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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen eines napfförmigen Gegenstandes,
insbesondere Rohling eines Schraubverschlusses für Glasflaschen oder dergleichen,
aus einem lackierten Blech, indem durch die Relativbewegung zwischen
einer mit einem Niederhalter zusammenwirkenden Schnittglocke und
einem Ziehklotz der Rohling aus dem Blech ausgestanzt und um den
Ziehklotz gezogen wird, wobei die Breite eines sich zwischen der
Schnittglocke und dem Niederhalter ausbildenden Bördels des Rohlings
mit fortschreitendem Verformungsgrad stetig reduziert wird.
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Unter
Tiefziehen wird das Umformen eines Blechzuschnittes (Ronde, Platine)
zu einem Hohlkörper
oder eines Hohlkörpers
zu einem Hohlkörper
mit kleinerem Umfang mit oder ohne beabsichtigter Veränderung
der Blechdicke verstanden. Beim Umformen müssen Segmente des Rohlings
zur Zylinderwand hochgeklappt und dazwischenliegende Teilstücke verdrängt werden.
Dabei treten radiale Zug- und tangentiale Druckspannungen auf. Beim Überlaufen der
Schnittglocke entsteht eine Biegung. Damit der nach radial außen ragende
Bördel
oder Flansch unter der Einwirkung der tangentialen Druckspannungen nicht
ausknickt und Falten bildet, ist der kraftbeaufschlagte Niederhalter
vorgesehen.
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Die
für Glasflaschen
vorgesehenen Deckel werden aus relativ dünnen Blechen gezogen. Diese Bleche
sind, insbesondere wenn sie für
die Nahrungsmittelindustrie vorgesehen sind, lackiert und weisen
vielfach Werbeaufdrucke auf. Problematisch bei der Deckelherstellung
ist, dass beim Umformen im axial äußeren Bereich des Napfes die
Lackierung reißt
und sich feine Farbfäden
bilden. Die gerissene Lackierung beeinträchtigt die Optik des Deckels nicht,
da das axiale Ende des Rohlings nachträglich noch eingerollt wird,
so dass die eingerissenen Stellen, die im Übrigen sehr fein sind, am fertigen
Produkt unsichtbar sind. Die Lackfäden setzen sich aber nicht nur
in den Werkzeugen, sondern auch am Rand des Rohlings fest, in den
Werkzeugen bildet sich eine watteartige Konsistenz, die regelmäßig entfernt
werden muss. Auch die sich am Napf, speziell an seinem Rand festsetzenden
Fäden müssen sorgfältig entfernt
werden, damit diese beim Abfüller
nicht mit dem Abfüllgut
(Nahrungsmittel) in Kontakt kommen, was nicht akzeptabel wäre.
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Bei
Deckeln für
Glasflaschen handelt es sich um Massenartikel, von denen große Mengen
in einem Werkzeug hergestellt werden. Zum Entfernen der Fäden muss
die Produktionsanlage, die das Werkzeug umfasst, stillgesetzt und
abgeblasen bzw. gereinigt werden, wodurch sich die Produktionszeit verlängert und
damit auch die Herstellkosten erhöhen. Das Abblasen der Fäden muss
sehr sorgfältig erfolgen,
damit das die Anlage bedienende Personal nicht gesundheitsgefährdet wird.
Auch die Halle, in der die Anlagen aufgestellt sind, muss laufend
von den Farbfäden
gereinigt werden.
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Von
dieser Problemstellung ausgehend soll das eingangs erläuterte Verfahren
so verbessert werden, dass die Fadenbildung deutlich reduziert oder gar
vollständig
eliminiert wird.
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Zur
Problemlösung
zeichnet sich ein gattungsgemäßes Verfahren
dadurch aus, dass das Ziehen um den Ziehklotz in zwei Schritten
erfolgt:
- 1. Verformen des Rohlings unter Kraftbeaufschlagung
des Niederhalters, bis der Bördel
eine definierte Breite erreicht,
- 2. Ausziehen des definierten Bördels ohne Kraftbeaufschlagung
des Niederhalters.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Fadenbildung nicht
beim Ausstanzen der Ronde aus dem Blech infolge der hohen Schnittkräfte entsteht,
wie man annehmen könnte,
sondern zum Ende des Tiefziehens, wenn die Flächenpressung auf den Bördel, der
zwischen der Schnittglocke und dem Niederhalter ausgebildet ist,
sehr hohe Werte erreicht. Durch die definierte Breite des Bördels wird kurz
bevor die Flächenpressung
in diesem Bördel Werte
erreicht, die die Lackschicht reißen lassen, das Tiefziehen
unterbrochen. Der Bördel
hat dann eine Breite von beispielsweise maximal 3 mm, was gegenüber der
Napfhöhe
sehr klein ist. Das Ausziehen des Bördels erfolgt im zweiten Schritt
dann ohne Kraftbeaufschlagung des Niederhalters, so dass beim Ausziehen
keine Flächenpressung
auf den Bördel
wirkt. Die notwendige Umformkraft kann aufgrund der nur noch kleinen
notwendigen Umformung sehr niedrig gehalten werden, wodurch das
Einreißen
der Lackschicht verhindert wird und sich keine Fäden ausbilden können.
