DE102015226065A1

DE102015226065A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen einseitig offener Metallbehälter

Info

Publication number: DE102015226065A1
Application number: DE102015226065.8A
Authority: DE
Inventors: Olaf Joeressen; Pim van Dam; Frank Schreivogel; Martin Pyrchalla
Original assignee: Ball Europe GmbH
Current assignee: Ardagh Metal Beverage Europe GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22
Also published as: WO2017103027A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verformen eines Blechrohlings (10) von einer ursprünglich flachen Form zu einer Napfform. Die Vorrichtung weist einen Stempel (14), eine Matrize (12) mit einer Stirnfläche (40) und einen Niederhalter (16) mit einer Stirnfläche (40) auf, von denen die Matrize (12) und der Niederhalter (16) mit ihren Stirnflächen (40) einander gegenüberliegend angeordnet sind und jeweils eine zentrale Öffnung (18) aufweisen, so dass durch diese zentralen Öffnungen (18) ein Stempel (14) hindurch beziehungsweise eingeführt werden kann. Die dem Niederhalter (16) zugewandte Stirnfläche (40) der Matrize (12) geht an einer Ziehkante in eine die zentrale Öffnung (18) in der Matrize (12) umschließende Umfangswand über. Der Stempel (14) ist relativ zum Niederhalter (16) und zur Matrize (12) beweglich angeordnet, so dass er durch die zentrale Öffnung (18) in dem Niederhalter (16) in die zentrale Öffnung (18) in der Matrize (12) eingeführt werden kann. Zum Bewirken eines in Umfangsrichtung der zentralen Öffnung (18) unterschiedlich starken Materialeinzugs sind in wenigstens einer der einander gegenüberliegenden, eine Rückhaltekraft bewirkenden Stirnflächen (40) von Matrize (12) und Niederhalter (16) erste Oberflächenabschnitte (46) vorgesehen, die aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften und/oder -struktur eine geringere Reibkraft zwischen der Stirnfläche (40) der Matrize (12) und/oder des Niederhalters (16) und einem jeweiligen Rohling bewirken, als in Umfangsrichtung zwischen den ersten Abschnitten angeordneten zweiten Oberflächenabschnitten (48).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Verformen eines Blechrohlings von einer ursprünglich flachen Form zu einer Napfform.
Derartige Vorrichtungen dienen dem Herstellen einseitig offener Behälter wie beispielsweise dem Körper von Getränkedosen. Hierzu wird ein flacher Blechrohling einem Werkzeug zugeführt, das eine Matrize mit einer Öffnung aufweist und einen Stempel, der zum Umformen des Blechrohlings in die Öffnung der Matrize hineingedrückt werden kann. Die Öffnung in der Matrize und der Stempel sind so aufeinander abgestimmt, dass zwischen einer inneren Umfangswand der Öffnung in der Matrize und einer äußeren Umfangswand des Stempels ein Ziehspalt verbleibt.
Die Matrize selbst hat eine Stirnfläche, die dem Stempel zugewandt ist und die an einer typischerweise ringförmigen Ziehkante in die innere Umfangswand der Öffnung in der Matrize übergeht. Der Stempel selbst besitzt ebenfalls eine Stirnfläche, die an einer Stirnkante des Stempels in eine äußere Umfangswand des Stempels übergeht.
Vor dem Verformen eines jeweiligen Blechrohlings befindet sich die Stirnfläche des Stempels in einem Abstand zur Öffnung in der Matrize, so dass zwischen die Stirnfläche des Stempels und die Stirnfläche der Matrize ein jeweils verformender Blechrohling eingeführt werden kann. Nach dem Einführen des Blechrohlings wird der Stempel in die Öffnung in der Matrize gedrückt und verformt dabei den Blechrohling zu einem Napf. Hierbei wird Blechmaterial des Rohlings in die Öffnung in der Matrize nachgezogen.
Damit das Blechmaterial bei diesem Verformungsschritt in gewünschter Weise gestreckt wird und insbesondere keine Falten wirft, ist ein Niederhalter vorgesehen, der der Stirnfläche der Matrize gegenüberliegt und die Öffnung in der Matrize umgibt und der das Blechmaterial des Blechrohlings mit gleichmäßiger Andruckkraft gegen die Stirnfläche der Matrize drückt. Der Niederhalter trägt auf diese Weise zu einer gleichmäßigen Rückhaltekraft bei, die dem Nachziehen des Blechmaterials in die Öffnung in der Matrize entgegenwirkt und so für ein gezieltes Strecken des durch Bewegen des Stempels in die Öffnung der Matrize sich verformenden Blechmaterials bewirkt.
