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Vorrichtung zum Einziehen von zylindrischen Dosen rumpfen mit einer
Naht längs einer Mantellinie, insbesondere mit einer gelöteten Falznaht, im Rotationsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einziehen (Necken) von zylindrischen
Dosenrümpfen mit einer Naht längs einer Mantellinie, insbesondere mit einer gelöteten
#alznaht, im Rotationsverfahren, bei dem der Dosenrumpf auf einen Kern gebracht
wird, dessen größter Durchmesser kleiner ist als der kleinste Innendurchmesser des
fertig ein gezogenen Dosenrumpfes, mit einem Einziehwerkzeug, das gegen den Kern
vorgeschoben werden kanne Beim Abstapeln bzw. Verpacken von zylindrischen Dosen
auf einer zu den Dosenachaen senkrechten Fläche stellt sich die Forderung nach dichtester
Anordnung Diese ist dann gegeben, wenn die zur Fläche senkrechten Proåektionen der
Dosenachsen die Ecken gleichseitiger Dreiecke bilden. Der größtmögliche Ausnutzungsgrad
beträgt in diesem Fall
bezogen auf unendlich große Flächen0
Bei konventionellen Dosen (mit
zylindrischen Rümpfe und angefalzten Deckeln) haben die beim Abstapeln und Verpacken
dicht aneinanderliegenden Deckel einen Durchmesser Da, der im allgemeinen um zwei
mal drei Blechdicken größer als der Außendurchmesser Do des Dosenrumpfes ist. Die
Rümpfe konventioneller Dosen können daher beim Abstapeln und Verpacken nicht eng
aneinander anliegen, wodurch der Ausnutzungsgrad um CDo/Da)2 sinkt. Um diesen nachteiligen
Einfluß auszuschalten, zieht man die Dosenrümpfe an ihren Randzonen so weit ein,
daß der Durchmesser der danach dort angefaizten Deckel (und Böden) im wesentlichen
gleich dem Außendurchmesser der DosenrUmpfe ist. Man erreicht durch diese Maßnahme
im Vergleich zu konventionellen Dosen folgende Vorteile: 1. den größtmöglichen Raumausnutzungsgrad
beim Abpacken der eingezogenen Dosen, 2. das bündige Anliegen der eingezogenen Dosen
auf fast ihrer ganzen Länge beim Abpacken, 30 einen geringeren Blechverbrauch für
die Deckel und Böden, Es werden bereits zu diesem Zweck tiefgezogene und abgestreckte
einteilige Dosenrilnipfe aus liuminium-Legierungen an ihrem offenen Ende eingezogen.
Bei diesen DosenrUmpfen kann das Einziehen mit Stauchwerkzeugen durchgeführt werden.
Bei Dosenrümpfen mit an einer Mantellinie befindlicher Falznaht macht es jedoch
Schwierigkeiten, die Randzonen falten- und knitterfrei einsusiehen und insbesondere
das Aufbrechen der gefalzten Naht zu verhindern. Zum Einziehen derartiger Dosenrümpfe
ist eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art bekannt, bei der
der Kern und das Einziehwerkzeug von zwei Profilwalsen gebildet werden, die aufeinander
zu fahren können und dabei das Einziehprofil formen. Diese Vorrichtung bringt jedoch
relativ hohe Umformgrade und -geschwindigkeiten mit sich; Schwierigkeiten entstehen
insbesondere, wenn ein Vierfach-Falz in die Walzen einläuft0 Mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung können dagegen die platzsparenden eingezogenen Dosenrümpfe mit falten-
und knitterfreien Falznähten und ohne die Gefahr, daß diese an den Randzonen aufbrechen,
hergestellt werden. Wie weiter unten noch gezeigt wird, wird durch die Erfindung
auch die Umformungsgeschwindigkeit bei sonst gleichem Arbeitsrhythmus stark vermindert,
Erreicht wird das dadurch, daß das Einziehwerkzeug nicht als Profilwalze ausgebildet
ist, sondern eine konkave Innenfläche hat und den Kern mindestens teilweise umhüllt.
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Das Einziehwerkzeug kann den Kern ganz umhüllen; es handelt sich dann
um ein hohlzylindrisches Einziehwerkzeug, dessen Einziehprofil auf der Innenseite
angeordnet ist. Der Kern und der Einziehzylinder sind drehbar; es können der Kern
oder der Einziehzylinder oder auch beide Teile angetrieben werden.
