DE2801475A1

DE2801475A1 - Verfahren zur herstellung einer metalldose o.dgl.

Info

Publication number: DE2801475A1
Application number: DE19782801475
Authority: DE
Inventors: Leo Hartman; Mihaly Jozsef Spanraft
Original assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Current assignee: Estel Hoogovens BV
Priority date: 1977-01-14
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1978-07-20
Also published as: NL178946B; FR2377241A1; SE7800436L; FR2377241B1; BE862886A; NL178946C; IT1106528B; SE421872B; LU78868A1; GB1585308A; NL7700347A; JPS5389589A; US4261274A; IT7867064A0; DK154542B; DK17278A; DE2801475B2; DK154542C; DE2801475C3

Description

Henkel, Kern, Feiler & HänzeS Patentanwälte

_₂_ 28ÜU75

Möhlstraße 37 Hoogovens Umuiden B.V. D-8000München80

Umuiden, Niederlande Tel.· 089/982085-87

Telex: 05 29 802 hnkl d

Telegramme: ellipsoid

Jan. 1S78

Verfahren zur Herstellung einer Metalldose o.dgl.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Metalldose oder eines ähnlichen, napf- oder dosenförmigen Gegenstands durch Ziehen und Drücken (ironing), insbesondere zur Verbesserung der Verformungseigenschaften des Rands eines solchen Gegenstands beim Zurechtschneiden auf die erforderlichen Abmessungen. "Gezogene und gedrückte" Dosen sind von "tiefgezogenen" Dosen zu unterscheiden, weil das Metall beim Ziehen und Drücken nahezu vollständig plastisch verformt wird, ähnlich wie bei einem Extrudier- bzw. S trangpreßVorgang·

Eine übliche Vorrichtung zum Zurechtschneiden der Ränder von Dosen ist mit einer Spanneinrichtung versehen, mit deren Hilfe die Dose vorübergehend mit einer Antriebseinrichtung zum Drehen der Dose um ihre Längsachse verbunden werden kann. Außerdem ist dabei ein mechanisches Schneidwerkzeug vorgesehen, das an der Stelle gegen die Dose vorschiebbar ist, an welcher der Dosenrand zum Zurechtschneiden der Dose auf die gewünschte Größe abgestochen werden soll.

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Bei der Herstellung von Dosen ist es wesentlich, nach dem Verformen des Metallblechs durch Ziehen und Drücken (ironing) zu einer Dose den gezackten Dosenrand zu entfernen und den restlichen Dosenkörper auf die genaue Höhe zu schneiden. Hierbei ist es üblich, ein Drehmesser gegen die Innenwandfläche der Dose anzudrücken, während die Dose um ihre Achse in Drehung versetzt wird. Ein äußeres Gegenmesser oder Widerlager nimmt dabei die Kraft des Innenmessers auf. Es sind jedoch auch verschiedene andere Anordnungen anwendbar und bekannt. Bei dem eben geschilderten Verfahren ist es wichtig, daß die Dosenränder mit einer an die Fertigungsgeschwindigkeit der Dosen angepaßten Geschwindigkeit abgetrennt werden. Wenn diese Abtrenngeschwindigkeit niedriger ist als die Schnelligkeit, mit welcher die Dosen tiefgezogen werden, erweist es sich als nötig, für jede Tiefziehmaschine mehrere Schneidwerkzeuge vorzusehen.

Ein Hauptnachteil des bisherigen Verfahrens besteht darin, daß beim Schneidvorgang kleine Einkerbungen oder Haarrisse im Material über die Schnittstelle hinweg auftreten. Diese Kerben werfen Probleme auf, wenn die Dosenränder weiteren Flanschform- und Verschließvorgängen unterworfen werden. Zur Milderung dieser Probleme werden sowohl an die Güte als auch an die Abmessungen des verwendeten Werkstoffs strenge Anforderungen gestellt. Diese Erscheinung der Kerbenbildung schränkt auch die Verwendbarkeit von dünnerem Blech sowie die Anwendbarkeit wirksamerer Einzieh-Flanschformvorrichtungen für das Verschließen der Dosen ein.

