DE2451511C3

DE2451511C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Tiefziehen von Behältern aus Metall- oder Verbundfolie

Info

Publication number: DE2451511C3
Application number: DE19742451511
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wilhelm Ing.(grad.) 5880 Lüdenscheid Bracht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-30
Filing date: 1974-10-30
Publication date: 1981-03-26
Also published as: DE2451511B2; DE2451511A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen von Behältern aus Metall- oder Verbundfolie, bei dem das im Randbereich zwischen Ober- und Unterteilen eines Ziehwerkzeugs eingespannte Folienmaterial entlang einer Ziehachse auf definierte Ziehtiefe ver formt und dem Oberflächen profil der bei der definierten Ziehtiefe ineinandergreifenden Zitoverkzeuge angepaßt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Nach dem Stande der Technik werden aus Aluminiumfolie oder Kunststoffverbundfolie tiefgezogene Behälter entweder mit zur Ziehachse parallel verlaufenden oder mit konische ι Seitenwänden gezogen. Die mit zur Ziehachse parallel verlaufenden Seitenwänden gezogene 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 s-'hwerwiegendc Nachteile:

Der konisch gezogene Behälter ist bei einem Konuswinkel von mindestens 6 ohne Schwierigkeit stapelbar, d. h. im Leerzustand sind Behälter gleicher Größe ineinanderschiebbar und damit auf engem Raum in größerer Menge lagerbar. 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 Faltenhallers 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 daü in dem die Seilenwände des Behälter, bildenden Material abschnitt 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 vermiedeit 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 Herstell- und Füllstation sowie bei der Lagerung einen dem yciüüten Behälter entsprechenden Platzbedarf hat.

Darüber hinaus sind Behälter aus dünner Meiallfolie mit den beiden oben beschriebenen bekannten Verfahren nur bis zu einer sehr begrenzten l":efe herstellbar, da bei großen Ziehtiefen die Gefahr des Materiairisses insbesondere nahe des unteren Randes der Behälterseilenwände besteht.

Der Erfindung liegt 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 können.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß das Folienmaterial /wischen den einen Ziehstempelkern teleskopartig verschiebbar eingebenden Ziehringen und entsprechenden Gegendruckringen entlang umlaufender Materialstreifen eingespannt und so stufenweise von innen nach außen, beginnend mit dem Kern und danach unter stufenweiser Mitnahme der den Kern umgebenden Ziehwerkzeuge auf diesen Werkzeugteilen zugeordnete definierte Tiefen gezogen wird, wobei die Ziehwerkzeuge in den einzelnen Zügen jeweils dann zwangsweise mitgenomaien werden, wenn der nächstinnengelegene Werkzeugteil eine bestimmte axiale Wegstrecke zurückgelegt hat. Durch das Einspannen entlang der umlaufenden Materialstreifen und das axiale Ziehen in gestufter Aufeinande. folge der Zieh werkzeuge von innen nach außen gelingt es, die Belastungsfähigkeit des Materials •ber die volle Behälterhöhe im wesentlichen gleichmälig auszunutzen. Durch entsprechende Wahl der Anzahl der verwendeten Ziehringe und Gegendruckringe, also der umlaufenden Einspannstellen der Materialstreifen kann daher das Material auf bisher unerreichbare Ziehtiefen gebracht werden

Die .Stapelbarkeit des fertigen Behälters und die Unterdrückung der Faltenbildung wird vor allem dadurch begünstigt, daß das Material an den jeweils zwischen einem Ziehring und einem Gegendruckring gebildeten umlaufenden Einspannstufen flanschartig geformt und zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspannstufen achsparallel (zylindrisch) gezogen wird.

Es entsteht ein sthalenformiger Behaltet, dessen Seitenwände stufenweise zylindrisch verlaufen und mit parallel zum Randflansch des Behälters umlaufenden, stufenförmigen Absätzen versehen bind. Der sich über die stufenförmigen umlaufenden Absätze nach oben erweiternde Behälter kann mit gleichen Behältern ohne weiteres ineinandergestapelt werden. Andererseits sind die achsparallelen beziehungsweise zylindrischen Wandabschnitte des Behälters jeweils für sich unter Ausnutzung der optimalen Tiefziehverhältnisse des zylindrischen Zuges hergestellt.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hei gestellte Behälter zeichnet sich aufgrund der parallel zum Randflansch umlaufenden, stufenförmigen Absätze durch erhöhte Stabilität der Seitenwände aus. da die umlaufenden, stufenförmigen Absätze in Art von Verstärkungsrippen eine Stabilisierung gegen Ausbeu len vor allem großflächiger Seitenwände herbeiführen Auch in Bezug auf die Raumausnuuung ist der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Behälter dem konischen Behälter bei vergleichbarer Siapelfa higkeit itxTlegen. Beim Ineinander ^pelii de¹, neuen Beli.iiicit μαίίΐ del jeweils eiste Zug des inneren Behalters in ücn jeweils zweiten Zug des äußeren Behälters.

