专利名称：作为耐压金属包装件的金属罐的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种作为耐压金属包装件的金属罐，如双片薄钢板液化气罐，包括一基本上沿轴向和圆周方向拉伸的压薄侧壁，一在一第一壁-盖过渡区域中连接侧壁的第一端盖，和一在一第二壁-盖过渡区域中连接侧壁的第二端盖，该侧壁包括一从第一壁-盖过渡区域拉伸到第二壁-盖过渡区域的主侧壁部分，其中该主侧壁部分设有基本上沿罐的圆周支承侧壁的侧壁厚度增加的装置，该装置具有优良的耐真空性能。
通常的情况是，在金属罐中，侧壁在其壁-盖过渡区域的厚度大于在主侧壁部分的厚度。
人们一直在努力减小制造金属罐的金属板，特别是钢板的厚度，以节省材料并减少在分配链中的“无用”重量。但罐制造商的消费者，如罐的装填者，不愿意减小液化气罐的壁厚，因为怀疑这种厚度减小的罐的耐真空性能会降低。在有压痕的罐进行装填时，低真空性能增加了罐破裂的风险。
真空性能提高的金属罐是公知的。美国专利US3951296公开了一种壁压薄的容器，包括多个与侧壁的端部间隔开且彼此间隔开的加强肋，以提高侧壁的抗皱折能力，具有提高的耐真空能力。在轴向截面中，肋是梯形形状，具有一平行于侧壁内表面轴向长度为2.36毫米的中心表面，两个楔入表面从侧壁的内表面向加强肋的中心表面倾斜24°角度。这些肋向内突出167微米的距离。已知的肋是通过将一压薄环中的侧壁在一凸模上压薄而形成的，该凸模中沿凸模的纵向轴线彼此间隔开地形成有沟槽。在压薄操作中，侧壁穿过压薄环，从而减小侧壁的厚度并拉长。
这种已知的罐具有令人满意的耐真空性能，但很难在多环压薄工艺中制造。当侧壁在第二个压薄环的作用下拉长时，加强肋从它们形成于其中的各沟槽中出来。必须防止它们的毁坏。
根据本发明，一个目的是提供一种新的罐概念，其中可实现5％等级的相当大的材料和重量节省，而不会不可接受地影响性能，特别是耐真空性能。
根据本发明，提供了一种作为耐压金属包装件的金属罐，包括一基本上沿轴向和圆周方向拉伸的压薄侧壁，一在一第一壁-盖过渡区域中连接侧壁的第一端盖，和一在一第二壁-盖过渡区域中连接侧壁的第二端盖，该侧壁包括一从第一壁-盖过渡区域拉伸到第二壁-盖过渡区域的主侧壁部分，其中该主侧壁部分设有基本上沿罐的圆周支承侧壁的侧壁厚度增加的装置，其中支承侧壁的该装置包括一环形部分，该环形部分中的侧壁厚度大于环形部分之外主侧壁部分的侧壁厚度。
为了这种应用，该环形部分可以考虑同样包括一环形部分，该环形部分中沿圆周有相当多的区域的侧壁厚度大于环形部分外部主侧壁部分中的侧壁厚度。
令人吃惊是，通过仅局部沿其圆周设置一个支承环形部分，例如形成壁的一部分因而与之成一体的加强肋而支承罐壁，就可以大大增强真空性能。仅有一个加强肋的侧壁可以有利地在多环压薄工艺中用多个压薄步骤制造，因为成形的肋不会被下面的压薄步骤损坏。
注意到在欧洲专利EP0122651中得知一种半成品，该半成品在一个环形中心的壁厚大于在侧壁其它部分的壁厚。为获得两个最终产品，在提供一个盖而制成在靠近盖的区域中的壁厚大于其它区域中的壁厚的罐之前，首先横向切开该环形中心部分。在最终产品中，较大的壁厚位于罐壁的壁-盖过渡区域，用盖形成一个凸缘联接。这样获得的罐在它们的壁的主侧壁部分没有圆周肋。
在本发明的一个实施例中，该环形部分基本上沿整个圆周与在第一壁-盖过渡区域与第二壁-盖过渡区域之间一半位置穿过金属罐的一横截面交叉。这样定位的肋向金属罐提供了最佳的耐真空性能。
在一适当的实施例中，该环形部分是从侧壁内表面向内突出到包装件中的圆周肋。这样的优点是包装件的外表面保持原状。
在本发明的一个实施例中，该环形部分的侧壁厚度比主侧壁部分其余部分的侧壁厚度大不超过40微米。当环形部分从包装件的主侧壁伸出超过40微米时，从壁压薄工具中将侧壁脱模就会成问题。例如，在环形部分从包装件的主侧壁突出超过40微米的情况下，从壁压薄凸模中将侧壁脱模就会成问题。
