DE6751230U - Bei hohem innendruck verwendbare duennwandige metallbuechse - Google Patents

Description

J.B. GÄBRXELS s.F.K.L·., Koekeiberg - Brüssel

•Bei hohem Innendruck verwendbare dünnwandige Metallbüchse".

Die Erfindung beschäftigt sich mit dünnwandigen Metall- ^üchäen oder Metallbehältern, welche zur Aufbewahrung und zur Abgabe von Bier oder anderen kohlesäurehaltigen Getränken unter JDruck bestimmt sind.

Die Abgabe von Getränken unter Druck erfordert wesentlich grössere Büchsen als die Bier- oder Getränkebüchsen, welche •lediglich als Ersatz für Flaschen vorgesehen sind. So haben dex^a^tige Büchsen beispielsweise eine Höhe von 225 mm und einen : Durchmesser von etwa 155 mm, wodurch sich ein Fassungsvermögen 4 Von etwa 4 Liter ergibt. Bei gleichem Druck ist daher die auf die Wandungen des Behälters ausgeübte Kraft wesentlich grosser als bei einer normalen Bierbüchse, die im allgemeinen höchstens 1 Liter Flüssigkeit enthält.

Während bereits der Anfangsdruck relativ hoch ist, ergibt sich bei jedem Anstieg der Umgebungstemperatur infolgedessen ein wesentlicher Anstieg des Innendruckes- Die Bedeutung dieses Problemes ist noch um so grosser, als die Metallbüchsen oder -behälter, von denen hier die Rede ist, Innendrücken widerstehen müssen, welche sich beispielsweise aus der bei der

Pasteurisation herrschenden Temperatur zwischen 50 und &S^PC ergeben. Ausserdem können derartige Temperaturen ebenfalls auch zufällig erreicht werden, wenn die Behälter in Räumen oder an Stellen gelagert werden, welche relativ überheizt sind.

So hat man bereits Temperaturen zwischen 5Ö und B0"C insbesondere in den Kofferräumen von Kraftfahrzeugen, in Räumen» deren Fenster nach Süden gelegen waren und deren Scheiben regelrechte Linsen bildeten, welche die Sonnenstrahlen auf die Metall behälter konzentrierten, und an anderen Stellen, an denen derartige Büchsen gelagert wurden, festgestellt.

Ganz allgemein lässt sich durch die bisher bekannten technischen Verfahren und die herkömmlichen Metall-legierungen bei vertretbaren Blechstärken von 0,32 mm für den Büchsenmantel und von 0,60 nun für die Büchsenböden keine ausreichende Festig-Jceit erreichen» es sei denn für Innendrücke in einer Grössen-

Ordnung von näximal 4 kg/cm .

als Lösung die Verwendung dickerer Bleche vorschlagen, doch ist dies aus wirtschaftlichen und technischen Gründen nicht vertretbar. Hierbei darf man zunächst nicht vergessen, dass bei industrieller Herstellung das Rohmaterial den Gestehungspreis derartiger Metallbüchse oder —behälter wesentlich beeinflusst. Ausserdem darf man nicht ausser acht lassen, dass der Fabrikationsrhythmus, die Werkzeuge und die Erhaltung des Haschilsenparkes die Innehaltung gewisser Grenzen in den Blechstärken erfordern.

Aus all den eingibt sich,, dass weder» die bisher· bekannte Stahlsiischungen noch die herJcSranlicheii Produktions einrichtungen eine industrielle Fertigung einer* Metal !buchse oder eines Metall

behä'Xters mit den allgemein zulässigen geringen Wandstärken bei ausreichender Festigkeit ermöglichen, um unter Beachtung aller von den Brauereien geförderten Sicherheitsgarantien und ohne £wangsl<iu£ige Aufbewahrung der Büchsen im Kühlschrank ±n derartigen Büchsen EiSi? aufbewahren und «at«** Druck aus ihnen Bier Üzapfferi zu können.

Während «die Herstellung des liäntels. derartiger zylindrischer Büchsen aus versinnteia Blech »it elfter Stärk« von etwa 0,32 min keinerlei Schwierigkeiten ergibt_? da dessen Festigkeit hierfür vollkommen ausreicht, so trifft dies für die Büchsenböden nicht zu. Es ist allgemein bekannt, dass diese BSSen die schwachen Punkte des Behälters bilden und jeder ubermäsöige Anstieg im Innendruck eine Auswölbung der Boden hervorruft, wobei die Verbindungsnähte mit dem Mantel zerstört werden können,, sodsss der Inhalt ausläuft- sshle-Ght uiffi hrtj.

