DE2353209C2 - Verfahren zum Herstellen eines einstückigen, einendig offenen Behälters aus Metall, insbesondere Metalldose - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines einstöckigen, einendig offenen Behälters aus Metall, insbesondere Metalldose, bei dem zunächst ein ebener Blechzuschnitt in einen napfartigen Formling mit einem Boden und einer zylinderförmigen Umfangswand etwa gleicher Wanddicke tiefgezogen, anschließend die Umfangswand zur Verminöerung der Wanddicke bei etwa gleichbleibendem Durchmesser des Formlings in axialer Richtung abgestreckt und dann ein Öffnungsseitiger, nach außen vorspringender Randflansch angeformt und beschnitten wird.

Bei der Herstellung von aus zwei Teilen (Deckel und Behälter) bestehenden Dosen bes&ht ein typisches Verfahren darin, daß msn zunächst einen scheibenförmigen Blechzuschnitt herstellt und s.;,esen Blechzuschnitt dann durch einen Tiefziehvorgang in eine flache, napfartige Form überführt Darauf werden der Durchmesser des Formlings verringert und die Tiefe des Formlings vergrößert. Anschließend wird die Umfangswand des Formlings abgestreckt, um die Wanddicke zu verringern und die Tiefe des Formlings weiter zu vergrößern (VR-1 η terpack 1969, S. 600 - 606).

Bei dem bekannten Verfahren ist der napfförmige Formling nach dem Strecken der Umfangswand zylindrisch und weist einen zylindrischen oberen Abschnitt von relativ dünnem Querschnitt auf. Als nächstes muß der Rand mit einem rotierenden Schneidelement getrimmt werden. Hierzu gehört ein Schneiden um den Umfang des Formlings mit dem rotierenden Messer. Hierbei erhält man in der Regel keine kontinuierliche gerade Kante, vielmehr normalerweise eine Ecke oder Schulter am Ende des Schneidvorganges in Form einer Stufe, da das Ende des Schneidvorganges selten genau mit dem Beginn des Schneidvorganges fluchtet.

Bei dem üblichen Verfahren besteht der nächste Schritt darin, das Blech an dem getrimmten Kantenabschnitt auszudehnen, um einen Falzrand zu bilden. Dies führt zu einer weiteren Dehnung des Metalls von einem kleineren Durchmesser auf einen größeren Durchmesser. Hierbei entwickeln sich besondere Spannungskonzentrationen an der Stufe in der Randschnittbegrenzung, was zu den bekannten Einrissen des Randflansches führt. Die Kornorientierung des Metalls verläuft bei diesem bekannten Verfahren in dem Umfangsbereich vor der Ausbildung des Flansches entlang zur Achse paralleler Linien.

Bei der Ausbildung des nach außen gerichteten Flansches werden die Metallkom-Orientierungslinien nach außen geneigt, da hierbei das Blech weiter gedehnt wird. Diese Anordnung der Orientierungslinien ist ein weiterer vorherrschender Anlaß zur Bildung' von Einrissen am Flansch. Um hier entgegenzuwirken, wurden Metallegierungen oder dgL gesucht, die in ihrer Zusammensetzung kritisch sind und höhere Kosten verursachen. Außerdem muß der Winkel, den der

ίο Flansch gegenüber der Achse des Behälters bildet bei der Herstellung begrenzt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und das Herstellungsverfahren für einen solchen tiefgezogenen Behälter so weiterzubilden,, daß man einen Behälter mit einem Randflansch erhält, der einen hohen Widerstand gegen Flanscheinrisse aufweist. Dabei soll das Verfahren außerordentlich einfach und nach Möglichkeit mit hoher Geschwindigkeit ohne die Notwendigkeit umfangreicher Einrichtungen durchgeführt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Formling nach dem Abstrecken bis zum Erreichen eines vorbestimmten Randabschnittes am öffnungsseitigen Ende nachgezogen wird. Hierbei wird der Durchmesser des Formlings bei gleichbleibender Wanddicke der Umfangswand verringert Bei diesem Nachziehvorgang werden axiale Abschnitte der Umfangswand innerhalb eicsr vom Boden zum öffnungsseitigen Ende sich verlagernden Umformzone nacheinan-

JO der in Umfangsrichtung gestaucht und in axialer Richtung gestreckt Der Nachziehvorgang wird vor der axialen Streckung des vorbestimmten Randabschnittes am öffnungsseitigen Ende beendet, so daß der Randflansch mit einer der gestreckten Umfangswand entsprechenden Wanddicke gebildet wird.

