DE4400678A1 - Presse zum Ziehen hohler Gegenstände aus Metallblech - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Presse der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf einen Pressenstößel für eine derartige Presse, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf einen Pressenstößel für eine Presse mit großem Hub, die dazu verwendet wird, die Seitenwand einer gezogenen Metallschale durch Ziehen zu glätten, um eine höhere Dose herzustellen. In der Dosenindustrie werden derartige langhubige Pressen in manchen Fällen als Dosenkörper-Pressen bezeichnet.

Das US-Patent 3 733 881 (GRIGORENKO) beschreibt eine Presse, bei der ein erster Preßstempel eine Metallschale zieht, während ein zweiter längerer Preßstempel an einem Pressenstößel die Schale durch Wand-Ziehgesenke drückt.

Typische Pressen, die zum Ziehen und Glätten der Seitenwand einer Metallschale zur Herstellung einer Dose verwendet werden, sind in dem US-Patent 3 735 692 (STANDUN INC.) und in dem US- Patent 4 173 138 (STANDUN INC.) beschrieben. Bei diesen Pressen wird ein langer Pressenstößel in Lagern auf einem Pessenrahmen für eine horizontale lineare Bewegung in Richtung auf einen Werkzeugsatz und von diesem fort gelagert, wobei der Werkzeug­ satz mehrere Zieh- und Glättungsgesenke, einen Abstreifer und eine den Boden der Dose domförmig verformende Station umfaßt, die gegen das Ende eines Preßstempels an dem Pressenstößel drückt. Der Pressenstößel wird über eine Lenkschubstange an einem Ende eines Hebels angetrieben, dessen anderes Ende auf dem Pressenrahmen schwenkbar befestigt ist. Der Hebel ist mit einer angetrieben Kurbel über eine Kurbelstange verbunden.

Um mehrere Forderungen zu erfüllen, muß der Pressenstößel:

• (a) starr und fest genug sein, um die Arbeitskraft an einen Preßstempel zu liefern, der an einem Ende des Pressenstößels befestigt ist,
• (b) hohl sein, um Belüftungsluft zuzuführen, die erforderlich ist, damit die Dose mit der geglätteten und gezogenen Wand von dem Preßstempel entfernt werden kann,
• (c) Einrichtungen zur Befestigung des Preßstempels an einem Ende des Pressenstößels und einer angetriebenen Kupplung am anderen Ende aufweisen, und
• (d) eine Außenoberflächen-Endbearbeitung aufweisen, die geeignet ist, eine langdauernde zyklische Bewegung durch die Lager hindurch zu überstehen.

Bisher wurden die Pressenstößel aus massivem Metall durch maschinelle Bearbeitung hergestellt. Derartige Pressenstößel sind jedoch schwer, so daß sie erhebliche Trägheitskräfte während ihrer Hin- und Herbewegung erzeugen, wodurch erhebliche Kräfte auf den Antriebsmechanismus und die Lager ausgeübt werden. Weiterhin entstehen unerwünschte Schwingungen in dem Preßstempel und dem Pressenstößel, und zwar teilweise aufgrund des Auftreffens des Preßstempels auf die den Dosenboden formende Station und teilweise aufgrund des sich ändernden Durchhanges des langen Pressenstößels, wenn dieser auf die Abstützung durch die Lager zurückgezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leichteren Pressenstößel mit einer äußeren Metallhülse, die in den Lagern der Presse gleitet, und mit einem Kern aus einem Material zu schaffen, das leichter als das Metall der Hülse ist, wobei Einrichtungen zur Dämpfung von in dem Pressenstößel entstehenden Schwingungen durch Verwendung eines geeigneten Kernmaterials innerhalb der Metallhülse vorgesehen werden sollen.

