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Die Erfindung betrifft ein Tiefziehwerkzeug zur Formung von Böden von zweiteiligen Dosen, insbesondere Getränkedosen, aber auch Aerosoldosen.
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Die Dosenherstellung ist Großserienproduktion, bei der es auf hohe Zuverlässigkeit ankommt. Mit der Dosenherstellung, insbesondere auch der Bodenformung, befassen sich beispielsweise die
DE 69802945 T2 und die
DE 8205933 U1 . Die Getränkedosen werden dort jeweils in einem mehrstufigen Formgebungsprozess erzeugt, der u. a. einen Schritt zur Herstellung einer Becherform beinhaltet, die als Cup bezeichnet wird. Die vorbereiteten Cups werden in einem weiteren Formgebungsprozess zuerst abgestreckt und dann an ihrem Boden verformt. Dieser Verformungsvorgang ist ein Tiefziehvorgang, der an der dünnwandigen, relativ filigranen unbeschnittenen Dose auszuführen ist. Nach Durchführung des Bodenformgebungsvorgangs muss die halbfertige Dose aus dem Tiefziehwerkzeug entfernt und weiter transportiert werden. Sie darf dabei weder in dem Tiefziehwerkzeug hängen bleiben, noch sich unkontrolliert bewegen.
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DE 38 44 117 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Containern mit profiliertem Boden. Die Vorrichtung weist einen Stempel auf, der mit einem gegenüberliegenden Profilfutter zur Profilierung des Containerbodens dient. Koaxial zum Stempel sind eine Druckhülse und eine Stempelschneidkante vorhanden. Die Stempelschneidkante stanzt in einem ersten Schritt das Material im gewünschten Durchmesser aus und biegt einen trogförmigen nach unten offenen Rohling (auch „cup” genannt) um einen Rückziehstempel, der koaxial zum Profilfutter angeordnet ist. Der trogförmige Rohling wird zwischen der Druckhülse und dem Rückziehstempel für das anschließende Tiefziehen gehalten. Durch das Abwärtsbewegen des Stanzstempels gleitet das Material zwischen Druckhülse und Rückziehstempel hindurch. Der Rohling wird dabei sozusagen umgestülpt. Bereits während der Abwärtsbewegung des Stanzstempels wird der Containerboden profiliert. Die Containerwand wird schließlich zwischen dem Profilfutter und dem Rückziehstempel gebildet.
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Davon ausgehend, ist es Aufgabe der Erfindung ein Bodenwerkzeug für Dosen, insbesondere Getränkedosen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit dem Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 1 gelöst:
Das erfindungsgemäße Tiefziehwerkzeug weist einen Stempel auf, der der gewünschten Doseninnenform angepasst ist. Außerdem weist das Tiefziehwerkzeug in einem zweiten Werkzeugteil einen Dom auf, der einem mittleren, konkaven Teil der Bodenaußenform entspricht. Der Stempel und der Dom sind relativ zueinander beweglich gelagert, wobei vorzugsweise eines der beiden genannten Elemente, vorzugsweise der Dom, ortsfest angeordnet ist. Dem Dom ist ein Niederhalter zugeordnet, der konzentrisch zu ihm angeordnet und bezüglich des Doms beweglich gelagert ist. Die Bewegungsrichtung stimmt dabei mit der Bewegungsrichtung des Stempels überein. Der Niederhalter ist mit einer dem Boden zugewandten Formfläche versehen. Diese, zum Beispiel ungefähr konische Formfläche, ist an eine äußere Ringzone der gewünschten Bodenform angepasst. Der Niederhalter ist vorzugsweise gegen die Kraft eines Ziehkissens, beispielsweise in Form eines Pneumatikzylinders, beweglich gelagert. Beim Tiefziehvorgang hält er den Boden an einer äußeren Ringzone gegen den Stempel gepresst und bestimmt bzw. steuert dabei maßgeblich die Formgebung des zentralen Bodenabschnitts.
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Der Stempel ist vorzugsweise mit Belüftungsöffnungen versehen, um Luft aus der Dose entweichen lassen, wenn der Stempel in die halbfertige Dose einfährt.