Da der Randflansch und die Umfangswand im wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweisen, ist der Randflansch gegenüber der Umfangswand trotz seiner größeren radialen Weite nicht geschwächt und weist damit einen höheren Widerstand gegfn Einreißen auf. Auf diese Weise wird die Nachformbarkeit des Randflansches, die für das Herstellen der Doppelfalznaht zum Verschließen des Behälters erforderlich ist, wesentlich verbessert.

Beim Nachziehen des Behälters werden vorteilhafterweise zunächst ein an die Umfangswand angrenzender Ringabschnitt des Bodens und dann die Umfangswand entlang quer zur Achse des Formlings begrenzter radialer Ziehflächen und einer sich daran anschließenden axialen Ziehfläche mit gegenüber dem Boden geringerem Durchmesser bewegt. Das Nachziehen wird beendet, sobald sich der zur Bildung des Randflansches vorbestimmte axiale Randabschnitt zwischen den radialen Ziehflächen befindet.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung lassen sich alle Schritte von dem Ausstanzen des Zuschnittes aus einer Blechtafel bis zur Ausformung des Bodens und des Randflansches auf ein und derselben Tiefziehpresse in kontinuierlicher Folge durchführen. Dadurch werden

f>o die Herstellungsgeschwindigkeit und die Produktion erhöht, wobei sich die Produktionskosten sowie die Zahl der Maschinen und deren Raumbedarf verringern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Zuschnitt zum Herstellen eines Behälters,

Fig.2 im Querschnitt einen flachen, napfförmigen Formling, der in einem ersten Schritt aus dem Zuschnitt

nach F i g. 1 durch Tiefziehen gewonnen wirrt,

Fig.3 im Querschnitt den Formling nach einem Abstreckvorgang zum Vertiefen des Formlings und zum Verringern der Dicke der Umfangswand,

Fig.4 einen Querschnitt des Behälters nach der weiteren Umformung, Ausformung des Bodens und Anbringung sowie Beschneidung des Randflansches,

Fig.5 im Querschnitt dea fertigen Behälter nach Anbringung von Versteifungswulsten,

F ig. 6 einen Querschnitt einer Tiefziehvorrichtung in der offenen Stellung zum Herstellen eines Behälters gemäß den Schritten nach Fi g. 1 bis 5,

Fig.7 im größeren Maßstab und im Querschnitt einen Abschnitt der Tiefziehvorrichtung nach F i g. 6,

Fig.8 eine zusammengestellte Darstellung der Werkzeuge in verschiedenen Arbeitsstellungen und

Fig.9 im größeren Maßstab einen Teilquerschnitt von der Trimmstation für den Randflansch.

Ein fertiger Behälter 2 wird aus einem kreisscheibenförmigen ebenen Blechzuschnitt 3 hergestellt, der in einen flachen, napfförmigen Formling 4 Oberführt wird, welcher eine Umfangswand 5 und einen Boden 6 sowie ein oben offenes Ende mit einem axiaien Randabschnitt 7 aufweist. Während des hierbei erfolgenden Ziehvorganges erhält man etwa gleiche Dicke der Umfangswand 5 und des Bodens 6. Der flache Formling 4 wird dann einem Abstreckvorgang unterworfen, und zwar derart, daß die Dicke der Umfangswand 5 unter Verlängerung des Formlings 4 verringert wird, um einen vertieften, napfförmigen Formling 4a zu erhalten, dessen Bodendicke unverändert bleibt.