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Das Einziehwerkzeug kann den Kern auch nur teilweise umhüllen; das
Einziehprofil ist dann als konkave (d.h eine in der Draufsicht auf das Einziehprofil
nach hinten gewölbte) Kurve ausgebildete Der Kern bewegt sich dann gegen das Einziehprofil
und formt den Dosenrumpf beim Abrollen auf dem Einziehprofil0
Beide
Werkzeugarten können zu mehreren in einer Maschine in rotierenden Sührungskörpern
(Revolverköpfen) eingebaut werden. Der Vorteil liegt dabei in einer erhöhten Produktionsleistung0
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Im einzelnen zeigen: Fig. 1A eine
Einziehvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, von dem die Eri#ndung ausgeht, bestehend
aus einem Kern und einer Profilwalze, im teilweisen Längsschnitt und in einer Seitenansicht,
Fig, 1B eine erfindungsgemäße Einziehvorrichtung, bestehend aus einem Kern und einem
Einziehzylinder, im teilweisen Längsschnitt und in einer Seitenansicht, Fig, 1C
Lage eines Vierfach-Falzes zwischem dem Kern und dem Einziehzylinder in Fig. IB,
Fig, 2 eine Vorrichtung zum Einziehen von Dosenrümpfe mit mehreren Werkzeugsätzen,
bestehend aus je einem Kern und einem Einziehzylinder, Fig. 3 eine andere Vorrichtung
zum Einziehen von Dosenrümpfen mit mehreren Kernen und einer feststehenden Kurve
mit Einziehprofil, und Fig. 4 einen vergrößerten Teil querschnitt von der Einziehlctirve
und dem Kern nach der Linie G-G in Fig, 3.
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Das Einziehwerkzeug gemäß Fig. 13 besteht aus einem zylindrischen
Kern 1 mit in den Randzonen verringertem Durchmesser und einem den Kern umhüllenden
hohlen Einziehzylinder 40 Der Einziehzylinder 4 hat in der Ausgangslage seine Achse
in der mit 40 bezeichneten Lage.
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Der Dosenrumpf 3 liegt im zylindrischen Ausgangszustand mit seiner
Innenfläche auf der Mantellinie 13 des mittleren Teils des Kerns 1. Dieser rotiert
z0B.
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in der Seitenansicht nach rechts (im Uhrzeigersinn)0 Wenn der Einziehzylinder
4 gesenkt wird, berührt er zunächst den Dosenrumpf 3 in der Mantellinie 130 Seine
Achse befindet sich dann in der mit 413 bezeichneten Lage. Beim weiteren Absenken
des Einziehzylinders 4 wird die Randzone 5 des Dosenrumpfes 3 eingezogen.
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Auf der linken Hälfte der Seitenansicht B-B der Fig. 1B ist die Dose
3 von 39 bis 312 in einem Stadium dargestellt, das sich ergibt, wenn sich der Einziehzylinder
4 mit seiner Achse in der Stellung 41 befindet. Die Beruhrungsstelle zwischen dem
Einziehzylinder 4 und dem Dosenrumpf 3 in diesem Stadium ist mit 31 angedeutet.
Nach dem weiteren Vorschubweg t12 befindet sich der Einziehzylinder 4 mit seiner
Achse in der mit-42 bezeichneten Lage. Sieht man von dem kontinuierlichen Vorschub
des Einziehzylinders 4 aus Gründen einer einfachen Darstellung ab, so beginnt die
weitere Verformung der Randzone 5 im punkte 312 und endet im Punkte 32. Die rechte
Hälfte der Seitenansicht B-B und der teilweise Längsschnitt der Fig. 13 stellt den
Dosenrumpf 3 in dem Zustand dar, der sich ergibt, wenn der Einziehzylinder 4 mit
seiner Achse die Stellung 42 eingenommen hat. Die Länge
des Umfangs,
während der der Radius des einzuziehenden Randes 5 des Dosenrumpfes 3 von R1 auf
R2 verringert wird, entspricht dem Bogen b von 312 bis 32.
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Der von dem Bogen b gebildete Winkel sr entspricht der Zeit T112 nach
der Gleichung
wobei nK die Drehzahl und RK den großen Radius des Kerns 1, R1 = 30 312 den Radius
der teilweise eingezogenen Randzone 5 und Ro den größten Innendurchmesser des Dosenrumpfes
3 bedeuten Die Umformgeschwindigkeit als ein Kriterium der Umformung ist f = (R1
- R2) : T #/2# wobei R1 1 R2 = t1/2 den Vorschub des Einziehzylinders 4 von 41 nach
42 darstellt.
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Ein anderes Umformkriterium ist der Biegewinkel P 1/2 im Punkte 312.
Er ergibt sich als Winkel zwischen der Tangente der eingezogenen Randzone 5 des
Dosenrumpfes 3 und der Tangente der Innenfläche des Einziehzylinders 4 im Punkte
312.
