DE60104272T2

DE60104272T2 - Umformung von dünnwandigen körpern

Info

Publication number: DE60104272T2
Application number: DE60104272T
Authority: DE
Inventors: Santiago Garcia Campo; Juan Saiz Goiria
Original assignee: Envases UK Ltd
Current assignee: Envases UK Ltd
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2021-02-10
Also published as: ATE332772T1; HU225584B1; ATE352384T1; US8245556B2; US7004000B2; EP1216112B1; EP1216112A1; HUP0204339A2; US7024912B2; PL359220A1; US20100011828A1; US7398665B2; ES2268260T3; US20110023567A1; ES2281593T3; US20030074946A1; HU225585B1; US20060156777A1; RU2283201C2; HU0304009D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen eines dünnwandigen Körpers nach den Oberbegriffen von Anspruch 1 bzw. 6 (siehe z. B. US-A-4 487 048), insbesondere von dünnwandigen Behältern oder rohrförmigen Körpern, die eine zylindrische oder eine andere Form haben können.
Die Erfindung eignet sich speziell zum Verformen von dünnwandigen Metallkörpern (insbesondere Aluminiumbehältern) durch Prägen oder dgl. Die Erfindung läßt sich speziell in Prozessen benutzen, wie bei dem registerhaltigen Prägen von dünnwandigen Körpern, speziell beim registerhaltigen Prägen von Behältern mit einer zuvor aufgebrachten (vorgedruckten) Oberflächendekoration.
Es besteht bekanntlich der Wunsch, die zylindrischen Außenwände von metallischen Behältern, wie Aluminimumbehältern, durch Prägen oder dgl, zu verformen. Insbesondere wurden Versuche unternommen, die Wände von Behältern an vorbestimmten Stellen zu prägen, um ein gedrucktes Muster auf der Außenfläche eines solchen Behälters zu ergänzen. Bei solchen Verfahren ist es wichtig, das Prägewerkzeug mit dem vorgedruckten Muster auf der Behälterwand in Übereinstimmung zu bringen. Vorschläge nach dem Stand der Technik beschreiben die Verwendung eines Abtastsystems zur Identifizierung der Position des Behälters relativ zu einer Referenzposition und die Neuausrichtung des Behälters zur Anpassung an die Referenzposition.
Prägeverfahren und -vorrichtungen nach dem Stand der Technik sind z. B. in WO-A-9803280, WO-A-9803279, WO-A-9721505 und WO-A-9515227 beschrieben. Bei solchen Verfahren wird der Behälter üblicherweise in ein inneres Werkzeug geladen, das als Halter für den Behälter dient und darüber hinaus mit einem externen Werkzeug zusammenwirkt, um das Prägen zu bewerkstelligen. Wie die folgenden Ausführungen zeigen, haben solche Systeme Nachteile.
US 5 916 317 beschreibt ein Prägeverfahren, bei dem wenigstens ein Druckfluidstrom direkt gegen eine Seite einer Seitenwand eines Behälterkörpers geschleudert wird. Auf der anderen Seite der Seitenwand des Behälterkörpers ist eine konfigurierte Fläche angeordnet, um die gewünschte Ausformung/Prägung zu bewerkstelligen. Eine Einrichtung zur Festlegung der Form liefert die konfigurierte Oberfläche, und eine Sprüheinrichtung liefert den Druckfluidstrahl.
Es wurde nun ein verbessertes Verfahren erfunden.
Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verformen eines Dünnwandigen Körpers zur Verfügung, wobei das Verfahren umfaßt:

i) das Halten des fest eingespannten Körpers in einer Haltestation,
ii) das Verformen der Wand des Körpers in einer vorbestimmten Wandzone in einer Werkzeugstation, die sich während des Verformens in der Nachbarschaft der Haltestation befindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug in der vorbestimmten Wandzone mit der Wand des Körpers in Eingriff kommt und daß die vorbestimmte Wandzone vor dem verformenden Eingriff mit der Wand des Körpers durch koordinierte Bewegung des Werkzeugs relativ zu dem Werkzeug ausgerichtet wird.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung liefert die Erfindung eine Vorrichtung zum Verformen eines dünnwandigen Körpers, wobei die Vorrichtung aufweist:

i) eine Haltestation, um den Körper fest eingespannt zu halten,
ii) eine Werkzeugstation, die das Werkzeug enthält, um den Körper in einer vorbestimmten Wandzone auf der Umfangswand zu verformen, wobei die Werkzeugstation während der Verformung an einer der Haltestation benachbarten Stelle positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner aufweist:
iii) eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Lage des zylindrischen Körpers relativ zu einer Referenz-(Bezugs)-Lage,
iv) Mittel für eine koordinierte Bewegung, um das Werkzeug vor dem verformenden Eingriff des Werkzeugs mit dem Körper zu der vorbestimmten Wandzone auszurichten.

Es ist typischerweise ein Ausrichten des Werkzeugs und der Wandzone des Körpers erforderlich, um sicherzustellen, daß die Prägeverformung mit der vorgedruckten Dekoration auf dem Körper genau fluchtet. Bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird der Körper nicht aus dem Gehaltenwerden in einer Haltestation in ein Gehaltenwerden durch das Werkzeug überführt, sondern bleibt im Gegenteil während des gesamten Verformungsprozeß in der Haltestation gehalten.
Die Neukonfigurierung des Werkzeugs macht es überflüssig, daß die oder jede Halte- oder Einspannstation die Einrichtung zum Neuausrichten eines entsprechenden Körpers aufweisen muß.
Das Verfahren eignet sich besonders für das Prägen von Behältern mit einer Wandstärke (t) im Bereich von 0,25 mm bis 0,8 mm (speziell im Bereich von 0,35 mm bis 0,6 mm). Das Verfahren ist anwendbar auf Aluminiumbehälter, sowie auf Behälter aus einer Legierung, Stahl, Weißblech, Behälter mit innerer Polymerbeschichtung oder lackierte Metallbehälter oder Behälter aus anderen Materialien. Die Behälter sind typischerweise zylindrisch, und die verformte, geprägte Zone ist auf ein zuvor aufgedrucktes/appliziertes Muster auf den Umfangswänden abgestimmt. Typische Durchmesser von Behältern, mit denen sich die Erfindung befaßt, liegen im Bereich von 35 mm bis 74 mm, obwohl der Erfindung auch Behälter zugänglich sind, deren Durchmesser außerhalb dieses Bereichs liegen.
Das Werkzeug ist vorteilhafterweise durch Drehung des Werkzeugs um eine Werkzeugrotationsachse neu konfigurierbar, um es zu der vorbestimmten Wandzone auszurichten.
Die Erfassungseinrichtung steuert vorzugsweise die Funktion der Werkzeugdrehvorrichtung, um das Werkzeug in die Referenzposition zu bewegen bzw. zu drehen. Die Erfassungseinrichtung bestimmt vorzugsweise den kürzesten Drehweg (Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn) zu der Referenzposition und aktiviert die Drehung des Werkzeugs in der passenden Richtung.
Die Zeit, die für die Durchführung der Schritte zum Neuausrichten und Verformen zur Verfügung steht, ist für typische Produktionsabläufe, bei denen Körper mit einer Geschwindigkeit von bis zu 200 Behältern pro Minute verarbeitet werden können, relativ kurz. Das Neuausrichten des Werkzeugs (speziell durch Drehung des Werkzeugs um eine Achse) macht es möglich, daß die gewünschte Neuausrichtung in der begrenzten Zeit abgeschlossen wird, die zur Verfügung steht. Die Einrichtung für das Neuausrichten im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn im Anschluß an die Erfassung der Ausrichtung des Behälters und des kürzesten Wegs in die Referenzposition ist besonders vorteilhaft, um die geforderten Prozeßzeiten zu erreichen.
