DE19537834C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dünnwandigen Blechhohlkörpers, insbesondere einer Dose - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechhohlkörpers mit dünner, insbesondere im wesentlichen zylindrischer Wandung und einem Boden, insbesondere einer Dose, durch Abstreckziehen, bei dem nach dem eigentlichen Abstreckziehvorgang der Hohlkörper zunächst auf dem zum Abstreckziehen verwendeten Ziehstempel belassen wird, während mit einem Bodenwerkzeug von außen auf den Boden ein zum Ziehstempel gerichteter Druck ausgeübt wird, um den Boden mit einer zum Innern des Höhlkörpers einspringen­ den Einwölbung zu versehen, und anschließend der Hohlkörper vom Ziehstempel abgestreift wird, indem dieser aus dem Hohl­ körper gezogen wird, wobei während des Abstreifens Druck­ luft in das Innere des Hohlkörpers zwischen Boden und Ziehstempel eingeleitet und so hoher Luftdruck im Innern des Hohlkörpers aufgebaut wird, daß das Abstreifen allein durch den Luftdruck erfolgt, und wobei während des Abstrei­ fens der Boden von außen abgestützt wird, indem er in stän­ digem Kontakt mit dem Bodenwerkzeug gehalten wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zweiteilige Dosen aus Blech, bei denen eine den Rumpf bil­ dende, im wesentlichen zylindrische Wandung, und der Boden aus einem Stück bestehen, haben im allgemeinen im Rumpf eine kleinere Wanddicke als im Boden, dessen Dicke etwa der ursprünglichen Blechdicke entspricht. Die Dickenverminde­ rung der Wandung wird durch Abstreckziehen erzielt. Ein Napf, der aus einer Blechronde (Weißblech, Aluminium-, Kupfer- oder sonstiges Blech) durch Tiefziehen geformt wurde, wird von einem Ziehstempel aufgenommen und durch mehrere hintereinander angeordnete Abstreckringe gezogen. Die Umformspalte zwischen den Abstreckringen und dem Zieh­ stempel werden dabei von Abstreckring zu Abstreckring immer enger, wobei bereits am ersten Abstreckring der Umformspalt kleiner als die Blechdicke ist. Dies führt zu einer Wanddickenreduktion und einer Verlängerung der Rumpfwand. Der Ziehstempel besitzt in einem in seinem freien Ende entfernten Bereich einen Hinter­ schliff, so daß der Rumpf zu seinem offenen Ende hin eine Wandverdickung erhält. Diese ist für die spätere Durchmesser-Reduktion, die durch Necken erfolgt, das spätere Bördeln und das Auffalzen des Dosendeckels er­ forderlich. Wenn der Hohlkörper (die Dose) mittel des Ziehstempels durch alle Abstreckringe gezogen wurde und der Ziehstempel annähernd seine vordere Endstel­ lung erreicht hat, wird der Boden mittels eines Boden­ werkzeuges mit einer zum Inneren des Hohlkörpers hin gerichteten Einwölbung (Kalotte) und am Übergang zwi­ schen Boden und Rumpf mit einer kegelstumpfförmigen Wandübergangsschräge versehen. Das Bodenwerkzeug be­ steht zu diesem Zweck aus einem zentralen Innenteil mit einem kalottenförmigen Abschnitt und einem das Innenteil konzentrisch umschließenden, in Achsrich­ tung des Ziehstempels entgegen Federkraft axial ver­ schiebbaren Niederhalter. Dieser Niederhalter sorgt dafür, daß während der Umformung des Bodens in der Wandübergangsschräge keine Falten entstehen.