In einer dritten Stufe des Verfahrens wird der vertiefte Formling 4a einem Nachziehvorgang unterworfen. Hierbei wird der Umfangsbereich 10 des Bodsns 6 umgeformt, um einen dickerwandigen unteren Abschnitt 11 der Umfangswand 5 des Behälters 2 zu bilden.

Wie insbesondere aus Fig.4 hervorgeht, weist der Abschnitt 11 die gleiche Dicke wie der Boden 6 auf, während der Außendurchmesser OD der gleiche ist wie der Außendurchmesser des oberen dünnerwandigen Abschnittes 14 der Umfangswand 5. Der innere Durchmesser ID ist jedoch im dickeren Abschnitt 11 geringer als bei dem dünneren Abschnitt 14. Soweit erhält man also einen Metalibehälter 2, insbesondere eine Metalldose, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, bei der das Metall ungleichförmig so verteilt ist, daß die Umfangswand 5 des Behälters 2 einen unteren Abschnitt 11 und Boden 6 gleicher Dicke aufweist, so daß die dickere Wandstärke vor allem in der sehr leicht verletzbaren Ecke 13 des Behälters 2 vorliegt. Der dickere Querschnitt in diesem Übergangsbereich kann wesentlich günstiger Stöße aufnehmen, insbesondere dann, wenn der gefüllte und damit gewichtige Behälter 2 zufällig fallengelassen wird.

Beim Nachziehen kann die Belastung der Umfangswand 5 infolge der Druckwirkungen der Formwerkzeuge dadurch verringert werden, daß der obengenannte Verfahrensschritt, welcher einen Ringabschnitt des Bodens 6 zu einem Abschnitt 11 der Umfangswand 5 gleicher Dicke umformt, dem Nachziehvorgang vorangesehaltet wird. Dabei sorgt die Verlagerung des dickwandigen Abschnittes 11 der Umfangswand 5 an den Bereich des Bodens für die notwendige Festigkeit, um die Möglichkeit eines Einreißens der Umfangswand 5 zu verhindern.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der vertiefte Formling 4a, dessen Umfangswand 5 abgestreckt worden ist, nachgezogen und dabei ein Randflansch 15 belassen wird, der später für die Herstellung einer Doppelfalznäht benötigt wird. Hierdurch wird das schwierige Problem der Flanscheini isse praktisch vollständig beseitigt

Bei den bekannten Verfahren führt das Abstrecken der Umfangswand 5 zu einer Kornorientierungsrichtung im Metall, bei der die Orientierungsiinien parallel zur Längsachse des Behälters 2 ausgerichtet sind, im

ίο Gegensatz dazu wird eine querverlaufende Kornorientierung in Behältern erzielt, zu deren Herstellung drei Teüe, nämlich Umfangswand und zwei Deckel, benötigt werden. Diese Kornorientierung vermeidet das Einreißen des Metalls bei der Ausformung eines "Randflan-

!5 sches. Eine solche Orientierung ist jedoch bei den normalen Tiefziehvorgängen nicht zu erzielen.

Wie am besten aus Fig.4 hervorgeht, ist der Schritt zur Ausformung des dickeren Abschnittes .11 der Umfangswand 5 kombiniert mit dem Schritt, bei dem der Boden 6 einer Formgebung unterworfen wird, sowie mit dem Schritt, bei der der nach außen gerichtete Randflansch 15 am offenen Erv;v des Behälters 2 erzeugt wird. Der Randfiansch 15 w'rd nach seiner Herstellung beschnitten, um eine kreisförmige, glatte Kante 16 zu erzeugen. Dabei fällt ein Ringabschnitt 17 an.

Anschließend kann die Umfangswand 5 einem Wulstformvorgang unterworfen werden, um eine Reihe von Wülsten 19 in dem dünneren Abschnitt 14 zur Erhöhung der Festigkeit der Umfangswand 5 zu erzeugen. Damit ist der Behälter 2 fertig und kann nach entsprechender Füllung über eine Doppelfalznaht mit einem Deckel abdichtend verschlossen werden.

