DE3342434A1 - Verfahren und vorrichtung zum ziehen eines konischen behaelterunterteils aus blech - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum ziehen eines konischen behaelterunterteils aus blechInfo
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Description
Metal Box p.l.c.
Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen eines konischen Behälterunterteils aus Blech
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
°5 des Anspruchs 16 und dient zur Herstellung hermetisch verschließbarer
Metallbehälter, insbesondere von Behältern zur Aufnahme von Nahrungsmitteln und Getränken und vor
allem von sogenannten "zweiteiligen" Behältern aus
(a) einem Behälterunterteil mit einer Seitenwand, die an einem Ende durch einen damit einstückigen Boden
verschlossen und an dem anderen Ende offen ist, und
(b) einem gesonderten Verschluß, der hermetisch abgedichtet auf das offene Ende der Seitenwand aufgebracht
werden kann, nachdem das Behälterunterteil mit einem in dem Behälter aufzubewahrenden Füllgut gefüllt
worden ist.
-2-PK/Hu
BAD ORIGINiAL
Die Erfindung betrifft auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Behälterunterteile für zweiteilige
Behälter.
Behälter zur Aufbewahrung von Nahrungsmitteln und Getränken müssen nicht nur in der Lage sein, den Inhalt ohne Schaden
während der beabsichtigten Zeitdauer aufzubewahren, sondern
sie müssen auch mit geringen Kosten hergestellt und nach dem Füllen hermetisch verschlossen werden können.
Außerdem müssen sie fest genug sein, um rauhe Behandlung schadlos zu überstehen, der sie bis zum Öffnen durch den
Endverbraucher ausgesetzt sein können.
Ein weiteres Erfordernis, dem in jüngster Zeit besondere
Beachtung geschenkt wird, ist, daß die noch offenen Behälterunterteile für eine hohe Packdichte geeignet sein
sollen, so daß die Lagerung und der Transport solcher Behälterunterteile in für das Befüllen und anschließende
Verschließen bereiter Form wirtschaftlicher als in der Vergangenheit bewerkstelligt werden können. Um dies zu
erreichen, sind die Entwicklungsbemühungen dahingegangen, das bekannte zylindrische Behälterunterteil durch eines
mit einer leicht konischen Seitenwand zu ersetzen. Solche konischen Behälterunterteile können teilweise ineinandergestapelt
werden, wodurch sich eine erhebliche Steigerung in der Anzahl derjenigen Behälterunterteile ergibt, die
in einem gegebenen Volumen gestapelt und gelagert werden können.
Jedoch hat das teilweise Ineinanderstapeln konischer Behälterunterteile
besondere Maßnahmen erfordert, um zu verhindern, daß diese Behälterunterteile sich reibend
gegeneinander verklemmen oder verkeilen, und es zu ermöglichen, daß diese Behälterunterteile leicht und schnell
ineinandergestapelt und anschließend auch wieder voneinander
getrennt werden können. Daher sind schon Behälter-
unterteile mit einer sonst glatten konischen Seitenwand
vorgeschlagen worden, die innen mit einer Stapelstufe oder -sicke in einer Höhenebene der Seitenwand versehen
sind. Auf dieser Stapelsicke kann ein anderes, dort hinein zu stapelndes Behälterunterteil ruhen, ohne daß seine
äußere konische Seitenwand die gegenüberliegende innere konische Seitenwand des aufnehmenden Behalterunterteils
berührt. Dies verhindert ein Verkeilen der ineinandergestapelten Behälterunterteile gegeneinander.
-10 Es ist außerdem vorgeschlagen worden eine konische Seitenwand
des Behälterunterteils durch eine Reihe in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneter zylindrischer
Seitenwandteile zu formen, wobei die zylindrischen Seitenwandteile
von zunehmend kleinerem Durchmesser und miteinander durch Stufenteile verbunden sind. Diese Stufenteile
haben eine geringe radiale Erstreckung und einen Kegelwinkel, der groß genug ist, um ein Verkeilen eines
Behälterunterteils in einem anderen zu verhindern. Diese Form der gestuft konischen Seitenwand des Behälterunterteils
hat den Vorzug, daß jedes Behälterunterteil eine Anzahl solcher Stufenwandteile besitzt, um das darin
eingestapelte Behälterunterteil abzustützen. Außerdem wird das Gewicht der eingestapelten Behälterunterteile
durch das eingestapelte Behälterunterteil abgestützt.
Es ist beobachtet worden, daß die Karbonisierung von alkoholfreien Getränken einen Überdruck in jedem gefüllten
und verschlossenen Behälter hervorruft, der es zumindest in der Theorie ermöglicht, die Dicke der Seitenwand des
Behalterunterteils deutlich unter diejenige Dicke herabzusetzen, die bis dahin nötig war, um die erforderliche
Längsfestigkeit zur Abstützung des Gewichts einer Anzahl ähnlicher gefüllter und verschlossener Behälter aufzunehmen,
die auf den betreffenden Behälter während der Lagerung und des Transports zum Markt gestapelt waren.
BAD ORIGINAL
«ν
Eine solche Herabsetzung der Dicke der Seitenwand des Behälters kann, wenn sie sich ermöglichen läßt, erhebliche
Einsparungen der Blechkosten mit sich bringen. Jedoch haben Versuche, diese Dickenherabsetzung zu erreichen,
zu technischen Schwierigkeiten in der Herstellung des Behälterunterteils geführt, weil ein dünnwandiges Metallwerkstück,
wenn es durch einen Stempel in eine Matrizenausnehmung von in Richtung des Stempelvorschubs abnehmender
Querschnittfläche gepreßt wird, dazu neigt, in der Seitenwand Nasen oder Falten in Form sich längs erstreckender
Wellen oder Knicke zu bilden.
Einen älteren Vorschlag bildet die GB-Patentschrift 1 349 059. Dort wird in Verbindung mit einer eine konische
Arbeitsfläche aufweisenden Matrize ein Stempel verwendet, der eine durch ein Fluid unter Druck setzbare, elastische,
unter Druck nachgebende Vorrichtung aufweist, die dazu geeignet sein 'soll, faltenfreie konische Behälterunterteile
mit glatter Seitenwand aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung herzustellen.
In dieser Druckschrift weist die durch ein Fluid unter Druck setzbare elastische Vorrichtung einen elastischen
Mantel, z.B. aus Gummi, auf, der gegenüber einem zentralen metallischen Träger abgedichtet ist, durch den eine Druckflüssigkeit
zum Inneren des Mantels geführt werden kann.
Der Mantel wird hydraulisch oder hydropneumatisch unter einem geeigneten Druck gehalten und wird dazu benutzt,
das Metall des Werkstücks zu zwingen, in Berührung mit der konvergierenden inneren Arbeitsfläche der Matrize zu
bleiben, während der Stempel in die Matrizenausnehmung vorgeschoben wird, und zwar unabhängig von der hohen
Umfangsdruckspannung, die durch das Ziehen des Werkstücks in die konvergierende Matrizenausnehmung hinein erzeugt
wird. Die elastische Natur des Materials des Mantels und
-Sf-
die Füllung des Mantels und seines zugehörigen Druckbeaufschlagungssystems
mit dem unter Druck gesetzten Fluid gestatten es, die Oberflächenkontur des Mantels und sein
Volumen unter Druck zu verringern, während der Stempel das Werkstück zunehmend in die Matrizenausnehmung hinein
zieht.
Es kann angenommen werden, daß die Verwendung eines solchen hydroelastischen oder hydropneumatisehen elastischen
Mantels zufriedenstellend ist für das Ziehen von Werkstücken von verhältnismäßig geringem Durchmesser und
geringer Ziehlänge und von verhältnismäßig weichem Werkstoff. Außerdem ist die Verwendung einer solchen elastischen
Vorrichtung auf die Herstellung von Behälterunterteilen mit verhältnismäßig geringer Herstellungsgeschwindigkeit
beschränkt. Hohe Herstellungsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 100 bis 150 Behälterunterteile
je Minute würden mit einer solchen elastischen Vorrichtung unwirtschaftlich sein, weil man den elastischen
Mantel ziemlich oft ersetzen müßte, um Betriebsstörungen wegen des dann hohen Verschleisses und Ermüdungserscheinungen
zu vermeiden, die bei solch hohen Produktionsgeschwindigkeiten auftreten würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung dünnwandiger konischer Behälterunterteile ohne Fehler,
wie Nasen oder Längsfalten, in der Seitenwand einfach und sicher zu ermöglichen.
Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 oder 16 gelöst. Damit ist es möglich, die
Bildung, von Nasen oder sich in Längsrichtung erstreckenden Falten in dünnwandigen konischen Behälterunterteilen
einfach dadurch zu verhindern, daß innerhalb des Werkstücks ein unter einem genügend hohen Druck stehendes
Fluid zur Wirkung gebracht wird, während das Werkstück
von einem Stempel getragen oder geformt v/ird, wobei das
Werkstück in die konische Matrizenausnehmung gezogen wird. Der Fluiddruck wird unmittelbar auf die innere Oberfläche
des metallischen Werkstücks ausgeübt. Dadurch wird das Blech des Werkstücks gezwungen, sich an die innere Arbeitsfläche
der Matrizenausnehmung anzulegen und sich in Berührung mit dieser inneren Arbeitsfläche zu bewegen, so
daß das Blech in Umfangsrichtung in der belasteten Seitenwand keine Fehler, wie Falten, bilden kann. Mit solchen
Fehlern müßte gerechnet werden, wenn eine Radialbewegung von Bereichen der metallischen Seitenwand zu dem Stempel
hin nicht verhindert würde. Der Fluid-Innendruck dagegen
verleiht dem Blech des Werkstücks eine Stabilität in radialer Richtung, die anderenfalls nicht gegeben wäre,
wenn der Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Matrize und des Stempels größer als die
Blechdicke des Werkstücks ist.
Im Gegensatz zu dem Gegenstand der vorerwähnten GB-Patentschrift
1 3^9 059 wird also erfindungsgemäß ein Fluid
unter einem ausreichend hohen Druck unmittelbar auf die Innenfläche des entstehenden Behälterunterteils zur
Wirkung gebracht, so daß keine hohen Reibungskräfte an der Innenfläche des Werkstücks erzeugt werden, kein
Problem der Materialermüdung entsteht und hohe Produktionsgeschwindigkeiten
eingehalten werden können, ohne daß periodische Unterbrechungen erforderlich wären, um ein
Verschleißteil des Stempels auszutauschen.
Hohe Produktionsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 100 bis 150 Behälterunterteile je Minute sind mit
dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung möglich.
Die vorteilhaften Ergebnisse bei der Ausübung der Erfindung werden also ohne ein inneres Stützelement in dem
entstehenden Behälterunterteil erzielt und außerdem ohne
* t>
daß ein inneres festes und/oder flexibles Stützelement in Berührung mit der inneren Oberfläche des Behälterunterteils
tritt. Es wird also erfindungsgßmäß mit einer berührungslosen inneren Abstützung des entstehenden Behälterunterteils
gearbeitet.
Behälterunterteile gemäß der Erfindung sind sowohl ästhetisch ansehnlich, als auch in ihren physischen Merkmalen
wohl definiert und bestimmt.