优选地，该环形部分的侧壁厚度比主侧壁部分其余部分的侧壁厚度大不超过30微米。这样就将脱模问题限制在一个可以接受的程度。
更优选地，该环形部分的侧壁厚度比主侧壁部分其余部分的侧壁厚度大不超过20微米。已经发现，向内突出20微米的侧壁的脱模特性大致等于直壁罐的脱模特性。
在本发明的一个实施例中，当在金属罐的纵向剖面观察时，该环形部分包括一侧壁厚度在一轴向距离上恒定的部分。在制造过程中这提供了进一步的优点，即这种金属罐侧壁更容易从壁压薄工具，例如壁压薄凸模中脱模。
此外，在第一端盖与侧壁成一体的情况下，当在金属罐的纵向剖面观察时，从第一端盖开始以距离增加地测量，主侧壁部分的环形部分中的侧壁厚度首先从环形部分外部的侧壁厚度逐渐增加到在轴向距离为D1的截面上环形部分中的最大侧壁厚度，然后从最大厚度减小到在轴向距离为D2的截面上环形部分外部其余主侧壁部分的厚度，该长度D2小于D1。这是针对金属罐侧壁的脱模方向而进行的，并进一步提高了从壁压薄凸模脱模的特性。
在第一端盖与侧壁成一体的情况下有利的是，当在金属罐的纵向截面观察时，从第一端盖开始以距离增加地测量，主侧壁部分的环形部分截面中的侧壁厚度首先从环形部分外部的侧壁厚度逐渐增加到环形部分中的最大侧壁厚度，该截面中，包装件内部的侧壁表面相对于包装件外部的相应侧壁表面楔入的角度在0.01到5°之间。角度范围的下限与环形部分和壁-盖过渡部分之间的现有空间有关。上限代表这样一个角度，在大于它的情况下，将侧壁从壁压薄工具中脱模变得更加成问题。
优选地，该表面以0.01到1°的角度楔入。这样就更好地避免了脱模问题。
更优选地，该表面以0.01到0.25°的角度棒入。这样其脱模特性基本上等于直壁罐的脱模特性。
此外，根据本发明的罐壁可由常规的拉拨和壁压薄工艺制造。
本发明还体现为形成本发明金属罐壁的方法，其中在成形过程中，壁由一凸模支承在面向包装件内部的壁侧面上，而在成形过程中它与一成形模在其另一侧接触，其特征在于，使用了一个成形凸模，在其工作表面上有一对应于该突起的空腔。
最后，本发明还体现为一个具有一空腔的凸模，在使用时该空腔在根据本发明方法的壁部分中容纳和形成该突起。
下面用附图对本发明作详细描述，其中
图1表示罐体的部分透视的纵向剖视图，示出向内突出的厚壁部分；图2表示通过罐体中心线的纵向剖视图，示出表示尺寸符号的一向内突出厚壁部分；图3表示测试的几个罐的实际尺寸；图4表示对于不同的罐类型所施加的真空与塌陷力之间的关系；图5表示在本发明方法中使用的硬质合金凸模的尺寸；图6表示在本发明方法中使用的钢凸模的尺寸。
为了调查，在可购买的制罐机上生产了三种类型的罐-具有壁厚为0.15毫米的直壁的第一种类型的已知罐。
-根据本发明的第二种类型罐，见图2，壁厚为0.15毫米，中间壁台阶为0.02毫米×40毫米，即H1＝44毫米，H2＝52毫米，H3＝92毫米，H4＝96毫米以及X1＝0.170毫米。
-根据本发明的第三种类型罐，见图2，壁厚为0.15毫米，中间壁台阶为0.03毫米×20毫米，即H1＝50毫米，H2＝62毫米，H3＝82毫米，H4＝88毫米以及X1＝0.180毫米。
-市场上可购买的第四种类型罐用作参考，具有壁厚为0.167毫米的直壁。
为了测试，使用T57包装钢等级的罐和参考罐。这是商业上向市场供应用于制造这种罐的正常材料。
在两个阶段中制造五百个试验杯第一次拉拨在一单独的杯突压力机上完成。
第二次拉拨在一单独的杯突压力机上完成，到达45毫米的最终直径。
对于第一种类型的罐，使用直径44.917毫米的凸模。之后对该凸模进行再研磨，用于具有0.02毫米×40毫米的台阶的第二种类型罐，同时将公称直径变为44.913毫米。
对于台阶为0.03毫米×20毫米的第三种类型罐，制造了一个新的工具钢凸模。
第二种和第三种类型的罐设有向内突出的厚壁部分。这样的优点是，包装件的外表面保持原状。
将在冲压步骤的前面和后面的过渡区域长度选择成各不相同。这是针对罐的脱模方向而进行的。
表1表示所用的压薄模
所有的罐都在同一制罐机上对壁进行压薄拉延。
