DE2843742A1

DE2843742A1 - Verfahren und vorrichtung zum abstrecken von behaeltern

Info

Publication number: DE2843742A1
Application number: DE19782843742
Authority: DE
Inventors: Edward G Maeder
Original assignee: National Can Corp
Current assignee: National Can Corp
Priority date: 1977-10-11
Filing date: 1978-10-06
Publication date: 1979-04-12
Also published as: JPS5464069A; GB2005580A; MX146816A; IT7828647A0; BE871145A; IT1100849B; GB2005580B; AU527699B2; AU4056078A; NL7809697A; US4148208A

Description

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N 1-1

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ABSTRECKEN VON BEHÄLTERN

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf gezogene und abgestreckte Behälter, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen derartiger Behälter. Wenngleich die Beschreibung anhand der Herstellung von Bier- und/oder Getränkebehältern bzw. -dosen erfolgt, ist die Erfindung selbstverständlich auch auf andere Zieh- und Abstreck-Verfahren anwendbar.

Ein Zieh- und Abstreck-Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Behälter mit zylindrischer Seitenwand und einheitlicher oder einstückiger Endwand wird seit einigen Jahren in der Behälter-Herstellindustrie verwendet. Das übliche Verfahren, das bei der Herstellung von Behältern, insbesondere Behältern zum Verpacken von Bier und/oder kohlesäurehaltigen Getränken verwendet wird, besteht im Zuschneiden einer Scheibe vorgegebenen Durchmessers und im wesentlichen simultanen Umformen der Scheibe in einen Napf oder- einen Becher. Der Becher wird dann einer

SIEBERTSTH. 4 · 8000 MÜNCHEN Se · POB 860310 · KABEL·: RHEINFÄTENT TEL·. (088) 471079 · TELEX 5-220

Spezialpresse zugeführt, die im allgemeinen als Zieh- und Abstreck-Presse (Bodymaker) bezeichnet wird, in der bzw. in dem der Becher anfangs auf einen kleineren Durchmesser, den endgültigen Durchmesser der Innenseite des Behälters nachgezogen wird und die Wanddicke des nachgezogenen Bechers dann mittels Abstreckwerkzeugen oder -ringen verringert wird, die mit einem Stempel zusammen wirken, der den Becher durch die Abstreckringe bewegt (vgl. z.B. Edward G. Maeder, "Drawn and Ironed Can, Understanding the Technology" in Aerosol Aid Magazine, Nov. 1973).

Bei einem anderen herkömmlichen Verfahren zum Herstellen dünnwandiger Behälter, wird die Scheibe anfangs in einen Becher umgeformt, der einen Innendurchmesser gleich dem endgefertigten Behälter besitzt, wobei die Seitenwanddicke des Bechers* durch Abstreckringe verringert wird, die mit einem Stempel in einer der beschriebenen Weise ähnlichen Weise zusammenwirken.

Während vieler Jahren wurden die meisten der tiefgezogenen und abgestreckten Behälter aus Aluminium geformt. Seit kurzem ist Weißblech, das aus Schwarzblech (black plate) besteht, das an beiden Seiten mit einer dünnen Schicht aus Zinn bedeckt ist, ein zulässiger Ersatzstoff für das AIuminium beim Herstellen tiefgezogener und abgestreckter Behälter geworden. Wenngleich festgestellt worden ist, daß Weißblech ein zulässiger Ersatz und ausreichender Ausweichstoff für Aluminium ist, ist jedoch die Verfügbarkeit von Zinn für diesen Werkstoff begrenzt. Darüberhinaus sind die Hersteller stetig bemüht, die Herstellkosten für Behälter zu verringern. Es werden daher seit kurzem Anstren- · gungen gemacht, um tiefgezogene und abgestreckte Behälter aus Schwarzblech ohne Verwendung einer Zinnbeschichtung darauf herzustellen.

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Ein Problem, das ein wesentlicher Faktor beim erfolgreichen Herstellen von tiefgezogenen und abgestreckten Behältern war, insbesondere solchen aus Weißblech oder Schwarzblech, ist das Abstreifen des endgefertigten oder vollendeten Behälters von dem Stempel. Die Probleme beim Abstreifen beruhen primär auf dem Schrumpfen des Behälters auf dem Stempel nach dem letzten Abstreckschritt und vor dem tatsächlichen Durchführen des Abstreifens , wodurch sich große Reibungskräfte zwischen dem Behälter und dem Stempel ergeben. Die Probleme beim Abstreifen sind am größten, wenn der Temperaturgradient zwischen dem Stempel und dem Behälter hoch ist, wie dann, wenn ein Betrieb bei Bearbeitung mit Umgebungstemperatur beginnt. Auf diese Weise müssen viele Behälter weggeworfen werden, weil sie während des Abstreifens beschädigt worden sind. In manchen Fällen sind während des Anlaufens oder Anfahrens die Behälter nicht annehmbar, da sie zu kurz sind, was daraus folgt, daß die Wanddicke zu dick ist wegen des Kalt-Bearbeitens.

Eine weitere Schwierigkeit, die beim Herstellen tiefgezogener und abgestreckter Schwarzblechbehälter auftritt, ist, daß der Behälter leicht an den Abstreckwerkzeugen während des Abstreck-Betriebsschrittes festfrist oder steckenbleibt. Es wurde festgestellt, daß das Festfressen des Behälters am Werkzeug eine Funktion des Drucks und der Temperatur ist, die während der plastischen Verformung der Wand erzeugt werden, sowie der Art des Werkzeug-Werkstoffs und des Behälter-Werkstoffs. Die zum Verringern der Wanddicke erforderlichen Drücke sind durch den Werkstoff bedingt, der zum Formen des Behälters verwendet wird. Daher ist als einziger Parameter die Temperatur Steuer- bzw. regelbar, wenn die plastische Verformung auftritt.