Die erhöhte radiale Stabilität ermöglicht die einwandfreie Herstellung faltenfreier Behälterunterteile bis
hinunter zu sehr geringen Wanddicken, z.B. 0,102mm (0,004 Zoll) Dicke bei Weißblech und 0,127mm (0,005 Zoll) Dicke
bei Aluminium.
Der erforderliche Fluiddruck kann dadurch zur Verfügung gestellt werden, daß eine Quelle von Fluid unter Druck
über geeignete, in dem Stempel ausgebildete Kanäle, die mit dem Ringraum zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen
des Werkstücks und des Stempels in Verbindung stehen, verbunden wird. Bei dieser Quelle von Fluid unter
Druck handelt es sich insbesondere um eine Quelle eines geeigneten komprimierten Gases oder einer Flüssigkeit
unter Druck.
Alternativ kann der Fluiddruck dadurch erzeugt werden, daß eine kalibrierte Füllmenge einer im Inneren des Werkstücks
angeordneten Flüssigkeitsfüllmenge durch den vorrückenden Stempel unter Druck gesetzt wird, wobei der
Flüssigkeitsdruck durch ein Druckbegrenzungsventil auf einen geeigneten Wert begrenzt wird, das in Verbindung
mit dem Ringraum zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen des Stempels und des Werkstücks über in dem
Stempel ausgebildete Kanäle in Verbindung steht.
BAD ORIGINAL
A/ *
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Längsfestigkeit
und Querstabilität des konischen Behälterunterteils weiter gesteigert werden durch die Benutzung eines
Stempels mit einer äußeren gestuften Arbeitsfläche, die grundsätzlich komplementär zu der inneren gestuften Arbeitsfläche
der Matrizenausnehmung ist. Die Stufen des Stempels werden in diesem Fall dazu benutzt, in der am
tiefsten eingedrungenen Endstellung des Stempels die Neigung und Formgestaltung, jedoch nicht notwendigerweise
die Dicke, der Stufenwandteile festzulegen, also diese
Stufenwandteile mit einem gewünschten Neigungswinkel zur Längsachse des Behälterunterteils auszuformen.
Konische Behälterunterteile, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, zeichnen sich durch ihre faltenfreie
konische Seitenwand aus und in dem Fall, daß solche Behälterunterteile eine oder mehrere, die gegenseitige Verkeilung
verhindernde Stufenwandteile besitzen, durch ihre gute Formstabilität trotz der sehr geringen Dicke
der konischen Seitenwand. Solche Behälterunterteile lassen sich auch leicht ineinanderstapeln und wieder voneinander
trennen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 bis 18 jeweils eine Matrize und einen zugehörigen Stempel, wobei die Matrize im Längsschnitt und der Stempel
grundsätzlich in Seitenansicht, jedoch gelegentlich auch mit zur Verdeutlichung weggebrochenen Teilen gezeigt sind,
und wobei die Relativstellungen von Matrize und Stempel jeweils eine besondere Stufe des Formungsprozesses darstellen,
und
Fig. 19 eine ähnliche Ansicht einer Matrize und des zugeordneten Stempels, wobei die Matrize und der Stempel an
dem bewegbaren und stationären Teil einer stehenden Presse
Il
angeordnet sind.
In Fig. 1 hat eine metallische Matrize 10 eine mittige Matrizenausnehmung 11, die durch eine im wesentlichen
konische innere Arbeitsfläche 12 definiert ist, die eine Reihe von in senkrechter Richtung im Abstand voneinander
befindlichen zylindrischen Flächen 14 aufweist, die aufeinanderfolgende zylindrische Bereiche der Matrizenausnehmung
11 definieren. Der Durchmesser jeder zylindrischen Fläche 14 ist größer als der Durchmesser der benachbarten
zylindrischen Fläche 14 darunter, und kleiner als der Durchmesser der benachbarten zylindrischen Fläche 14
darüber, so daß der Durchmesser der inneren Arbeitsfläche 12 gestuft an voneinander gleichen Abstand aufweisenden
Stellen entlang der Längsachse um vorherbestimmte gleiche Beträge sich ändert. Eine Kante 16 am oberen Ende jeder
zylindrischen Fläche 14 ist abgerundet mit einem vorherbestimmten Radius, der für das Ziehen oder Nachformen
geeignet ist, die später im einzelnen beschrieben werden. Die abgerundete Kante 16 ist besonders deutlich aus dem
vergrößerten Detail 18 aus Fig. 1 erkennbar.
Die Matrize 10 ist mit einem Bodenwerkzeug 20 versehen,-daß eine obere Fläche 22 besitzt, die in einer gewünschten
Weise eine Bodenformung vornehmen kann, wie später im einzelnen beschrieben wird. ι
Die Matrize 10 ist an einem stationären Maschinentisch
24 einer handelsüblichen mechanisch oder hydraulisch angetriebenen stehenden Presse (die im einzelnen nicht
dargestellt ist) befestigt. Ein bewegbares Maschinenteil
25 dieser Presse ist nur zum Teil gezeigt und kann durch eine handelsübliche mechanische oder hydraulische Betätigungsvorrichtung
26 in gesteuerter Weise in senkrechter Richtung auf den Maschinentisch 24 und die Matrize
10 zu und wieder zurück bewegt werden. Die Presse ist von bekannter Bauart und mit einer Steuereinrichtung
BAD ORIGINAL
27 versehen, um die Betätigungsvorrichtung 26 in gewünschter Weise nach Betätigung der Steuereinrichtung 27
einen Stempel 28 auf die Matrizenausnehmung 11 zu und wieder zurück zu bewegen. Der Stempel 2Ö ist in der Mitte
des bewegbaren Maschinenteils 25 montiert. Die Längsachse des Stempels 28 fluchtet in senkrechter Richtung mit der
Längsachse der Matrizenausnehmung 11.
Der Stempel 28 besitzt eine im wesentlichen konische äußere Arbeitsfläche 30 mit einer Reihe von in senkrechtem
Abstand voneinander befindlichen zylindrischen Flächen 32. Vie bei der Matrize 10 ist der Durchmesser jeder dieser
zylindrischen Flächen 32 größer als der Durchmesser der benachbarten zylindrischen Fläche 32 darunter, und kleiner
als der Durchmesser der benachbarten zylindrischen Fläche 32 darüber, so daß der Durchmesser der äußeren Arbeitsfläche
30 des Stempels 28 sich gestuft an in gleichem Abstand voneinander befindlichen Stellen entlang der Längsachse
um vorherbestimmte gleiche Beträge ändert. Eine Kante 34 am unteren Ende jeder zylindrischen Fläche 32
ist abgerundet mit einem vorherbestimmten Radius, der für das Ausformen oder Umformen geeignet ist, das später
beschrieben wird. Die abgerundete Kante 34 ist besonders
deutlich aus dem vergrößerten Detail 36 aus Fig. 1 erkennbar .
Der Stempel 28 ist an seinem untersten Ende mit einer
kleinen Umfangsfase versehen, wobei die sich ergebenden scharfen Kanten an den Übergängen dieser Fase zu den
angrenzenden zylindrischen und ebenen Flächen des Stempels gebrochen sind. Der Stempel 2b besitzt eine mittige
Bohrung 38, von der mehrere waagerechte Verbindungskanäle 40 ausgehen, die jeweils in einer der zylindrischen
Flächen 32 münden. Das obere Ende der Bohrung 38 ist über
eine quer verlaufende Versorgungsbohrung 41 und eine Gas-
OI steuereinrichtung 42 mit einer äußeren Quelle 43 eines trockenen Druckgases (z.B. Stickstoff oder -einfachertrockener
Luft) verbunden.
Ein oberer zylindrischer Teil 44 des Stempels 28 weist einen einfachen zylindrischen Abschnitt auf, um den herum
ein in senkrechter Richtung verschiebbarer Druckring 46 mit einer darüber angeordneten schraubenförmigen Druckfeder
48 vorgesehen ist. Der Druckring 46 ist an seiner unteren Fläche mit einer Ringnut 50 angrenzend an die
zylindrische Oberfläche des Stempels 28 versehen.
Im Betrieb wird zunächst die Steuereinrichtung 27 so betätigt, daß der Stempel 28 in eine obere, im Abstand von
der Matrize 10 befindliche Stellung gefahren wird.
Dam wird ein dünnwandiges, tiefgezogenes, napfförmiges,
metallisches Werkstück 52 mit einer einfachen zylindrischen Seitenwand 54 und einem damit einstückigen, sich quer
erstreckenden Boden 56 axial über die konische äußere Arbeitsfläche 30 des Stempels 28 bis in die in Fig. 1
gezeigte Stellung geschoben. In dieser Stellung berührt einerseits ein ebener Teil 58 des Bodens 56 eine unterste
Stirnfläche 60 des Stempels 28, und andererseits liegt ein oberes Ende der Seitenwand 54 des Werkstücks eng
an dem unteren Bereich des zylindrischen Teils 44 des Stempels an und ruht in einem ringförmigen Sitz, der durch
die Ringnut 50 in dem Druckring 46 gebildet ist.
Die Steuereinrichtung 27 wird dann betätigt, um den Stempel 28 nach unten in Richtung auf die Matrizenausnehmung
11 zu bewegen und den Stempel 28 und das Werkstück 52 in die in Fig. 1 gezeigte Relativstellung zu
bringen, in der das untere Ende der zylindrischen Seitenwand 54 des Werkstücks 52 mit ihrem Übergang zu einem gekrümmten
Übergangsring 62 des Bodens 56 fest in der
BAD ORIGINAL
IS
-vt-
Matrizenausnehmung 11 ruht. Dabei ruht dieser unterste
Teil der zylindrischen Seitenwand 54 in der obersten oder ersten zylindrischen Fläche 14 der Matrizenausnehmung 11
mit dem größten Durchmesser und gegenüber derjenigen ersten Matrizenstufe, die jene erste zylindrische Fläche
14 von der nächst niedrigeren zweiten zylindrischen Fläche 14 trennt.
Zu dieser Zeit wird die Gassteuereinrichtung 42 betätigt, um die Versorgungsbohrungen 41 mit der Druckgasquelle 43
0 zu verbinden und so Druckgas in die mittige Bohrung 38
des Stempels einzuleiten und von dort über die waagerechten Verbindungskanäle 40 in einen Ringraum 64, der
durch gegenüberliegende Oberflächen des Stempels 28 und des Werkstücks 52 definiert ist.
Während das Werkstück 52 weiterhin dem inneren Gasdruck ausgesetzt ist, wird die Steuereinrichtung 27 der Presse
betätigt, um den Stempel 28 zunehmend und stetig in die Matrizenausnehmung 11 hinein zu bewegen.
Wenn der Stempel 28 dann weiter in die Matrizenausnehmung 11 eindringt, wird zunächst der gekrümmte Übergangsring
62 des Bodens 56 (der nach Art eines Tragträgers wirkt) und gleich anschließend der unterste Teil der zylindrische!
Seitenwand 54 über die abgerundete Kante 16 der ersten Stufe in der inneren Arbeitsfläche 12 der Matrizenausnehmung
11 gezogen und dadurch gezwungen, den kleineren Durchmesser anzunehmen, der durch die zweite zylindrische
Fläche 14 der inneren Arbeitsfläche 12 definiert ist.
