WO1996011760A2

WO1996011760A2 - Verfahren und werkzeuge zur herstellung von blechdurchzügen in werkstücken

Info

Publication number: WO1996011760A2
Application number: PCT/DE1995/001450
Authority: WO
Inventors: Heiko Sterz; Klaus Dietrich; Ralph Herzog
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1994-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 1997-04-18
Also published as: DE4437281A1; WO1996011760A3; DE4437281C2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Blechdurchzügen in Werkstücken und insbesondere von Formflanschen für Behälter in Behälterwandungen, die aus dem Material des Werkstücks und insbesondere des Behälters gefertigt sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Verfahren aus drei Verfahrensschritten besteht, die mit Hilfe eines einzigen Werkzeugwechsels durchführbar sind. So wird erfindungsgemäss eine Pressvorrichtung beschrieben, die eine Lochstanzung und die Verformung des Materials ermöglicht, ohne dass sich hierbei Rissbildungen im Material ergeben. Desweiteren wird ein erfindungsgemässes Werkzeug beschrieben, das den Abkragevorgang und den Endverformungsvorgang in einem Verfahrensschritt ermöglicht.

Description

Verfahren und Werkzeuge zur Herstellung von Blech¬ durchzügen in Werkstücken.

B e s c h r e i b u n g

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Werkzeuge zur Herstellung von Blechdurchzügen in Werkstücken.

Derartige Verfahren und Werkzeuge werden beispielsweise zur Herstellung von Formflanschen für Behälter eingesetzt. Insbesondere sind die gattungsgemäßen Verfahren und Werk¬ zeuge für die Herstellung von Formflanschen gedacht, die aus dem Behältermaterial bestehen. Die gattungsgemäßen Werkzeuge zur Durchführung des Verfahrens ermöglichen zum einen ein Stanzen und Tiefziehen des Behältermaterials und zum anderen das Endformen der Innen- und Außenkontur des Blechdurchzuges und insbesondere des Formflansches.

Stand der Technik

Verfahren zur Herstellung von Formflanschen für Behälter werden vorwiegend bei der Herstellung von Spundöffnungen aufweisenden Behältern und insbesondere Spund-Fässer ver¬ wendet. Ein Beispiel für Spund-Fässer sind Ölfässer; Spund-Behälter können jedoch für beliebige Zwecke einge¬ setzt werden, wie den Transport und die Lagerung von Flüs¬ sigkeiten aller Art oder die Lagerung und den Transport von Stoffen anderer Aggregatszustände vorgesehen. Aufgrund des weltweit sehr hohen Bedarfes derartiger Transport- und Aufbewahrungsbehälter besteht ein Bedarf für die kosten- günstige und rationelle Herstellung derartiger Behälter möglichst rationell, wobei dennoch alle Sicherheitsvoraus¬ setzungen eingehalten werden.

Besondere Beachtung bei der Herstellung derartiger Behäl¬ ter finden insbesondere die Verschlußöffnungen, die zum einen das Be- und Entladen der Behälter gestatten und zum anderen den sicheren Transport gewährleisten. Es sind demzufolge hohe Maßstäbe an die Stabilität und die Ver¬ schlußfestigkeit/Dichtheit der verschließbaren Formflan¬ sche zu stellen.

Hierzu gibt es bereits Vorschriften gemäß DIN 6643 für die Auslegung sogenannter Spundbehälter aus Stahl bzw. Ver¬ schlüsse und Verschließmittel für Behälter.

Der in dieser DIN-Vorschrift beschriebene Spundbehälter weist eine Öffnung auf, die kleiner ist als der Innen¬ durchmesser des Behälters, und die zum Befüllen, Entleeren und Entlüften des Behälters dient. Zum Verschließen dieser Öffnung weist der Spundbehälter einen sogenannten Tri- Sure-Flansch und einen entsprechenden Verschlußstopfen auf (vgl. Teil 2 der DIN 6643).

Der Tri-Sure-Flansch wird unabhängig vom eigentlichen Behälter als separates Teil hergestellt. Das Einbringen des Flansches in einen Behälter erfolgt durch einen Ein¬ stauchvorgang, bei dem zwischen der Behälterwand und dem Flansch eine dem Füllgut angepaßte Dichtung eingelegt werden muß.

Dieser bekannte Sicherheitsflansch weist aufgrund seiner Herstellung und der damit verbundenen Ausbildung eine Reihe von Nachteilen auf: Zum einen ist die Herstellung aufwendig, da der Flansch unabhängig vom Behälter hergestellt wird. Zum anderen ist aufgrund des Einstauchvorganges die Durckbestandigkeit des Flansches vergleichsweise gering.