Da das innere Werkzeug zu der Behälterwand hin und von ihr wegbewegbar ist (vorzugsweise zu der Achse/Zentrumslinie des Behälters und von dieser weg), lassen sich geprägte Reliefmerkmale mit größerer Tiefe/Höhe herstellen. Dies liegt daran, daß Verfahren nach dem Stand der Technik im allgemeinen ein inneres Werkzeug benutzen, das auch zum Halten des Behälters während der Verformung (des Prägens) dient, und es deshalb gängige Praxis war, einen nur kleinen Unterschied zwischen dem Durchmesser des inneren Werkzeug und dem Innendurchmesser des Behälters vorzusehen.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können Nockenteile von inneren und/oder äußeren Werkzeugen das Reliefmuster für das Prägen tragen, wobei eine exzentrische Rotation bewirkt, daß die Nockenabschnitte paarweise den relevanten Abschnitt der Behälterwand prägen.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es das Prägen einer größeren Fläche der Behälterwand (größere Abmessung in Umfangsrichtung) ermöglicht, als dieses mit Verfahren nach dem Stand der Technik möglich ist, bei denen das Prägemuster auf einer kleineren Fläche des Werkzeugs liegen muß. Ein rotierendes/nockenförmiges Werkzeug hat z. B. den Nachteil, daß es nur eine kleine potentielle Fläche für die Musterprägung besitzt.
Ein rekonfigurierbares, insbesondere zusammenlegbares/expandierbares inneres Werkzeug ermöglicht Prägeformationen mit größerer Tiefe/Höhe, wobei das innere Werkzeug aus dem Eingriff mit der geprägten Zone heraus zusammengelegt und anschließend in axialer Richtung aus dem Innern des Behälters herausgezogen wird.
Für die geprägten Merkmale sind Tiefen-/Höhenabmessungen im Bereich 0,5 mm und darüber (sogar von 0,6 mm bis 1,2 mm und darüber) möglich, die mit Verfahren nach dem Stand der Technik nicht erreichbar waren.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich, wie oben beschrieben, besonders zum Prägen von Behältern mit relativ großer Wandstärke (z. B. im Bereich von 0,35 mm bis 0,8 mm). Solche dickwandigen Dosen eignen sich für die Aufnahme von unter Druck stehenden Aerosol-Verbrauchsprodukten, die unter relativ hohen Drücken gespeichert werden. Es hat sich herausgestellt, daß Verfahren nach dem Stand der Technik weder dazu geeignet sind, solche dickeren Behälter zu prägen, noch die ästhetisch ansprechenden, größer dimensionierten Prägemerkmale zu erzeugen, wie dies mit der vorliegenden Erfindung möglich ist (typisch mit einer Tiefe/Höhe im Bereich von 0,3 mm bis 1,2 mm).
Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den anliegenden Ansprüchen definiert und werden durch die folgende Beschreibung verdeutlicht.
Im folgenden wird die Erfindung an einem spezifischen Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt ein Flußdiagramm eines Prozesses gemäß der Erfindung,
2 zeigt die Ansicht eines Behälters, der gemäß der Erfindung bearbeitet werden soll,
3 zeigt eine Seitenansicht des Behälters von 1 in fertig geformtem Zustand,
4 zeigt eine 360°-Ansicht eines Positionscodes gemäß der Erfindung,
5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
6 und 7 zeigen halbe Grundrißdarstellungen von Komponenten der Vorrichtung von 5,
8, 9 und 10 zeigen den Darstellungen von 5, 6 und 7 entsprechende Ansichten mit einer anderen Arbeitsstellung der Komponenten,
11 zeigt eine vergrößerte schematische Schnittansicht der Vorrichtung aus den vorangehenden Figuren in einem ersten Stadium des Umformungsprozesses,
11a zeigt eine Detailansicht des Formwerkzeugs und der Behälterwand in dem Arbeitsstadium von 11,
12, 12a bis 16, 16a zeigen den Darstellungen von 11 und 11a entsprechende Ansichten,
17 zeigt eine schematische Schnittansicht einer geprägten Zone einer Behälterwand.