Da das untere Ende der zylindrischen Seitenwand 54 des Werkstücks 52 daaagebracht wird, seinen Außendurchmesser
zu verringern, nimmt die Neigung des kettenlinienartig geformten Übergangsrings 62 des Bodens 56 relativ zu der
Längsachse des Stempels 28 nach und nach ab, jedoch hält der diesem gekrümmten Ubergangsring 62 innewohnende Wider-
stand gegen diese tragträgerartige Biegung den untersten
Teil der zylindrischen Seitenwand 54 in Berührung mit der inneren Arbeitsfläche 12 der Matrizenausnehmung
Diese Wirkung wird erheblich gesteigert durch den Innendruck des in dem Werkstück 52 befindlichen Druckgases.
Dieser Gasdruck wirkt jeder Neigung der zylindrischen Seitenwand 44, radial nach innen unter den durch den
Ziehvorgang verursachten Umfangsdruckspannungen unter Faltenbildung nachzugeben, entgegen.
Nach einer weiteren Absatzbewegung des Stempels 28 wird zunächst die Außenpartie des Übergangsrings 62 und gleich
danach der unterste Teil der zylindrischen Seitenwand über die abgerundete Kante 16 der zweiten Stufe in der
inneren Arbeitsfläche 12 gezogen, wodurch erneut der Übergangsring 62 um einen weiteren Teilbetrag nach innen
umgebogen wird und der unterste Teil der Seitenwand 54 erneut gezwungen wird, einen wiederum kleineren Durchmesser
anzunehmen, wie er durch die dritte zylindrische Fläche 14 der inneren Arbeitsfläche 12 definiert ist.
Weiterhin wirkt der in dem Werkstück 52 enthaltene Gasdruck jeder Neigung des dem Ziehvorgang unterworfenen
Bleches entgegen, nach innen Falten zu werfen, während es unter den hohen Umfangsdruckspannungen aufgrund des
Ziehvorgangs fließt.
Bei fortgesetzter Abwärtsbewegung des Stempels 28 wird zunächst der äußere Bereich des Übergangsrings 62 und
gleich anschließend der unterste Teil der zylindrischen Seitenwand 54 über die abgerundete Kante 16 jeder nachfolgenden
Stufe gezogen. Dabei verringert sich an jeder Stufe der Außendurchmesser des untersten Teils der
zylindrischen Seitenwand 54. Gleichzeitig wirkt der Gasdruck in dem Werkstück jeder Neigung des Bleches entgegen,
sich unter der Wirkung der hohen Umfangsdruckspannungen aufgrund des Ziehvorgangs radial nach innen
■14-
zu falten.
Durch Versuche und Experimente hat sich erwiesen, daß bei Auswahl eines Gasdruckes in dem Werkstück 52 entsprechend
dem Elastizitätsmodul und der Dicke des Bleches des Werkstücks und der Formgestaltung der herzustellenden
gestuft konischen Seitenwand 66, Behälterunterteile mit gestuft konischer Seitenwand ohne Falten einwandfrei hergestellt
werden können.
Die Nachformung der zylindrischen Seitenwand 54 des Werkstücks
52 in die gestuft konische Seitenwand 66 gemäß Fig. 2 durch Ziehen ist beendet, wenn die gestuft konische
Seitenwand des nachgeformten Werkstücks 52 sowohl außen durch die innere Arbeitsfläche 12 der Matrize 10 als auch
innen durch die äußere Arbeitsfläche 30 des Stempels 28
(jeweils entlang eines wesentlichen Teil der zylindrischen Bereiche der nachgeformten Seitenwand berührt wird.
Die Bewegung des Stempels 28 und des Werkstücks 52 in die Matrizenausnehmung 11 hinein wird beendet, -wenn die
abgerundeten Kanten 34 der Stufen des Stempels 28 in eine
Stellung vorgerückt sind, in der sie in Verbindung mit den abgerundeten Kanten 16 der entsprechenden Stufen in
der Matrizenausnehmung 11 jeweils einen Stufenwandteil 68 (siehe das vergrößerte Detail 70 in Fig. 2) der nachgeformten
Seitenwand 66 in eine gewünschte Neigung relativ zu der Längsachse des Stempels 28 ausgeformt haben, ohne
gleichzeitig diese Stufenwandteile 68 einer direkten Spannung in Richtung der Bewegung des Stempels auszusetzen
(d.h., ohne diese Stufenwandteile 68 der nachgeformten
Seitenwand 66 dünner zu machen).
Dieser Zustand eines der Stufenwandteile 68 der nachgeformten Seitenwand 66 ist bei Tiefststellung des Stempels
28 in dem vergrößerten Detail 70 in Fig. 2 gezeigt.
■τ t» te -» - *
Während der letzten Stufe der Stempelbewegung, wenn also ein den kleinsten Durchmesser aufweisender Bereich 72
der nachgeformten Seitenwand 66 gezogen wird, teilt das Bodenwerkzeug 20, das den Boden der Matrizenausnehmung
schließt, dem ebenen Teil 58 des Bodens 56 des Werkstücks 52 die gewünschte endgültige Form mit, wobei das
zwischen dem Boden 56 und dem Stempel eingeschlossene Gas durch einen Kanal 74 in die mittige Bohrung 38 des
Stempels 28 entweicht.
Die endgültige Ausformung der Stufenwandteile 68 der
nachgeformten Seitenwand des Werkstücks in eine gewünschte Gestalt, wie es zuvor beschrieben wurde, erhöht
wesentlich die Festigkeit und Querstabilität der gestuft konischen Seitenwand 66 gegenüber dem Zustand vor
-]tj dieser Ausformung. Die Ausformung der Stufenwandteile
scheint die Auswirkungen (z.B. Formänderung) von Restspannungen zu überwinden, die in der nachgeformten Seitenwand
des Werkstücks 52 während des Ziehens der zylindrischen Seitenwand 54 über die Stufen der Matrizenausnehmung
11 entstanden sind. Außerdem kalibriert dieses Ausformen der Stufenwandteile 68 die gestuft konische
Seitenwand 66, wodurch das Ineinanderstapeln und spätere Auseinandernehmen solcher Behälterunterteile bei hoher
Produktionsgeschwindigkeit ermöglicht bzw. erleichtert werden.
Während des Vorschubs des Stempels 28 in die Matrizenausnehmung 11 übt der durch den Stempel 28 getragene
Druckring 46 einen Druck auf das freie obere Ende des Werkstücks 52 aus. Dieser Druck wird durch die Zusammendrückung
der Druckfeder 4b bestimmt, während der Stempel vorgeschoben wird. Diese Zusammendrückung nimmt während
des Vorschubs des Stempels zu, weil der Stempel schneller vorgeschoben wird als sich das obere Ende des Werkstücks
-16-
52 in der Vorschubrichtung des Stempels bewegt. Die Verwendung eines solchen Druckrings ist schon in der GB-Patentanmeldung
8112489 vorgeschlagen worden.
Experimente haben gezeigt, daß man auf die Verwendung des Druckrings 46 auch verzichten kann, wenn das Innere
des Werkstücks 52, wie vorstehend beschrieben, während des Ziehens einem geeigneten Fluidruck ausgesetzt wird.
Der Druckring 46 kann, wenn er benutzt wird, auch als Auswerfer für das Abstreifen des fertigen Behälterunterteils
von dem Stempel dienen. Während in der vorstehenden Beschreibung das metallische Werkstück 52 ein oberes
zylindrisches freies Ende aufweist, das keinen sich quer erstreckenden Flansch besitzt, kann das vorstehend beschriebene
Verfahren auch bei metallischen Werkstücken angewendet werden, die im wesentlichen ähnlich dem im
Zusammenhang mit Fig. 1 dargestellten und beschriebenen Werkstück sind, jedoch einen oberen, sich quer erstreckenden
Außenflansch 76 besitzen, wie dies in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist. In diesem letzteren
Fall kann der Außenflansch 76 einen ausreichenden Widerstand gegen radiale Formänderung des oberen Endes
des Werkstücks bieten, wenn sich dieses unter dem Druck des in dem Werkstück befindlichen Fluids befindet. Der
Druckring 46 übt dann, wenn er eingesetzt wird, in der oben beschriebenen Weise eine Druckkraft auf den Außenflansch
76 aus.
Es ist nicht erforderlich, einen gestuft konischen Stempel gemäß der vorstehenden Beschreibung zu benutzen, es sei
denn, daß man die letzte Stufe der exakten Ausformung der Neigung und Formgestaltung der Stufenwandteile 68 der
nachgeformten Seitenwand einsetzen will. Es wird daran erinnert, daß der Vorgang des Ziehens des metallischen
Werkstücks 52 in die Matrizenausnehmung 11 hinein allein
-Vf-
durch das freie untere Ende des Stempels 28 geschieht, und daß das dabei erfolgende Nachformen der zylindrischen
Seitenwand 54 des Werkstücks 52 allein durch die gestuft konische Ausbildung der inneren Arbeitsfläche 12
der Matrizenausnehmung 11 geschieht.
Während in der vorstehenden Beschreibung ein Druckgas in das Innere des Werkstücks 52 eingeleitet wird, um
mit einer inneren Abstützung die Seitenwand 54 des Werkstücks
in enger Berührung mit der inneren Arbeitsfläche 12 der Matrizenausnehmung 11 zu halten, kann alternativ
die quer verlaufende Versorgungsbohrung 41 in dem Stempel 28 mit einem Druckbegrenzungsventil 42A anstelle
der Gassteuereinrichtung 42 und der Druckgasquelle 43 verbunden werden. Um auch dann die innere Abstützung der
zylindrischen Seitenwand 54 während des Nachformens beim Stempelvorschub zu gewährleisten, wird eine vorherbestimmte
Füllmenge einer geeigneten Flüssigkeit in das Werkstück 52 eingefüllt, bevor es über das freie untere
Ende des Stempels gestülpt wird. Als Flüssigkeit kommt z.B. Schmieröl in Betracht, wie es in der vorangehenden
Formungsstufe (z.B. durch Abstreckziehen) zur Herstellung
des tiefgezogenen, napfartigen Werkstücks verwendet wird.
Diese Füllmenge Flüssigkeit wird durch die Seitenwand des Werkstücks zunehmend unter Druck gesetzt, während diese
zunehmend im Durchmesser verringert wird. Das Druckbegrenzungsventil 42A ist handelsüblich und verhindert,
daß der Flüssigkeitsdruck über einen sicheren Wert ansteigt. Dies geschieht dadurch, daß Flüssigkeit in dem
gleichen Maß durch das Durckbegrenzungsventil 42A abgelassen wird, wie das innere Volumen des Werkstücks 52
während des Nachformens abnimmt.
Die Anzahl und räumliche Lage der waagerechten Verbindungskanäle 40 in dem Stempel 26 kann in jeder gewünschten
Weise variiert werden, um sich an das jeweilige herzustellende Produkt anzupassen, notfalls durch Versuche.
Es sind sogar zufriedenstellende Ergebnisse mit einem Stempel erzielt worden, in dem nur ein solcher Verbindungskanal
40 in eine obere der zylindrischen Flächen des Stempels 28 mündete.
Wichtig ist, daß der Boden 56 des napfartigen Werkstücks
52 mit einem gekrümmten Übergangsring 62 versehen ist, der eine Neigung gegenüber der zylindrischen Seitenwand
54 unter einem geeigneten Winkel aufweist, z.B. unter 45°.