Ein anderer Mangel des bisherigen Verfahrens besteht darin, daß die mechanische Randbeschneidung nur dann erfolgreich durchführbar ist, wenn der Rand eine bestimmte Breite besitzt. Dieser Umstand führt zu einer unnötig großen Abfallmaterialmenge. Als Mangel wird auch angesehen, daß die mechanische Randbeschneidung bei unrunden Dosen und insbeson-

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dere bei Dosen mit Ecken besondere Schwierigkeiten aufwirft.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Metalldosen o.dgl. durch Ziehen und Drücken, bei dem der Rand der Dose o.dgl. nach dem Ziehvorgang mittels eines Laserstrahls auf die entsprechende Größe zurechtschneidbar ist, während die Dose o.dgl. um die Längsachse gedreht wird. Durch Anwendung dieses Verfahrens können der Schnittkante verbesserte Verformungseigenschaften verliehen werden.

Außerdem bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens, bei dem die Arbeitsgeschwindigkeit der Schneidvorrichtung an die Ausstoßgeschwindigkeit einer oder auch mehrerer Tiefziehmaschinen anpaßbar ist, so daß beispielsweise für jede Tiefziehmaschine jeweils nur eine Schneidvorrichtung nötig ist.

Die genannte Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbarer spezieller Vorteil liegt darin, daß das Auftreten von Haarrissen an der Schnittkante vermieden oder zumindest weitgehend verringert werden kann, während sich gleichzeitig eine größere Präzision bezüglich der Schnittführung und der Abmessungen der geformten Dose erzielen läßt, auch wenn dünneres Blechmaterial verwendet wird. Der verwendete Werkstoff selbst kann im Vergleich zu den bisher verwendeten Werkstoffen anfälliger sein für die Bildung von Haarrissen, Einkerbungen usw., so daß er auch kostengünstiger sein kann. Selbst kleine, vor dem Zurechtschneiden ia Dosenrand vorhandene Risse oder Materialfehler lassen sich wesentlich leichter feststellen, sjo daß eine strengere Gütekontrolle möglich wird.

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Erfindungsgemäß läßt sich ein weiterer Vorteil bezüglich der Wartung der Schneidvorrichtung erreicht. Da hierbei auf bewegliche Teile verzichtet werden kann, ist das Gerät besser zugänglich und frei von übermäßigem Verschleiß. Hierdurch wird offensichtlich die Gefahr für Ausfälle vermindert. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insofern vielseitiger sein, als sie an Dosen in einem weiten Bereich von Abmessungen und Formen anpaßbar ist und zudem ohne Schwierigkeit von einer Dosenart auf eine andere umgestellt werden kann.

Wie erwähnt, kann ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens darin gesehen werden, daß sich die Zusammensetzung des Dosenrands im Bereich der Schnittstelle vom metallurgischen Standpunkt besser für die anschließende Bearbeitung eignet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch das Abtrennen schmälerer Randabschnitte, woraus sich erhebliche Materialeinsparungen ergeben können.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß das Abwerfen des abgeschnittenen Rands im Gegensatz zur Arbeitsweise mit den bisherigen Vorrichtungen mit Drehmessern keineswegs das Problem nach sich zieht, daß sich ein verbogenes, abgeschnittenes Randstück im Schneidwerkzeug und/oder in der Dose verfangen kann.