Neben dem aufwendigen Herstellprozeß und der geringen Innendruckbeständigkeit hat der Tri-Sure-Flansch den wei¬ teren Nachteil, daß seine Deformationsfestigkeit niedrig ist. Darüber hinaus ist die Kriechsperre gegen hydroskopi- sche Güter gering. Ferner ist eine dem Füllgut angepaßte Dichtung erforderlich, da keine homogenen Materialübergän¬ ge gegeben sind. Letztlich sind Behälter mit derartigen Flanschen nicht vollständig entleerbar.

In Verbesserung hierzu ist von der Firma BÜCO Büdenbender der sogenannte Laserflansch entwickelt worden, der zwar die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht aufweist, da das Flanschelement mit der Behälterwandung mittels Laser¬ schweißens verschweißt ist. Dieser Flansch hat jedoch den Nachteil, daß seine Herstellung aufwendig ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Blechdurchzügen in Werkstücken und insbesondere von Formflanschen für Behälter anzugeben, durch das aus dem Werkstückmaterial auch die Durchzüge bzw. Flansche hergestellt werden, und bei dem die Her¬ stellkosten minimiert und die Wirtschaftlichkeit des Her¬ stellverfahrens gesteigert werden sollen. Dies erfordert den Einsatz neuer Werkzeuge, die den Werkzeugwechsel bei der Herstellung der Formflansche reduzieren. Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1, 6, 14, 39 und 40 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Blechdurchzügen in Werkstücken und insbe¬ sondere von Formflanschen für Behälter anzugeben, das die Herstellung von aus dem Werkstückmaterial herausgeformten Durchzügen, wie Spundflanschen, in nur drei Verfahrens¬ schritten erlaubt:

So wird in dem ersten Verfahrensschritt aus dem Werkstück¬ material, das insbesondere ein Blech vergleichsweise min¬ derer Qualität sein kann, eine Öffnung herausgestanzt, deren umliegendes Blechmaterial mit Hilfe einer Preßvor¬ richtung und einer positiven Form des Formflansches in einem zweiten Verfahrensschritt tiefgezogen wird. Der Tiefziehvorgang erfolgt dabei derart, daß durch die auf das Blechmaterial wirkenden Ziehkräfte parallel zur Blech¬ oberfläche die gestanzte Formflanschöffnung aufgeweitet wird, ohne daß sich Risse entlang der Öffnungskontur bil¬ den. Die Vermeidung von Rissen wird im wesentlichen da¬ durch erreicht, daß auf das tiefzuziehende Material sehr hohe Preßkräfte senkrecht zur Blechmaterialoberfläche wirken, so daß die durch das Tiefziehen entstehenden Zug¬ kräfte, die parallel zum Blechmaterial wirken, im Ver¬ hältnis zu den Preßkräften kleiner sind und somit nicht zu Rißbildungen führen.

In einem dritten Verfahrensschritt wird die Grundkontur des Blechdurchzuges, wie des Formflansches mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Werkzeuges derart weiterbearbeitet, so daß ein nach innen ragender Kragen entsteht, der zu einer Doppelwandigkeit des oberen Durchzugs- bzw. Formflansch- teils mit Hilfe des erfindungsgemäßen Werkzeuges verpreßt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß zum einen der Stanz- und Tiefziehvorgang mit einem ersten erfindungsgemäßen Werkzeug durchgeführt wird, und daß zum anderen der die Endform des Blechdurch¬ zuges, wie des Formflansches erzeugende Verfahrensschritt durch ein zweites erfindungsgemäßes Werkzeug ermöglicht wird. Auf diese Weise lassen sich Blechdurchzügen, wie Formflansche rationell und kostengünstig herstellen.

Durch die nachfolgend im einzelnen noch erläuterte spe¬ zielle Krafteinwirkung auf das zu bearbeitende Blechmate¬ rial können Blechmaterialien geringerer Qualität, bei¬ spielsweise Bleche mit Ziehgüten der Klasse Stl203 ver¬ wendet werden, ohne daß Materialrisse während der Mate¬ rialverformung auftreten.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einem doppelwandig ausgelegten Blechdurchzug mit einer speziell vorgesehenen Dichtungsfläche, das in vorteilhafter Ergänzung mit Hilfe eines Gewindeschneiders ein Innengewinde in den oberen Teil des Durchzuges einbringt. Auf diese Weise ist ein flüssigkeits- und gasdichtes Verschließen mit Hilfe eines geeignet ausgebildeten Spundstopfens möglich.

