EP4493336A1 - Verfahren zur herstellung von konischen metallobjekten aus dünnen blechen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von konischen metallobjekten aus dünnen blechen

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Publication number
EP4493336A1
EP4493336A1 EP23709411.5A EP23709411A EP4493336A1 EP 4493336 A1 EP4493336 A1 EP 4493336A1 EP 23709411 A EP23709411 A EP 23709411A EP 4493336 A1 EP4493336 A1 EP 4493336A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conical
section
cone
pull
cylinder section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23709411.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Moser
Matthias COMMON
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adval Tech Holding AG
Original Assignee
Adval Tech Holding AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adval Tech Holding AG filed Critical Adval Tech Holding AG
Publication of EP4493336A1 publication Critical patent/EP4493336A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/22—Deep-drawing with devices for holding the edge of the blanks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/26—Deep-drawing for making peculiarly, e.g. irregularly, shaped articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D33/00—Special measures in connection with working metal foils, e.g. gold foils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D35/00—Combined processes according to or processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B21D35/002—Processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B21D35/005—Processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00 characterized by the material of the blank or the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/02—Making hollow objects characterised by the structure of the objects
    • B21D51/10—Making hollow objects characterised by the structure of the objects conically or cylindrically shaped objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D85/00—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials
    • B65D85/70—Containers, packaging elements or packages, specially adapted for particular articles or materials for materials not otherwise provided for
    • B65D85/804—Disposable containers or packages with contents which are mixed, infused or dissolved in situ, i.e. without having been previously removed from the package
    • B65D85/8043—Packages adapted to allow liquid to pass through the contents

Definitions

  • the present invention relates to methods for producing a component from a thin metal sheet, the component having an area that is at least partially curved or linearly conical and is formed starting from a cup-shaped blank with a substantially cylindrical wall section, as well as devices for carrying out such a method and under Components manufactured using the process.
  • the method is particularly suitable for the production of aerosol dome elements or capsules, especially for food, for example coffee.
  • Pot-shaped metal objects can be formed from a flat section of sheet metal in a cold forming process. Typically, this happens after a stamping process or combined with one in a single forming step (deep-drawing), in which the finished component is given its final shape.
  • Such processes are used, for example, for the production of pots, spray cans (or parts thereof), components in the automotive or furniture industry, for food packaging, etc.
  • the materials used in particular are aluminum and tinplate.
  • the forming process must be carried out carefully in order to avoid cracks, wrinkles, etc. and thus rejects or inadequate quality. This applies in particular to the formation of conical wall areas, because in contrast to the formation of axially cylindrical wall areas, guidance in the tool is not guaranteed to the same extent.
  • US4,914,937 describes a method of forming a tapered container in which the container is first drawn to a partial length having first and second straight sidewall portions interconnected by a transition portion and then to substantially its final length and length tapered state is tightened by pulling material from the transition section.
  • the method optionally also includes a second re-drawing over the length and a bottom profiling step that uses the coated section to form the profile.
  • EP-A-0310726 discloses a drawing process with a cylindrical punch and a frusto-conical die.
  • the blank is subjected to one (or more) drawing operations between a die with a frusto-conical inner wall and a cylindrical punch, the pressure of the clamping means being relieved so that the metal, as it is deformed, conforms to the shape of the punch.
  • the application for producing can bodies made of sheet metal with “double reduction” is also described.
  • EP-A-3702061 discloses a method for producing a component from a metal sheet with an at least partially curved or linearly conical region from a cup-shaped blank with a substantially cylindrical wall section.
  • the method is characterized in that it comprises at least the following steps: a step train, in which the cylindrical edge section of the blank is formed between a drawing die and a drawing punch displaceably guided in a fold holder into a stepped area with two cylinder sections, and at least one subsequent conical train, in which at least the stepped area is formed into a curved or linearly conical component section between two tools.
  • WO 2018/067013 describes a capsule containing a substance for preparing a drinkable beverage, the capsule comprising an aluminum capsule body with a sidewall and an outwardly extending flange and a sealing element on the outwardly extending flange for providing fluid sealing contact an enclosing element of a preparation device.
  • the beverage preparation device includes an annular element with a free contact end, which may be provided with a plurality of radially extending open grooves.
  • the sealing element is integral with the outwardly extending flange and has a projection.
  • An annular groove between the inner projection base and the sidewall has a bottom axially spaced from the outer projection base toward the bottom of the capsule body.
  • One of the problems with the previously known methods is that they are only suitable for a certain material thickness. If the material thickness is further reduced, for example to save material, to work in a more ecologically sustainable manner, or to meet other requirements, problems arise, including cracks, uncontrolled shape formation, etc. Accordingly, it is the subject of the present invention to provide a method for producing a component from an aluminum sheet with a thickness in the range from 0.05 to less than 0.08 mm with an at least partially curved or linearly conical region from a cup-shaped blank with a substantially cylindrical wall section.
  • a stepped train in which the cylindrical edge section of the blank is formed at least in sections between a drawing die and a drawing punch displaceably guided in a fold holder into a stepped area with two cylinder sections, a first cylinder section with a substantially axially extending circumferential wall with a first radius and a second , along a component axis, a second cylinder section with a substantially axially or conically converging circumferential wall with a second radius that is smaller than the first radius.
  • first and second cylinder sections are connected circumferentially via a transition section of the stepped region which extends essentially radially or is more conically converging than the second cylinder section.
  • the first cylinder section is guided at least partially on the inside by the fold holder and is clamped between the fold holder and the drawing die and the second cylinder section is formed by the drawing punch.
  • conical section there is at least one directly or indirectly following conical section, in which at least the transition section and the second cylinder section of the stepped region are formed into a curved or linearly conical component section between two tools.
  • the two tools are at least formed by a cone pull die and a cone pull die displaceably guided in a cone pull centering sleeve, and the first cylinder section is guided in the cone pull at least partially by the cone pull centering sleeve on the inside or between the cone pull centering sleeve and the cone pull -Drawing die clamped and/or guided.
  • the transition section and the second cylinder section and the transition section are formed between the conical drawing die and the conical drawing die.
  • a circular blank is punched from a flat sheet of metal before the step train, and in a subsequent forming step this is formed into a cup-shaped blank with a cylindrical wall section with a blank radius, the free circumferential edge of the cup-shaped blank expanding conically at least in sections (wherein In this case, this conical expansion includes a radially extending flange with a turning angle a of up to 90 ° to the axial opening direction of the component).
  • a circumferential radial flange and an axial cylindrical edge region are formed on the opening side of the cone.
  • the method is characterized in that a pull is then carried out after the conical pull, in which the conical expansion of the free circumferential edge (at least its outermost edge region) in a form-fitting manner to a folding angle a of at least 100 ° folded expansion is folded over.
  • the axial cylindrical edge region and the folded widening are rolled on the bottom side into a rolled edge in an edge rolling with a rolling stamp, the rolled edge preferably protruding above the plane of a flange formed in the conical pull on both the bottom side and the opening side.
  • the method is characterized in that a circumferential radial flange and an axial cylindrical edge region are formed on the opening side of the cone train, and a grooved train is then carried out on the cone train, in which between a shaped piece and a die, optionally in combination with Another shaped piece, a bottom-side directed circumferential bead is formed and at the same time the conical expansion of the free circumferential edge is positively folded to a folding angle a of at least 90 ° to form a folded expansion, and then the formation of the bead and the folded expansion in a next Step the axial cylindrical edge area and the folded widening are rolled into a rolled edge on the bottom side in an edge rolling with a roller stamp, the rolled edge protruding beyond the plane of the flange on both the bottom side and the opening side.
  • the conical expansion of the free circumferential edge is positively folded to a folding angle a of at least 110 °, preferably to at least 120 °, to form a folded widening, the folded area being flat or preferably curved is formed in the direction of curvature of the subsequent rolled edge.
  • the conical expansion typically has a radial width in the range of 0.5-2 mm, preferably in the range of 1-1.7 mm.
  • the method can be carried out particularly efficiently and safely if it is characterized in that in the (groove) tension, the conical expansion between a folding punch and a die is held in a form-fitting manner to the folded expansion is rolled up.
  • the method is characterized in that a further intermediate pull is carried out between the stepped pull and the conical pull , in which the stepped area has two cylinder sections, the first cylinder section with a substantially axially extending circumferential wall with a first radius and the second second cylinder section following a component axis adjacent to the base with a substantially axially or conically converging circumferential wall with a second radius, which is smaller than the first radius, is reshaped in such a way that a further step is formed from the floor or from the floor and transition between the floor and the second cylinder section with a cone section or with a third cylinder section whose radius is smaller than the second Radius.
  • this additional intermediate pull can largely prevent cracks and rejects when using the claimed thin material, but also in connection with starting material in the form of aluminum sheet with a thickness in the range of 0.05 to 0.1 mm.
  • a third cylinder section is formed in the further intermediate section, and in the further intermediate section and/or in the stepped section the height hi and the radius R2 of the second cylinder section and in the intermediate section the height h2 and the radius R3 of the third cylinder section can be selected in such a way that in the cone pull the convex inner curvature areas of the component come into contact with the outer contour of the cone pull die and essentially from the start the convex outer curvature areas of the component come into contact with the inner contour the drawing die of the cone pull.
  • the height hi of the second cylinder section is preferably set as a multiple in the range of 0.8-1.2 of the height h2 of the third cylinder section.
  • the radii of the second and third cylinder sections are determined by the angle of the cone pull due to the predetermined contact of the tool on the curvature areas.
  • Such a method can further preferably be characterized in that in the further intermediate pull the transition section and the second cylinder section are held in a form-fitting manner between a fold holder and the drawing die, and the cone section is formed by immersing a drawing punch guided in the drawing die into the ground.
  • transition section runs essentially circumferentially radially and the respective circumferential walls of the first and second cylinder sections run essentially circumferentially axially.
  • the conical cable centering sleeve prefferably be designed as a fold holder, which clamps the first cylinder section and/or the transition section in the conical cable at least partially between the conical cable fold holder and the conical cable drawing die.
  • the method is characterized in that the ratio of the radius of the first cylinder section to the radius of the second cylinder section is in the range of 2:1 -1.1:1, preferably in the range of 1.6:1-1.25:1, particularly preferably in Range is 1.5:1-1.3:1.
  • the ratio of the radius of the first cylinder section to the bottom radius of the second cylinder section or the cone section is in the range of 2.5: 1-1.2:1, preferably in the range of 2.0:1 -1.4:1, particularly preferably in the range of 1.9: 1-1 .5:1.
  • the ratio of the axial length of the first cylinder section to the axial length of the second cylinder section or the second cylinder section and the cone section is in the range of 4:1 -0.5:1, preferably in the range of 3:1-0.75:1, in particular is preferably in the range of 2.5: 1-1:1.
  • the ratio of the radius of the second cylinder section to the bottom radius of the cone section is in the range of 2.5:1-1.1:1, preferably in the range of 2.0:1-1.2:1, particularly preferably in the range of 1.9:1-1.3:1.
  • the proposed method proceeds in such a way that, before the step train, a preferably circular blank is punched from a flat sheet metal, preferably supplied in the form of a strip, in particular from a roll, and this is punched in a subsequent forming step cup-shaped blank with a cylindrical wall section with a blank radius is formed, the free circumferential edge of the cup-shaped blank being either folded over to form a radial flange or curved and conically widening, the outer diameter of the widening preferably being 1-50 times larger than the material thickness of the sheet is designed as the blank radius, preferably in the case of a curved, conically widening circumferential edge that is 2-20 or 5-15 times the material thickness of the sheet larger than the blank radius.
  • the blank advantageously consists of aluminum or an aluminum alloy, with a tensile strength in the range of 80 - 120 MPa, in particular aluminum of the following types EN AW-8011A, 8079, 8176, 8021, 8090, sintered 6061, sintered 2014, each in uncoated or in a form painted on one or both sides, if necessary in color.
  • the proposed method can be characterized in that the at least partially curved or linearly conical region with the axis of symmetry of the component has a mean angle in the range of 5-40°, preferably in the range of 7-15°, particularly preferably in the range of 8-15°. 12°.
  • the at least partially curved or linearly conical region is preferably at least partially linearly conical, preferably having exclusively linearly conical regions, apart from any steps that may be present.
  • a further cylindrical or conical region preferably connected via a radial region, can be formed in the cone train or in one or more subsequent forming steps on the bottom side adjacent to the at least partially curved or linearly conical region.
  • a further conical region is preferably formed in the cone on the bottom side, adjoining the at least partially curved or linearly conical region, this further conical region enclosing a larger mean angle with the axis of symmetry of the component than the at least partially curved or linearly conical region, preferably a cone angle in the range of 30-80°, particularly preferably in the range of 50-70°.
  • the method can further be characterized in that in a transfer station identical components are processed in parallel in the same stroke in several parallel processed paths, preferably in at least two, particularly preferably 2-8, or 3-5 such parallel paths.
  • roller train in particular selected from the following group: punching steps; coating steps; Application steps, in particular application of inserts or application of closures; filling steps; quality control steps; cleaning steps; Assembly steps on further components, these further steps preferably being carried out at least partially in the same transfer system as the stepped train and conical train,
  • the present invention further relates to a device for carrying out a method as described above in the form of a transfer system with at least one station for the stepped train and a downstream station for the cone train, a downstream station for the groove train and a downstream station for rolling,
  • the tool for the stepped train comprises a drawing die and a drawing punch displaceably guided in a fold holder, and the first cylinder section and / or the transition section in the stepped train is clamped at least in regions between the fold holder and the drawing die and the second cylinder section and / or the transition section is formed by the drawing punch
  • the tool for the subsequent cone pull comprises a cone pull die and a cone pull die displaceably guided in a cone pull centering sleeve, and the first cylinder section and/or the transition section in the cone pull at least partially between the cone pull centering sleeve and the cone pull pull die is guided and/or clamped, and the transition section and/or the second cylinder section is formed between the cone pull die and the cone pull center
  • the present invention relates to a component manufactured in a method as described above or in a device as described above
  • Fig. 1 axial section through a workpiece in the various processing phases (aerosol dome);
  • Fig. 2 shows the starting position for the intermediate pull in the tool for the aerosol dome;
  • Fig. 3 shows the intermediate cable end position in the tool for the aerosol dome
  • Fig. 4 shows the starting position for the first train at the aerosol dome
  • Fig. 5 shows the end position of the first train at the aerosol dome
  • Fig. 6 shows a) a combined punching and forming station for punching the punched pieces and for forming in the cut train to the blank of a coffee capsule in the open state (OT); b) the tool according to Figure 6a) in the position in which the sheet metal is punched; c) the tool according to Figure 6a) in the closed state (UT) when the blank has been deep-drawn;
  • Fig. 7 a) the tool for the intermediate pull when producing the coffee capsule in the open state (OT); b) the tool for the intermediate pull when producing the coffee capsule in the closed state (UT);
  • Fig. 8 a the tool for the cone pull during the production of the coffee capsule in the open state (OT); b) the tool for the cone pull according to Figure 8a) in the half-closed state; c) the tool according to Figure 8a) in the closed state (UT);
  • FIG. 13 shows the component after the further intermediate pull during the cone pull, whereby in a) the component after the further intermediate pull is shown in a partial section, in b) this component at the start of the cone pull, when the stamp comes into contact with the component, in c) the forming process in the tool when the bottom contour is formed, approximately 8 mm before bottom dead center, and in d) the tool with the component held in it at bottom dead center;
  • Fig. 15 in a) the open tool for the further intermediate pull and in b) that closed tool for further intermediate pulling at bottom dead center;
  • Fig. 16 shows the opened tool for the cone pull with the component after the further intermediate pull
  • Fig. 17 shows the half-closed tool for the cone pull with the component after the further intermediate pull
  • Fig. 18 shows the open tool for the groove puller for producing the folded expansion
  • Fig. 19 the tool for the groove pulling at bottom dead center
  • 21 shows the sequence of steps with the further intermediate pull and the formation of the folded expansion in the groove pull according to a further embodiment of the method
  • Figure 1 shows an axial section through the workpiece in the various processing phases.
