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Bei
der Herstellung von Metalldosen oder -behältern aus zwei Stücken oder
aus drei Stücken, insbesondere
solchen für
die Aufnahme von Lebensmittelprodukten, ist es üblich, die Dosenenden oder Dosenspiegel
aus dünnem
Metallblech herzustellen, beispielsweise einem beschichteten Stahl
mit einer Abmessung oder Dicke von etwa 0.20 mm (0,008 Zoll). Die
Dosenenden oder Dosenspiegel werden auch üblicherweise mit Werkzeugen
hergestellt, die in einer mechanischen Hochgeschwindigkeitspresse angeordnet
sind, um bei jedem Hub der Presse eine Vielzahl von Dosenspiegeln
herzustellen. Gewöhnlicherweise
stellen die Werkzeuge mehr als zehn Dosenspiegel bei jedem Pressenhub
her.
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Ein
typisches kreisförmiges
Dosenende bzw. ein Dosenspiegel für einen Lebensmittelbehälter ist in
dem US-Patent 5 381 683 offenbart und weist eine zentrale Platte
auf, die durch einen ringförmigen Wulst
oder eine Senkung umgeben ist, der bzw. die einen U-förmigen Querschnitt
hat und der bzw. die die zentrale Platte mit einer geneigten ringförmigen Einspannwand
oder Klemmwand verbindet. Die Einspann- oder Klemmwand erstreckt
sich nach oben zu einem diese umgebenden Falz- oder Scheitelteil,
der später
mit der zylindrischen Blech-Seitenwand
des Behälters
verbunden wird. Die zentrale Platte ist mit einer Reihe konzentrischer
Rippen oder Wulste ausgebildet, die mit der Einsenkung und der Einspannwand
zusammenwirken, um den Spiegel zu verstärken und ein Einknicken oder
Einbeulen des Spiegels zu verhindern, wenn der Behälter während der
Behandlung des Lebensmittelprodukts unter Druck gesetzt wird. Die
konzentrischen Verstärkungswulste, wie
sie in dem erwähnten
US-Patent 5 381 683 gezeigt sind, werden vollständig innerhalb der zentralen Platte
am Ende des Pressenhubes ausgebildet und nachdem der Scheitelteil
und die Einspannwand geformt werden, wie es in den 6 bis 8 des
genannten Patents gezeigt ist.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren
und eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen einer Endwand oder
eines Dosenspiegels aus einem flachen Metallblech für einen
Behälter
und ermöglicht
eine bedeutende Verminderung der Abmessung oder Dicke des Blechs,
z. B. von etwa 0,20 mm (0,008 Zoll) auf etwa 0,15 mm (0,006 Zoll),
während
gleichzeitig die gleiche oder eine verbesserte Knickstärke erzielt
wird, wodurch die Gesamtkosten des Behälters bedeutend vermindert
werden.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird eine Endwand oder ein Spiegel für einen
Behälter
mit einem Werkzeug gebildet, das ähnlich dem in dem US-Patent
5 042 284 offenbarten Werkzeug ist, wobei die Offenbarung dieses Patents
hier durch die Bezugnahme aufgenommen ist. Nachdem zuerst eine Scheibe
aus einem Metallblech ausgeschnitten wird, ergreift das Werkzeug
der Erfindung einen Umfangsabschnitt der Scheibe zwischen einem
ringförmigen
Stanzwerkzeug und einer gegenüberliegenden
ringförmigen
Druckhülse.
Eine Reihe von konzentrischen Wulsten wird dann innerhalb eines
zentralen Abschnitts der Scheibe geformt, während der zentrale Abschnitt
mit dem Umfangsabschnitt durch einen umgekehrt verjüngten Zwischenwandabschnitt
verbunden ist. Nachdem die konzentrischen Wulste gebildet sind,
wird der zentrale Abschnitt der Scheibe axial oder nach unten bewegt,
um eine ringförmige
Einsenkung mit einer Bodenwand, einen Scheitelteil und einen geneigten
Einspannwandteil oder Klemmwandteil zu bilden, der den Scheitelteil
mit dem Senkwandteil verbindet. Durch das zuerst erfolgende Formen
der konzentrischen Wulste innerhalb des zentralen Abschnitts der
Scheibe wird ein Verdünnen
des Metallblechs, das die Wulste bildet, minimiert, so daß eine maximale
Verstärkung
durch die Wulste erzielt wird. Das Verfahren und die Vorrichtung
der Erfindung bilden auch einen weiteren ringförmigen Wulst, der von der Bodenwand der
Einsenkung nach innen oder nach unten ragt und der mit den anderen
konzentrischen Wulsten zusammenwirkt, um eine maximale Knickstärke gegen
Einbeulen für
einen Dosenspiegel mit minimaler Abmessung oder Dicke zu erzielen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnungen und aus den Patentansprüchen.
