kann mit diesem fingerförmigen Ringwerkzeug auch ein kontrollierter Streck-Druck etwa parallel zur Achse des Deckels auf den Grund der Kernnut ausgeübt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen metallischen Falzdeckel so weiterzubilden, dass eine Verbesserung der Nasenfestigkeit und eine bessere Stapelfähigkeit der Deckel erreicht wird. Gleichzeitig soll ein ausreichendes Seitenspiel zwischen gestapelten Deckeln sichergestellt werden, so daß auch bei Verarbeiten mit Hochleistungs-Verschließanlagen ein Verklemmen der Verschlußdeckel untereinander beim Entnehmen einzelner aus den im Deckeleinlauf-Magazin gestapelten Deckeln zuverlässig

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vermieden wird. Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 oder 10 gelöst.

Dadurch, daß zusätzlich zu dem gezielten Verdrängen von Blechmaterial aus dem Streifenbereich, und zwar so, daß das verdrängte Material in Richtung nach außen abfließt, eine ringförmig eingeprägte Stufe vor dem Übergang zur tiefen Umfangsnut (Kernnut) eingebracht wird, wird insgesamt in diesem Bereich ein wesentlich höheres Widerstandsmoment gegen

&iacgr;&ogr; Verformungen gewonnen. Dem anstehenden Innendruck der verschlossenen Dose wirkt so ein kompakt geformter Außenrand des Deckelspiegels entgegen, der ein zu frühes Ausbeulen des Deckelkernes zuverlässig verhindert. Die Praxis hat außerdem gezeigt, daß diese Ausbildung der kompakten Deckelgeometrie zu einer geringeren Streuung der Nasenbildungswerte führt, was dem vorgegebenen Minimum des Nasenbildungsdruckes zugute kommt.

Wendet man die Maßnahme einer Verdrängung des Materials radial nach außen auf kleine Deckeldurchmesser mit entsprechend dünneren Blechdicken an, so ergeben sich entsprechend geringere Restdicken an der dünnsten Stelle des in der Dicke reduzierten Bereiches, was einen negativen Einfluß auf das Seitenspiel der Deckel im Stapel haben kann. Auch ihm wirkt zuverlässig die eingeformte Stufe entgegen, da diese zu einem größeren Seitenspiel zwischen jeweils zwei übereinandergestapelten Deckeln führt. Verklemmungen zwischen den Deckeln und damit Störungen auf den Hochgeschwindigkeits-Verschließanlagen werden damit bei dem neuen Verschlußdeckel zuverlässig vermieden.

In der Fertigungspraxis ergeben sich dabei zugleich höhere Fertigungsfreiheiten, insbesondere auf die Gestaltung des in der Dicke reduzierten Streifenbereiches, so daß eine Abstimmung oder nachträgliche Korrektur der Tiefe der Kernnut nicht mehr erforderlich ist.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den den Verschlußdeckel betreffenden Unteransprüchen und die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

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Das Verfahren erlaubt die Ausbildung der zusätzlichen Abstufung vor, nach oder gleichzeitig mit der Dickenreduzierung des Blechmaterials in dem Streifenbereich.

Offenbart ist auch ein Verfahren zum Ausbilden eines &Ggr; Verschlußdeckels, bei dem - ausgehend von einem Deckel mit einem zentralen Deckelspiegel und einer dazu senkrechten Deckelachse, einem äußeren Falzrand und einer diese verbindenden Nut, deren radial innere Wand über einen Zwischenbereich in den &iacgr;&ogr; Deckelspiegel übergeht - das Blech

(a) in einem radial innen an den Zwischenbereich angrenzenden ringförmigen Streifenbereich des Deckelspiegels (6,6a) zwischen einer etwa senkrecht zur Deckelachse orientierten und einer dazu in radialer Richtung nach außen divergierenden Formwerkzeugfläche unter keilförmiger Reduzierung der ursprünglichen Blechdicke zusammengepreßt und das Blechmaterial in diesem Bereich radial nach außen zum Fließen gebracht wird,
und

(b) im radial außen angrenzenden Zwischenbereich (7) ein Dreifach-Krümmungsbereich mit abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten des Bleches liegenden Mittelpunkten der Krümmungsradien eingeformt wird.