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In Fig. 1A ist die bekannte Werkzeuganordnung im teilweisen Längsschnitt
und in der Seitenansicht dargestellt, die aus einem Kern 1 und einer Profilwalze
2 besteht. Zum besseren Vergleich mit der Werkzeuganordnung mit dem umhüllenden
Einziehzylinder 4 der Fig. 1B ist der Kern 1 und der Dosenrumpf
3
in seinen verschiedenen Fertigungsstadien gleich groß wie in Fig. 13 dargestellt.
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Wie sich aus dem Vergleich der Fig, 1A und 1B ergibt, ist die dem
Bogen b bzw0 dem Winkel 1N proportionale Zeit 21/2 in der die Randzone 5 des Dosenrumpfs
3 vom Radius R1 bis zum Radius R2 eingezogen wird, beim umhüllenden Einziehzylinder
4 unter sonst gleichen Verhältnissen - also auch bei gleicher Arbeitsleistung in
z.B. Dosen/min - wesentlich größer als bei der Profilwalze 20 Daher ist die zur
Umformzeit umgekehrt proportionale Umformgeschwindigkeit P beim umhüllenden Einziehzylinder
kleiner und damit günstiger. Der Biegewinkel p1/2 ist bei der Verwendung eines den
Kern i umhüllenden Einziehzylinders 4 auch günstiger -geringer - als bei Verwendung
einer lrofilwalze 2; außerdem bleibt bei Verwendung eines den Kern 1 umhüllenden
Einziehzylinders 4 die Krümmung dem Vorzeichen nach erhalten, während sie bei Verwen
dung einer Profilwal#e 2 zweimal die Richtung inden Punkten 312 und 32 ändert.
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In Fig. 10 ist als Einzelheit der Zustand dargestellt, bei dem sich
ein Vierfach-Falz an der Stelle befindet, wo das Innenprofil des Einziehzylinders
4 und das (Außen-) Profil des Kerns 1 den kleinsten Abstand voneinander haben. Der
Falz 7 liegt dabei - wenn er wie im Normalfall als Iiinenfalz ausgebildet ist -
am Profil des Kerns j auf, während sich das Mantelblech 6 an dieser Stelle abhebt.
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Dagegen liegt das Mantelblech 6 der eingezogenen Randzone am Innenprofil
des Einziehzylinders 4 auf.
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Es ist dabei zu beachten, daß der kleinste Abstand q,
den
die Einziehprofile des Kerns 1 und des E#nziehzylinders 4 bilden können, mindestens
gleich der Falzdicke f ist, die im allgemeinen die vierfache Blechdicke ausmacht.
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Im folgenden ist ein Ausfu~hrungsbeispiel beschrieben, bei dem mehrere
der in Fig, 1B dargestellten Werkzeugsätze verwendet werden, In Fig. 2 ist eine
mögliche Ausführungsrorm eines Einziehautomaten 50 schematisch dargestellt. Die
Hauptwelle 51 ist mittelbar oder unmittelbar in einem Rahmen 52 gelagert und wird
von einem nicht weiter definierten Antriebsaggregat 53 gedreht, Mit der Hauptwelle
51 sind zwei Führungskörper 54 und 55 fest verbunden, so daß sie mit der gleichen
Drehzahl wie die Hauptwelle rotieren, Der Führungskörper 54 besitzt mehrere (im
dargestellten Beispiel 6) Wellen 56, die in Bohrungen 57 gelagert sind und an einem
Ende jeweils einen Einziehkern 1 tragen. Am anderen Ende tragen sie Zahnräder 58,
die im Eingriff mit einem feststehenden Zahnrad 59 stehen und daher auf diesem abrollen,
sich also relativ zum Führungskörper 54 drehen, wenn dieser mit der Hauptwelle 51
rotiert, Der Fuhrungskörper 55 nimmt in Führungen 63 Dosenandrücker 60 auf, die
durch bekannte Mittel, zOB~ durch eine feststehende Kurvennut 61 über Kurvenrollen
62 bewegt werden können. Der Führungskörper 54 enthält ebenfalls (nicht dargestellt)
Führungen, in denen Abstreifer 64 gelagert sind, die z.B. sichelförmige Angriffsflächen
65 haben, Die Abstreifer 64 können auch z03. durch eine feststehende Kurvennut 66
über Kurvenrollen 62 bewegt werden.