Zur Herstellung von Behältern mit rundem Querschnitt werden typischerweise ebenso runde Blechrohlinge verwendet, die gerade so bemessen sind, dass nach dem abschließenden Formen des Behälters an dem dessen Öffnung umgebenden Blechrand (auch als Zarge bezeichnet) möglichst wenig überschüssiges Material verbleibt, das entfernt werden muss. Die Verwendung runder Blechrohlinge hat jedoch den bekannten Nachteil, dass beim Erzeugen der Blechrohlinge aus einem großflächigen, zumeist in Form eines Coils eingelieferten Blechs relativ viel Verschnitt entsteht. Dieser beträgt circa 11% des ursprünglich angelieferten Blechs, aus dem die Blechrohlinge ausgeschnitten oder ausgestanzt sind. Zur Vermeidung eines solchen Verschnitts ist es aus dem Stand der Technik bekannt statt runder Blechrohlinge sechseckige Blechrohlinge zuzuschneiden, die dann zu einem Behälter mit rundem Querschnitt verformt werden. Beispiele hierfür finden sich in US 5,630,337 und US 5,749,258 . Das Formen von Behältern mit rundem Querschnitt aus Blechrohlingen mit sechseckigem Querschnitt hat jedoch den Nachteil, dass derart geformte Blechbehälter im Bereich ihrer Zarge (also der die Öffnung des Behälters umgebenden Blechkante) immer noch vergleichsweise viel überstehendes Material aufweisen, das abgeschnitten werden muss, wie die jeweilige 7 in den beiden vorgenannten Veröffentlichungen zeigt.
In DE 10 2011 077 328 A1 ist ein Verfahren zum Verformen eines mehreckigen Blechrohlings von einer ursprünglich flachen Form zu einer Napfform vorgeschlagen, das so durchgeführt wird, dass aus Richtung der Ecken des Rohlings mehr Material nachfließt als aus Bereichen zwischen den Ecken des Rohlings. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass die von dem Niederhalter bewirkte Andruckkraft so eingestellt wird, dass diese in Umfangsrichtung der Öffnung in der Matrize variiert, so dass sich Oberflächenabschnitte mit unterschiedlich hohen Rückhaltekräften ergeben und in Bereichen relativ höherer Rückhaltekraft weniger Blechmaterial des Rohlings durch den Stempel in die Öffnung eingezogen wird als in Bereichen vergleichsweise geringerer Rückhaltekraft. Dabei wird der Rohling zunächst zwischen Matrize und Stempel so eingeführt, dass seine Ecken Oberflächenabschnitten zugeordnet sind, in denen beim Verformen des Rohlings eine geringere Rückhaltekraft herrscht, so dass aus den Ecken des Rohlings mehr Blechmaterial nachgezogen wird als von den dazwischenliegenden Kanten.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, einseitig offene Blechbehälter mit einer Querschnittform herzustellen, die von einer Umrissform des Rohlings abweicht, also z.B. Behälter mit rundem Querschnitt aus Blechrohlingen herzustellen, die selbst keine runde, sondern beispielsweise eine mehreckige, insbesondere annähernd sechseckige Kontur besitzen, oder allgemeiner ausgedrückt, einseitig offene Behälter mit einer Querschnittform herzustellen, die von einer Umrissform eines jeweiligen Rohlings abweicht.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine zum Verformen eines Blechrohlings von einer ursprünglich flachen Form zu einer Napfform bestimmte Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Stempel, eine Matrize und einen Niederhalter aufweist, von denen die Matrize und der Niederhalter einander gegenüberliegend angeordnet sind und jeweils eine zentrale Öffnung aufweisen, so dass durch diese zentralen Öffnungen ein Stempel hindurch beziehungsweise eingeführt werden kann. Eine dem Niederhalter zugewandte Stirnfläche der Matrize geht von einer Ziehkante in eine die zentrale Öffnung in der Matrize umschließende Umfangswand über. Der Stempel ist relativ zum Niederhalter und zur Matrize beweglich angeordnet, so dass er durch die zentrale Öffnung in dem Niederhalter in die zentrale Öffnung in der Matrize eingeführt werden kann. Zum Bewirken eines in Umfangsrichtung der zentralen Öffnung unterschiedlich starken Materialeinzugs weisen erste Oberflächenabschnitte in wenigstens einer der einander gegenüberliegenden, eine Rückhaltekraft bewirkenden Stirnflächen von Matrize und Niederhalter eine Oberfläche auf, die aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften und/oder -struktur eine geringere Reibkraft zwischen einem jeweiligen Rohling und einem jeweiligen ersten Oberflächenabschnitt bewirken, als in Umfangsrichtung zwischen den ersten Oberflächenabschnitten angeordnete zweite Oberflächenabschnitte, so dass die Oberflächeneigenschaften und/oder -struktur der ersten Oberflächenabschnitte eine jeweilige Rückhaltekraft in einem jeweiligen ersten Oberflächenabschnitt verringern und im Betrieb über die Ziehkante gezogenes Blechmaterial in Umfangsrichtung der Öffnung in der Matrize abwechselnd relativ stärker und relativ schwächer gestreckt wird.
Da die verringerte Rückhaltekraft zwischen einem jeweiligen Rohling und einem jeweiligen ersten Oberflächenabschnitt der Stirnfläche von Matrize und/oder Niederhalter durch die eine geringere Reibung bewirkenden Oberflächeneigenschaften und/oder eine geringere Reibung bewirkende Oberflächenstruktur erzielt wird, können die von den Stirnflächen der Matrize und des Niederhalters auf den jeweiligen Rohling ausgeübten Normalkräfte in den ersten und zweiten Oberflächenabschnitten identisch sein.