Die Verwendung von nichtmetallischen und daher leichteren Materialien in Kolben- oder Pleuelstangen ist in der DE-OS 32 15 795 (FESTO) und dem US-Patent 4 425 820 (SWOZIL/SIGRI) beschrieben. In der DE-OS 32 15 795 ist ein Kompressor beschrieben, bei dem der Kolben eine hohle Betätigungsstange aufweist, die aus mit Kohlenstoffasern verstärkten Glasfasern hergestellt ist, wobei jedoch keine äußere Metallhülse beschrieben ist, wie diese für die Gleitbewegung in den Pressenlagern erforderlich ist. In der US-Patentschrift 4 425 820 ist eine Kolbenstange für einen Verbrennungsmotor beschrieben, die aus einem zusammengesetzten Material besteht, das aus Verstärkungsfasern hergestellt ist, die in Form einer endlosen Schleife mit einer konstanten Querschnittsform gewickelt sind, die zusammengeklemmt ist, um eine Kolbenbolzen- Schleife zu bilden, und die aufgespreizt ist, um das Kurbelwellenlager zu bilden. Die Fasern sind von einer Aluminiumhülse umschlossen, um den durch die Kohlenstoff- oder Glasfasern verstärkten Epoxyharzkern gegen den Angriff von Motoröl zu schützen. Obwohl diese bekannten Dokumente zeigen, daß Pleuelstangen aus zusammengesetztem Material einer zyklischen Belastung unter Einschluß einer längsverlaufenden Kompression und Zugspannung standhalten können, befassen sie sich nicht mit den Problemen, die sich aus der Gleitreibungsabnutzung in den Lagern einer Presse und der Dämpfung von Schwingungen ergeben, die in einem langen hohlen Pressenstößel entstehen, der einen daran befestigten Preßstempel gegen ein Preßwerkzeug antreibt.

Entsprechend wird erfindungsgemäß eine Presse zum Ziehen von hohlen Gegenständen aus Metallblech geschaffen, die einen Rahmen zur Halterung eines Preßwerkzeugens, einen in Richtung auf die Werkzeughalterung und von dieser fort beweglichen Pressenstößel und Lager auf dem Rahmen umfaßt, die den Pressenstößel lagern, wobei der Pressenstößel eine Metallhülse, einen hohlen Kern, der aus einem Material hergestellt ist, der leichter als das der Hülse ist und der in die Hülse eingesetzt ist, ein erstes Endstück, das zum Kuppeln mit Antriebseinrichtungen ausgebildet ist und an einem Ende des Pressenstößels befestigt ist, und ein zweites Endstück umfaßt, das zur Halterung eines Preßstempels ausgebildet ist, der am anderen Ende des Pressenstößels befestigt ist.

Bei einer ersten Ausführungsform ist das Kernmaterial eine kunststoff- oder kunstharzgebundene Kohlenstoffaser. Vorzugsweise umfaßt das Kernmaterial zumindestens zwei Lagen aus Kohlenstoffasern. Typischerweise sind die Kohlenstoffasern der ersten Lage dieser Lagen unter 90° zur Längsachse des Pressenstößels oder der Stange ausrichtet, und die Kohlenstoffasern der zweiten Lage sind unter 45° zur Achse des Pressenstößels oder der Stange ausgerichtet.

Das erste Endstück kann zwischen einen Kernabschnitt mit verringertem Durchmesser und die Metallhülse eingesetzt sein; dieses erste Endstück ist vorzugsweise durch ein Klebemittel mit dem Kernabschnitt mit verringertem Durchmesser verbunden.

Das zweite Endstück ist rohrförmig und mit einem zweiten Kernabschnitt mit veringertem Durchmesser verbunden. Wenn dies erwünscht ist, kann das zweite Endstück einen nach außen gerichteten Flansch aufweisen, der sowohl mit der Hülse als auch dem Kern verbunden ist.

Wenn dies erwünscht ist, kann ein metallisches Kernrohr in das Innere des Hohlraumes des verstärkten Kunststoff- oder Kunstharzkerns eingesetzt sein.