  • the first phase in which the flat sheet metal section, a stamped piece, is presented and shaped, is not shown.
  • this punched piece is formed into the blank 1
  • this blank 1 is cylindrical cup-shaped, it has a folded edge section 10 in the form of a radial flange, then follows a circumferential cylindrical section 7 with radius Ri, a curved section 9 following this cylindrical section 7, and the blank 1 is closed on the bottom side by the bottom section 8, which runs perpendicular to the main axis 6, i.e. axially.
  • This blank 1 is first formed into a stepped component 2 in a first forming step, the intermediate pass or stepped pass.
  • this stepped component now initially has a first cylinder section 12, still with a radius Ri, which merges via a curved transition section 14 into a second cylinder section 13 with a smaller radius R2.
  • the area of transitions from 12 to 14 to 13 is also referred to as the stepped area 11.
  • Adjoining the second cylinder section 13 on the bottom side is a short curved area and then the bottom 25 of the component after the step train with a bottom radius RB, which is defined as the radius of the flat area without the transition curvature to the second cylinder section.
  • this component 2 is formed into a conical component 3 in a first move, the actual cone pull.
  • the previously stepped area 11 is transformed into a curved, conical area 15 in this conical train.
  • This curved conical area 15 is followed by a bottom area.
  • the ground radius RB remains unchanged.
  • the component 4 is further formed by forming the cylindrical region 17 into a radial region 18, which is followed on the bottom side by a cylindrical region 19, and the component is closed off on the bottom side by the bottom 20.
  • This component 5 after the third Tension is typically then punched in the bottom area, and further operations can then follow, such as the formation of a rolled edge, etc.
  • the blank 1 is guided through a punch into a drawing die 23.
  • the drawing die 23 forms the outer contour of the stepped area 11.
  • the stamp is designed in two parts.
  • An annular fold holder 21 is arranged in a circumferential outside area.
  • a cylindrical drawing die 24 is disposed in this fold holder 23 and is displaceably mounted.
  • the front edge of the drawing die 24 is essentially flush with the front edge of the fold holder 21, and the front edge or plane of these lies essentially on the bottom section 8 of the blank 1.
  • the fold holder 21 moves completely into the corresponding counter contour of the drawing die 23, so that the contact surface 22 of the fold holder 21 clamps the curved section 9.
  • the drawing punch 24 moves further towards the ground along the axis of symmetry 6, and the essentially axial outer contour of the drawing punch 24 now forms the second cylinder section 13 of the stepped section 11, while the first cylinder section 12 is between the fold holder 21 and the drawing die 23 clamped or at least guided.
  • the fold holder 21 rests against the part at the beginning of this step or at least in one phase of the step, so no wrinkles can form during the forming.
  • the train is basically cylindrical. At the end position of the stepped train, the sheet metal is held comprehensively.
  • the height of the intermediate pull or stepped pull can be adjusted as required.
  • the height of the intermediate pull/step pull can be adjusted to the geometry of the subsequent conical pull.
  • FIG 4 The tool of the subsequent cone pull is shown in Figure 4 in the position in which the forming process on the still stepped component 2 begins.
  • a drawing die 27 and a radially outer annular fold holder 28 for the conical pull and in this a drawing die 29 for the conical pull is in turn slidably mounted.
  • the cylindrical first section 12 is already guided or even clamped between the centering sleeve 28 and the corresponding counter contour with a cylindrical design of the drawing die.
  • the centering sleeve 28 and, parallel to it, the drawing punch 29 for the cone pull move into the drawing die, with the first cylinder section 12 being guided and partially formed at the same time, and especially the transition section 14 and the second cylinder section 13 through the conical contact surface 31 of the drawing punch 29 are reshaped.
  • the drawing punch then moves further than the centering sleeve 28 into the drawing die 27 until the conical contact surface 30 is reached, and therefore the conical area 15 between the surfaces 30 and 31 is formed, as can be seen in Figure 5.
  • the component Due to the two radii at the beginning of this cone, the component is inherently more resistant to wrinkling.
  • the free frame is reduced in size by the two contact points of the drawing die and drawing punch.
  • the component is formed without wrinkles, at least for sufficiently thick materials, and is ready for the second pull.
  • a cup-shaped blank 1 is formed in a tool in a combined sequential punching and forming operation. It is also possible, First, in a first tool in a pure punching step 62, only the flat punched piece is punched out and then in a next tool it is formed into the blank 1.
  • the cup-shaped blank 1 has a closed bottom section 8 and an opening, the wall 8 of the blank is cylindrical and therefore runs axially in a circular manner.
  • a slightly folded edge 47 is formed on the free upper edge in the sense of a conical widening to an angle of a maximum of 20° to the axial direction for stabilization for the subsequent transport and for preparing the rolling of the rolled edge.
  • This blank 1 is then formed into the stepped component 2 in an intermediate train or stepped train 64.
  • This stepped component now still has the folded edge 47 on the free edge, a first cylinder section 12 with the same radius as the original radius of the blank 1, but this goes approximately halfway up through a transition section 14 into a second cylinder section 13 with a smaller radius.
  • This stepped component 2 is formed in a conical train 65 into the component 3 with a linearly conical section. What remains is a cylindrical edge region 52, which essentially has the same radius as the original first cylinder section 12. This merges via a radial flange into the actual conical region 15 of the component 3. The bottom is also in one with a second cone angle another conical area 69 is formed. Both conical areas are formed in this conical train.
  • the upper circumferential flange is further formed in a groove train 66, as will be detailed below.
  • embossing step 68 in which further structures can be embossed, for example inscriptions but also special structures of wall sections such as decorative grooves or the like.
  • the tool for a combined punching and forming step for producing the blank 1 from a supplied sheet metal is shown in Figure 6.
  • the tool is designed as a transfer station with an upper support plate 41 and a lower support plate 42; the plates are guided over guide cylinders 23 and can only be moved relative to one another in the vertical direction.
  • Figure 6a shows the top dead center (TDC) of the tool.
  • the forming steps are carried out in such a way that the opening of the component is directed upwards.
  • the band is supplied as a sheet metal strip and via a hold-down pin 40 and another centered in the tool Hold-down pin 34 held.
  • the drawing punch 35 for the drawing process is provided on the upper support plate, as is the associated fold holder 33, which radially surrounds the drawing punch.
  • This fold holder 33 is now also enclosed by a cutting ring 36 or a cutting die, which has the task of providing the round, flat die-cut before the deep-drawing process.
  • This cutting die 36 is carried by a support element 36a, which lies at the top dead center on a stop 36b of the corresponding guide 36d.
  • Cutting ring 36 and fold holder 33 are slightly axially displaceable relative to one another.
  • FIG. 6b now illustrates the position in which the circular die-cut 46 is being punched out of the sheet metal strip.
  • the upper support plate 41 lowers downwards, the cutting punch 37 is fixed in its position, but the lifter 39 can be easily pushed downwards by the suspension 39a.
  • the cutting die 36 is fixed to the support element 36a by the stop, but the fold holder 33 can give in slightly upwards.
  • the cutting ring 36 as can be seen in the enlargement at the bottom left in FIG Cutting punch 37 dives downwards.
  • the upper circumferential inner edge of the deep-drawing die 37 is convexly curved and the drawing height is adjusted so that the edge section 47, which has already been mentioned above and is slightly folded outwards, is formed on the blank 1, i.e. a short flange that widens in a trumpet shape to stabilize the Blank 1 on the top edge.
  • FIG. 7b there is an upper support plate 41 and a lower support plate 42.
  • the fold holder 21 for the stepped train is provided on the upper support plate, and the drawing punch 24 is mounted in this in an axially displaceable manner.
  • a central recess of this drawing punch there is also a hold-down pin 48, which is mounted axially displaceably in this central recess with its guide pin 48a.
  • the front surface of the drawing die 24 has a concave front surface contour 24a, which corresponds to the rear convex contour of the hold-down pin in the frontmost extension area, so that when the hold-down pin 48 is in the fully retracted position in the drawing die 24, these two elements together form a flush, radially extending front surface (compare Figure 7b).
  • the lower drawing die 23 is provided as an annular element, axially immovable.
  • the ejector 49 is axially displaceable in this drawing die 23.
  • Figure 7a the tool for the step train is shown at top dead center.
  • the blank 1 which was transported to this station by a transfer device, now lies as blank 1 on the ejector 49, and the upper tool part moves downwards.
  • the blank 1 is first clamped between the ejector 49 and the front surface of the hold-down pin 48.
  • the fold holder 21 then moves into the upper recess of the blank without having a forming effect, which is made easier by the slight extension 47.
  • the drawing punch 24 then begins to move further downward than the front edge of the fold holder 21, and the stepped area is formed by the radial circumferential surface in the front area of the fold holder 21 Blank leads, the transition section 14 is formed on the upper edge of the drawing die and the second cylinder section through the radial outer surface of the drawing die and the radial inner surface of the drawing die.
  • Figure 7b the tool for the step train is shown at the bottom dead center reached.
  • the following cone pull 65 is realized in the tool shown in FIG.
  • Figure 8a the tool for the cone pull is shown at top dead center.
  • the drawing die 29 is designed for the conical pull; it has a double-conical outer contour, the actual first one Cone 29a for the actual conical area and a further cone 29b for the conical formation of a bottom area 69.
  • a hold-down pin 15 is again axially centered in this drawing punch 29 and is mounted in an axially displaceable manner in the drawing punch.
  • the annular drawing die 27 On the lower support plate there is the annular drawing die 27, which, to a certain extent, provides the counter contour for the outer surface of the drawing die 29.
  • the counter surface for the second cone 29b is provided by the lower cone surface 27b, and the counter surface for forming the actual conical area over the surface 29a of the drawing punch is provided by the area 27a of the drawing die.
  • An ejector 51 is again displaceably provided in this drawing die 27, which, just like the tool according to Figure 7, also serves, among other things, to push the finished component out of the tool from below when the upper plate is pushed up again and for the grippers of the transfer system.
  • the component after the step train 2 is now clamped between the hold-down pin 50 and the ejector as soon as it has been moved from the transfer system to the position of this station, and then the upper tool part lowers further down.
  • FIG. 8b shows the position at which the actual forming process on component 2 begins.
  • the fold holder 28 has already been retracted into the first cylindrical section 12 of the component 2, and the drawing die 29 has been shifted downwards with its frontmost surface, so to speak, to the bottom of the component 2.
  • the actual forming process begins when the tool is closed further and the drawing punch continues to dip into the drawing die 27.
  • the transition region 14 and the second cylinder section 13 are first reshaped, and then the second cylinder section 12 is pulled further downwards into the mold, so to speak, until only a cylindrical edge region 52 is left from the outer contour of the fold holder in the completely closed position, as in Figure 8c shown, is held.
  • This component 3 is now subjected to the operations already described above in connection with FIG. 11; the tools for this are no longer shown in full.
  • Figure 9 only shows the flange area in the transfer tool for the grooved train 66.
  • the circumferential bead 53 is formed in this tool by a shaped piece 59 from above, which is immersed in a die 58 with an internal shaped piece 60. In this step, the cylindrical edge region 52 and the same remain the folded edge 47.
  • the rolled edge 55 shown in Figure 9 is only to be understood schematically; it is only created in the next tool or in a subsequent step in the same tool in the edge rolling 67, as shown in Figure 10.
  • a rolling stamp 56 with a correspondingly designed rolling contour 57 moves downwards along a shaped piece 56 from above, can start the rolling process optimally due to the already slightly expanded upper contour 47 and folds the rolled edge 55 to a completely closed edge.
  • Coffee capsules can be produced in one or more stages with or without a sealing groove.
  • the material thickness used ranges between 90my (micrometers) and 120my.
  • the rolled edge is completely formed in the rolling station without any preparation.
  • the rolled edge can no longer be produced in the manner described above, as the even thinner material buckles in the edge rolling station and an acceptable result cannot be achieved.
  • the formation of wrinkles during the finishing process also becomes so large that it can lead to side wall cracks and thus leaky capsules.
  • the rolling process In order to form the rolled edge without injury (kink), the rolling process must then be prepared. In the step sequence, a residual flange in the form of the conical widening 47 described above remains on the part in the first station.
  • this residual flange or the conical expansion 47 is shaped in a form-fitting manner at approximately 120°, as shown in FIG. 12.
  • the edge region 47 as it is typically produced during the cutting pull 63 to stabilize the upper free edge, is shown in a).
  • this edge area is folded over by a maximum of 90° with respect to the axial direction (viewed in the opening direction of the container) in order to stabilize the upper edge in the processing steps and, for example, for the specified thin material with a thickness in the range of 0.05-0.08 mm, coated aluminum has an im Essential plan radial flange with a width RA in the range of 1-1.5 mm.
  • this conical expansion 47 is now formed (or rolled) into a folded expansion 74 by the conical expansion being guided in a form-fitting manner between a die 58 and a folding punch 70.
  • the original maximum angle of 90° with respect to the axial direction is changed to over 90°, typically to 100-120°, at least in the outermost radial edge region.
  • the rolling process can be carried out in the rolling station with a smaller initial force and the formation of buckles can be prevented.
  • the finished pull (conical pull) is prepared with an additional intermediate pull in addition to the existing stepped pull.
  • the height of the intermediate pulls can be adjusted so that the volumes can be distributed in such a way that the part has as much contact as possible with the drawing die and the drawing punch when the conical pull starts, as shown in Figure 13.
  • the component 2 ' is shown after the further intermediate pull 71. From top to bottom, the folded edge 47 or the conical expansion, the adjoining first cylinder section 12, the transition section 14, and the second cylinder section 13 following it can be seen. This is now followed by a further cone section 73, which can also have an axial section , with a base 82 ', which then has a smaller diameter than the base of the component 2 after the step train.
  • Figure 14 shows the sequence of steps with the additional elements for processing thinner aluminum sheets.
  • the blank 1 with the folded edge 47 is manufactured analogously to that shown above, optionally with an edge of greater width and a folding angle of up to 90° (angle between the axis of symmetry in the open direction of the component and the radially outermost section of the edge 47).
  • This component is formed into component 2 in stages 64, also as explained above.
  • the cone pull 65 then follows as described above. This is now followed by a groove train 66, in which not only the groove is formed, but also, as already described above, the folded edge 47 into a folded widening 74 with a folding angle a of more than 90 °, here approx. 120 ° , is folded or rolled with respect to the axial direction.
  • the sequence can be followed by further embossing steps or similar.
  • the new sequence of stages therefore includes the following innovations:
  • the cutting pull is designed so that a residual flange of approx. 1.5 mm remains.
  • the cutting pull itself remains the same and may be adjusted differently depending on the pulling height.
  • the fold holder 33 should be able to be controlled back via 33a.
