DE2828542C2 - Verfahren zum herstellen von verformten gegenstaenden, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und nach diesem verfahren hergestellte gegenstaende - Google Patents

Verfahren zum herstellen von verformten gegenstaenden, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und nach diesem verfahren hergestellte gegenstaende

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DE2828542C2 DE2828542A DE2828542A DE2828542C2 DE 2828542 C2 DE2828542 C2 DE 2828542C2 DE 2828542 A DE2828542 A DE 2828542A DE 2828542 A DE2828542 A DE 2828542A DE 2828542 C2 DE2828542 C2 DE 2828542C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ziehmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Behälter mit extrem geringer Wandstärke, die aus Metallfolie oder Metallblech, z. B. Aluminiumfolie oder Zinnblech, aus einem Kunststoffilm oder aus Laminaten bestehen, sind zum Verpacken von Nahrungsmitteln, Arzneimitteln und dgl. In großer Vielfalt verwendet worden. Das Herstellen derartiger Behälter durch Tiefziehen bringt jedoch erhebliche Probleme, well derartige dünne Folien, Bleche, Filme und Laminate in Form von Rohlingen eine sehr geringe Steifigkeit haben. Wenn die Rohlinge nach den üblichen Ziehmethoden gezogen
2s werden, treten an dem verformten Behalter oder Gehäuse an der abgerundeten Kante der Form in erheblichem Maße Falten auf, die vollständig über den Flansch und den Seitenwandtel! des Behälters bzw. Gehäuses verteilt sind. Dies beeinträchtigt sehr stark das Aussehen der Behälter oder Gehäuse. Desweiteren 1st es nicht möglich, die Flanschteile solcher Behälter oder Gehäuse mit einem Deckel hermetisch zu verschließen, um das Austreten des Inhaltes oder die Beschädigung des Inhaltes durch eintretende Luft und Feuchtigkeit zu verhindern.
Um diese Schwierigkelten zu überwinden, wurden durch Wfirme erweichte Kunststoffllme oder -folien einer Verformung unter Druckluft- oder Vakuumeinwirkung zur Ausbildung eines verformten Gegenstandes ausgesetzt. Diese Methode 1st als Aufweitverfahren bekannt, das nur auf Kunststoffllme oder Folien anwendbar 1st, die sich unter Wärmeeinwirkung im erweichten Zustand um 100 bis 200% strecken lassen. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, daß ein Aufheizvorgang erforderlich 1st, so daß es Im Gegensatz zum Ziehverfahren nicht möglich 1st, den Rohling einer Kaltverformung auszusetzen, die bei Raumtemperatur durchgeführt wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß diese Methode nicht für Metallfolien, z. B. Aluminiumfolien oder Zinnfolien angewendet werden kann.
Werden Behälter ausschließlich aus Kunststoff hergestellt, 1st es schwierig, einen vollständigen Abschluß des Inneren gegen Sauerstoff oder Feuchtigkeit zu erzielen, d. h., daß solche Behälter nicht zum Verpacken von Nahrungsmitteln geeignet sind, die über längere Zelt bei Raumtemperatur frlschgehalten werden sollen. Hierzu sind In jüngerer Zelt Laminate aus Aluminiumfolie oder dgl. sowie Kunststoffllme oder Kunststoffolien entwikkelt worden. In Hinblick auf die Materialersparnis und die Kosteneinsparung soll dabei die Aluminiumfolie so dünn wie möglich sein, andererseits aber ausreichend dick, damit der Inhalt im Behälter nicht durch Sauerstoff und Feuchtigkeit beeinflußt wird. Laminate aus dünner Aluminiumfolie mit einer Dicke von 7-30 μηι und Polyester-, Polyäthylen-, Polypropylen-, Nylon- oder Polycarbonatfilmen usw. mit einer Dicke In der Größenordnung von μηι sind zum Verpacken von Nahrungsmitteln oder dgl. verwendet worden. Da ein derartiges Laminat Aluminiumfolie enthält, beträgt die Längung nicht mehr als bis 50%, so daß die Herstellung eines verformten Gegenstandes aus dem Laminat durch Verformung unter Druckluft- oder Vakuumeinwirkung praktisch nicht möglich ist.