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Um das Herausführen der halbfertigen Dosen aus dem Tiefziehwerkzeug zu erleichtern und das Hängenbleiben im Tiefziehwerkzeug zu verhindern, ist der untere Werkzeugteil mit einem Ausheber versehen, der die halbfertige Dose nach Abschluss des Bodenformgebungsvorgangs von dem zentralen Dom und dem Niederhalterring trennt und in eine definierte Position führt. Der Ausheber wird vorzugsweise von einem relativ schwachen Federmittel bewegt. Die Bewegung, die er insgesamt durchführt, ist dabei vorzugsweise größer als der Hub des Niederhalters. Beispielsweise schließt der Ausheber mit den Niederhalter bei offenem Tiefziehwerkzeug vorzugsweise an einer oberen Ebene ab. Bei geschlossenem Tiefziehwerkzeug schließt der Ausheber hingegen vorzugsweise mit einem unteren Rand der Formfläche des Niederhalters bündig ab. Somit durchläuft der Ausheber bei jedem Arbeitshub einen Weg, der die Summe aus Niederhalterhub und Ausheberhub ist.
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Vorzugsweise sind der Niederhalter und der Ausheber jeweils ringförmig oder hülsenartig ausgebildet. Vorzugsweise sind sie konzentrisch zueinander sowie konzentrisch zu dem mittig angeordneten Dom angeordnet. Der Niederhalter und der Auswerfer sind vorzugsweise axial gegen einander bewegbar angeordnet. Das zur Betätigung des Aushebers vorgesehene Federmittel stützt sich vorzugsweise zwischen dem Niederhalter und dem Ausheber ab. Vorzugsweise besteht das Federmittel aus mehreren Druckfedern, die in dazu vorgesehenen Taschen des Aushebers angeordnet und axial orientiert sind.
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Weitere Einzelheiten vorteilhafter Details von Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand, der Zeichnung, der Beschreibung oder von Ansprüchen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Maschine zur Formung von Dosen und Böden von Dosen,
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2 ein in der Maschine nach 1 genutztes Werkzeug zur Formung von Behälterböden vor Umformung des Behälterbodens, in schematisierter vereinfachter Längsschnittdarstellung,
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3 das Werkzeug nach 2 während der Umformung des Behälterbodens, in schematisierter Längsschnittdarstellung,
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4 das Werkzeug nach 3 nach Abschluss des Umformvorgangs des Behälterbodens, in schematisierter Längsschnittdarstellung, und
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5 das Werkzeug nach 3 nach Abschluss des Umformvorgangs des Behälterbodens, in schematisierter Längsschnittdarstellung,.
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In 1 ist eine Maschine 1 veranschaulicht, die zur Dosenherstellung dient und dort mindestens den Schritt der Formung der Dosenböden vornimmt, gegebenenfalls aber auch das so genannte Abstrecken durchführt. Zur Bodenformung weist die Maschine 1 ein Werkzeug 2 auf, zu dem ein oberer Werkzeugteil und ein unterer Werkzeugteil 4 gehören. Der obere Werkzeugteil ist als Stempel 3 ausgebildet und an einem Stößel 5 befestigt, der gemäß Pfeil 6 eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Der untere Werkzeugteil 4 ist hingegen, zumindest vorzugsweise, ortsfest angeordnet, so dass das Werkzeug 2 entsprechend der periodischen Bewegung des Stößels 5 fortwährend offnet und schließt.
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Das Werkzeug 2 ist in den 2 bis 4 in verschiedenen Arbeitsstadien gesondert veranschaulicht. Der Stempel 3 weist beispielsweise eine im Wesentlichen zylindrische Grundform auf, wobei seine untere Stirnseite dem unteren Werkzeugteil 4 zugewandt ist. Der Stempel 3 und der Werkzeugteil 4 können, wie in 1 dargestellt, nebeneinander oder alternativ auch ubereinander oder in anderweitiger Ausrichtung zueinander angeordnet sein. Die Stirnseite 7 des Stempels 3 entspricht der Innenform des zu erzeugenden Behälterbodens. Eine mittlere von außen gesehen, konkave Fläche 8, ist von einer ringförmigen Rippe 9 umgeben, an die sich eine ringförmige etwa konische, vorzugsweise leicht konkave Außenfläche 10 anschließt. Diese schließt an den zylindrischen Mantel 11 des Stempels 3 an.