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Durch
dieses Verfahren werden die bisher für die Reinigung notwendigen
Stillstandszeiten und damit verbundene Kosten eliminiert, wodurch
die Produktionskosten deutlich gesenkt werden. Da am Rohling ebenfalls
keine Fäden
vorhanden sind, entfällt
auch der weitere bisher zum Entfernen der Fäden notwendige Arbeitsschritt
und entsprechende Kontrollschritte, was die Herstellkosten weiter
senkt. Außerdem
wird die Zipfelbildung reduziert.
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Vorzugsweise
erfolgen beide Schritte in demselben Werkzeug, was die Fertigung
optimiert.
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Wenn
im zweiten Schritt in die axiale Wandung des Rohlings eine Profilierung
eingebracht wird, die vorzugsweise nach radial außen gezogen wird,
entstehen keine Falten beim späteren
Einrollen des äußeren axialen
Endes, was die Qualität
des fertigen Deckels erhöht.
Außerdem
muss der Deckel später
zum Einrollen des Randes nicht mehr gekippt werden.
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Die
radiale Breite des Bördels
zum Ende des ersten Umformschrittes beträgt weniger als 3 mm, insbesondere
vorzugsweise 0,5 – 1,5
mm. Je kleiner die Breite des Bördels
ist, um so geringere Kräfte sind
zur Umformung im zweiten Schritt notwendig. Die Breite des Bördels ist
natürlich
abhängig
von der auftretenden Flächenpressung,
die wiederum von der Blechdicke abhängig ist und deren verträglicher Maximalwert
in Korrelation mit der Dicke der Farbschicht steht.
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Mit
Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden.
Es zeigt:
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1 – den Teil-Halbschnitt durch
ein Tiefziehwerkzeug;
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2 – ein Tiefziehwerkzeug im Teilhalbschnitt
nach dem Stand der Technik;
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3 – ein Tiefziehwerkzeug im Teilhalbschnitt
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
am Ende des ersten Teilschrittes;
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4 – das Tiefziehwerkzeug nach 3 am Ende des zweiten Teilschrittes;
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5 – ein alternatives Werkzeug
zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
am Ende des ersten Teilschrittes;
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6 – ein weiteres Tiefziehwerkzeug
zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
am Ende des ersten Teilschrittes;
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7 – die schematische Darstellung
zur Weiterbearbeitung des erfindungsgemäß hergestellten Rohlings.
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1 zeigt den Teilschnitt
des um die Mittellinie M symmetrisch aufgebauten Tiefziehwerkzeuges,
das aus dem Schnittring 1, der Schnittglocke 2, dem
mit der Schnittglocke 2 zusammenwirkenden Niederhalter 3,
dem den Ziehklotz 6 abstützenden Unterteil 4 und
dem Prägeklotz 7 besteht.
Der Prägeklotz 7 und
der Ziehklotz 6 mit der Schnittglocke 2 schließen den
Rohling 8 ein. Über
regelmäßig auf
einem Umfangskreis verteilt angeordnete Niederhalterstifte 5 wird
die Kraft eines hier nicht näher
dargestellten Federpaketes auf den Niederhalter 3 übertragen.
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Die
Herstellung des Rohlings 8 erfolgt nach dem Stand der Technik
mit dem Werkzeug gemäß 2, wobei das lackierte Blech
bzw. eine mittels des Schnittringes 1 hieraus ausgeschnittene
(ausgestanzte) Ronde auf den Ziehklotz 6 aufgelegt wird. Auf
das Blech werden der Prägeklotz 7 und
die Schnittglocke 2 abgesenkt, wobei die Schnittglocke 2 eine
Blechplatte aus der Ronde ausstanzt. Zwischen dem Niederhalter 3 und
der Schnittglocke 2 ist nach Durchtrennung des Blechs ein
Flansch oder Bördel eingeklemmt,
dessen Breite bei einer weiteren Absenkbewegung von Schnittglocke 2 und
Niederhalter 3 stetig reduziert wird. Durch die Reduzierung
der Breite des Bördels
steigt in Folge der auf den Niederhalter 3 wirkenden Kraft
F die Flächenpressung
im Bördel
an.