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1 ist
ein axialer Schnitt einer typischen Werkzeugstation für einen
Dosenspiegel, die gemäß der Erfindung
ausgebildet ist und betrieben wird;
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2 ist
ein geringfügig
vergrößerter Schnitt einer
Dosenendwand oder eines Dosenspiegels gemäß der Erfindung;
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3 ist
ein stark vergrößerter,
bruchstücksweiser
Schnitt des in 2 gezeigten Dosenspiegels; und
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4 bis 14 sind
vergrößerte, bruchstücksweise
Blockschnitte der in 1 gezeigten Werkzeuganordnung
und veranschaulichen die aufeinanderfolgenden Schritte zum Herstellen
eines Dosenspiegels gemäß der Erfindung.
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2 zeigt
einen Querschnitt eines Dosenendes oder Dosenspiegels 15,
das bzw. der erfindungsgemäß aus Metallblech,
wie z. B. beschichtetem Stahl, hergestellt wird und das bzw. der
ideal geeignet ist zur Verwendung an einem Ende oder an beiden Enden
einer zylindrischen Blechdose oder eines entsprechenden Behälters für Lebensmittel.
D.h. der Dosenspiegel 15 kann an dem oberen Ende eines
zweistückigen
Behälters
oder an sowohl dem oberen als auch dem unteren Ende eines dreistückigen Behälters verwendet
werden. Wie die 2 und 3 zeigen,
weist der kreisförmige
Dosenspiegel 15 eine zentrale Platte 16 auf, die
eine sie umgebende geneigte Plattenwand 17 hat. Die Plattenwand
ist über
eine Senkwand 18 mit einer geringfügig geneigten Einspannwand
oder Klemmwand 19 verbunden, von der sich ein Scheitelteil
oder Kronenteil 22 erstreckt, der eine nach unten ragende
Lippe 24 hat. Die nach innen gekehrte Lippe 24 ist
gezeigt, nachdem sie mittels einer Bördel- oder Rolleinheit nach
innen geformt wurde, wie diese in dem US-Patent 5 491 995 offenbart
ist.
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Wie
die 2 und 3 zeigen, weist die zentrale
Platte 16 eine Reihe von konzentrischen Rippen oder Wulsten 26, 27 und 28 auf,
die von der Dose nach oben oder nach außen ragen. Der Wulst 28 verbindet
mit der ringförmigen
Plattenwand 17, die sich um die zentrale Platte 16 herum
erstreckt. Die entsprechend der Erfindung ausgebildete Dosenendwand
oder der Dosenspiegel 15 weist auch einen ringförmigen Wulst 32 auf,
der nach unten oder in den Behälter
von der Senkwand 18 vorragt und der die Plattenwand 17 einstückig mit
der Senkwand 18 verbindet. Wie aus 3 ersichtlich
ist, ragt der Wulst 32 von einer Ebene nach unten, die
durch den Boden der Senkwand 18 und den zentralen Abschnitt der
zentralen Platte 16 gebildet ist. Der Wulst 32 erhöht wesentlich
die Knickstärke
gegen Einbeulen des Spiegels 15 durch das Zusammenwirken
mit den konzentrischen Wulsten 26, 27, 28 und
mit der Senkwand 18 und der Einspannwand 19.
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1 zeigt
eine der Werkzeugstationen eines Werkzeugsystems oder einer Anordnung 35 zum Bilden
von Dosenspiegeln, wobei elf solche Spiegel gleichzeitig hergestellt
werden können.
Ein oberer Gesenkschuh 36 ist an der lotrecht bewegbaren
Platte einer konventionel len, einfach wirkenden oder mehrfach wirkenden
mechanischen Hochgeschwindigkeitspresse montiert, und ein unterer
Gesenkschuh 38 ist durch eine Polster- oder Bettplatte 39 der
Presse abgestützt.