Es sei nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die Vorrichtung und das Verfahren betreffen das plastische Verformen (Prägen oder Tiefprägen) der Umfangswand eines Aluminiumbehälters 1 an einer vorbestimmten Position relativ zu einem vorgedruckten dekorativen Muster auf der Außenwand des Behälters. Wenn die Prägeverformung mit dem gedruckten dekorativen Muster zusammenfallen soll, wird dies auf dem einschlägigen Fachgebiet als registerhaltiges Prägen bezeichnet.
Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel soll ein Muster 50, das einer Reihe von drei in axialem Abstand angeordnete bogenförmige Rillen entspricht, an um 180° versetzten Stellen auf der Behälterwand geprägt werden (siehe 16a). Aus ästhetischen Gründen ist es wichtig, daß die Stelle, an der das Muster 50 geprägt wird, auf das gedruckte Muster auf der Wand des Behälters 1 abgestimmt ist. Die Abstimmung der axialen Ausrichtung des Behälters 1 mit dem Werkzeug zur Durchführung der Verformung ist deshalb kritisch.
Wie aus 5 bis 7 hervorgeht, besitzt die Umformvorrichtung 2 einen vertikal orientierten Drehtisch 3, der (um eine horizontale Achse) in Rastschritten nacheinander an in Drehrichtung fortschreitende Stellen gedreht wird. Um die Peripherie des Drehtisches 3 ist im Abstand eine Reihe von Behälter-Haltestationen mit Spannfuttern 4 angeordnet. Die Behälter werden dem Drehtisch aufeinanderfolgend in zufälligen axialen Orientierungen zugeführt und einzeln in einem entsprechenden Spannfutter 4 aufgenommen und um die Behälterbasis 5 herum sicher eingeklemmt.
Dem Drehtisch 3 gegenüber befindet sich ein vertikal orientierter Umformtisch 6, der in im Abstand angeordneten Werkzeugstationen 7 eine Reihe von Verformungswerkzeugen trägt. Den sukzessiven Rastdrehbewegungen des Drehtischs 3 folgend wird der Tisch 6 aus einer zurückgezogenen Position (5) in eine vorgebrachte Position vorbewegt (8). Bei der Bewegung in die vorgebrachte Position führen die betreffenden Werkzeuge in den Werkzeugstationen 7 Verformungsoperationen an den Umfangswänden der Behälter in der Nähe ihrer offenen Enden 8 durch. Aufeinanderfolgende Werkzeugstationen 7 führen in dem Prozeß aufeinanderfolgende spezifische Verformungen aus. Dieser Prozeß ist allgemein bekannt und wird beim Stand der Technik benutzt. Er wird häufig als Einschnürung [Necking] bezeichnet. Es lassen sich eingeschnürte Muster mit verschiedenen Hals-/Schulterprofilen, wie z. B. das in 3 dargestellte, erzeugen.
Eine Einschnürungsvorrichtung arbeitet typischerweise mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 Behältern pro Minute, was eine typische Bearbeitungszeit an jeder Umformstation in der Größenordnung von 0,3 Sekunden ergibt. In dieser Zeit muß der Werkzeugtisch 6 axial in die vorgebrachte Position bewegt werden, das Werkzeug an der jeweiligen Station den betreffenden Behälter kontaktieren und eine Stufe in dem Einschnürungsprozeß verformen, und der Werkzeugtisch 6 muß zurückgezogen werden.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung trägt der Werkzeugtisch zusätzlich zu dem Einschnürungs-/Schulter-Umformwerkzeug in den Stationen 7 in einer Prägestation 9 das Prägewerkzeug 10. Das Prägewerkzeug (das in 11 bis 16 am deutlichsten dargestellt ist) umfaßt innere Umformwerkzeugteile 11a, 11b von entsprechenden Arme 11 eines expandierbaren inneren Werkzeugdorns 15. Die Werkzeugteile 11a, 11b tragen jeweils weibliche Prägeformationen 12.