Der Stanz- und Tiefziehvorgang wird mit einer Vorrichtung ausgeführt, die im wesentlichen eine der Grundkontur des gewünschten Blechdurchzuges entsprechende Positivform aufweist, sowie mit einem Oberwerkzeug, das eine zentrale Stanzeinheit und konzentrisch um die Stanzeinheit ange¬ brachte Werkzeugstempel aufweist. Die Werkzeugstempel werden derart nacheinander auf das zu verformende Blech- material abgesenkt, daß die im Blechmaterial auftretenden Zugkräfte stets kleiner sind als die senkrecht auf das Blechmaterial einwirkenden Preßkräfte.

Durch die Verformung des Blechmaterials, also beispiels¬ weise des Spundfaß-Deckels, mit diesem Stanz- und Tief- ziehwerkzeug erhält man die Grundkontur eines Blechdurch¬ zuges, wie eines Formflansches in dem zu bearbeitenden Blechmaterial, die eine zweistufige, aus der Deckelebene des Behälters erhabene Flanschkontur besitzt. Um den obe¬ ren Teil des Formflansches zu stabilisieren, ist die durch den Tiefziehvorgang aufgeweitete Formflanschöffnung und das die Formflanschöffnung umgebende Material in eine definierte Endform des Blechdurchzuges umzuformen, so daß das die Öffnung umgebende Material nach unten verformt werden muß, und zugleich für eine doppelwandige Auslegung gegen den senkrecht stehenden Steg des Formflansches ver¬ preßt wird. Darüber hinaus soll am oberen Kragen des Form¬ flansches eine Dichtungsfläche entstehen.

Im Unterschied zu bekannten Herstellverfahren, bei denen für das erste Verformen des die Öffnung umgebende Material ein sogenanntes Abkragewerkzeug und für die Endformung ein sogenanntes Rollenwerkzeug verwendet wird, zeichnet sich das erfindungsgemäße Werkzeug insbesondere dadurch aus, daß das Abkragewerkzeug und das Rollenwerkzeug in einem einzigen Werkzeugstück kombiniert sein können. Auf diese Weise wird ein weiterer Werkzeugwechsel vermieden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschreiben. Es zeigen : Fig. 1 Prinzipskizze einer Stanz- und Preßvorrichtung,

Fig. 2 Prinzipskizze für das Abkragen und Endformen eines Formflansches mit bekannten Werkzeugen,

Fig. 3 Querschnittsdarstellung eines Kombinations¬ werkzeuges zum Abkragen und Endformen eines Formflansches,

Fig. 4 bis 11 alternative Ausführungsbeispiele zum Werkzeug gemäß Fig. 3.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In den folgenden Figuren sind gleiche oder entsprechende Teile mit den selben Bezugszeichen versehen, so daß auf eine erneute Vorstellung bei der Erläuterung der jeweili¬ gen Figur verzichtet wird. Weiterhin ist ohne Beschränkung des allgemeinen, auf Blechdurchzüge in Werkstücken ge¬ richteten Erfindungsgedankens, die Herstellung von Form¬ flanschen für Spundbehälter aus dem Deckelmaterial dieser Behälter exemplarisch erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Stanz- und Preßvor¬ richtung, mit der ein Behältermaterial 1 aus Blech und insbesondere einem Stahlblech zur Herstellung eines Form¬ flansches bearbeitet wird. Das Material 1 kann insbeson¬ dere der Deckel eines Stahl-Spundfasses sein.

Der untere Teil der Stanz- und Preßvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Positivform 2, die der Grundkontur eines Formflansches entspricht. Ihr gegenüberliegend ist das nachfolgend näher beschriebene Oberwerkzeug der Stanz- und Preßvorrichtung vorgesehen, das axial eine Stanzvor- richtung 3 aufweist, die konzentrisch von einem ersten Werkzeugstempel 4 umfaßt ist.

In Fig. lb durchfährt die Stanzvorrichtung 3 das Blech¬ material 1, nachdem der erste Werkzeugstempel 4 das Blech¬ material 1 von oben in der Positivform 2 unter hoher Preß¬ kraft fixiert hat. Auf diese Weise kann ein sauberes Stanzloch in dem Blechmaterial 1 erzeugt werden.

Nach dem Stanzvorgang senkt sich der zweite, konzentrisch um den ersten Werkzeugstempel 4 angeordnete Werkzeugstem¬ pel 5 nach unten und zieht das durch den ersten Werkzeug¬ stempel 4 kraftbeaufschlagte Blechmaterial 1 gegen die Positivform 2 nach unten, so daß eine Sufe 10' entsteht. Durch den Ziehvorgang wird zugleich das Stanzloch bzw. die Formflanschöffnung 7 radial nach außen aufgeweitet, ohne daß Risse am Öffnungsrandbereich entstehen. Dies wird - wie vorstehend bereits beschrieben - durch die hohe Preß¬ kraft des ersten Werkzeugstempels 4 erreicht, die dieser auf das Blechmaterial 1 ausübt.