  • This remaining flange is then tilted in a form-fitting manner in station 5. This procedure has three advantages, among others.
  • the flange does not slip under the fold holder, which means the risk of chips forming with anisotropic material is much smaller.
  • the rolled edge is optimally rolled in rolling station 6.
  • the additional intermediate pull prepares the volumes optimally and fewer wrinkles arise during the final pull, which can then lead to side wall tears.
  • Figure 15 shows in a) the tool for the further intermediate pull 71 in the open state.
  • the component 2 after the step train is located on the ejector 81 and is then held in position with the hold-down pin 77.
  • the drawing die 80 is arranged on the lower side, and at the top around the hold-down pin 77 there is initially the drawing punch 78, and around this there is the fold holder 79, which, as can be seen from the representation of the closed tool in b), is not only holds the machined component in the area of the transition section 14 and the second cylinder section 13, but also controls it in the new transition to the cone section 73.
  • the front contour of the drawing punch forms the cone section 73 from the base 25.
  • Figure 16 shows the open tool for the cone pull, if the starting point is component 2 'after the further intermediate pull, and not, as shown in Figure 8a, from component 2 after the step pull.
  • Figure 17 shows the tool is analogous to Figure 8b for the cone pull in the half-closed position State.
  • Figure 18 shows the open tool for the groove train 66, in which not only the groove 53 is formed, but also the folded edge 47 is formed or rolled into a folded widening 74.
  • a shaped piece 60 in the lower part of the tool, and around this a die 58, on the upper edge of which a mold contour 82 is provided, which, in interaction with a corresponding inner contour 83 of the folding die 70 forming the upper tool part, ensures the controlled formation of the folded expansion 74 allows.
  • the shaped piece 59 Radially on the inside of the folding die 70, the shaped piece 59 is initially provided for forming the groove, and further inside the holding die 76, in the central bore of which the hold-down pin 50 is guided.
  • the blank 1 with the folded edge 47 is manufactured analogously to that shown above, optionally with an edge of greater width and a folding angle of up to 90° (angle between the axis of symmetry in the open direction of the component and the radially outermost section of the edge 47).
  • This component 1 is formed into component 2 in stages 64, also as explained above.
  • the cone pull 65 then follows as described above.
  • a groove train 66 in which not only the groove is formed, but also, as already described above, the folded edge 47 becomes a folded one Expansion 74 is folded or rolled with a folding angle a of more than 90 °, here approx. 120 °, with respect to the axial direction.
  • the sequence can be followed by further embossing steps or similar.
  • the new sequence of stages therefore includes the following innovations:
  • the cutting pull is designed so that a residual flange of approx. 1.5 mm remains.
  • the cutting pull itself remains the same and may be adjusted differently depending on the pulling height.
  • the fold holder 33 should be able to be controlled back via 33a.
  • This remaining flange is then tilted in a form-fitting manner in station 5.
  • FIG 22 now shows essential elements in which this variant differs from that which is shown in particular in connection with Figure 14.
  • the tool is shown in an axial section for step 71 according to the step sequence in Figure 21.
  • the component 2 or 2 ' is drawn by the drawing die 78 and the fold holder 79 surrounding it into the, in this case, two-part drawing die 80 and the formation of the third cylinder section 84.
  • the height hi of the second cylindrical section 13 and the height h2 of the third cylindrical section 84 as well as the radius R2 of the second cylindrical section 13 and the radius R3 of the third cylindrical section 84 are selected so that
  • the component with the third cylinder section 84 is preferably designed so that the bottom or the lower surface 92 of the conical drawing die 29 comes into contact with the bottom 25 of the component 2 'from the start. This ensures that as many contact points or contact surfaces as possible are present between the drawing punch and die at the beginning of the cone pull and during the cone pull, and that the material is formed as gently as possible so that cracks can be prevented. Furthermore, the respective height and radius are designed so that
  • the height and radius of the second cylindrical section 13 can already be set in the intermediate cable 64, or can be preset in this intermediate cable 64 and set in the further intermediate cable 71 to the desired height and the desired radius for the optimally set conical cable 65.
  • This method as shown in Figures 21 and 22 has, among other things, three advantages.
  • the flange does not slip under the fold holder, which means the risk of chips forming with anisotropic material is much smaller.
  • the rolled edge is optimally rolled in rolling station 6.
  • the additional intermediate pull optimally prepares the volumes and contact points for the next processing step and fewer wrinkles are created during the conical pull, which can then lead to side wall cracks.
  • Step train 36d lead from 36a
  • Ejector 82 mold contour for traininga OT stop of 51 of the folded expansion cylindrical edge area at 58 of 3 82' bottom circumferential bead in 53 83 inner contour of circumferential radial flange folding die 70 rolled edge 84 third cylinder section of
  • Folding die cylinder section further intermediate pull h2 height of the third additional stage cylinder section

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (3) aus einem Aluminiumblech einer Dicke im Bereich von 0.05 bis weniger als 0.08 mm mit einem wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konischen Bereich (15) aus einem topfförmigen Rohling (1) mit einem im Wesentlichen zylindrischen Wandabschnitt (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens folgende Schritte umfasst: einen Stufenzug (64), und einen direkt oder indirekt darauf folgenden Konuszug (65), wobei vor dem Stufenzug (64) aus einem flachen Blech ein Stanzling (46) gestanzt (62) wird, und dieser zum topfförmigen Rohling (1) umgeformt wird, wobei die freie umlaufende Kante (10, 47) wenigstens abschnittsweise gekrümmt konisch aufweitend (47) ausgebildet ist, wobei im Konuszug (65) ein umlaufender radialer Flansch (54) und ein axialer zylindrischer Randbereich (52) ausgebildet werden, und an den Konuszug (65) anschliessend ein Zug (66) ausgeführt wird, in welchem die konische Aufweitung (47) formschlüssig zu einer umgelegten Aufweitung (74) umgelegt wird, und anschliessend der axiale zylindrische Randbereich (52) und die umgelegte Aufweitung (74) mit einem Rollstempel (56) bodenseitig zu einem Rollrand (55) gerollt wird.

Description

TITEL VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON KONISCHEN METALLOBJEKTEN AUS
DÜNNEN BLECHEN
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem dünnen Metallblech, wobei das Bauteil einen wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konischen Bereich aufweist und ausgehend von einem topfförmigen Rohling mit einem im Wesentlichen zylindrischen Wandabschnitt umgeformt wird, sowie Vorrichtungen zur Durchführung eines derartigen Verfahrens und unter Verwendung des Verfahrens hergestellte Bauteile. Insbesondere ist das Verfahren geeignet für die Herstellung von Aerosoldom-Elementen oder Kapseln insbesondere für Nahrungsmittel, beispielsweise für Kaffee.
STAND DER TECHNIK
Topfförmige Gegenstände aus Metall können in einem kalten Umformprozess aus einem flachen Blechabschnitt umgeformt werden. Typischerweise geschieht dies nach einem Stanzprozess oder kombiniert mit einem solchen in einem einzigen Umformschritt (Tiefziehen), in welchem dem fertigen Bauteil die endgültige Form gegeben wird. Solche Prozesse werden beispielsweise für die Herstellung von Töpfen, Spraydosen (oder Teilen davon), Bauteilen in der Automobilindustrie oder in der Möbelindustrie, für Nahrungsmittelverpackungen etc. eingesetzt. Als Materialien werden dabei insbesondere Aluminium und Weissblech eingesetzt.
Insbesondere wenn geringe Materialdicken eingesetzt werden, muss der Umformprozess sorgfältig geführt werden, um Rissbildungen, Faltenbildungen etc. und damit Ausschuss respektive ungenügende Qualität zu vermeiden. Dies gilt vor allem für die Ausbildung von konischen Wandbereichen, weil bei solchen im Gegensatz zur Ausbildung von axial zylindrischen Wandbereichen die Führung im Werkzeug nicht im gleichen Masse gewährleistet ist.
US4, 914,937 beschreibt ein Verfahren zum Bilden eines sich verjüngenden Behälters, bei dem der Behälter zunächst auf eine Teillänge gezogen wird, die erste und zweite gerade Seitenwandabschnitte aufweist, die durch einen Übergangsabschnitt miteinander verbunden sind, und dann auf im Wesentlichen seine endgültige Länge und seinen sich verjüngenden Zustand nachgezogen wird, indem Material aus dem Übergangsabschnitt gezogen wird. Das Verfahren umfasst optional auch ein zweites erneutes Ziehen über die Länge und einen Bodenprofilierungsschritt, der den überzogenen Abschnitt verwendet, um das Profil zu bilden.
EP-A-0310726 offenbart ein Ziehverfahren mit zylindrischem Stempel und kegelstumpfförmiger Matrize. Der Rohling wird dabei einem (oder mehreren) Ziehvorgängen zwischen einer Matrize mit kegelstumpfförmiger Innenwand und einem zylindrischen Stempel unterzogen, wobei der Druck der Spannmittel gemildert wird, damit das Metall, während es verformt wird, sich der Form des Stempels anpasst. Beschrieben wird weiter die Anwendung zur Herstellung von Dosenkörpern aus Blech mit "doppelter Reduktion".
EP-A-3702061 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Metallblech mit einem wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konischen Bereich aus einem topfförmigen Rohling mit einem im Wesentlichen zylindrischen Wandabschnitt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens folgende Schritte umfasst: einen Stufenzug, in welchem der zylindrische Randabschnitt des Rohlings zwischen einer Ziehmatrize und einem in einem Faltenhalter verschieblich geführten Ziehstempel in einen gestuften Bereich mit zwei Zylinderabschnitten umgeformt wird sowie wenigstens einen darauf folgenden Konuszug, in welchem wenigstens der gestufte Bereich zum gekrümmt oder linear konischen Bauteil-Abschnitt zwischen zwei Werkzeugen umgeformt wird.
WO 2018/067013 beschreibt eine Kapsel, die eine Substanz zur Zubereitung eines trinkbaren Getränks enthält, wobei die Kapsel einen Kapselkörper aus Aluminium mit einer Seitenwand und einem sich nach außen erstreckenden Flansch und einem Dichtungselement an dem sich nach außen erstreckenden Flansch zum Bereitstellen eines Fluiddichtungskontakts mit einem umschließenden Element eines Zubereitungsgeräts aufweist. Die Getränkezubereitungsvorrichtung umfasst ein ringförmiges Element mit einem freien Kontaktende, das mit mehreren sich radial erstreckenden offenen Nuten versehen sein kann. Das Dichtungselement ist einstückig mit dem sich nach außen erstreckenden Flansch und weist einen Vorsprung auf. Eine ringförmige Rinne zwischen dem inneren Vorsprungsfuß und der Seitenwand hat einen Boden, der von dem äußeren Vorsprungsfuß zum Boden des Kapselkörpers hin axial beabstandet ist.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Problematisch an den vorbekannten Verfahren ist u.a., dass diese nur ab einer bestimmten Materialdicke geeignet sind. Wird die Materialdicke weiter reduziert, beispielsweise, um Material zu sparen, ökologisch nachhaltiger zu arbeiten, oder um andere Anforderungen zu erfüllen, treten Probleme auf, unter anderem Rissbildungen, unkontrollierte Formbildungen, etc. Entsprechend ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Aluminiumblech einer Dicke im Bereich von 0.05 bis weniger als 0.08 mm mit einem wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konischen Bereich aus einem topfförmigen Rohling mit einem im Wesentlichen zylindrischen Wandabschnitt bereitzustellen.
Das vorgeschlagene Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens folgende Schritte umfasst:
Einen Stufenzug, in welchem der zylindrische Randabschnitt des Rohlings wenigstens abschnittsweise zwischen einer Ziehmatrize und einem in einem Faltenhalter verschieblich geführten Ziehstempel in einen gestuften Bereich mit zwei Zylinderabschnitten umgeformt wird, einen ersten Zylinderabschnitt mit im Wesentlichen axial verlaufender umlaufender Wand mit einem ersten Radius und einen zweiten, entlang einer Bauteilachse folgenden zweiten Zylinderabschnitt mit im Wesentlichen axial oder konisch zusammenlaufend verlaufender umlaufender Wand mit einem zweiten Radius, der geringer ist als der erste Radius.
Dabei sind der erste und der zweite Zylinderabschnitt über einen im Wesentlichen radial verlaufenden oder stärker konisch zusammenlaufend als der zweite Zylinderabschnitt ausgebildeten Übergangsabschnitt des gestuften Bereichs umlaufend verbunden.
Der erste Zylinderabschnitt wird im Stufenzug wenigstens bereichsweise vom Faltenhalter innenseitig geführt und ist zwischen dem Faltenhalter und der Ziehmatrize geklemmt und der zweite Zylinderabschnitt wird vom Ziehstempel umgeformt.
Weiter gibt es wenigstens einen direkt oder indirekt darauf folgenden Konuszug, in welchem wenigstens der Übergangsabschnitt und der zweite Zylinderabschnitt des gestuften Bereichs zum gekrümmt oder linear konischen Bauteil-Abschnitt zwischen zwei Werkzeugen umgeformt wird. Die beiden Werkzeuge werden dabei wenigstens gebildet durch eine Konuszug-Ziehmatrize und einen in einer Konuszug-Zentrierhülse verschieblich geführten Konuszug-Ziehstempel, und der erste Zylinderabschnitt wird im Konuszug wenigstens bereichsweise von der Konuszug-Zentrierhülse innenseitig geführt oder zwischen der Konuszug-Zentrierhülse und der Konuszug-Ziehmatrize geklemmt und/oder geführt. Der Übergangsabschnitt und der zweite Zylinderabschnitt und der Übergangsabschnitt werden zwischen Konuszug-Ziehstempel und Konuszug-Ziehmatrize umgeformt.
Dabei wird vor dem Stufenzug aus einem flachen Blech ein kreisrunder Stanzling gestanzt, und dieser in einem folgenden Umformschritt zum topfförmigen Rohling mit zylindrischem Wandabschnitt mit Rohlingradius umgeformt, wobei die freie umlaufende Kante des topfförmigen Rohlings wenigstens abschnittsweise gekrümmt konisch aufweitend (wobei diese konische Aufweitung vorliegend einen radial verlaufenden Flansch mit einem Umlegewinkel a von bis zu 90° zur axialen Öffnungsrichtung des Bauteils mit einschliesst) ausgebildet ist.
Weiter werden im Konuszug öffnungsseitig ein umlaufender radialer Flansch und ein axialer zylindrischer Randbereich ausgebildet.
Gemäss einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nun das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass an den Konuszug anschliessend ein Zug ausgeführt wird, in welchem die konische Aufweitung der freien umlaufende Kante (wenigstens deren äusserster Randbereich) formschlüssig auf einen Umlegewinkel a von wenigstens 100° zu einer umgelegten Aufweitung umgelegt wird. Anschliessend an die Ausbildung der umgelegten Aufweitung werden der axiale zylindrische Randbereich und die umgelegte Aufweitung in einem Randrollen mit einem Rollstempel bodenseitig zu einem Rollrand gerollt, wobei vorzugsweise der Rollrand sowohl bodenseitig als auch öffnungsseitig über die Ebene eines im Konuszug gebildeten Flansches vorsteht.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass im Konuszug öffnungsseitig ein umlaufender radialer Flansch und ein axialer zylindrischer Randbereich ausgebildet werden, und an den Konuszug anschliessend ein Rillenzug ausgeführt wird, in welchem zwischen einem Formstück und einer Matrize, gegebenenfalls in Kombination mit einem weiteren Formstück, eine bodenseitig gerichtete umlaufende Sicke ausgebildet wird und gleichzeitig die konische Aufweitung der freien umlaufende Kante formschlüssig auf einen Umlegewinkel a von wenigstens 90° zu einer umgelegten Aufweitung umgelegt wird, und anschliessend an die Ausbildung der Sicke und der umgelegten Aufweitung in einem nächsten Schritt der axiale zylindrische Randbereich und die umgelegte Aufweitung in einem Randrollen mit einem Rollstempel bodenseitig zu einem Rollrand gerollt wird, wobei der Rollrand sowohl bodenseitig als auch öffnungsseitig über die Ebene des Flansches vorsteht.