Die geringste Dicke (si) des Bleches im Bereich des radial inneren Randes des ringförmigen Streifenbereiches (8) von reduzierter Blechdicke steht in einem festen prozentualen Verhältnis zu der Ursprungs-Dicke (s) des Ausgangsblechs für den Deckel, und zwar unabhängig von der Dicke des Ausgangsmaterials, vorzugsweise zwischen 60% und 80% der Ursprungs-Dicke (s).

Ferner betrifft die Erfindung ein Werkzeug, mit dem sich das neue Verfahren in besonders einfacher und zuverlässiger Weise mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit ausführen läßt.

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Die Erfindung(en) werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispiele erläutert und ergänzt.

Figur 1 zeigt im Ausschnitt einen Teil eines Stapels der neuen Verschlußdeckel in einem nicht dargestellten Deckeleinlauf-Magazin.

Figur 2 läßt das bevorzugte Werkzeug sowie die &iacgr;&ogr; Verfahrensschritte zum Nachformen eines

Verschlußdeckels gemäß Anspruch 1 erkennen.

Figur 3 zeigt im Ausschnitt Einzelheiten des neuen Verschlußdeckels.

Ausgangspunkt ist ein aus Blech geformter Verschlußdeckel, wie er am oberen Ende des Deckelstapels nach Figur 1 gezeigt ist, wobei der Deckel 1 aus einem ebenen zentralen Deckelspiegel 6 und einem Falzrand 2 besteht, die beide über eine in etwa axialer Richtung tief eingesenkte tiefe Nut 3 (anti-peaking bead) miteinander verbunden sind. Der innere Schenkel 5 der Nut 3 ist üblicherweise über einen Krümmungsradius 7a mit Deckelspiegel 6 verbunden, der in Figur 1 bei dem oberen Verschlußdeckel gestrichelt dargestellt ist. Dieser Radius ist im Übergangsbereich 7, zwischen der umlaufenden Nut 3 und einem Streifenbereich 8 vorgesehen, der unten erläutert wird. Der Grund der Kernnut kann halbkreisförmig um den Mittelpunkt 4 gebogen sein, wobei die beiden Schenkel der Kernnut zunächst im wesentlichen zueinander parallel verlaufen, um nach oben zu divergieren.

An den Krümmungsradius 7 grenzt radial innen ein ringförmiger Streifenbereich 8 an, in welchem die ursprüngliche Dicke s des Bleches des Verschlußdeckels durch Verdrängen von Blechmaterial in einer vorbestimmten Weise und auf ein vorbestimmtes Maß si verringert ist. Dieser Bereich ist in Figur 1 mit 9 bezeichnet. Die Art der Verdrängung des Blechmaterials erfolgt so, daß das Material radial nach außen in den Übergangsbereich 7 bzw. den

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inneren Schenkel 5 der Kernnut 3 verdrängt wird, während praktisch kein Material in Richtung radial nach innen, d. h. in den Deckelspiegel 6 fließt. Die Dickenreduzierung ist am radial inneren Rand des Streifenbereiches 8 am größten und nimmt in Richtung radial nach außen stetig und keilförmig ab.

Der Übergangsbereich 7a ist umgeformt, wie dies ebenfalls aus Figur 1 ersichtlich ist. Zu diesem Zweck ist in dem Bereich 7 eine Art Schulter oder Abstufung eingeformt, die dazu führt, daß &iacgr;&ogr; ein ursprünglich angenommener Krümmungsradius 7a eine Dreifach-Krümmung 10 annimmt, wobei die Abstufung 13 die mittlere der drei Krümmungen bildet.

Der Verschlußdeckel kann, wie am oberen Deckel des Stapels nach Figur 1 gezeigt, so ausgebildet sein, daß der zentrale Verschlußspiegelbereich 6 direkt in den ringförmigen Streifenbereich 8 übergeht. Es ist aber auch möglich, wie dies bei den weiteren Deckeln des Stapels nach Figur 1 gezeigt ist, in einem radialen Abstand von dem Streifenbereich 8 über entsprechende Krümmungsradien eine Stufe 14 einzuformen, so daß ein abgesenkter zentraler Spiegelbereich 6a verbleibt.

Die Krümmungsradien Rla,R2a,R3a der drei Krümmungen 11,12 und der Dreifach-Krümmung 10 sind im wesentlichen einander gleich.

