Niederhalterregelung bei der Herstellung von Dosenkörpern

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (20) sowie ein Verfahren zur Herstellung von Dosenkörpern aus topfförmigen Rohlingen. Dazu wird der Rohling in ein Unterwerkzeug (45) eingesetzt. Der Rohling wird mit Hilfe eines Niederhalters (23) zwischen diesem und einer Gegenanlagenfläche (47) des Unterwerkzeugs (45) eingespannt. Zur Regelung einer die Position und/oder der Positionsänderung des Niederhalters 23 bestimmenden Positionsgröße dient eine Antriebseinrichtung (22). Diese regelt die Positionsgröße gemäß einem vorgegebenen Verlauf, um den Niederhalter (23) in die Einspannposition oder aus der Einspannposition zu bewegen. Sobald der Niederhalter (23) seine Einspannposition erreicht, regelt die Antriebseinheit (22) eine Kraftgröße gemäß einem vorgegebenen Verlauf, die die Einspannkraft bestimmt, die vom Niederhalter (23) auf den Rohling ausgeübt wird. Dies erfolgt bevorzugt über das Einstellen des Motorstroms auf einen vorgegebenen Verlauf des Sollwerts I_E (t).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Dosenkörpern, beispielsweise für Druckbehälter- oder Getränkedosen. Dabei wird ein topfförmiger Rohling mit Hilfe eines Ziehstempels in den Dosenkörper umgeformt. Der Dosenkörper weist einen Dosenboden und eine aus demselben Material ohne Fügestelle an den Dosenboden anschließende Dosenwand auf. Auf der dem Dosenboden gegenüberliegenden Seite ist der Dosenkörper offen. Um den topfförmigen Rohling umformen zu können, wird dieser mit Hilfe eines Niederhalters zwischen diesem und einem Gegenelement eingespannt. Anschließend kann ein Ziehstempel den Rohling in den Dosenkörper umformen, insbesondere durch so genanntes Abstreckpressen.

[0002] Aus der WO 2009/052608 A1 ist eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren bekannt, wobei aus einer ebenen Platine zunächst ein topfförmiger Rohling durch Ziehen der Platine über einen hohlzylindrischen Vorsprung geformt wird. Anschließend wird der Boden des topfförmigen Rohlings mit Hilfe eines Stempels in den hohlzylindrischen Vorsprung hinein gedrückt, wobei der Rohling sozusagen umgestülpt wird.

[0003] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung eines Dosenkörpers zu schaffen, die die Belastung des Materials des Rohlings reduziert.

[0004] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst.

[0005] Erfindungsgemäß wird der topfförmige Rohling zwischen einem Niederhalter und einem Gegenelement eingespannt. Hierfür wird der Niederhalter mit Hilfe einer Antriebseinrichtung aus einer Ausgangsposition in eine Einspannposition bewegt. Während dieser Bewegung regelt die Antriebseinrichtung eine die Position oder die Positionsänderung des Niederhalters charakterisierende Positionsgröße, wie zum Beispiel die Drehstellung eines Elektromotors. Das Gegenelement ist insbesondere ortsfest und kann beispielsweise Teil eines Unterwerkzeugs sein. Nach dem Erreichen der Einspannposition schaltet die Antriebseinrichtung automatisch um und regelt eine die Einspannkraft charakterisierende Kraftgröße. Dies kann beispielsweise durch die Regelung des Motormoments eines Elektromotors erfolgen. In der Einspannposition wird daher die für das anschließende Umformen des Rohlings in den Dosenkörper gewünschte Einspannkraft geregelt. Eine zu hohe Einspannkraft kann zum Einreißen des Materials des Rohlings führen. Bei einer zu geringen Einspannkraft können sich im Dosenkörper Knicke oder Falten bilden. Durch die Kraft- oder Momentenregelung während des Einspannens des Rohlings durch den Niederhalter, die vorzugsweise einem frei programmierbaren Sollwertverlauf folgt, wird die Qualität des hergestellten Dosenkörpers verbessert.