Die ersten und zweiten Oberflächenabschnitte von Matrize und Niederhalter liegen im übrigen vorzugsweise jeweils in einer gemeinsamen Ebene, d.h. die Stirnflächen von Matrize und Niederhalter sind – bis auf die eventuell vorgesehenen Vertiefungen oder Ausnehmungen – jeweils eben.
Vorzugsweise sind in den ersten Oberflächenabschnitten in wenigstens einer der einander gegenüberliegenden, eine Rückhaltekraft bewirkenden Stirnflächen von Matrize und Niederhalter Vertiefungen, Durchbrüche oder Ausnehmungen vorgesehen, so dass die in den ersten Oberflächenabschnitten reibend mit dem Rohling in Berührung kommende Fläche kleiner ist als die Gesamtfläche der ersten Oberflächenabschnitte und so eine geringere Gesamtreibung zwischen einem jeweiligen Rohling und einem jeweiligen ersten Oberflächenabschnitt bewirken, als in Umfangsrichtung zwischen den ersten Oberflächenabschnitten angeordnete zweite Oberflächenabschnitte, so dass eine jeweilige Rückhaltekraft in einem jeweiligen ersten Oberflächenabschnitt geringer ist als in benachbarten zweiten Oberflächenabschnitten und im Betrieb über die Ziehkante gezogenes Blechmaterial in Umfangsrichtung der Öffnung in der Matrize abwechselnd relativ stärker und relativ schwächer gestreckt wird.
Die Vertiefungen oder Durchbrüche in den ersten Oberflächenabschnitten verkleinern eine wirksame reibende Fläche zwischen dem jeweiligen ersten Oberflächenabschnitt und einem jeweiligen Rohling und verringern so eine jeweilige Rückhaltekraft in einem jeweiligen ersten Oberflächenabschnitt, so dass im Betrieb über die Ziehkante gezogenes Blechmaterial in Umfangsrichtung der Öffnung in der Matrize abwechselnd relativ stärker und relativ schwächer gestreckt wird.
Gemäß einer Ausführungsvariante werden die unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften dadurch bewirkt, dass die Oberfläche der Stirnfläche von Matrize und/oder Niederhalter in den ersten Oberflächenabschnitten von einem anderen Material gebildet ist, als die Oberfläche in den zweiten Oberflächenabschnitten.
Alternativ oder zusätzlich zu unterschiedlich ausgebildeten Oberflächen in den entsprechenden Oberflächenabschnitten der Stirnfläche von Matrize und/oder Niederhalter kann die Vorrichtung ausgebildet sein, ersten Oberflächenabschnitten des Rohlings Oberflächeneigenschaften zu verschaffen, die eine Reibung zwischen Rohling und Stirnfläche von Matrize oder Niederhalter vermindern, so dass die Reibkraft zwischen ersten Oberflächenabschnitten des Rohlings und der Stirnfläche von Matrize oder Niederhalter geringer ist, als die Reibkraft zwischen in Umfangsrichtung zwischen den ersten Oberflächenabschnitten des Rohlings liegenden zweiten Oberflächenabschnitten des Rohlings und der jeweiligen Stirnfläche von Matrize oder Niederhalter.
Die ersten Oberflächenabschnitte sind somit in jedem Fall so ausgebildet, dass sie aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften eine geringere Reibung zwischen der Stirnfläche der Matrize und/oder des Niederhalters und einem jeweiligen Rohling bewirken, als in Umfangsrichtung zwischen den ersten Abschnitten angeordnete zweite Oberflächenabschnitte.
Die in der Stirnfläche des Niederhalters oder in der dieser gegenüberliegenden Stirnfläche der Matrize oder in beiden Stirnflächen vorgesehenen, eine verringerte Reibung bewirkenden ersten Oberflächenabschnitte sind jeweils den „Ecken“ des Rohlings zugeordnet, also denjenigen Abschnitten eines jeweiligen Rohlings, die einen jeweils vergleichsweise größeren Durchmesser aufweisen, als in Umfangsrichtung dazwischenliegende Abschnitte des Rohlings. Die sich aus den unterschiedlichen Reibkräften ergebenden oberflächenabschnittsweise unterschiedlichen Rückhaltekräfte führen zu unterschiedlichen Materialstreckungen, so dass aus Richtung der Ecken des Rohlings mehr Material nachfließt als aus Bereichen zwischen den Ecken des Rohlings. Somit wird aus den Ecken des Rohlings mehr Material nach- oder eingezogen, als aus dazwischenliegenden Bereichen.