Nach der Umformung des Bodens wird der Ziehstempel vom Bodenwerkzeug weg in seine Ausgangsstellung be­ wegt. Dabei muß der Hohlkörper bzw. die Dose von dem Ziehstempel abgestreift werden. Zu diesem Zweck sind mehrere Abstreiffinger vorgesehen, die sich an die Mantelfläche des Ziehstempels anlegen, sobald dieser zusammen mit dem Hohlkörper den letzten Ab­ streckring passiert hat. Beim Abstreifen des Hohl­ körpers von dem Ziehstempel muß die am offenen Ende des Hohlkörpers gebildete Wandverdickung aufgeweitet werden und außerdem müssen die Reibungskräfte zwischen der Wan­ dung des Hohlkörpers und dem Ziehstempel überwunden wer­ den, wozu eine bestimmte Abstreifkraft erforderlich ist. Damit nicht die gesamte Abstreifkraft von den Abstreif­ fingern aufgenommen werden muß, wird durch eine Längs­ bohrung im Ziehstempel während das Abstreifens Druck­ luft in das Innere des Hohlkörpers zwischen Boden und Ziehstempel eingeleitet. Die von der Druckluft auf das Innere des Bodens ausgeübte Druckkraft unterstützt das Abstreifen des Hohlkörpers vom Ziehstempel. Ohne die unterstützende Wirkung der Druckluft würden die Ab­ streifkräfte an den Abstreiffingern so groß, daß sich der Rand des Hohlkörpers wegen Überbeanspruchung ein­ rollen und zu Ausschuß beim anschließenden Beschneiden des Randes führen würde. Der Druck, der das Abstreifen unterstützenden Druckluft, beträgt bei der Dosenproduk­ tion etwa 2-4 bar. Einer Erhöhung des Luftdruckes sind Grenzen gesetzt, weil die Böden der Hohlkörper bzw. Dosen nur Drücken von maximal 6,5 bar standhal­ ten.

Bei einem weiteren Verfahren zur Herstellung eines Blech­ hohlkörpers der eingangs genannten Art (DE-GM 19 54 412) wird so hoher Luftdruck im Innern des Hohlkörpers aufge­ baut, daß das Abstreifen allein durch den Luftdruck er­ folgt. Um jedoch dabei die Belastung des Bodens zu ver­ ringern, wird nach dem Ziehen ein Gegenstempel gegen die Bodenfläche des Blechhohlkörpers gefahren und während des Abstreifens in ständigem Kontakt mit der Bodenfläche ge­ halten. Am Anfang des Abstreifvorganges ist jedoch ein besonders hoher Luftdruck erforderlich, um den Hohl­ körper von dem Ziehstempel zu lösen, d. h. die Haftreibung zu überwinden. Durch das Abstreckziehen ist speziell die Dicke der zylindrischen Wandung stark reduziert worden, so daß durch den hohen Luftdruck am Anfang des Abstreif­ vorganges Deformationen der zylindrischen Wand und auch ein Reißen derselben eintreten können. Bei der Dosenfer­ tigung besteht außerdem die Zielsetzung, die Wanddicken, die z. Zt. im Bereich des Rumpfes 0,08 mm und am offenen Ende der Dose 0,14 mm betragen, noch weiter zu verringern, um hierdurch an Ausgangsmaterial zu sparen und die Kosten zu reduzieren. Bei noch geringeren Wanddicken ist die Gefahr, daß die zylndrische Wandung in der Nähe des Bodens reißt, daher noch größer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Herstellung eines Blechhohlkörpers mit im wesentlichen zylindrischer Wandung und einem Boden, ins­ besondere einer Dose, der eingangs erwähnten Art aufzu­ zeigen, bei dem Deformationen der zylindrischen Wand und auch ein Reißen derselben am Anfang des Abstreifvorganges vermieden werden, und welches damit auch eine weitere Reduzierung der Wanddicke des Rumpfes und damit eine Kostenreduzierung ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch, daß während des Abstreifens zumindest der an den Boden angrenzende Bereich der zylindrischen Wandung des Hohlkörpers von außen abgestützt wird.