Bei einer zweiten Ausführungsform des Pressenstößels oder der Stange erstreckt sich ein metallisches Kernrohr über die Länge des Innenteils des Kernmaterials. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist das Kernmaterial aus Naturgummi, einem Polymermaterial, wie zum Beispiel Polyurethan, oder aus einem plastischen Material, wie zum Aluminiumoxyd-Zement ausgewählt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Pressenstößel oder die Schubstange eine Stahlhülse mit einem metallischen Kernrohr, das in der Stahlhülse konzentrisch durch ringförmige Blöcke gehaltert ist, wobei der Hohlraum zwischen der Hülse und dem Kernrohr mit einem nichtmetallischen Material, wie zum Beispiel Gummi oder einem anderen Elastomermaterial gefüllt ist.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden lediglich als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische geschnittene Seitenansicht einer bekannten Presse zur Herstellung von Dosenkörpern,

Fig. 2 eine vereinfachte bruchstückhafte Ansicht des angetriebenen Endes des Pressenstößels nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vereinfachte bruchstückhafte Ansicht des Preßstempels und des anderen Endes des Pressenstößels nach Fig. 1,

Fig. 4a und 4b geschnittene Seitenansichten einer ersten Ausführungsform des Pressenstößels gemäß der Erfindung, und

Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Pressenstößels gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine langhubige Presse oder eine Maschine zum Ziehen und Glätten von Wänden zur Herstellung von Dosenkörpern aus einer Schale, die aus Metallblech gezogen ist. In Fig. 1 umfaßt die Presse 1 einen Rahmen 2, zwei hydrostatische Lager 3, einen Pressenstößel 4, der in den Lagern für eine Linearbewegung durch eine Reihe von Ziehringen 5 in Richtung auf ein den Boden der Dose domförmig verformendes Werkzeug 6 und von diesem fort gelagert ist, wobei dieses Werkzeug 6 auf dem Rahmen gehaltert ist. Ein Preßstempel 7 ist an dem dem Dosenboden formenden Werkzeug 6 nächstgelegenen Ende des Pressenstößels befestigt. Am anderen Ende des Pressenstößels ist eine Kupplung 8 befestigt. Die Kupplung ist auf einem Schieber 9 gelagert. Die Kupplung ist betriebsmäßig über eine Lenkschubstange 10 mit dem oberen Ende eines Hebels 11 verbunden, der am anderen Ende an einem Schwenkpunkt 12 schwenkbar gelagert ist, der an dem Rahmen befestigt ist. Der Hebel wird an seinem Mittelpunkt über eine Pleuelstange 13 angetrieben, die ihrerseits über eine Kurbel 14 angetrieben wird.

Die Presse 1 weist weiterhin ein zweites Betätigungsgestänge auf, das einen zweiten Hebel 15 umfaßt, der gegen Nockenprofile auf der Kurbel 14 mit Hilfe eines Puffers 16 gehalten wird. Der zweite Hebel treibt zwei Schubstangen an, von denen eine mit 17 bezeichnet ist, um einen nicht gezeigten Kreuzkopf zur Betätigung eines Rohling-Halters 18 anzutreiben. Die massiven Schubstangen 17 und der hohle Pressenstößel 4 sind aus schwerem Metall bestehende Gegenstände, die Trägheitskräfte erzeugen, deren Veringerung erwünscht ist.

Fig. 2 zeigt den Pressenstößel 4 in Lagern 3, die Kupplung 8 und einen Teil der Lenkschubstange 10. Der Pressenstößel 4 ist ent­ lang seiner gesamten Länge hohl, wie dies durch gestrichelte Linien gezeigt ist. Die Kupplung 8 umfaßt einen Körper 19, der einen Hohlraum 20 bildet, der mit dem Hohlraum des Pressen­ stößels 4 in Verbindung steht, um Luft zuzuführen, um die gezo­ gene Dose während des Abstreibens von dem Preßstempel zu belüf­ ten. Das Ende des Pressenstößels ist in den Hohlraum eingesetzt und wird durch Klemmhülsen 21 festgehalten, die mit einer am Umfang verlaufenden Nut in der Oberfläche des Pressenstößels in Eingriff stehen. Die Klemmhülsen werden durch eine Befestigungshülse 22 in der Nut des Pressenstößels festgehalten.

