DE2451511A1 - Verfahren und vorrichtung zum tiefziehen von behaeltern aus metall- oder verbundfolie - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Tiefziehen von Behältern aus Metalls oder Verbundfolie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen von Behältern aus MetallS oder Verbundfolie, bei dem das im Randbereich eingespannte Folienmaterial in einer Richtung (Vertikalrichtung) verformt wird und das Profil des fertigen Behälters durch die Oberflächenprofile der zusammenwirkenden Ziehwerkzeugteile gebildet wird, Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Nach dem Stande der Technik werden aus Aluminium folie oder Kunststoffverbundfolie tiefgezogene Behälter entweder mit zur Ziehachse parallel verlaufen den oder mit konischen Seitenwänden gezogen, Die mit zur Ziehachse parallel verlaufenden Seitenwände 'geB zogenen Behälter werden im folgenden unabhängig von ihrem Querschnittsprofil als '!zylindrisch gezogene Behälter bezeichnet, Beide Verfahren haben bei der Herstellung sogenannter Leichtbehälter aus Aluminium oder Kunststoff-Aluminium#Verbundfolie in der Praxis schwerwiegende Nachteile: Der konisch gezogene Behälter ist bei einem Konus winkel von mindestens 6 ohne Schwierigkeit stapelbar, doheim Leerzustand sind Behälter gleicher Größe ineinanderschiebbar und damit auf engem Raum in größerer Menge lagerbar0 Die Herstellung von Behältern mit konischem Zug ist jedoch bei Verwendung von Aluminiumfolie als Ausgangsmaterial außerordentlich schwierig: Beim konischen Ziehen tritt zwangsläufig ein relativ großer Abstand zwischen der das Bodenprofil des herzustellenden Behälters bestimmenden Stirnfläche und dem Innenrand des beim Tiefziehen allgemein verwendeten Faltenhalters auf, wobei dieser Abstand von der Ziehtiefe und dem Konuswinkel abhängig ist. Im Verlauf des Ziehens hängt dabei das gezogene Material über weite Strecken des Zuges ohne Unterstützung frei zwischen dem Ziehstempelrand und dem Innenrand des Faltenhalters, so daß in dem die Seitenwände des Behälters bildenden Materialabschnitt bzw, ring unvermeidbar mehr oder weniger starke Falten gebildet werden. Aus diesem Grunde sind dem konischen Tiefziehen sehr enge Grenzen, insbesondere in Bezug auf die Behälterhöhe gesetzt, Dagegen kann beim zylindrischen Ziehen von Behältern aus Aluminiumfolie die Faltenbildung weitgehend vermieden werden. Beim zylindrischen Ziehen können Falten nur an dem schmalen Übergang zwischen dem Faltenhalter und dem Ziehspalt, also im Bereich des Ziehradius entstehen, in welchem das Material aus der Horizontalen in die Vertikale übergeht und eine Verformung quer zur Ziehrichtung stattfindet. Zur Vermeidung einer Faltenbildung wird daher der Ziehradius entsprechend den jeweils gezogenen Materialien möglichst klein gehalten. Einem zylindrisch gezogenen Behälter haftet der für die Praxis gravierende Nachteil an, daß er im Leerzustand nicht stapelbar ist, also vor allem beim Transport zwischen Herstellt und Füllstation sowie bei der Lagerung einen dem gefüllten Behälter entsprechenden Platzbedarf hat, Darüber hinaus sind Behälter aus dünner Metallfolie mit den beiden oben beschriebenen bekannten Verfahren nur bis zu einer sehr begrenzten Tiefe herstellbar, da bei großen Ziehtiefen die Gefahr des Materialrisses insbesondere nahe des unteren Randes der Behälterseitenwände besteht0 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ziehverfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen es gelingt, entsprechend bekannten zylindrischen Ziehmethoden faltenfreie Behälter herzustellen, welche wie konisch gezogene Behälter stapelbar sind und auf bisher mit dünnen Metallfolien unerreichte Tiefen gezogen werden können0 Ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß das Folienmaterial während des Tiefziehens entlang umlaufender Materialstreifen in gestuften Höhen eingespannt wird, Vorzugsweise wird dabei zunächst der Behälterboden gezogen und daran anschließend in sich nach oben stufenweise erweiternden Zügen die umlaufende Behälterseitenwand bis zum eingespannten Behälterrand geformt, Durch das Einspannen umlaufender Materialstreifen in gestuften Höhen des tiefzuziehenden Behälters gelingt es, die Belastungsfähigkeit des Materials über die volle Behälterhöhe gleichmäßig auszunutzen. Durch entsprechende Wahl der Anzahl von umlaufenden Einspannstellen, an denen in Art eines Faltenhalters die Faltenbildung jeweils verhindert wird, kann das Material auf bisher unerreichbare Ziehtiefen gebracht werden, Die Stapelbarkeit des fertigen Behälters und die Unter drückung der Faltenbildung wird vor allem dadurch begünstigt, daß das Material an den Einspannstufen flanschartig geformt und zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspannstufen achsparallel (zylindrisch) gezogen wird9 wobei die Abstände der Seitenwände zur Ziehachse vom Behälterboden zum Behälterrand hin stufen weise zunehmen0 Auf diese Weise entsteht ein schalenförmiger Behälter 9 dessen Seitenwände stufenweise zylindrisch verlaufen und mit parallel zum Randflansch des Behälters umlaufenden, stufenförmigen Absätzen versehen sind0 Die sich über die stufenförmigen Absätze ähnlich einem konisch gezogenen Hohl teil nach oben erweiternden Behälter sind ohne weiteres stapelbar, wobei jedoch die achsparallelen Höhenabschnitte der Seitenwände unter Ausnutzung der idealen Tiefziehverhältnisse des zylindrischen Zuges hergestellt sind.
• Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Behälter zeichnet sich aufgrund der parallel zum Rand flansch umlaufenden9 stufenförmigen Absätze durch erhöhte Stabilität der Seitenwände aus, da die stufenförmigen Absätze in Art von Verstärkungsrippen eine Stabilisierung gegen Ausbeulen vor allem großflächiger Seitenwände herbeiführen. Auch in Bezug auf die Raumausnutzung ist der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Behälter dem konischen Behälter bei vergleichbarer Stapelfähigkeit überlegen. Beim Ineinanderstapeln der erfindungsgemäß hergestellten Behälter paßt der jeweils erste Zug des inneren Behälters in den jeweils zweiten Zug des äußeren Behälters Diese Stapels barkeit ist bei Behältern aus üblicher Aluminiumfolie selbst dann gewährleistet, wenn der Behälter in den einzelnen Zügen soweit gezogen wird, daß das Verhältnis von Zug zu Radius änderung zwischen 50 und 11 beträgt, Dies würde einem Winkel zwischen 10 und 50 beim bekannten konischen Ziehen entsprechen; beim konischen Ziehen sind jedoch zur Erhaltung der Stapelbarkeit Konuswinkel von mindestens 60 erforderlich0 Die einzelnen Züge können von innen nach außen so durchgeführt werden, daß eine gleichmäßige Ziehgeschwindigkeit vom Behälterboden bis zum Behälterrand aufrechterhalten wird Das erfindungsgemäße Ziehverfahren eignet sich in gleicher Weise für im Querschnitt runde, etwa quadratische und rechteckige Behälter.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist ein entsprechend dem Profil des Behälters geteiltes Ziehwerkzeug auf, das aus entlang der Ziehachse relativ zueinander beweglichen Ober-und Unterteilen besteht, wobei das Oberteil einen für das Bodenprofil des fertigen Behälters bestimmenden Kern und einen auf den Randbereich des Behälters wirkenden Faltenhalter aufweist und das Unterteil einen dem Faltenhalter gegenüberliegenden stationären Ziehring und einen wenigstens teilweise axial verschiebbarren Innenteil aufweist, Hiervon ausgehend zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, daß der mit einer achsparallelen (zylindrischen) Mantelfläche versehene Kern von mehreren teleskopartig übereinander angeordneten Ziehringen mit jeweils achsparallelen (zylindrischen) Mantelflächen umgeben ist, daß die Ziehringe über eine Mitnehmervorrichtung mit dem Kern derart bewegungsgekoppelt sind, daß jeder Ziehring am Ziehvorgang erst teilnimmt, wenn das nächst innengelegene Ziehteil einen vorgegebenen Zug ausgeführt hat, und daß der Innenteil des Werkzeugunterteils von entsprechend profilierten, teleskopartig gegeneinander verschieblichen geraden Gegendruckringen umgeben ist, wobei die benachbarten Stirnflächen jeweils eines Ziehringes und eines Gegendruckringes eine umlaufende Einspanngtufe für das zu ziehende Folienmaterial bilden0 Diese Vorrichtung ist dadurch weitergebildet, daß die teleskopartig ineinander fassenden Teile des Werkzeug unterteils durch eine der Ziehbewegung des Oberteils entgegengerichtete Kraft belastet sind und daß die Stirnflächen der Gegendruckringe und die Arbeitsfläche des stationären äußeren Ziehrings so ausgebildet sind, daß sie in der Ausgangsstellung bei Beginn des Ziehvorgangs eine im wesentlichen durchgehende Fläche bilden.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert0 In der einzigen Zeichnungsfigur ist ein Teilschnitt durch die die Seitenwand ausbildenden Elemente des Ziehwerkzeugs parallel zur Ziehachse dargestellt, Das in der Zeichnung im Teilschnitt dargestellte Ziehwerkzeug besteht aus einem Werkzeugoberteil 1 und einem Werkzeugunterteil 2, die in Richtung einer vertikalen Ziehachse 3 relativ zueinander beweglich angeordnet sind.
• Das AuBenprofil des Werkzeugoberteils und das Innenprofil des Werkzeugunterteils sind in der in der Zeichnung angedeuteten Endstellung des Ziehvorgangs für die Form des im Teilschnitt dargestellten Behälters 4 bestimmend.
• Das Werkzeugoberteil besteht bei dem dargestellten Aus führungsbeispiel aus einem vertikal verschieblichen Ziehstempel 10 mit achsparallelen (zylindrischen) Mantelflächen, auf dem sieben Ziehringe 11...17 mit zur Mantel fläche des Ziehstempels 10 parallel verlaufenden Wänden teleskopartig gelagert sind Zwischen deniZiehstempel 10 und den jeweils benachbarten Ziehringen 11...17 ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Mitnehmervorrichtung wirksam, über die die beim Ziehvorgang beteiligten beweg lichen Teile des Werkzeugoberteils 1, ausgehend von dem innersten Ziehring 11, zwangsweise beim Niedergang mitgenommen werden, sobald der Ziehstempel 10 bzw. der je weils innere Ziehring 11ovo16 eine bestimmte Strecke während des Niedergangs des Werkzeugoberteils zurückgelegt hat, Die Mitnehmervorrichtung kann beispielsweise aus einem in ein achsparalleles Langloch im benachbarten Ziehring eingreifenden Mitnehmerstift bestehen; in alternativer Ausgestaltung können die Ziehringe geeignet gestufte Axiallängen haben, wobei Ziehstempel und Ziehringe beim Niedergang von einer ebenen Platte aus angetrieben werden0 Der äußerste Ziehring 17 ist von einem Faltenhalter 18 umgeben, der im Zusammenwirken mit einem zum Werkzeugunterteil. 2 gehörigen stationären Ziehring 28 das Folienmaterial im Randbereich des Behalters festklemmt0 Das Werkzeugunterteil hat in der dargestellten Ende stellung des Ziehvorgangs ein Profil, das demjenigen des Werkzeugobeteils 1 komplementär Ist, Das Werkzeugunterteil 2 besteht ähnlich dem Werkzeugoberteil 1 aus teleskopartig ineinandergreifenden Elementen, nämlich einem dem Ziehstempel 10 gegenüberliegenden Innenteil 20 und den Innenteil umgebenden Gegendruckringen 21...26, deren achsparallel verlaufende Wände eine der geraden Mantel fläche des Innenteils 20 entsprechende Form haben.
