DE2947445A1

DE2947445A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von metallverpackungs-rohlingen

Info

Publication number: DE2947445A1
Application number: DE19792947445
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Edouard Victor Saurin
Original assignee: GARIGLIO EZIO VITTORIO; SAURIN EMMANUEL EDOUARD VICTOR VINCENT
Current assignee: GARIGLIO EZIO VITTORIO; SAURIN EMMANUEL EDOUARD VICTOR VINCENT
Priority date: 1978-11-27
Filing date: 1979-11-24
Publication date: 1980-06-19
Also published as: GB2035856B; FR2442100A2; GB2035856A; CA1136001A; FR2442100B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Metal 1verpackungs-Rohlingen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Verpackung, wie z.B. einer Konservendose, bei dem der Mantel der Verpackung durch Einrollen einer Metallblechtafel zur Bildung eines Rohres mit aneinander anstoßenden Kanten hergestellt wird, bei dem die aneinander anstos- senden Ränder der Metal 1blechtafel einander gegenüberliegend gehalten und untereinander mit Hilfe eines Laserstrahls verschweißt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern, es insbesondere wirtschaftlicher zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird der rohrförmige Mantel, der

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mit Hilfe eines Schweißverfahrens hergestellt wurde, das eine derartige Schweißqualität gewährleistet, einer radialen Expansion unterworfen, die seinen Querschnitt vorzugsweise um etwa 50% vergrößert.

Die Schweißqualität, die durch die bekannten Verfahren der eingangs genannten Art erzielt werden können, ist derart, daß das Blech oft noch vor der Schweißnaht einreißt, wenn der rohrförmige Mantel einer radialen Expansion unterworfen wird.

Der von der Erfindung vorgeschlagene zusätzliche Verfahrensschritt bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Wenn die rohrförmigen Körper vor ihrer Benutzung transportiert werden sollen, ist es möglich, die Aufweitung erst nach dem Transport vorzunehmen, wodurch das zu transportierende Volumen beachtlich verringert wird. Die Aufweitung erlaubt es, in gleicher Weise von einem Blech mit einer Dicke von etwa 0,15 bis 0,16 mm auszugehen (für den Fall von Konservendosen, die nicht anschließend aufgrund einer Sterilisierung einem erhöhten und anschließend einem verringerten Innen druck ausgesetzt sind), sondern es ist auch möglich,von einem klassischen Blech mit einer Dicke von etwa 0,2 bis 0,3 mm auszugehen, was aufgrund der Ersparnis eines zweiten Walzvorganges billiger ist als das Blech mit der Dicke von 0,15 mm. Die Aufweitungsoperation kann auf der Herstellungsmaschine selbst oder auf einer getrennten Maschine durchgeführt werden.

Es ist bekannt, daß Schweißnähte, wie sie auch hergestellt sein mögen, kleine Lecks aufweisen können, die bei Konservendosen die Veränderung der Erzeugnisse hervorrufen. Solche Mikrolecks sind schwierig zu entdecken. Sobald jedoch der Körper einer Aufweitung unterworfen wird, verwandelt sich das Mikroleck wegen eines Schwachpunktes in einen Riß, der bei der Inspektion leicht erkennbar ist. Dies stellt

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einen zusätzlichen Vorteil dar.

Die Erzielung einer Schweißnaht mit guter Qualität ist durch eine präzise Anordnung der Ränder der Metallblechtafel während des VerschweiBens bedingt. Die Erfindung zielt in gleicher Weise darauf ab, unter Beachtung dieser Forderung das Verfahren noch wirtschaftlicher zu gestalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden nach einem charakteristischen Merkmal die Ränder des aufgerollten Metallblechs mit Hilfe pneumatischer Einrichtungen einander gegenüberliegend gehalten.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein kontinuierliches Verfahren verwendet, das von einer Rolle Metallblech ausgeht.

Bei allen Fällen ist es ausgeschlossen, magnetische Mittel zu verwenden, denn sie bewirken, daß in die zu verschweißende Verbindung Feilstaub o.dgl. gelangt, was die Erzielung einer ausreichenden Schweißnaht verhindert, da der Brennfleck des Lasers nur eine sehr geringe Breite aufweist. Dieser Brennfleck hat typischerweise einen Durchmesser von weniger als 0,05 mm und muß in der Dicke der Rand an Rand liegenden Verbindung liegen.