[0006] Zum Umformen und insbesondere zum Abstreckpressen des Rohlings in den Dosenkörper ist vorzugsweise ein koaxial zum Niederhalter angeordneter Ziehstempel vorgesehen. Insbesondere kann der Ziehstempel einen rohrförmig geformten Niederhalter koaxial durchgreifen. Zum Betätigen des Ziehstempels ist ein von der Antriebseinrichtung getrennt ansteuerbarer Stempelantrieb vorgesehen.

[0007] Die Positionsgröße und/oder die Kraftgröße sind veränderlich vorgebbar. Die Positionsgröße und/oder die Kraftgröße können abhängig von einer Leitgröße und/oder abhängig von der Zeit vorgegeben sein. Die vorgegebenen Größen sind vorzugsweise frei programmierbar und beispielsweise in einer Steuereinheit abgespeichert.

[0008] Nach dem Eintritt eines vorgegebenen Ereignisses wird zwischen der Positions- oder Lageregelung und der Kraft-oder Momentenregelung umgeschaltet. Beispielsweise wird der Beginn und das Ende der Kraft- oder Momentenregelung anhand der Änderung einer Leitgröße, insbesondere eines virtuellen Leitwinkels bestimmt. Die Regelung der Kraftgröße wird beispielsweise beendet, wenn der virtuelle Leitwinkel einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat. Dies ist kann bei sich sinusförmig änderndem Leitwinkel dann der Fall sein, wenn seit dem Zeitpunkt, zudem der Niederhalter die Einspannposition erreicht hat, eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist. Die vorgegebene Zeitspanne ist an die erforderliche Dauer für das Umformen des Rohlings zum Dosenkörper angepasst. Nachdem die Zeitspanne abgelaufen oder der vorgegebene Leitwinkelwert des Leitwinkels erreicht ist, schaltet die Antriebseinrichtung ihre Regelung von der Kraft- oder Momentenregelung in die Positionsregelung um und bewegt den Niederhalter aus der Einspannposition zurück in die Ausgangsposition. Anschließend beginnt der Ablauf wieder von neuem.

[0009] Der Leitwinkel kann einen Verlauf gemäß einer periodischen Schwingung mit konstanter Frequenz, insbesondere einen sinusförmigen Verlauf aufweisen. Über den Leitwinkel können mehrere Antriebe der Vorrichtung miteinander synchronisiert werden, z.B. die Antriebseinrichtung für den Niederhalter und der separat gesteuerte Stempelantrieb.

[0010] Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Antriebseinrichtung einen Elektromotor, insbesondere einen Synchronmotor auf. Zur Positionsregelung wird anhand der Motorspannung die gewünschte Drehstellung eingestellt. Zur Regelung der Einspannkraft wird das Motormoment entsprechend geregelt, z.B. anhand des Motorstroms. Ein Elektromotor lässt sich sowohl hinsichtlich seiner Drehposition, als auch hinsichtlich seines Motormoments sehr einfach und genau einstellen. Über den Elektromotor können extrem große Hubgeschwindigkeiten erreicht werden. Die Vorrichtung arbeitet mit einer Hubzahl im Bereich von 400 bis 500 und vorzugsweise 460 min^-1. Der gesamte Zyklus für das Abstreckpressen um aus dem Rohling einen Dosenkörper herzustellen dauert etwa 120 bis 150 ms. Der Hub liegt im Bereich von 400 bis 800 mm, vorzugsweise 600mm.

[0011] Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, einen Fluidzylinder, wie einen Hydraulikzylinder oder einen Pneumatikzylinder als Antrieb vorzusehen. Zur Regelung der Einspannkraft wird dann der Druck im Fluidzylinder gemäß einem vorgegebenen Sollwertverlauf geregelt. Allerdings erreichen bisher verfügbare fluidische Antriebe nicht die vom Elektromotor bereitgestellte Hubzahl.