Während in der vorstehenden Beschreibung das gestuft konische Behälterunterteil aus einem tiefgezogenen, napfartigen,
metallischen Werkstück 52 nachgeformt wurde, wobei das Werkstück 52 beispielsweise im Abstreckverfahren
hergestellt wurde, um die zylindrische Seitenwand 54 von genügend geringer Dicke herzustellen, kann gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung das Werkstück auch
ein flachgezogener metallischer Napf sein. In dem letzteren Fall kann das Werkstück in nur einem einzigen Hub des
Stempels in die Matrizenausnehmung hinein aufeinanderfolgend nachgezogen und über die abgerundeten Kanten
der aufeinanderfolgenden Stufen in der gestuft konischen Matrizenausnehmung 11 gezogen werden, wobei Mittel vorgesehen
sind, um das Innere des entstehenden Behälterunterteils unter einem geeigneten Fluiddruck zu halten.
Ein solches Verfahren wird jetzt unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben, deren Vorrichtung ähnlich der
in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung ist.
Fig. 3 ist eine stationäre Matrize 300 im wesentlich
ähnlich in ihrer Konstruktion und Befestigung derjenigen
der Matrize 10 in den Fig. 1 und 2. Auch ein in senk-
Sl
rechter Richtung bewegbarer Stempel 302 mit einer äußeren Arbeitsfläche 303 ist im wesentlichen in seiner
Konstruktion und Befestigung gleich denen des Stempels 28 in dem zuvor behandelten Ausführungsbeispiel. Der Stempel
302 kann in senkrechter Richtung in und aus einer Matrizenausnehmung 304 durch eine mit einer Steuereinrichtung 301
steuerbare, an sich bekannte mechanische oder hydraulische Betätigungsvorrichtung 305 bewegt werden. Die Matrize 300
nimmt in einer oberen Aufnähmevertiefung 306 ein flachgezogenes,
napfartiges Werkstück 308 auf und ist am Einlaßende der Matrizenausnehmung 304 mit einer Nachziehkante
310 von geeignetem Radius versehen.
Das metallische Werkstück 308 wird im Inneren durch einen Ziehring 312 belastet und in Stellung gehalten. Der Ziehring
312 besteht aus einem rohrförmigen Teil, das koaxial um den Stempel 302 herum angeordnet und mit einer gegen
Gasdruck abdichtenden Ringdichtung 314 versehen. Eine an sich bekannte, z.B. hydraulische, Belastungsvorrichtung
315 treibt den Ziehring 312 nach unten in Richtung auf die Matrize 300 hin, um das Werkstück 308 in die Aufnahmevertiefung
306 zu drücken und einzuspannen und eine geeignete, maßvolle Einspannkraft zur Verfügung zu stellen,
gegen die der Stempel beim Nachziehen des Werkstücks 308 in die gewünschte Form arbeiten muß.
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22 ► « *
Eine mittige Bohrung 316 des Stempels 302 ist über eine
Leitung 318 und eine Gassteuereinrichtung 320 mit einer Quelle 322 eines geeigneten trockenen Druckgases verbunden.
Im Betrieb wird zunächst die Druckgasquelle 322 über die
Gassteuereinrichtung 320, die Leitung 318 und die mittige Bohrung 316 des Stempels 302 mit waagerechten radialen
Verbindungskanälen 317 verbunden, die in der äußeren Arbeitsfläche 303 des Stempels 302 münden. Die Betätigungs
vor richtung 305 wird durch die Steuereinrichtung 301 so gesteuert, daß sich der Stempel 302 nach unten
in Richtung der Matrizenausnehmung 304 bewegt. In Fig. 3
ist der Stempel 302 in einer Stellung gezeigt, in der er mit einer untersten Stirnfläche 324 fast die obere Fläche
des Werkstücks 308 berührt. Setzt nun der Stempel 302 seine Abwärtsbewegung fort, berührt das untere freie Ende
<des Stempels den mittigen Teil des Werkstücks und drückt
dieses nach unten, wobei das Blech des Werkstücks Über die gerundete Nachziehkante 310 am Eingang der Matrizenausnehmung
304 und in diese Matrizenausnehmung hinein gezogen wird.
Wegen des dem Metall des Werkstücks innewohnenden Widerstands gegen plastische Verformung (nach Art eines Tragarms)
durch den vorrückenden Stempel wird das Metall des Werkstücks, während es über die Nachziehkante 310 gezogen
wird, gezwungen, sich zunehmend dichter an die zylindrische Form und Größe eines ersten zylindrischen
Bereichs 326 am oberen Ende der Matrizenausnehmung 304 anzupassen. Das dort gegen die maßvolle, durch den Ziehring
312 ausgeübte Spannkraft gezogene Metall stammt von demjenigen Metall, das sich unter und außerhalb des
Ziehrings 312 befindet.
Eine Fortsetzung der abwärts gerichteten Bewegung des Stempels 302 führt dazu, daß die neu gezogene, von dem
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Jn
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ersten Bereich 326 einer inneren Arbeitsfläche 327 der Matrizenausnehmiing 304 umgebene Wand des Werkstücks in
Berührung tritt und dann gezogen wird über die abgerundete Kante einer ersten Stufe 328 der inneren Arbeitsfläche
327.
Fig. 4 zeigt den Zustand, der besteht, wenn das freie untere Ende 324 des Stempels sich unter -die Höhenebene
der ersten Stufe 328 soweit bewegt hat, daß die nachgezogene Seitenwand 330 gerade in Berührung mit der ersten
Stufe 328 steht und über die abgerundete Kante dieser Stufe 328 gezogen wird.
Eine fortgesetzte Abwärtsbewegung des freien unteren Endes 324 des Stempels 302 setzt das Ziehen der zuvor
neu gezogenen Seitenwand 330 über die erste Stufe 328
hinweg fort und führt dazu, daß das untere Teil der neu gezogenen Seitenwand reduziert wird und Durchmesser und
Form eines zweiten zylindrischen Bereichs 332 der inneren Arbeitsfläche 327 der Matrizenausnehmung 304 entspricht,
bis er auftrifft und nachfolgend gezogen wird über die abgerundete Kante einer zweiten Stufe 336, wonach der
untere Teil wiederum reduziert wird und Durchmesser und Form eines dritten zylindrischen Bereichs 338 der inneren
Arbeitsfläche 327 entspricht.
Wird die Abwärtsbewegung des freien unteren Endes 324 des Stempels 302 noch weiter fortgesetzt, wird der unterste
Teil der neu gezogenen Seitenwand, die bei 340 in Fig. strichpunktiert angedeutet ist, an jeder aufeinanderfolgenden
Stufe Über die abgerundete Kante der betreffenden Stufe gezogen, reduziert und bis zum Erreichen der nächsten
Stufe an Durchmesser und Form des nächsten zylindrischen Bereichs der Matrizenausnehmung 304 unterhalb Jener Stufe
angepaßt.
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So wird also des Ziehens die aus dem Werkstück neu nachgezogene Seitenwand 330 an jeder Stufe in der Matrizenausnehmung
304 weiterem Ziehen über einen engen senkrechten Ring unterworfen, wobei die Anzahl dieser Ringe mit dem
Eindringen des freien unteren Endes 324 des Stempels 302 zunimmt und das Ziehen gleichzeitig an allen von dem
Werkstück berührten Ringen stattfindet, während der Stempel 302 weiter eindringt und während das Nachziehen
von dem Werkstück an der Nachziehkante 310 weiterhin vonstatten geht.
Wenn der Stempel 302 in die in Fig. 5 gezeigte axiale Endstellung vordringt, führt dies zu dem vorstehend erwähnten
Ausformen des Neigungswinkels 342 und der Formgestaltung aller aufeinanderfolgenden Stufen in der so
hergestellten gestuft konischen Seitenwand 344. Wie vorstehend erklärt, beruht dies darauf, daß die einander
entsprechenden Stufen des Stempels 302 und der Matrize 300 in eine vorherbestimmte Relativstellung gebracht
werden.
¥ie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren stellt die Anwendung
von Druckgas auf die innere Oberfläche des gestuft konischen Behälterunterteils während seiner Entstehung
sicher, daß keine Nasen oder Falten sich in dem Blech des Werkstücks unter den hohen Umfangsdruckspanmangen
bilden können, die an jeder aufeinanderfolgenden Stufe der Matrizenausnehmung 304 in dem Werkstück erzeugt
werden. Auf diese Weise können faltenfreie gestuft konische Behälterunterteile einwandfrei hergestellt
werden.
Das zuletzt beschriebene Verfahren ist besonders geeignet für dickere Metallwerkstücke, z.B. oberhalb von 0,2mm
Dicke, deren Werkstoff, z.B. Aluminium, verhältnismäßig weich und gering vergütet ist.
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Es ist davon auszugehen, daß die Beschränkung des Ziehens der nachgezogenen Seitenwand auf den engen Ring an jeder
Stufe der Matrizenausnehmung 304 auch dazu beiträgt, die Nasenbildung oder Faltung des Bleches zu verhindern, da
das Metall unmittelbar vor und nach jedem derartigen engen fling eine stabile, zumindest annähernd zylindrische
Form besitzt, die dazu beiträgt, den in diesen engen Ring dem Ziehen unterworfenen Werkstoff abzustützen und
daher eine radial nach innen gerichtete Bewegung erschwert oder verhindert, die zu Faltenbildung führen
könnte, wenn bei der Verringerung des Durchmessers der zumindest annähernd zylindrischen nachgezogenen Seitenwand
in dem engen Ring hohe Umfangsdruckspannungen in dem Werkstück entstehen.
Falls gewünscht, kann das anhand der Fig. 3 bis 5 beschriebene Verfahren in zwei aufeinanderfolgenden Stufen
durchgeführt werden, um gestuft konische Behälterunterteile aus metallischen Werkstücken herzustellen, die
aus einem dünneren Werkstoff von höherer Vergütung bestehen, z.B. aus mehrstufig gezogenem zinnfreiem Stahlblech
von 0,18mm Dicke, das mit geeigneten Oberflächenschutzverbindungen überzogen ist.
Ein derartiges zweistufiges Verfahren ist in den Fig. 6 bis 9 anhand der zugehörigen Vorrichtung dargestellt, wobei
die Fig. 6 und 7 die Ausbildung der Matrize und des Stempels zeigen, wie sie in der ersten Stufe verwendet
werden, um ein teilweise geformtes Behälterunterteil herzustellen, und die Fig. 8 und 9 die Ausbildung der Matrize
und des Stempels zeigen, wie sie in der zweiten Stufe verwendet werden, um das Formen des gewünschten gestuft
konischen Behälterunterteils zu vollenden. Gleiche Teile wie in den Fig. 3 bis 5 tragen in den Fig. 6 bis 9
gleiche Bezugszahlen.
Die erste Stufe des Verfahrens ist ähnlich dem vorstehend schon im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 beschriebenen
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BAD ORIGINAL
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Verfahren und stellt aus einem flachgezogenen napfförmigen
metallischen Werkstück 600 (ähnlich dem Werkstück 308 in Fig. 3) ein zwischengeformtes gestuft konisches Behälterunterteil
602 (Fig. 7) her. Das zwischengeformte Behälterunterteil 602 besitzt an einem mit Außenflansch versehenen
offenen Ende drei fertiggestellte, in axialem Abstand voneinander befindliche zylindrische Bereiche
604, die jeweils durch ein Stufenwandteil von gewünschtem
Kegelwinkel und Ausbildung miteinander verbunden sind, wie in dem Fall der drei oberen zylindrischen Bereiche
346 gemäß Fig. 5. Unterhalb der zylindrischen Bereiche
604 befindet sich gemäß Fig. 7 ein weiterer unterster zylindrischer Bereich 606 von erheblich größerer Tiefe,
der an seinem unteren Ende den damit einstückigen Boden 608 trägt. Der Boden 608 besitzt einen mittigen ebenen
Teil 610, der mit einem gekrümmten Übergangsring 612 von zunehmender Steilheit in die zylindrische Seitenwand
des zwischengeformten Behälterunterteils 602 übergeht.