Zudem ist es möglich und bevorzugt, dass im (Rillen)Zug die konische Aufweitung der freien umlaufende Kante formschlüssig auf einen Umlegewinkel a von wenigstens 110°, vorzugsweise auf wenigstens 120° zu einer umgelegten Aufweitung umgelegt wird, wobei der umgelegte Bereich plan oder vorzugsweise gekrümmt in Krümmungsrichtung des anschliessenden Rollrandes ausgebildet ist.
Die konische Aufweitung weist typischerweise eine radiale Breite im Bereich von 0.5-2 mm, vorzugsweise im Bereich von 1-1.7 mm auf.
Besonders effizient und sicher kann das Verfahren durchgeführt werden, wenn es dadurch gekennzeichnet ist, dass im (Rillen)Zug die konische Aufweitung zwischen einem Umlegestempel und einer Matrize formschlüssig gehalten zur umgelegten Aufweitung angerollt wird.
Gemäss einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der unabhängig vom ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wie oben erwähnt Anwendung finden kann, aber bevorzugt in Kombination mit dem ersten Aspekt eingesetzt wird, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stufenzug und Konuszug ein weiterer Zwischenzug durchgeführt wird, bei dem der gestufte Bereich mit zwei Zylinderabschnitten, dem ersten Zylinderabschnitt mit im Wesentlichen axial verlaufender umlaufender Wand mit einem ersten Radius und dem zweiten, entlang einer Bauteilachse folgenden zweiten Zylinderabschnitt angrenzend an den Boden mit im Wesentlichen axial oder konisch zusammenlaufend verlaufender umlaufender Wand mit einem zweiten Radius, der geringer ist als der erste Radius, derart umgeformt wird, dass aus dem Boden oder aus Boden und Übergang zwischen Boden und zweitem Zylinderabschnitt eine weitere Stufe ausgebildet wird mit einem Konusabschnitt oder mit einem dritten Zylinderabschnitt, dessen Radius geringer ist als der zweite Radius.
Insbesondere durch diesen zusätzlichen Zwischenzug können bei Verwendung des beanspruchten dünnen Materials, aber auch im Zusammenhang mit Ausgangsmaterial in Form von Aluminiumblech einer Dicke im Bereich von 0.05 bis 0.1 mm Risse und Ausschüsse weitgehend verhindert werden.
Risse im Material des Bauteils können insbesondere dann verhindert werden, wenn im weiteren Zwischenzug ein dritter Zylinderabschnitt ausgebildet wird, und im weiteren Zwischenzug und/oder im Stufenzug die Höhe hi und der Radius R2 des zweiten Zylinderabschnitts sowie im Zwischenzug die Höhe h2 und der Radius R3 des dritten Zylinderabschnitts derart gewählt werden, dass im Konuszug im Wesentlichen von Beginn an die konvexen innenliegenden Krümmungsbereiche des Bauteils in Kontakt kommen mit der Außenkontur des Konuszug-Ziehstempels und im Wesentlichen von Beginn an die konvexen außen liegenden Krümmungsbereiche des Bauteils in Kontakt kommen mit der Innenkontur der Ziehmatrize des Konuszugs.
Dabei wird vorzugsweise die Höhe hi des zweiten Zylinderabschnitts als ein Vielfaches im Bereich von 0.8-1.2 der Höhe h2 des dritten Zylinderabschnitts eingestellt.
Die Radien des zweiten und des dritten Zylinderabschnitts werden durch den Winkel des Konuszugs durch die vorgegebene Anlage des Werkzeugs an den Krümmungsbereichen vorgegeben.
Durch die gezielte Strukturierung des Bauteils respektive der verwendeten Form im weiteren Zwischenzug so, dass beim anschließenden Konuszug Stempel und Matrize von Anfang an in den entsprechenden Kontaktpunkten in Kontakt kommen und während des ganzen Konuszuges auch in Kontakt bleiben, wird eine optimale Materialführung gewährleistet und werden Risse vermieden. So kann noch dünneres Material eingesetzt werden, insbesondere im Rahmen der beanspruchten Dicke im Bereich von 0.05 bis weniger als 0.08 mm, oder mit oben beschriebenen dickeren Material kann Ausschuss wesentlich weiter reduziert werden.
Besonders wenig Risse und Ausschuss werden erzeugt, wenn die Dimensionen (Höhe und Radien der Stufen des zweiten und dritten Zylinderabschnitts) so eingestellt werden, dass im Konuszug im Wesentlichen von Beginn an der Boden des Bauteils in Anlage kommt mit der unteren Fläche des Konuszug-Ziehstempels. So ist im Konuszug von Anfang an an mehreren Flächen kontrollierte Anlage zwischen dem zu bearbeitenden Bauteil und dem Werkzeug gegeben. Über den Boden des Konuszug-Ziehstempels, d. h. über dessen untere Fläche, wird das Material des Bauteils in die Matrize gezogen.
Ein solches Verfahren kann weiterhin vorzugsweise dadurch gekennzeichnet sein, dass im weiteren Zwischenzug der Übergangsabschnitt und der zweite Zylinderabschnitt zwischen einem Faltenhalter und der Ziehmatrize formschlüssig gehalten sind, und der Konusabschnitt durch Eintauchen eines in der Ziehmatrize geführten Ziehstempels in den Boden ausgebildet wird.
Typischerweise verläuft der Übergangsabschnitt im Wesentlichen umlaufend radial und die jeweils umlaufend verlaufenden Wände des ersten und des zweiten Zylinderabschnittes verlaufen im Wesentlichen umlaufend axial.
Weiter ist es möglich, dass die Konuszug-Zentrierhülse als Faltenhalter ausgebildet ist, welcher den ersten Zylinderabschnitt und/oder den Übergangsabschnitt im Konuszug wenigstens bereichsweise zwischen dem Konuszug-Faltenhalter und der Konuszug- Ziehmatrize klemmt.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Radius des ersten Zylinderabschnittes zum Radius des zweiten Zylinderabschnittes im Bereich von 2:1 -1.1 :1 , vorzugsweise im Bereich von 1.6:1-1.25:1 , insbesondere bevorzugt im Bereich von 1.5: 1-1.3:1 liegt.
Und/oder es ist bevorzugt, dass das Verhältnis von Radius des ersten Zylinderabschnittes zum Bodenradius des zweiten Zylinderabschnittes oder des Konusabschnitts im Bereich von 2.5: 1-1.2:1 , vorzugsweise im Bereich von 2.0:1 -1.4:1 , insbesondere bevorzugt im Bereich von 1.9: 1-1 .5:1 liegt.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn das Verhältnis der axialen Länge des ersten Zylinderabschnittes zur axialen Länge des zweiten Zylinderabschnittes oder des zweiten Zylinderabschnittes und des Konusabschnittes im Bereich von 4:1 -0.5:1 , vorzugsweise im Bereich von 3:1-0.75:1 , insbesondere bevorzugt im Bereich von 2.5: 1-1 :1 liegt.
Ebenfalls ist bevorzugt, wenn das Verhältnis von Radius des zweiten Zylinderabschnittes zum Bodenradius des Konusabschnitts im Bereich von 2.5:1-1.1 :1 , vorzugsweise im Bereich von 2.0: 1-1 .2:1 , insbesondere bevorzugt im Bereich von 1.9: 1-1 .3:1 liegt.
Typischerweise wird beim vorgeschlagenen Verfahren so vorgegangen, dass vor dem Stufenzug aus einem flachen Blech, vorzugsweise zugeführt in Form eines Bandes, insbesondere ab Rolle, ein vorzugsweise kreisrunder Stanzling, vorzugsweise in alternierend transversal versetzter Weise, gestanzt wird, und dieser in einem folgenden Umformschritt zum topfförmigen Rohling mit zylindrischem Wandabschnitt mit Rohlingradius umgeformt wird, wobei die freie umlaufende Kante des topfförmigen Rohlings entweder zu einem radialen Flansch umgelegt ist oder gekrümmt konisch aufweitend ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Aussendurchmesser der Aufweitung um ein 1-50- faches der Materialdicke des Blechs grösser ausgebildet ist als der Rohlingradius, vorzugsweise im Fall einer gekrümmt konisch aufweitenden umlaufenden Kante um ein 2- 20 oder 5-15-faches der Materialdicke des Blechs grösser ist als der Rohlingradius.
Der Rohling besteht Vorteilhafterweise aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung, mit einer Zugfestigkeit im Bereich von 80 - 120 MPa, insbesondere Aluminium der folgenden Typen EN AW-8011A, 8079, 8176, 8021 , 8090, sintered 6061 , sintered 2014, jeweils in unbeschichteter oder in einseitig oder beidseitig, ggf. farbig lackierter Form.
Weiterhin kann das vorgeschlagene Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass der wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konische Bereich mit der Symmetrieachse des Bauteils einen mittleren Winkel im Bereich von 5-40°, vorzugsweise im Bereich von 7-15°, insbesondere bevorzugt im Bereich von 8-12° aufweist.
Der wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konische Bereich ist vorzugsweise wenigstens bereichsweise linear konisch ausgebildet wobei er, vorzugsweise, abgesehen von gegebenenfalls vorhandenen Stufen, ausschliesslich linear konische Bereiche aufweist.
Im Konuszug oder in einem oder mehreren darauf folgenden Umformschritten bodenseitig anschliessend an den wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konischen Bereich kann ein weiterer, vorzugsweise über einen radialen Bereich verbundener zylindrischer oder konischer Bereich ausgebildet werden.
Insbesondere wird bevorzugt im Konuszug bodenseitig anschliessend an den wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konischen Bereich ein weiterer konischer Bereich ausgebildet, wobei dieser weitere konische Bereich mit der Symmetrieachse des Bauteils einen grösseren mittleren Winkel einschliesst als der wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konische Bereich, vorzugsweise einem Konuswinkel im Bereich von 30-80°, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 50-70°.
Das Verfahren kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass in einer Transferstation in mehreren parallel bearbeiteten Bahnen identische Bauteile parallel im gleichen Hub bearbeitet werden, vorzugsweise in wenigstens zwei, insbesondere bevorzugt 2-8, oder 3- 5 derartigen parallelen Bahnen.
An den Rollzug können weitere Bearbeitungsschritte folgen, insbesondere ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Stanzschritte; Beschichtungsschritte; Applikationsschritte, insbesondere Applikation von Einlagen oder Aufbringen von Verschlüssen; Füllschritte; Qualitätskontrollschritte; Reinigungsschritte; Montageschritte an weiteren Bauteilen, wobei diese weiteren Schritte vorzugsweise wenigstens teilweise in der gleichen Transferanlage durchgeführt werden wie Stufenzug und Konuszug,
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens wie oben beschrieben in Form einer Transferanlage mit wenigstens einer Station für den Stufenzug und einer nachgeschalteten Station für den Konuszug, einer nachgeschalteten Station für den Rillenzug und einer nachgeschalteten Station für das Rollen, wobei das Werkzeug für den Stufenzug eine Ziehmatrize und einen in einem Faltenhalter verschieblich geführten Ziehstempel umfasst, und der erste Zylinderabschnitt und/oder der Übergangsabschnitt im Stufenzug wenigstens bereichsweise zwischen dem Faltenhalter und der Ziehmatrize geklemmt ist und der zweite Zylinderabschnitt und/oder der Übergangsabschnitt vom Ziehstempel geformt wird, und wobei das Werkzeug für den darauf folgenden Konuszug eine Konuszug-Ziehmatrize und einen in einer Konuszug- Zentrierhülse verschieblich geführten Konuszug-Ziehstempel umfasst, und der erste Zylinderabschnitt und/oder der Übergangsabschnitt im Konuszug wenigstens bereichsweise zwischen der Konuszug-Zentrierhülse und der Konuszug-Ziehmatrize geführt und/oder geklemmt ist, und der Übergangsabschnitt und/oder der zweite Zylinderabschnitt zwischen Konuszug-Ziehstempel und Konuszug-Zentrierhülse geformt wird.
Zu guter Letzt betrifft die vorliegende Erfindung ein Bauteil hergestellt in einem Verfahren wie oben beschrieben oder in einer Vorrichtung wie oben beschrieben
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 axialen Schnitt durch ein Werkstück in den verschiedenen Bearbeitungsphasen (Aerosoldom); Fig. 2 die Ausgangsposition für den Zwischenzug im Werkzeug für den Aerosoldom;
Fig. 3 die Zwischenzug Endlage im Werkzeug für den Aerosoldom;
Fig. 4 die Ausgangsposition für den ersten Zug beim Aerosoldom;
Fig. 5 die Endlage des ersten Zuges beim Aerosoldom;
Fig. 6 eine a) kombinierte Stanz- und Umformstation zum Stanzen der Stanzlinge und zum Umformen im Schnitt-Zug zum Rohling einer Kaffeekapsel im geöffneten Zustand (OT); b) das Werkzeug gemäss Figur 6a) in der Position, in der das Blech gestanzt wird; c) das Werkzeug gemäss Figur 6a) im geschlossenen Zustand (UT), wenn der Rohling tiefgezogen ist;
Fig. 7 a) das Werkzeug für den Zwischenzug bei der Herstellung der Kaffeekapsel im offenen Zustand (OT); b) das Werkzeug für den Zwischenzug bei der Herstellung der Kaffeekapsel im geschlossenen Zustand (UT);
Fig. 8 a) das Werkzeug für den Konuszug bei der Herstellung der Kaffeekapsel im offenen Zustand (OT); b) das Werkzeug für den Konuszug gemäss Figur 8a) im halb-geschlossenen Zustand; c) das Werkzeug gemäss Figur 8a) im geschlossenen Zustand (UT);
Fig. 9 einen Ausschnitt aus dem Randbereich der Kaffeekapsel im Werkzeug nach dem Rillenzug mit zusätzlich schematisch eingezeichnetem Rollrand;
Fig. 10 einen Ausschnitt aus dem Randbereich der Kaffeekapsel im Werkzeug nach Abschluss des Rollen des Randes;
Fig. 11 die einzelnen Verarbeitungsschritte bei der Herstellung einer Kaffeekapsel;
Fig. 12 den oberen Randbereich, wobei in a) der umgelegte Abschnitt nach dem Schnitt-Zug oder nach dem Stufenzug bei dem Rohling respektive dem Bauteil nach dem Stufenzug dargestellt ist, in b) der Randbereich im Werkzeug für den Rillenzug, und in c) der fertige Randbereich der Kapsel nach dem Rollenzug;
Fig. 13 zeigt das Bauteil nach dem weiteren Zwischenzug während des Konuszuges, wobei in a) das Bauteil nach dem weiteren Zwischenzug in einem Teilschnitt dargestellt ist, in b) dieses Bauteil bei Beginn des Konuszuges, wenn der Stempel in Kontakt mit dem Bauteil tritt, in c) der Umformprozess im Werkzeug, wenn die Bodenkontur umgeformt ist, ungefähr 8 mm vor dem unteren Totpunkt, und in d) das Werkzeug mit dem darin gehaltenen Bauteil im unteren Totpunkt;
Fig. 14 die Stufenfolge mit dem weiteren Zwischenzug und der Ausbildung der umgelegten Aufweitung im Rillenzug, wobei oben die jeweils in der unteren Stufenfolge eingekreisten Bereiche im Detail dargestellt sind;
Fig. 15 in a) das geöffnete Werkzeug für den weiteren Zwischenzug und in b) das geschlossene Werkzeug für den weiteren Zwischenzug im unteren Totpunkt;
Fig. 16 das geöffnete Werkzeug für den Konuszug mit dem Bauteil nach dem weiteren Zwischenzug;
Fig. 17 das halb geschlossene Werkzeug für den Konuszug mit dem Bauteil nach dem weiteren Zwischenzug;
Fig. 18 das offene Werkzeug für den Rillenzug für die Herstellung der umgelegten Aufweitung;
Fig. 19 das Werkzeug für den Rillenzug im unteren Totpunkt;
Fig. 20 das in Figur 19 eingekreiste Detail des Randflansches im Werkzeug;
Fig. 21 die Stufenfolge mit dem weiteren Zwischenzug und der Ausbildung der umgelegten Aufweitung im Rillenzug gemäss einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens;
Fig. 22 in a) einen schematischen axialen Schnitt durch das Werkzeug für den Schritt 71 gemäß Stufenfolge in Figur 21 und in b) einen schematischen axialen Schnitt durch das Werkzeug für den Schritt 65 in Figur 21.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den Figuren 1-5 werden Schritte des hier vorgeschlagenen Verfahrens anhand der verschiedenen Umformoperationen an einem Bauteil illustriert.