[0012] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich dabei auf wesentliche Merkmale der Erfindung sowie sonstiger Gegebenheiten. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von Dosenkörpern in schematischer Darstellung im Querschnitt,

Figur 2a eine Darstellung eines Kurbelgetriebes der Vorrichtung aus Figur 1 im Schnittbild,

Figur 2b die schematische Darstellung des Kurbelwinkels β der Kurbelwellen aus Figur 2a,

Figur 3 eine blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels, mit einem in der Ausgangsposition befindlichen Niederhalter,

Figur 4 eine blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem in der Einspannstellung befindlichen Niederhalter,

Figur 5 eine blockschaltbildähnliche Darstellung des Ausführungsbeispiels der Erfindung nach Figur 4 mit einem in der Einspannstellung befindlichen Niederhalter und mit einem den Rohling umformenden Ziehstempel,

Figur 6 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 7 einen beispielhaften Verlauf deR Position des Niederhalters abhängig vom Leitwinkel und

Figur 8 einen beispielhaften Verlauf des Motormoments während der Momentenregelung abhängig vom Leitwinkel.

[0013] In den Figuren 1 und 2a ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 20 zur Herstellung von Dosenkörpern gezeigt. Die Vorrichtung 20 weist ein Gestell 21 auf, an dem eine Antriebseinrichtung 22 zur Beaufschlagung und Bewegung eines Niederhalters 23 angeordnet ist. Die Antriebseinrichtung 22 umfasst ein Kurbelgetriebe 24 mit mehreren und beispielsgemäß zwei am Gestell 21 um jeweils eine Kurbelwellenachse 25 drehbar gelagerten Kurbelwellen 26. Jede Kurbelwelle 26 verfügt über einen Hubzapfen 27, der exzentrisch zur Kurbelwellenachse 25 angeordnet ist. Am Hubzapfen 27 ist jeweils ein Pleuel 28 gelagert. An dem der Kurbelwelle 26 entgegengesetzten Ende des Pleuels 28 ist dieses gelenkig mit einer Druckstange 31 gekoppelt. Die beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 vorgesehenen Druckstangen 31 sind in hohlzylindrischen Führungen 32 verschiebbar geführt am Gestell 21 angeordnet. Die Druckstangen 31 tragen ein Halteteil 33, an dem der Niederhalter 23 befestigt ist. Die beiden Druckstangen 31 sind parallel zueinander angeordnet und verlaufen in Einspannrichtung 30. Der Niederhalter 23 ist mittig zwischen den beiden Druckstangen 31 am Halteteil 33 angeordnet. Der Niederhalter 23 weist eine hohlzylindrische Form auf, dessen Achse in Einspannrichtung 30 ausgerichtet ist.

[0014] Konzentrisch zum rohrförmigen Niederhalter 23 ist ein Ziehstempel 36 vorgesehen. Der Ziehstempel 36 wird über einen separaten Stempelantrieb 56 betätigt. Der Ziehstempel 36 dient zum Abstreckpressen eines topfförmigen Rohlings 37 (auch als "cup" bezeichnet), um aus dem Rohling 37 den Dosenkörper zu formen. Der Ziehstempel wird von einem Stempelantrieb 56 betätigt. Der Stempelantrieb 56 ist mechanisch nicht mit der Antriebseinrichtung 22 für den Niederhalter bewegungsgekoppelt. Der Stempelantrieb 56 und die Antriebseinrichtung 22 können unabhängig voneinander angesteuert werden.

[0015] Zur Drehung der Kurbelwellen 26 um die Kurbelwellenachse 25 sitzt auf jeder der Kurbelwellen 26 ein Kurbelwellenzahnrad 40. Jedes Kurbelwellenzahnrad 40 kämmt mit einem Abtriebszahnrad 41, das am Gestell 21 gelagert ist. Um die Bewegung der beiden Kurbelwellen 26 zu synchronisieren, sind auch die beiden Abtriebszahnräder 41 miteinander in Eingriff. Eines der Abtriebszahnräder 41 wird von einem Antriebszahnrad 42 über einen Motor, beispielsgemäß einen als Synchronmotor ausgeführten Elektromotor 43 angetrieben.

[0016] Die Vorrichtung 20 weist ferner ein Unterwerkzeug 45 auf, das in der Zeichnung schematisch als ein einziges Teil dargestellt ist. Es versteht sich, dass das Unterwerkzeug 45 auch aus einer Anordnung mehrerer separater Teile bestehen kann.