Ein ringförmiges
Stanz- und Ziehwerkzeug 42 hat einen oberen Flanschabschnitt, der
durch eine Reihe von Schrauben 43 an einem umgekehrt napfförmigen Halter 44 befestigt
ist, der an dem oberen Gesenkschuh 36 durch eine Reihe von
Schrauben 46 befestigt und durch Lokalisierstifte 47 genau
ausgerichtet ist. Das Werkzeug 42 umgibt eine obere Druckhülse 48,
die einen oberen Kolbenteil 49 hat, der gleitfähig innerhalb
einer zylindrischen Bohrung abgestützt ist, die innerhalb des
Halters 44 gebildet ist.
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Ein
inneres Werkzeugglied oder Werkzeugzentrum 52 ist innerhalb
der oberen Druckhülse 48 mittels
eines Werkzeugzentrums-Hebers 54 abgestützt, der in einer Gegenbohrung
innerhalb des Halters 44 sitzt und durch eine Reihe von
Schrauben 56 befestigt ist. Wie in 4 gezeigt
ist, hat das Stanz- und Ziehwerkzeug 42 eine zylindrische
untere Schneidkante 64 und eine innere gekrümmte Formfläche 66.
Das untere Ende der oberen Druckhülse 48 hat eine konkave
Formfläche 68,
und das untere Ende des Werkzeugzentrums 52 hat eine Reihe
von nach unten ragenden konzentrischen Rippen 69, 70 und 71,
die einen zentralen Werkzeugeinsatz 72 umgeben, der an
dem Werkzeugzentrum 52 durch eine Reihe von Schrauben 73 (1)
befestigt ist.
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Ein
ringförmiger
Werkzeughalter 80 ist an dem unteren Werkzeugschuh 38 innerhalb
einer Ausnehmung 81 angebracht und an dem unteren Werkzeugschuh 38 durch
eine Reihe von Schrauben 82 und eine Reihe von Lokalisierstiften 83 befestigt.
Ein ringförmiges
Schneidkantenwerkzeug 84 ist an dem Halter 80 durch
eine Reihe von Schrauben 87 befestigt, die sich durch eine
ringförmige
Abstandsplatte 88 hindurch erstrecken. Das Schneidkantenwerkzeug 84 hat
eine innere kreisförmige
Schneidkante 89 (4) mit im
wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie die Schneidkante 64 an
dem Stanz- und Ziehwerkzeug 42. Eine ringförmige untere
Druckhülse 90 hat
einen unteren Kolbenteil 92, der für eine gleitende Bewegung innerhalb
einer zylindrischen Bohrung abgestützt ist, die innerhalb des
Halters 80 ausgebildet ist, und die Hülse 90 hat eine obere Oberfläche 93,
die der Oberfläche
an dem unteren Ende des Stanz- und Ziehwerkzeugs 42 gegenüberliegt.
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Ein
Werkzeugkernring 95 ist innerhalb der unteren Druckhülse 90 angeordnet
und hat eine abgerundete obere Endfläche 96 (4),
die der konkaven unteren Oberfläche 68 der
oberen Druckhülse 48 gegenüberliegt
und zu dieser paßt.
Der Werkzeugkernring 95 hat einen unteren Bodenflansch,
der innerhalb einer Gegenbohrung sitzt, die innerhalb des Halters 80 ausge bildet
ist, und eine Reihe von Schrauben 97 halten den Werkzeugkernring 95,
so daß er
an dem unteren Gesenkschuh 38 und der Bettplatte 39 der
Presse befestigt ist.
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Ein
kreisförmiger
Plattenstempel 125 (1 und 4)
ist innerhalb des Werkzeugkernrings 95 angeordnet und an
einem Plattenstempelkolben 128 mittels eines Satzes von
Schrauben 129 befestigt, die sich durch ein ringförmiges Abstandsglied 131 hindurch
erstrecken. Der Plattenstempelkolben 128 gleitet innerhalb
einer zylindrischen Bohrung 132 innerhalb des Werkzeugkernrings 95 und
ruht auf dem oberen Endabschnitt eines Hilfskolbens 134.
Der Kolben 134 ist gleitfähig innerhalb einer ringförmigen Auskleidung 136 abgestützt, die
in eine zylindrische Bohrung 137 eingesetzt ist, die innerhalb
der Pressenbettplatte 39 ausgebildet ist. Der Kolben 134 sitzt auf
dem oberen Ende eines anderen Hilfskolbens 142, der auch
gleitfähig
durch die Auskleidung 136 abgestützt ist, so daß die Kolben 128, 134 und 142 alle
zusammenwirken, um den Plattenstempel 125 innerhalb des
Werkzeugkernrings 95 nach oben in die in 4 gezeigte
Endstellung zu drücken.
