DE69225807T2 - Leichter kolben einer maschine zum erzeugen von dosenkörpern - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Die Erfindung betrifft einen Stößel, der bei einer schnellaufenden Vorrichtung zum Bilden langgestreckter, einteiliger Metalldosenkörper aus relativ flachen Bechern verwendet wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stößels.
• Der Hauptteil oder Grundkörper eines sogenannten zweiteiligen Metallbehälters oder einer Dose von jener Art, die oft für Bier und Getränke verwendet wird, umfaßt eine langgestreckte zylindrische Seitenwand, einen einteiligen Boden sowie ein offenes Ende. Derartige Körper werden häufig in Zieh- und Streckmaschinen jener Art gebildet, wie beschrieben in US-A-3 704 619, erteilt am 05.12.1972, US-A-3 735 629, erteilt am 29.05.1973, US-A-4 164 860, erteilt am 21.08.1979 und US-A-4 530 228, erteilt am 23.07.1985. Die in den genannten Patenten beschriebenen Vorrichtungen erzeugen Dosenkörper aus Stanzlingen in Gestalt relativ flacher Becher, und zwar dadurch, daß ein hin- und hergehender Stößel jeden Becher durch ein Gesenkpaket hindurchdrückt, umfassend eine Anzahl ringförmiger Gesenkelemente mit Öffnungen, die abgestuft sind. Jedes Werkstück läuft zunächst durch die größte Öffnung hindurch, und jede nachfolgende Öffnung, durch welche das Werkstück hindurchgetrieben wird, ist geringfügig kleiner als die vorausgehende Öffnung, durch die das Werkstück hindurchgetrieben wurde.
• Ein austauschbarer Stempel, der am Vorderende des Stößels angeordnet ist, erfaßt jeden Becher, um ihn durch das Gesenkpaket hindurchzudrücken. Das rückwärtige Ende des Stößels ist an den Antrieb angeschlossen, der den Stößel entlang seiner horizontal verlaufenden Längsachse mittels eines Vorwärts-Arbeitshubes hindurchgehen läßt, gefolgt von einem Rückwärts- Rückführhub.
• Stößel werden üblicherweise aus einem einzigen Stück eines Stabes hergestellt. Dies bedingt erhebliche Beschränkungen bezüglich des leichten Bearbeitens des Innenraumes des hohlen langgestreckten Haupt- Mittelabschnittes des Stößels. Dieses Problem tritt deshalb auf, weil die Axialkanäle an beiden Enden des Stößels im Durchmesser begrenzt sind; sie sind beträchtlich kleiner als der Durchmesser des mittleren Abschnittes, der diesem mittleren Abschnitt die erforderliche mechanische Festigkeit verleiht, ohne eine übermäßig große Wandstärke zu haben. Somit ist die Wandstärke des Haupt-Mittelabschnittes beim Stande der Technik unvergleichlich viel größer als notwendig, um die Festigkeitsanforderungen zu erfüllen, so daß die Stößel unnötig schwer sind.
• Ein Stößel gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 7 ist bekannt aus US-A-4 164 860.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Um einen relativ leichten Stößel zu schaffen, gibt die vorliegende Erfindung eine einheitliche Struktur an, die dadurch aufgebaut ist, daß ein Nasenteil und ein Endteil metallurgisch an einander gegenüberliegende Enden einer langgestreckten dünnwandigen Hülse gebunden wird, die den Hauptabschnitt bildet. Das Binden erfolgt durch Verwenden von Elektronenstrahlschweißung, was eine Verbindungsfestigkeit erzeugt, die für sämtliche praktischen Zwecke gleich jener Festigkeit ist, die bei einem aus einem einzigen Stück eines Stabes hergestellten Stößel anzutreffen ist. Die Hülsenwandstärke wird derart bemessen, daß sie nicht wesentlich jene Dicke überschreitet, die notwendig ist, um eine genügend große Festigkeit für jene Arbeit zu schaffen, die der Stößel ausführen soll, wobei das Gewicht minimiert wird. Die Verringerung des Gewichtes, erzielt durch Zusammenschweißen dreier Einzelteile zum Bilden des Stößels, ist erheblich und führt zu einer gesteigerten Dosenproduktion, da ein Anstieg der Arbeitsfrequenz der Maschine möglich ist.
• Der Erfindung liegt daher die Hauptaufgabe zugrunde, einen relativ leichten Stößel für eine Dosenkörper-Herstellvorrichtung zu schaffen.
• Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Stößel dieser Art zu schaffen, der aus drei Elementen aufgebaut ist, die metallurgisch aneinandergebunden sind, um eined einteilige Konstruktion zu schaffen.
• Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Stößel dieser Art zu schaffen, der hergestellt wird durch Anwenden von Elektronenstrahlschweißtechniken.
• Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Stößel dieser Art zu schaffen, bei welchem der langgestreckte Haupt-Mittelabschnitt ein Längen-Wandstärken- Verhältnis aufweist, das größer als einhundert ist und das einen Axialkanal eines Durchmessers aufweist, der größer als 75 % des Außendurchmessers des langgestreckten Haupt-Mittelabschnittes ist.
• Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Stößel dieser Art zu schaffen, der eine erhöhte Maschinengeschwindigkeit erlaubt.
• Diese Aufgaben wie auch andere Aufgaben der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine Teilschnitt-Aufrißansicht eines leichten Stößels unter Verwendung der Lehren der Erfindung.
• Fig. 2 ist eine stirnseitige Ansicht des Stößels, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1.
• Im folgenden soll auf die Figuren eingegangen werden.
EINZELBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Stößel 10 ist eine Schweißkonstruktion, hergestellt durch Verwenden einer Schweißnaht 14, um Nasenteil 12 metallurgisch an das frontseitige Ende des dünnwandigen hülsenförmigen Mittelabschnittes 11 anzubinden, und Schweißnaht 15, um Endstück 13 an das rückwärtige Ende des Hauptabschnittes 11 anzubinden. Die Schweißnähte 11, 15 sind die Ergebnisse sogenannter Elektronenstrahlschweißung. Hauptabschnitt 11 hat üblicherweise eine Länge L, die etwa 1,06 m (42 Zoll) beträgt, und ist wenigstens hundert Mal größer als die Wandstärke T von Hauptabschnitt 11. Bei einem praktischen Fall hat der Hauptabschnitt 11 einen Außendurchmesser von annähernd 6,35 cm (2,5 Zoll) und einen Innendurchmesser von etwa 5,0 cm (2 Zoll). Dies führt zu einer Wandstärke von 6,35 mm (1/4 Zoll), was eine Verringerung von 64 % von 15,9 mm bis 17,5 mm (5/8 Zoll bis 11/16 Zoll) der Wandstärke des Zentralabschnittes bei vorbekannten Stößeln ist, die aus Einzelstücken von Stäben hergestellt werden. Beträgt die Wandstärke des Hauptabschnittes 11 3,18 mm (1/8 Zoll), so ist dies eine 82 %ige Verringerung von den 17,5 mm (11/16 Zoll) Wandstärke beim Stande der Technik.
• Geeignete axiale Längen des Nasenteiles 12 und des Endteiles 13 sind annähernd 16,8 cm (6,6 Zoll) bzw. 4,32 cm (1,7 Zoll). Die Durchmesser der Axialkanäle 16,17 des Nasenteiles und des Endteiles sind etwa 19 mm (3/4 Zoll), obgleich Kanal 16 als geringfügig größer im Querschnitt dargestellt ist als Kanal 17.
• Nasenteil 12 ist derart gestaltet, daß es Stempelnase 21 und Buchse 22 trägt und in Wirkposition bringt, wobei die letztere die zylindrische äußere Mantelfläche 19 von Nasenteil 12 umgibt und auf dieser stramm sitzt. Die Stempelelemente 21, 22 sind durch eine Halteschraube 23 an Ort und Stelle gehalten, die ein Außengewinde aufweist, das mit einem Innengewinde 24 an der Vorderseite von Kanal 16 zusammenwirkt. Am Ende der Stempelbuchse 22 entfernt von Nase 21 ist ein Abstandsring 27 zwischen Buchse 22 und Nasenteilschulter 18 zwischengefügt.
• Endteil 13 ist derart gestaltet, daß es an einen (nicht gezeigten) Antrieb angeschlossen wird, um den Stößel 10 entlang dessen Längsachse 25 hinund hergehen zu lassen. Ein geeigneter Antrieb für den Stößel 10 wie auch andere Einzelheiten einer Dosenkörper-Herstellungsvorrichtung sind in den genannten US 3 704 619, 3 735 629 und/oder 4 530 228 beschrieben.
• Die Elektronenstrahlschweißung, die die Schweißnähte 14 und 15 und damit eine metallurgische Bindung zwischen den Elementen 11,12 und 13 herstellt, bewirkt eine Befestigungs-Festigkeit, die für praktische Zwecke gleich einer einteiligen Konstruktion ist.
• Da die Wand des hülsenförmigen Hauptabschnittes 11 im wesentlichen nicht stärker als notwendig ist, hat Stößel 10 ein geringeres Gewicht, so daß die Trägheitskräfte reduziert werden. Vergleicht man Stößel 10 mit vorbekannten Stößeln, so sind Gewichtsverringerungen von bis zu 45 % erzielbar. Deshalb wird die Fundamentschwingung verringert und der Maschinenverschleiß geht deutlich nach unten, was ein Steigern der Maschinengeschwindigkeiten ohne nachteilige Auswirkungen erlaubt. Stößel 10 ist auch austauschbar gegen Stößel von herkömmlichem einteiligen Aufbau.
• Die Elemente 11, 12 und 13 sind aus einer Stahllegierung hergestellt, wobei für diesen Zweck 9310 VAR geeignet ist. Sobald die Elemente 11, 12 und 13 axial fluchten und sodann durch die Schweißnähte 14, 15 miteinander verbunden sind, wird die Einheit einem Spannungsfreimachen, einem Karburieren sowie Fertigbearbeitungsvorgängen unterworfen, eingeschlossen das Bilden des Gewindes 24. Als Alternative kann das Spannungsfreimachen lediglich lokal im Bereich der Schweißnähte 14, 15 nach deren Aufbringen vorgenommen werden, bevor die Elemente 11, 12, 13 montiert werden.