Ausserdem lässt sich aber aus Gründen der Fertigung

i und aus wirtschaftlichen Gründen die "Verwendung grösserer | Blechstärken für die Büchsenböden nicht vertreten. Daraus ergibt sich, dass bei dem heutigen Stande der Technik auf dem Gebiete der Herstellung derartiger Metallbehälter keine Bleche ; zu finden sind, welche für eine rationelle Fertigung der Böden von Behältern geeignet sind, die den vorgenannten Innendrücken widerstehen können.

Die Aufgabe der Erfindung geht daher dahin, ein Blech zu schaffen, welches die industrielle Fertigung derartiger* MeteilMichsen nit: einem Fassungsvermögen von etwa U Liter laittels normaler· Werkzeuge und !Maschinen unter» ■wirtschaft-''!ich ve3rt3?et3>a3?en Bedingungen ges"fcairtet, deren Gestehungspreis dem

Preis sehr nahe kommt, welcher sich bei der Verwendung bisher üblicher Bleche ergibt, obwohl die Eehälter wesentlich druckfester sind.

Zum Zweck jede Verwirrung zu vermeiden sind zwei erfindungsgemässe Metallbehälter unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben worden; hierin zeigen:

Abbildung 1 in zersprengte? Ansicht und in Diametralschnitt die drei den Behälter bildenden Teile;

Abbildung 2 in halber Seitenansicht und in halbem Radialschnitt, den Behälter gemäss Abbildung 1 nach der Montage.

In diesen Abbildungen stellt 1 den — in diesem Fall zylindrischen - Körper dar; 2 und 3 stellen die Böden dar, auf welche sich der Gegenstand der vorliegenden Efindung besonders bez ieht.

Erfindungsgemäss wird diese Steigürung der Druckfestigkeit bzw. der Widerstandsfähigkeit nicht durch eine grössere Blechstärke für die Büchsenboden erreicht, sondern vielmehr durch eine beträchtliche Erhöhung der Elastizitätsgrenze dieser Bleche.

Dies scueint auf den ersten Blick einfach, stellt jedoch in Wirklichkeit zur sehr schwer lösbare Probleme, da man bis zum heutigen Tage noch nich in der Lage istj Weissblech herzustellen, welches nach dem Walzen und Ausglühen eine hohe

Elastizitätsgrenze von etwa UO kg/mm erreicht und nach den bex. nten Verfahren mit den bekannten Werkzeugen zu Büchsen verarbeitet werden kann. Andererseits ist auch der Zuschlag von härtenden Elementen zum Stahl in den zur Erreichung dieser hohen Elastizitätsgrenze erforderlichen Mengen nicht vereinbar mit

den t~orderungen _s welche an derartige Büchsen für die Konservierung von Nahrungsmitteln und insbesondere von Bier gestellt werden müssen.

So ist es allgemein bekannt, dass die Korrosion einer Konservenbüchse durch die in ihr enthaltenen Nahrungsmittel nicht nur von der Qualität und der Stärke des Zinnüberzuges abhängt3 sondern auch von der Zusammensetzung und der Art des eigentlichen Büchsenbleches.

Entsprechend der durch nationale und internationale Normen sanktionierten Praxis wird das für die Konservenindustrie verwendete Weissblech im wesentlichen aus normalen Flussstahl hergestellt, für dessen Mischung die die Korrosion begünstigenden härtenden Elemente wie Si, C, Mn mengenmässig vorgeschrieben oder wenigstens begrenzt sind. P, iö und Cu sind wohl erlaubt, doch ergibt sich aus dem Vorhandensein dieser Elemente für das Fertigprodukt keine hohe Elastizität bei gleichzeitiger ausreichender Dehnfähigkeit. Man kennt allerdings auch Bleche, bei denen eine hohe Elastizitätsgrenze durch im Anschluss an das Glühen ausgeführte Walzbehandlung erreicht wird, was jadoch die Dehnfähigkeit derart herabsetzt, dass sie vollkommen unzureichend ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die deutsche Patentschrift 1.24.7.362 hingewiesen, welche ein Blech beschreibt, welches bei einer Elatizitatsgrenze von

44.4 kg/mm nur eine Dehnung von 10^ bei einem Prüfstruck von 5,08 cm besitzt.