Die Vorteile der neuen Formgebung für den Verschlußdeckel sind bereits eingangs im einzelnen angegeben. Sie bestehen einmal darin, daß durch die weitere Versteifung in dem Streifenbereich 8 und dem angrenzenden Krümmungsradius eine wesentliche Verbesserung der Nasenfestigkeit erreicht wird. Durch die Formgebung wird aber auch das Seitenspiel des in Figur 1 mit A^ angedeutet ist, vergrößert, so daß nahezu jede Gefahr einer Verklemmung der Deckel untereinander in dem Stapel im Deckeleinlauf-Magazin ausgeschlossen ist.

Figur 2 veranschaulicht die Verfahrensschritte und die dafür besonders geeigneten Werkzeuge für die Weiterverarbeitung eines Verschlußdeckels.

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Es wird zunächst daran erinnert, daß ausgegangen werden kann von einem Verschlußdeckel, wie er am oberen Ende des Stapels nach Figur 1 dargestellt ist, wobei die innere Kernwand 5 mit dem Deckelspiegel 6 über den gestrichelt dargestellten Krümmungsradius 7a verbunden ist.

Die Vorrichtung umfaßt ein zentrales unteres Prägewerkzeug, das dann, wenn eine Absenkung des Deckelspiegels über die Terrasse 14 gewünscht ist, ringförmig ausgebildet ist. Das

&iacgr;&ogr; Werkzeug 22 weist eine senkrecht zur Deckelachse verlaufende Auflagefläche 24 auf, durch die auch der ringförmige Streifenbereich 8 des Verschlußdeckels bei der Umformung abgestützt wird. Auf seiner Außenseite weist das Prägewerkzeug eine erste an die Auflagefläche 24 angrenzende Krümmung 2 6 mit dem Radius Rl auf, die über eine Schulter 25 mit einer zweiten, gegenüber der ersten sowohl axial als auch radial versetzten Krümmung 27 mit dem Radius R2 verbunden ist. Die Krümmung 27 geht in eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche über, an der sich der innere Schenkel der Kernnut 3 abstützen kann.

Zwei obere konzentrische Prägewerkzeuge 2 0 und 21 sind vorgesehen, die ringförmig und konzentrisch zueinander und zur Achse des Deckels ausgebildet sind und die ggf. auch eine Prägeeinheit bilden können. Das radial innere Prägewerkzeug 2 0 weist eine untere Preßfläche 31 auf, die sich über den ringförmigen Streifenbereich 8 erstreckt und die gegenüber der Auflagefläche 24 des Werkzeuges 22 schwach geneigt verläuft, so daß die Flächen 24 und 31 nach außen zu divergieren und einen keilförmigen Preßspalt bilden. An der radial inneren Kante weist das Prägewerkzeug 20 eine Krümmung 3 0 mit dem Krümmungsradius R4 auf. Das äußere ringförmige Prägewerkzeug 21 weist an seinem unteren Ende eine innere Krümmung 2 8 mit dem Krümmungsradius R3 auf. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Krümmung 28 in die Schulter 25 weist und in den Schulterbereich eingreift, wie dies aus Figur 2 hervorgeht.

Wenn zusätzlich der Deckelspiegel mit einer kreisförmig abgesenkten Terrasse 14 versehen werden soll, ist ein weiteres

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inneres ringförmiges Prägewerkzeug 23 vorgesehen, das auf seiner äußeren unteren Kante eine Krümmung mit dem Radius R6 aufweist, welche mit der Krümmung 29 des unteren Prägewerkzeugs 22 zusammenwirkt, um die Stufe oder Terrasse 14 zu bilden. Erfolgt eine Terrassierung nicht, so entfällt das Werkzeug 23 und die Auflagefläche des Werkzeugs 22 kann sich über den ganzen Deckelspiegelbereich 6 erstrecken.

In Figur 2 sind die Werkzeuge in ihren Stellungen gezeigt, die &iacgr;&ogr; sie einnehmen, wenn der Verformungs- und Prägevorgang sein Ende erreicht. Man erkennt, daß die ursprüngliche Blechdicke s am radial inneren Ende des Streifenbereiches 8 auf die Restdicke d reduziert ist, wobei im Streifenbereich die Restdicke in Richtung radial nach außen zu der Krümmung 11 hin abnimmt.

In Figur 3 ist noch einmal ein Verschlußdeckel in seiner endgültigen Form, und zwar mit abgesenktem Spiegel 6a dargestellt.