Die F i g 6 und 8 zeigen eine Tiefzieh vorrichtung mit

J5 nacheinander betätigten Stößeln. Die Tiefziehpresse 21 umfaßt ein aus F i g. 8 ersichtliches dreifach wirkendes Formwerkzeug, um das oben erwähnte Verfahren ausführen zu können. Die Tiefziehvorrichtung ist mit einem stationären Pressenbett 22 sowie mit einer diesem gegenüberliegenden beweglichen Stoßplatte 23 ausgerüstet, an der mittels Bolzen 24 ein zentraler Stempel 25 einer aus mehreren teleskopartigen Abschnitten bestehenden Stempelanordnung 26 angebracht ist.

Aus F i g. 6, welche das Formwerkzeug in der offenen Stellung zeigt, wird deutlich, daß die Stempelanordnung 26 gegenüber einer Formwerkzeuganordnung 27 zurückgezogen ist, um zwischen beiden einen Durchgang freizugeben.

"><> Ein Blechband 29 aus einem zur Ausformung der Behälter 2 dienenden Material, vorzugsweise Stahl oder Aluminium, wird durch einen Spalt 28 über eine Abstreifplatte 30 und einen Ziehring 31 gemäß F i p. 7 zugeführt. Die Abstreifplatte 30 und der Ziehring 31

5) l'sfei n, wie am besten aus F i g. 7 deutlich wird, bei der ausgezogenen Stellung koplanare Führungsfläche;n 32, 33, über die die Bodenfläche 34 des Bandes 29 vorgeschoben wird, um die Formöffnung 35 im Ziehring 31 abzudecken.

w) Danach wird ein Abscherstempel 36 in Richtung auf die Schneidkante durch einen Stößel 37 bewegt. Der Abscherstempel 36 weist einen hohlen, zylindrischen Körper 38 mit abgeschrägter unterer Kant? 33 auf, die zusammen mit der Innenseite 40 des Körpers 38 eine innere Schneidkante 41 bildet. Diese schneidet das Material gegen eine äußere Schneidkante 42 des Ziehringes 31 und gleitet über den Ziehring 31, wie insbesondere aus F i g. 8 hervorgeht. Dabei nimmt der

Abscherstempel 36 den Ziehring 31 in einer Bohrung 42' des Körpers 38 auf. Gleichzeitig wird der restliche Teil des Ausgangsmaterials an der äußeren Schneidkante 42 vorbeibewegt und gegenüber der Führungsfläche 32 nach innen gedrückt, und zwar gleichzeitig mit einem Vorgang, bei dem die Abstreifplatte 30 die Federn 43 zusammendrückt und die Bolzen 44, an denen die Abstreifplatte 30 befestigt ist, nach innen drückt. Die Bolzen 44, von denen wenigstens drei vorgesehen sind, gleiten mit ihrem Schaft 45 durch Fluchtung stehende Bohrungen 46 in einer Abstandplatte 47 eines Montageblockes 48. Die Bolzen 44 weisen einen Kopf 49 auf und können an der Abstandsplatte 47 in einer Bohrung SO zur Anlage kommen, um die nach außen gerichtete Bewegung der Abstreifplatte 30 aus der Stellung nach Fig.8 in die Stellung nach Fig.7 zu begrenzen.

Der kreisscheibenförmige Blechzuschnitt 3 wird gleitend zwischen der Führungsfläche 32 des Ziehringes 31 und einer gegenüberliegender. Fische 5! eines Klemmringes 52 gehalten, der innerhalb der Bohrung 42' des Abscherstempels 36 gleiten kann. Der Klemmring 52 wird in die Klemmstellung durch Druckluft überführt, welche unter konstantem Druck in der Druckkammer 53 aufrechterhalten wird, die in einem verbreiterten Abschnitt 54 der Bohrung 42' zwischen einem verbreiterten Kolbenkopf 54' des Klemmringes 52 und einer zum Schließen dienenden Stirnfläche 55 des Stößels 37 gebildet wird. An diesem Stößel 37 ist der Abscherstempel 36 durch Bolzen 57 befestigt, die durch einen nach außen ragenden Flansch 58 des Abscherstempels 36 hindurchragen. Die unter entsprechendem Druck stehende Luft wird durch einen Kanal 59 in den Stößel 37 eingeleitet und gelangt in einen Kanal 60. Entsprechende Dichtringe 61, 62 zwischen dem Klemmring 52 und dem Abscherstempel 36 dienen zur Abdichtung des Druckluftraumes.