In einem weiteren Ziehvorgang wird der konzentrisch um den zweiten Werkzeugstempel 5 angeordnete dritte Werkzeugstem¬ pel 6 nach unten abgesenkt, so daß eine weitere, kleinere Stufe im Formflansch in dem Material 1 geformt bzw. ausge¬ bildet wird. Auch hierbei verbleibt der zweite Werkzeug¬ stempel 5 unter hoher Preßkraftbeaufschlagung auf dem Blechmaterial 1, so daß keine inneren Risse im Material 1 entstehen können.

Alternativ zur Positivform gemäß Fig. 1 und der Ausge¬ staltung des ersten Werkzeugstempels 4 kann die Kontur beider Werkzeugteile auch derart auszugestaltet werden, daß nach Absenken des Werkzeugstempels 4 gegen das Blech- material 1 in Richtung auf die Positivfor 2 das die Form¬ flanschöffnung unmittelbar umgebende Blechmaterial bereits nach innen verformt ist. Auf diese Weise ist der danach anschließende VerfahrensVorgang, das sogenannte Abkragen, leichter möglich.

Fig. 2a zeigt eine Querschnittsdarstellung des Abkragvor- ganges mit Hilfe eines extra dafür vorgesehenen Werkzeu¬ ges, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist:

Die Abkragevorrichtung 9 fährt mit ihrer konisch verjün¬ genden Werkzeugendseite in die Öffnung 7 des Blechmate¬ rials 1 ein und verformt unter Fixierung des Blechmate¬ rials 1 mit Hilfe von Gegenstücken 17 und 18 das die Form¬ flanschöffnung unmittelbar umgebende Blechmaterial 10 derart nach innen, so daß der Blechmaterialabschnitt 10 parallel zur ersten Stufe 10' des Formflansches verbogen ist. Um die Grundkontur des Formflansches während des Abkragevorganges beizubehalten, werden entsprechende Ge¬ genstücke 17 und 18 an der Außenkontur des Formflansches zur Stabilisierung angebracht.

Nach erfolgtem Abkragen muß dieses Werkzeug aus der Form¬ flanschöffnung entnommen werden. Anschließend muß ein sogenanntes Rollenwerkzeug, wie es in Fig. 2b dargestellt ist, in die Formflanschöffnung eingeführt werden. Das Rollenwerkzeug weist entsprechend geformte, um die Werk¬ zeuglängsachse rotierbar gelagerte Rollen auf, die die Blechmaterialabschnitte 10 und 10' derart gegeneinander verpressen, so daß sich zum einen zu einer stabilen dop- pelwandigen Auslegung des oberen Formflanschabschnittes ergibt, und daß sich zum anderen zugleich eine Dichtungs¬ fläche 13' bildet. Die in Fig. 2 dargestellten getrennten Werkzeuge weisen jedoch den Nachteil auf, daß zwischen dem Abkragvorgang gemäß Fig. 2a und dem Endformvorgang gemäß Fig. 2b ein Werkzeugwechsel vorgenommen werden muß, der nicht nur getrennte Werkzeuge erfordert, sondern vor allem die Zeit¬ dauer für die Herstellung derartiger Formflansche erhöht.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kombinationswerkzeug ist in Fig. 3 dargestellt. Dieses Werkzeug integriert entlang der Werkzeuglängsachse A die beiden vorgenannten getrenn¬ ten Werkzeugteile in einem Werkzeugkopf. So ist der der Formflanschöffnung nächstgelegene Werkzeugteil als Ab- kragevorrichtung ausgebildet, die in Richtung des Form¬ flansches eine sich verjüngende Außenkontur aufweist. Die Abkragevorrichtung 9 ist konzentrisch um die Werkzeug¬ längsachse A fest oder rotierbar über ein entsprechendes Lager mit dieser verbunden. Unmittelbar über der Ab¬ kragevorrichtung 9 sind jeweils rotierbar um ihre eigene Achse vorgesehene Rollenelemente 8 angebracht, die über eine Außenkontur verfügen, die einen verjüngenden konus- förmigen Abschnitt 11, einen zylinderförmigen Abschnitt 12 und einen stark nach außen ragenden konusförmigen Flächen¬ abschnitt zur Bildung einer Dichtfläche aufweisen. Durch die erfindungsgemäße Kombination aus Abkragevorrichtung und Rollenwerkzeug ist es möglich, das Blechmaterial 1 in einem einzigen Verfahrensschritt derart zu bearbeiten, daß der Blechabschnitt 10 durch Absenken des Kombinationswerk¬ zeuges gegen das Gegenstück 17 parallel zum Blechabschnitt 10' verformt wird, und daß durch weiteres Absenken und Herausnahme des Gegenstückes 17 unter gleichzeitiger Ap¬ plikation eines nicht dargestellten Gegenstück 18 (siehe hierzu Fig. 6) die Endform des Formflansches mit Hilfe des Rollenwerkzeuges erhalten werden kann.