Figur 1 zeigt einen axialen Schnitt durch das Werkstück in den verschiedenen Bearbeitungsphasen. Nicht dargestellt ist die erste Phase, in welcher der flache Blechabschnitt, ein Stanzling, vorgelegt und geformt wird. Dieser Stanzling wird in einem ersten Schritt umgeformt zum Rohling 1 , dieser Rohling 1 ist zylindrisch topfförmig, er verfügt über einen umgelegten Randabschnitt 10 in Form eines radialen Flansches, dann folgt ein umlaufender zylindrischer Abschnitt 7 mit Radius Ri, ein gekrümmter Abschnitt 9 anfolgend an diesen zylindrischen Abschnitt 7, und bodenseitig abgeschlossen wird der Rohling 1 durch den Bodenabschnitt 8, der senkrecht zur Hauptachse 6, mithin axial, verläuft.
Dieser Rohling 1 wird in einem ersten Umform sch ritt, dem Zwischenzug oder Stufenzug, zunächst zu einem gestuften Bauteil 2 umgeformt. Dieses gestufte Bauteil verfügt nun öffnungsseitig zunächst über einen ersten Zylinderabschnitt 12 immer noch mit Radius Ri, dieser geht über einen gekrümmten Übergangsabschnitt 14 in einen zweiten Zylinderabschnitt 13 mit einem geringeren Radius R2 über. Der Bereich der Übergänge von 12 über 14 zu 13 wird auch als gestufter Bereich 11 bezeichnet. Bodenseitig anschliessend an den zweiten Zylinderabschnitt 13 folgt ein kurzer gekrümmter Bereich und dann der Boden 25 des Bauteils nach dem Stufenzug mit einem Bodenradius RB, der definiert ist als der Radius des planen Bereiches ohne die Übergangskrümmung zum zweiten Zylinderabschnitt.
Nun folgt ein zweiter Umformschritt, in welchem dieses Bauteil 2 in einem ersten Zug, dem eigentlichen Konuszug, zu einem konischen Bauteil 3 umgeformt wird. Der vormals gestufte Bereich 11 wird in diesem Konuszug zu einem hier gekrümmt konischen Bereich 15 umgeformt. An diesen gekrümmt konischen Bereich 15 folgt wiederum ein Bodenbereich. Der Bodenradius RB bleibt dabei unverändert.
Dann folgen weitere Zugschritte, in einem zweiten Zug zum Bauteil 4 wird der Konuswinkel vergrössert, mithin der Konus enger zusammenlaufend ausgebildet, und im bodenseitigen Bereich wird ein zylindrischer Abschnitt 17 ausgebildet.
In einem letzten Zugschritt wird das Bauteil 4 weiter umgeformt, indem der zylindrische Bereich 17 in einen radialen Bereich 18 umgeformt wird, der bodenseitig gefolgt wird von einem zylindrischen Bereich 19, bodenseitig abgeschlossen wird das Bauteil durch den Boden 20. Dieses Bauteil 5 nach dem dritten Zug wird typischerweise anschliessend gestanzt im Bodenbereich, und es können dann weitere Operationen folgen wie beispielsweise die Ausbildung eines Rollrandes etc.
Die Werkzeuge zur Umsetzung von Zwischenzug und Konuszug zur Herstellung eines solchen Bauteils werden in den Figuren 2-5 illustriert.
Im Werkzeug für den Zwischenzug oder Stufenzug gemäss Illustration in Figur 2 wird der Rohling 1 durch einen Stempel in eine Ziehmatrize 23 geführt. Die Ziehmatrize 23 bildet die Aussenkontur des gestuften Bereichs 11. Der Stempel ist zweiteilig ausgebildet. In einem umlaufenden aussenseitigen Bereich ist ein ringförmiger Faltenhalter 21 angeordnet. In diesem Faltenhalter 23 verschieblich gelagert ist ein zylindrischer Ziehstempel 24 angeordnet. Am Anfang dieses Stufenzuges liegt die Vorderkante des Ziehstempels 24 im Wesentlichen bündig mit der Vorderkante des Faltenhalters 21 , und diese liegen mit der Vorderkante oder -ebene im Wesentlichen auf dem Bodenabschnitt 8 des Rohlings 1 auf. Nun verschiebt sich, wie das anhand von Figur 3 erkennbar ist, der Faltenhalter 21 vollständig in die entsprechende Gegenkontur der Ziehmatrize 23 ein, sodass die Anlagefläche 22 des Faltenhalters 21 den gekrümmten Abschnitt 9 klemmt. Anschliessend oder gleichzeitig dazu verschiebt sich der Ziehstempel 24 entlang der Symmetrieachse 6 weiter zum Boden hin, und die im Wesentlichen axiale Aussenkontur des Ziehstempels 24 formt nun den zweiten Zylinderabschnitt 13 des gestuften Abschnitts 11 aus, während der erste Zylinderabschnitt 12 zwischen Faltenhalter 21 und Ziehmatrize 23 geklemmt oder zumindest geführt ist. So wird eine kontrollierte Verjüngung zum neu entstehenden Bodenbereich 25 mit geringerem Radius als der ursprüngliche Bodenbereich 8 erzeugt, wobei ein zylindrisches Ziehen möglich ist. Der Faltenhalter 21 ist mit anderen Worten zu Beginn dieses Stufenzuges oder zumindest in einer Phase des Stufenzuges am Teil anliegend, dadurch können sich während der Umformung keine Falten bilden. Der Zug ist im Prinzip zylindrisch. Bei der Endlage des Stufenzuges ist das Blech umfassend gehalten. Der Zwischenzug oder Stufenzug kann in der Höhe nach Bedarf eingestellt werden. Die Höhe des Zwischenzuges/Stufenzuges kann auf die Geometrie des anfolgenden Konuszuges abgestimmt werden.
Das Werkzeug des anfolgenden Konuszuges ist in Figur 4 in der Position dargestellt, in welcher gerade der Umformprozess am noch gestuften Bauteil 2 beginnt. Hier gibt es eine Ziehmatrize 27, und einen radial aussenliegenden ringförmigen Faltenhalter 28 für den Konuszug, und in diesem ist wiederum ein Ziehstempel 29 für den Konuszug verschieblich gelagert.
Zu Beginn der Ausbildung des konischen Bereiches wird der zylindrische erste Abschnitt 12 bereits zwischen Zentrierhülse 28 und entsprechender Gegenkontur mit zylindrischer Ausbildung der Ziehmatrize geführt oder sogar geklemmt. Nun verschiebt sich die Zentrierhülse 28 und parallel dazu der Ziehstempel 29 für den Konuszug in die Ziehmatrize hinein, wobei gleichzeitig der erste Zylinderabschnitt 12 geführt und teilweise umgeformt wird, und vor allem der Übergangsabschnitt 14 und der zweite Zylinderabschnitt 13 durch die konische Anlagefläche 31 des Ziehstempels 29 umgeformt werden.
Der Ziehstempel verschiebt sich anschliessend noch weiter als die Zentrierhülse 28 in die Ziehmatrize 27 hinein, bis die konische Anlagefläche 30 erreicht wird, mithin der konische Bereich 15 zwischen den Flächen 30 und 31 umgeformt ist, wie dies in Figur 5 ersichtlich ist.
Durch die beiden Radien zu Beginn dieses Konuszuges ist das Bauteil in sich resistenter gegen Faltenbildung. Durch die beiden Kontaktstellen Ziehmatrize und Ziehstempel wird die freie Zarge verkleinert. Bei der Endlage ist das Bauteil, zumindest für genügend dicke Materialien, faltenfrei umgeformt und bereit für den zweiten Zug.
In den Figuren 6-8 sind die verschiedenen Werkzeuge für die entsprechende Umsetzung des Verfahrens am Beispiel einer Herstellung einer Kaffeekapsel z.B. aus Polyesterlackiertem Aluminiumblech des Typs 8011A einer Dicke von 0.1 mm illustriert. Das Flächengewicht des Aluminiums beträgt dabei ca. 270 g/m2 und des Lackes (inkl. Primer) ca. 18 g/m2.
Der vollständige Prozess der Herstellung der Kaffeekapsel (Stufenfolge) ist in Figur 11 dargestellt, und soll entsprechend zum besseren Verständnis der Umformschritte in der Beschreibung vorgezogen werden.
In einem Schnittzug 63 wird in einer kombinierten sequentiellen Stanz- und Umform- Operation in einem Werkzeug ein topfförmiger Rohling 1 umgeformt. Es ist auch möglich, zuerst in einem ersten Werkzeug in einem reinen Stanzschritt 62 nur den planen Stanzling auszustanzen und dann in einem nächsten Werkzeug diesen zum Rohling 1 umzuformen. Der topfförmige Rohling 1 verfügt über einen geschlossenen Bodenabschnitt 8 und eine Öffnung, die Wand 8 des Rohlings ist zylindrisch, verläuft mithin umlaufend kreisrund axial. An der freien oberen Kante wird in diesem Schritt gleich ein leicht umgelegter Rand 47 im Sinne einer konischen Aufweitung auf einen Winkel von höchstens 20° zur axialen Richtung zur Stabilisierung für den anschliessenden Transport und für die Vorbereitung des Rollens des Rollrandes ausgebildet.
Dieser Rohling 1 wird anschliessend in einem Zwischenzug oder eben Stufenzug 64 umgeformt in das gestufte Bauteil 2. Dieses gestufte Bauteil verfügt nun immer noch über den umgelegten Rand 47 an der freien Kante, über einen ersten Zylinderabschnitt 12 mit gleichem Radius wie der ursprüngliche Radius des Rohlings 1 , dieser geht aber ungefähr auf halber Höhe über einen Übergangsabschnitt 14 über in einen zweiten Zylinderabschnitt 13 mit geringerem Radius.
Dieses gestufte Bauteil 2 wird in einem Konuszug 65 umgeformt in das Bauteil 3 mit linear konischem Abschnitt. Es verbleibt dabei ein zylindrischer Randbereich 52, der im Wesentlichen den gleichen Radius aufweist, wie der ursprüngliche erste Zylinderabschnitt 12. Dieser geht über einen radialen Flansch über in den eigentlichen konischen Bereich 15 des Bauteils 3. Der Boden ist mit einem zweiten Konuswinkel ebenfalls in einem weiteren konischen Bereich 69 ausgebildet. Beide konischen Bereiche werden in diesem Konuszug ausgebildet.
In einem Folgeschritt wird in einem Rillenzug 66 der obenliegende umlaufende Flansch weiter umgeformt, wie das weiter unten detailliert werden wird.
Dann folgt ein Schritt, in dem der noch axial aufkragende Rand gerollt wird im Randrollen 67 zu einem Rollrand 55.
Anschliessend folgt ein Prägeschritt 68, in welchem weitere Strukturen geprägt werden können, beispielsweise Beschriftungen aber auch spezielle Strukturierungen von Wandabschnitten wie beispielsweise Zierrillen oder ähnliches.
Das Werkzeug für einen kombinierten Stanz- und Umformschritt zur Herstellung des Rohlings 1 aus einem zugeführten Blech ist in Figur 6 dargestellt.
Das Werkzeug ist als Transferstation mit einer oberen Trägerplatte 41 und einer unteren Trägerplatte 42 ausgebildet, die Platten sind über Führungszylinder 23 geführt und können nur in vertikaler Richtung relativ zueinander verschoben werden. Figur 6a zeigt den oberen Totpunkt (OT) des Werkzeugs. Die Umformschritte erfolgen so, dass jeweils die Öffnung des Bauteils nach oben gerichtet ist. Das Band wird als Metallblech-Streifen zugeführt und über einen Niederhaltestift 40 sowie die über einen im Werkzeug zentrierten weiteren Niederhaltestift 34 gehalten.
An der oberen Trägerplatte ist der Ziehstempel 35 für den Ziehvorgang vorgesehen, sowie der zugehörige Faltenhalter 33, der den Ziehstempel radial umschliesst. Weiter wird dieser Faltenhalter 33 nun aber auch noch umschlossen durch einen Schneidring 36 oder eine Schneidmatrize, diese hat die Aufgabe, vor dem Tiefziehprozess den runden planen Stanzling bereit zu stellen. Diese Schneidmatrize 36 wird von einem Tragelement 36a getragen, dieses liegt am oberen Totpunkt auf einem Anschlag 36b der entsprechenden Führung 36d. Schneidring 36 und Faltenhalter 33 sind in geringem Masse relativ zueinander axial verschieblich.
An der unteren Trägerplatte 42 gibt es radial aussen zunächst einen Abheber 39, der mit einer Federung 39 nach oben verspannt ist. Radial nach innen folgend folgt der ringförmige Schneidstempel 37 für den Schnittzug, der gleichzeitig Tiefziehmatrize für den Zug zur Ausbildung des Rohling ist. Dann folgt ganz zentral der Auswerfer 38 für den Schnittzug. Figur 6b illustriert nun die Position, in welcher gerade aus dem Metallblech-Band der kreisrunde Stanzling 46 ausgestanzt wird. Die obere Trägerplatte 41 senkt sich nach unten ab, der Schneidstempel 37 ist in seiner Position fixiert, hingegen der Abheber 39 kann durch die Federung 39a leicht nach unten geschoben werden. Nun treffen die vorderen Flächen von Faltenhalter 33 und Schneidmatrize 36 auf die Oberfläche des Blechs, die Schneidmatrize 36 ist durch den Anschlag am Tragelement 36a fixiert, der Faltenhalter 33 hingegen kann etwas nach oben nachgeben. Dadurch taucht der Schneidring 36, wie das in der Vergrösserung unten links in Figur 6b ersichtlich ist, etwas tiefer nach unten, Faltenhalter 33 und Schneidstempel 37 klemmen das Blech und die innere Ringkante des Schneidrings 36 stanzt das Blech, indem sie etwas um die Randkontur des Schneidstempels 37 nach unten taucht.