O-förmige Ringdichtungen 63 sind in Nuten 64 in einer Bohrung 65 des Klemmringes 52 eingelegt und über ein zylindrisches, äußeres Stempelelement 67 gefädelt, welches durch die Bohrung 65 hindurchragt und so ausgebildet ist, daß es am zentralen Bereich des Blechzuschnittes 3 angreifen und diesen durch eine öffnung 68 im Ziehring 31 drücken kann, wenn Druckluft in eine Kammer 69 eingeführt wird, die in einem Hülsenelement 70 vorgesehen ist, das in den Stößel 71 eingepaßt und an diesem entsprechend befestigt ist. Das Hülsenelement 70 ist gegen eine ringförmige Stößelfläche 72 durch einen flexiblen Elastomer-O-Ring 73 abgedichtet. Der Stößel 71 ist mit einem Druckluftkanal 74 versehen, der mit der ein Druckkissen bildenden Kammer 69 in Verbindung steht, um ein Druckkissen gegenüber dem Kolbenkopf 74' des äußeren Stempels 67 zu bilden. Der Kolbenkopf 74' ist gegen eine innere Bohrung 75 des Hülsenelementes 70 abgedichtet und in seiner nach außen gerichteten Bewegung durch schulterförmigen Eingriff mit der nach innen gerichteten Schulter 75' des Hülsenelementes 70 gesichert, welches an dem Stößel 71 befestigt ist

Der Stößel 71 drückt das Luftkissen in der Kammer 69 zusammen und bewegt das Stempelelement 67, welches anfänglich den mittleren, zur Bildung des Bodens 6 des Formlings 4 dienenden Abschnitt 76 des Blechzuschnittes 3 durch die Öffnung 68 im Ziehring 31 drückt Darauf wird ein Umfangsabschnitt des Blechzuschnittes 3 gezogen, um die zylindrische Umfangswand 5 des Formlings 4 zu bilden. Es wird bemerkt, daß die Umfangswand 5 und der Boden 6 hierbei in ihrer Wandstärke nicht verringert werden, sondern die ursprüngliche Dicke des Blechzuschnittes 3 beibehalten.

Der flache, napfförmige Formling 4 paßt um den

zylindrischen Umfangsabschnitt 77 des äußeren Stempelementes 67 und wird von diesem unterstützt, wenn er

weiter durch eine öffnung 78 abgestreckt wird. Diese wird bestimmt durch eine Streckkantenfläche 79 von geringer Tiefe eines Abstreckringes 80, der auf dem Montageblock in axialer Fluchtung mit dem Ziehring 31 angeordnet ist.

Wenn der Formling 4 durch den Abstreckring 80 gedrückt wird, wird die Dicke der Umfangswand 5, die ursprünglich z. B. etwa 0,24 mm betrug, auf eine Dicke von beispielsweise etwa 0,15 mm verringert, während die axiale Länge der Umfangswand 5 von etwa zunächst 5 cm auf etwa 73 cm vergrößert wird.

Das äußere Stempelelement 67 setzt seine Bewegung fort, um sich bis zu seiner vollen Länge auszudehnen gemäß F i g. 8. An dieser Stelle greift der Umfangsbe-

reich. 10 des Bodens 6 des vertieften Formlings 4a gemäß der zweiten Stufe in F i g. 8 an der oberen Fläche 83 eines Nachziehringes 84 gemäß der dritten Stufe in Fig.8 an. Dieser ist im Pressenbett 22 mit dem Montageblock 48 gehalten. In dieser Stellung wird der Umfangsbereich 10, der sich mit dem äußeren Stempelelement 67 in Fluchtung befindet, in Gleiteingriff zwischen der Fläche 83 des Nachziehringes 84 und der Stirnfläche 85 des äußeren Stempelelementes 67 gemäß F i g. ? gehalten.

jo Danach wird der innere oder zentrale Stempel 25 durch das äußere Stempelelement 67 mittels der Stößelplatte 23 hindurchgeschoben, und zwar in Richtung auf das Pressenbett 22.