Zur Einflußnahme auf die Formgestaltung des einstückigen Bodens 608 weist eine untere Stirnfläche 614 des Stempels
622 eine Abfasung 616 auf, die besonders deutlich in dem vergrößerten Detail 618 aus Fig. 6 zu erkennen ist. Die
scharfen Kanten zu beiden Seiten der Abfasung 616 sind gebrochen.
Die zweite Stufe des Verfahrens des weitgehend ähnlich dem im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen
Verfahren. Hier wird in den Fig. 8 und 9 eine Matrize mit einem Stempel 622 verwendet, die ähnlich den entsprechenden
Elementen in den Fig. 1 und 2 sind, um das zwischengeformte Behälterunterteil 602 (Fig. 7), das in
der ersten Stufe des Verfahrens hergestellt wurde, in ein fertig geformtes gestuft konisches Behälterunterteil
gemäß Fig. 9 umzuformen.
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Venn in dieser zweiten Stufe der Stempel 622 mit dem durch ihn getragenen zwischengeformten Behälterunterteil
602 in die Matrizenausnehmung eindringt, wird der unterste Teil des untersten zylindrischen Bereichs 606 des zwischengeformten
Behälterunterteils 602 in den vierten zylindrischen Bereich der äußeren Arbeitsfläche der Matrizenausnehmung
eingeführt, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Bei weiter fortgesetzter Abwärtsbewegung des Stempels
622 wird dieses unterste Ende des Werkstücks über die abgerundete Kante der nächsten Stufe in der Matrizenausnehmung
gezogen, wodurch der unterste Teil der neu gezogenen, zumindest annähernd zylindrischen Seitenwand
reduziert wird und zeitweilig dem Durchmesser und der Form des zylindrischen Bereichs der inneren Arbeitsfläche der
Matrizenausnehmung entspricht, der sich von jener Stufe nach unten erstreckt.
Eine weitere Abwärtsbewegung des Stempels 622 in die Matrizenausnehmung hinein zieht den untersten zylindrischen
Teil der Seitenwand nach und nach über die jeweils nach unten hin folgenden Stufen der inneren Arbeitsfläche der
Matrizenausnehmung, bis der Stempel in seiner in Fig. gezeigten Endstellung die Neigung und Formgestaltung aller
Stufenwandteile ausformt, die die aufeinanderfolgenden zylindrischen Wandbereiche miteinander verbinden. Zu dieser
Zeit wird auch der Boden des Werkstücks in der endgültigen und gewünschten Weise ausgeformt, und zwar in sehr ähnlicher
Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
Wie in der ersten Verfahrensstufe stützt das über die
mittige Bohrung 316 und die in dem Stempel 622 ausgebildeten
waagerechten Verbindungskanäle 317 zu dem Ringraum zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen des Werkstücks 602 und
des Stempels 622 zugeführte Druckgas die Seitenwand des Werkstücks und preßt diese gegen die innere Arbeitsfläche
der Matrizenausnehmung. Dadurch wird eine radial nach innen gerichtete Bewegung des Bleches verhindert, die
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anderenfalls zur Ausbildung von Nasen oder Falten in der gestuft konischen Seitenwand des Werkstücks führen könnte.
Der in dem Inneren des enstehenden Behälterunterteils aufrechterhaltene Fluiddruck bringt den zusätzlichen und
wesentlichen Vorteil, daß der bei den Verfahren oder Teilen der Verfahren, wie sie hinsichtlich der Fig. 1 und
2 und der Fig. 8 und 9 beschrieben worden sind, das Auftreten von Nasenbildung oder Faltungen verhindert, die
anderenfalls aufgrund fehlender Homogenität in dem Werkstoff des napfartigen Werkstücks 600 oder von einer Diskontinuität
(also fehlender Gleichförmigkeit) in der Formgestaltung der Seitenwand dieses Werkstücks entstehen
könnten. Solche Diskontinuitäten können sich ergeben aus roher und nachlässiger Handhabung der Werkstücke oder
aus der Gegenwart kleiner Fremdkörper, die zufällig zwischen die innere Arbeitsfläche der Matrizenausneh-,mung
und die dagegen geformte metallische Seitenwand des Werkstücks geraten.
Der Einsatz eines zweistufigen Verfahrens wie des in Zusammenhang mit den Fig. 6 bis 9 beschriebenen, wird
vorteilhaft und wünschenswert, wenn der radiale Abstand zwischen dem Stempel an seinem freien unteren Ende und
der inneren Arbeitsfläche der Matrizenausnehmung an ihrem
Einlaßende anderenfalls ungünstig groß würde. Es hat sich herausgestellt, daß, je kleiner dieser Abstand, um so
kleiner die Neigung zur Faltenbildung bei Abwesenheit von innerem Fluiddruck zur Stützung der Seitenwand gegen
die innere Arbeitsfläche der Matriζenausnehmung ist.
Wenn man ein solches zweistufiges Verfahren wählt, kann dieser radiale Abstand in 3eder der beiden Stufen auf
einem erträglichen Wert gehalten werden.
Der bei den vorerwähnten Verfahren und Vorrichtungen zu verwendende innere Fluiddruck wird vorzugsweise auf den-
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jenigen Wert eingestellt, den der entstehende Behälter
aushalten soll, in den zuvor beschriebenen Fällen z.B. 620,53kPa (90p.s.i.). Der Fluiddruck kann dann einen Wert
in dem Bereich von 137,9 bis 1.379,OkPa (20 bis 200p.s.i.)
haben, in Abhängigkeit von der zu erreichenden Dicke der Seitenwand des Behälters und des Elastizitätsmoduls des
für das Werkstück verwendeten Metalls.
Die zuvor beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen sind besonders nützlich für die Herstellung von Behälterunterteilen
aus Aluminium, Weißblech, zinnfreiem Stahl oder anderen Stählen.
Die Verfahren nach der Erfindung können erfolgreich ausgeführt werden, wenn der Stempel- und Matrizensatz
entlang einer senkrechten Achse fluchtet, wie dies in den -j5 Zeichnungen dargestellt ist, oder alternativ, wenn der
Stempel- und Matrizensatz entlang irgendeiner anderen geeigneten Achse fluchtet, wie z.B. das Entnehmen und die
Handhabung der fertig geformten Behälterunterteile nach ihrem Auswerfen aus dem Werkzeug erleichtert.
Die im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebene Vorrichtung kann erfindungsgemäß auch zur Bearbeitung von
tiefgezogenen, abgestreckten, napfförmigen Werkstücken modifiziert werden, die einen domförmigen Boden aufweisen.
Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 10 dargestellt, wo gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2 mit gleichen Bezugszahlen, jedoch mit dem Zusatz HA" versehen sind.
In Fig. 10 ist die Matrize 1OA im wesentlichen ähnlich derjenigen in den Fig. 1 und 2, jedoch ist das untere
freie Ende 6OA des Stempels 28A komplementär zu einem domförmigen Boden 56A des Werkstücks 52A geformt. Diese
Form des freien Stempelendes ermöglicht eine gute Positionierung und Abstützung des Werkstücks an dem freien
Stempelende während des Stufenziehverfahrens.
Falls gewünscht, kann der mittige Teil des unteren freien
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BAD ORlGIfSJAL
Endes des Stempels 28A eine Ausnehmung aufweisen, wie
sie durch die gestrichelte Linie 78 angedeutet ist, so daß der Boden des Werkstücks dann in Berührung mit nur
einer ringförmigen, im wesentlichen kegelstumpfförmigen Oberfläche 6OA an dem freien Stempelende steht und abgestützt
wird.
Das Verfahren, das Werkstück 52A durch Vorschub des Stempels 28A in die Matrizenausnehmung 11A zu ziehen und
gleichzeitig unmittelbar auf die Innenfläche des Werk-Stücks einen Fluiddruck von geeigneter Größe einwirken
zu lassen, ist gleich dem schon im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen Verfahren. Das fertige Produkt
ist auch gemäß Fig. 10 eingestuft konisches Behälterunterteil mit einer faltenfreien Seitenwand, die
im wesentlichen nach Art der Fig. 2 gestuft ist, und einen Boden aufweist, dessen Form durch das Zusammenwirken der
komplementären Formen des freien Stempelendes 6OA und der Oberfläche 22A des Bodenwerkzeugs 2OA ausgeformt wurde.
Fig. 11 zeigt eine Abwandlung des Matrizen- und Stempel-Satzes
gemäß Fig. 10, wobei gleiche Bezugszahlen den Zusatz wBn tragen. In diesem modifizierten Matrizen-
und Stempelsatz sind die komplementär kegelstumpfförmig
geformten Arbeitsflächen 12B und 3OB der Matrize 1OB und des Stempels 28B so ausgelegt, daß sie die zylindrische
Seitenwand 54B eines tiefgezogenen, abgestreckten Werkstücks 52B zu einem Behälterunterteil mit einer glatten
konischen Seitenwand und einem domförmigen Boden ziehen bzw. umformen.
Falls gewünscht, kann der Stempel 28B in Abweichung von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 mit einer einfachen
zylindrischen Arbeitsfläche versehen sein, deren Durchmesser gleich denjenigen Durchmesser an dem freien Stempelende
in Fig. 11 ist. In diesem letzteren Fall wäre also die konische Arbeitsfläche 3OB nicht erforderlich
und durch eine zylindrische Arbeitsfläche ersetzt.
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Die im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 beschriebene Vorrichtung kann erfindungsgemäß auch in der in den Fig.
12 bis 14 gezeigten Weise modifiziert werden, um aus flachgezogenen, napfförmigen Werkstücken 308A nachgezogene
konische Behälterunterteile 344A (Fig. 14) herzustellen. Bei jedem derartigen Behälterunterteil 344A
weist die Seitenwand einen faltenfreien, glatten, konischen Bereich 348 auf, der an seinem engeren Ende in
einen Boden 350 des Behälterunterteils übergeht und an seinem weiteren Ende mit einem Stufenwandteil 352 in
einen faltenfreien, kurzen zylindrischen Bereich 354 übergeht, der seinerseits an seinem freien Ende in einen
ringförmigen Außenflansch 356 übergeht.
Das Verfahren des Ziehens des Werkstücks 308A durch Vorschub
des Stempels 302A in die Matrizenausnehmung 304A und der gleichzeitigen Beaufschlagung der inneren Oberfläche
des konischen, durch das Vorrücken des Stempels entstehenden Behälterunterteils mit einem genügend hohen
Fluiddruck ist im wesentlichen ähnlich dem im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 beschriebenen Verfahren. Die
Fig. 12 bis 14 stellen die zugehörige Vorrichtung in drei charakteristischen Augenblicken innerhalb des Verfahrensablaufs
dar.