Selbstverständlich ist die Verwendung von Laser-Geräten für das Schneiden von Metallrohrwerkstücken an sich nicht neu. Bisher wurde jedoch die Anwendung von Laserstrahlen für die Verbesserung der Oberflächeneigenschaften und der metallurgischen Eigenschaften von Schnittkanten zwecks Verbesserung ihrer Verformungseigenschaften, insbesondere für die anschließende Flanschformung, als Lösungsmöglichkeit weder in Erwägung gezogen, noch vorgeschlagen. Speziell bei der Herstellung von Dosen läßt sich mit diesem Verfahren tatsächlich

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eine sehr wesentliche Verbesserung erreichen. In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, daß die Anwendung von Laserstrahlen nur geringe oder nahezu keine Beeinträchtigungen der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs im Bereich der Schnittkante zur Folge hat. Es wurde je-doch bisher noch nicht vorgeschlagen, Laserstrahlen zur Verbesserung dieser Eigenschaften für spezielle Zwecke, etwa Flanschformung, anzuwenden.

Obgleich sich mit intermittierenden Laser-Geräten gute Ergebnisse erzielen lassen, werden die besten Ergebnisse mit kontinuierlich arbeitenden Laser-Geräten, speziell mit sog. CO£-Lasern erzielt. Es ist dabei möglich, den Laserstrahl um den Dosenrand herum zu bewegen. Es hat sich jedoch als vorteilhafter erwiesen, den Dosenkörper vor dem vorrichtungsfest gehaltenen Laser-Gerät zu bewegen bzw. zu drehen. Dabei lassen sich mit einem Laser-Gerät vergleichsweise geringer Leistung (425 W) hohe Schnittgeschwindigkeiten von z.B. 0,25 m/s erzielen. Die Schnittgeschwindigkeit kann mit der Laser-Leistung proportional erhöht werden; es ist dabei möglich, Schnittgeschwindigkeiten von mindestens 1,0 m/s und vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,0 m/s zu erzielen.

Es hat sich erwiesen, daß die für die Gewährleistung der angestrebten Wirkung des Laser-Geräts ausschlaggebenden Faktoren lediglich die Fokussierung des Laserstrahls und seine Kapazität bzw. Leistung sind.

Laaer-Geräte, die den Erfordernissen gemäß der Erfindung genügen, lassen sich ohne weiteres an vorhandene Vorrichtungen zum Zurechtschneiden von Dosen auf die vorgesehene Größe anpassen.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

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Gemäß der Zeichnung ist bei dieser Vorrichtung ein Drehtisch 1 mit einer Antriebswelle 2 -vorgesehen. Der Drehtisch 1 trägt eine Anzahl von angetriebenen Spindeln 3» die jeweils mit Spanneinrichtungen 4 zum Verspannen von gezogenen und gedrückten (ironed) Dosen 5 versehen sind. Diese Spanneinrichtungen können aus Magnet- oder Vakuumeinheiten oder beliebigen anderen, bekannten und geeigneten Vorrichtungen bestehen. Ein C0₂-Laser 6 ist in der eingezeichneten Stellung der Seitenwand der betreffenden Dosen gegenüberstehend angeordnet, und zwar mit so geringem Abstand von der Seitenwand, wie dies mit einem ungehinderten, ununterbrochenen Betrieb vereinbar ist.

Der Laser 6 vermag einen kohärenten Strahl mit einer Breite von 0,05 mm zu erzeugen.

Obgleich nicht dargestellt, sind weiterhin passende Aufsetz- und Abnahmeeinrichtungen zur Anbringung der Dosen an den Spanneinrichtungen 4 und zum Abnehmen der Dosen von diesen Einrichtungen nach dem Zurechtschneiden vorgesehen.

Beispiel

Ein einziges Laser-Schneidgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde zur Bearbeitung des Ausstoßes von fünf Haschinen für die Herstellung von gezogenen und gedrückten Bierdosen (Durchmesser 6,6 cm) aus unberuhigtem Stahlblech angeordnet. Die Bearbeitungsvorrichtung war in an sich bekannter Weise mit einer drehbaren Spindel mit an beiden Enden vorgesehenen Saugnäpfen versehen. Diese Konstruktion eignet sich für das vorübergehende Verspannen der Dosenböden zur Ermöglichung der Drehung der Dosen um ihre eigenen Achsen ale Verlängerung der jeweiligen Drehspindel· An der Stelle, an welcher der Dosenrand abgeschnitten werden sollte, wurde ein Laser-Gerät mit einer Leistung von 425 ¥ angeordnet. Die Schnittgeschwindigkeit betrug 0,25 m/s.