Vorzugsweise ist die Stirnfläche der Matrize und/oder die Stirnfläche des Niederhalters von einer einstückigen Metallscheibe mit definierter Rauheit gebildet, die eine zentrale Öffnung für den Stempel aufweist und darüber hinaus mehrere Oberflächenabschnitte mit einer Vielzahl von Durchbrüchen. Wird eine derartige einstückige Metallscheibe auf Seiten des Niederhalters oder der Matrize montiert, verleiht die Metallscheibe dem Niederhalter oder der Matrize eine entsprechende Stirnfläche, die Oberflächenabschnitte mit jeweils einer Vielzahl von Vertiefungen besitzt. Eine derartige Metallscheibe erlaubt es somit, die Vorteile der Erfindung mit austauschbaren Mitteln zu erzielen. Insbesondere können unterschiedliche einstückige Metallscheiben mit verschiedenen Anordnungen von Vertiefungen oder Durchbrüchen und entsprechend mit verschiedenen Oberflächenabschnitten mit verschiedenen Umrissen vorgesehen sein.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Stirnfläche der Matrize und/oder die Stirnfläche des Niederhalters eine Rauheit mit einem Mittenrauwert R_a zwischen 0,4 µm und 2 µm aufweist. Eine derartige Rauheit ist größer ist als die übliche Rauheit mit einem Rauwert R_a zwischen 0,05 µm und 0,1 µm.
Vorzugsweise besitzen die Vertiefungen oder Durchbrüche jeweils identische Umfangsformen, beispielsweise sind die Vertiefungen oder Durchbrüche vorzugsweise rund. Derartige Vertiefungen oder Durchbrüche haben sich als geeignet erwiesen, um Rückhaltekräfte in denjenigen Oberflächenabschnitten zu vermindern, die die entsprechenden runden Durchbrüche oder Vertiefungen aufweisen.
Die Vertiefungen oder Durchbrüche sind vorzugsweise jeweils in verschiedenen ersten Oberflächenabschnitten der Stirnfläche der Matrize und/oder der Stirnfläche des Niederhalters angeordnet, und zwischen diesen ersten Oberflächenabschnitten befinden sich vorzugsweise jeweils zweite Oberflächenabschnitte, die entweder gar keine Vertiefungen oder Durchbrüche aufweisen oder zumindest eine geringere Anzahl von Vertiefungen oder Durchbrüchen pro Flächeneinheit. Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Vertiefungen oder Durchbrüche in einem jeweiligen der ersten Oberflächenabschnitte zumindest in radialer Richtung (bezogen auf die zentrale Öffnung der Matrize oder des Niederhalters) jeweils den gleichen Abstand voneinander haben, also regelmäßig angeordnet sind.
Eine Anordnung der Vertiefungen oder Durchbrüche in radial ausgerichteten Reihen, die zueinander versetzt sind, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften oder struktur eine verringerte Reibung bewirkenden ersten Oberflächenabschnitte der Stirnfläche der Matrize und/oder des Niederhalters jeweils einen Umriss haben, der wenigstens annähernd dreieckig ist. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die ersten Oberflächenabschnitte mit einer Spitze des jeweiligen Umrisses bis an den Umfang der jeweiligen zentralen Öffnung heranreichen. Dies bedeutet auch, dass die Basis eines jeweiligen ersten Oberflächenabschnitts mit annähernd dreieckigem Umriss einer Umfangskante der Stirnfläche der Matrize oder des Niederhalters benachbart angeordnet ist.
Vorzugsweise weist die Stirnfläche der Matrize und/oder die Stirnfläche des Niederhalters jeweils sechs erste, eine verringerte Reibung bewirkende Oberflächenabschnitte sowie sechs dazwischenliegende zweite Oberflächenabschnitte auf, die aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften und/oder -struktur eine vergleichsweise größere Reibung bewirken.
Beispielsweise kann die Stirnfläche der Matrize und/oder die Stirnfläche des Niederhalters jeweils sechs erste, eine verringerte Reibung bewirkende Oberflächenabschnitte mit jeweils einer Vielzahl von Vertiefungen oder Durchbrüchen aufweisen, sowie sechs dazwischenliegende zweite Oberflächenabschnitte, die keine Vertiefungen oder Durchbrüche aufweisen oder zumindest eine wesentlich geringere Anzahl von Vertiefungen oder Durchbrüchen pro Flächeneinheit.
In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung ein Schneidwerkzeug mit einer Schneidkante aufweist und eine Außenkante der Matrize eine zum Stanzen von Blechrohlingen erforderliche Gegenkante zur Schneidkante des Schneidwerkzeugs bildet. Mit einer solchen Vorrichtung können nicht nur Blechrohlinge zum Napf geformt werden, sondern auch zuvor ausgestanzt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Außenkante der Matrize eine mehreckige, vorzugsweise sechseckige Form der Blechrohlinge definiert und die eine verringerte Reibung bewirkenden ersten Oberflächenabschnitte in der Stirnfläche der Matrize und/oder der Stirnfläche des Niederhalters jeweils in Richtung derjenigen Abschnitte der Außenkante der Matrize ausgerichtet sind, die dem Ausstanzen der Ecken eines jeweiligen Blechrohlings dienen. Bei einer derartigen Vorrichtung ist die geeignete Ausrichtung der ersten Oberflächenabschnitte zu den Ecken eines jeweiligen Rohlings in jedem Falle sichergestellt.