Wenn am Anfang des Abstreifvorganges ein besonders hoher Luftdruck angewendet werden muß, um die Hohlkörper von dem Ziehstempel zu lösen und dabei die Haftreibung zu überwinden, wird durch die Abstützung des an den Boden angrenzenden Bereichs der zylindrischen Wandung des Hohlkörpers von außen eine Deformation der zylindrischen Wandung und damit auch ein Reißen derselben wirksam verhindert. Man kann infolgedessen die Wanddicke der Dose noch weiter verringern, d. h. dünneres Ausgangsma­ terial verwenden und damit auch die Herstellungskosten der Dose senken.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in bekannter Weise mit einem axial hin- und herbeweglichen Ziehstempel, der mit mehreren Abstreckringen zusammen­ wirkt und eine axiale, sich bis zu seinem vorderen, freien Ende erstreckende Druckluftbohrung aufweist, und mit einem von außen auf den Boden des Blechhohl­ körpers einwirkenden, am Ende des Abstreckhubes des Ziehstempels angeordneten, mit dessen freien Ende zu­ sammenwirkenden Bodenwerkzeug ausgerüstet, welches ein stationäres, zentrales Innenteil und einen dieses kon­ zentrisch umschließenden, in Achsrichtung des Ziehstem­ pels entgegen Federkraft axial verschiebbaren Nieder­ halter umfaßt, nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Verschiebebereich des Niederhalters ein Stützring vorgesehen ist, welcher bei verriegeltem Niederhalter die Wandung der Dose von außen umfaßt.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt der Vorrichtung in prinzipieller Darstellung. Hier­ bei zeigt die Zeichnung links unten die Stellung der verschiedenen Bestandteile der Vorrichtung bei der Vorwärtsbewegung des Ziehstempels in Richtung V, kurz bevor dieser seine vorderste Endstellung erreicht hat, während die übrige Zeichnung die Stellung der Bestand­ teile bei der Rückwärtsbewegung des Ziehstempels in Richtung R darstellt.

In der Zeichnung ist ein zum Abstreckziehen ver­ wendeter Ziehstempel 1 gezeigt, der in Richtung seiner Achse A gemäß dem Pfeil V vorwärts und gemäß dem Pfeil R rückwärts bewegbar ist. In der Zeichnung sind von der Vorrichtung nur ein zweiter Abstreckring 2 und ein dritter Abstreckring 3 gezeichnet. Der Ziehstempel 1 weist ferner eine axiale Druckluftbohrung 4 auf, die sich bis in die Nähe seines freien Endes 1a erstreckt. Der Ziehstempel 1 ist außerdem in Abstand von seinem freien Ende 1a mit einem Hinterschliff 1b versehen, wobei dieser Hinterschliff 1b übertrieben groß darge­ stellt ist, während sich in der Praxis nur ein Durch­ messerunterschied zwischen dem vorderen Teil des Zieh­ stempels 1 und dem hinterschliffenen Teil von etwa 0,12 mm ergibt. Durch diesen Hinterschliff 1b erhält die Dose 5 im Bereich ihres Randes 5c eine Wandverdickung, die für eine spätere Durchmesser-Reduktion (durch Necken), das Bördeln und das Auffalzen eines Deckels erforderlich ist. Die Wanddicke einer 0,33 l-Dose 5 aus Weißblech mit einem Rumpfdurchmesser von 66 mm beträgt im Bereich des Randes 5c etwa 0,14 mm, während der Rumpf 5b sonst nur 0,08 mm dick ist. Der Boden der Dose 5 ist in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 5a be­ zeichnet.

Am Ende des Abstreckhubes des Ziehstempels 1 ist ferner ein Bodenwerkzeug 6 angeordnet. Dieses umfaßt ein stati­ onäres Innenteil 7 mit einer Kalotte 7a und einen das Innenteil 7 konzentrisch umschließenden Niederhalter 8. Der Niederhalter 8 ist gegenüber dem Innenteil 7 in Richtung der Achse A des Ziehstempels 1 axial entgegen der Kraft einer Gummifeder 9 verschiebbar. Ferner ist mindestens eine Sperreinrichtung 10 für den Niederhal­ ter 8 vorgesehen (in der Zeichnung sind zwei derartige Sperreinrichtungen 10 gezeigt). Jede Sperreinrichtung 10 umfaßt eine Sperrklinke 11, die um eine Achse 12 schwenk­ bar ist. Zur Betätigung der Sperrklinke 11 ist ein Motor 13, z. B. ein Pneumatikzylinder, vorgesehen. Die Sperr­ klinke 11 wirkt mit einem Absatz 8a an dem Niederhal­ ter 8 zusammen. Die Sperrklinke 11 und der Absatz 8a sind dabei so zueinander angeordnet, daß der von der Feder 9 belastete Niederhalter 8 in derjenigen Stel­ lung verriegelbar ist, die er am äußeren (vorderen) Umkehrpunkt des Ziehstempels 1 einnimmt. Diese Stel­ lung ist in der Zeichnung oben dargestellt, während in der Zeichnung links unten der Niederhalter 8 in seiner Ausgangsstellung dargestellt ist.