Das Stufenwandteil 352 wird mit gewünschtem Neigungswinkel und Formgestaltung dadurch ausgeformt, daß der
Stempel und die Matrize axial in der entsprechenden, aus Fig. 14 ersichtlichen Weise zusammengebracht werden, so
daß die zusammenwirkenden Stufen in ihren Arbeitsflächen vorherbestimmte relative Stellungen einnehmen.
Der konische Teil der Arbeitsfläche des Stempels kann auch hier bei Bedarf durch einen einfachen zylindrischen
Teil ersetzt werden, dessen Durchmesser gleich dem am freien Ende des konischen Stempels ist.
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BAD ORIGINAL
Die gegen den Fluiddruck abdichtenden Dichtungsmittel sind in diesem Fall als in den Stempel, und nicht in den Ziehring
312A, eingelegte Ringdichtung 314A ausgebildet.
Die zuvor im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 beschriebene Vorrichtung kann erfindungsgemäß auch im Sinne der
Fig. 15 und 16 modifiziert werden, um gestuft konische Behälterunterteile 344C ähnlich den Behälterunterteilen
344 gemäß den Fig. 3 bis 5 herzustellen, jedoch in diesem Fall aus ebenen, scheibenförmigen Ausschnitten 3O8C
Ί0 (Fig. 15).
Diese modifizierte Vorrichtung unterscheidet sich grundsätzlich von derjenigen gemäß den Fig. 3 bis 5 dadurch,
daß einerseits die äußeren Durchmesser der Matrize 3OOC
und des Ziehrings 312C auf den Durchmesser des Ausschnitts
-j5 3O8C vergrößert worden sind und andererseits ein Trennschnittring
307 außen an der Matrize 300C befestigt ist,
der die Matrize 3OOC umgibt und über das obere Ende der
Matrize hinausragt. Die äußere zylindrische Oberfläche des Ziehrings 312C wirkt eng und scherend mit der inneren
zylindrischen Oberfläche des Trennschnittrings 307 zusammen,
wenn sich der Ziehring 312C nach unten in Richtung
auf die Matrize 300C zu bewegt.
Die Belastungsvorrichtung 315C für den Ziehring 312C
weist eine Betätigungsvorrichtung mit einem Hub und einer Leistung von ausreichender Größe auf, um zuerst das
scheibenförmige Werkstück 3O8C aus einer oben auf den Trennschnittring 307 (Fig. 15) aufgelegten Blechtafel
309 auszustanzen und dann das Werkstück ausreichend gegen
das obere Ende der Matrize zu spannen, während das Werkstück zunehmend gezogen wird, um das gewünschte gestuft
konische Behälterunterteil 344C durch Vorschub des Stempels bis in seine Endstellung in der Matrizenausnehmung
(Fig. 16) zu formen.
Das Verfahren des Ziehens des Werkstücks durch Vorschub
des Stempels 302c in die Matrizenausnehmung 304C bei
gleichzeitiger unmittelbarer Beaufschlagung der Innen-
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fläche des durch den Vorschub des Kolbens entstehenden gestuft konischen Behälterunterteils mit einem genügend
hohen Fluiddruck ist grundsätzlich ähnlich dem schon zuvor im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 beschriebenen
Verfahren. Die Fig. 15 und 16 zeigen die zugehörige Vorrichtung in zwei charakteristischen Augenblicken des
Verfahrensablaufs.
Auch die Vorrichtung gemäß Fig. 12 bis 14 kann in einer Weise modifiziert werden, die ähnlich der im Zusammenhang
mit den Fig. 15 und 16 beschriebenen ist, um einen scheibenförmigen Ausschnitt aus einer Blechtafel auszustanzen
und ein glattes, konisches Behälterunterteil 344D mit nur einer einzigen Stufe daraus zu ziehen. Dies
alles geschieht in einem Arbeitsspiel der in den Fig.
17 und 18 dargestellten Presse.
In einer solchen modifizierten Vorrichtung ist ein Trennschnittring
307D an dem oberen Ende der im Durchmesser vergrößerten Matrize 300D befestigt und erstreckt sich
über das obere Ende der Matrize 300D hinaus. Die äußere zylindrische Oberfläche des im Durchmesser vergrößerten
Ziehrings 312D wirkt scherend mit der inneren zylindrischen
Oberfläche des Trennschnittrings 307D zusammen. So stanzt also die anfängliche Abwärtsbewegung des Ziehrings 312
D das scheibenförmige Werkstück 308D aus einer auf den Trennschnittring 307D aufgelegten Blechtafel 309D aus,
und die nachfolgende Druckwirkung des Ziehrings 312D
spannt das Werkstück 308D gegen die Matrize 300D, während der Stempel 302D bei seinem Vorschub in die Matrizenausnehmung
304D das scheibenförmige Werkstück zu dem fertigen Behälterunterteil 344D (Fig. 18) zieht.
Das Verfahren des Ziehens des Werkstücks durch Vorschub
des Stempels in die Matrizenausnehmung und der gleichzeitigen unmittelbaren Beaufschlagung der inneren Oberfläche
des durch Vorschub des Kolbens entstehenden Behälterunterteils mit einem geeignet großen Fluiddruck
ist im wesentlichen ähnlich zu dem vorstehend schon im
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BAD ORIGINAL
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Zusammenhang mit den Fig. 12 bis 14 beschriebenen Verfahren.
Die Fig. 17 und 18 zeigen die modifizierte Vorrichtung in zwei charakteristischen Augenblicken während der Verfahrensdurchführung.
In den Vorrichtungen und Verfahren, die vorstehend anhand der Fig. 12 bis 14 und 17 und 18 beschrieben worden sind,
wurden die Matrize und der Stempel mit Arbeitsflächen versehen, die so geformt waren, daß sie den kurzen zylindrischen
Bereich der Seitenwand am offenen Ende des Behälterunterteils herstellen. Diese Arbeitsflächen
können bei Bedarf so modifiziert werden, daß sie den kurzen zylindrischen Bereich der Seitenwand am geschlossenen
Ende des Behälterunterteils formen, wobei dieser Bereich dann mit einem Ende in den Boden übergeht und
mit seinem anderen Ende mit einem Stufenwandteil in den glatten konischen Wandbereich übergeht, der an seinem
freien Ende in einen sich quer erstreckenden äußeren Ringflansch übergeht.
Fig. 19 ist ein Matrizen 300- und Stempel 302-satz entsprechend
den Fig. 3 bis 5 im Längsschnitt gezeigt. Es spielt keine Rolle, daß in diesem Fall die Matrize 300
an dem bewegbaren Pressenteil 388 und der Stempel 302 an dem stationären Maschinentisch 357 angeordnet sind.
Gleiche Teile wie in den Fig. 3 bis 5 sind in Fig. 19 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der gestuft konische Stempel 302 ist am oberen Ende eines zylindrischen Doms 351 befestigt, der seinerseits von
dem Boden 353 eines Zylinders 355 abgestützt ist. Der Zylinder 355 ist an dem stationären Maschinentisch 357
der Presse befestigt. Innerhalb des Zylinders 355 liegt eine in senkrechter Richtung verschiebbare Ringkolbeneinheit
358 außen an der inneren Oberfläche des Zylinders
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355 und innen an der Oberfläche des Dorns 351 an. Äußere
Kolbenringe 360 und eine innere 314 gewährleisten die
gewünschte Druckdichtheit des geschlossenen Raums unter der Ringkolbeneinheit 358.
Die Ringkolbeneinheit 358 weist ein inneres Kolbenteil 362 und ein äußeres Kolbenteil 364 auf, die ineinander
passen und mit Schrauben 366 aneinander befestigt sind, sowie einen Ziehring 312, der an dem äußeren Kolbenteil
364 mit einem Begrenzungsring 368 befestigt ist, der einen Außenflansch 369 an dem Ziehring 312 berührt. Der
Begrenzungsring 368 ist mit Schrauben '370 befestigt und
legt außerdem einen Außenring 372 an dem äußeren Kolbenteil 364 fest. Eine Bewegung der Ringkolbeneinheit 358
nach oben wird durch einen Kopfring 374 begrenzt, der
mit Schrauben 376 an dem oberen Ende des Zylinders 355 befestigt ist.
Die waagerechten Verbindungskanäle 317, die radial verlaufen und außen in einige der zylindrischen Flächen der
Arbeitsfläche des Stempels münden, münden innen in eine ringförmige Verteilerkammer 378, die das obere Ende des
Dorns 351 umgibt. Die Verteilerkammer 378 steht in Verbindung mit der Gasversorgungsbohrung 316, die in diesem
Fall nicht mittig angeordnet ist und sich über die Länge des Dorns 351 bis zu einem Gaseinlaßkanal 380 erstreckt.
Der Raum unterhalb der Ringkolbeneinheit 358 steht über einen Kanal 382 mit (nicht gezeigten) Mitteln zur Steuerung
des Drucks des Luftkissens in dem Zylinder 355 in gewünschter Weise während des Betriebs der Presse in
Verbindung.
Ein offener ringförmiger Matrizenträger 384 ist mit Schrauben 386 an dem bewegbaren Pressenteil 388 befestigt
und trägt mittig an seinem unteren Ende die gestuft konische Matrize 300, die darin mit einer Halterung 390
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BAD ORIGINAL
festgelegt ist, die mit einem Außenflansch der Matrize 300 zusammenwirkt.
Ein Positionierring 392 zur Positionierung der flachgezogenen napfartigen Werkstücke bei ihrem Einlegen
zwischen die Matrize und den Stempel ist an der Halterung 390 befestigt.
Ein Auswerfzylinder 394 wird konzentrisch mit der Matrizenausnehmung
304 am Ende einer Betätigungsstange 396 getragen, die zu senkrechter hin- und hergehender
Gleitbewegung in einem Lagerstück 398 des bewegbaren Pressenteils aufgenommen ist.
Um eine Bewegung der Matrize 300 in exakt senkrechter Fluchtung mit dem Stempel 302 zu gewährleisten, ist der
ringförmige Matrizenträger 384 mit einer Anzahl radialer Arme 400 versehen, in denen Führungsbuchsen 402 gehalten
sind. Die Führungsbuchsen 402 gleiten auf senkrechten Führungssäulen 404, die, gleichmäßig über den Umfang
verteilt, von dem Zylinder 355 getragen werden.
Im Betrieb wird der Matrizenträger 384 durch das bewegbare Pressenteil 388 auf den Stempel 302 zu bewegt, so
daß sich der Abstand zwischen der Matrize und dem zugehörigen Auswerfzylinder 394 einerseits und dem Stempel
302 und dem zugehörigen Ziehring 312 andererseits verringert. Das flachgezogene, napfförmige Werkstück 308
wird dann mit seiner Öffnung nach unten zwischen die Matrize 300 und dem Stempel 302 von der in Fig. 19 rechten
Seite her eingelegt, bis es in Berührung mit dem Positionierring 392 liegt. Daraufhin wird die Matrize 300
weiter nach unten hin bewegt, wodurch das Werkstück auf das obere Ende des Ziehrings 312 gedrückt und später der
Auswerfzylinder 394 verschoben wird.
Weitere Bewegung der Matrize 300 und des AuswerfZylinders
394 nach unten preßt das Werkstück gegen den Ziehring
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312 und schiebt dann den Ziehring 312 und damit die Ringkolbeneinheit
358 nach unten gegen den durch das in dem Zylinder 355 eingeschlossene Luftkissen gebotenen Widerstand.