Insbesondere sieht daher die Erfindung die Verwendung eines kaltgewalzten und anschliessend geglühten Bleches für die Herstellung der B6den bei der industriellen Fertigung von

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büchsen oder -behältern vor, welche einen hohen Innendruck aushalten sollen und insbesondere derartiger Metallbüchsen oder -behälter zylindrischer Form mit angefalzten Böden und einem Fassungsvermögen von 3-4 Liter einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, im allgemeinen Bier, wobei dieses Blech eine Mindest

-elastizitätsgrenze von hO kg/mm und eine Mindestdehnung von 20% aufweisen soll und aus einem nicht besonders weichen Stahl hergestellt ist, welcher neben geringen Mengen der üblichen zu seiner Härte beitragenden Elemente wie C, Si und Mn eine derartige Menge an Nb enthält, um im kaltgewalzten und enschliessend geglühten Fertigprodukt die gewünschte Elastizitätsgrenze zu erreichen, wobei die Verwendung dieses Bleches mit der Verwendung eines Schutzlackes kombiniert ist.

Man sieht daraus, dass zur Lösung des speziellen Problemes die Erfindung gleichzeitig zu drei Mitteln Zuflucht genommen hat, und zwar:

-Verminderung der Bedeutung der die Korrosion begünstigenden Härtezusätze;

- Anhebung der Elastizitätsgrenze nach dem Kaltwalzen und Glühen durch einen wesentlichen Zusatz von Nb unter Wahrung der Fähigkeit, dieses Blech falzen zu können;

- Vervollständigung der Korrosionsfestigkeit durch Verwendung einer Schutzlackschicht.

Die erfindungsgeüidsse Stahl besteht aus:

P O,040% maximal

Mn 0,65" - 0,950 %

C 0,060 - 0,100 %

Si 0,200 - O₅HOO %

Al mindestens 0,020 %

Nb etwa 0,020 %, zwischen 0,010 und 0,030 % siaximal

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Der Fachmann dürfte keinerlei Schwierigkeiten haben, die Elastizitätsgrenze und die Dehnung dadurch *zu beeinflussen, dass er diese Elemente in den spezifizierten Grenzen variiert.

Selbstverständlich lä'sst sich erfindungsgemäss Nb auch durch andere Elemente ersetzen, welche wie diese fähig sind, eine strukturelle Härtung durch Ausbildung von Kohlenstoffverbindungen, Stickstoffverbindungen oder Stickstoff-Kohlenstoffverbindungen hervorzurufen. Das Element Nb wurde jedoch speziell aus dem Grunde unter all diesen dafür geeigneten Elementen ausgewählt, weil es am preiswertesten und am leichtesten anzuwenden ist.

Es konnte festgestellt werden, dass zylindrische Metall· büchsen von 2 25 mm Höhe und 155 mm Durchmesser,d.h. mit einem Fassungsvermögen von 4,2 5 Liter, deren Mantel aus vezzinntem Blech in einer Stärke von 0,3 2 mm und deren Böden aus einem Stahlblech der vorgenannten Zusammensetzung in einer Stärke von 0,60 mm hergestellt wurden, einem aussergewöhnlich hohen Innen-

druck von 6 kg/cm ohne jegliche schädliche Verformung ausgezeichnet widerstanden, wobei diese Metallbüchsen einer Temperatur von 60⁰C ausgesetzt wurden. Die Prüfbehälter enthielten unter

Kohlesäuredruck stehendes Bier. Sobald der Behälter und sein Inhalt auf Raumtemperatur abgekühlt waren, konnte des Bier unter ¹UCk abgezapft werden, und zwar .unter vollkommen normalen Um-

^₁? ^standen pis zur völligen Entleer-img. Derartige ^;VeY|uche würdeni \ ^mehrere hundert mal durchgeführt und das Resultat war stets das) Gleiche.