Diese außerordentlich feine Fokussierung erlaubt es, die zur Verschmelzung des Metal 1bleches nötige Wärme nur dort frei zu setzen, wo sie notwendig ist, weiterhin erlaubt sie es, die Laser-Energie möglichst gut zu verwenden und die Menge der freigesetzten Wärme gering zu halten. Wenn man Weißblech benutzt, besitzt diese Energiekonzentration den Vorteil, das Zinn nur auf einer äußerst schwachen Breite zu verflüchtigen, wodurch die Gefahren einer späteren Korrosion verringert werden. Dieses Verfahren macht ebenfalls die Verwendung von Schwarzblech möglich, das

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anschließend mit einem Anstrich überzogen wird, sowie die Verwendung von Blech aus Chromeisen oder Eisenblech, das oberflächlich leicht mit Zinn legiert ist. Wenn man dagegen versucht, diese Materialien bei bekannten Verfahren elek- trischer Schweißung zu verwenden, trifft man auf Schwierigkeiten. Wenn die Befestigung unter Überlappung vor sich geht, haftet der Anstrich schlecht auf der Trenn stelle des Bleches, wodurch die Gefahr der Korrosion, ins besondere von innen für den Fall von Konservendosen, und die Notwendigkeit entsteht,die Lackschicht zu vergrößern. Im Fall des bekannten Verfahrens muß die oberflächliche isolierende Schicht der Bleche aus Chromeisen entfernt werden, um elektrisch schweißen zu können.

Wenn man ein Metallblech mit der für die Herstellung von Konservendosen oder Getränkedosen herkömmlichen Dicke schweißen will, nämlich 0,2 bis etwa 0,3 mm, ist im allge-

meinen eine Leistungsdichte von 5000 kw/cm als Minimum not wendig, um eine annehmbare Vorschubgeschwindigkeit zu erhalten. Dieses Ergebnis kann insbesondere mit einem Kohlenstoff- gaslaser erreicht werden, wie er im Handel frei erhältlich ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 u. 3 einen vergrößerten senkrechten und waage rechten Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 schematisch die relative Anordnung der

Ränder des Bleches während der Schweißung;

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Fig. 5 a und b einen Schnitt durch eine Befestigungseinrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ;

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Expan-

dierei nrichtung.

Die in Fig.1 schematisch dargestellte Vorrichtung wird von einer kontinuierlich arbeitenden Maschine gebildet, die ausgehend von auf einer Rolle aufgewickeltem Blech rohrförmige Körper liefern soll. Im folgenden wird angenommen, daß die fraglichen rohrförmigen Körper dazu bestimmt sind, als Rohlinge, d.h. als Mantelteile von Konservendosen verwendet zu werden.

Die Maschine enthält nacheinander in der Bewegungsrichtung des Bleches, d.h. von stromaufwärts nach stromabwärts gesehen, eine Zuführeinrichtung 10, eine Formungseinrichtung 11,einen Schweißgenerator 12, eine Aufweitungseinrichtung 13 und eine Zerteileinrichtung 14.

Die Zuführeinrichtung 10 enthält eine Spule mit Metallblech, das von einem Bandblech gebildet ist, das in seiner Breite mit einer Genauigkeit bezüglich der Geradheit in der Größenordnung von lOOsteln von Millimetern beschnitten ist. Dieses Bandblech kann ausgeglühtes Schwarzblech sein, das es zuläßt, die bezüglich der Breite notwendige Präzision zu erreichen.

Die Einrichtung 11, die dazu bestimmt ist, das Bandblech in eine rohrförmige Form einzurollen (siehe Fig.2 und 3) enthält eine äußere Führung 15 mit beispielsweise einer Neigung von etwa 14%, auf der das Blech in Richtung auf den zwischen einem Ring 16, der vorzugsweise aus Keramik besteht,

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und einem inneren Kern 17 gebildeten Zwischenraum gleitet, der vorzugsweise aus einem graphithaltigen Stahl besteht. Der innere Durchmesser des Ringes 16 und der äußere Durchmesser des Kernes 17 sind etwas geringer als der äußere bzw. innere Durchmesser des zu bildenden Rohres 18, wobei der Unterschied für die beiden Durchmesser oer gleiche ist.

Die Führung 15 rollt durch ihre Konizität nach und nach

das Bandblech um sich selbst, bis seine Ränder aneinander

anstoßen, etwa von einem in unmittelbarer Nähe des Ringes16 gelegenen Punkt an.

Die Versehweißung muß in unmittelbarer Nähe des Ringes durchgeführt werden, um ein Auseinanderklappen der Ränder des Rohres 18 zu vermeiden, das von der Rohrformungseinrichtung 11 geliefert wird. In der Praxis beträgt der maximale Abstand zwischen dem Punkt, an dem die Schweissung durchgeführt wird, und dem Ausgang des Ringes 16 etwa 100 mm.