so Beim Ziehen wird im Gegensatz zum Aufweiten die Dicke einer Folie bzw. eines Filmes während des Ziehvorganges verändert, und die Längung des Rohlings braucht nicht so hoch zu sein. Es 1st deshalb beim Ziehen erforderlich, einen verformten Gegenstand, z. B. einen Becher, zu bilden, Indem die Metallfolie oder der Metallfilm, oder aber ein Kunststoffilm oder eine Kunststoffolle bzw. ein Laminat hiervon einem Kaltziehverfahren ausgesetzt wird. Bei der Durchführung derartiger herkömmlicher Ziehverfahren werden jedoch bei dem verformten Gegenstand an der abgerundeten Kante der Form in erheblichem Maße Falten gebildet, und es war deshalb bisher nicht möglich, verformte Gegenstände herzustellen, die kommerziell verwendbar sind.
Bei herkömmlichen Ziehmethoden besitzt der Rohling, der durch den Stempel In die Form gezogen wird, einen Teil, der nicht auf die abgerundete Kante der Form begrenzt 1st. Wenn der Rohling wesentlich dicker als 200 μΐη 1st, und Insbesondere, wenn er aus Metallblech besteht, 1st die Steifigkeit des Rohlings besonders hoch, so daß Falten kaum auf dem verformten Gegenstand an der abgerundeten Kante ausgebildet werden. Im Gegensatz hierzu ist die Steifigkeit eines Kunststofflaminats, das dünner als 200 μπι 1st, einschließlich einer dünnen Aluminiumfolie von 7-30 μηι verhältnismäßig gering, und es treten deshalb notwendigerweise Falten auf, wenn dieses Kunststofflaminat gezogen wird.
Aus der DE-AS 21 27 367 Ist eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Näpfen aus dünnem Metallblech oder Folie bekannt, die aus einem Ziehstempel, der aus einem Kernabschnitt aus starrem Material und einem diesen Kernabschnitt umgebenden Wandabschnitt aus elastischem Material besteht, das so bemessen Ist, daß die Oberfläche der Folie während des gesamten Tiefziehens elastisch an die Wand der Matrize angepreßt wird. Zur Verhinderung des Auftretens von Falten an der konischen Seitenwand wird diese Seltenwand mit der elastl-
sehen Wand des Ziehstempels niedergedrückt. Bei einer derartigen Vorrichtung wird ferner die Querschnittsfläche des elastischen Wandabschnittes fast so groß oder genauso groß wie die Mündung der Vertiefung In der Matrize gehalten. Es ist jedoch hierbei nicht möglich, das Auftreten von Falten an der gerundeten Ecke bzw. dem gerundeten Rand des Formgepenstandes zu verhindern.
Aus der Literaturstelle »Umformtechnik« Heft 5, 1967, Selten 41-45 ist es beim Tiefziehen von Folien bekannt, daß zur Verhinderung der Faltenbildung mit so großer Kraft auf die Umformzone gepreßt werden müßte, daß die notwendige Zugkraft von der Folie nicht mehr übertragen werden kann. Eier Ziehstempel besteht hierbei aus elastischem Material ohne starren Kernteil. Aus diesem Grunde muß die Vertiefung der Matrize einen Boden aufweisen, so daß die Ausbildung des Bodens des Formgegenstandes aufgrund der Ausbildung des Bodens der Vertiefung der Matrize hergestellt wird. ' Aufgabe der Erfindung 1st es demgegenüber, eine Tlefziehvorrichtung zu schaffen. In der eine Folie bzw. ein Film mit verhältnismäßig geringer Steifigkeit gezogen werden kann, ohne daß bei dem verformten Gegenstand an der abgerundeten Kante der Form Falten entstehen, sowie einen verformten Gegenstand zu schaffen, der keine nach außen sichtbaren Falten aufweist und der durch Ziehen einer Metallfolie, eines Metallfilmes, eines Kunststoffilmes oder eines Laminats in der Dicke von 7-200 μπι hergestellt ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit der Ziehmaschine nach der Erfindung wird das Auftreten von beim Tiefziehen entstehenden Falten an der gerundeten Ecke bzw. dem gerundeten Rand des Formgegenstandes verhindert. Indem die Ecke bzw. der Rand mit der elastischen Wand des Zienstempels niedergedrückt wird. Im Gegensatz zu der oben erläuterten DE-AS 21 27 367 wird Im Falle der Ziehmaschine nach der Erfindung nicht die Seitenwand, sondern die gerundete Ecke bzw. der gerundete Rand angepreßt. Weiterhin Ist im Falle der Ziehmaschine nach der Erfindung die Größe des Ziehstempels so ausgelegt, daß die Querschnlttsfläche des elastischen Wandabschnittes größer als die der Mündung der Vertiefung in der Matrize ist. Der Ziehstempel besitzt einen Kernabschnitt aus starrem Material, 1st mit einem Endteil abgeschlossen, das aus einer Endfläche und einem daran anschließenden, gerundeten Rand besteht, und weist einen elastischen Wandabschnitt aus elastischem Material auf, der den Kernabschnitt mit Ausnahme des genannten Endteiles umgibt. Die Vertiefung der Matrize ist nach Art eines Rohres ohne Boden ausgebildet; ein Boden Ist deshalb nicht erforderlich, weil das Endteil des Ziehstempels aus einer starren Endfläche und einem starren, gerundeten, daran anschließenden Rand besteht, und nicht von elastischem Material umgeben 1st. Die Ausgestaltung des Bodens des Formgegenstandes wird aufgrund der Ausgestaltung des starren Endteiles des Ziehstempels erzielt.