Die Analyse des für diese Probebüchsen verwendeten Bleches ergab:

P 0,028 %

Mn 0,85 %

S 0,030 %

C 0,083 %

Si 0,320 %

Al 0,059 %

lib 0,02i6 %

_M ., _%_ lg

Rest Fe VLXiU libXlChS Verunrei η ΐ piing&il·.

Das verzinnte Blech besass folgende Eigenschaften: Elastizitätsgrenze 41,7 kg/mm²

Bruchlast 53_a2 k

Dehnung 24,4 %

Härte R 30

Ericksen 8,4.

Es zeigt sich also, dass sowahl der Dehnungswert V7ie der Ericksen-Wert wesentlich höher liegen als bei den bekannten Weissblechen gleicher Elastizität? renzen, d.h. der "Temper 6"-Bleche der amerikanischen Klassifizierung.

Claims (2)

P A ζ/, *ι 3 07Λ^ι η τη γ.γ\.34 !do/* ι!, d-bb

1.- Bei hohem Innendruck verwendbare dünnwandige Metallbüchse, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Böden der im übrigen in üblicher Weise hergestellten Büchse aus einem kaltgewalzten, hochelastischen ,nicht extraweichen und durch Glühbehandlung rekristallisierten Stahlblech bestehen und der verwendete Stahl neben den üblichen, seine Härte bestimmenden Zuschlagen wie C, Si, Mn, P und eventuell Cr, Cu, N2A1 mit Unreinheiten eine beträchtliche Menge an Nb enthält.

2.- Metallbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j dass der für die Herstellung der Büchsenböden verwendete Stahl 0,015 bis 0,050% an Nb enthält.

3.-Metallbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnei dass das für die Büchsenböden verwendete Blech seine Rekristallisatiönsglühung in einem Hauben-Glühofen erfahren hat.

ι*»- Metallbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichm dass da@ für die Büchsenbo'den verwendete, aus Kohlenstoffstahl mit Nb-Zusatz bestehende und in herkömmlicher Weise heissgewalzte, kaltgewaltze, in einem Hauben-Glühöfen zwecks Rekristallisiefrimg geglühte und einer Skin-pass-Behandlung ausge-

2 setzte Blech eine obere Elastizitätsgrenze von 35 kg/mm und eine obere Streckgrenze; von 20% aufweist %

5.= Metallbüchse nach Ansprucli 1, dadurch gekennzeichnet, dass der für die beiden Boden aus kaltgewalztem hochelastischem Stahlblech verwendete Stahl folgende Zusammensetzung aufweist:

■")

P O₅O¹IO % maximal

Mn O₁ ^1-O- 1,500 %

C 0,050 - 0,200 %

S ^ 0_s030%

«* O₉250 - Ο,ΗΟΟ % Al 0,040 - 0,100 % Nb 0,01S - 0,050 % Cu 0 - O₅UOO % Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

6_k- Für di€ Herstellung der Boden von hohem Innendruck ausgesetzten Metailbfiehäeni verwendbares Blech, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Kaltgewalztem, hochelastischem Stahl mit einem beträchtlichen Anteil an Nb besteht.

7.- Metallbüchse nach einefa oder» mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet_s dass ih^e Innenwandungeft mit einem dem\Enhalt entsprechenden Stoff ©^schichtet sind.

8. - Metallbüchse nach einen der Anspräche 1 ~ *7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur /ufbewahrung bzw* Abgabe von Bier oder anderen kohlensaurehaltigen betränken unter Druck bestimmt ist.

9,- Verwendung von kaltgewalztem und danach rekristallisiertem Stahlblech einer Dicke von etwa 0,60 mm aus maximal O₅OU % P, 0,5 bis 1,5 % Mn, 0,05 bis 0,2 % C, -=■ 0,03% S, 0,25 bis 0,1 % Si, 0,01 bis 0,1 % Λ1, 0 bis 0,4 % Cu, sowie Fe und den üblichen Verunreinigungen mit Zusatz von Nb in Mengen von 0,015 bis 0,0 50 % für die Herstellung der mittels

2 Falznaht anzubringenden Böden von einem Innendruck von 6 Kg/cm

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widerstehenden kreiszylindrischen Blechdosen mit einem Durchmesser von ca. 155 mm bei einem Fassungsvermögen von ca. Liter. „ .. .

PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke ' ^Λ

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