Claims (10)

1. Leichter Stößel (10) für eine Hochgeschwindigkeits-Vorrichtung, die relativ langgestreckte Dosenkörper dadurch herstellt, daß relativ flache Becher durch ringförmige Gesenke hindurchgetrieben werden, wobei der Stößel ein Nasenteil (12) umfaßt, derart gestaltet, um einen Stempel (21, 22) am Stößel (10) zu tragen und in Wirkposition zu bringen, ein Endstück (13), das zum Anschluß an einen Antrieb vorgesehen ist, der den Stößel (10) entlang von dessen Längsachse hin- und hergehen läßt, eine langgestreckte, relativ dünnwandige Hülse (11) mit einem Frontende und einem rückwärtigen Ende; wobei die Hülse (11), das Nasenteil (12) und das Endteil (13) axial miteinander fluchten, wobei die Hülse (11) zwischen Nasenteil (11) und Endteil (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin eine erste Schweißnaht (14) umfaßt, die das Endteil (12) an der Hülse (11) am genannten Frontende befestigt und sich nach vorn erstreckt, eine zweite Schweißnaht (15), die das Endteil (13) an der Hülse am genannten rückwärtigen Ende befestigt und sich nach hinten erstreckt, wobei die Hülse (11) einen Axialkanal aufweist, der einen Durchmesser hat, der größer als 75 % des Außendurchmessers der Hülse (11) ist.

2. Stößel nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Schweißnaht (14, 15) die Hülse (11) metallurgisch mit dem Nasenteil (12) bzw. dem Endteil (13) verbinden.

3. Stößel nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Schweißnaht (14, 15) durch Elektronenstrahlschweißung hergestellt werden.

4. Stößel nach Anspruch 1, wobei die Hülse (11), das Nasenteil (12) und das Endteil (13) aus einer Stahliegierung aufgebaut sind.

5. Stößel nach Anspruch 1, wobei die Hülse (11) eine Länge aufweist, die größer als das Hundertfache ihrer Wandstärke ist.

6. Stößel nach Anspruch 5, wobei Axialkanäle in der Hülse (11), im Nasenteil (12) und irn Endteil (13) miteinander fluchten, und wobei der Kanal in der Hülse (11) einen Durchmesser aufweist, der wenigstens das Zweifache des Durchmessers der Axial kanäle des Nasenteiles (12) und des Endteiles (13) hat.

7. Verfahren zum Herstellen eines leichten Stahlstößels (10) für eine schnellaufende Vorrichtung, die relativ langgestreckte Dosenkörper dadurch erzeugt, daß relativ flache Becher durch ringförmige Gesenke hindurchgetrieben werden, wobei das Verfahren die Schritte des Herstellens eines Nasenteiles (12) umfassen, gestaltet zum Tragen und in Wirkpositionbringen eines Stern pels (21, 22) am Stößel (10) sowie des Herstellens eines Endteiles (13), gestaltet zum Anschließen an einen Antrieb zum Hin- und Hergehenlassen des Stößels (10) entlang seiner Längsachse, dadurch gekennzeichnet, daß das Nasenteil (12) mit dem Frontende einer langgestreckten dünnwandigen Hülse (11), und das Endteil (12) mit dem rückwärtigen Ende der Hülse (11) metallurgisch verbunden werden, um einen Stößel (10) zu bilden, bei welchem Hülse (11), Nasenteil (12) und Endteil (13) miteinander fluchten.

8. Verfahren zum Herstellen eines Stößels nach Anspruch 7, wobei die metallische Bindung das Ergebnis einer Elektronenstrahlschweißung ist.

9. Verfahren zum Herstellen eines Stößels nach Anspruch 8, wobei im Anschluß an den metallurgischen Bindeschritt der Stößel einem Spannungsfreimachen und Karburieren unterworfen wird.

10. Verfahren zurn Herstellen eines Stößels nach Anspruch 7, ferner urnfassend die Schritte der Wärmebehandlung der Hülse (11), des Nasenteiles (12) und des Endteiles (13) vor ihrem gegenseitigen Miteinanderverbinden; und des Spannungsfreimachens der miteinander vereinigten Hülse (11), dem Nasenteil (12) und dem Endteil (13) lediglich an örtlich begrenzten Bereichen in der Nähe der Grenzfläche zwischen Hülse (11) und Nasenteil (12) und der Grenzfläche zwischen Hülse (11) und Endteil (13).