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3 zeigt das Werkzeug am
Ende des ersten Teilschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Schnittglocke 2 und
der Niederhalter 3 werden gemeinsam relativ zum Ziehklotz 6 so
weit verfahren, bis im Bördel 8a des
Rohlings 8 eine definierte Flächenpressung auftritt, d. h.,
die aus der Differenz des Außenradius
R und des Innenradius r gebildete Breite des Bördels 8a ein definiertes
Maß erreicht
hat. Dieses definierte Maß liegt
unter 3 mm und beträgt vorzugsweise
0,5 – 1,5
mm. Gegenüber
dem Innenradius r des Rohlings 8 ist dieses Maß also sehr
klein.
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Im
zweiten Schritt, der aus 4 hervorgeht, wird
der Niederhalter 3 kraftlos gemacht und die Schnittglocke 2 formt
den Rohling 8 aus. Dabei wird am axial äußeren Ende der Wandung 8b eine
nach radial außen
weisende Profilierung 8c eingebracht, die beim späteren Einrollen
der Wandung 8b dafür sorgt,
dass in der Wandung 8b keine Faltenbildung bzw. Einknickungen
entstehen. Das Einrollen der Wandung 8b ist 7 entnehmbar. Durch das
Rollen nach radial innen wird die nach radial außen weisende Profilierung 8c aufgehoben,
so dass die Wandung 8b einen geraden Verlauf nimmt. Zur
Erhöhung
der Stabilität
des Deckels wird der leicht eingebördelte Rand anschließend weiter
eingerollt. Für
einen Schraubverschluss werden nach Abschluss des Einrollens am
unteren Ende regelmäßig über den
Umfang verteilte Nocken 8d eingedrückt, die mit dem am Hals der
Glasflasche angebrachten Gewinde später zusammenwirken.
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Die
beiden Schritte des erfindungsgemäßen Tiefziehverfahrens können in
zwei unterschiedlichen Werkzeugen durchgeführt werden. In diesem Fall kann
ein herkömmliches
erstes Werkzeug verwendet werden, bei dem der Niederhalter 3 beispielsweise über ein
Federpaket kraftbelastet ist. Nach Abschluss des ersten Schrittes
wird der Rohling 8 aus dem Werkzeug entfernt und in ein
anderes Werkzeug eingelegt, das keinen Niederhalter 3 aufweist.
Um diesen weiteren Schritt schneller durchführen zu können, zeigen die 5 und 6 zwei modifizierte Werkzeuge in schematischer
Darstellung. Bei dem in 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel
wird der Niederhalter 3 mittels der Niederhalterstifte 5,
die regelmäßig beabstandet
auf einer Umfangslinie angeordnet sind, von der Kolbenplatte 9 beaufschlagt,
die mit einem Kolbenraum 11 zusammenwirkt, der über eine Zuleitung 10 mit
einer hier nicht dargestellten pneumatischen oder hydraulischen
Druckquelle in Verbindung steht. Im ersten Schritt wird der Kolbenraum 11 mit
dem Druckmedium beaufschlagt, so dass eine Kraft auf den Niederhalter 3 ausgeübt wird.
Am Ende des ersten Schrittes wird der Kolbenraum 11 entleert, so
dass der Niederhalter 3 entweder schon durch sein Eigengewicht
absinkt oder im zweiten Schritt von der Schnittglocke 2 beim
Beenden des Tiefziehens nach unten gestoßen wird.
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Bei
dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel
kann der Niederhalter 3 mechanisch in Bezug auf den Bördel 8a kraftlos
gemacht werden. Der Niederhalter 3 kann hier wie bekannt
mit einem nicht dargestellten Federpaket zusammenwirken. Nach Abschluss
des ersten Tiefziehschrittes wird die Schnittglocke 2 angehalten.
Die Kolbenstange 12 des Zylinders 13 wird ausgefahren
und drückt über den
Hebel 14, der sich schwenkbar am Unterteil 4 abstützt, den Niederhalter 3 nach
unten gegen die Kraft des Federpaketes, so dass er außer Eingriff
mit der Schnittglocke 2 gelangt und der zweite Tiefziehschritt
ohne Krafteinfluss vollzogen werden kann.
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- 1
- Schnittring
- 2
- Schnittglocke
- 3
- Niederhalter
- 4
- Unterteil
- 5
- Niederhalterstifte
- 6
- Ziehklotz
- 7
- Prägeklotz
- 8
- Rohling
- 8a
- Bördel/Flansch
- 8b
- Wandung
- 8c
- Profilierung
- 8d
- Nocken
- 9
- Kolbenplatte
- 10
- Leitung
- 11
- Kolbenraum
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Zylinder
- 14
- Hebel
- F
- Kraft
- M
- Mittellinie
- r
- Innenradius
- R
- Außenradius