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Wie
in 4 gezeigt ist, weist das obere Ende des Plattenstempels 125 eine
Reihe von nach oben vorragenden konzentrischen Rippen 146, 147, 148 und 149 auf,
die mit den Rippen 69 bis 71 an der unteren Oberfläche des
Werkzeugzentrums 52 zusammenwirken, um die Wulste 26 bis 28 und 32 in dem
Dosenspiegel 15 zu bilden. Druckluft in der Größenordnung
von etwa 17 bar (250 psi) wird normalerweise gegen die unteren Oberflächen der
Plattenstempelkolben 128, 134 und 142 durch
Einführen
der Luft durch Durchgänge 155 bis 157 (1)
aufgebracht. Druckluft in der Größenordnung
von etwa 2,8 bar (40 psi) wird auch zu der Kammer unterhalb des Kolbens 92 der
unteren Druckhülse 90 durch
nicht gezeigte Durchgänge
zugeführt.
und Luft zum Anheben des Dosenspiegels wird durch Durchgänge 161 und 162 und
durch einen sich axial erstreckenden Durchgang 164 innerhalb
des Zentrums des Kolbens 128 und des Plattenstempels 125 zugeführt.
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Der
Plattenstempel 125 hat auch drei in Umfangsrichtung beanstandete
Sätze von
sich axial erstreckenden Entlüftungslöchern oder
Durchgängen 167 (4),
die sich zu der Oberseite des Plattenstempels erstrecken und die
mit den Entlüftungsdurchgängen 169 bis 171 innerhalb
der Werkzeugkomponenten verbinden. In ähnlicher Weise wird Druckluft
zu der Kammer oberhalb des Kolbens 49 der oberen Druckhülse 48 durch
Durchgänge 174 und 176 zugeführt, um
die obere Druckhülse 48 nach unten
auf einen Anschlag zu zu drücken,
der durch eine ringförmige
Verschleißscheibe 178 vorgesehen ist.
Der äußere Teil
des Werkzeugzentrums 52 ist mit drei in Umfangsrichtung
beabstandeten Sätzen
von sich axial erstreckenden Entlüftungsöffnungen oder Durchgängen 181 versehen,
die über
die Entlüftungsdurchgänge 183, 184 und 185 mit
der Atmosphäre
verbinden. Der zentrale Entlüftungsdurchgang 185 erstreckt
sich auch durch den Einsatz 72 des Werkzeugzentrums 52,
um einen Dosenspiegel 15 von der unteren Oberfläche des
Werkzeugzentrums 52 freizugeben, wie es in den 12 und 13 veranschaulicht
ist.
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Die
Betriebsweise eines Werkzeugsystems oder einer -anordnung 35 zum
aufeinanderfolgenden Ausbilden von Dosenspiegeln bei jedem Hub der Presse
ist in den 4 bis 14 veranschaulicht. Wie
in 4 gezeigt ist, wird ein kontinuierlicher Streifen
oder eine Platte 200 aus Metallblech, beispielsweise aus
beschichtetem Stahlblech mit einer Dicke von 0,15 mm (0,006 Zoll) über das
Schneidkantenwerkzeug 84 in genauen stufenweisen Inkrementen
zugeführt
oder vorgeschoben. Wenn der obere Gesenkschuh 36 sich nach
unten bewegt, schneiden die zusammenpassenden Schneidkanten 64 und 89 eine
ringförmige
Scheibe 205 (5) aus. Wenn das Stanz- und
Ziehwerkzeug 42 und die obere Druckhülse 48 fortfahren,
sich nach unten zu bewegen (6), wird
ein umfangsmäßiger Randteil 207 der
Scheibe 205 zwischen dem Werkzeug 42 und dem oberen
Ende der unteren Druckhülse 90 eingespannt.
Wenn sich die obere Druckhülse 48 mit dem
Schneid- und Ziehwerkzeug 42 nach unten bewegt (7),
neigt sich ein ringförmiger
Zwischenabschnitt 209 der Scheibe 205 von dem
Umfangsabschnitt 207 schräg nach oben, während die
zentrale Platte 16 des Dosenspiegels, einschließlich der Wulste 26 bis 28 und 32,
zwischen der unteren Oberfläche
des Werkzeugzentrums 52 und der oberen Oberfläche des
Plattenstempels 125 ausgebildet wird, wie es in den 7 und 8 gezeigt
ist.