Vorzugsweise vird m-i Behalter in den einzelnen Zügen owen gezogv daß das Verhältnis von Zugdifferenz, d.i. der Unterschied der Zuglängen zweier benachbarter Ziehringe: zu Radiusdifferenz, d...

der Unterschied des Außenradius eines Ziehringes zu dem Außenradius des naehstinnengelegjnen Ziehrings oder m. a. W. die Ziehringwanddicke und einem Luftspaltmaß. zwischen 50 und 11 betragt. Dies entspricht einem Winkel zwischen I und 5 beim bekannten konischen Ziehen, bei dem jedoch zur Erhaltung der Su.pelbarkeit Konuswinkel von wenig stens 6° erforderlich sind. Vorzugsweise werden die Behälterseitenv» aride vom Behälterboden bis zum Behälterrand ununterbrochen mit etwa gleichmäßiger Axialgeschw'ndigkeit gezogen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist ein entsprechend dem Pro'.I 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 Zieh rins und einen wenigstens teilweise axial verschiebba ren Innenteil aufweist. Hiervon ausgehend zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus. daß der mit einer achsparallelen (zylindrischen) Mantelfläche versehene Kern von mehreren teleskopartig verschieb baren radial übereinander angeordneten Ziehringen mit jeweils achsparallclen (zylindrischen) Mantelflächen umgebtn ist. daß d-e Ziehringe über eine fiiitnehmervorrichtung 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 Werkzeugur.terteils von entsprechend profilierten, teleskopartig gegeneinander verschicblichen geraden Gegendruckringen umgeben ist, wobei die benachbarten Stirnflächen jeweils eines Ziehringes und eines Gegendruckringes eine umlaufende Einspannstufe für das zu ziehende Folierimaterial bilden.

Diese Vorrichtung ist dadurch weitergebildet, daß die

teleskopartig incinanderfassenden Teile des Werk/eugiintertcils 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 Zichvorgangs eine im wesentlichen durchgehende Fläche bilden.

In folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der einzigen Zeichnungs- w figur ist ein Teilschniti durch die beim Ziehen entlang der Ziehachse beteiligten Elemente des Ziehwerkzeugs dargestellt.

Das in der Zeichnung im Teilschnitt dargestellte Ziehwerkzeug besteht aus einem Werkzeugoberteil 1 ''· und einem Werkzeuguntcrteil 2. die in Richtung einer vertikalen Ziehachse 3 relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind. Das Außenprofil des Werkzeugoberteils und das Innenprofil des Werkzcugunterteils sind in der in der Zeichnung angedeuteten Freistellung dos -'» Ziehvorgangs für die Form des im Teilschnitt dargestellten Behälters 4 bestimmend

Das Werkzeugoberteil besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem vertikal verschiebbaren Ziehstcmpclkcrn IO mit achsparallelcn (zylindrischen) '"■ Mantelflächen, auf dem sieben Ziehringe U ... 17 mit zur Mantelfläche des Ziehstempels 10 parallel verlaufenden Wänden telcskopartig verschiebbar gelagert sind. Zwischen dem Ziehstempelkern 10 und den jeweils benachbarten Ziehringen Il ... 17 ist eine in der i" Zeichnung nicht dargestellte Mitnehmervorrichtung wirksam, über die die beim Ziehvorgang beteiligten beweglichen Teile des Werkzeugoberteils 1. ausgehend von dem innersten Ziehring II. zwangsweise beim Niedergang mitgenommen werden, sobald der Zieh- i"> stempelkern 10 bzw. der jeweils innere Ziehring 11 ... 16 eine bestimmte axiale Zuglänae während des Niedergangs des Werkzeugoberteils zurückgelegt hat. Die Mitnahmevorrichtung kann beispielsweise aus einem in ein achsparallelcs Langloch im benachbarteti ^4I) Ziehring eingreifenden Mitnehmerstift bestehen: in alternativer Ausgestaltung können die Ziehringe geeignet gestufte Axiallängen haben, wobei Ziehstempel und Z-iennnge Deim Niedergang von einer eoenen Hatte aus angetrieben werden. Der äußerste Ziehring 17 ist von ¹^ einem Faltenhalter 18 umgeben, der im Zusammenwirken mit einem zum Werkzeugunterteil 2 gehörigen stationären Ziehring 28 das Folienmaterial im Randbereich des Behalten festklemmt.