Nachstehend wird die Erfindung In Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Schnittansicht einer Ziehmaschine nach dem Stand der Technik
F i g. 2 eine Schnittansicht eines Stempels für eine Ziehmaschine, und Fig. 3 eine Schnittansicht einer Ziehmaschine mit einem Stempel nach Flg. 2.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ziehmaschine nach dem Stand der Technik, deren Ziehstempel 2 starr und mit einer Grundplatte 1 befestigt ist und bei der eine Rohlinghalterung 3 mit Grundplatte 1 über eine Dämpfungsvorrichtung 4 verbunden ist, die durch eine Federkraft oder einen pneumatischen bzw. hydraulischen Druck wirksam ist. Eine Matrize 5 1st mit dem Pressentisch 6 befestigt. In Fig. 1 1st die Grundplatte 1 über dem Pressentisch 6 angeordnet; diese Anordnung kann jedoch auch umgekehrt sein. Gleiches gilt für Fig. 3. Ein zu ziehender Rohling bzw. eine zu ziehende Folie, nachstehend als Werkstück 7 bezeichnet, 1st zwischen die Halterung 3 und die Matrize 5 unter Druck eingespannt und wird tiefgezogen, wenn der Ziehstempel 2 In die Matrize 5 eindringt. Bei diesem Ziehvorgang wird keine Kraft auf einen Teil der Folie 7, die auf der abgerundeten Ecke 8 der Matrize 5 aufliegt, von der Rohlinghalterung 3 ausgeübt, so daß dieser Teil sich frei bewegen kann, bis der Ziehstempel 2 mit Ihm in Kontakt kommt. Infolgedessen werden Falten an diesem Teil durch Umfangskompresslonskräfte erzeugt, wenn die Folie dünn 1st und eine geringe Biegesteifigkeit besitzt.
Im Falle vorliegender Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch eliminiert, daß ein Ziehstempel nach Fig. 2 bzw. eine Ziehmaschine nach Flg. 3 verwendet wird. Die Ziehmaschine weist einen Ziehstempel 9 und eine Matrize 5 mit einem der Form des Ziehstempels 9 entsprechenden Hohlraum auf, so daß eine Folie in den so Hohlraum der Matrize 5 mit Hilfe des Ziehstempels 9 gezogen und das Werkstück 7 zu einem verformten Gegenstand ausgebildet wird.
Bei dieser Ziehmaschine besteht wenigstens der Kern des Ziehstempels aus hartem Material, während die Seitenwand des Ziehstempels aus elastischem Material besteht. Ferner Ist die Querschnittsiläche des Ziehstempels größer als die der Mündung des Formhohlraumes. Deshalb wird ein Teil der Folie, die auf der abgerundeten Ecke der Matrize aufliegt, durch die elastische Seitenwand des Ziehstempels nach unten gedrückt. Dies bedeutet, daß die Oberfläche der Folie, die der Fläche gegenüberliegt, welche mit der abgerundeten Ecke der Matrize in Kontakt kommt, durch die elastische Seitenwand des Ziehstempels während des gesamten Ziehvorganges nach unten gedrückt wird, was zur Folge hat, daß die Entstehung von Falten auf dem verformten Werkstück an der abgerundeten Ecke der Matrize verhindert wird.