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Um die Temperatur des Behälters und der Bearbeitung während des Tiefzieh- und AbStreckverfahrens zu verringern, ist es üblich, ein strömendes Kühlmittel, das auch ein Schmiermittel enthält, der Oberfläche des Behälters während des Abstreckverfahrens zuzuführen. Es wurden schon Anstrengungen gemacht, um eine Idealtemperatur für das Kühl-/Schmiermittel auszubilden«

Es wurden auch schon Anstrengungen unternommen, Schmiermittel zu entwickeln, die den hohen Drücken und Temperaturen widerstehen können, die bei dem Tiefzieh- und Abstreckverfahren auftreten. Eines der Probleme, die bei der Entwicklung derartiger Schmierstoffe auftreten, ist es, den Schmierstoff an der Zwischenstelle zwischen dem Becher und den Abstreckwerkzeugen am Eingang in das Werkzeug aufrechtzuerhalten. Es wurde festgestellt, daß bisher nur Beschichtungen wie organische Beschichtungen, Phosphate und Zinn ausreichende Viskosität oder Zähigkeit besitzen, um der erforderlichen Scherkraft zu widerstehen, um in die Zwischenfläche oder Zwischenstelle zwischen dem Werkzeug und dem Becher einzutreten und als wirksames Schmiermittel zu dienen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Tiefziehen 'and Abstrecken von Behältern anzugeben, bei denen ein einfacheres bzw. leichteres Abstreifen möglich ist.

Es wurde nun festgestellt, daß die Probleme beim Abstreifen von Behältern, die aus entweder Weißblech oder Schwarzblech hergestellt sind, wesentlich dadurch verringert werden können, daß der Stempel auf einer vorgegebenen Temperatur über der Umgebungstemperatur des in eine Tiefzieh-

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und Abstreckmaschine eintretenden Bechers gehalten wird, insbesondere wenn das Verfahren begonnen wird.

Insbesondere erreicht das Verfahren gemäß der Erfindung ein Abstreckverfahren zur Herstellung abgestreclcter Behälter aus einem kreisförmigen Metall-Zuschnitt durch Umformen der Zuschnitte in Becher, Anordnen der Becher an einem Stempel, der axial zu Abstreckwerkzeugen ausgerichtet ist, und Bewegen des Stempels und der Werkzeuge relativ zueinander,um die Wanddicke der Seitenwand des Bechers zu verringern und den abgestreckten Behälter zu erzeugen. Während eines derartigen Abstreckens der Behälterwand strömt ein fluides Medium oder Fluid durch den Stempel und wird das Fluid auf einer vorgegebenen Temperatur über der anfänglichen Umgebungstemperatur des Bechers gehalten, wenn dieser in die Abstreckmaschine eintritt.

Es wurde festgestellt, daß dieses besondere Verfahren den Temperaturgradienten zwischen dem Behälter und dem Stempel während des letzten Abstreckschrittes verringert, wodurch das Schrumpfen des Behälters auf dem Stempel aufs äußerste verringert wird, wodurch wieder die Kraft verringert wird, die zum Abstreifen des Behälters vom Stempel erforderlich ist. Ein sehr wesentliches Merkmal beim Aufrechterhalten dieser vorgegebenen Temperatur ist, daß ein Dauer- oder Beharrungszustand für das Verfahren in sehr kurzer Zeit erreicht werden kann. Die primäre Größe beim Erreichen eines Dauerzustandes ist es, sicher~ zustellen, daß der erste Behälter auf zufriedenstellende Weise vom Stempel abgestreift werden kann. Andernfalls ist es sehr schwierig oder umständlich, das Verfahren auszulösen bzw. zu beginnen. Der Wirkungsgrad des Ver-

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fahrens wird weiter dadurch erhöht, daß das Kühlen der Abstreckwerkzeuge während des Abstreckverfahrens optimiert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Oberfläche des Wolframcarbid-Einsatzes der Werkzeuge aufs äußerste erhöht wird, die dem Kühlfluid ausgesetzt ist.

Insbesondere enthält jeder Wolframcarbid-Einsatz oder -Ring des Abstreckwerkzeuges einen Ringkörper mit einer im wesentlichen Kreisöffnung mit einer vorderen oder Eintrittsflache und einer hinteren oder Austrittsfläche, die sich im wesentlichen senkrecht zvr Achse der Kreis-Öffnung erstrecken. Eintritts- und Austrittsfläche besitzen jeweils mehrere Nuten oder Vertiefungen, die sich vom Umfang des Körpers zur mittleren Öffnung erstrecken^ zur Aufnahme einer Flüssigkeit,um Wärme vom Körper auf die Flüssigkeit während des Abstreckverfahrens zu übertragen .

Bei einer besonderen Ausbildung des Abstreckrings sind die jeweiligen Nuten gekrümmt und schneiden den Innenrand des Gliedes unter einem Winkel zur Radialebene dieser Öffnung. Die gekrümmten Nuten besitzen Mitten, die seitlich von der Mitte der öffnung so versetzt sind, daß die Strömung durch die Nuten nahezu tangential zum Innenrand des Abstreckrings ist. Weiter sind die jeweiligen Nuten an den entgegengesetzten Flächen miteinander längs einer weiteren Nut verbunden, die ein Paar von in Umfangsrichtung beabstandeten Nuten an der Eintritts- bzw. der Austrittsfläche verbindet. Diese Anordnung ermöglicht es, daß das Fluid in jede' Gruppe von drei miteinander verbundenen Nuten an einer Kante des Werkzeugglieds so zwangsbewegt wird, daß das Fluid in beide Richtungen durch die jeweiligen Nuten strömt.