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Der untere Werkzeugteil 4 weist korrespondierend zu dem Stempel 3 und seinen Formen, insbesondere den Formen der Stirnfläche 7, mittig einen ortsfest angeordneten Dom 12 auf. Dieser weist an seiner der Stirnfläche 7 zugewandten Seite eine Fläche 13 auf, deren Form im Wesentlichen der Form der Fläche 8 entspricht. Der Dom 12 ist ein gesondertes in dem unteren Werkzeugteil 4 eingesetztes, vorzugsweise ortsfest gelagertes Element, das in der Prinzipdarstellung nach 2 nicht weiter veranschaulicht ist.
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Um den Dom 12 herum ist ein ringförmiger Niederhalter 14 angeordnet. Dieser weist an der dem Stößel 3 zugewandten Seite eine Formfläche 15 auf, die vorzugsweise etwa konisch ausgebildet ist und in ihrer Form an die Außenfläche 10 angepasst ist. Die Formfläche 15 dient dazu, eine äußere Zone 16 eines Bodens 17 des Behälters 18 beim Umformvorgang mit eine definierten, gegen den Stempel 3 gerichteten Klemmkraft zu beaufschlagen, um die Umformung des zentralen Bereichs des Bodens 17 zu steuern. Dazu ist der Niederhalter 14 in dem unteren Werkzeugteil 4 beweglich gelagert. Die Bewegungsrichtung stimmt mit einem Pfeil 19 überein, der auch die Bewegungsrichtung des Stempels 3 anzeigt.
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Um den Niederhalter 14 mit einer definierten Kraft zu beaufschlagen, ist ein Ziehkissen 20 vorgesehen, das beispielsweise in Gestalt eines Pneumatikzylinders ausgebildet ist. Dieser steht über vorzugsweise mehrere Druckstifte 21, 22 mit einer Stirnseite des Niederhalters 14 in Anlage, die von dem Stempel 3 abgewandt ist.
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Zwischen dem Niederhalter 14 und dem Dom 12 ist vorzugsweise ein Ringspalt ausgebildet, dessen Durchmesser vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen mit dem Durchmesser der Rippe 9 übereinstimmt. In diesen Ringspalt ist ein hülsenformiger Ausheber 23 angeordnet, der in Richtung des Pfeils 19 beweglich ist.
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Wie 5 zeigt, weist der Ausheber 23 eine obere ringförmige vorzugsweise ebene und zusammenhängend ausgebildete Stirnfläche 24 auf. Im Ruhezustand, d. h. bei offenem Tiefziehwerkzeug 1 stehen der Niederhalter 14 und der Ausheber 23 in ihrer höchstmöglichen Position. Der Ausheber 23 liegt dabei bei einer Ringschulter 25 an dem Niederhalter 14 an. Ein Federmittel 26, beispielsweise in Gestalt einer ersten Druckfeder 27, einer zweiten Druckfeder 28 und gegebenenfalls weiterer nicht veranschaulichter Druckfedern hält den Ausheber 23 in dieser Position. Diese Position ist in 5 gesondert veranschaulicht. Die obere Stirnfläche 24 des Aushebers steht dabei ungefähr auf Höhe des oberen Endes 29 der Formfläche 15 oder leicht oberhalb dieser.
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Die Druckfedern 27, 28 stützen sich an einem Ende an dem Ausheber 23 und mit ihrem jeweiligen andere Ende an dem Niederhalter 14 bzw. ein mit diesem verschraubten Ring 30 ab. In 2 links ist die entsprechende unten in den Ausheber 23 eingebrachte Ausnehmung zur Aufnahme der ersten Druckfeder 27 angeschnitten. Die entsprechende Ausnehmung für die zweite Druckfeder 28 ist verdeckt dargestellt.