Flg. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Ziehstempels. Dieser Ziehstempel weist einen zylindrischen Kern 9 aus hartem Material, z. B. Metall oder technischem Kunststoff, und eine elastische Wand 10 z. B. aus Gummi, die den zylindrischen Kern 9 umschließt, auf. Der Kern 9 ist so ausgebildet, daß er am einen Ende ein kreisförmiges Endteil 9a besitzt und von dar elastischen Wand 10 in Form einer Umfangsseitenwand mit Ausnahme des Endteiles 9a umgeben ist, das aus einer Endfläche und einer abgerundeten Ecke besteht. Der Durchmesser der elastischen Wand 10 Ist größer als der des Endteiles 9a. Vorzugsweise Ist die elastische Wand 10 starr mit dem Kern ml' Hilfe eines Klebers befestigt.
Der maximale Durchmesser des Endteiles 9a des Kernes 9 ist etwa gleich dem Durchmesser eines herkömm-
lichen Ziehstempels; er ergibt sich dadurch, daß die doppelte Spaltbreite von dem Innendurchmesser des Formhohlraumes abgezogen wird. Die Tatsache, daß das Endteil 9a aus hartem bzw. nicht nachgiebigem Material besteht, bewirkt, daß die Matrize und die Dimension des Bodens sowie der abgerundeten Ecken eines verformten Werkstückes einen vorbestimmten Wert haben können. Der Durchmesser des Kernes 9 ist dabei kleiner als s der Innendurchmesser des Formhohlraumes.
Der untere Teil der elastischen Wand 10 Ist, wie mit 1Oo angedeutet, verjüngt. Dies dient dem einfacheren Einsetzen bzw. Einführen des Ziehstempels in die Matrize sowie dem Schutz des unteren Endteiles der elastischen Wand IO gegen Beschädigung. Nach Fig. 2 besteht die elastische Wand 10 aus einem verjüngten Abschnitt und einem zylindrischen Abschnitt; der zylindrische Abschnitt kann jedoch gerlngfüfig verjüngt ίο ausgebildet sein und sich bedarfsweise auch nach oben verengen. Der maximale Durchmesser der elastischen Wand 10 ist etwa gleich oder geringfügig größer als der Durchmesser eines Kreises 8a, der durch die Schnittlinie der abgerundeten Ecke der Matrize und der oberen Ebene der Matrize gebildet ist.
Der elastische Körper 10 kann aus Gummi hergestellt sein, der vulkanisiert Ist oder Zusätze, z. B. Ruß,
weißen Kohlenstoff, Alterungshemmer oder Farbmittel enthalt. Beispiele hierfür sind Acrylgummi, Nttril gummi, Stereogummi, Styrolbutadiengumml, Chloroprengumml, Butylgumml, Fluorgummi, Slllkongumml,
Hypalon und Polyurethangummi. Unter diesen Materialien ist Polyurethangummi als Material für die elastische Wand 10 In Hinblick auf Abriebwiderstand, ölbeständlgkeit und ausgezeichnete Festigkeit am besten geeignet.
Vorzugswelse Hegt die Härte der elastischen Wand 10 Innerhalb eines Bereiches von 70 bis 85 (entsprechend ASTM D 2240 Durometer A). Wie in der nachstehend angegebenen Tabelle 1 angezeigt, reicht In den Fällen, In denen die Härte geringer als 70 ist, die Depressionskraft des elastischen Körpers 10, die auf das Werkstück ausgeübt wird, an der abgerundeten Ecke der Matrize nicht aus, und deshalb werden in erheblichem Maße Falten am Flanschabschnitt und am Seltenwandabschnitt des verformten Gegenstandes erzeugt. Wenn die Härte den Wert von 85 übersteigt, kann der verformte Gegenstand während des Ziehvorganges brechen. Die in Tabelle 1 angegebenen Versuche wurden unter folgenden Bedingungen durchgeführt:
1. Die Werkstücke (Folien): Rohlinge wurden durch Stanzen eines Laminats erhalten, das durch Laminieren einer Polyäthylenterephthalatfolle von 12 μπι Dicke, einer Aluminiumfolie von 9 μπι Dicke und hochverdichtetem Polyäthylenfllm von 70 μπι Dicke In der angegebenen Reihenfolge mit einem Kleber erhalten wurden. Die Rohlinge haben einen Durchmesser von 125 mm. Die Rohlinge werden auf die Ziehmaschine so aufgesetzt, daß der Polyäthylenfllm In Kontakt mit dem Ziehstempel gebracht wird.
