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/m ² und des Lackes (inkl. Primer) ca. 18 g/m ² .

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