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Die große Oberfläche des Wolframcarbid-Einsatzes,der ein hohes Ausmaß an Wärmeleitfähigkeit besitzt, erhöht die Wärmeübertragung vom Werkzeug auf das Kühlfluid auf das äußerste. Auf diese Weise wird Wärme in sehr wirksamer Weise von den kritischsten'Flächen entfernt, nämlich der Zwischenstelle zwischen Werkzeug und Metall.

Die Erfindung gibt also ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines tiefgezogenen und abgestreckten Behälters aus einem kreisförmigen Zuschnitt an. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren strömt ein fluides Medium oder Fluid durch den Stempel einer Tiefzieh- und Abstreckmaschine und wird das Fluid auf einer vorgegebenen Temperatur über der Anfangs-Umgebungstemperatur eines Bechers gehalten, der in einen tiefgezogenen und abgestreckten Behälter umgeformt wird. Das Verfahren enthält auch das Abkühlen der Abstreckwerkzeuge dadurch, daß eine Flüssigkeit durch Nuten geführt wird, die in den Ringen der Werkzeuge vorgesehen sind, wobei die Ringe aus Wolframcarbid hergestellt sind. Die Nuten in den Abstreckwerkzeugen sind nicht radial in bezug auf die Mitte der Öffnung im Ring derart, daß das Fluid eine Tangentialkomponente der Strömung besitzt und in einem im allgemeinen kreisförmigen Verlauf innerhalb der ümfangsgrenzen der Werkzeugöffnung fließt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 im Teilschnitt verschiedene Teile einer

Abstreckmaschine ,·

Fig. 2 vergrößert im Schnitt den Stempel gemäß Fig. 1,

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Fig. 3 vergrößert in Aufsicht einen Abstreckring-Einsatz,

Fig. 4 eine Auschnittsvergrößerung des Abstreck-

ring-Einsatzes gemäß Fig. 3, Fig. 5 vergrößert eine Ansicht des Abstreckring-

Einsatzes und zwar von oben in Fig. 4,

Fig. 5a einen Teilschnitt 5a-5a in Fig. 5_f

Fig. 6 einen Teilschnitt eines einzigen Abstreckringes bzw. -Einsatzes, der in einer Traganordnung befestigt ist.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbei·· spiels erläutert, wobei selbstverständlich noch andere Weiterbildungen und Ausbildungen möglich sind.

Fig. 1 zeigt allgemein den Abstreck-Abschnitt einer Tiefzieh- und Abstreckmaschine 10 oder eines Bodymakers zum Tiefziehen und Abstrecken eines Bechers zu einem Behälter, Der Begriff "Becher" bezeichnet den Körper des Behälters während aller Fertigungsstufen, bis der endgültig gefertigte Behälter geformt worden ist. Die Tiefzieh- und Abstreckmaschine 10 enthält eine Stempelanordnung 12, die einen Becher 14 erhält, der mit dem Umfang eines Stempels 30 der Stempelanordnung 12 übereinstimmt. Der Becher 14 kann auf den Durchmesser des Stempels 30 rückgezogen werden unter Verwendung eines Rückziehmechanismus, der Teil des Bodymakers bzw. der Tiefzieh- und Abstreckmaschine 10 ist, oder der Becher 14 kann auch anfangs auf den Durchmesser des Stempels 30 verformt werden. Der Becher 14 wird durch mindestens zwei Ab streckwerk zeuge 2O zwangsbewegt, die jeweils einen Ring oder Einsatz aufweisen, der zwischen Gliedern oder Platten 22 und 24 getragen ist. Ein Abstreck-

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Werkzeug 20 wird weiter unten ausführlich erläutert werden. Die endgültig gefertigten Behälter werden dann von der Stempelanordnung 12 mittels eines Abstreifmechanismus 26 abgestreift, wobei dieser übliche Bauart aufweisen kann.

Vor Erläutern der Einzelheiten der Erfindung werden die beim Tiefziehen und Abstrecken eines Behälters auftretenden Probleme kurz erläutert. Wie bekannt, ist die gesamte mechanische Eingangsenergie, die zur plastischen Verformung der Seitenwand eines Behälters erforderlich ist, nach der Verformung in Form von Wärmeenergie vorhanden. Die wesentlichsten Bereiche, an denen diese Wärmeenergie oder maximale Temperatur auftritt, sind die Zwischenflächen oder Zwischenbereiche zwischen dem Werkzeug und dem Behälter und die Zwischenfläche oder der Zwischenbereich zwischen dem Behälter und dem Stempel. Das ist der Bereich bzw. die Stelle, an der die tatsächliche Verformung stattfindet, wobei die hohe Temperatur zusammen mit dem hohen örtlichen Druck ein Festfressen, einen Abrieb, eine Metallaufnahme usw. des Werkzeug-Rings verursachen kann.

Darüberhinaus steigt während des fortschreitenden Verfahrens die zurückgehaltene Wärme in den Werkzeugen auf irgendeinen unbestimmten Wert an_f der von der Betriebszeit abhängig ist. Wenn beispielsweise eine Presse anläuft, sind der Stempel und die Werkzeuge auf Umgebungstemperatur und es muß eine Anzahl von Behältern hergestellt werden, bevor die Behälter-Höhe richtig zu sein scheint. Es wird angenommen, daß das darauf beruht, daß Wärme dem Stempel und den Werkzeugen von den ersten wenigen Behältern zugeführt wird, um die Werkzeuge auf irgendwelche

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Betriebs-Temperaturparameter zu bringen. Während dieses Zeitabschnittes können tatsächlich der Stempeldurchmesser und die Werkzeug-Öffnung sich im Durchmesser so ändern, daß der Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Stempel verringert wird, wodurch die Wanddicke verringert wird und die Höhe des Behälters erhöht wird und zwar ausreichend für die gewünschten Zwecke.