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Nachdem
die Wulste 26 bis 28 und 32 ausgebildet
sind (8) und das Werkzeugzentrum 52 und der
zentrale Plattenstempel 125 fortfahren, sich nach unten
relativ zu dem festen Werkzeugkernring 95 zu bewegen, wie
es in den 9 bis 11 gezeigt
ist, werden die Einspannwand 19 und der Scheitelteil 22 zusammen
mit einer nach unten vorragenden Umfangslippe 124 ausgebildet.
Somit ist am unteren Ende des Pressenhubs (11) der
Dosenspiegel 15 vollständig
fertiggestellt. Wie in 12 gezeigt ist, bewegen sich
das Werkzeugzentrum 52, der zentrale Stempel 125,
die obere Druckhülse 48,
die untere Druckhülse 90 und
das Stanz- und Ziehwerkzeug 42 als
Einheit nach oben (12), so daß der Dosenspiegel nach oben
angehoben wird, wobei der Scheitelabschnitt 22 in Berührung mit
der unteren Oberfläche
der oberen Druckhülse 48 durch
Luftstrahlen gehalten wird, die nach oben durch die Durchgänge 164 und
um den zentralen Plattenstempel 125 herum gerichtet sind,
wie es in den 13 und 14 gezeigt
ist.
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Nachdem
die Werkzeugkomponenten in ihre Ausgangsstellungen (14)
zurückgekehrt
sind, wird der Dosenspiegel 15 an jeder Werkzeugstation seitlich
durch einen Strahl von Druckluft ausgeworfen und in entsprechende
Führungsrinnen überführt, wie es
in dem oben erwähnten
US-Patent 5 491 995 offenbart ist. Gleichzeitig mit dem Auswurf
der Dosenspiegel 15 wird das Metallblech 200 nach
innen über eine
genau vorbestimmte Entfernung vorgeschoben, so daß die nächstfolgende
Gruppe von Dosenspiegeln geformt werden kann, indem die oben beschriebenen
Vorgänge
wiederholt werden.
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Die
Herstellung von Dosenendwänden
oder Dosenspiegeln gemäß dem Verfahren
und mit den Werkzeugen der Erfindung bietet wünschenswerte Merkmale und Vorteile.
Als primäres
Merkmal wurde gefunden, daß durch
das anfängliche
Formen der konzentrischen Wulste 26 bis 28 unmittelbar
nach dem Ausschneiden jeder Scheibe 205 und an dem oberen
Ende des Hubs die Wulste 26 bis 28 gebildet werden,
ohne daß das
Metallblech im Bereich der Wulste merklich verdünnt wird, was eine erhöhte Knickstärke der
Dosenspiegel zur Folge hat. Infolgedessen kann die Abmessung oder
die Dicke des beschichteten Stahlblechs 200 vermindert
werden, z. B. von etwa 0,20 min (0,008 Zoll) auf etwa 0,15 mm (0,006
Zoll), was beträchtliche
Kosteneinsparungen im Hinblick auf das große Volumen von Dosenspiegeln
aus Metallblech zur Folge hat, die jedes Jahr produziert werden.
Zusätzlich
trägt der
nach unten oder nach innen vorragende Wulst 32 an dem Dosenspiegel 15 ferner
dazu bei, die Knickstärke
des Dosenspiegels zu erhöhen
und die Abmessung oder Dicke des Metallblechs zu vermindern. Auch
vermindert das anfängliche
Formen der Wulste 26 bis 28 und 32 das
Aufreißen
des Schutzlacks oder Laminats an der inneren Oberfläche des
Dosenspiegels. Ferner kann das Werkzeug an jeder Station, wie sie
in 1 gezeigt ist, auch mit einer hohen Geschwindigkeit
betrieben werden, z. B. mit mehr als 250 Hüben pro Minute, und die Anordnung
der Kolben 128, 134 und 142 ist wirksam,
um die notwendige aufwärts
gerichtete Kraft an dem Plattenstempel 125 zu erzeugen,
um die Wulste 26 bis 28 und 32 an dem
oberen Ende des Hubs auszubilden, während der erforderliche Luftdruck
hinter den Kolben minimiert wird.
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Während das
Verfahren und die Form der hier beschriebenen Vorrichtung ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellen, ist klar, daß die Erfindung nicht auf das
genaue Verfahren und die genaue Form der beschriebenen Vorrichtung beschränkt ist,
sondern daß im
Rahmen des Schutzumfangs der Patentansprüche und der Grundidee der Erfindung
Abwandlungen vorgenommen werden können.