ERSATZBUTT (REGEL 26) Alternativ zu der kompakt ausgestalteten Abkragevorrich¬ tung 9 gemäß Fig. 3 sind in Fig. 4 parallel zu der kegel- stumpfförmig ausgebildeten Kontur der Abkragevorrichtung 15 Rollen 14 vorgesehen, die etwas über die äußere Kontur der Abkragevorrichtung 19 erhaben sind und somit in Ein¬ griff mit dem zu verformenden Blechmaterial 10 kommen. Durch die Rollenwirkung der Rollen 14 wird erreicht, daß zusätzlich zu den senkrecht zur Blechmaterialebene ein¬ wirkenden Verformungskräfte ein wenn auch kleiner Kraft¬ eintrag senkrecht zur Rollenachse auf das Blechmaterial erfolgt, so daß jeweils in Laufrichtung der Rollen vor jeder einzelnen Rolle sich ein geringer Materialvorschub ausbildet, der jegliche Rißbildung verhindert. Vorzugs¬ weise sind vier Rollen an der kegelstumpfförmigen Ab¬ kragevorrichtung vorgesehen, doch können auch mehr oder weniger Rollen verwendet werden.

Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Fig. 4, bei der die Rollen des Rollenwerkzeuges im wesentlichen senk¬ recht zur Werkzeuglängsachse angeordnet sind, weist die Ausführungsform gemäß Fig. 5 schräg zur Werkzeuglängsachse A angeordnete Rollen 8 auf, die je nach Anforderungen an die Innenkontur des Formflansches geeignete Endformnei¬ gungen vorsehen kann.

Die Auεführungsform gemäß Fig. 6 sieht eine vollständige Integra-.ion der Abkragevorrichtung und des Rollenwerkzeu¬ ges insofern vor, als nur ein einziger Werkzeugkopf die Aufgaben beider Werkzeuge erfüllt. Hierzu ist ein kegel¬ stumpfförmiger Werkzeugansatz 15 vorgesehen, der parallel zu seiner Außenkontur Rollen 14 aufweist, die wie in der oben beschriebenen Weise in Eingriff mit dem zu ver¬ formenden Blechmaterial 10 treten. Zusätzlich zu den Ver¬ formungsrollen 14 sind an ihrem oberen Ende stark nach außen geneigte Zusatzrollen 16 vorgesehen, die nach voll¬ ständigem Einführen des Werkzeugkopfes in die Formflansch¬ öffnung am oberen Teil der Formflanschöffnung eine schräg abgewinkelte Dichtungsfläche vorsieht.

Damit die Grundkontur des Formflansches während des Ab- kragens und Endverformungsvorganges nicht deformiert wird, sind Gegenhalter 17 und 18 vorgesehen, die abwechselnd mit dem Blechmaterial 1 in Berührung stehen. So befindet sich der Gegenhalter 17 in Eingriff mit dem Blechmaterial, bis zu dem Punkt, an dem der Abkragevorgang beendet und der Endverformungsvorgang begonnen wird. Dies ist dann der Fall, sofern das nach unten abgebogene Blechmaterial 10 gegen den senkrechten Steg 10' verpreßt wird. Gegenhalter 18 sorgen dafür, daß der senkrechte Formflanschrand wäh¬ rend der Endverformung nicht nach außen gepreßt wird.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er¬ findung, bei dem die Rollen 8 frei auf einem Dorn (Wälz¬ dorn) 8' des Werkzeugs abrollen, und in einem entsprechend einem Wälzlager ausgebildeten Käfig 8" gehalten sind. Wiederum haben die Rollen eine Profilierung (in den vori¬ gen Ausführungsbeispielen mit 11 bis 13 bezeichnet) , die eine frei wählbare Kurvenfunktion und insbesondere eine geraden und/oder einen zylindrischen Abschnitt aufweist. Der Werkzeugschaft ist weiterhin um die Achse A durch einen Antrieb drehbar.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rollen 8 nicht auf dem Dorn 8' abrollen, sondern in Lagern 20 um ihre jeweilige Achse drehbar gelagert sind. Zusätzlich ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch der Dorn 8' drehbar gelagert. Damit ist es möglich, über einen Antrieb des Dorns 8' die Rollen 8 zwangε-anzutreiben. Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Rollen nicht in endseitigen Lagern, sondern mittels Lagern 20 auf Zapfen 21 gelagert sind. Die Zapfen können auch so ausgebildet sein, daß sie und damit die Rollen 8 zwangsan¬ getrieben werden, Die Zapfen 21 ermöglichen weiterhin einen einfachen strukturellen Aufbau des Werkzeug-End¬ teils. Das Werkzeug wird wiederum durch einen nicht darge¬ stellten Antrieb um seine Achse A gedreht. Zu Einzelheiten des Aufbaus - soweit sie nicht beschrieben sind - wird, wie auch bei den anderen Figuren, auf die Zeichnung und die dieser Zeichnung entnehmbaren Einzelheiten verwiesen.