Mit fortschreitendem Betrieb überträgt jedoch jeder Behalter weiterhin etwas seiner Wärme auf den Stempel, weshalb der Stempel bald auf einer Temperatur über der Umgebungstemperatur des ankommenden Bechers derart ist, daß der Stempel Wärme von seinem Körper auf den Becher überträgt bei dessen Eintritt in den Bodymaker. Folglich kann, wenn eine Maschine ohne Unterbrechung viele Stunden lang läuft,ohne geeignete Zufuhr eines Kühlmittels das Verfahren sehr heiß werden und können die Temperaturen ansteigend sein trotz eines großen Temperaturgradienten zwischen dem Stempel und den Werkzeugen und dem Kühlmittel. D.h., daß die Werkzeuge in ihrer Temperatur weiter ansteigen können und einen kritischen Temperaturschwellenwert für ein bestimmtes Metall erreichen können. Beim Herstellen tiefgezogener und abgestreckter Behälter aus Weißblech beispielsweise kann diese Temperatur als die Schmelztemperatur des Zinns angenommen werden, die 232°C (450⁰F) be- " . ■_ · trägt. Wenn auch die Parameter nicht bekannt sind, gibt es auch ähnliche Schwellenwerttemperaturen für sowohl Schwarzblech als auch Aluminium.

Ein weiterer Faktor, auf den oben schon hingewiesen worden ist, ist die Wanddicke des Behälters. Einer der wesentlichen Faktoren bei der Bestimmung der Wanddicke ist der exakte Werkzeug-Spalt, d.h. der Innendurchmesser des Ab-

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Streckwerkzeugs und der Außendurchmesser des Stempels, wenn ein Behälterkörper hergestellt wird. Mit zunehmender Bearbeitungstemperatur nimmt selbstverständlich der Werkzeugspalt ab und nimmt folglich die Wanddicke des Behälterkörpers ab.

Weiter ist die Größe des Werkzeugspaltes in der letzten Abstreckstufe die wesentlichste, da sie im allgemeinen die endgültige Wanddicke des Behälters bestimmt, wobei die Wanddicke wieder von der Bearbeitungstemperatur abhängt, wenn der Behälter durch das letzte ALstreckwerkzeug hindurchtritt.

Gemäß einem ersten wesentlichen Merkmal der Erfindung wurde festgestellt, daß das anfängliche Erwärmen oder Anheizen der Stempelanordnung auf eine bestimmte vorgegebene Temperatur über der Umgebungstemperatur für den Behälter und anschließendes Aufrechterhalten der Temperatur des Stempels auf dieser vorgegebenen Temperatur einen wesentlich gleichförmigeren Werkzeugspalt oder Arbeitsspalt erzeugt und somit eine wesentlich gleichmäßigere Wanddicke für alle Behälter.

Das Aufheizen oder Erwärmen der Stempelanordnung 12 wirdwie in Fig. 2 dargestellt erreicht, in der die Stempelanordnung 12 ausführlich dargestellt ist. Die Stempelanordnung 12 besteht aus einer Umfangshülse bzw. einem Stempel 30 am freien äußeren Ende, der. aus Wolframcarbid be- ^: steht und auf einem mittleren Abschnitt oder Stößel 32 getragen ist, der aus Stahl hergestellt ist. Der Wolframcarbid-Stempel 30 besitzt ein vorgeformtes Ende 34, das mit einem (nicht dargestellten) hauben- oder kuppelbildenden Glied zusammenwirkt, um die endgültige hauben- oder

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kuppeiförmige Ausbildung der Endwand des Behälters zu erzeugen. Die Außenhülse bzw. der Stempel 30 ist auf dem mittleren Abschnitt oder Stößel 32 über ein Endglied 38 gehalten.

Die Stempelanordnung 12 besitzt auch, ein Mittelrohr 36, das sich über deren gesamte Länge erstreckt und längs der Mitte offen ist zur Aufnahme von Luft, die zur Unterstützung des Abstreifens des endgültig gefertigten Behälters vom freien Ende des Stempels 30 verwendet werden kann.

Der Stößel 32 besitzt eine Bohrung oder öffnung 40, die sich über dessen Länge erstreckt und die im wesentlichen größeren Durchmesser besitzt als der Ümfangsdurchmesser des Mittelrohres 36. Eine Hülse 42 ist zwischen dem Mittelrohr 36 und der Öffnung 40 angeordnet, und zwar sind konzentrisch angeordnet das Rohr 36, die Hülse 42 und die öffnung 40, um so zwei Strömungswege 44 und 46 zu bilden.

Der innere Strömungsweg 44 steht mit dem Außenumfang des Stößels 32 über eine öffnung 48 so in Verbindung, daß eine Quelle eines fluiden oder fließenden Mediums,, kurz eines Fluids, daran angeschlossen werden kann. Das äußere Ende des inneren Strömungswegs 44 ist über Bohrungen 49 mit einer länglichen ümfangsnut 50 in Verbindung, die in dem Außenumfang des Endglieds 38 gebildet ist, wobei diese über Bohrungen 51 mit einer ringförmigen öffnung 52 in Verbindung steht, die zwischen der Innenfläche des Stempels 30 und der Außenfläche des Stößels 32 angeordnet ist. Diese ringförmige öffnung 52 ist daher zwischen der Umfangsfläche des Stößels 32 und der Innenfläche des Stempels 30 angeordnet. Das obere Ende der ringförmigen