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Die insoweit beschriebene Maschine 1 und das Werkzeug 2 arbeiten wie folgt:
Es wird zunächst ein becherförmiger Zwischenformling für den Behälter 18 in das Werkzeug 2 eingesetzt und der Stempel 3 in dessen Innenraum eingeführt. In 2 ist dieser Zustand veranschaulicht. Der im Wesentlichen noch ebene Boden 17 des Behälters ruht auf dem Ausheber 23 und/oder Niederhalter 14. Der Stempel 3 bewegt sich auf den unteren Werkzeugteil 4 zu, d. h. in 2 abwärts. Dabei wird zunächst der Ausheber 23 niedergedrückt und die Druckfedern 27, 28 werden gespannt. Die von den Druckfedern 27, 28 aufgebrachte Kraft ist dabei wesentlich geringer als die Kraft des Ziehkissens 20.
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Zunächst setzt dann die äußere Zone des Bodens 17 an der Formfläche 15 auf, wodurch die äußere Zone 16 zwischen dem Stempel 3 und dem Niederhalter 14 geklemmt wird. Bei weiterer Abwärtsbewegung des Stempels 3 wird nun der zentrale Abschnitt des Bodes 17 über die Fläche 13 des Doms 12 gezogen. Dabei hat der Ausheber 23 seine bezüglich des Niederhalters 14 tiefstmögliche Position erreicht, in der die Stirnfläche 24 das in 5 durch eine gestrichelte Linie 31 markierte untere Ende 32 der Formfläche 15 erreicht oder unterschreitet. Der Ziehvorgang wird nun fortgesetzt, indem sich der Stempel 3 weiter abwärts bewegt bis der Boden 17 zwischen den Flächen 8 und 13 geformt wird. Somit durchläuft der Ausheber 23 einen Hub, der sich aus der Summe des Abstands zwischen den Enden 29, 32 der Formfläche 15 und dem Hub des Niederhalters 14 ergibt.
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Anschließend wird der Stempel 3 von dem unteren Werkzeugteil 4 weg und somit aus dem Behälter 18 heraus bewegt. Der Niederhalter 23 fuhrt dabei den Boden 17 des Behälters 18 zunächst von der Flache 13 weg. Das Hängenbleiben des Behalters 18 an dem Niederhalter 14 bzw. seiner Formfläche 15 wird im Weiteren durch den Ausheber 23 verhindert. Das Federmittel 26 drückt den Behälter 18 an seiner bodenseitig abgeformten Rippe weiter nach oben. Nach vollständigem Öffnen des Werkzeugs 1 steht der Behälter 18 mit fertig ausgeformten Boden 17 auf der oberen Stirnflache 24 des Aushebers 23 und kann so von einer Teiletransportvorrichtung zur weiteren Be- und Verarbeitung fortgeführt werden.
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In ein bekanntes Werkzeug zur Formgebung eines Behälterbodens, insbesondere eines Bodens einer Getränkedose, ist ein Ausheber 23 eingefügt worden, der hülsenförmig ausgebildet und zwischen Niederhalter 14 und Dom 12 angeordnet ist. Der Ausheber 23 wird von einem Federmittel 26 gegen die Arbeitsrichtung des Stempels 3 mit einer Kraft vorgespannt, die wesentlich geringer ist als die auf den Niederhalter ausgeübte Kraft. Das Federmittel 26 kann durch Druckfedern 27, 28 gebildet sein, die in stirnseitigen Axialausnehmungen des Aushebers 23 angeordnet sein können. Diese Ausheberkraft kann durch Veränderung der Druckfedern oder ihrer Anzahl variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschine
- 2
- Werkzeug
- 3
- oberer Werkzeugteil
- 4
- unterer Werkzeugteil
- 5
- Stößel
- 6
- Pfeil
- 7
- Stirnflache
- 8
- Flache
- 9
- Rippe
- 10
- Außenfläche
- 11
- Mantelfläche
- 12
- Dom
- 13
- Fläche
- 14
- Niederhalter
- 15
- Formfläche
- 16
- äußere Zone des Bodens 17 des Behalters 18
- 17
- Boden
- 18
- Behälter
- 19
- Pfeil
- 20
- Ziehkissen
- 21
- Druckstift
- 22
- Druckstift
- 23
- Ausheber
- 24
- Stirnfläche
- 25
- Ringschulter
- 26
- Federmittel
- 27
- erste Druckfeder
- 28
- zweite Druckfeder
- 29
- Ende
- 30
- Ring
- 31
- Linie
- 32
- Ende