Die dem Ausstanzen der Ecken eines jeweiligen Blechrohlings dienenden Abschnitte der Außenkante der Matrize sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie ein Ausstanzen abgerundeter Ecken bewirken, d.h. die Außenkante der Matrize und die zugehörige Schneidkante des Schneidwerkzeugs verlaufen in diesen Abschnitten in Bogenform. Zwischen diesen Abschnitten zum Ausstanzen der Ecken des jeweiligen Blechrohlings sind gerade Abschnitte der Außenkante der Matrize vorgesehen, die dem Ausstanzen gerader Kanten zwischen den Ecken eines jeweiligen Blechrohlings dienen.
Die Vertiefungen oder Durchbrüche in den ersten Oberflächenabschnitten der Stirnfläche der Matrize und/oder der Stirnfläche des Niederhalters haben vorzugsweise jeweils einen Durchmesser zwischen 1 mm und 3 mm, beispielsweise zwischen 1,3 und 2 mm, beispielsweise etwa 1,5 mm. Auch andere Maße kommen in Frage. Ziel ist es, die Oberfläche so zu gestalten, dass sie den Materialfluss während des Tiefziehvorgangs in Umfangsrichtung begünstigt.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn ein jeweiliger erster Oberflächenabschnitt mit jeweils einer Vielzahl von Vertiefungen oder Durchbrüchen in der Stirnfläche der Matrize und/oder der Stirnfläche des Niederhalters zwischen 20 und 80 Vertiefungen oder Durchbrüche aufweist. Geeignet ist auch eine Anzahl zwischen 40 und 60 Vertiefungen, beispielsweise von etwa 50 Vertiefungen pro ersten Oberflächenabschnitt.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Verformen eines Blechrohlings von einer ursprünglich flachen Form zu einer Napfform, mittels eines Stempels, einer Matrize mit einer Stirnfläche und eines Niederhalters mit einer Stirnfläche vorgeschlagen, von denen die Matrize und der Niederhalter mit ihren Stirnflächen einander gegenüberliegend angeordnet sind und jeweils eine zentrale Öffnung aufweisen, wobei ein Stempel und/oder eine Matrize verwendet werden, der und/oder die eine Stirnfläche mit ersten und zweiten Oberflächenabschnitten aufweist, von denen die ersten Oberflächenabschnitte aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften und/oder -struktur eine geringere Reibung zwischen der Stirnfläche der Matrize und/oder des Niederhalters und einem jeweiligen Blechrohling bewirken, als in Umfangsrichtung zwischen den ersten Abschnitten angeordneten zweiten Oberflächenabschnitten.
Bevorzugte Varianten des Verfahrens ergeben sich aus den hiervor beschriebenen Vorrichtungsvarianten.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in
1: beispielhaft Matrize, Stempel und Niederhalter einer Vorrichtung zum Formen eines einseitig offenen Behälters aus zunächst flachem Blech;
2: einen geeigneten annähernd sechseckigen Blechrohling;
3: eine Stirnfläche eines Niederhalters oder einer Matrize, die verschieden ausgebildete Oberflächenabschnitte aufweist, von denen einige mit Vertiefungen oder Öffnungen zum Vermindern der Rückhaltekräfte versehen sind;
4: eine Stirnfläche eines Niederhalters oder einer Matrize, die verschieden ausgebildete Oberflächenabschnitte aufweist, von denen einige mit einer Oberflächenbeschichtung oder einer Textur zum Vermindern der Rückhaltekräfte versehen sind; und
5: eine alternative Ausführungsvariante einer Stirnfläche einer Matrize oder eines Niederhalters, die abschnittsweise unterschiedliche Rückhaltekräfte bewirkt.
1 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung zum Tiefziehen eines Blechrohlings (Blank) 10 mittels einer Matrize 12 und eines Stempels 14. Zum Tiefziehen wird der Blechrohling 10 auf einer Stirnseite der Matrize 12 zwischen Matrize 12 und einem Niederhalter 16 gehalten. Der Stirnseite der Matrize 12 liegt dabei die Stirnseite des Niederhalters 16 gegenüber und dazwischen wird der zunächst noch flache Blechrohling 10 mit einer Andruckkraft von dem Niederhalter 16 auf die Stirnseite der Matrize 12 gedrückt. Sowohl die Matrize 12 als auch der Niederhalter 16 haben eine zentrale Öffnung 18 beziehungsweise 20, in die der Stempel 14 eingeführt werden kann, um so den Rohling 10 zu einem stirnseitig offenen Napf zu verformen. Der Stempel 14 hat dabei einen geringeren Außendurchmesser als die zentrale Öffnung 18 in der Matrize 12 einen Innendurchmesser, so dass zwischen der äußeren Umfangswand des Stempels 14 und der inneren Umfangswand der zentralen Öffnung 18 in der Matrize 12 ein Spalt verbleibt, der als Ziehspalt bezeichnet wird.
Die Stirnfläche 40 der Matrize 12 geht an einer Ziehkante in eine die zentrale Öffnung 18 in der Matrize 12 umschließende Umfangswand über. Die Ziehkante wird von einem ringförmigen Einsatz 19 gebildet, der auch als Ziehring bezeichnet wird.