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Bei einer Bearbeitung von 600 Dosen pro Minute ergaben sich keine besonderen Schwierigkeiten. Bei dieser Bearbeitungsgeschwindigkeit konnte die Schneidvorrichtung mit der Ausstoßleistung von fünf Tiefziehmaschinen Schritt halten, wofür bisher fünf mechanische Schneidvorrichtungen benötigt wurden. Der Wartungsaufwand für die Schneidvorrichtung erwies sich als praktisch vernachlässigbar.

Es wurde ein Vergleich der Verformungseigenschaften zwischen 200 Dosen, die auf die erfindungsgemäße Weise mittels des Laserstrahls zurechtgeschnitten worden waren, und 200 Dosen durchgeführt, die auf mechanischem Wege (ebenfalls auf 118 mm

diesem Zweck

Höhe) zurechtgeschnitten worden waren. Zu wurden die Dosen verformt, ähnlich wie dies beim Verschließen der Dosen (mittels einer Verdeckelungsmaschine) der Fall ist. Es zeigte sich, daß die Verformungseigenschaften der mittels Laserstrahls zurechtgeschnittenen Dosen gegenüber den mechanisch bearbeiteten Dosen um etwa 3096 verbessert waren.

Es zeigte sich außerdem, daß der Ausschuß bei den bearbeiteten Dosen aufgrund von eingerissenen Rändern und Verformungen von etwa 5 Ausschußstücken pro 1000 Dosen auf praktisch Null verringert werden konnte, während gleichzeitig auch der Ausschuß in Form von mangelhaft verschlossenen Dosen drastisch abnahm. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese Zahlen keine Materialfehler oder Risse enthalten, die vor der Bearbeitung im Material in Höhe der Schnittlinie vorhanden waren. Derartige Fehler der Schnittstelle lassen sich jedoch offensichtlich nach der erfindungsgemäßen Behandlung leichter feststellen, so daß die Aussonderung von fehlerhaften Dosen selektiver und zuverlässiger erfolgen kann.

Die vorstehend genannten Verformungseigenschaften wurden wie folgt ermittelt:

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In die zurechtgeschnittenen Dosen wird ein Kegel mit einem Spitzenwinkel von 75° eingeführt. Dieser Kegel wird sodann mit gleichbleibender Geschwindigkeit in die jeweilige Dose hineingedrückt, wobei ein Kraft/Verformungs-Diagramm aufgezeichnet wird, bis die Gegenwirkkraft des Dosenrands abfällt. Dies ist ein Anzeichen dafür, daß das Material zu
reißen beginnt. Der Bewegungsweg des Kegels stellt dann
einen Hinweis auf die Verformungseigenschaften dar.

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Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Möhlstraße 37

. , „ „ D-8000 München

Hoogovens IJmuiden B.V.

Umuiden, Niederlande

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13. Jan. 1978

Patentansprüche

/ 1.)Verfahren zur Herstellung von Metalldosen oder ähnlichen Gegenständen durch Ziehen bzw. Drücken (ironing), dadurch gekennzejämet, daß der Rand der Dose ο.dgl. nach dem Ziehen unter Drehung der Dose ο.dgl. um ihre Längsachse mittels eines Laserstrahls unter Verbesserung der Verformungseigenschaften des Dosenrands auf die vorgesehene Länge zurechtgeschnitten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Dauerstrahl erzeugender Laser-Generator verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein C0₂-Laser verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zurechtzuschneidende Dosenrand mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1,0 m/s vor dem vorrichtungsfesten Laser-Gerät vorbeibewegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosenrand mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1,5 - 2,0 m/s vor dem Laser-Gerät vorbeibewegt wird.

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