DE102011109403A1

DE102011109403A1 - Einziehmaschine

Info

Publication number: DE102011109403A1
Application number: DE102011109403A
Authority: DE
Inventors: Manfred Weis
Original assignee: Mall and Herlan Schweiz AG
Current assignee: Mall und Herlan GmbH
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2012-03-15
Also published as: CH703706A1; US20120060578A1; US8776572B2; DE102011109403A8; CH703706B1; BRPI1104761A2

Abstract

Die Einziehmaschine (1) umfasst eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen auf einem rotierenden Werkzeugträger (7). Die Bewegung des Werkzeugträgers (7) bezüglich der Werkstücke erfolgt über eine Kurbelwelle (25). Dieser wird von einer nicht konstanten Getriebestufe ausgeführt. Die Getriebestufe umfasst zwei unrunde Zahnräder (21, 23), welche den Drehzahlverlauf der Kurbelwelle (25) und damit den Geschwindigkeitsverlauf insbesondere im Totpunktbereich verbessern.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Einziehmaschine gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der Herstellung von Dosenkörpern, insbesondere von sogenannten Zweiteil-Dosen mit einem einteiligen Rumpf für Getränke und Kosmetika etc. müssen eine Mehrzahl von Bearbeitungsvorgängen am offenen Ende des Dosenrumpfs vorgenommen werden. Einerseits muss der Rand (die Kante), welcher beim Tiefziehen oder Abstrecken eine unregelmässige Gestalt erhalten hat, beschnitten werden, üblicherweise auf einer Beschneidemaschine. Im Weiteren werden oft die Dosenrümpfe am offenen Ende eingezogen, um einen Bördel oder ein Gewinde mit Bördel zu formen. Oft werden auf das eingezogene offene Ende Ventile aufgesetzt, deren Durchmesser üblicherweise im Verbindungsbereich mit dem Dosenkörper bzw. Dosenrumpf einen geringeren Durchmesser aufweist als der Boden der Dose. Diese Bearbeitungen werden auf sogenannten Einziehmaschinen durchgeführt. Diese umfassen eine ringförmige Werkstückaufnahme, welche am Maschinengehäuse der Einziehmaschine angeordnet ist. Auf einem entsprechend ringförmigen Werkzeughalter ist eine Mehrzahl von Werkzeugen für die Durchführung der einzelnen Bearbeitungsschritte angeordnet. Der Werkzeugträger sitzt auf einem axial im Maschinengehäuse verschiebbaren zylindrischen Rohr, welches von einem Kurbeltrieb axial bewegbar ist. Vor jedem Arbeitshub werden die auf der Werkstückaufnahme angeordneten Werkstücke um einen vorgebbaren Winkel gedreht so, dass bei jedem Hub ein Folgewerkzeug in Eingriff mit den am Werkstückträger aufgesetzten Dosenkörpern gelangt.
Zurzeit beträgt die Taktzahl von Einziehmaschinen ca. 200 Takte/Minute.
Die Bearbeitungszeit ist die Zeit, während der mit rotierenden Werkzeugen an den Werkstücken die Bearbeitungsschritte, wie z. B. Fräsen, Gewinde rollen, Sicken rollen oder Bördeln durchgeführt werden. Diese Bearbeitungsschritte finden in der letzten Phase jedes Arbeitshubes statt, d. h. etwa auf den letzten 25 mm vor dem Totpunkt. Für die Bearbeitung der Werkstücke verbleiben so ca. 0,043 Sekunden. Wird die Taktzahl um 25% erhöht, so würde sich die Bearbeitungszeit entsprechend verkürzen. Dies würde zu einer Qualitätsverminderung führen.
Durch die Auslegung des Kurbeltriebs und Verlagern der Drehachse des Kurbeltriebs aus der Achse des Vorschubkolbens ist es möglich, einzelne Phasen der Vorschubbewegung geringfügig gegenüber dem Bewegungsgesetz des ebenen Kurbeltriebs zu verändern. Allerdings sind solche Änderungen immer mit begleitenden unvermeidlichen Auswirkungen auf andere Bereiche des Bewegungsablaufs verbunden. Zudem verlaufen dann die Beschleunigungen in beiden Totpunkten ungleich. Dies bedeutet, dass die Maschine auf einen zulässigen Maximalwert hin ausgelegt werden muss. Dieser wird aber während eines Zyklus nur einmal kurz erreicht. Abhängig vom Verhältnis zwischen Hub- und Pleuellänge der Maschine liegt der erreichte Maximalwert der Beschleunigung in der Hälfte der Bewegung mit den geringeren Belastungen zwischen ca. 75% (kurzer Hub) und 50% (langer Hub) des Maximalwerts der Gesamtbewegung.
Eine andere Möglichkeit, das Bewegungsgesetz zu beeinflussen, ist der Direktantrieb mittels Servomotor, was allerdings aufgrund der grossen bewegten Massen (> 1000 kg) und der daher hohen einzusetzenden Antriebsenergie ein unwirtschaftliches Verfahren darstellen würde. Ein Linearantrieb kann als direkt wirkender Linearmotor ausgeführt sein oder als Direktantrieb der Kurbelwelle. Im zweiten Fall ist die Genauigkeit der Maschine durch die Kurbelmechanik gegeben. Es muss nur der Bewegungsablauf jeweils neu geregelt werden. Im ersten Fall müssen beide Grössen für jeden Hub neu durch die Elektronik geregelt werden, was ein jeweils höheres Ausfallrisiko bedeuten würde.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Bewegungsablauf in jedem Hub/Zyklus derart zu beeinflussen, dass trotz höherer Taktzahl die Bearbeitungszeit um den vorderen Totpunkt gegenüber der heutigen Bearbeitungszeit gleich bleibt oder länger wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Maschine sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.