Nun folgt kein Transfer in eine nächste Station, sondern der so zwischen Faltenhalter 33 und Schneidstempel 37 gehaltene Stanzling 46 wird gleich in der gleichen Station zum Rohling 1 umgeformt, indem das Werkzeug noch weiter nach unten verfährt bis zum unteren Totpunkt (UT), der in Figur 6c illustriert ist. Der Ziehstempel 35 fährt nun in die ringförmige Ausnehmung im Schneidstempel 37 ein, wobei der Auswerfer 38 über den Ziehstempel 35 nach unten verschoben wird. Durch den Pneumatikzylinder 38a wird der Boden immer an den Ziehstempel 35 gedrückt. So bildet sich zwischen Ziehstempel 35 und Schneidstempel respektive Tiefziehmatrize 37 die zylindrische Wand 7 des Rohlings 1 aus. Gleichzeitig ist die obere umlaufende Innenkante der Tiefziehmatrize 37 konvex gekrümmt ausgebildet und die Ziehhöhe wird so eingestellt, dass sich am Rohling 1 die bereits oben erwähnte leicht nach aussen umgelegte Randpartie 47 ausbildet, mithin ein gewissermassen trompetenförmig sich erweiternder kurzer Flansch zur Stabilisierung des Rohlings 1 an der Oberkante.
Nun wird dieser Rohling 1 mit einer Transferanlage zur nächsten Station transportiert, diese führt nun den Stufenzug 64 aus, das entsprechende Werkzeug ist in Figur 7 dargestellt.
Hier gibt es wiederum eine obere Trägerplatte 41 und eine untere Trägerplatte 42. An der oberen Trägerplatte ist der Faltenhalter 21 für den Stufenzug vorgesehen, und in diesem axial verschieblich gelagert der Ziehstempel 24. In einer zentralen Ausnehmung dieses Ziehstempels gibt es zusätzlich einen Niederhaltestift 48, der mit seinem Führungsstift 48a in dieser zentralen Ausnehmung axial verschieblich gelagert ist. Die Frontfläche des Ziehstempels 24 verfügt über eine konkave Frontflächenkontur 24a, die der rückseitigen konvexen Kontur des Niederhaltestifts im vordersten Erweiterungsbereich entspricht, sodass, wenn der Niederhaltestift 48 in der vollständig eingefahrenen Position im Ziehstempel 24 liegt, diese beiden Elemente gemeinsam eine bündige radial verlaufende Frontfläche ausbilden (vergleiche Figur 7b).
An der unteren Trägerplatte 42 ist die untere Ziehmatrize 23 als ringförmiges Element vorgesehen, axial unbeweglich. In dieser Ziehmatrize 23 ist axial verschieblich der Auswerfer 49 vorgesehen. In Figur 7a ist das Werkzeug für den Stufenzug im oberen Totpunkt dargestellt. Der Rohling 1 , der durch eine Transfer-Vorrichtung zu dieser Station transportiert wurde, liegt nun als Rohling 1 auf dem Auswerfer 49, und der obere Werkzeugteil verschiebt sich nach unten. Dabei wird der Rohling 1 zunächst zwischen Auswerfer 49 und vorderer Fläche des Niederhaltestifts 48 geklemmt. Anschliessend fährt der Faltenhalter 21 zunächst ohne umformend zu wirken in die obere Ausnehmung des Rohlings ein, was durch die leichte Erweiterung 47 erleichtert wird. Im geeigneten Zeitpunkt für die gewünschte Ziehhöhe für ersten und zweiten Ziehabschnitt beginnt dann auch der Ziehstempel 24 sich noch weiter nach unten zu verschieben als die Vorderkante des Faltenhalters 21 , und der gestufte Bereich wird ausgebildet, indem die radiale Umfangsfläche im vorderen Bereich des Faltenhalters 21 den Rohling führt, der Übergangsabschnitt 14 an den oberen Randkante der Ziehmatrize ausgebildet wird und der zweite Zylinderabschnitt durch die radiale Aussenfläche des Ziehstempels und die radiale Innenfläche der Ziehmatrize. In Figur 7b ist das Werkzeug für den Stufenzug im erreichten unteren Totpunkt dargestellt.
Der nun folgende Konuszug 65 wird im in Figur 8 dargestellten Werkzeug realisiert. In Figur 8a ist das Werkzeug für den Konuszug im oberen Totpunkt dargestellt. Hier gibt es an der oberen Trägerplatte wiederum einen Faltenhalter 28, der ringförmig ausgebildet ist, und dessen Position relativ zur oberen Trägerplatte nicht fixiert ist, sondern axial verschieblich. In diesem Faltenhalter 28 ist der Ziehstempel 29 für den Konuszug ausgebildet, er verfügt über eine doppelt konische Aussenkontur, den eigentlichen ersten Konus 29a für den eigentlichen konischen Bereich und einen weiteren Konus 29b für die konische Ausbildung eines Bodenbereichs 69.
In diesem Ziehstempel 29 ist wiederum axial zentriert ein Niederhaltestift 15 vorgesehen, der im Ziehstempel axial verschieblich gelagert ist.
Auf der unteren Trägerplatte gibt es die ringförmige Ziehmatrize 27, die gewissermassen die Gegenkontur für die Aussenfläche des Ziehstempels 29 bereitstellt. Die Gegenfläche für den zweiten Konus 29b wird durch die untere Konusfläche 27b gestellt, und die Gegenfläche für die Ausbildung des eigentlichen konischen Bereichs über die Fläche 29a des Ziehstempels wird durch den Bereich 27a der Ziehmatrize bereitgestellt.
In dieser Ziehmatrize 27 ist verschieblich wiederum ein Auswerfer 51 vorgesehen, der genau wie beim Werkzeug gemäss Figur 7 unter anderem auch dazu dient, das fertige Bauteil, wenn die obere Platte wieder nach oben geschoben wird, aus dem Werkzeug von unten herauszuschieben und für die Greifer des Transfersystems verfügbar zu machen. Das Bauteil nach dem Stufenzug 2 wird nun zwischen dem Niederhaltestift 50 und dem Auswerfer geklemmt, sobald es von der Transferanlage an die Position dieser Station verlegt wurde, und dann senkt sich der obere Werkzeugteil weiter hinunter.
In Figur 8b ist die Position dargestellt, bei welcher gerade der eigentliche Umformprozess am Bauteil 2 beginnt. Der Faltenhalter 28 ist in den ersten zylindrischen Abschnitt 12 des Bauteils 2 bereits eingefahren, und der Ziehstempel 29 ist mit seiner vordersten Fläche gewissermassen auf den Boden des Bauteils 2 nach unten verschoben. Nun beginnt der eigentliche Umformprozess, wenn das Werkzeug weiter geschlossen wird, und der Ziehstempel weiter in die Ziehmatrize 27 eintaucht. Dabei wird der Übergangsbereich 14 und der zweite Zylinderabschnitt 13 zunächst umgeformt, und dann aber auch der zweite Zylinderabschnitt 12 gewissermassen nach unten weiter in die Form hineingezogen, bis nur noch ein zylindrischer Randbereich 52 von der Aussenkontur des Faltenhalters in der vollständig geschlossenen Position, wie in Figur 8c dargestellt, gehalten ist.
Die Konturen von Ziehstempel 29 und Ziehmatrize 27 liegen nun vollständig aufeinander auf, und insbesondere im Bodenbereich hat sich auch der weitere konische Beriech 69 ausgebildet.
Dieses Bauteil 3 wird nun den bereits weiter oben im Zusammenhang mit Figur 11 beschriebenen Operationen unterzogen, die Werkzeuge dafür sind nicht mehr vollständig dargestellt.
Figur 9 zeigt nur noch den Flanschbereich im Transferwerkzeug für den Rillenzug 66. Die umlaufende Sicke 53 wird in diesem Werkzeug durch ein Formstück 59 von oben ausgebildet, welches in einer Matrize 58 mit einem innenliegenden Formstück 60 eintaucht. Dabei verbleiben in diesem Schritt zunächst der zylindrische Randbereich 52 und ebenso der umgelegte Rand 47.
Der in Figur 9 dargestellte Rollrand 55 ist nur schematisch zu verstehen, er entsteht erst im nächsten Werkzeug oder in einem Folgeschritt im gleichen Werkzeug im Randrollen 67, wie das in Figur 10 dargestellt ist. Ein Rollstempel 56 mit einer entsprechend ausgebildeten Rollkontur 57 fährt von oben einem Formstück 56 entlang nach unten, kann durch die schon leicht ausgeweitete obere Kontur 47 den Rollprozess optimal beginnen und legt den Rollrand 55 zu einem vollständig geschlossenen Rand um.
So können Kaffeekapseln in einer oder mehreren Stufen hergestellt mit und ohne Dichtrille. Die eingesetzte Materialstärke bewegt sich dabei zwischen 90my (mikrometer) und 120my. Wie beschrieben wird bei diesem Verfahren der Rollrand ohne Vorbereitung in der Rollstation fertig geformt. Beim Verarbeiten von dünneren 50my bis 80my Aluminiumfolien kann der Rollrand nicht mehr in der oben beschriebenen Weise hergestellt werden, da das noch dünnere Material in der Randroll-Station einknickt und so kein annehmbares Resultat erzielt werden kann. Auch wird die Faltenbildung während dem Fertigzug so gross, dass es zu Seitenwandrissen und dadurch undichten Kapseln führen kann.
Um den Rollrand ohne Verletzung (Knick) zu formen, muss der Rollvorgang dann vorbereitet werden. In der Stufenfolge bleibt am Teil in der ersten Station ein Restflansch in Form der oben geschilderten konischen Aufweitung 47 stehen.
Vor der Rollstation wird dieser Restflansch respektive die konische Aufweitung 47 formschlüssig ca. 120° geformt, wie dies in Figur 12 dargestellt ist.
In dieser Figur wird in a) der Randbereich 47, wie er typischerweise beim Schnittzug 63 zur Stabilisierung der oberen freien Kante hergestellt wird, dargestellt. Typischerweise ist dieser Randbereich zur Stabilisierung der Oberkante in den Bearbeitungsschritten maximal um 90° bezüglich der axialen Richtung (in Öffnungsrichtung des Behälters betrachtet) umgelegt und verfügt z.B. für das angegebene dünne Material mit einer Stärke im Bereich von 0.05-0.08 mm beschichtetes Aluminium über einen im wesentlichen planen radialen Flansch mit einer Breite RA im Bereich von 1-1.5 mm.
Im in b) dargestellten Werkzeug für den Rillenzug wird diese konische Aufweitung 47 nun zu einer umgelegten Aufweitung 74 umgeformt (oder angerollt), indem die konische Aufweitung zwischen einer Matrize 58 und einem Umlegestempel 70 formschlüssig geführt wird. Dabei wird der ursprünglich maximale Winkel von 90° bezüglich der axialen Richtung wenigstens im äussersten radialen Randbereich auf über 90° umgelegt, typischerweise auf 100-120°.
Anschliessend wird die umgelegte Aufweitung 74 im Randrollen 67 zum definitiven Flansch, wie er in c) dargestellt ist, umgeformt.
Durch diese Massnahmen kann in der Rollstation der Rollvorgang mit einer kleineren Anfangskraft ausgeführt werden und die die Knickbildung kann verhindert werden.
Um die Seitenwandrisse zu verhindern, wird mit einem weiteren Zwischenzug zusätzlich zum bestehenden Stufenzug der Fertigzug (Konuszug) vorbereitet.
Die Zwischenzüge (weiterer Zwischenzug und Stufenzug) sind in der Höhe einstellbar, damit die Volumen so verteilt werden können, dass das Teil beim Start des Konuszuges möglichst Kontakt hat mit der Ziehmatrize und dem Ziehstempel, wie dies in Figur 13 dargestellt ist.
Dabei ist in a) das Bauteil 2' nach dem weiteren Zwischenzug 71 dargestellt. Erkennbar ist von oben nach unten der umgelegte Rand 47 respektive die konische Aufweitung, der anschliessende erste Zylinderabschnitt 12, der Übergangsabschnitt 14, und der daran folgende zweite Zylinderabschnitt 13. An diesen folgt nun ein weiterer Konusabschnitt 73, der aber auch einen axialen Abschnitt aufweisen kann, mit einem Boden 82', der dann einen geringeren Durchmesser aufweist, als der Boden des Bauteils 2 nach dem Stufenzug.
Fährt nun, wie dies in b) dargestellt ist, der Ziehstempel 29 für den Konuszug in dieses Bauteil 2' nach dem weiteren Konuszug hinein, so kommt die Oberfläche des Ziehstempels 29 an einer grossen Zahl von Kontaktstellen 75 in Kontakt mit dem Bauteil, was eine wesentlich verbesserte Führung und eine Verhinderung von Seitenwandrissen ermöglicht. Diese Führung ist, wie bei weiter eingetauchtem Ziehstempel gemäss c) ersichtlich, über den weiteren Ziehvorgang gegeben und führt am Ende zum geschlossenen Werkzeug gemäss d).
In Figur 14 ist die Stufenfolge mit den weiteren Elementen für die Verarbeitung von dünneren Aluminiumblechen dargestellt.
Der Rohling 1 mit dem umgelegten Rand 47 wird analog wie oben dargestellt hergestellt, gegebenenfalls mit einem Rand mit grösserer Breite und einem Umlegewinkel von bis zu 90° (Winkel zwischen der Symmetrieachse in Offenrichtung des Bauteils und dem radial äussersten Abschnitt des Randes 47).
Dieses Bauteil wird im Stufenzug 64 zum Bauteil 2 umgeformt, ebenfalls wie oben dargelegt.
Nun folgt in Abweichung der in Figur 11 dargestellten Stufenfolge ein weiterer Zwischenzug 71 , bei dem aus dem Boden 25 ein weiterer Konusabschnitt 73 ausgebildet wird, sodass am Ende ein Boden 82' mit einem geringeren Radius als des Bodens 25 resultiert.
Anschliessend folgt der Konuszug 65 wie oben beschrieben. Auf diesen folgt nun ein Rillenzug 66, bei dem nicht nur die Rille ausgebildet wird, sondern eben auch, wie bereits oben beschrieben, der umgelegte Rand 47 in eine umgelegte Aufweitung 74 mit einem Umlegewinkel a von mehr als 90°, hier ca. 120°, bezüglich der axialen Richtung umgelegt oder angerollt wird.
Anschliessend folgt wie oben bereits beschrieben ein Randrollen 67.
Die Sequenz kann gefolgt werden von weiteren Prägeschritten o.ä..
Die neue Stufenfolge beinhaltet somit folgende Neuerungen:
Um das Randrollen stabil zu gestalten, wird der Schnittzug so ausgelegt, dass ein Restflansch von ca. 1 .5 mm stehen bleibt. Der Schnittzug an sich bleibt gleich und wird ggf. von der Ziehhöhe anders abgestimmt. Der Faltenhalter 33 sollte über 33a zurückgesteuert werden können.
Dieser Restflansch wird dann in Station 5 formschlüssig angekippt. Dieses Verfahren hat u.a. drei Vorteile.