Die Figuren 10 und 11 zeigen Modifikationen des in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiels, bei denen zusätzlich eine Abkragevorrichtung 9 mit Rollen 9' vorgesehen ist. Die Modifikationen gemäß den Figuren 10 und 11 unter¬ scheiden sich dadurch, daß einmal die Rollen 8 parallel zu Achse A des Werkzeugs und einmal unter einem Winkel von etwa 10° angeordnet sind.

Nach Abschluß des Endverformungsvorganges mit dem erfin¬ dungsgemäßen Werkzeug kann optional an der Innenseite des oberen Formflanschrandes ein Gewinde eingebracht werden, das mit Hilfe eines sogenannten Gewindeformers vorgenommen werden kann. Der Gewindeformer weist hierzu ebenfalls ein Rollwerkzeug auf, dessen Rollenkontur durch Drehung und Ineinandergreifen mit dem Formflanschmaterial das nach innen verformte Blechmaterial 10 entsprechend einem Ge¬ winde strukturiert. Durch das Eindrücken des Ge¬ windeprofils in das Blechmaterial wird zum einen erreicht, daß sich die doppellagigen Blechmaterialien ineinander verzahnen und so zu einer erhöhten Stabilität des Form¬ flansches führt und zum anderen wird die Flüssigkeits¬ dichtigkeit erhöht. Mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ver¬ fahren und dem erfindungsgemäßen Werkzeug ist es möglich, kosten- und zeitsparend z.B. Formflansche für Behälter herzustellen und zugleich Blechmaterialien geringer Quali¬ tät, wie beispielsweise Ziehgüten der Klasse Ftl203, zu verwenden, ohne Gefahr zu laufen, daß die minderwertigen Materialien im Rahmen der Verformvorgänge Rißbildungen aufweisen.

B e z u g s z e i c h e n l i s t e

Behältermaterial Positivform des Formflansches Lochstanzanordnung erster Werkzeugstempel zweiter Werzeugstempel dritter Werkzeugstempel Formflanschöffnung Formelemente Wälzdorn Abkragevorrichtung das die Formflanschöffnung unmittelbar umgebende Blechmaterial obere Stufe des Formflansch konusförmige Auße ontur der Formelemente 8 zylinderförmige Außenkontur der Formelemente 8 zur Bildung der Dichtungsfläche stark nach Außen ragende Außenkontur der Formelemente Rollen kegelstumpfförmiger Ansatz Rollen Gegenhalter Gegenhalter Lager Zapfen

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Herstellung von Blechdurchzügen in Werk¬ stücken und insbesondere von Formflanschen für Behälter in Behäterwandungen, die aus dem Material des Werkstücks und insbesondere des Behälters gefertigt sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: aus dem zu bearbeitenden Material (1) wird eine Durch¬ zugsöffnung (7) herausgeformt, mit Hilfe einer PressVorrichtung, wird die Grundkontur des Blechdurchzuges um die Durchzugsöffnung (7) in das Werkstückmaterial (1) geformt und mit einem in die Formflanschöffnung (7) einführbaren Werkzeug wird das in der Ebene der Öffnung (7) ver¬ bleibende Material (10) in Bewegungsrichtung des Werk¬ zeuges umgeformt, durch weiteres Durchführen des Werkzeuges wird das umgeformte Material durch die sich weitende Öffnung (7) an die Innenkontur (10') der Durchzuges angepreßt, so daß zumindest der obere Durchzugseil doppelwandig aus¬ gebildet wird.