[0017] Das Unterwerkzeug 45 umfasst ein gegenüber dem Gestell 21 unbewegliches Gegenelement 46, das mit dem Niederhalter 23 zusammenarbeitet. Das Gegenelement 46 ist mithin ortsfest angeordnet. Das Gegenelement 46 ist beispielsgemäß als ringförmige Gegenanlagefläche 47 am Unterwerkzeug 45 ausgeführt. Im Unterwerkzeug 45 ist eine zylindrische Ausnehmung 48 vorhanden. Die Ausnehmung 48 ist von der Gegenanlagefläche 47 ringförmig umschlossen. Die Achsen der Ausnehmung 48, des Niederhalters 23 und des Ziehstempels 36 stimmen überein und bilden eine gemeinsame Längsachse L.

[0018] Zur Herstellung des Dosenkörpers sind der Niederhalter 23 sowie der Ziehstempel 36 zunächst vom Unterwerkzeug 45 entfernt. Zu Beginn wird ein topfförmiger Rohling 37 über ein nicht näher dargestelltes Zuführsystem zugeführt. Die Gegenanlagefläche 47 ist teilweise von eine Anlageanordnung 38 begrenzt, die eine Anlagefläche für den Rohling 37 bildet, um die korrekte Position des Rohlings 37 koaxial zur Längsachse L festzulegen. Der Niederhalter 23 befindet sich in seiner Ausgangsposition FP, die so weit vom Unterwerkzeug 45 beabstandet ist, dass das Einsetzen des Rohlings 37 möglich ist. Im Anschluss daran wird der Niederhalter 23 durch die Antriebseinrichtung 22 in seine Einspannposition EP bewegt, in der er in den Rohling 37 eingreift und auf dem Boden 37a des Rohlings 37 aufsetzt, so dass der Rohling 37 zwischen dem Niederhalter 23 und der Gegenanlagefläche 47 eingespannt ist. Der Niederhalter 23 ist zumindest teilweise von der zylindrischen Wand 37b des Rohlings 37 umschlossen. Die Stirnfläche des Niederhalters 23 drückt dabei auf eine unmittelbar an die zylindrische Wand 37b angrenzende Ringfläche des Bodens 37a. Während der Bewegung des Niederhalters 23 von der Ausgangsposition FP in die Einspannposition EP regelt die Antriebseinrichtung 22 eine Positionsgröße, die die Position oder die Positionsänderung, beispielsweise die Geschwindigkeit, des Niederhalters 23 bestimmt. Sobald die Einspannposition EP erreicht ist, regelt die Antriebseinrichtung 22 anstelle der Positionsgröße eine Kraftgröße, so dass die Einspannkraft F(t) einen vorgegebenen Wert oder einen vorgegebenen Verlauf annimmt. Im Anschluss daran wird der Ziehstempel 36 durch den hohlzylindrischen Niederhalter 23 in die Ausnehmung 48 hinein bewegt, wobei der Rohling 37 vollständig in die Ausnehmung 48 gezogen wird. Der Rohling 37 wird dabei unter Überwindung der Einspannkraft F(t) zwischen dem Niederhalter 23 und der Gegenanlagefläche 47 heraus gezogen. Durch dieses Abstreckpressen entsteht der Dosenkörper.

[0019] Zur Materialschonung des Rohlings und um Risse oder Falten im hergestellten Dosenkörper zu vermeiden, ist die Regelung der Beaufschlagung bzw. der Bewegung des Niederhalters 23 durch die Antriebseinrichtung 22 von Bedeutung. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Regelung durch die Antriebseinrichtung 22 ist in Figur 6 dargestellt. Die Antriebseinrichtung 22 kann zur Regelung des Niederhalters 23 eine Steuereinheit 55 aufweisen oder durch eine Steuereinheit 55 angesteuert werden. Als Steuereinheit 55 kann beispielsweise ein Mikroprozessor dienen.