• Die aufeinander verschieblichen Gegendruckringe können durch in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel entgegen der Ziehrichtung belastet werden Das mit der dargestellten- Ziehvorrichtung durchgeführte Tiefziehverfahren läuft wie folgt ab: In der Ausgangsstellung ist eine Aluminium bzw, Kunst sto ff-Aluminium-Verbundfol ie zwischen dem Faltenhalter 18 und dem stationären Ziehring 28 in einer Ebene eingespannt, Die axial beweglichen Elemente 10 bis 17 des Werkzeugoberteils liegen zunächst Uber dieser Folienebene, Die ebenfalls axial beweglichen Elemente 20ovo26 des Werkzeugunterteils sind angenähert bis in die Ebene der Folienbahn angehoben, und zwar vorzugsweise so, daß die Stirnflächen der Gegendruckringe 21ovo26 und des Innenteils 20 mit der Arbeitsfläche des Ziehrings 28 eine im wesentlichen kontinuierliche, leicht muldenförmige Fläche bilden, Von dieser Ausgangslage der Werkzeugelemente aus wird zunächst der Ziehstempel 10 abgesenkt und der Boden teil des Behälters 4 senkrecht gezogen, wobei die den Ziehsternpel 10 umgebenden viehringe am Ziehvorgang zunächst noch nicht teilnehmen. Erst wenn der Ziehstempel eine von der Mitnehmervorrichtung bestimmte Ziehtiefe hat, wird der innerste Ziehring 11 mitge nommen und ein weiterer Höhenabschnitt zylindrisch gezogen, Auf dIese Weise wird die gesamte Seiten wand stufenweise von innen nach außen sowie von unten nach oben gezogen, wobei rm Verlauf eines jeden Zuges das zuvor gezogene Material zwischen den zusammenwiro kenden Stirnflächen der einander gegendberliegenden Ringe (Ziehring und Gegendruckring) eingespannt bleibt0 Eine Faltenbildung wird im Ziehspalt ebenso wie beim herkömmlichen einzügigen zylindrischen Ziehen verhindert und kann bei entsprechender Wahl des Ziehradius auch an den einzelnen stufenförmigen Absätzen minimal gehalten werden, Das in der Zeichnung dargestellte Seitenwandprofil des fertig gezogenen Behälters 4 zeigt9 daß auf diese Weise hergestellte Behälter ohne Schwierigkeiten ineinander stapelbar sind und daß im Interesse einer besseren Raumausnutzung die über die umlaufenden Stufen gebildete ~Konizität" der Behälter sehr klein gehalten werden kann0 Die umlaufenden Stufen bilden eine ausgezeichnete Stabilinierung des gebrauchsfertigen Behälters 9 der auf diese Weise selbst bei Verwendung von extrem dünnen Metalls folien als Ausgangsmaterial mit bisher unerreichtem Bau volumen hergestellt werden kann,

Claims (1)

1. Patentansprüche 1@ Verfahren zum Tiefziehen von Behältern aus Metall-oder Verbundfolie, bei dem das im Randbereich eingespannte Folienmaterial in einer Richtung (Vertikalrichtung) verformt wird und das Profil des fertigen Behälters durch die Oberflächenprofile der zusammen wirkenden Ziehwerkzeugteile gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial während des Tiefziehens entlang umlaufender Materialstreifen in gestuften Höhen eingespannt wird.