Das Werkzeugunterteil hat in der dargestellten ^w Endstellung des Ziehvorgangs ein Profil, das demjenigen des Werkzeugoberteils 1 komplementär ist. Das Werkzeugunterteil 2 besteht ähnlich dem Werkzeugoberteii 1 aus teleskopartig ineinandergreifenden Elementen, nämlich einem dem Ziehstempelkern 10 gegenüberliegenden Innenteil 20 und den Innenteil umgebenden (icgcmlruckritigcn 21 ... 2b. deren achsparallcl verlaufende Wände eine der geraden Mantelfläche des Innenteils 20 entsprechende Form haben. Die aufeinander verschiebliehen Gegenilnickringe 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 Kiinststoff-Aluminium-Verbiindfolie /wischendem FaI-tenhaltcr 18 und dem stationären Ziehring 28 in einer F.bcne eingespannt. Die axial beweglichen Elemente (Kern und Zichringe) 10 bis 17 des Werk/eiigoberteils liegen zunächst über dieser Folienebene. Die ebenfalls axial beweglichen Elemente (Gegendruckringe) 20.. .26 des Wcrkzeugunterieils sind angenähert bis in die Ebene der Folienbahn angehoben, und zwar vorzugsweise so. daß die Stirnflächen der Gcgendruekringc 21 ... 26 und des Innenteils 20 mit der Arbeitsfläche des Zichrines 28 eine im wesentlichen kontinuierliche, leicht muldenförmige Fläche bilden. Von dieser Ausgangstage der Wcrkzcugelemente aus wird zunächst der Ziehstempelkern IO abgesenkt und der Bodenteil des Behälters 4 entlang der Ziehachse 3 gezogen, wobei die den Ziehstempelkern 10 umgebenden Ziehringe am Ziehvorgang zunächst noch nicht teilnehmen. Erst wenn der Ziehstempelkern eine von der Mitnehmervorrich tung bestimmte Zugticfc erreicht hat. wird der innerste Ziehrin·' 11 mitgenommen und ein weiterer (löhcnab schnitt zylindrisch gezogen. Auf diese Weise wird die gesamte Seitenwand stufenweise von innen nach außer fortschreitend gezogen, wobei im Verlauf eines jeder Zuges das zuvor gezogene Material zwischen der zusammenwirkenden Stirnflächen der einander gegen überliegenden Ringe (Ziehring und Gegendruckring' eingespannt bleibt. Eine Faltenbildung wird im Zichspali ebenso wie beim herkömmlichen einzügigen zylindri sehen Ziehen verhindert und kann bei entsprechendei Wahl des Ziehradius auch an den einzelnen stufenförmi gen Absätzen minimal gehalten werden.

Das in der Zeichnung dargestellte Seitenwandprofi des fertig gezogenen Behälters 4 zeigt, daß auf dicst Weise hergestellte Behälter ohne SchwierigkcUcr ineinander Maptriuai miiu utiu uau im uucicast. liuli besseren Raumausnutzung die über die umlaufender Stufen gebildete »Konizität« der Behälter sehr kleir gehalten werden kann. Die umlaufenden Stufen bilder eine ausgezeichnete Stabilisierung des gebrauchsferti gen Behälters, der auf diese Weise selbst be Verwendung von extrem dünnen Metallfolien ah Ausgangsmaterial mit bisher unerreichtem Bauvolumer hergestellt werden kann.