1. Der Flansch rutscht nicht unter dem Faltenhalter weg, dadurch ist auch das Risiko der Spanbildung bei anisotropen Material viel kleiner.
2. Durch das formschlüssige Vorpressen des Rollrandes in der Station 5 wird der Rollrand in der Rollstation 6 optimal gerollt.
3. Durch dieses Verfahren ist bei anisotropem Material der Kontakt des Rollrandes mit der Rollmatrize umlaufend zum selben Zeitpunkt
Durch den weiteren Zwischenzug werden die Volumina optimal vorbereitet und beim Fertigzug entstehen weniger Falten, die dann zu Seitenwandrissen führen können.
Figur 15 zeigt in a) das Werkzeug für den weiteren Zwischenzug 71 im offenen Zustand. Das Bauteil 2 nach dem Stufenzug befindet sich dabei auf dem Auswerfer 81 und wird dann mit dem Niederhaltestift 77 in der Position gehalten. Auf der unteren Seite ist die Ziehmatrize 80 angeordnet, und oben um den Niederhaltestift 77 gibt es zunächst den Ziehstempel 78, und um diesen herum den Faltenhalter 79, der, wie dies anhand von der Darstellung des geschlossenen Werkzeugs in b) erkannt werden kann, nicht nur das bearbeitete Bauteil im Bereich des Übergangsabschnitts 14 und des zweiten Zylinderabschnittes 13 hält, sondern auch im neuen Übergang zum Konusabschnitt 73 kontrolliert. Die vordere Kontur des Ziehstempel bildet den Konusabschnitt 73 aus dem Boden 25 aus.
Figur 16 zeigt das offene Werkzeug für den Konuszug, wenn nun ausgegangen wird vom Bauteil 2' nach dem weiteren Zwischenzug, und nicht, wie in Figur 8a dargestellt, vom Bauteil 2 nach dem Stufenzug. Insbesondere beim Übergang von dieser Figur zur Figur 17, bei welcher das Werkzeug analog zur Figur 8b für den Konuszug im halb geschlossenen Zustand dargestellt ist, kann erkannt werden, wie durch den weiteren Konusabschnitt 73 eine bessere Kontaktierung zwischen Ziehstempel 29 und Bauteil möglich ist und damit ein kontrollierterer Prozess geführt werden kann.
Figur 18 zeigt das offene Werkzeug für den Rillenzug 66, bei dem nun aber nicht nur die Rille 53 ausgebildet wird, sondern eben zusätzlich auch noch der umgelegte Rand 47 zu einer umgelegten Aufweitung 74 geformt respektive angerollt wird. Dazu gibt es im unteren Teil des Werkzeugs ein Formstück 60, und um dieses herum eine Matrize 58, an deren oberem Rand eine Formkontur 82 vorgesehen ist, die in Wechselwirkung mit einer entsprechenden Innenkontur 83 des den oberen werkzeugteilbildenden Umlegestempels 70 die kontrollierte Ausbildung der umgelegten Aufweitung 74 ermöglicht. Radial auf der Innenseite des Umlegestempels 70 ist zunächst das Formstück 59 für die Ausbildung der Rille vorgesehen, und weiter innen der Haltestempel 76, in dessen zentraler Bohrung der Niederhaltestift 50 geführt ist.
Wird das Werkzeug geschlossen, so resultiert die Position, wie sie in Figur 19 dargestellt ist, bei der nun eben zwischen Matrize 58 und Umlegestempel 70 durch die beiden Konturen 82 und 83 der umgelegte Rand 47 zur umgelegten Aufweitung 74 kontrolliert angerollt wird.
Im Detail ist dies in Figur 20 in einer Schnittdarstellung des Randbereichs im Werkzeug für den Rillenzug dargestellt.
In Figur 21 ist einer weitere alternative Stufenfolge mit den weiteren Elementen für die Verarbeitung von dünneren Aluminiumblechen dargestellt.
Der Rohling 1 mit dem umgelegten Rand 47 wird analog wie oben dargestellt hergestellt, gegebenenfalls mit einem Rand mit grösserer Breite und einem Umlegewinkel von bis zu 90° (Winkel zwischen der Symmetrieachse in Offenrichtung des Bauteils und dem radial äussersten Abschnitt des Randes 47).
Dieses Bauteil 1 wird im Stufenzug 64 zum Bauteil 2 umgeformt, ebenfalls wie oben dargelegt.
Nun folgt in Abweichung der in Figur 11 und in Abweichung der in Fig. 14 dargestellten Stufenfolge im Vergleich zu Fig. 14 abgewandelter weiterer Zwischenzug 71 , bei dem aus dem Boden 25 ein weiterer Zylinderabschnitt 84 mit einem Radius R3 ausgebildet wird, sodass wiederum am Ende ein Boden 82' mit einem geringeren Radius als des Bodens 25 resultiert.
Anschliessend folgt der Konuszug 65 wie oben beschrieben.
Auf diesen folgt nun ein Rillenzug 66, bei dem nicht nur die Rille ausgebildet wird, sondern eben auch, wie bereits oben beschrieben, der umgelegte Rand 47 in eine umgelegte Aufweitung 74 mit einem Umlegewinkel a von mehr als 90°, hier ca. 120°, bezüglich der axialen Richtung umgelegt oder angerollt wird.
Anschliessend folgt wie oben bereits beschrieben ein Randrollen 67.
Die Sequenz kann gefolgt werden von weiteren Prägeschritten o.ä..
Die neue Stufenfolge beinhaltet somit folgende Neuerungen:
Um das Randrollen stabil zu gestalten, wird der Schnittzug so ausgelegt, dass ein Restflansch von ca. 1.5 mm stehen bleibt. Der Schnittzug an sich bleibt gleich und wird ggf. von der Ziehhöhe anders abgestimmt. Der Faltenhalter 33 sollte über 33a zurückgesteuert werden können.
Dieser Restflansch wird dann in Station 5 formschlüssig angekippt.
Figur 22 zeigt nun wesentliche Elemente, in denen sich diese Variante von jener, die insbesondere im Zusammenhang mit Figur 14 dargestellt ist, unterscheidet.
In Figur 22a ist das Werkzeug in einem axialen Schnitt für den Schritt 71 gemäß Stufenfolge in Figur 21 dargestellt. Das Bauteil 2 respektive 2' wird dabei vom Ziehstempel 78 und dem diesen umgreifenden Faltenhalter 79 in die in diesem Fall zweiteilige Ziehmatrize 80 und der Ausbildung des dritten Zylinderabschnitts 84 gezogen.
Im Gegensatz zur Stufenfolge gemäß Figur 14 wird mit anderen Worten nicht ein weiterer Konusabschnitt 73 ausgebildet, sondern ein weiterer dritter zylindrischer Abschnitt 84.
Dabei werden die Höhe hi des zweiten zylindrischen Abschnitts 13 und die Höhe h2 des dritten zylindrischen Abschnitts 84 sowie der Radius R2 des zweiten zylindrischen Abschnitts 13 und der Radius R3 des dritten zylindrischen Abschnitts 84 so gewählt, dass
• der obere innenliegende konvexe Übergang 87 zwischen dem ersten zylindrischen Bereich 12 und dem radial verlaufenden Übergangsabschnitt 14 sowie
• der untere innen liegende konvexe Übergang 87 zwischen dem zweiten zylindrischen Bereich 13 und dem gekrümmt oder sogar radial verlaufenden Übergangsbereich 14' bei der Bearbeitung im Schritt 65, der in Figur 22b dargestellt ist, von Anfang an beide in Kontakt kommen mit der Außenkontur 86 des in das Bauteil 2' im Konuszug 65 einfahrenden Ziehstempels 29 für den Konuszug.
Weiterhin wird vorzugsweise beim Schritt 71 gemäß Stufenfolge in Figur 21 das Bauteil mit dem dritten Zylinderabschnitte 84 so ausgelegt, dass der Boden respektive die untere Fläche 92 des Konuszug-Ziehstempels 29 von Anfang an in Anlage kommt mit dem Boden 25 des Bauteils 2'. So wird sichergestellt, dass möglichst viele Anlagepunkte respektive Anlageflächen bereits am Anfang des Konuszugs und während des Konuszugs zwischen Ziehstempel und Matrize gegeben sind, und entsprechend das Material so schonend wie möglich umgeformt wird, damit Risse verhindert werden können. Weiterhin werden die jeweilige Höhe und der Radius so ausgelegt, dass
• der konvexe außenliegende Übergangsbereich 89 zwischen dem zweiten zylindrischen Bereich 13 und dem Übergangsbereich 14',
• sowie der konvexe außen liegende Übergang 90 zwischen dem dritten zylindrischen Bereich 84 und dem Boden 82' bei der Bearbeitung im Schritt 65 beide gleichzeitig von Anfang an in Kontakt kommen mit dem das Gegenstück zum Haltestempel 76 bildenden Ziehmatrize 27, die in der Figur 22b nur schematisch dargestellt ist (zur Illustration ist die Innenkontur 27' der entsprechenden Ziehmatrize in der Figur 22 b durch das fertige Bauteil 85 illustriert).
Insbesondere Höhe und Radius des zweiten zylindrischen Abschnitts 13 können bereits im Zwischenzug 64 eingestellt werden, oder in diesem Zwischenzug 64 voreingestellt werden und im weiteren Zwischenzug 71 auf die gewünschte Höhe und den gewünschten Radius für den optimal eingestellten Konuszug 65 eingestellt werden.
Dieses Verfahren wie dargestellt in den Figuren 21 und 22 hat u.a. drei Vorteile.
1. Der Flansch rutscht nicht unter dem Faltenhalter weg, dadurch ist auch das Risiko der Spanbildung bei anisotropen Material viel kleiner.
2. Durch das formschlüssige Vorpressen des Rollrandes in der Station 5 wird der Rollrand in der Rollstation 6 optimal gerollt.
3. Durch dieses Verfahren ist bei anisotropem Material der Kontakt des Rollrandes mit der Rollmatrize umlaufend zum selben Zeitpunkt,
4. Durch den weiteren Zwischenzug werden die Volumina und die Kontaktpunkte für den nächsten Bearbeitungsschritt optimal vorbereitet und beim Konuszug entstehen weniger Falten, die dann zu Seitenwandrissen führen können.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Rohling 8 Bodenabschnitt von 1
2 Bauteil nach 9 gekrümmter Abschnitt von 1 Zwischenzug/Stufenzug zwischen 7 und 8
2' Bauteil nach weiterem 10 umgelegter Randabschnitt
Zwischenzug von 1
3 Bauteil nach erstem Zug 11 gestufter Bereich von 2
4 Bauteil nach zweitem Zug 11 ' gestufter Bereich von 2'
5 Bauteil nach drittem Zug 12 erster Zylinderabschnitt von
6 Symmetrieachse 11
7 zylindrischer Abschnitt von 1 13 zweiter Zylinderabschnitt von 11 27 Übergangsabschnitt 31 konische Anlagefläche von zwischen 12 und 13 29 konischer Bereich von 3 32 umlaufende Vorderkante von konischer Bereich von 4 und 28 5 33 Faltenhalter für Schnitt-Zug zylindrischer Bereich von 4 33a Niederhaltestift von 33 radialer Bereich von 5 34 Niederhaltestift zylindrischer Bereich von 5 35 Ziehstempel für Schnitt-Zug
Boden von 5 36 Schneidring, Schneidmatritze
Faltenhalter für Zwischenzug/ 36a Tragelement von 36 und
Stufenzug Führungselement von 33 Anlagefläche von 21 36b OT Anschlag von 36a
Ziehmatrize für Zwischenzug/ 36c UT Anschlag von 36a
Stufenzug 36d Führung von 36a
Ziehstempel für 37 Schneidstempel für Schnitt-
Zwischenzug/ Stufenzug Zug und Tiefziehmatritze füra Frontflächenkontur von 24 Zug zur Ausbildung des Boden von 2 Rohlings Anlagefläche von 23 für 22 38 Auswerfer für Schnitt-Zug
Ziehmatrize für Konuszug 38a Anschlagelement für 38 in UT
Innenkontur von 27' 39 Abheber a obere konische Innenfläche 39a Federung von 39 von 27 40 Niederhaltestift fürb untere konische Innenfläche Leerstation von 27 41 obere T rägerplatte
Zentrierhülse/Faltenhalter für 42 untere Trägerplatte
Konuszug 43 Führungszylinder zwischena OT Anschlag von 28 41 und 42 b UT Anschlag von 28 44 gekrümmter Randbereich von
Ziehstempel für Konuszug 37 a 1. Konus für konischen 45 Auffahrklotz
Bereich 15 46 Stanzling b 2. Konus für konischen 47 umgelegter Rand von 1
Bodenbereich 69 48 Niederhaltestift konische Anlagefläche von 48a Führungsstift von 48 Auswerfer 80 Ziehmatritze
Niederhaltestift 81 Auswerfer
Auswerfer 82 Formkontur für Ausbildunga OT Anschlag von 51 der umgelegten Aufweitung zylindrischer Randbereich an 58 von 3 82' Boden umlaufende Sicke in 53 83 Innenkontur von umlaufender radialer Flansch Umlegestempel 70 Rollrand 84 dritter Zylinderabschnitt von
Rollstempel 11 Rollkontur von 56 85 fertiges Bauteil Matrize 86 Aussenkontur von 76
Formstück 87 oberer Übergang zwischen Formstück 12 und 14 Rollmatrize 88 unterer Übergang zwischen
Stanzen, möglich separat, 13 und 73/84 sofern nicht der nächste 89 oberer Übergang zwischen Schritt als Schnitt-Zug 13 und 84 ausgebildet ist 90 unterer Übergang zwischen Schnitt-Zug 84 und 82 Stufenzug/Zwischenzug 91 Innenkontur des Formstücks Fertigzug/Konuszug 60 Rillenzug 92 untere Fläche von 29 Randrollen
Prägen a Umlegewinkel weiterer konischer Bereich hi Höhe des zweiten
Umlegestempel Zylinderabschnitts weiterer Zwischenzug h2 Höhe des dritten weitere Stufe Zylinderabschnitts
Konusabschnitt Li axiale Länge des ersten umgelegte Aufweitung Zylinderabschnittes
Kontaktstellen von 29 zu 2' l_2 axiale Länge des zweiten
Haltestempel Zylinderabschnittes oder im
Niederhaltestift Fall des Bauteils 2' des
Ziehstempel zweiten Zylinderabschnittes
Faltenhalter und des weiteren konischen Bereichs 73 / des dritten
Ri Radius des ersten Zylinderabschnittes 84
Zylinderabschnittes 12 RA radiale Breite der konischen
R2 Radius des zweiten Aufweitung
Zylinderabschnittes 13 RB Bodenradius
R3 Radius des Konusabschnittes