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Öffnung 52 ist mit dem äußeren Strömungsweg 46 über eine geneigte kreisförmige Öffnung 54 verbunden. Auch das Oberende des äußeren Strömungsweges 46 ist mit dem Außenumfang des Stößels 32 über eine Öffnung 56 in Verbindung«

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein erwärmtes Fluid wie Wasser durch die Öffnung 48 und längs des inneren Strömungsweges 44 neben der Mitte der Stempelanordnung 12 geführt und fließt radial nach außen durch die Bohrungen oder Öffnungen 49, die ringförmige Nut 50 und die Bohrungen oder Öffnungen 51 und dann längs der ringförmigen Öffnung 52 und tritt durch die Öffnung 46 so aus, daß die Temperatur der Umfangsflache des Stempels 30 durch das strömende Fluid gesteuert bzw. überwacht werden kann.

Wie erwähnt wird "die Temperatur des Fluids oder des Wassers auf einer Temperatur gehalten, die wesentlich höher ist als die anfängliche Umgebungstemperatur des ankommenden oder des eintretenden Bechers 14. Beispielsweise beträgt die Umgebungstemperatur des Bechers 15 unter Normalbedingungen annähernd etwa 32⁰C (90⁰F). Während eines während der Herstellung von aus Weißblech bestehenden tiefgezogenen und abgestreckten Behältern durchgeführten Versuches wurde die Temperatur des durch die Öffnung 48 erhaltenen Wassers auf annähernd 77°C (170⁰F) gehalten. Diese Stempelanordnung 12 wurde mit herkömmlichen Abstreckwerkzeugen und mit gegen die Umfangsflachen der Behälter während des Tiefzieh- und Abstreckbetriebes anströmende Schmiermittel verwendet. Es wurde festgestellt, daß durch Aufrechterhalten der Temperatur des Wassers auf einem vorgegebenen Temperaturgradienten über der anfänglichen Umgebungstemperatur des Behälters 14 durchwegs weniger Kraft zum Abstreifen der Behälter von der Stempelanordnung 12

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nach dem letzten Abstreckbetriebsschritt erforderlich ist, wodurch sich ein äußerst geringes Rückwärts-Umrollen oder -Umbiegen des freien Endes des Behälters ergibt. Es wurde auch festgestellt, daß wesentlich weniger Behälter, und in den meisten Fällen kein Behälter,während des Betriebsbeginnes oder des Anlaufen als Ausschuß ausgeschieden werden mußte, wobei anzunehmen ist, daß dies darauf beruht, daß die Stempelanordnung 12,insbesondere der WoIframcarbid-Stempel 30 auf eine Temperatur erwärmt sind, die wesentlich höher ist als die Umgebungs -lie tall temperatur des ankommenden Bechers 14_r

Wenn auch noch keine speziellen Parameter für die tatsächliche Maximaltemperatur des Wassers abgeleitet worden sind, ist jedoch anzunehmen, daß das Wasser auf einer Temperatur im Bereich von etwa 54°C bis etwa 88°C (130⁰F bis 190⁰F) _ sein soll für das Tiefziehen und Abstrecken von Weißblech-Behältern.

Die genaue Temperatur hängt von dem für die Behälter und den Stempel 30 verwendeten Werkstoff ab und sollte hoch genug sein, damit der erste Behälter von der Stempelanordnung 12 ohne Beschädigung des freien Endes des Behälters abgestreift werden kann. Es wird weiter angenommen, daß, wenn diese vorgegebene Temperatur überschritten ist, das System zu heiß werden könnte, wodurch das Zinn auf der Oberfläche des Schwarzbleches schmelzen würde derart, daß das Schwarzblech-Metall freigelegt.werden würde. Das könnte zur Folge haben, daß die Behälteroberfläche ihre glänzende oder spiegelnde Ausführung bzw. Güte verliert (schlecht gestreift oder gemasert ist), wodurch ein außerordentlicher Verschleiß an den Abstreckwerkzeugen erzeugt würde.

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Bei den erläuterten Versuchen bestand der Stempel 30 aus Wolframcarbid mit einem Kobalt-Bindemittel in der Größenordnung von 10 bis 15 %, wobei die durchschnittliche Korngröße des Wolframcarbids kleiner war als 1 μια. Der Stößel 32, der den Stempel 30 trägt, bestand aus Werkzeugstahl. Selbstverständlich kann auch der Stempel 30 aus Werkzeugstahl hergestellt sein und können die Temperaturparameter unterschiedlich sein.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Wirkungsgrad ctler der Anwendungsbereich des gesamten Verfahrens zum Herstellen von tiefgezogenen und abgestreckten Behältern oder Dosen dadurch verbessert werden, daß eine besondere Art eines Abstreckwerkzeuges verwendet wird, das im folgenden erläutert wird.

Der Abstreckring-Einsatz des Abstreckwerkzeugs 20 besteht aus einem Körper 70 mit einer flachen Eintrittsfläche 72 (Fig. 5,6) und einer flachen Austritts fläche 74, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei eine Umfangsflache 76 die beiden Flächen 72,74 verbindet und sich im wesentlichen senkrecht dazu erstreckt. Eine Innenwand oder Bohrung 78 (Fig. 6) besitzt einen mittleren flachen Abschnitt 80, der eine Ringöffnung definiert. Die Bohrung 78 besitzt eine leichte Neigung nach außen, die sich zum Eintrittsrand erstreckt und einen Eintrittswinkel definiert, der vorzugsweise ein vorgegebener Winkel von 7°- bis -15° ist, während der Bereich oder die Fläche zwischen der Rippe oder dem mittleren flachen Abschnitt und der Austrittsfläche 74 ebenfalls leicht geneigt oder abgeschrägt ist.