Der Generator 12 enthält einen C0₂-Laser, der einen infraroten Strahl bei etwa 10,6μ liefert. Der von dem Laser erzeugte zylindrische Strahl wird von einer Linse gebündelt, deren Brennweite möglichst kurz ist, da jede Verkürzung dieser Brennweite es zuläßt, die Anordnungstoleranzen in der Querrichtung zu vergrößern. In der Praxis gestattet bei einem Laser von 1 kw Dauerleistung die Verwendung einer Optik mit 63,5 mm Brennweite eine Toleranz von etwa 7 bis 8 hundertste! Millimetern in der Richtung der Breite. In allen Fällen ist die Toleranz h in der Verschiebung der Ränder in Höhenrichtung in der Größenordnung von etwa 0,2 H, wobei H die Dicke des Bleches darstellt (siehe Fig.4).

In der Praxis wird der Laser häufig in einem gewissen

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Abstand von der Verschwelßungseinrichtung angeordnet, und sein zylindrischer Ausgangsstrahl wird in Richtung auf den Verschwelßungspunkt reflektiert, wo er von der Optik konzentriert wird. Um zu verhindern, daß Materialabschleuderungen die Fokussierungsoptik beschädigen, ist der Strahl vorteilhafterweise gegenüber dem Rohr 18 schrägverlaufend angeordnet.

Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung enthält, hinter der Verschwelßungseinrichtung , eine Zone, in der das geschweißte Rohr zwischen Mitnahmeraupen 25 in Richtung auf die Aufweitungseinrichtung geführt wird. Das wesentliche Element dieser Einrichtung wird von einem inneren Dorn mit schwacher Konizität von einigen Prozent gebildet. Der Dorn 19 ist, vorzugsweise einstückig, mit dem Kern 17 verbunden und bleibt daher fest an seinem Platz.

Eine Schmierung des Domes 19 ist notwendig. Sie wird durch die Zuführung von öl hinter der Formungseinrichtung 11 durch eine in dem oberen Teil des Kernes 17 angeordnete Rinne 20 gewährleistet (Fig.2), die in ölschmiernuten auf dem Dorn 19 endet.

Das Rohr 18 wird von dem Dorn 19 durch einen Mitnahmemechanismus mit konstanter Geschwindigkeit abgezogen, der mehrere Raupen 21 und 22 enthalten kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält schließlich eine Abtrennstation, die von einer Schereinrichtung gebildet ist, von der nur die Klinge 23 dargestellt ist und die eingreift, sobald das Rohr 18 gegen einen Anschlag 24 anstößt.

Bei einem ausgeführten Beispiel der Erfindung liegt die von der Vorrichtung durchgeführte Aufweitung im allgemeinen

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in der Größenordnung von 20% des Durchmessers, während eine stärkere Aufweitung mehrere Schritte erfordern würde, die übrigens nach dem Abscheren durchgeführt werden könnten.

Als numerisches Beispiel kann gesagt werden, daß eine zur Herstellung von vierkantigen Konservendosen bestimmte Vorrichtung eine Rohrformungseinrichtung von etwa 1 m Länge enthält, eine etwa 1 m lange freie, mit Zugraupen 25 be setzte Zone, eine Aufweitungszone von etwa 0,6 m sowie eine mit den Raupen 21 und 22 besetzte Zugzone von etwa 2 m.

Es können nachfolgende Arbeitsstationen vorgesehen sein, um rohrförmige Körper mit einem Querschnitt mit einer abgeplatteten Form zu liefern, was den Transport erleichtert, mit einer vieleckigen Form mit abgerundeten Ecken, oder auch mit einer ovalen oder elliptischen Form, was die Führung der Verbindung zwischen den Rändern erleichtert.

Anstatt ein Verfahren kontinuierlicher Herstellung zu ver wenden, kann man auch eine einzelne Verschweißung der Büchsen und anschließend ebenfalls eine einzelne Aufweitung der Büchsen auf Maschinen durchführen, die hinter- einander angeordnet sein können.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 5a, 5b und 6 wird nun eine derartige Variante beschrieben. Zunächst muß das Metallblech eingerollt werden. Es wird angenommen, daß dieser Verfahrensschritt schon auf einer bekannten RoIl- einrichtung durchgeführt wurde, wie sie für die Herstellung von Konservendosen - Rohlingen zur elektrischen Verschweissung mit einer Drahtelektrode verwendet werden. Es wird angenommen, daß die Rolleinrichtung das Metallblech auf einen Dorn 27 (siehe Fig.5a) aufsetzt, der mit einer Rippe 28 versehen ist. Die Elastizität des Bleches hält dessen beide Ränder gegen die Rippe 28 gedruckt.

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Im Verlauf der Verschweißung müssen die beiden Ränder des Bleches mit großer Präzision gegeneinander gehalten werden, ohne daß jedoch die Ränder gegeneinander tangential gewaltsam gedrückt werden, wodurch sich Deformationen in radialer Richtung ergeben wurden, die aufgrund der geringen Tiefe des Brennfleckes des Lasers unerwünscht sind. Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, daß Backen 29 und 30 verwendet werden, gegen die die den Rändern benachbarten Abschnitte des Bleches durch Niederdrücken angedrückt werden.