[0020] Als Leitgröße für die Betriebszustandsänderung der Antriebseinheit 22 dient ein virtueller Leitwinkel W(t), der beispielsgemäß einen abhängig von der Zeit sinusförmigen Verlauf mit konstanter Kreisfrequenz ω aufweist:

[0021] Es sei angenommen, dass sich der Niederhalter 23 zu Beginn des Verfahrens in seiner vom Unterwerkzeug 45 beabstandeten Ausgangsposition FP befindet (Figur 3). Der Elektromotor 43 ist dann in seiner Ausgangs-Drehstellung α_F. Nach dem Start des Verfahrens wird in einem ersten Schritt S1 die Positionsgröße zur Einstellung der Position des Niederhalters 23 geregelt. Dies geschieht durch die Regelung der Drehstellung α(t) bzw. α(W(t)) des Elektromotors 43. Hierzu wird der Elektromotor 43 betrieben, bis dieser eine der Einspannposition EP entsprechende Drehstellung α_E erreicht hat. Das Vorzeichen der Spannung U gibt die Drehrichtung des Elektromotors 43 an. Das Erreichen der Einspannposition EP wird in einem zweiten Schritt S2 ausgewertet. Solange die der Einspannposition EP entsprechende Drehstellung α_E noch nicht erreicht ist, wird der Elektromotor im ersten Schritt S1 weiter betrieben. Der Drehwinkel α(t) des Elektromotors 43 kann nach einer vorgegebenen Kurve variieren, wie dies in Figur 7 beispielhaft veranschaulicht ist. Die erste Ableitung (Steigung) des Drehwinkels gibt die Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors 43 an. Die zweite zeitliche Ableitung des Drehwinkels stellt die Winkelbeschleunigung dar. Der Drehwinkel α(t) ist abhängig vom Leitwinkel W(t) derart vorgegeben, dass ein ruck- bzw. stoßfreies Anhalten des Niederhalters 23 im Bereich der Ausgangsposition FP und insbesondere im Bereich der Einspannposition EP stattfindet. Dazu ist der Verlauf des Drehwinkels α(t) so definiert, dass die Winkelbeschleunigung keine Sprünge aufweist.

[0022] Wird im zweiten Schritt S2 festgestellt, dass der Elektromotor 43 die vorgegebene Drehstellung α_E erreicht hat und sich der Niederhalter 23 in der Einspannposition EP befindet, wird das Verfahren in einem dritten Schritt S3 fortgesetzt. Dies ist der Fall, wenn der Leitwinkel W(t) einen ersten vorgegebenen Leitwinkelwert W1 erreicht hat. Das Erreichen der Einspannposition EP kann alternativ oder zusätzlich zur Auswertung des Leitwinkels W(t) auch durch Drehlagenschalter am Elektromotor 43 erfolgen.

[0023] Im dritten Schritt S3 schaltet die Steuereinheit 55 die Antriebseinrichtung 22 von einer Positionsregelung in eine Kraft- oder Momentenregelung um. Die Antriebseinrichtung 22 regelt dann den Motorstrom I auf einen Stromsollwert I_E (t) abhängig vom Leitwert W bzw. anhängig von der Zeit t, wodurch das Drehmoment M des Elektromotors 43 den gewünschten Drehmomentsollwert M_E (t) annimmt. Ein beispielhafter Verlauf für den Drehmomentsollwert M_E (t) ist in Figur 8 dargestellt. Der Drehmomentsollwert M_E (t) hat nach Erreichen der Einspannposition EP beim ersten Leitwinkelwert W1 einen Betrag, der größer ist als der Betrag eines oberen Schwellenwerts MO. Im weiteren zeitlichenVerlauf unterschreitet der Drehmomentsollwert M_E (t) den oberen Schwellenwert MO erst nachdem der Ziehstempel 36 den Boden des Rohlings 37 erreicht hat. Dadurch ist die Haltekraft F des Niederhalters 23 in einem Zeitraum ausreichend groß, nachdem der Zeihstempel 36 den Boden 37a erreicht, so dass der Ziehstempel 36 mit dem Ziehvorgang beginnen kann.