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Gemäß der Erfindung besteht der Ring des Abstreckwerkzeugs 20 aus Wolframcarbid und besitzt besonders ausgebildete Strömungswege in seinem Körper 70, die so ausgebildet sind, daß sie ein schmierendes Kühlmittel auf— nehmen, wie das im folgenden erläutert wird.

Wie in Fig. 5 dargestellt, besitzt die Eintrittsfläche 72 mehrere Nuten 90 oder Vertiefungen, die von der ümfangsflache 76 ausgehen und an der Bohrung 78 in der Mitte des Rings enden. Vorzugsweise erstrecken sich diese Nute oder Vertiefungen nicht radial in bezug auf die Mitte der Bohrung oder öffnung 78 und enden im wesentlichen tangential zur Bohrung oder Öffnung 78.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Nut 90 in Aufsicht gekrümmt und besitzt einen vorgegebenen Radius, der größer ist als der Radius der Bohrung 80 in dem Ring des Abstreckwerkzeugs 20. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind 24 gekrümmte Nuten 90 in Umfangsrichtung gleich beabstandet über die Stirn- oder Eintrittsfläche 72 verteilt und sind im gleichen Sinn gebogen. Die durch die jeweiligen Nuten definierten Nuten 90 enden deshalb am Innenrand des Körpers 70 längs eines Weges, der im wesentlichen tangential zur mittleren Bohrung 78 im Ring ist, weshalb eine maximale Wolframcarbid-Fläche dem Kühlmittel ausgesetzt ist.

In gleicher Weise besitzt die entgegengesetzte bzw. Austrittsflache 74 eine gleiche Anzahl von Nuten 92 oder Vertiefungen, wobei die benachbarten Nuten 92 der Rück- oder Austrittsfläche 74 durch Nuten 94, die in der Umfangsflache 96 gebildet sind, miteinander verbunden sind, wie in Fig. 5 dargestellt. Die Nuten 94 in der Umfangsflache

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sind vorzugsweise gegenüber der Achse der Bohrung 78 geneigt und im allgemeinen parallel derart, daß ein Paar benachbarter, versetzter oder in ümfangsrichtung beabstandeter Nuten 90,92 miteinander verbunden ist zur Bildung mehrerer Sätze oder Gruppen von Nuten und zwar für einen weiter unten näher erläuterten Zweck.

Die Nuten 9O und 92 sind in der gleichen Richtung derart gekrümmt, daß die Strömung durch diese Nuten 90,92 in der gleichen Richtung erfolgt, wenn sie in die Bohrung 78 im Ring des Abstreckwerkzeugs 20 eintritt. Die tangentiale Beziehung der Nuten 90,92 in bezug auf die öffnung oder Bohrung 78 ergibt auch eine Tangentialkomponente der Strömung des flüssigen Kühlmittels oder der Kühlflüssigkeit gegenüber der Öffnung 78 und erzeugt einen im wesentlichen kreisförmigen Strömungsweg für das Kühlmittel um den Umfang des Bechers 14, der abgestreckt wird.

Wenn auch die Nuten 90,92,94 jede beliebige Form besitzen können, so sind die Nuten 94 so dargestellt, daß sie sich gegenüberliegende, geneigte,flache Seitenwände 94 besitzen, die an der Basis längs eines gekrümmten Abschnittes 95a verbunden sind (Fig. 5a), währesä die Nuten 90,92 allgemein U-förmig im Querschnitt sind, wie in Fig. 5 dargestellt.

Bei der erläuterten Anordnung können alle Nuten 90,92,94 simultan ein zugeführtes schmierendes und kühlendes Fluid enthalten, das von einer einzigen Quelle zugeführt wird, wie im folgenden erläutert wird. Das Tragglied oder die Tragplatte 24 besitzt mindestens eine öffnung 100, die sich von deren Umfang erstreckt, wobei sie am Innenrand mit einer

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Ringnut 102 über Öffnungen 104 in Verbindung steht« Die Ringnut 102 ist in der Fläche der Tragplatte 24 ausgebildet, die neben der Eintrittsfläche 72 des Rings des Abstreckwerkzeugs 20 ist, wobei diese Ringnut 102 an der Kante angeordnet ist bzw. an einem Schnittpunkt zwischen allen Gruppen der Nuten 90,92,94. Folglich werden alle Nuten 90,92,94 simultan mit dem Fluid von der Ringnut 102 versorgt.

Die Verwendung der erläuterten Anordnung besitzt zahlreiche Vorteile. Da der Wolframcarbid-Einsatz gesintert ist, können die spiralförmigen Nuten 90,92,94 in beide Seiten des Wolframcarbids sowie in dessen Umfang eingesintert werden ohne zusätzliche Kosten, um eine bessere Wärmeleitfähigkeit zu erreichen. Beispielsweise ist es bekannt , daß die Wärmeleitfähigkeit von Wolframcarbid im Bereich von etwa dem 4-fachen der Wärmeleitfähigkeit von Werkzeugstahl liegt, der derzeit zum Tragen des Wolframcarbid-Abstreckrings verwendet wird. Dadurch kann durch Anordnen aller Nuten 90,92,94 in dem Einsatz oder Ring des Wolframcarbid-Abstreckwerkzeuges 20 die Wärmemenge wesentlich erhöht werden , die von dem Wolframcarbid-Ring oder -Einsatz an das Kühlmedium übertragen wird,das durch die Öffnungen tritt. Durch eine andere als radiale Krümmung oder Führung der Nuten 90,92 wird ein maximaler Oberflächenbereich zum Übertragen von Wärme von dem Wolframcarbid-Abstreckwerkzeug-Einsatz an das Kühlfluid erreicht. Auch erzeugen die gekrümmten Nuten 90,92 einen Verwirbelungseffekt beim Kühlmittel in dem kritischen Bereich der Zwischenfläche zwischen dem Abstreckwerkzeug 20 und dem Behälter.