Gleichzeitig wird das Werkstück durch den Vorschub der Matrize 300 über den Stempel 302 in einer Weise gezogen,
die vorstehend schon im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 im einzelnen beschrieben wurde.
Um die Entstehung längsgerichteter Falten in der Seitenwand des entstehenden Behälterunterteils zu verhindern,
wird trockene Luft unter geeignetem Druck in den Gaseinlaßkanal 380, die Bohrung 316 und die Verbindungskanäle
317 eingeleitet, um im Inneren des entstehenden Behälterunterteils einen gewünschten Gasdruck aufzubauen. Die
innere Ringdichtung 314· der Ringkolbeneinheit 358 verhindert
unerwünschtes Entweichen der Druckluft aus dem entstehenden Behälterunterteil während des Ziehvorgangs.
Nach Beendigung des Ziehens der Seitenwand zieht der Auswerfzylinder 394, der mit der Matrize 300 vorgerückt
ist, den Boden des Behälterunterteils in die gewünschte endgültige Form.
Anschließend wird das bewegbare Pressenteil 388 nach oben
hin zurückgefahren. Dadurch wird die Matrize 300 von dem Stempel 302 nach oben hin abgezogen und das fertig geformte
Behälterunterteil aus der Matrize 300 durch den Auswerfzylinder 394 ausgestoßen. Der Ziehring 312 folgt
der Matrize 300 nach oben hin unter der Wirkung des Luftdrucks unterhalb der Ringkolbeneinheit 358 nach dem
Zurückziehen des Auswerfzylinders 394 und wirft das fertig geformte Behälterunterteil von dem Stempel 302.
Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose
Dipl.-Ing. Peter Kose!
Claims (28)
- DlPL-ING. HORST ROSE*""* j.:. . \ Dfl?MN& PETER KOSEL•PATENTANWÄLTEUnsere Akten-Nr.: 2298/48 Bad Gandersheim, 23. NovemberMetal Box p.I.e.PATENTANSPRÜCHEί 1.)Verfahren zum Ziehen eines Werkstücks aus Blech, z.B. eines Ausschnitts (308C;308D) oder eines Rohstücks (52;308;600;52A;308A), um daraus ein dünnwandiges Behälterunterteil (624;344A;344C;344D) mit einer im wesentlichen konischen Seitenwand (66;344) zu formen, wobei an dem engeren Ende der Seitenwand ein damit einstückiger, sich quer erstreckender Boden (56;608; 56aj350) angeordnet ist,gekennzeichnet durch folgende Schritte:a) eines (25) von zwei zusammenwirkenden Pressenteilen (24,25) wird auf das andere Pressenteil (24) zu bewegt, wodurch ein durch eines (25) der Pressenteile getragener länglicher Stempel (28;302;28A; 28B;302A;302C;302D) entlang der Längsachse des Stempels in Richtung einer mit dem Stempel zusammenwirkenden, durch das andere Pressenteil (24) getragenen Matrize (10;300;1OA;1OB;300A;500C;300D)-2-PK/JBAD ORIGINAL.bewegt wird, wobei die Längsachse mit der Längsachse einer in der Matrize ausgebildeten Matrizenausnehmung (11;3O4;11A;11B;3O4A;3O4C;3O4D) flüchtet;b) ein freies Ende des Stempels wird zunehmend in die Matrizenausnehmung eingeführt, die durch eine in der Vorschubrichtung des Stempels konvergierende innere-Arbeitsfläche (12;327;12A;12B) der Matrize begrenzt und definiert wird, wobei der Stempel stets im Abstand von der inneren Arbeitsfläche gehalten wird;c) das freie Ende des Stempels wird während des Stempelvorschubs in Berührung mit einem mittigen Teil (58;350) des Werkstücks gebracht, und dann wird das mittige Teil in und zunehmend durch die Matrizenausnehmung in der Konvergenzrichtung der inneren Arbeitsfläche bewegt, so daß an das mittige Teil angrenzende äußere Teile des Werkstücks über die innere Arbeitsfläche gezogen werden, wodurch aus den äußeren Teilen die im wesentlichen konische Seitenwand des Behälterunterteils geformt wird, und wobei die äußeren Teile durch und während dieses Ziehvorgangs durch die innere Arbeitsfläche erheblichen Umfangsdruckspannungen und demgemäß plastischer Verformung unterworfen werden;d) während des Stempelvorschubs, spätestens nachdem das Werkstück durch den Stempel und die Matrize berührt worden ist, wird die dem Stempel zugewandte innere Oberfläche des Werkstücks einem Fluid unter einem Druck ausgesetzt, der groß genug ist, um einer nach innen gerichteten Bewegung der äußeren Teile des Werkstücks Widerstand zu leisten, solange die äußeren Teile über die innere Arbeitsfläche-3-gezogen werden und in Berührung mit der inneren Arbeitsfläche liegen, wodurch die Entstehung von sich längs erstreckenden Falten in der entstehenden Seitenwand unter der Einwirkung der Umfangsdruck-Spannungen gehemmt bzw. verhindert wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfluid einem druckdichten, um den Stempel herum angeordneten Ringraum (64) zugeführt wird, wobei der Ringraum durch einander gegenüberliegende Oberflächen des Stempels und des Werkstücks sowie Dichtungsmittel (314;314A;314C;314D) begrenzt wird, und wobei das Druckfluid durch wenigstens einen in dem Stempel ausgebildeten, an eine äußere Druckfluidquelle (43j322) angeschlossenen Kanal (41,38,4O;316,317;41A, 38A,4OA;316A,317A;316C,317C;316D,317D) zugeführt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid eine vorherbestimmte Füllmenge einer in einem druckdichten, um den Stempel herum angeordneten Ringraum (64) enthaltenen Flüssigkeit verwendet wird, wobei der Ringraum durch gegenüberliegende Oberflächen des Stempels und des Werkstücks sowie Dichtungsmittel begrenzt wird, und wobei der erforderliche Druck in der Flüssigkeit während des Vorschubs des Stempels in die Matrizenausnehmung und eine entsprechend fortschreitende Verringerung des Volumens des Ringraums erzeugt und selbsttätig durch ein Druckbegrenzungsventil (42A; Fig. 1) kontrolliert wird, das mit dem Ringraum über wenigstens einen in dem Stempel ausgebildeten Kanal (41,38,40) verbunden ist.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten, sich axial erstreckenden Bereich der Matrizenausnehmung die innere Arbeitsfläche kegelstumpfförmig und symmetrisch zu-4-der Längsachse ist und in der Vorschubrichtung des Stempels gleichmäßig im Durchmesser abnimmt, wobei der erste Bereich sich axial über einen erheblichen Teil der Matrizenausnehmung erstreckt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten, sich axial erstreckenden Bereich der Matrizenausnehmung die innere Arbeitsfläche zylindrisch, symmetrisch zu der Längsachse und mit einem angrenzenden Ende des ersten Bereichs durch eine sich radial erstreckende, ringförmige Stufenfläche verbunden ist, die so gerichtet ist, daß der Durchmesser der inneren Arbeitsfläche an aufeinanderfolgenden Positionen entlang der Längsachse in der Vorschubrichtung des Stempels progressiv abnimmt.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5f dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Stufenfläche am übergang vom ersten zum zweiten Bereich eine Kegelstumpffläche aufweist,deren halber Kegelwinkel groß ist im Vergleich mit demjenigen der inneren Arbeitsfläche in dem ersten Bereich.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß in jedem von einer Anzahl aufeinanderfolgender, sich axial erstreckender Bereiche der Matrizenausnehmung die innere Arbeitsfläche zylindrisch, symmetrisch zu der Längsachse und mit einem angrenzenden Ende der inneren Arbeitsfläche in einem angrenzenden Bereich (wenn es einen solchen gibt) durch eine sich radial erstreckende, ringförmige Stufenfläche verbunden ist, die so gerichtet ist, daß der Durchmesser der inneren Arbeitsfläche sich an aufeinanderfolgenden übergängen zwischen benachbarten Bereichen progressiv und gleichmäßig ändert.-5-BAD ORiQIWAL
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Matrizenausnehmung ein weiterer, sich axial erstreckender Bereich an die Anzahl von Bereichen der Matrizenausnehmung angrenzt, in dem die innere Arbeitsfläche zylindrisch und symmetrisch zu der Längsachse ist, sich über einen erheblichen axialen Teil der Matrizenausnehmung erstreckt und mit dem angrenzenden Ende der inneren Arbeitsfläche des angrenzenden der Anzahl von Bereichen durch eine sich radial erstreckende, ringförmige Stufenfläche verbunden ist, die so gerichtet ist, daß der Durchmesser der inneren Arbeitsfläche am Übergang zwischen dem weiteren Bereich und dem angrenzenden der Anzahl von Bereichen um einen Betrag abnimmt, der gleich der an jeder der anderen Stufenflächen auftretenden Durchmesserabnahme ist.
- 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede ringförmige Stufenfläche eine Kegelstumpffläche aufweist, deren halber Kegelwinkel groß ist im Vergleich mit demjenigen des Gesamtwinkels der Konvergenz der inneren Arbeitsfläche der Matrizenausnehmung.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Stempelteil, der während des StempelVorschubs in die Matrizenausnehmung eindringen soll, von gleichmäßig zylindrischer Form, symmetrisch zur Längsachse des Stempels und von einem Durchmesser ist, der wenigstens gleich dem durch die Dicke des Bleches des Werkstücks im Verhältnis zu Eingangsdurchmesser und -form der inneren Arbeitsfläche für die Herstellung guter Behälterunterteile ohne sich längs erstreckende Falten erforderlichen Durchmesser ist.-6-» β 1
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel an seinem freien Ende am Umfang gerundet oder abgefast (616 jFig. 6) ist.
- 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige axiale Länge des Stempels, die während des Stempelvorschubs in die Matrizenausnehmung eindringen soll, symmetrisch zu der Längsachse und komplementär zu der inneren Arbeitsfläche geformt ist, und daß der Stempel in die Matrizenausnehmung bis in eine vorherbestimmte Stellung vorgeschoben wird, in der sich radial erstreckende, ringförmige, an dem Stempel vorgesehene Stufenflächen mit den entsprechenden Stufenflächen in der inneren Arbeitsfläche der Matrize zusammenwirken, um die Kegelwinkel der an den Übergängen der Bereiche des zuvor hergestellten Behälterunterteils geformten Stufenwandteile auszuformen.
- 13· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück ein scheibenförmiger Ausschnitt (308C;308D) aus Blech ist, und daß der Ausschnitt an seinem äußeren Umfang mit einem Ziehring (312C;312D) durch Druckeinwirkung eingespannt ist, wobei der Ziehring zu der Matrize hin angetrieben wird, während der Stempel gegen das mittige Teil des Werkstücks und in die Matrizenausnehmung bewegt wird, wodurch das Werkstück nach und nach in der Matrize durch den einmaliger! Vorschub des Stempels gezogen und nachgeformt wird.
- 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück ein flachgezogener zylindrischer Napf (308;600j308A) aus Blech ist, und daß der Napf an seinem äußeren Umfang mit einem Ziehring (312j312A) durch Druckeinwirkung eingespannt ist, wobei der Ziehring zu der Matrize hin angetrieben-7-BAD ORIGINALwird, während der Stempel gegen das mittige Teil des Werkstücks und in die Matrizenausnehmung bewegt wird, wodurch das Werkstück nach und nach in der Matrize durch den einmaligen Vorschub des Stempels nachgezogen und nachgeformt wird.