Es gelingt durch ein nicht-konstantes Übersetzungsverhältnis der Getriebestufe zwischen Antriebsmotor und Kurbelwelle die Bearbeitungszeit zu verlängern, ohne dass erhöhte Belastungen durch höhere Beschleunigungen an anderer Stelle erzeugt werden. Es ist somit möglich, trotz grösserer Taktzahl mehr Bearbeitungszeit zu schaffen.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Antriebsstrangs für die Kurbelwelle ermöglicht es, als Energiespeicher eine Schwungmasse vorzulagern. Durch deren Funktion als Energiespeicher kann die Maschine trotz höherer Leistung immer noch mit einem vergleichsweise geringen Energieaufwand betrieben werden. Die Auslegung einer Unrund-Getriebestufe macht es möglich, gezielt den Bereich des Arbeitshubs, in dem die oben beschriebenen Prozesse ausgeführt werden, zu verlangsamen und gleichzeitig die übrigen Bewegungsbereiche auf minimale Gesamtzykluszeit bei begrenzter, aber mehrfach innerhalb eines Umlaufs genutzter nahezu maximaler Beschleunigung hin zu optimieren. Im Ergebnis werden die Bearbeitungszeiten bei 25% höherer Taktzahl um 15% gegenüber den heutigen Werten gesteigert und die Ausnutzung der maximal erreichten Beschleunigungen erhöht sich bei den Bewegungsteilen mit den geringeren Beschleunigungen auf ca. 98% (kürzester Hub) bis 88% (längster Hub) des Maximalwertes der Gesamtbewegung.
Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Einziehmaschine,
2 eine Seitenansicht der Getriebestufe mit nicht linearer Übersetzung,
3 Vergleichskurven der Bewegungen,
4 Vergleichskurven der Geschwindigkeiten und
5 Vergleichskurven der Beschleunigungen.
Mit Bezugszeichen 1 ist eine Einziehmaschine von der Seite her gesehen schematisch dargestellt. Diese umfasst ein Gehäuse 3, welches die Antriebsorgane aufnimmt und die Werkzeuge trägt. Auf der rechten Figurenseite ist ein Werkzeugträger 7 ersichtlich, welcher auf dem Ende einer in Richtung der Pfeile A linear verschiebbaren Welle 9 sitzt. Weiter ist an der Frontwand 11 des Gehäuses 3 ein Werkstückträger 13 ersichtlich, auf welchem Dosenkörper oder -rümpfe (nicht dargestellt) aufsteckbar gehalten sind.
Der Werkzeugträger 7 ist scheibenförmig ausgebildet und trägt eine Anzahl, z. B. 30 Werkzeuge, mit denen der Hals eines abgestreckten oder tiefgezogenen Dosenrumpfs bearbeitet, z. B. gefräst, gebördelt, eingezogen oder gestaucht werden kann. Die Ausbildung des Werkstückträgers 13 und des Werkzeugträgers 7 sowie der auf Letzterem angeordneten Antriebe und Werkzeuge, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Im Innern des Gehäuses 3 ist mit Pfeil B die Drehrichtung einer um eine Drehachse X drehbar gelagerten Kurbelwelle mit Kurbelzapfen 15 schematisch dargestellt. Auf dem Kurbelzapfen 15 sitzt eine Kurbelstange 17, welche schwenkbeweglich an der Achse Y am Ende der Welle 9 angreift. Die Achse Y der Welle 9 ist im Innern des Gehäuses 3 mit Bezugszeichen 9' bezeichnet. Diese schneidet die Achse X. Ein Antriebsmotor 19 treibt mit einem Übertrieb, z. B. einem Zahnriemen, die Welle eines ersten unrunden Zahnrads 21 an. Dieses kämmt mit einem zweiten unrunden Zahnrad 23, welches über seine Welle in Wirkverbindung mit der Kurbelwelle 25 steht, welche die Kurbelstange 17 antreibt.
Mit Bezugszeichen 27 ist ein Schwungrad bezeichnet, welches für eine möglichst hohe Drehzahl-Stabilität sorgt. Die beiden in 1 ellipsenförmig dargestellten Zahnräder 21, 23 sind nur der zeichnerischen Einfachheit halber elliptisch dargestellt. Sie stellen keine erfindungsgemässe Ausführung dar.
Erfindungsgemäss sind die beiden Zahnräder 21 und 23 nicht einer geometrischen Grundform folgend ausgebildet (2). Deren Zähne 21' und 23' liegen auf einer Peripherie, welche an die Antriebswelle der Kurbelwelle einen nicht-konstanten Drehzahlverlauf übertragen, der den errechneten Bewegungsablauf in Richtung der Pfeile A des Werkzeugträgers 7 ergibt. Der Bewegungsverlauf ist in 3 beispielshaft dargestellt, wobei die ausgezogene Kurve den erfindungsgemässen Verlauf darstellt und die unterbrochene Kurve den Bewegungsablauf bekannter Einziehmaschinen. In 4 ist ersichtlich, dass der bisherige Geschwindigkeitsverlauf im Wesentlichen einer Sinuskurve entspricht (gestrichelte Linie), der Geschwindigkeitsverlauf nach der Erfindung zeigt die längere Verweilzeit des auf diese Weise axial in Richtung der Pfeile A bewegten Werkzeugträgers während der Bearbeitung des Dosenkörpers (flacher Verlauf im rechten Bereich der 3 und 4 mit Schraffuren).
Aus der 5 sind die Beschleunigungen des auf bekannte Weise bewegten Werkstückträgers 7 im Vergleich zum erfindungsgemäss angetriebenen Werkzeugträgers 7 (ausgezogene Linie) ersichtlich. Dabei geht aus der 5 eindeutig hervor, dass trotz 25% höherer Taktzahl, die Beschleunigungswerte im Arbeitshub (rechter Bereich) nicht grösser sind, jedoch die Verweilzeit zwischen den beiden positiven und negativen Maximalwerten der Beschleunigung fast gleich gross sind und je zweimal pro Bewegung erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Einziehmaschine
3: Gehäuse
5: Antriebsorgane
7: Werkzeugträger
9: Welle
11: Frontwand
13: Werkstückträger
15: Kurbelzapfen
17: Kurbelstange
19: Antriebsmotor
21: 1.unrund. Zahnrad
23: 2.unrund. Zahnrad
25: Kurbelwelle
27: Schwungrad