Während des Einführens des Stempels 14 in die zentrale Öffnung 18 in der Matrize 12 wird der Blechrohling 10, wie in den drei Abbildungen der 1 dargestellt, napfförmig verformt, wobei Blechmaterial des Blechrohlings 10 zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Matrize 12 und des Niederhalters 16 weg und in die Öffnung 18 in der Matrize 12 nachgezogen wird. Das Blechmaterial des Blechrohlings 10 wird dabei entsprechend der vorherrschenden Materialfließbedingungen sowohl verformt als auch gestreckt.
Wie 1 weiter zeigt, wird der Blechrohling 10 am Ort der Matrize 12 und des Stempels 14 mittels eines Schneidwerkzeugs 22 mit einer Schneidkante 24 ausgestanzt. Eine Außenkante 52 der Matrize 12 bildet dabei die zum Stanzen erforderliche Gegenkante zur Schneidkante 24 des Schneidwerkzeugs 22.
Der mittels des Schneidwerkzeugs 22 jeweils zugeschnittene Blechrohling 10 hat vorzugsweise eine sechseckige Form, um die Fläche eines Blechs, aus dem die Rohlinge 10 ausgestanzt werden, möglichst gut auszunutzen. Ein sechseckiger Blechrohling 10 hat zur Herstellung runder, stirnseitig offener Behälter jedoch den Nachteil, dass eine die Öffnung des geformten Behälters umgebende Kante typischerweise nicht wie gewünscht in einer Ebene verläuft, sondern vorstehende Abschnitte aufweist, die daraus resultieren, dass ein sechseckiger Blechrohling 10 von seinem Zentrum aus gesehen zu den Ecken 30 mehr Blechmaterial besitzt, als vom Zentrum aus gesehen zu dessen Kanten 32, in deren jeweiliger Mitte zwischen den Ecken 30; siehe 2.
Um den hieraus resultierenden ungleichmäßigen Überstand an der ansonsten die Öffnung eines geformten Behälters umgebenden Kante zu verringern, soll ein jeweils zu verformender Blechrohling 10 in den Bereichen zwischen den Ecken 30 stärker gestreckt werden, als in Richtung der Ecken 30. Dies wird durch eine entsprechende Ausgestaltung der Stirnfläche 40 von Matrize 12 und/oder Niederhalter 16 erreicht.
Beide Stirnflächen haben vorzugsweise eine Rauheit mit einem Mittenrauwert R_a zwischen 0,4 µm und 2 µm, die größer ist als die übliche Rauheit mit einem Rauwert R_a zwischen 0,05 µm und 0,1 µm. Eine solche Rauheit kann z.B. durch Sandstrahlen oder durch Erodieren mit einem entsprechend rauen Erodierstempel erzeugt werden.
3 zeigt eine Stirnfläche 40 einer Matrize 12 oder eines Niederhalters 16, die eine zentrale Öffnung 42 mit einer Umfangskante 44 einschließt. Zum Erreichen der gewünschten unterschiedlich starken Streckung des Blechmaterials beim Napfformen weist die Stirnfläche 40 verschieden ausgebildete Oberflächenabschnitte 46 und 48 auf, von denen erste Oberflächenabschnitte 46 mit Vertiefungen oder Durchbrüchen 50 zum Vermindern der Rückhaltekräfte versehen sind.
Die jeweilige Vielzahl von Vertiefungen oder Durchbrüchen 50 in den ersten Oberflächenabschnitten 46 führen dazu, dass die Rückhaltekräfte in diesen ersten Oberflächenabschnitten 46 geringer sind als in jeweils dazwischen liegenden zweiten Oberflächenabschnitten 48, die keine Vertiefungen oder Durchbrüche 50 aufweisen. Dies führt wiederum dazu, dass aus Richtung der ersten Oberflächenabschnitte 46 vergleichsweise mehr Blechmaterial eines jeweiligen Rohlings nachgezogen wird, als aus den dazwischen liegenden zweiten Umfangsanschnitten 48 und dass das aus Richtung der zweiten Oberflächenabschnitte 48 nachgezogene Blechmaterial eines jeweiligen Rohlings 10 stärker gestreckt wird, so dass im Zuge des Napfformens eine ursprünglich eckige Grundform kompensiert wird und ein Napf entsteht, der einem aus einem von Anfang an raus einem runden Rohling geformten Napf zumindest nahe kommt. In dem Ausführungsbeispiel in 3 sind die ersten Oberflächenabschnitte 46 mit der Vielzahl von Vertiefungen sowie die zweiten Oberflächenabschnitte 48 ohne entsprechende Vertiefungen oder Durchbrüche 50 jeweils Umfangssegmente der entsprechenden Stirnfläche 40.
Eine Außenkante 52 der Matrize 12 bildet eine Gegenkante zur Schneidkante 24 des Schneidwerkzeugs 22 und dient damit dem Ausstanzen eines jeweiligen Blechrohlings 10 bevor dieser zum Napf geformt wird. Das Ausstanzen eines Blechrohlings 10 und das anschließende Napfformen können in einem Arbeitshub erfolgen.