   2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Behälterboden gezogen und daran anschließend in sich nach oben stufenweise erweiternden Zügen die umlaufende Behälterseitenwand bis zum eingespannten Behälterrand geformt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material an den Einspannstufen flanschartig geformt und zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspannstufen achsparallel gezogen wird, wobei die Abstände der Seitenwände zur Ziehachse vom Behälterboden zum Behälterrand hin stufenweise zunehmen.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in den einzelnen Zügen soweit gezogen wird, daß das Verhältnis von Zug zu Radiusänderung zwischen 50 und 11 beträgt.

   5. Verfahren nach einem der AnsprUche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterseitenwände vom Behälter boden bis zum Behälterrand ununterbrochen mit etwa gleichmäßiger Axialgeschwindigkeit gezogen wird, 6o Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem entsprechend dem Profil des Behälters geteilten Ziehwerkzeug, das aus entlang der Ziehachse relativ zueinander beweg lichen Ober- und Unterteilen besteht, wobei das Oberteil einen für das Bodenprofil des fertigen Behälters bestimmenden Kern und einen auf den Randbereich des Behälters wirkenden Faltenhalter aufweist und das Unterteil einen dem Faltenhalter gegenüberliegenden stationären Ziehring und einen wenigstens teilweise axial verschiebbaren Innenteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer achsparallelen (zylindrischen) Mantelfläche versehene Kern (10) von mehreren teleskopartig übereinander angeordneten Ziehringen (11.c.17) mit jeweils achsparallelen (zylindrischen) Mantelflächen umgeben ist, daß die Ziehringe überein Mitnehmervorrichtung mit dem Kern derart bewegungsgekoppelt sind, daß jeder Ziehring (11.oo17) am Ziehvorgang erst teilnimmt, wenn das nächst innengelegene Ziehteil (10.ovo16) einen vorgegebenen Zug ausgeführt hat, und daß der Innenteil (20) des Werkzeugunterteils (2) von entsprechend profilierten, teleskopartig gegeneinander verschieblichen geraden Gegendruckringen (21ovo26) umgeben ist, wobei die benachbarten Stirnflächen jeweils eines Ziehringes (zoBo 17) und eines Gegendruckringes (zoBo 26) eine umlaufende Einspannstufe für das zu ziehende Folienmaterial bilden0 79 Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die teleskopartig ineinanderfassenden Teile (20.ovo26) des Werkzeugunterteils (2) durch eine der Ziehbewegung des Oberteils (1) entgegengerichtete Kraft belastet sind und daß die Stirnflächen der Gegendruckringe (21ovo26) und die Arbeitsfläche des stationären äußeren Ziehrings (28) so ausgebildet sind, daß sie in der Ausgangsstellung bei Beginn des Ziehvorgangs eine im wesentlichen durchgehende Fläche bilden, 8o Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen zweibenachbarten Teilen des Werkzeugoberteils (1) wirksame Mitnehmervorrichtung aus einem an einem Teil ausgebildeten, parallel zur Ziehrichtung verlaufenden Langloch und einem in das Langloch eingreifenden, am jeweils anderen Teil befestigten radialen Kupplungsstift besteht, wobei die Länge des Langlochs für den Zugunterschied zwischen den zugehörigen beiden Zügen bzwo die Höhendifferenz der zugehörigen umlaufenden Einspannstufen bestimmend ist, 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen aller axial beweglichen Ziehringe (11..o17) und der mit diesem zusammenwirkenden Gegendruckringe (21...26) nach oben konisch erweitert ausgebildet sind, 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der einzelnen Ziehringe (11sol17) in Bezug auf deren Zugdifferenz zum nächstfolgenden Ziehring im Verhältnis von 1:11 bis 1:50 bemessen ist.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehwerkzeugteile (10.c.18, 2Ooo.28) wenigstens teilweise aus Polytetrafluoräthylen bestehen. Leerseite