Claims

Einziehmaschine (1) mit einer Mehrzahl von Bearbeitungsstationen auf einem rotierenden Werkzeugträger (7) zum Bearbeiten des Halses von Dosenrümpfen, welche Maschine (1) zur Erzeugung des axial verlaufenden Hubes des Werkzeugträgers (13) einen Kurbeltrieb umfasst, dessen Kurbelstange (17) auf einer im Maschinengehäuse gelagerten Kurbelwelle (25) sitzt und in Wirkverbindung mit einem im Gehäuse axial verschiebbar gelagerten Werkzeugträger (7) steht, dadurch gekennzeichnet, dass im Antriebsstrang der Kurbelwelle (25) eine ein nicht-konstantes Übersetzungsverhältnis zwischen einem Antriebsmotor (19) und der Kurbelwelle (25) aufweisende Getriebestufe einsetzt ist.
Einziehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe mindestens ein Zahnrad (21, 23) umfasst, dessen Zähne (21', 23') auf einer nicht-kreisförmigen Bahn angeordnet sind.
Einziehmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei je auf fest angeordneten Wellen drehbar gelagerte unrunde Zahnräder (21, 23) miteinander kämmen.
Einziehmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zahnräder (21, 23) unterschiedliche geometrische Ausbildungen aufweisen.
Einziehmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslegung der Getriebestufe bei einer Taktzahlerhöhung um ca. 25% eine Verlängerung der für die Bearbeitung der Dosenkörper um den Totpunkt der Kurbelstangenbewegung eine Erhöhung der Bearbeitungszeit um ca. 15% ergibt.