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Die Einziehzylinder 4, die drehbar in Gehäusen 67 gelagert sind, müssen
unterschiedliche Lagen in bezug auf die Kerne 1 einnehmen können. Im vorstehenden
Ausführungabeispiel sind zu diesem Zweck die Gehäuse 67 über Hebel 68 an fest am
Führungskörper 54 angeordneten Drehpunkten 69 schwenkbar gelagert, Druckfedern 70,
die sich an weiteren Festpunkten 71 am Führungskörper 54 abstützen, drücken die
Gehäuse 67 nach außen, -doho von der Hauptwelle 51 weg, und Anschläge 72 begrenzen
ihre äußerste Lage0 Während des Umformvorgangs werden die Gehäuse 67 von einer Steuerkurve
73, die am Rahmen 52 befestigt ist, nach innen gedrückt0 Zylindrische Dosenrümpfe
3 mit Längsnaht gelangen über ein bekanntes, nicht näher definiertes Einlaufsystem,
das hier allgemein mit 74 bezeichnet ist, in die Vorrichtung und fallen dabei auf
eine Auflage 75, die zaBe als Mulde ausgebildet ist, Ein Andrücker 60 und ein Abstreifer
64 werden derart gesteuert, daß sie den Dosenrumpf 3 an den Stirnseiten 76 erfassen
und beim Drehen der Führungskörper 54 und 55 gemeinsam auf einen Kern 1 schieben.
Hiernach drückt die Steuerkurve 73 das zugehörige Gehäuse 67 über Kurvenrollen 77
nach einem vorgegebenenProgramm-so weit nach innen, doh. auf die Hauptwelle 51 hin,
daß der Dosenrumpf 3, der auf dem sich drehenden Kern 1 aufliegt, an seinen Randzonen
5 auf das gewünschte Maß eingezogen wird, Bei der weiteren Drehung der Fühüungskörper
54 und 55 bewegen der Abstreifer 64 und der Andrücker 60 den eingezogenen Dosenrumpf
zurück in die Einlaufebene EE, Durch eine plötzliche Divergenz der Kurvennuten 61
und 66
gehen der Abstreifer 64 und der Andrücker 60 auseinander
und geben den Dosenrumpf 3 frei, der durch bekannte Mittel aus der Vorrichtung herausgeholt
werden kann; im einfachsten Fall fällt der Dosenrumpf 3 auf eine Auslaufsohiene
78, auf der er nach außen rollen kann.
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Eine Alternativlösung zum Einziehautomaten nach Fig. 2 ist in Fig.
3 dargestellt0 Sie hat in etwa den gleichen Aufbau grundsätzlich anders ist hier,
daß die umhüllenden Einziehzylinder 4 aus Pigo 13 und Fig. 2 entfallen, Statt dessen
gibt es eine die Kerne 1 nur teilweise umhüllende feststehende Einziehkurve 79,
die in beliebiger Weise mit dem Rahmen 52 verbunden ist0 Der Antrieb der Kerne kann,
wie weiter unten gezeigt wird, entfallenO Die Einziehkurve 79 besteht im wesentlichen
- vgl, Fig. 4 -aus zwei Schienen 80 und 81, die jeweils ein Einziehprofil 82 bzwo
83 aufweisen und durch ein Querteil 84 miteinander verbunden sind0 Die Dosenrümpfe
3 gelangen auch hier über ein Einlaufsystem 74 in die Maschine und fallen auf eine
Auflage 75. Mit Hilfe eines Andrüokers 60 und eines Abstreifers 64 werden die Rümpfe
3 wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 auf die Kerne 1 geschoben und axial
gegen Verschieben gesichert. Die Kerne 1 können ohne Antrieb sein, Beim Drehen des
Führungskörpers 54 gelangen die Kerne 1 mit ihrem Umfang immer dichter an die feststehende
Einziehkurve 79. Beim Berühren wird der Kern 1 über den Kontakt mit dem Dosenrumpf
5 in Drehung versetzt. Die Einziehkurve 79 ist so ausgelegt, daß der Dosenrumpf
3 ab dem Punkt, wo die Berührung über ihn mit einem Kern 1 stattfindet, an seinen
Randzonen 5 stetig
bis zu der gewünschten Tiefe eingezogen wird.
Beim Weiterdrehen des Führungskörpers 54 wird der Abstand zwischen der Einziehkurve
79 und den Kernen 1 so groß, daß der Dosenrumpf 3 vom Abstreifer 64 und dem'Andrücker
in die Einlaufebene E-E (so Fig, 2) zurück bewegt werden kann0 Wie im erstgenannten
Ausführungsbeispiel gehen der Andrücker und der Abstreifer so weit auseinander,
daß sie den fertig eingezogenen Dosenrumpf 3 freigeben, worauf er über die Anslaufschiene
78 aus der Maschine gelangen kann0