Fig. 3 zeigt das andere Ende des Pressenstößels 4 und den Preß­ stempel 7, der auf einem Abschnitt 23 mit verringerten Durch­ messer des Pressenstößels befestigt ist. Der Preßstempel wird auf dem Pressenstößel-Abschnitt 23 durch einen Gewindestopfen 24 festgehalten, der einen durchgehenden Kanal 25 aufweist.

Diese Kupplungsbefestigung und die Preßstempelbefestigung hat sich bei der Massenproduktion von Dosen als befriedigend herausgestellt, so daß es wünschenswert ist, diese Art der Befestigung bei einem verbesserten Pressenstößel mit geringem Gewicht beizubehalten.

Die Fig. 4a und 4b zeigen das Preßstempelende und das Kupplungsende einer ersten Ausführungsform des Pressenstößels gemäß der Erfindung.

In Fig. 4a umfaßt der Pressenstößel 40 eine Stahlhülse 41 mit einer Länge von ungefähr 1500 mm und einer Wandstärke von 3 mm. Die Außenoberfläche des Rohres ist auf eine Oberflächen- Endbearbeitung von von 0,2 µm geläppt. Die Stahlhülse ist mit einem inneren rohrförmigen Kern 42 verbunden, der aus einer kunststoff- oder kunstharzgebundenen gewebten Kohlenstoffaser hergestellt ist. Vorzugsweise umfaßt der Kern mehrere Lagen aus Kohlenstoffasern. Die Faserstränge verlaufen unter 45° oder 90° zur Längsachse des Kerns und wechseln sich von einer Lage zur nächsten ab. Der Kern 42 weist einen Abschnitt 42A mit verringertem Außendurchmesser auf, mit dem ein aus Werkzeugstahl bestehendes Endstück 43 verbunden ist, das an einem Ende einen Flansch 44 aufweist, der in das Ende der Stahlhülse 41 eingesetzt ist. Das Endstück ist mit dem einen verringerten Durchmesser aufweisenden Abschnitt durch ein Klebemittel verbunden, das über Radialbohrungen 45 eingeführt wird. Ein Preßstempel, wie zum Beispiel ein Preßstempel 7, wie er bereits beschrieben wurde, ist auf das Endstück 43 aufgesetzt.

Gemäß Fig. 4b weist der Pressenstößel 40 ein zweites Endstück 46 auf, das mit einem einen verringerten Durchmesser aufweisenden Abschnitt 47 des Kohlenstoffaserkerns 42 durch die Einleitung eines Klebemittels durch Seitenbohrungen 48 verbunden ist. Die Stahlhülse 41 wird dann über den Kohlenstoffaserkern 42 und das Endstück 46 aufgesetzt. Das Endstück weist eine Nut 49 auf, in die Klemmhülsen eingesetzt sind, um die Antriebskupplung 8 anzubringen, wie dies bereits beschrieben wurde.

Obwohl dieser aus Kohlenstoffasern bestehende Pressenstößel eine nützliche Verringerung des Pressenstößelgewichtes ergibt, ist er in der Herstellung sowohl hinsichtlich der Materialien als auch des Arbeitsaufwandes aufwendig.

Fig. 5 zeigt in verkleinertem Maßstab eine zweite Ausführungsform eines Pressenstößels 50 mit einer Stahlhülse 51, die einen Abschnitt 52 mit verringertem Durchmesser zur Aufnahme eines Preßstempels sowie eine Nut am anderen Ende zur Aufnahme einer Antriebskupplung aufweist. Ein metallisches Kernrohr 53 ist in der Hülse durch einen ersten ringförmigen Block 54 an dem mit der Nut versehenen Ende 56 der Hülse und durch einen zweiten ringförmigen Block 55 in der Nähe des mit Gewinde versehenen Endes 57 des einen veringerten Durchmesser aufweisenden Abschnittes 52 gehaltert. Ein Kunststoffmaterial oder ein plastisch verformbares Material, wie zum Beispiel Polyurethan, Aluminium, Beton und so weiter, das mit 58 bezeichnet ist, wird in den Hohlraum zwischen dem Kernrohr 53 und der Hülse 51 eingebracht, bevor der ringförmige Block eingesetzt wird. Nach dem Verschließen der Hülse läßt man das plastische Material aushärten oder erstarren. Geeignete plastische Materialien schließen Naturgummi, Polymere, wie zum Beispiel Polyurethan, und Zementmaterialien, wie zum Beispiel Aluminiumoxydzement ein.