Das Ausführungsbeispiel in 4 unterscheidet sich von demjenigen aus 3 dadurch, dass ersten Oberflächenabschnitte 46‘ mit einer reibmindernden Beschichtung oder Textur versehen sind. Vertiefungen oder Durchbrüche können zusätzlich vorgesehen sein.
Wie 5 zeigt, können die ersten Oberflächenabschnitte 46' auch eine andere Form als die in 3 dargestellt, haben. Beispielsweise haben die ersten Oberflächenabschnitte 46' des Ausführungsbeispiels aus 5 jeweils einen dreieckigen Umriss, dessen Spitze 54 an die Umfangskante 44 der zentralen Öffnung 42 heranreicht. Jeder der ersten Oberflächenabschnitte 46' weist in diesem Ausführungsbeispiel fünfzig Vertiefungen oder Durchbrüche 50 auf, die einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser von jeweils 1,5 mm besitzen. Die Vertiefungen oder Durchbrüche 50 sind dabei in radial ausgerichteten Reihen innerhalb eines jeweiligen Oberflächenabschnitts 46' angeordnet. Die von den Vertiefungen oder Durchbrüchen 50 gebildeten Reihen gehen dabei von der jeweiligen Außenkante 52 der Stirnfläche der Matrize 12 (oder des Niederhalters 16) aus.
Die Außenkante 52 der Matrize 12 bildet die schon beschriebene Gegenkante für die Schneidkante 24 des Schneidwerkzeugs 22. Wie 5 zu entnehmen ist, definiert die Außenkante 52 einen Blechrohling 10 mit stark abgerundeten Ecken 30 und dazwischenliegenden geraden Kanten 32. Auf diese Weise lassen sich aus wenigstens annähernd sechseckigen Blechrohlingen 10 Näpfe formen, die eine Zarge ohne nennenswert überstehendes Material besitzen.
Bezugszeichenliste

10: Blechrohling
12: Matrize
14: Stempel
16: Niederhalter
18, 20, 42: zentrale Öffnung
19: Ziehring
22: Schneidewerkzeug
24: Schneidekante
30: Ecken des Rohlings
32: Kanten des Rohlings
40: Stirnfläche von Matrize oder Niederhalter
44: Umfangskante der zentralen Öffnung
46, 46‘, 48: Oberflächenabschnitte der Stirnfläche
50: Durchbrüche
52: Außenkante der Matrize
54: Spitze des Umrisses erster Oberflächenabschnitte
56: reibmindernde Beschichtung oder Textur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5630337 [0006]
US 5749258 [0006]
DE 102011077328 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung zum Verformen eines Blechrohlings (10) von einer ursprünglich flachen Form zu einer Napfform, die einen Stempel (14), eine Matrize (12) mit einer Stirnfläche (40) und einen Niederhalter (16) mit einer Stirnfläche (40) aufweist, von denen die Matrize (12) und der Niederhalter (16) mit ihren Stirnflächen (40) einander gegenüberliegend angeordnet sind und jeweils eine zentrale Öffnung (18) aufweisen, so dass durch diese zentralen Öffnungen (18) ein Stempel (14) hindurch beziehungsweise eingeführt werden kann, wobei die dem Niederhalter (16) zugewandte Stirnfläche (40) der Matrize (12) an einer Ziehkante in eine die zentrale Öffnung (18) in der Matrize (12) umschließende Umfangswand übergeht und der Stempel (14) relativ zum Niederhalter (16) und zur Matrize (12) beweglich angeordnet ist, so dass er durch die zentrale Öffnung (18) in dem Niederhalter (16) in die zentrale Öffnung (18) in der Matrize (12) eingeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bewirken eines in Umfangsrichtung der zentralen Öffnung (18) unterschiedlich starken Materialeinzugs in wenigstens einer der einander gegenüberliegenden, eine Rückhaltekraft bewirkenden Stirnflächen (40) von Matrize (12) und Niederhalter (16) erste Oberflächenabschnitte (46) vorgesehen sind, die aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften und/oder -struktur eine geringere Reibkraft zwischen der Stirnfläche (40) der Matrize (12) und/oder des Niederhalters (16) und einem jeweiligen Rohling bewirken, als in Umfangsrichtung zwischen den ersten Abschnitten angeordneten zweiten Oberflächenabschnitten (48).