Die Backen 29 und 30 werden zunächst so wie in Fig.5a dargestellt angewendet. Anschließend werden elektrische Ventile 31 geöffnet, um in Aussparungen in den Backen angeordnete Saugnäpfe 32 mit einem Unterdruckbehälter 33 zu verbinden, der seinerseits mit einer Absaugpumpe 34 verbunden ist. Die ElektroventiIe 31 sind Dreiwegventile und möglichst nahe bei den Saugnäpfen 32 angeordnet. Sobald die den Rändern benachbarten Abschnitte des Bleches an den Backen 29 und 30 befestigt sind, werden diese vorgerückt, wobei eine der Backen der anderen um einen Abstand 1 genähert wird, der der Dicke der Rippe 28 gleich ist, um die beiden Ränder des Bleches aneinander anstoßen zu lassen. Die Verschweißung wird anschließend durchgeführt, wie in der Patentanmeldung P 27 01 427.3 beschrieben. Sobald der rohrförmige Körper die Verschweißungszone verlassen hat, wird er frei gegeben, indem die Elektroventi1e 31 derart gesteuert werden, daß sie die Saugnäpfe 32 mit dem äußeren Luftdruck verbinden. Die Backen werden dann wieder in ihre Ausgangsstellung gebracht, um einen neuen rohrförmigen Körper aufzunehmen. Im allgemeinen werden mehrere Sätze von Backen hintereinander vorgesehen, die umlaufen und dadurch ein Karussell bilden.

Der Verfahrensschritt der Aufweitung kann durch eine Maschine durchgeführt werden, die direkt an der Abgabeseite der vorhergehenden Maschine angeordnet ist. Fig.6 zeigt als Beispiel eine Vorrichtung, die zwei Streckungswalzen 33, 34 und eine Zugwalze 35 enthält. Der rohrförmige Körper wird

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zwischen die Walzen in senkrechter Richtung zur Zeichnungsebene der Fig.6 eingesetzt, die Walzen werden in dem durch die Pfeile f angezeigten Richtung in Drehung versetzt, und die Walze 35 wird in Richtung des Pfeiles F versetzt, bis die gewünschte Aufweitung erreicht ist, anschließend wird der rohrförmige Körper ausgeworfen.

Neben den dargestellten Ausführungsformen sind selbstverständlich zahlreiche Varianten möglich. Insbesondere kann die Aufweiteinrichtung in einer von der Verschweißeinrich tung getrennten Installation verwendet werden. Eine derartige Aufweiteinrichtung kann beispielsweise in der Nähe der Einrichtung zum Befestigen der Böden bei der Herstellung metallischer Verpackungen angeordnet sein. Sie erlaubt es, die Transportkosten zu senken, da die einzelnen Körper aus einem Blech hergestellt sind, das dicker ist als das bei der Verwendung entstehende Blech (beispielsweise etwa 0,5 mm), da die Körper in diesem Zustand transportiert werden und anschließend stückweise im Bereich der Verwendung der Verpackungen erst aufgeweitet werden.

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Claims

Ansprüche

.j Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Körper für Verpackungen, insbesondere Konservendosen, bei dem ein dünnes Metallblech gerollt wird und die gegenüberliegenden Seiten des Bleches Rand an Rand ohne Auftragsmetall mit Hilfe eines Laserstrahls zur Bildung eines Rohres verschweißt werden, nach Anspruch 1 des Patentes ...(Patentanmeldung P 27 01 427.3), dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (18) anschließend mechanisch radial aufgeweitet wird, um seinen Querschnitt zu vergrößern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr um etwa 50% radial aufgeweitet wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blech mit einer ursprünglichen Dicke von etwa 0,2 bis etwa 0,3 mm verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech in einer äußeren Führung(15) geführt wird, die es einrollt, bis sie seine beiden Seiten aneinander anstoßen und gegen einen inneren Kern(17) drücken läßt, wobei das Spiel zwischen dem Kern (17)

und der Führung (15) als Funktion der Dicke des Bleches

derart gewählt wird, daß eine Überlappung der Ränder

verhindert wird, und daß anschließend das Blech an einer

Stelle vorbeigeführt wird, an der der Laserstrahl konzentriert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Seiten des Bleches mit Hilfe von Backen (29,30) gehalten werden, gegen die die den Rändern benachbarten Abschnitte des Bleches durch Niederdrücken gepreßt werden, und daß die Backen (29,30) bewegt werden, um die Verbindung senkrecht zu dem Laserstrahl in Umlauf zu bringen.

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