2. Die Ziehmaschine: Es wird der in FI g. 2 (mit einer Polyurethangummiwand versehene) gezeigte Ziehstempel verwendet, wobei der Innendurchmesser des Formhohlraumes 65 mm beträgt.
3. Die Ziehbedingungen: Es wird eine Kraft von drei Tonnen auf die Rohllnghalterung aufgebracht. Beide Oberflächen eines Werkstückes werden mit Palmöl als Schmieröl versehen. Das Werkstück wird mit einer
Geschwindigkeit von 100 Stücken/min gepreßt.
4. Dimension des verformten Gegenstandes: Der Außendurchmesser beträgt 65 mm, die Tiefe beträgt 25 mm und die Breite des Flanschenabschnittes beträgt 5 mm.
Die Größe der auf die Rohlinghalterung 3 aufgebrachten Last hängt von der Dicke, dem Material und der Gestalt des Werkstückes ab; vorzugsweise beträgt der Wert etwa 2 bis 4 Tonnen für die in Tabelle 1 angegebenen Laminate. Ist der Wert kleiner als 2 Tonnen, können Falten auf einem verformten Gegenstand auftreten; ist der Wert größer als 4 Tonnen, kann der Gegenstand brechen.
Wenn, wie In Fig. 3 dargestellt, eine Rohllnghalterung 3', deren Innendurchmesser größer Ist als der der Rohlinghalterung 3 nach Flg. 1 ein Werkstück 7 auf der Matrize festhält, wenn das Werkstück 7 in den Formhohlraum gezogen wird, während es auf der abgerundeten Ecke 8 der Matrize durch elastischen Druck der elastischen Wand während des gesamten Ziehvorganges festgelegt ist, kann die Entstehung von Falten verhindert werden, d. h. daß eine Schale mit einem einwandfreien Aussehen ohne Falten hergestellt werden kann.
Beispielsweise wurde ein Behälter mit einem Durchmesser von 58 mm und einer Tiefe von 30 mm aus einem Rohling mit einem Durchmesser von 115 mm nach diesem Verfahren hergestellt. Dabei wurden Behälter ohne Falten durch Verwendung von Laminaten geformt, die dadurch hergestellt wurden, daß beide Oberflächen der Aluminiumfolie mit Polyester und Polyäthylen Oberzogen wurden, und Laminate aus Aluminiumfolie und Polyesterfilm nach Tabelle 2 verwendet wurden. Tabelle 1
Härte 60 70 75 80 85 90
Faltenbildung Erheblich Gering1) Sehr keine keine
gering1) Brechen Kein Kein Kein Kein Kein Etwas
') — Die Falten sind praktisch bedeutungslos 65
Tabelle
(Formseite) Polyester (Dicke)
12 μπι 12 μηι 12 μπι 12 μηι 12 μπι 12 μπι
100 μπι 100 μπι 100 μπι 100 μηι 100 μπι 100 μπι
(Stempelseite)
Aiuminiumroiie Polyäthylen
(Dicke) (Dicke)
9 μπι _
9 μπι 70 μπι
20 μπι -
20 μπι 70 μπι
30 μπι -
30 μπι 70 μπι
9 μπι -
9 μπι 70 μπι
20 μπι -
20 μπΐ 70 um
30 μπι -
30 μπι 70 μπι
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Ziehmaschine zum Tiefziehen danner Platten bzw. Folien mit einer einen Formhohlraum aufweisenden Matrize und mit einem Ziehstempel aus elastischem Material, dessen Querschnittsfläche größer als die Quer-
S schnittsflache des Formhohlraumes der Matrize ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstempel (2) einen Kernabschnitt (9) und ein Stirn- oder Endteil mit einer formbestimmenden Endfläche und einem daran anschließenden gerundeten Obergang zur Wandflache aus starrem Material aufweist, daß im übrigen der Kern mit Ausnahme des Endteiles von einem Wandabschnitt (10) aus elastischem Material umgeben Ist.
2. Ziehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den elastischen Wandabschnitt (10) bildende elastische Material Gummi mit einer Härte von etwa 70-85 nach dem ASTM D 2240 Durometer A
Härtetest 1st.
3. Ziehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endteil des elastischen Wandabschnittes (10) des Ziehstempels (2), der der dünnen Plätte bzw. Folie (7) gegenüberliegt, verjüngt ausgebildet ist.
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