Beim Abstreckziehen wird der Ziehstempel 1 zusammen mit der Dose 5 in Vorwärtsrichtung V durch die Abstreckringe 2, 3 hindurchbewegt. Kurz bevor er seine vordere Endstel­ lung erreicht hat, trifft die Dose 5 mit ihrem zunächst ebenen Boden auf den gefederten Niederhalter 8, der sich gemäß der Zeichnung links unten in seiner Ausgangsstel­ lung befindet. Durch das Zusammenwirken des äußeren Randes des freien Endes 1a des Ziehstempels 1 und den gefederten Niederhalter wird zunächst die Wandübergangs­ schräge (Bodenschräge), d. h. der radial äußere Bereich des Bodens 5a am Übergang zum Rumpf 5b geprägt. Während dieses Prägens fließt ein Teil des Werkstoffes aus der Dosenwand in den Bodenbereich. Ohne Halten der Boden­ schräge durch den Niederhalter 8 würden in ihr Falten entstehen. Bei der weiteren Vorwärtsbewegung des Zieh­ stempels in Richtung V kommt der zentrale Bereich des Bodens 5a mit der Kalotte 7a des stationären Innenteils 7 in Berührung und es wird hierdurch eine zum Innern der Dose 5 einspringende, kalottenförmige Einwölbung am Boden 5a erzeugt. Wenn der Ziehstempel 1 seine vordere Endstellung erreicht hat, ist die Einwölbung des Bodens voll ausgeformt und der Niederhalter 8 so weit nach links verschoben, wie es in der Zeichnung links oben dargestellt ist. Durch den Pneumatikzylin­ der 13 wird nunmehr die Sperrklinke 11 in ihre Sperr­ stellung bewegt, wie es in der Zeichnungs links oben dargestellt ist. Die Sperrklinke 11 rastet dabei an dem Absatz 8a des Niederhalters 8 ein. Die Bewegung der Sperrklinke 11 in Sperrstellung könnte gegebenen­ falls auch durch eine nicht dargestellte Feder erfol­ gen. Die Bewegung des durch einen nicht dargestellten Kurbelantrieb angetriebenen Ziehstempels 1 wird nunmehr umgekehrt, nachdem er seine vordere Endstellung (Tot­ punkt) erreicht hat. Während der Ziehstempel vom Boden­ werkzeug 6 in Richtung R wegbewegt wird, wird Druckluft unter hohem Druck über die Druckluftbohrung 4 in das Innere der Dose 5, d. h. in den Raum zwischen dem freien Ende 1a des Ziehstempels 1 und dem Inneren des Dosen­ bodens 5a eingeleitet. Hierdurch wird auf den Dosen­ boden 5a eine zum Bodenwerkzeug 6 hin gerichtete Kraft P erzeugt. Der Luftdruck muß dabei so groß gewählt werden, daß allein durch die Kraft P die Dose 5 vom in Richtung R bewegten Ziehstempel 1 abgestreift wird. In Abstreckver­ suchen wurde festgestellt, daß zum Abstreifen einer aus Weißblech bestehenden 0,33 l-Dose Luftdrücke von 11-22 bar erforderlich sind. Damit bei diesem hohen Druck der Boden 5a nicht ausgebeult wird, ist es wesent­ lich, daß er während der Rückwärtsbewegung des Ziehstem­ pels 1 ständig am Bodenwerkzeug 6, d. h. an dessen Innen­ teil 7 und auch am Niederhalter 8 anliegt. Der Nieder­ halter 8 muß dabei gegen die Wirkung der Feder 9 durch die Sperrklinke 11 in der links oben dargestellten Position gehalten werden, damit der Boden 5a nicht von dem Innenteil 7 des Bodenwerkzeugs weggedrückt wird. Sobald der Ziehstempel 1 die Dose 5 vollständig verlas­ sen hat, kann die Sperrklinke 11 durch den Pneumatik­ zylinder 8 wieder entriegelt werden. Unter dem Druck der Feder 9 bewegt sich dann der Niederhalter 8 in seine Ausgangsstellung nach rechts, wodurch die Dose vom Innenteil 7 abgehoben wird. Dieses Abheben kann noch dadurch unterstützt werden, daß das Innenteil 7 mit einer Druckluftbohrung 15 versehen wird und über diese Druckluftbohrung 15 Druckluft eingeleitet wird.