[0024] Im Anschluss daran wird der Drehmomentsollwert M_E (t) auf einen Betrag abgesenkt, der unterhalb eines unteren Schwellenwertes liegt. Bevor der obere Rand der Wand 37b des Rohlings 37 zwischen dem Niederhalter 23 und der Gegenanlagefläche 47 hindurch gezogen wird, wird der Betrag des Drehmomentsollwerts M_E (t) wieder vergrößert bis er den unteren Schwellenwert MU überschreitet, wobei er vorzugsweise einen Wert zwischen dem unteren Schwellenwert MU und dem oberen Schwellenwert MO annimmt.

[0025] Bei der Regelung des Drehmoments M(t) des Elektromotors 43 zur Erreichung einer vorgegebenen Einspannkraft F(t) ist die durch das Kurbelgetriebe 24 erfolgte Übersetzung des Drehmoments M in die Einspannkraft F zu beachten. Die vom Niederhalter 23 ausgeübte Einspannkraft F(t) ist bei gleichem Drehmoment M(t) des Elektromotors 43 abhängig vom Kurbelwinkel β, also von der Winkellage des Hubzapfens 27 im Bezug auf die Kurbelwellenachse 25 (Figur 2b). Diese Nichtlinearität ist bekannt.

[0026] Um eine schnelle und sensible Regelung der Einspannkraft F(t) über die Regelung des Motormoments M(t) zu erreichen, wird als Kurbelwinkel β und damit als Drehwinkel α_E des Elektromotors 43, der der Einspannposition EP des Niederhalters 23 entspricht, ein Betrag im Bereich von 165° bis 175° vorgegeben. In diesem Bereich bewirkt die Änderung des Drehwinkels α bzw. des Kurbelwinkels β eine besonders große Änderung der Einspannkraft F(t). Es reichen daher kleine Änderungen des Motorstroms I(t) des Elektromotors 43 zur Kraftregelung aus. Dies ist deswegen von großem Vorteil, weil die Vorrichtung mit sehr kurzen Zykluszeiten von 120 bis 150 ms arbeitet, so dass der Elektromotor 43 sehr schnell geregelt werden muss, um den Verlauf des Motorsollmoments M_E (t) einstellen zu können.

[0027] Sobald der Leitwinkel W(t) einen zweiten vorgegebenen Leitwinkelwert W2 erreicht hat (entspricht beispielsgemäß dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne seit dem Erreichen der Einspannposition EP), wird die Regelung des die Kraftgröße bildenden Motorstroms I_E (t) beendet. Der Niederhalter 23 wird aus der Einspannposition EP in seine Ausgangsposition FP zurück bewegt. Zu diesem Zweck wird in einem vierten Schritt S4 abgefragt, ob der zweite vorgegebene Leitwinkelwert W2 bereits erreicht wurde. Ist dies noch nicht der Fall, wird im dritten Schritt S3 weiter der Motorstrom I des Elektromotors 43 auf den Stromsollwert I_E (t) geregelt, um das Solldrehmoment M_E (t) zu erhalten. Andernfalls wird das Verfahren in einem fünften Schritt S5 fortgesetzt und die Drehstellung α(t) des Elektromotors 43 in gegenüber dem ersten Schritt S1 entgegengesetzte Richtung verändert. Der Elektromotor 43 wird dabei aus seiner der Einspannposition EP entsprechenden Drehstellung α_E in die der Ausgangsposition entsprechenden Ausgangsdrehstellung α_F zurückbewegt. Vorzugsweise ist die Drehwinkelgeschwindigkeit und/oder die Drehwinkelbeschleunigung des Elektromotors 43 beim Bewegen des Niederhalters 23 aus der Einspannposition EP in die Ausgangsposition FP betragsmäßig kleiner als beim Bewegen des Niederhalters 23 aus der Ausgangsposition FP in die Einspannposition EP. In Figur 7 ist der Kurvenverlauf für Werte des Leitwinkels W größer als der zweite Leitwinkelwert W2 flacher als für Werte des Leitwinkels W kleiner als der erste Leitwinkelwert W1.