Dieser Verschlußdeckel eignet sich besonders für Durchmesser von 40 mm bis 99 mm und insbesondere für Deckel von Getränkedosen im Bereich 50 mm, 52 mm, 57 mm (sog. 201, 202, 206 can ends in US-Format) . Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn unabhängig vom Durchmesser des Deckels und unabhängig von der Ausgangsdicke des Blechmaterials die verbleibende prozentuale Restwanddicke des Blechmaterials in dem Streifenbereich 8 gleich bleibt. In der Praxis haben sich Werte für die verbleibende Restwanddicke des Materials unter Einbeziehung von Toleranzen zwischen 61% und 79% der Ursprungs-Blechdicke als vorteilhaft erwiesen, insbesondere bei Deckeln von 57mm und 52mm Durchmesser bzw. bei Ursprungs-Materialdicken von 0,27mm bzw. 0,224mm. Bei der Dickenmessung ist die vorhandene Lackschicht mit einbezogen. Da die prozentuale Restwanddicke gleichbleibt, ergibt sich, daß bei unterschiedlichen Ausgangsblechen die Restwanddicke unterschiedlich ist.

An den Prägewerkzeugen sind die Krümmungsradien Rl bis R4 vorzugsweise gleich groß. Sie liegen im Bereich zwischen 0,2mm

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und 0,8mm. Bei der terrassenförmigen Ausprägung können bei den dafür benutzten Werkzeugen die Krümmungsradien R5 und R6 von gleicher Größe sein.

Die Breite F der ebenen Auflagefläche 24 wird bei terrassenförmig ausgebildetem Deckelspiegel durch die Differenz der Achsabstände Dl und D5 der Krümmungsmittelpunkte der Krümmungen 26 und 29 bestimmt.

&iacgr;&ogr; Die Breite D des oberen inneren Prägewerkzeugs 20 sollte eingegrenzt werden, wie folgt:

S+R1+R4 ³A &Oacgr; ³A s+Rl+R4 + 0,5 (D1-D5)

mit:

s ursprüngliche Blechstärke
is Rl, R5 Radien der Krümmungen des Werkzeugs 22.

Der in Figur 3 eingezeichnete Abstand H ist, gemessen am unteren Werkzeug 22, der axiale Abstand zwischen der Auflagefläche 24 und der Schulter 25. Dieser beträgt etwa 0,2 mm bis 1,0 mm und sorgt damit für eine Stufenhöhe, die zumindest der Blechstärke entspricht.

Falls eine Terrasse eingeformt wird, so kann deren Höhe T, gemessen zwischen Blechoberseite und Spiegelunterseite, zwischen 0,2 mm und 0,8 mm liegen.

Während die Krümmungsradien Rl bis R3 der Werkzeuge vorzugsweise gleich sind, ergeben sich beim fertigen Deckel nach Figur 3 Krümmungsradien Ria bis R3a, die geringfügig voneinander abweichen können. So können die Radien Ria und R2a zwischen etwa 0,2 und 0,5mm schwanken, während der Radius R3a zwischen 0,2 und 0,6mm liegen kann.

Der Divergenzwinkel zwischen den Flächen 24 und 31 kann zweckmäßigerweise zwischen etwa 2° und etwa 15° liegen.

Die Dickenreduzierung sowie die Einformung der Schulter in den Krümmungsradius können in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen.

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Bei dem gleichen Arbeitsgang kann ggf. auch die Terrassenschulter 14 eingeformt werden. Es ist aber auch möglich, die Bearbeitungsvorgänge beliebig zu kombinieren oder zeitlich nacheinander durchzuführen.

Ein nachträgliches "Planieren" nach dem Schritt der Dickenreduzierung, wie dies in dem PCT-Dokument vorgeschlagen wird, ist bei der neuen Ausbildung des Verschlußdeckels nicht erforderlich. Eine auch nur geringe Aufwölbung (Doming) des

&iacgr;&ogr; Deckelspiegels wird auch so zuverlässig vermieden. Auch die im bekannten Dokument vorgeschlagene Zentrierung der Kernnut mit Hilfe eines Zentrierwerkzeuges kann bei der Herstellung des neuen Verschlußdeckels entfallen, da eine Verklemmung der Deckel untereinander durch das größere Spiel A in jedem Fall ausgeschlossen ist.