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Stirnfläche von Matrize (12) und/oder Niederhalter (16) in den ersten Oberflächenabschnitten (46) von einem anderen Material gebildet ist, als die Oberfläche in den zweiten Oberflächenabschnitten
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Oberflächenabschnitte (46) eine Vielzahl Vertiefungen oder Durchbrüchen (50) aufweisen, die die wirksame reibende Fläche in den ersten Oberflächenabschnitten verringern, und so die Reibung und damit eine jeweilige Rückhaltekraft in einem jeweiligen ersten Oberflächenabschnitt (46) verringern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (40) der Matrize (12) und/oder des Niederhalters (16) von einer einstückigen Metallscheibe mit einer zentralen Öffnung (18) gebildet ist und die Metallscheibe mehrere erste Oberflächenabschnitte (46) mit einer Vielzahl von Durchbrüchen (50) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen oder Durchbrüche (50) jeweils identische Umfangsformen haben und vorzugsweise rund sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen jeweils in den ersten Oberflächenabschnitten (46) der Stirnfläche (40) der Matrize (12) und/oder des Niederhalters (16) angeordnet sind, zwischen denen sich jeweils zweite Oberflächenabschnitte (46) befinden, die keine oder pro Flächeneinheit weniger Vertiefungen oder Durchbrüche (50) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen oder Durchbrüche (50) in einem jeweiligen der ersten Oberflächenabschnitte (46) jeweils den gleichen Abstand voneinander haben.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen oder Durchbrüche (50) in einem jeweiligen der ersten Oberflächenabschnitte (46) voneinander jeweils einen Abstand haben, der kleiner ist, als der Durchmesser der Vertiefungen oder Durchbrüche (50).
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Oberflächenabschnitte (46) jeweils einen zumindest annähernd dreieckigen Umriss haben.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Oberflächenabschnitte (46) mit einer Spitze (54) des jeweiligen Umrisses bis an den Umfang der jeweiligen zentralen Öffnung (18) heranreichen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (40) der Matrize (12) und/oder die Stirnfläche (40) des Niederhalters (16) jeweils sechs erste Oberflächenabschnitte (46) sowie sechs zweite Oberflächenabschnitte (46) aufweisen, wobei sich erste und zweite Oberflächenabschnitte in Umfangsrichtung abwechseln.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Schneidwerkzeug (22) mit einer Schneidkante (24) aufweist und eine Außenkante (52) der Matrize (12) eine zum Stanzen von Blechrohlingen (10) erforderliche Gegenkante zur Schneidkante (24) des Schneidwerkzeugs (22) bildet, wobei die Außenkante (52) der Matrize (12) eine mehreckige, vorzugsweise sechseckige Form der Blechrohlinge (10) definiert und erste Oberflächenabschnitte (46) mit jeweils einer Vielzahl von Vertiefungen oder Durchbrüchen (50) in der Stirnfläche (40) der Matrize (12) und/oder der Stirnfläche (40) des Niederhalters (16) jeweils in Richtung derjenigen Abschnitte der Außenkante (52) der Matrize (12) ausgerichtet sind, die dem Ausstanzen der Ecken (30) eines jeweiligen Blechrohlings (10) dienen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Abschnitte der Außenkante (52) der Matrize (12), die dem Ausstanzen der Ecken (30) eines jeweiligen Blechrohlings (10) dienen, zum Ausstanzen abgerundeter Ecken (30) ausgebildet sind und dass zwischen den Abschnitten der Außenkante (52) der Matrize (12), die dem Ausstanzen der Ecken (30) eines jeweiligen Blechrohlings (10) dienen, jeweils grade Abschnitte der Außenkante (52) der Matrize (12) vorgesehen sind, die dem Ausstanzen grader Kanten (32) eines jeweiligen Blechrohlings (10) dienen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen oder Durchbrüche (50) jeweils einen Durchmesser zwischen 1 mm und 3 mm aufweisen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Oberflächenabschnitt (46) mit jeweils einer Vielzahl von Vertiefungen oder Durchbrüchen (50) in der Stirnfläche (40) der Matrize (12) und/oder der Stirnfläche (40) des Niederhalters (16) zwischen 20 und 80 Vertiefungen oder Durchbrüche (50) aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, ersten Oberflächenabschnitten des Rohlings Oberflächeneigenschaften zu verschaffen, die eine Reibung zwischen Rohling und Stirnfläche von Matrize oder Niederhalter vermindern, so dass die Reibung zwischen ersten Oberflächenabschnitten des Rohlings und der Stirnfläche von Matrize oder Niederhalter geringer ist, als die Reibung zwischen in Umfangsrichtung zwischen den ersten Oberflächenabschnitten des Rohlings liegenden zweiten Oberflächenabschnitten des Rohlings und der jeweiligen Stirnfläche von Matrize oder Niederhalter.
Verfahren zum Verformen eines Blechrohlings (10) von einer ursprünglich flachen Form zu einer Napfform, mittels eines Stempels (14), einer Matrize (12) mit einer Stirnfläche (40) und eines Niederhalters (16) mit einer Stirnfläche (40), von denen die Matrize (12) und der Niederhalter (16) mit ihren Stirnflächen (40) einander gegenüberliegend angeordnet sind und jeweils eine zentrale Öffnung (18) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stempel und/oder eine Matrize verwendet werden, der und/oder die eine Stirnfläche mit ersten und zweiten Oberflächenabschnitten aufweist, von denen die ersten Oberflächenabschnitte aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften und/oder -struktur eine geringere Reibung zwischen der Stirnfläche (40) der Matrize (12) und/oder des Niederhalters (16) und einem jeweiligen Blechrohling bewirken, als in Umfangsrichtung zwischen den ersten Abschnitten angeordneten zweiten Oberflächenabschnitten (46).