Bei längeren Dosen sind die Reibungskräfte zwischen Zieh­ stempel und Doseninnenwand größer und dementsprechend sind auch die Anfangsdrücke höher zu wählen. So erfor­ dert eine 0,5 l-Dose Drücke zwischen 15 und 26 bar. Neben der Abstützung des Dosenbodens 5a erfordern Anfangsdrücke, die weit über 20 bar hinausgehen, auch eine Abstützung der Wand der Dose in dem an den Boden 5a angrenzenden Bereich. Andernfalls würden Risse in der Wand auftreten. Um die Dosenwand in der Nähe des Dosenbodens 5a während des Abstreifens abzustützen, ist daher im Verschiebebereich des Niederhalters 8 ein Stützring 16 vorgesehen. Solange sich der Niederhalter 8 in seiner verriegelten Stellung befindet, wird die Dosenwand in der Nähe des Dosenbodens bei der Rück­ wärtsbewegung des Ziehstempels 1 in Richtung R so lange radial abgestützt, bis der hohe Innendruck abgebaut ist. Sobald die Dose 5 vom Ziehstempel 1 abgestreift ist, drückt der Niederhalter 6 die Dose aus dem Stützring 16 nach rechts heraus.

Neben Weißblech können auch andere Werkstoffe, wie z. B. Aluminium, für die Dosenfertigung eingesetzt werden. Außerdem ist es auch möglich, andere Hohlkörper in der beschriebenen Weise zu fertigen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung eines Blechhohlkörpers mit dünner, insbesondere im wesentlichen zylindrischer Wandung und einem Boden, insbesondere einer Dose, durch Abstreckziehen, bei dem nach dem eigentlichen Abstreckziehvorgang der Hohlkörper zunächst auf dem zum Abstreckziehen verwendeten Ziehstempel belassen wird, während mit einem Bodenwerkzeug von außen auf den Boden ein zum Ziehstempel gerichteter Druck aus­ geübt wird, um den Boden mit einer zum Innern des Hohlkörpers einspringenden Einwölbung zu versehen, und anschließend der Hohlkörper vom Ziehstempel ab­ gestreift wird, indem dieser aus dem Hohlkörper ge­ zogen wird, wobei während des Abstreifens Druckluft in das Innere des Hohlkörpers zwischen Boden und Ziehstempel eingeleitet und so hoher Luftdruck im Innern des Hohlkörpers aufgebaut wird, daß das Ab­ streifen allein durch den Luftdruck erfolgt, und wobei während des Abstreifens der Boden von außen abgestützt wird, indem er in ständigem Kontakt mit dem Bodenwerkzeug gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß während das Abstreifens zumindest der an den Boden angrenzende Bereich der zylindrischen Wandung des Hohlkörpers von außen abgestützt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem axial hin- und herbeweglichen Ziehstempel, der mit mehreren Abstreckringen zusam­ menwirkt und eine axiale, sich bis zu seinem vorderen, freien Ende erstreckende Druckluftbohrung aufweist, und mit einem von außen auf den Boden des Blechhohl­ körpers einwirkenden, am Ende des Abstreckhubes des Ziehstempels angeordneten, mit dessen freiem Ende zusammenwirkenden Bodenwerkzeug, welches ein stationä­ res, zentrales Innenteil und einen diesen konzentrisch umschließenden, in Achsrichtung des Ziehstempels ent­ gegen Federkraft axial verschiebbaren Niederhalter umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Verschiebebereich das Niederhalters (8) ein Stützring (16) vorgesehen ist, welcher bei verriegeltem Nieder­ halter (8) die Wandung (5b) der Dose (5) von außen umfaßt.