Das beschriebene Ziehverfahren eignet sich ir gleicher Weise für im Querschnitt runde, etw, quadratische und rechteckige Behälter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Tiefziehen von Behältern aus Metall- oder Verbundfolie, bei dem das im Randbereich zwischen Ober- und Unterteilen eines Ziehwerkzeugs eingespannte Folienmaterial entlang einer Ziehachse auf definierte Ziehtiefe verformt und dem Oberflächenprofil der bei der definierten Ziehtiefe ineinandergreifende Ziehwerkzeuge angepaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial zwischen den einen Ziehstempelkern teleskopartig verschiebbar umgebenden Ziehringen und entsprechenden GegendrucKringen entlang umlaufender Materialstreifen eingespannt und so stufenweise von innen nach außen, beginnend mit dem Kern und danach unter stufenweiser Mitnahme der den Kern umgebenden Ziehwerkzeuge auf diesen Werkzeugteilen zugeordnete definierte Tiefen gezogen wird, wobei die Ziehwerkzeuge in den einzelnen Zügen jeweils dann zwangsweise mitgenommen werden, wenn das nächstinnengelegene Werkzeug»e:I eine bestimmte axiale Wegstrecke zurückgelegt hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in den einzelnen Zügen soweit gezogen wird, daß das Verhältnis von Zugdifferenz zu Radiusdifferenz zum nächstinnengelegenen Werkzeugteil zwisci.en 50 und 11 beträgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterseitenwände vom Behälterboden bis zum Behälterrand fortschreitend ununterbrochen mit etwa gleichmäßiger Axialgesvhwindigkeit gezogen werden.

4. Vorrichtung zur Purchfü'-rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem entsprechend dem Profil des Behälters geteilten Ziehwerkzeug, 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 Faltenhalten aufweist und das Unterteil einen dem Faltenhalter gegenüberliegenden stationären Ziehring und einen wenigstens, teilweise axial verschieb baren Innenteil aufweist, dadurch gekennzeichnet. daß der mit einer achsparallelen (zylindrischen) Mantelfläche versehene Kern (10) von mehreren teleskopartig verschiebbaren radial übereinander angeordneten Ziehnngen (U ... 17) mit jeweils achsparallelen (zylindrischen) Mantelflächen umgeben ist, daß die Ziehringe über eine Mitnehmervorrichtung mit dem Kern derart bewegungsgekoppelt sind, daß jeder Ziehring (11 ... 17) am Ziehvorgang erst teilnimmt, wenn das nächst innengelegenc Ziehteil (to .. 16) einen vorgegebenen Zug ausgeführt hat, und daß der Innenieil (20) des Werk/eugunterteils (2) von entsprechend profilierten, teleskopartig gegeneinander verschiebbaren geraden Gegendruckringen (21 ... 26) umgeben ist. wobei die benachbarten Stirnflächen jeweils eines Zichringes (/.B. 17) und eines Gegendruckringes (/.. B. 26) eine umlaufende Einspannstufe für das /u ziehende Folienmaterial bilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die teleskopartig ineinanderfassenden Teile (20 ... 26) des Werkzeugunterteils (2) durch eine der Ziehbewegung des Oberteils (1) entgegengerichtete Kraft belastet sind und daß die Stirnflä-

chen der Gegendruckringe (21 ... 26) und die Arbeitsfläche des stationären äußeren Ziehrings (28) so ausgebildet sind, daß sie in der Ausgangsstellung bei Beginn des Ziehvorgangs eine im wesentliche durchgehende Fläche bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen zwei benachbarten Teilen des Werkzeugoberteils (1) wirksame Mitnehmervorrichtung aus einem an einem Teil ausgebildeten, parallel zur Ziehrichtung ve-laufenden Langloch und einem in das Langloch eingreifenden, am jeweils anderen Teil befestigten radialen Kupplungsstift besteht, wobei die Länge des Langlochs für die Zugdifferenz zwischen den zugehörigen beiden Zügen maßgebend ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen aller axial beweglichen Ziehringe (11 ... 17) und der mit diesen zusammenwirkenden Gegendruckringe (21 ... 26) in der Ausgangsstellung jeweils eine nach oben sich erweiterende Konusflächen bilden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstarke der einzelnen Ziehringe (11 .. 17) in Bezug auf deren Zugdifferenz /um nächstfolgenden Ziehring im Verhältnis von 1 : 11 bis 1 : 50 bemessen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zichwerkzeugteile (10 ... 18, 20 ... 28) wenigstens teilweise aus Polytetrafluorethylen bestehen.