Der zentrale oder innere Stempel 25 weist eine Stirnfläche auf, die mit einem dem Boden 6 entsprechenden Profil ausgebildet ist einschließlich einer ringförmigen Umfangswulst 87, welche eine Aushöhlung oder eine Tasche 88 begrenzt. Die Tasche 88 und die Umfangswulst 87 sind komplementär zu einem entge-

gengesetzten Profil 89 am Kopf 90 eines Ausstoßstempels 91, der an dem zentralen Bereich des Bodens 6 angreift. Wenn der zentrale Stempel 25 vorwärtsbewegt wird, formt er nicht nur den Boden 6 gegen das Profil 89 aus, sondern drückt außerdem den Boden 6 durch eine zentrale öffnung 93 des Nachziehringes 84, während der Ausstoßstempel 91 sich durch eine Ausnehmung 92 in den Formblock in zeitlicher Folge mit dem Vorschub des inneren Stempels 25 zurückzieht Wenn der Formling 4 durch den Nachziehring 84 gezogen wird, wird der Umfangsbereich 10 des Bodens 6 nach innen verformt und zwar zunächst quer durch den Spalt zwischen der Fläche 85 des äußeren Stempelelemen'^s 67 und der Fläche 83 des Nachziehringes 84, wobei ein Abschnitt 11 der Umfangswand 5 mit einer dem Boden 6 entsprechenden Wandstärke umgeformt wird. Da der obere Abschnitt 14 der Umfangswand 5 des Formlings 4 bei dieser Verfahrensstufe dünner als der untere Abschnitt ti ist, verformt sich das Metall relativ leicht die Kraft, die erforderlich ist, um den Formling 4 durch die Öffnung 93 zu ziehen, welche durch die Flächen 83 und 85 begrenzt ist wird dabei sehr klein gehalten. Der Nachziehvorgang hat zur Folge, daß eine Druckumfangsbelastung auf das Metall ausgeübt wird, das sich in radialer Richtung zusammenzieht Der Naehziehvorgang wird fortgesetzt bis nur noch ein Randbereich der Umfangswand 5 am oberen offenen Ende verbleibt welcher den nach außen radial vorspringenden Flansch 15 bildet Der innere Stempel 25 weist einen Schneidring

% auf, welcher so angeordnet ist, daß bei weiterer Vorwärtsbewegung des Stempels 25 der Randflansch 15 durch Abscheren des überschüssigen Abschnittes 17 getrimmt wird.

Danach werden der Stempel 25 und das Stempelelement 67 und gleichzeitig der Auswerfstempel 91

vorgeschoben, und zwar durch einen entsprechend zeitgesteuerten Nockenmechanismus 99, der nur schematisch angedeutet ist. Dieser dient dazu, den Behälter 2 aus der Hüllung auszuwerfen in eine Dosenabwurföffnung 98, durch die der Behälter 2 auf eine nicht dargestellte Sammel- oder Abführungseinrichtung fällt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen eines einstückigen, einendig offenen Behälters aus Metall, insbesondere Metalldose, bei dem zunächst ein ebener Blechzuschnitt in einen napfarugen Formling mit einem Boden und einer zylinderfönnigen Umfangswand etwa gleicher Wanddicke tiefgezogen, anschließend die Umfangswand zur Verminderung der Wanddikke bei etwa gleichbleibendem Durchmesser des Formlings in axialer Richtung abgestreckt und dann ein Öffnungsseitiger, nach außen vorspringender Randflansch angeformt und beschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling nach dem Abstrecken bis zum Erreichen eines vorbestimmten Randabschnittes am öffnungsseitigen Ende nachgezogen wird.