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Wenn auch die genaue Temperatur für das Kühlmittel nicht bestimmt worden ist, wird angenommen, daß dieTemperatur im Bereich von 21° bis 38°C (70° bis 100⁰F) gehalten werden soll.

Für besondere Anwendungsfälle,wie bei Schwarzblech, kann es erwünscht sein, die Masse der Ringe der Abstreckwerkzeuge 20 über diejenige hinaus zu erhöhen, die derzeit für derartige Ringe verwendet wird. Die erhöhten Kosten, um die Ringe größer herzustellen, können gerechtfertigt sein, da dadurch eine erhöhte Wärmeübertragung von dem Ring des Abstreckwerkzeugs 20 auf das Kühlmittel erreicht wird'. Beispielsweise kann der Ring des Abstreckwerkzeugs 20 ein mehrfaches der Masse der derzeitigen herkömmlichen Wolframcarbid-Abstreckringe aufweisen. Wenn dadurch auch keine Begrenzung auf bestimmte spezielle Gütegrade für Werkstoffe gegeben ist, besteht der Abstreckring vor- zugsweise aus einem Wolframcarbid mit einem Bindemittel aus etwa 6 bis 10 % Kobalt.

Die Verwendung getrennter Fluidquellen für den Stempel und die jeweiligen Abstreckwerkzeuge 20 ermöglicht jeweils gesonderte Temperatursteuerung bzw. -regelung der jeweiligen Fluidquellen. Während beispielsweise das innere fluide Medium oder Fluid auf einer vorgegebenen Temperatur über der Umgebungstemperatur der eintretenden Becher 14 gehalten wird, kann das den Wolframcarbid-Ringen bzw. den Abstreckwerkzeugen 20 zugeführte Kühlmittel tatsächlich un.ter die Umgebungstemperatur abgekühlt sein, um einen maximalen Wärmetausch zwischen den Abstreckwerkzeugen 20 zu ermöglichen, die konstant durch den Tiefzieh- und Abstreckbetrieb erwärmt werden. Dadurch, daß das Kühlmittel auf eine: Temperatur unter der Umgebungstemperatur ist, entfernt

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das über die Oberfläche des Stempels 30 strömende Kühlmittel ,während es während jedes Betriebshubes zurückgezogen wird, darüberhinaus Wärme von dem Stempel 30, um die Temperatur an der Oberfläche des Stempel 30 innerhalb gewünschter oder Soll-Grenzen zu halten.

Auch wenn die Temperatur des Stempels 30 die vorgegebene Temperatur des durch die Stempelanordnung 12 strömenden Fluids überschreitet, entfernt das strömende Fluid Wärme vom Körper der Stempelanordnung 12. Das Erwämen und Abkühlen des durch die Stempelanordnung 12 strömenden Fluids kann zum Optimieren des Verfahrens überwacht und gesteuert bzw. geregelt werden, wie beispielsweise durch Steuern oder Überwachen der Temperatur oder der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids.

Bei dem erläuterten System ist die Zwischenschale oder der Zwischenmantel auf einer tieferen Temperatur wenn er in den letzten Abstreck-Betriebsschritt eintritt, wodurch der kritische Temperaturgradient zwischen dem Stempel 30 und der Schale verringert wird, um das Abstreifen zu verbessern.

Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Behälterkörper und dem Umfang des Stempels 30 nach dem Betreiben des letzten Abstreckwerkzeugs 20 am geringsten ist im Vergleich zu den derzeitigen Temperaturdifferenzen und daß die Temperatur des Behälterkörpers unter 2O5^QC (400⁰F) bleibt, selbst wenn der Bodymaker oder die Tiefzieh- und Abstreckmaschine 10 unterbrechungslos während längerer Zeitperioden arbeitet.

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Darüberhinaus verringert das anfängliche Erwärmen des
Stempels 30 vor dem Betrieb nicht nur die beschädigten Behälter oder beseitigt diese ganz, sondern verringert auch das Zeitintervall, das erforderlich ist, um einen Dauerbetriebszustand zu erreichen*

Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise können die Nuten 90,92 an der
Eintritts- und Austrittsfläche 72,74 des Rings des Ab-Streckwerkzeugs 20 nicht nur wie beschrieben gekrümmt
sein, sondern auch gerade. In jedem ?all sind vorzugsweise die Nuten 90,92 nicht radial in bezug auf die Mitte des Rings. Die Nuten 90,92,94 können auch in den Tragplatten 22,24 ausgebildet sein, wobei dies jedoch den Oberflächenbereich des Wolframcarbid-Rings verringert, der dem Kühlmittel ausgesetzt ist.

Das Kühlmittel kann auch getrennt den Nuten 90,92 an der Eintrittsfläche 72 bzw. der Austrittsfläche 74 zugeführt werden, wobei dann die Nuten 94 an der Umfangsfläche des Rings nicht mehr erforderlich sind.

Zur weiteren Förderung der Wärmeübertragung von dem Behälter kann der Rückziehring, falls er verwendet wird, ebenfalls Nuten an der Austrittsfläche und der Umfangsflache aufweisen.

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L e e r s e

it

Claims

N 1-1

NATIONAL CAN CORPORATION 8101 West Higgins Road Chicago, Illinois 50631 U.S.A.