- 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück einen dünnwandigen, tiefgezogenen, zylindrischen Napf (52;52A) aus Blech mit einer langen, zylindrischen, sich von einem damit einstückigen Boden (56;56A) erstreckenden Seitenwand (54;54A) aufweist, und daß das offene freie Ende der zylindrischen Seitenwand eng an einer entsprechenden zylindrischen Dichtfläche des Stempels anliegt, um dadurch den Ringraum (64) abzudichten und dem Werkstück QuerStabilität zu verleihen, während es durch den Stempel in die Matrizenausnehmung vorgeschoben wird.
- 16. Vorrichtung zum Ziehen eines Werkstücks aus Blech, z.B. eines Ausschnitts (308C;308D) oder eines Roh-Stücks (52;308;600;52A;308A), um daraus ein dünnwandiges Behälterunterteil (624;344Aj344C;344D) mit einer im wesentlichen konischen Seitenwand (66;344) und an dem engeren Ende der Seitenwand einem damit einstückigen, sich quer erstreckenden Boden (56;608; 56A;350),gekennzeichnet durcha) ein erstes (24) und ein zweites (25) Pressenteil, die zusammenwirken;b) eine Betätigungsvorrichtung (26;305) zur Bewegung des einen Pressenteils (25) relativ zu dem anderen (24);c) einen von einem (25) der Pressenteile getragenen, länglichen Stempel (28;302;28A;28B;302A;302C; 302D);-8-d) eine durch das andere Pressenteil (24) getragene Matrize (10;300;620;10A;10B;300A;300C;300D), in der sich eine Matrizenausnehmung (11;304;11A;11B; 304A;304C;304D) befindet, deren Längsachse mit der Längsachse des Stempels fluchtet, so daß beim Vorschub des einen Pressenteils (25) ein freies Ende des Stempels in und zunehmend durch die Matrizenausnehmung vorrückt,die durch eine in der Vorschubrichtung des Stempels allgemein konvergierende innere Arbeitsfläche (12;327;12A;12B) der Matrize begrenzt und definiert ist, wobei der Stempel stets im Abstand von der inneren Arbeitsfläche bleibt;e) Mittel zum Einbringen des Werkstücks zwischen die Matrize und das freie Ende des Stempels, so daß während des Stempelvorschubs das freie Ende des Stempels mit einem mittigen Teil (58;350) des Werkstücks in Berührung bringbar ist und weiteres Vorschieben des Stempels an das mittige Teil angrenzende äußere Teile des Werkstücks über die innere Arbeitsfläche zieht und dadurch aus den äußeren Teilen die im wesentlichen konische Seitenwand des Behälterunterteils formt, wobei die äußeren Teile durch und während des Ziehvorgangs durch die innere Arbeitsfläche erheblichen ümfangsdruckspannungen und demgemäß plastischer Verformung unterworfen sind; undf) Druckbeaufschlagungsmittel, die es ermöglichen, nach der Berührung des Werkstücks durch den Stempel und die Matrize die dem Stempel gegenüberliegende innere Oberfläche des Werkstücks einem Fluid unter einem Druck auszusetzen, der groß genug ist, um einer nach innen gerichteten Bewegung der äußeren Teile des Werkstücks Widerstand zu leisten, solange die äußeren Teile während des Eindringens des-9-BAD ORiQfIMALStempels in die Matrize über die innere Arbeitsfläche gezogen werden und in Berührung mit der inneren Arbeitsfläche liegen, und dadurch die Entstehung von sich längs erstreckenden Falten in der entstehenden Seitenwand unter der Einwirkung der Umf angsdrucksp annungen zu hemmen bzw. zu verhindern.
- 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagungsmittel aufweisen:a) Dichtungsmittel (314;314A;314C;314D), um in im wesentlichen druckdichter Weise einen Ringraum (64) abzudichten, der das freie Ende des Stempels umgibt und zumindest teilweise durch einander gegenüberliegende Oberflächen des Stempels und des Werkstücks begrenzt ist;b) wenigstens einen in dem Stempel ausgebildeten Kanal (41,38,4O;316,317;41A,38A,4OA;316A,317A;316C,317C; 316D,317D), der mit seinem einen Ende in den Ringraum und mit seinem anderen Ende außerhalb des Ringraums mündet; undc) Mittel (42;320), die eine wahlweise Verbindung des anderen Endes des wenigstens einen Kanals mit einer Druckfluidquelle (43;322) gestatten.
- 18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagungsmittel aufweisen:a) Dichtungsmittel (314;314A;314C;314D), um in im wesentlichen druckdichter Weise einen Ringraum (64) abzudichten, der das freie Ende des Stempels umgibt und zumindest teilweise durch einander gegenüberliegende Oberflächen des Stempels und des Werkstücks begrenzt ist;-10-b) wenigstens einen in dem Stempel ausgebildeten Kanal (Αΐ^β,ΑΟ,^Ιδ^ΙΤ^ΙΑ,ΞβΑ^ΟΑ^ΙδΑ^ΙΤΔ^, 317C;316D,317D), der mit seinem einen Ende in den Ringraum und mit seinem anderen Ende außerhalb des Ringraums mündet; undc) ein Druckbegrenzungsventil (42A), das mit dem anderen Ende des wenigstens einen Kanals verbunden ist und während des Vorschubs des Stempels in die Matrizenausnehmung wirksam ist, um selbsttätig den Druck einer in dem Ringraum enthaltenen Flüssigkeitsfüllmenge zu begrenzen, wobei der Druck ansteigt, wenn das Volumen des Ringraums sich während des Vorschubs des Stempels verringert.
- 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten, sich axial erstreckenden Bereich der Matrizenausnehmung die innere Arbeitsfläche kegelstumpfförmig und symmetrisch zu der Längsachse ist und in der Vorschubrichtung des Stempels gleichmäßig im Durchmesser abnimmt, wobei der erste Bereich sich axial über einen erheblichen Teil der Matrizenausnehmung erstreckt.
- 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten, sich axial erstreckenden Bereich der Matrizenausnehmung die innere Arbeitsfläche zylindrisch, symmetrisch zu der Längsachse und mit einem angrenzenden Ende des ersten Bereichs durch eine sich radial erstreckende, ringförmige Stufenfläche verbunden ist, die so gerichtet ist, daß der Durchmesser der inneren Arbeitsfläche an aufeinanderfolgenden Positionen entlang der Längsachse in der Vorschubrichtung des Stempels progressiv abnimmt.
- 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Stufenfläche am Übergang vom ersten zum zweiten Bereich eine Kegelstumpffläche aufweist, deren halber Kegelwinkel groß ist im Vergleich mit-11-BADdemjenigen der inneren Arbeitsfläche in dem ersten Bereich.
- 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem von einer Anzahl aufeinanderfolgender, sich axial erstreckender Bereiche der Matrizenausnehmung die innere Arbeitsfläche zylindrisch, symmetrisch zu der Längsachse und mit einem angrenzenden Ende der inneren Arbeitsfläche in einem angrenzenden Bereich (wenn es einen solchen gibt) durch eine sich radial erstreckende, ringförmige Stufenfläche verbunden ist, die so gerichtet ist, daß der Durchmesser der inneren Arbeitsfläche sich an aufeinanderfolgenden übergängen zwischen benachbarten Bereichen progressiv und gleichmäßig ändert.
- 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in der Matrizenausnehmung ein weiterer, sich axial erstreckender Bereich an die Anzahl von Bereichen der Matrizenausnehmung angrenzt, in dem die innere Arbeitsfläche zylindrisch und symmetrisch zu der Längsachse ist, sich über einen erheblichen axialen Teil der Matrizenausnehmung erstreckt und mit dem angrenzenden Ende der inneren Arbeitsfläche des angrenzenden der Anzahl von Bereichen durch eine sich radial erstreckende, ringförmige Stufenfläche verbunden ist, die so gerichtet ist, daß der Durchmesser der inneren Arbeitsfläche am übergang zwischen dem weiteren Bereich und dem angrenzenden der Anzahl von Bereichen um einen Betrag abnimmt, der gleich der an jeder der anderen Stufenflächen auftretenden Durchmesserabnahme ist.
- 24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß jede ringförmige Stufenfläche eine Kegelstumpffläche aufweist, deren halber Kegelwinkel groß ist im Vergleich mit demjenigen des Gesamtwin--12-kels der Konvergenz der inneren Arbeitsfläche der Matrizenausnehmung.
- 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Stempelteil, der während des Stempelvorschubs in die Matrizenausnehmung eindringen soll, von gleichmäßig zylindrischer Form, symmetrisch zur Längsachse des Stempels und von einem Durchmesser ist, der wenigstens .\ gleich dem durch die Dicke des Bleches des Werkstücks im Verhältnis zu Eingangsdurchmesser und -form der inneren Arbeitsfläche für die Herstellung guter Behälterunterteile ohne sich längs erstreckende Falten erforderlichen Durchmesser ist.
- 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dsß der Stempel an seinem freien Ende am Umfang gerundet oder abgefast (6i6;Fig. 6) ist.
- 27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige axiale Länge des Stempels, die während des StempelVorschubs in die Matrizenausnehmung eindringen soll, symmetrisch zu der Längsachse und komplementär zu der inneren Arbeitsfläche geformt ist, und daß der Stempel in die Matrizenausnehmung bis in eine vorherbestimmte Stellung vorgeschoben wird, in der sich radial erstreckende, ringförmige, an dem Stempel vorgesehene Stufenflächen mit den entsprechenden Stufenflächen in der inneren Arbeitsfläche der Matrize zusammenwirken, um die Kegelwinkel der an den übergängen der Bereiche des zuvor hergestellten Behälterunterteils geformten Stufenwandteile auszuformen.
- 28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 27, gekennzeichnet durch:-13-BAD ORIGINALa) Einen koaxial um den Stempel herum angeordneten Ziehring (312;312A;312C;312D); undb) Mittel (315;315A;315C;315D;358), um den Ziehring zu der Matrize hin anzutreiben, um den äußeren Umfang des als scheibenförmiger Ausschnitt (308C; 308D) oder flachgezogener Napf (308;600;308A) ausgebildeten Werkstücks mit dem Ziehring durch Druckeinwirkung einzuspannen, wobei das Werkstück während des Vorschubs des Stempels in die Matrizenausnehmung und des dadurch bedingten Ziehens des Werkstücks in der Matrizenausnehmung sich im Eingriff zwischen dem Stempel und der Matrize befindet, wobei die Dichtungsmittel den Ringraum zwischen dem Stempel und dem Ziehring abdichten, und wobei der Ringraum auch durch eine innere zylindrische Oberfläche des Ziehrings begrenzt ist.29· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel so angeordnet ist, daß er an seinem freien Ende ein als dünnwandiger, tiefgezogener Napf (52;52A) ausgebildetes Werkstück berührt und aufnimmt, wobei die Dichtungsmittel eine Dichtfläche des Stempels aufweisen, an welcher Dichtfläche das offene freie Ende des Werk-Stücks eng in im wesentlichen druckdichter Weise anliegt.Patentanwälte Dlpl.-Ing. Horst Rose DipL-Ing. Peter Kosel,BAD ORIGINAL
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8234657 | 1982-12-04 | ||
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