2. Verfahren nach Abspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Formge¬ bung des Durchzuges mit Hilfe des Werkzeuges an der Außen¬ kontur des Durchzuges Gegenhalter (18) angebracht werden, die den radial nach Außen wirkende Verformungskräften entgegenwirken, und durch eine entsprechende Profilierung die gewünschte Form mit erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am obersten Rand des Durchzu¬ ges und insbesondere des Formflansches durch die Ver- formungswirkung des Kombinationswerkzeug eine umlaufende Dichtfläche (13') ensteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewindeformer bzw. Ge- winderollkopf von innen ein Gewinde in den Durchzug ein¬ arbeitet und die doppelwandige Materialschichtung des Durchzuges gegeneinander verpreßt und eine verzahnungs- ähnliche Verbindung der beiden Blechlagen bewirkt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verformungsvorgang mit Hilfe der PressVorrichtung die Öffnung (7) von einem ringförmigen Materialrand (10) umgeben ist, der etwa eine Randtiefe aufweist, die der Stufentiefe (10') des Durch¬ zuges entspricht, die durch den Preßvorgang e: reugt wird, und die eine einstellbare Höhenanpassung der Durchzugs¬ öffnung an den jeweiligen Anwendungsfall ohne Beein¬ flussung der Durchzugsöffnung erlaubt.

6. Vorrichtung zum Stanzen und Tiefziehen von Blechmate¬ rialien (1) für die Herstellung von Blechdurchzügen in Werkstücken und insbesondere von Formflanschen für Be¬ hälter, die aus dem Material des Behälters herstellbar sind, mit einer Pressvorrichtung, die eine die Kontur des Durch¬ zuges bzw. des Formflansches erzeugende Positivform (2) aufweist, über die das Blechmaterial für den Loch- und Umformvorgang zu liegen kommt, und die ein Oberwerkzeug, das auf das Blech unter Preßkraft absenkbar ist, vorsieht, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberwerkzeug eine Loch¬ stanzanordnung (3) aufweist, die das Blech (1) durch¬ stanzt, während ein erster Werkzeugstempel (4) das Blech in der Umgebung der Lochung mit hoher Preßkraft beauf¬ schlagt, und daß wenigstens ein zweiter Werzeugstempel (5) vorgesehen ist, der nach Beendigung des Stanzvorganges das durch den ersten Werkzeugstempel (4) preßkraftbeaufschlagte Blech entsprechend der Kontur der Positivform des Formflansches verformt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Werkzeugstempel (6) vorgesehen ist, der nach Absenken des zweiten Werk¬ zeugstempels (5) das Blechmaterial (1) verformt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugstempel hohlzylin- derförmig ausgebildet sind, so daß die Lochstanzanordnung (3) konzentrisch von dem ersten Werkzeugstempel (4) umge¬ ben ist, und daß die weiteren Werkzeugstempel diesen konzentrisch umge¬ ben.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gestanzte Öffnung (7) durch den Tiefzieh-Umformvorgang der zweiten und weiteren Preßstempel konzentrisch erweiterbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den ersten Werkzeug¬ stempel (4) erzeugte Druckkraft auf das Blechmaterial (1) wenigstens gleich der Zugkraft ist, die durch den zweiten und weiteren Preßstempel erzeugbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Positivform (2) der Press- Vorrichtung eine zweistufig über die Werkstückebene sich in positiver oder negativer Richtung erhebende Kontur aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Positivform (2) und der Werkzeugstempel (4) derart ausgeformt sind, daß nach Um¬ formen mit dem Preßwerkzeug der ringförmige Materialrand (10) in das Innere des Blechdurchzuges bzw. des Formflan¬ sches mit einem Winkel von vorzugsweise 10° bis 15° orien¬ tiert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Oberwerkzeug erzeugbaren Biegeradien im Preßgut zwischen 1,0 und 3,0 mm liegen.

14. Werkzeug zum Endformen der Innenkontur eines Blech¬ durchzuges und insbesondere eines Formflansches für Be¬ hälter, der aus dem Blechmaterial des Behälters gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug Rollen (Formele¬ mente 8) aufweist, die um ihre Achse drehbar gelagert sind, oder die auf einem Dorn um das Werkzeug abrollen, und daß die Werkzeugspitze eine sich verjüngende und vorzugs¬ weise konusförmige Kontur aufweist, so daß das Werkzeug durch eine vorgefertigte Formflanschöffnung (7) durch¬ führbar ist.

15. Rollenwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug um seine Mittel¬ achse (Werkzeugschaft) gedreht wird.

16. Rollenwerkzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lochstempel vorgesehen ist.

17. Rollenwerkzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der Werkzeugspitze eine Vorrichtung zum Abkragen (9) vorgesehen ist, die das die Formflanschöffnung (7) unmittelbar umgebende Blechmaterial (10) senkrecht zur Ebene der Öffnung durch Absenken des Werzeuges verformt.

18. Rollenwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (Formelemente 8) am Werkzeugschaft koaxial oder unter einem Winkel (insbe¬ sondere ca. 5°-15°) zur Werkzeugschaftachse angebracht sind, und daß die Abkragvorrichtung (9) an der Werkzeugspitze mit dem Werkzeugschaft fest verbunden ist, und unabhängig vom Werkzeugschaft rotierbar oder nicht rotierbar ausgebildet ist.

19. Rollenwerkzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkragevorrichtung (9) eine zur Werkzeugspitze verjüngend verlaufende Außenkontur aufweist.

20. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Rollen (8) vorgesehen sind.

21. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper der Rollen zylindrisch oder konusförmig ausgebildet ist.

22. Rollenwerkzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grundkörper der Rollen eine Profilierung vorgesehen ist.

23. Rollenwerkzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung eine frei wählbare Kurvenfunktion und insbesondere eine geraden und/oder einen zylindrischen Abschnitt aufweist.

24. Rollenwerkzeug nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung erhaben ist, oder einen Rücksprung aufweist.

25. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung an ihrem oberen Ende eine nach außen ragende konusförmige Außenkon¬ tur (13) zur Herstellung der Dichtfläche eines Formflan¬ sches aufweist.

26. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (Formelemente 8) frei auf dem Dorn (Wälzdorn) abrollen, und in einem Käfig gehalten sind.

27. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen in Lagern frei drehbar gelagert sind.

28. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen durch einen Antrieb und insbesondere eine Verzahnung zu einer Drehung ange¬ trieben werden.

29. Rollenwerkzeug nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen auf Zapfen gelagert sind.

30. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Abkrage¬ vorrichtung (9) kegelstumpfförmig ist.

31. Rollenwerkzeug nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkragevorrichtung (9) Rollen (14) aufweist, die in Eingriff mit dem Blechmate¬ rial gelangen.

32. Rollenwerkzeug nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkragevorrichtung wenig¬ stens zwei und bevorzugt drei, vier und fünf Rollen (14) aufweist, die symmetrisch auf einem Teilkreis angeordnet sind.

33. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 17 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeugschaft ein kegel¬ stumpfförmiger Ansatz (15) vorgesehen ist, der parallel zu seiner Außenkontur Rollen (14) aufweist, die über die Außenkontur des Ansatzes erhaben sind.

34. Rollenwerkzeug nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß am werkzeugschaftseitigen Ende des kegelstumpfförmigen Ansatz nach außen geneigte Rollen (16) vorgesehen sind, die eine am obersten Bereich des Formflansches vorzusehende Dichtungsfläche erzeugen.

35. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Rollenwerkzeug um seine Mittelachse (Werkzeugschaftachse) rotiert und in die Öff- nung absenkbar ist, so daß es das Blechmaterial ent¬ sprechend der Außenkontur des Rollenwerkzeuges verformt, und daß ein Gegenhalter (17) vorgesehen ist, der während des Eingriffs der Rollen (14) mit dem ringförmigen Blechmate¬ rial (10) das Innenformen des Blechmaterials (10) er¬ möglicht.

36. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß für die Endverformung des oberen Teils des Formflansches zur Herstellung der Doppel- wandigkeit und der Dichtungsfläche (13') ein Gegenhalter (18) vorgesehen ist, der von außen um die Außenkontur des Formflansches anlegbar ist.

37. Rollenwerkzeug nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenhalter zum zum Er¬ zeugen von Formen mit Hinterschnitt geteilt ausgeführt ist.

38. Rollenwerkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Rollenwerkzeug das zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 erforderliche Werkzeug ist.

39. Gewindeformer oder -Rollkopf zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Rollwerkzeug ist, dessen Rollenkontur durch Drehung derart ein Gewinde in die Innenwandung des Formflansches erzeugt, so daß die Gewindevertiefungen in das Material eingedrückt werden und zugleich die doppelwandigen Blechmaterialien zahnartig miteinander verpreßt.

40. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 unter Ver¬ wendung der Vorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 6 f, 14 f und 39 f, dadurch gekennzeichnet, daß das zu bearbeitende Blechmate¬ rial wenigstens von der Ziehgüte der Klasse Stl203 ist.

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der Mate¬ rialien Rißbildung vermeidet.