Patentansprüche

( 1.jAbstreckverfahren zum Herstellen tiefgezogener und abgestreckter Behälter aus einem kreisförmigen Meta 1.1 ~ Zuschnitt durch Umformen des Zuschnitts in einen Becher, Anordnen des Bechers auf einem Stempel, der mit einem Abstreckwerkzeug axial ausgerichtet ist, und Bewegen des Stempels und des Abstreckwerkzeugs relativ zueinander zur Verringerung der Wanddicke der Seitenwand des Behälters und zur Erzeugung eines abgestreckten Behälters, dadurch gekennzeichnet , daß ein strömendes Medium durch den Stempel umgewälzt wird und daß das strömende Medium auf einer vorgegebenen Temperatur über der anfänglichen Umgebungstemperatur des Bechers gehalten wird, um den Stempel auf einer vor ge-= gebenen Temperatur zu halten.
2. Abstreckverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das strömende Medium anfangs den Stempel auf die vorgegebene Temperatur erwärmt und anschließend den Stempel auf der vorgegebenen Temperatur ' hält.

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SIEBERTSTR, 4 · 8000 MÖNCHEN 86 · POB 860SlQ · KABEL·: HHEINPATEJiT TEL·. (088) 471079 · TELEX 3-22639
3. Abstreckverfahren nach Anspruch 1 oder 2,bei dem das strömende Fluid Wasser ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Wasser auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur über 54°C (130⁰F) gehalten wird.
4. Abstreckverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet _r daß eine Flüssigkeit über das Abstreckwerkzeug umgewälzt wird und daß die Flüssigkeit auf einer Temperatur gehalten wird, um Wärme von dem Abstr<=ckwerkzeug auf die Flüssigkeit zu übertragen.
5. Abstreckverfahren nach Anspruch 4_f bei dem das Abstreckwerkzeug eine Kreisöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit der Kreisöffnung auf einem nicht radialen Weg in bezug auf die Mitte der Kreisöffnung zugeführt wird.
6. Abs treckverfahren nach Anspruch 4 oder 5,· dadurch gekennzeichnet , daß das Abstreckwerkzeug Nuten aufweist und daß die Flüssigkeit durch die Nuten zwangsbewegt wird.
7» Herstellverfahren für abgestreckte Behälter aus einem Metallbecher mit einem kreisförmigen Stempel und zumindest einem axial ausgerichteten Abstreckwerkzeug mit einer Kreisöffnung, wobei ein Tragglied das Abstreckwerkzeug umgibt und trägt, wobei der Becher ausgerichtet zu dem Stempel und dem Abstreckwerkzeug angeordnet wird und wobei der Stempel und das Abstreckwerkzeug relativ zueinander bewegt werden zur Zwangsbewegung des Bechers durch die Kreisöffnung und zur Verringerung dessen Seitenwanddicke, dadurch gekennzeichnet , daß ein

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Kühlflüssigkeits-Strömungskanal in dem Tragglied \md in Verbindung mit zumindest einer Fläche des Abstreckwerkzeugs hergestellt wird, daß eine Kühlflüssigkeit in den Strömungskanal eingeführt wird und daß die Kühlflüssigkeit über zumindest eine Fläche des Abstreckwerkzeuges und längs eines Weges gerichtet wird, der nicht radial gegenüber der Kreisöffnung derart ist, daß die Kühlflüssigkeit eine tangentiale Strömungskomponente in bezug auf eine ümfangsflache des Bechers in der Kreisöffnung besitzt und daß die Kühlflüssigkeit um die ümfangsf lache des Bechers strömt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net , daß das ringförmige Abstreckwerkzeug einen Wolframcarbid-Ring und ein Tragglied besitzt, wobei der Ring eine Eintritts- und eine Austrittsfläche besitzt, die sich im wesentlichen senkrecht zu Achse der Kreisöffnung erstrecken, wobei jede der Flächen darin ausgebildete Nuten besitzt, die die Strömungswege für die Kühlflüssigkeit bilden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Nuten gekrümmt sind und Mitten besitzen, die von der Mitte der Kreisöffnung versetzt sind, wobei jede Nut an der Eintrittsfläche in Verbindung mit einer Nut an der Austrittsfläche über eine weitere Nut an einer "ümfangsflache des Rings ist zur Bildung mehrerer' Sätze oder Gruppen von Nuten, wobei die Kühlflüssigkeit allen Gruppen der Nuten zugeführt wird,
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß ein strömendes Fluid durch den Stempel geführt wird und daß die Temperatur des Fluids über der anfänglichen Umgebungstemperatur des

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Bechers gehalten wird, während die Temperatur der
Kühlflüssigkeit unter der anfänglichen Umgebungstemperatur des Bechers gehalten wird.
11. Ringförmiges Abstreckwerkzeug zur Verwendung mit einem
Stempel zum Abstrecken einer Seitenwand eines Metall-Bechers, mit einem Wolframcarbid-Körper mit Kreisöffnung und mit einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung,
die sich im wesentlichen senkrecht zur Achse der Kreis-Öffnung erstrecken, dadurch gekennzeichnet , daß Eintritts- und Austrittstlache (72,74) jeweils mehrere Nuten (90,92) aufweisen, die sich vom Umfang des Körpers (70) zur Kreisöffnung (78) erstrecken, zur Aufnahme einer Flüssigkeit für die Übertragung von Wärme von dem Körper

(70) auf die Flüssigkeit während des Abstreckverfahrens, wobei die Nuten (90,92) nicht radial gegenüber der Achse so angeordnet sind, daß die Flüssigkeit eine tangentiale Strömungskomponente gegenüber der Kreisöffnung (78) besitzt.

u Ringförmiges Abstreckwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Nuten (90,92) gekrümmt ist und Radien-Mittelpunkte besitzt_f die von der Achse versetzt sind.

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