Die sich bei den beiden vorstehenden Ausführungsformen ergebenden Vorteile sind wie folgt:

• (a) eine gewisse Schwingungsdämpfung in dem Pressenstößel wird in diesem dadurch erreicht, daß Schwingungsenergie in dem nichtmetallischen Material verbraucht wird.
• (b) die Eigenschwingungsfrequenz des Pressenstößels wird geändert, ohne daß dessen Steifigkeit beeinflußt wird.
• (c) die Masse des Pressenstößels wird verringert, so daß die während seiner Verwendung erzeugte Schwingungsenergie kleiner als diejenige ist, die bei einem massiven metallischen Pressenstößel auftreten würde.

Claims (11)

1. Presse zum Ziehen hohler Gegenstände aus Metallblech, mit einem Rahmen zur Halterung eines Preßwerkzeuges, mit einem in Richtung auf die Werkzeughalterung und von diesem fort beweglichen Pressenstößel, und mit Lagern zur Lagerung des Pressenstößels, dadurch gekennzeichnet, daß der Pressenstößel (40; 50) eine Metallhülse (41; 51), einen hohlen Kern (42; 53, 58), der aus einem Material hergestellt ist, das leichter als das der Hülse ist, und der in die Hülse eingesetzt ist, ein erstes Endstück (46; 56), das zum Kuppeln mit Antriebseinrichtungen ausgebildet ist, die an einem Ende des Pressenstößels befestigt sind, und ein zweites Endstück (43; 52) umfaßt, das zur Halterung eines Preßstempels (7) ausgebildet ist, der am anderen Ende des Pressenstößels befestigt ist.

2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Kerns (42) des Pressenstößels aus einem kunststoff- oder kunstharzgebundenen Kohlenstoffasermaterial besteht.

3. Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Kerns (42) des Pressenstößels (40) zumindestens zwei Lagen aus Kohlenstoffasern umfaßt.

4. Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kern (42) des Pressenstößels (40) eine erste Lage der Lagen unter 90° zur Längsachse des Pressenstempels ausgerichtete Kohlenstoffasern aufweist, während eine zweite Schicht unter 45° zu der Achse des Pressenstößels ausgerichtete Kohlenstoffasern aufweist.

5. Presse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Endstück (46) des Pressen­ stempels (40) zwischen einem einen verringerten Durchmesser aufweisenden Kernabschnitt (47) und der Metallhülse (41) eingesetzt ist.

6. Presse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Endstück (46) des Pressen­ stößels (40) durch ein Klebemittel mit dem einen verringerten Durchmesser aufweisenden Kernabschnitt (47) verbunden ist.

7. Presse einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Endstück (43) des Pressenstempels rohrförmig ist und mit einem zweiten Kernab­ schnitt (42A) mit verringertem Durchmesser verbunden ist.

8. Presse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Endstück (43) des Pressenstößels (40) einen nach außen gerichteten Flansch auf­ weist, der sowohl mit der Hülse (41) als auch mit dem Kern verbunden ist.

9. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein metallisches Kernrohr (53) entlang der Länge des Innenteils des Kernmaterials (58) erstreckt.

10. Presse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein metallisches Kernrohr (53) über die gesamte Länge des Innenteils des Kernmaterials (58) erstreckt.

11. Presse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial (58) aus Natur­ gummi, einem Polymer, wie zum Beispiel Polyurethan, oder einem plastischen Material, wie zum Beispiel Aluminiumoydzement ausgewählt ist.