[0028] Schließlich wird in einem sechsten Schritt S6 geprüft, ob die der Ausgangsposition FP entsprechende Ausgangsdrehstellung α_F des Elektromotors 43 erreicht wurde. Hierfür wird abgefragt, ob der Leitwinkel W(t) einen dritten vorgegebenen Leitwinkelwert W3 erreicht hat. Auch kann alternativ oder zusätzlich ein Drehlagenschalter am Elektromotor 43 verwendet werden. Solange dies noch nicht der Fall ist, wird die Drehstellung α(t) des Elektromotors 43 im fünften Schritt S5 weiter verändert. Hat der Elektromotor 43 die der Ausgangsposition FP des Niederhalters 23 gewünschte Ausgangsdrehstellung α_F erreicht, wird die Motorspannung abgeschaltet und das Verfahren beendet. Das in Figur 6 beschriebene Verfahren wird zyklisch für jede Bearbeitung eines Rohlings 37 durchgeführt.

[0029] Während des dritten Schritts S3, solange der Motorstrom I(t) des Elektromotors 43 zur Einstellung der Einspannkraft F(t) geregelt wird, erfolgt die Betätigung des Ziehstempels 36, der den Rohling 37 in die Ausnehmung 48 hineinzieht. Dabei wird der Rohling 37 unter Beibehaltung des Verlaufs der Einspannkraft F(t) zwischen dem Niederhalter 23 und der Gegenanlagefläche 47 herausgezogen. Es ist dabei wesentlich, dass die Einspannkraft F(t) den gewünschten Verlauf aufweist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Rohling 37 nicht reißt (was bei zu großer Einspannkraft F der Fall wäre) und sich auch keine Faltenbildung beim hergestellten Dosenkörper ergibt (was bei zu geringer Einspannkraft F der Fall wäre).

[0030] Anstelle eines Elektromotors 43 können auch andere Servoantriebe, beispielsweise Fluidzylinder, zum Antrieb des Niederhalters 23 verwendet werden. Das Kurbelgetriebe 24 kann dann entfallen. Als Kraftgröße wird dann der Druck p im Fluidzylinder verwendet. Als Positionsgröße kann das dem Fluidzylinder zugeführte Fluidvolumen V oder der Volumenstrom in bzw. aus dem Fluidzylinder dienen.

[0031] Wie dies in Figur 5 schematisch dargestellt ist, kann die Steuereinheit 55 gleichzeitig zur Steuerung des Stempelantriebs 56 für die Bewegung des Ziehstempels 36 verwendet werden. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Koordinierung des Stempelantriebs 56 für den Ziehstempel 36 und der Antriebseinrichtung 22 für den Niederhalter 23 möglich. Über die Steuereinheit 55 können die beiden Antriebe 22, 56 in einem vorgegebenen Zusammenhang - der beispielsgemäß vom Leitwinkel W(t) gegeben ist - zueinander gesteuert oder geregelt werden.

[0032] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 20 sowie ein Verfahren zur Herstellung von Dosenkörpern aus topfförmigen Rohlingen 37. Dazu wird der Rohling 37 in ein Unterwerkzeug 45 eingesetzt. Der Rohling 37 wird mit Hilfe eines Niederhalters 23 zwischen diesem und einer Gegenanlagenfläche 47 des Unterwerkzeugs 45 eingespannt. Zur Regelung einer die Position und/oder der Positionsänderung des Niederhalters 23 bestimmenden Positionsgröße α dient eine Antriebseinrichtung 22. Diese regelt die Positionsgröße gemäß einem vorgegebenen Verlauf, um den Niederhalter 23 in die Einspannposition EP oder aus der Einspannposition EP zu bewegen. Sobald der Niederhalter 23 seine Einspannposition EP erreicht, regelt die Antriebseinheit 22 eine Kraftgröße gemäß einem vorgegebenen Verlauf, die die Einspannkraft F(t) bestimmt, die vom Niederhalter 23 auf den Rohling 37 ausgeübt wird. Dies erfolgt bevorzugt über das Einstellen des Motorstroms I auf einen vorgegebenen Verlauf des Sollwerts I_E (t).