Claims (11)

1. Verschlußdeckel (1) aus Blech für Getränkedosen

1. mit einem zentralen Deckelspiegel (6, 6a), einem äußeren Falzrand und einer diese verbindenden tiefen Nut (3) mit einem radial inneren Rand (5), der über einen gekrümmten Übergangsbereich (7) in einen ringförmigen Streifenbereich (8) des Deckelspiegels (6, 6a) übergeht,

2. wobei die Dicke (s) des Deckelblechs in einem radial innen an dem gekrümmten Übergangsbereich (7) anschließenden, ringförmigen Streifenbereich (8) gegenüber den angrenzenden Bereichen auf eine geringere Stärke (s1) reduziert ist;

3. wobei der Übergangsbereich (7) stufig eingeformt ist (13), um im Übergangsbereich (7) zwischen dem innen Rand (5) und dem Streifenbereich (8) ein höheres Widerstandsmoment gegen durch Druck verursachte Verformungen zu erhalten.

2. Deckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich zwischen Nut (3) und dem Streifenbereich (8) das Deckelblech - im Querschnitt gesehen - eine dreifache Krümmung (10) aufweist, mit drei abwechselnd orientierten Krümmungen, die auf entgegengesetzten Seiten des Deckelbleches liegende Mittelpunkte der jeweiligen Krümmungsradien haben.

3. Deckel nach Anspruch 2, wobei die Krümmungsradien (R1a, R2a, R3a) der Dreifach-Krümmung (10) des Deckelbleches im wesentlichen gleich groß sind.

4. Deckel nach Anspruch 2, wobei die Krümmungsradien der Dreifach-Krümmung (10) für Deckeldurchmesser zwischen 40 mm und 99 mm im Bereich zwischen 0,2 mm und 0,8 mm liegen.

5. Deckel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ringförmigen Streifenbereich (8) die Blechdicke über die Streifenbreite in radialer Richtung von innen nach außen keilförmig zunimmt und in die innerste Krümmung (R1a) der Dreifach- Krümmung (10) einmündet.

6. Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die geringste Stärke (s1) des Bleches im Bereich des radial inneren Randes des ringförmigen Streifenbereiches (8) von reduzierter Blechdicke in einem festen prozentualen Verhältnis zu der Ursprungs-Dicke (s) des Ausgangsblechs für den Deckel steht, und zwar unabhängig von der Dicke des Ausgangsmaterials, vorzugsweise zwischen 60% und 80% der Ursprungs-Dicke (s).

7. Deckel nach Anspruch 6, bei dem die geringste Stärke (s1) des Streifenbereichs weniger als die Hälfte der Ursprungs- Blechstärke beträgt.

8. Deckel nach Anspruch 1, bei dem radial innerhalb des Streifenbereichs (8) ein zentraler Terrassenbereich eingeformt ist, der gegenüber dem Streifenbereich um mehr als die Blechstärke (s) abgesenkt ist.

9. Deckel nach Anspruch 8, bei dem eine Ringzone vom Terrassen- in den Streifenbereich überleitet, die einen starken geneigten Wandabschnitt, insbesondere zwischen 60° und 90° gegenüber der abgesenkten Fläche des Terrassenbereichs aufweist und nahe dem inneren Rand des Streifenbereichs verläuft.

10. Werkzeug zum Herstellen des Verschlußdeckels nach Anspruch 1,

a) mit einem ersten Prägewerkzeug (22) mit einer senkrecht zur Deckelachse verlaufenden Auflagefläche (24) für wenigstens den radial äußeren Bereich (F) des Deckelspiegels, an welche Auflagefläche - radial außen - zwei durch eine ringförmige Stufe (25) sowohl in radialer als auch in axialer Richtung gegeneinander versetzte, über Krümmungsradien (26, 27) gekrümmte Formzonen anschließen;

b) mit zwei zueinander konzentrischen Prägewerkzeugen (20, 21), von denen das innere eine der Auflagefläche (24) gegenüberliegende und gegenüber dieser in Richtung zur Deckelachse hin keilförmig konvergierende Preßstempelfläche (31) und das äußere einen in die Stufe (25) zumindest teilweise hineinragende abgerundete Ringnase (28) aufweist.

11. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Abstufung (25) verbundenen Formzonen erste Krümmungsradien (26, 27) haben und die in die Abstufung (25) teilweise ragende Ringnase einen zweiten Krümmungsradius (28) hat, die jeweils gleich groß sind, insbesondere im Bereich zwischen 0,2 mm und 0,8 mm liegen.