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (3) aus einem Aluminiumblech einer Dicke im Bereich von 0.05 bis weniger als 0.08 mm mit einem wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konischen Bereich (15), aus einem topfförmigen Rohling (1) mit einem im Wesentlichen zylindrischen Wandabschnitt (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens folgende Schritte umfasst: einen Stufenzug (64), in welchem der zylindrische Randabschnitt (7) des Rohlings (1) wenigstens abschnittsweise zwischen einer Ziehmatrize (23) und einem in einem Faltenhalter (21) verschieblich geführten Ziehstempel (24) in einen gestuften Bereich (11) mit zwei Zylinderabschnitten (12, 13) umgeformt wird, einen ersten Zylinderabschnitt (12) mit im Wesentlichen axial verlaufender umlaufender Wand mit einem ersten Radius (R1) und einen zweiten, entlang einer Bauteilachse (6) folgenden zweiten Zylinderabschnitt (13) mit im Wesentlichen axial oder konisch zusammenlaufend verlaufender umlaufender Wand mit einem zweiten Radius (R2), der geringer ist als der erste Radius (R1), wobei der erste und der zweite Zylinderabschnitt (13) über einen im Wesentlichen radial verlaufenden oder stärker konisch zusammenlaufend als der zweite Zylinderabschnitt (13) ausgebildeten Übergangsabschnitt (14) des gestuften Bereichs (11) umlaufend verbunden sind, und wobei der erste Zylinderabschnitt (12) im Stufenzug wenigstens bereichsweise vom Faltenhalter (21) innenseitig geführt und zwischen dem Faltenhalter (21) und der Ziehmatrize (23) geklemmt ist und der zweite Zylinderabschnitt (13) vom Ziehstempel (24) umgeformt wird; wenigstens einen direkt oder indirekt darauf folgenden Konuszug (65), in welchem wenigstens der Übergangsabschnitt (14) und der zweite Zylinderabschnitt (13) des gestuften Bereichs (11) zum gekrümmt oder linear konischen Bauteil-Abschnitt (15) zwischen zwei Werkzeugen (27-29) umgeformt wird, wobei die beiden Werkzeuge wenigstens gebildet werden durch eine Konuszug-Ziehmatrize (27) und einen in einer Konuszug-Zentrierhülse (28) verschieblich geführten Konuszug-Ziehstempel (29), und wobei der erste Zylinderabschnitt (12) im Konuszug (65) wenigstens bereichsweise von der Konuszug-Zentrierhülse (28) innenseitig geführt oder zwischen der Konuszug-Zentrierhülse (28) und der Konuszug-Ziehmatrize (27) geklemmt und/oder geführt ist, und der Übergangsabschnitt (14) und der zweite Zylinderabschnitt (13) und der Übergangsabschnitt (14) zwischen Konuszug-Ziehstempel (29) und Konuszug-Ziehmatrize (27) umgeformt werden, wobei vor dem Stufenzug (64) aus einem flachen Blech ein kreisrunder Stanzling (46) gestanzt (62) wird, und dieser in einem folgenden Umformschritt (63) zum topfförmigen Rohling (1) mit zylindrischem Wandabschnitt (7) mit Rohlingradius (RR) umgeformt wird, wobei die freie umlaufende Kante (10, 47) des topfförmigen Rohlings (1) wenigstens abschnittsweise gekrümmt konisch aufweitend (47) ausgebildet ist, wobei im Konuszug (65) öffnungsseitig ein umlaufender radialer Flansch (54) und ein axialer zylindrischer Randbereich (52) ausgebildet werden, und an den Konuszug (65) anschliessend ein Zug (66) ausgeführt wird, in welchem die konische Aufweitung (47) der freien umlaufende Kante formschlüssig auf einen Umlegewinkel (a) von wenigstens 100° zu einer umgelegten Aufweitung (74) umgelegt wird, und anschliessend an die Ausbildung der umgelegten Aufweitung (74) der axiale zylindrische Randbereich (52) und die umgelegte Aufweitung (74) in einem Randrollen (67) mit einem Rollstempel (56) bodenseitig zu einem Rollrand (55) gerollt wird, wobei vorzugsweise der Rollrand (55) sowohl bodenseitig als auch öffnungsseitig über die Ebene des Flansches (54) vorsteht und wobei zwischen Stufenzug (64) und Konuszug (65) ein weiterer Zwischenzug (71) durchgeführt wird, bei dem der gestufte Bereich (11) mit zwei Zylinderabschnitten (12, 13), dem ersten Zylinderabschnitt (12) mit im Wesentlichen axial verlaufender umlaufender Wand mit einem ersten Radius (Ri) und dem zweiten, entlang einer Bauteilachse (6) folgenden zweiten Zylinderabschnitt (13) angrenzend an den Boden (25) mit im Wesentlichen axial oder konisch zusammenlaufend verlaufender umlaufender Wand mit einem zweiten Radius (R2), der geringer ist als der erste Radius (Ri), derart umgeformt wird, dass aus dem Boden (25) oder aus Boden (25) und Übergang zwischen Boden (25) und zweitem Zylinderabschnitt (13) eine weitere Stufe (72) ausgebildet wird mit einem Konusabschnitt (73) oder dritten Zylinderabschnitt (84), dessen Radius (R3) geringer ist als der zweite Radius (R2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Konuszug (65) öffnungsseitig ein umlaufender radialer Flansch (54) und ein axialer zylindrischer Randbereich (52) ausgebildet werden, und an den Konuszug (65) anschliessend ein Rillenzug (66) ausgeführt wird, in welchem zwischen einem Formstück (59) und einer Matrize (58), gegebenenfalls in Kombination mit einem weiteren Formstück (60), eine bodenseitig gerichtete umlaufende Sicke (53) ausgebildet wird und gleichzeitig die konische Aufweitung (47) der freien umlaufende Kante formschlüssig auf wenigstens 90° zu einer umgelegten Aufweitung (74) umgelegt wird und anschliessend an die Ausbildung der Sicke (53) und der umgelegten Aufweitung (74) der axiale zylindrische Randbereich (52) und die umgelegte Aufweitung (74) in einem Randrollen (67) mit einem Rollstempel (56) bodenseitig zu einem Rollrand (55) gerollt wird, wobei der Rollrand (55) sowohl bodenseitig als auch öffnungsseitig über die Ebene des Flansches (54) vorsteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im (Rillen)Zug (66) die konische Aufweitung (47) der freien umlaufende Kante formschlüssig auf einen Umlegewinkel (a) von wenigstens 110°, vorzugsweise wenigstens 120° zu einer umgelegten Aufweitung (74) umgelegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Aufweitung (47) eine radiale Breite (RB) im Bereich von 0.5-2 mm, vorzugsweise im Bereich von 1-1.7 mm aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im (Rillen)Zug (66) die konische Aufweitung (47) zwischen einem Umlegestempel (70) und einer Matrize (58) formschlüssig gehalten zur umgelegten Aufweitung (74) angerollt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im weiteren Zwischenzug (71) ein dritter Zylinderabschnitt (83) ausgebildet wird, und im weiteren Zwischenzug (71) und/oder im Stufenzug (64) die Höhe (hi) und der Radius (R2) des zweiten Zylinderabschnitts (13) sowie die Höhe (h2) und der Radius (R3) des dritten Zylinderabschnitts (83) derart gewählt werden, dass im Konuszug (65) im Wesentlichen von Beginn an die konvexen innenliegenden Krümmungsbereiche (87,88) des Bauteils (2') in Anlage kommen mit der Außenkontur (86) des Konuszug- Ziehstempels (29) und im Wesentlichen von Beginn an die konvexen außen liegenden Krümmungsbereiche (89,90) des Bauteils (2') in Anlage kommen mit der Innenkontur (27') der Ziehmatrize (27) des Konuszugs (65), wobei vorzugsweise Höhe (hi) des zweiten Zylinderabschnitts (13) als ein Vielfaches im Bereich von 0.8-1 .2 der Höhe (h2) des dritten Zylinderabschnitts (83) eingestellt wird, und wobei weiterhin vorzugsweise die Dimensionen so eingestellt werden, dass im Konuszug (65) im Wesentlichen von Beginn an der Boden (25) des Bauteils (2') in Anlage kommt mit der unteren Fläche (92) des Konuszug- Ziehstempels (29). Z.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im weiteren Zwischenzug (71) der Übergangsabschnitt (14) und der zweite Zylinderabschnitt (13) zwischen einem Faltenhalter (79) und der Ziehmatrize (80) formschlüssig gehalten sind, und der Konusabschnitt (73) durch eintauchen eines in der Ziehmatrize (80) geführten Ziehstempel (78) in den Boden (25) ausgebildet wird.
8. Verfahren nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (14) im Wesentlichen umlaufend radial verläuft und die jeweils umlaufend verlaufenden Wände des ersten und des zweiten Zylinderabschnittes (12,13) im Wesentlichen umlaufend axial verlaufen, und/oder dass die Konuszug-Zentrierhülse (28) als Faltenhalter ausgebildet ist, welcher den ersten Zylinderabschnitt (12) und/oder den Übergangsabschnitt (14) im Konuszug (65) wenigstens bereichsweise zwischen dem Konuszug-Faltenhalter (28) und der Konuszug-Ziehmatrize (27) klemmt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Radius (Ri) des ersten Zylinderabschnittes (12) zum Radius (R2) des zweiten Zylinderabschnittes (13) im Bereich von 2:1-1.1 :1, vorzugsweise im Bereich von 1.6:1-1.25:1, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1.5:1- 1.3:1 liegt; und/oder dass das Verhältnis von Radius (Ri) des ersten Zylinderabschnittes (12) zum Bodenradius (RB) des zweiten Zylinderabschnittes (13) oder des Konusabschnitts (73) im Bereich von 2.5: 1-1.2:1, vorzugsweise im Bereich von 2.0: 1-1.4:1, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1.9: 1-1.5:1 liegt; und/oder dass das Verhältnis der axialen Länge (Li) des ersten Zylinderabschnittes (12) zur axialen Länge (L2) des zweiten Zylinderabschnittes (13) oder des zweiten Zylinderabschnittes (13) und des Konusabschnittes (73) im Bereich von 4:1 -0.5:1, vorzugsweise im Bereich von 3:1-0.75:1, insbesondere bevorzugt im Bereich von 2.5: 1-1 :1 liegt und/oder dass das Verhältnis von Radius des zweiten Zylinderabschnittes (13) zum Bodenradius (RB) des Konusabschnitts (73) im Bereich von 2.5:1 -1.1:1, vorzugsweise im Bereich von 2.0: 1-1.2:1, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1.9: 1-1.3:1 liegt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Stufenzug (64) aus einem flachen Blech, vorzugsweise zugeführt in Form eines Bandes, insbesondere ab Rolle, ein vorzugsweise kreisrunder Stanzling (46), vorzugsweise in alternierend transversal versetzter Weise, gestanzt (62) wird, und dieser in einem folgenden Umformschritt (63) zum topfförmigen Rohling (1) mit zylindrischem Wandabschnitt (7) mit Rohlingradius (RR) umgeformt wird, wobei die freie umlaufende Kante (10, 47) des topfförmigen Rohlings (1) entweder zu einem radialen Flansch (47) umgelegt ist oder gekrümmt konisch aufweitend ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Aussendurchmesser (RF) der Aufweitung (47) um ein 1-50-faches der Materialdicke des Blechs grösser ausgebildet ist als der Rohlingradius (RR), vorzugsweise im Fall einer gekrümmt konisch aufweitenden umlaufenden Kante (47) um ein 2-20 oder 5- 15-faches der Materialdicke des Blechs grösser ist als der Rohlingradius (RR).
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling aus Aluminium oder einer Aluminium Legierung, mit einer Zugfestigkeit im Bereich von 80 - 120 MPa, insbesondere Aluminium der folgenden Typen EN AW-8011A, 8079, 8176, 8021 , 8090, sintered 6061 , sintered 2014, besteht, jeweils in unbeschichteter oder in einseitig oder beidseitig, ggf. farbig lackierter Form..
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konische Bereich (15) mit der Symmetrieachse (6) des Bauteils (3) einen mittleren Winkel im Bereich von 5-40°, vorzugsweise im Bereich von 7-15°, insbesondere bevorzugt im Bereich von 8- 12° aufweist und/oder dass der wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konische Bereich (15) wenigstens bereichsweise linear konisch ausgebildet ist, vorzugsweise, abgesehen von gegebenenfalls vorhandenen Stufen, ausschliesslich linear konische Bereiche aufweist. und/oder dass im Konuszug (65) oder in einem oder mehreren darauf folgenden Umformschritten bodenseitig anschliessend an den wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konischen Bereich (15) ein weiterer, vorzugsweise über einen radialen Bereich (18) verbundener zylindrischer oder konischer Bereich (19) ausgebildet wird, oder insbesondere bevorzugt im Konuszug (65) bodenseitig anschliessend an den wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konischen Bereich (15) ein weiterer konischer Bereich (69) ausgebildet wird, wobei dieser weitere konische Bereich (69) mit der Symmetrieachse (6) des Bauteils (3) einen grösseren mittleren Winkel einschliesst als der wenigstens abschnittsweise gekrümmt oder linear konische Bereich (15), vorzugsweise einem Konuswinkel im Bereich von 30-80°, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 50- 70°.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Transferstation in mehreren parallel bearbeiteten Bahnen identische Bauteile (3) parallel im gleichen Hub bearbeitet werden, vorzugsweise in wenigstens zwei, insbesondere bevorzugt 2-8, oder 3-5 derartigen parallelen Bahnen, und/oder dass an den Rollzug (67) weitere Bearbeitungsschritte folgen, insbesondere ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Stanzschritte; Beschichtungsschritte; Applikationsschritte, insbesondere Applikation von Einlagen oder Aufbringen von Verschlüssen; Füllschritte; Qualitätskontrollenschritte; Reinigungsschritte; Montageschritte an weiteren Bauteilen, wobei diese weiteren Schritte vorzugsweise wenigstens teilweise in der gleichen Transferanlage durchgeführt werden wie Stufenzug (64) und Konuszug (65),
14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form einer Transferanlage mit wenigstens einer Station für den Stufenzug (64) und einer nachgeschalteten Station für den Konuszug (65),, einer nachgeschalteten Station für den Rillenzug (66) und einer nachgeschalteten Station für das Rollen (67), wobei das Werkzeug für den Stufenzug (64) eine Ziehmatrize (23) und einen in einem Faltenhalter (21) verschieblich geführten Ziehstempel (24) umfasst, und der erste Zylinderabschnitt (12) und/oder der Übergangsabschnitt (14) im Stufenzug wenigstens bereichsweise zwischen dem Faltenhalter (21) und der Ziehmatrize (23) geklemmt ist und der zweite Zylinderabschnitt (13) und/oder der Übergangsabschnitt (14) vom Ziehstempel (24) geformt wird; und wobei das Werkzeug für den darauf folgenden Konuszug (65) eine Konuszug- Ziehmatrize (27) und einen in einer Konuszug-Zentrierhülse (28) verschieblich geführten Konuszug-Ziehstempel (29) umfasst, und der erste Zylinderabschnitt (12) und/oder der Übergangsabschnitt (14) im Konuszug wenigstens bereichsweise zwischen der Konuszug- Zentrierhülse (28) und der Konuszug-Ziehmatrize (27) geführt und/oder geklemmt ist, und der Übergangsabschnitt (14) und/oder der zweite Zylinderabschnitt (13) zwischen Konuszug-Ziehstempel (29) und Konuszug-Zentrierhülse (27) geformt wird.
15. Bauteil hergestellt in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder in einer Vorrichtung nach Anspruch 14.
EP23709411.5A 2022-03-14 2023-03-07 Verfahren zur herstellung von konischen metallobjekten aus dünnen blechen Pending EP4493336A1 (de)

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EP22161973 2022-03-14
PCT/EP2023/055756 WO2023174757A1 (de) 2022-03-14 2023-03-07 Verfahren zur herstellung von konischen metallobjekten aus dünnen blechen

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