Bezugszeichenliste:

[0033] 

20

Vorrichtung

21

Gestell

22

Antriebseinrichtung

23

Niederhalter

24

Kurbelgetriebe

25

Kurbelwellenachse

26

Kurbelwelle

27

Hubzapfen

28

Pleuel

30

Einspannrichtung

31

Druckstange

32

Führung

33

Halteteil

36

Ziehstempel

37

Rohling

38

Anlageanordnung

40

Kurbelwellenzahnrad

41

Abtriebszahnrad

42

Antriebszahnrad

43

Motor

46

Gegenelement

47

Gegenanlagefläche

48

Ausnehmung

49

50

51

55

Steuereinheit

56

Stempelantrieb

EP

Einspannposition

F(t)

Einspannkraft

FP

Ausgangsposition

I

Motorstrom

I_E (t)

Stromsollwert

L

Längsachse

M

Drehmoment

M_E (t)

Solldrehmoment

W(t)

Leitwinkel

W1

erster Leitwinkelwert

W2

zweiter Leitwinkelwert

W3

dritter Leitwinkelwert

S1 ― S6

Schritte 1 bis 6

α(t)

Drehstellung

β

Kurbelwinkel

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung von Dosenkörpern, insbesondere für Druckbehälterdosen oder Getränkedosen,
mit einem Niederhalter (23) zum Einspannen eines topfförmigen Rohlings (37) zwischen dem Niederhalter (23) und einem Gegenelement (46, 47),
mit einer Antriebseinrichtung (22) zur Bewegung des Niederhalters (23) in einer Einspannrichtung (30) zwischen einer Ausgangsposition (FP) und einer Einspannposition (EP),
wobei die Antriebseinrichtung (22) eine die Einspannkraft (F(t)) bestimmende Kraftgröße (I(t)) regelt, sobald der Niederhalter (23) die Einspannposition (EP) erreicht,
und wobei die Antriebseinrichtung (22) eine die Position und/oder die Positionsänderung des Niederhalters (23) bestimmende Positionsgröße (α(t)) regelt, wenn sich der Niederhalter (23) außerhalb seiner Einspannposition (EP) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu dem Niederhalter (23) koaxial angeordneter Ziehstempel (36) zum Abstreckpressen des Rohlings (37) zur Ausbildung des Dosenkörpers vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (46, 47) ortsfest angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (22) nach dem Eintritt eines vorgegebenen Ereignisses (W2) von der Regelung der Kraftgröße (I(t)) in die Regelung der Positionsgröße (α(t)) des Niederhalters (23) umschaltet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (22) einen Elektromotor (43) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (22) als Kraftgröße eine das Motormoment (M(t)) des Elektromotors (43) bestimmende elektrische Größe regelt, insbesondere den Motorstrom (I(t)).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (22) als Positionsgröße die Drehstellung (α(t)) des Elektromotors (43) regelt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstellung (α(t)) des Elektromotors (43) so vorgegeben ist, dass keine Winkelbeschleunigungssprünge auftreten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (22) die Kraftgröße (I(t)) gemäß einem vorgegebenen Verlauf regelt während sich der Niederhalter (23) in der Einspannposition (EP) befindet.

10. Verfahren zur Herstellung von Dosenkörpern, insbesondere für Druckbehälterdosen oder Getränkedosen, mit den Schritten:

- Bereitstellen eines topfförmigen Rohlings (37),

- Bewegen eines Niederhalter (23) zum Einspannen des topfförmigen Rohlings (37) zwischen dem Niederhalter (23) und einem Gegenelement (46, 47) aus einer Ausgangsposition (FP) in eine Einspannposition (EP),

- Regeln einer die Einspannkraft (F(t)) bestimmenden Kraftgröße (I(t)), sobald der Niederhalter (23) die Einspannposition (EP) erreicht,

- Regeln einer die Position und/oder die Positionsänderung des Niederhalters (23) bestimmenden Positionsgröße (α(t)), wenn sich der Niederhalter (23) außerhalb seiner Einspannposition (EP) befindet.

Zeichnung