X1＝0.170毫米的第二种测试罐的脱模特性大致等于直壁罐。在X1＝0.180毫米的第三种罐上会发生一些脱模问题。其原因是台阶尺寸的不同以及工具钢凸模的使用，这提高了摩擦力。
用厚度扫描仪制作了不同类型罐的壁厚轮廓。还在第三模后面测量具有台阶的罐的壁厚轮廓，从而检查通过在第四模中减小罐而改变壁厚的效果，见图3和表2。
表2 测量的厚度
从图3和表2中可以得出结论，不同类型罐之间的壁厚大致相等。台阶厚度分别为22到28微米。没有由于第四模操作而引起的可测量的台阶中的材料移动。
对于每种罐都用测力计测试真空性能。在罐高度中部根据本发明的测试罐厚度较大的局部环形壁部分，垂直于罐中心线施加一力，下面称作T形力。对罐减压到不同的真空水平。对于每个真空水平，通过提高T形力测试十个罐。图5中概括了结果。
图5中的每个点代表10次测量的平均值。从第二和第三类型罐开始的一些罐，是通过在壁较薄的罐高度的四分之一处施加力而测试的。
从这些结果可以得出结论，根据本发明的第二种罐的真空性能大致等于参考罐的性能。这意味着根据本发明的局部壁厚增加确实提高了真空性能。很清楚的是，厚壁的长度对于提高真空性能也起了一定作用。
根据本发明，现在可以通过如此处公开的沿其圆周向罐壁提供支承装置如支承厚部，而不损失真空性能地降低用于液化气罐的包装钢材。
权利要求
1.作为耐压金属包装件的金属罐，包括一基本上沿轴向和圆周方向拉伸的压薄侧壁，一在一第一壁-盖过渡区域中连接侧壁的第一端盖，和一在一第二壁-盖过渡区域中连接侧壁的第二端盖，该侧壁包括一从第一壁-盖过渡区域拉伸到第二壁-盖过渡区域的主侧壁部分，其中该主侧壁部分设有基本上沿罐的圆周支承侧壁的侧壁厚度增加的装置，其特征在于，支承侧壁的该装置包括一环形部分，该环形部分中的侧壁厚度大于环形部分之外主侧壁部分的侧壁厚度。
2.根据权利要求1所述的罐，其特征在于，该环形部分基本上沿整个圆周与在第一壁盖过渡区域与第二壁-盖过渡区域之间一半位置穿过金属罐的一横截面交叉。
3.根据权利要求1或2所述的罐，其特征在于，该环形部分是从侧壁内表面向内突出到包装件中的圆周肋。
4.根据前述权利要求中任一项所述的罐，其特征在于，该环形部分中的侧壁厚度比主侧壁部分其余部分的侧壁厚度大不超过40微米，优选地不超过30微米，更优选地不超过20微米。
5.根据前述权利要求中任一项所述的罐，其特征在于，当在金属罐的纵向剖面观察时，该环形部分包括一侧壁厚度在一轴向距离上恒定的部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的罐，其特征在于，当在金属罐的纵向剖面观察时，从第一端盖开始距离增加地测量，主侧壁部分的环形部分中的侧壁厚度首先从环形部分外部的侧壁厚度逐渐增加到在轴向距离为D1的截面上环形部分中的最大侧壁厚度，然后从最大厚度减小到在轴向距离为D2的截面上环形部分外部其余主侧壁部分的厚度，该长度D2小于D1，其中第一端盖与侧壁成一体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的罐，其特征在于，第一端盖与侧壁成一体，当在金属罐的纵向截面观察时，从第一端盖开始距离增加地测量，主侧壁部分的环形部分截面中的侧壁厚度首先从环形部分外部的侧壁厚度逐渐增加到环形部分中的最大侧壁厚度，该截面中，包装件内部的侧壁表面相对于包装件外部的相应侧壁表面楔入的角度在0.01到5°，优选地是0.01到1°，更优选地是0.01到0.25°。
全文摘要
本发明涉及一种适于形成一部分耐压金属包装件的金属罐，其包括与具有基本上一个主壁厚的壁相邻的底部和顶部，该壁设有厚度大于其余壁的环形部分以增加侧壁强度。
文档编号B65D8/20GK1436144SQ01811281
公开日2003年8月13日 申请日期2001年6月14日 优先权日2000年6月16日
发明者克内里斯·M·J·魏杰斯, 弗雷德里克·约恩克 申请人:克里斯塔尔公司