Das Prägewerkzeug 10 umfaßt außerdem eine äußere Werkzeuganordnung mit entsprechenden Armen 13, welche Werkzeugteile 13a, 13b mit komplementären männlichen Prägeformationen 14 tragen. Wenn der Tisch 7 in die vorgebrachte Position bewegt wird, werden die inneren Werkzeugteile 11a, 11b innen in dem Behälter in nahem Abstand von der Wand des Behälters 1 positioniert; während die entsprechenden äußeren Werkzeugteile 13a, 13b außerhalb des Behälters in nahem Abstand von der Wand des Behälters 1 positioniert werden.
Der innere Dorn 15 ist aus der in 11 dargestellten zusammengelegten Position (in der die Werkzeuge 11a, 11b Abstand von der Innenwand des Behälters 1 haben) expandierbar, um die Werkzeugteile 11a, 11b in eine Position mit einem relativen Zwischenraum zu bewegen, in der sie an der Innenwand des Behälters 1 zur Anlage kommen (siehe 12). Eine langgestreckte Antriebsstange 16 ist in Längsrichtung bewegbar, um die Expansion und die Kontraktion des Dorns 15 und die daraus resultierende Bewegung der Werkzeugteile 11a, 11b voneinander weg und zueinander hin zu bewirken. Ein Nockenkopfteil 17 der Antriebsstange 16 bewirkt das Expandieren des Dorns 15, wenn sich die Antriebsstange 16 in Richtung des Pfeils A bewegt. Der Nockenkopfteil 17 wirkt gegen schräge Keilflächen 65 der Werkzeugteile 11a, 11b und verursacht die Expansion (das Voneinanderwegbewegen) der Werkzeugteile 11a, 11b. Die Rückstellkraft (Elastizität) der Arme 11 spannt den Dorn 15 in die geschlossene Position vor, wenn die Stange 16 sich in Richtung des Pfeils B bewegt.
Äußere Werkzeugarme 13 sind unter dem Einfluß von Schließnockenarmen 20 des Stellglieds 21, die auf eine Nockenschulter 13c der jeweiligen Arme 13 einwirken, aufeinander zu- und voneinander wegbewegbar. Die Bewegung des Stellglieds 21 in Richtung des Pfeils D bewirkt, daß die äußeren Werkzeugteile 13a zusammengezogen werden. Die Bewegung des Stellglieds 21 in Richtung des Pfeils E bewirkt, daß die äußeren Werkzeugteile 13a relativ voneinander getrennt werden. Die Arme 13 und 11 der äußeren Werkzeuganordnung und des inneren Dorns werden von einem Nockenhaltering 22 gehalten. Die Arme 11, 13 werden relativ zu dem Haltering 22 elastisch gebogen, wenn die Stellglieder 21, 16 arbeiten.
Als Alternative zu der Nocken-/Keilbetätigungsanordnung können auch andere Stellglieder, wie hydraulische/pneumatische, elektromagnetische Stellglieder (d. h. Magnetstellglieder), elektrische (Servo-/Schritt)-Motoren usw. benutzt werden.
Die Arbeitsweise des Prägewerkzeugs ist so, daß der innere Dorn 15 so betätigbar ist, daß er unabhängig von der Betätigung der äußeren Werkzeugteile 13a expandiert und kontraktiert wird.
Der innere Dorn 15 (der die Arme 11 umfaßt) und das äußere Werkzeug (das die Arme 13 umfaßt), die mit dem Nockenhalterring 22 verbunden sind, sind im Einklang miteinander relativ zu dem Tisch 6 um die Achse des Dorns 15 drehbar. Zu diesem Zweck sind Lager 25 vorgesehen. Ein Servomotor (oder Schrittmotor) 26 ist über ein geeignetes Zahnradgetriebe angekuppelt und bewirkt eine gesteuerte Drehung des Werkzeugs 10 relativ zu dem Tisch 6, wie dies weiter unten näher erläutert wird.
Wenn das Werkzeug 10 sich in der in 11 dargestellten Position befindet, wird der Dorn 15 durch Bewegen der Antriebsstange 16 in Richtung des Pfeils A expandiert und bewirkt, daß die inneren Werkzeugteile 11a an der inneren Umfangswand des Zylinders 1 zur Anlage kommen und die in 12, 12a dargestellte Konfiguration annehmen. Als Nächstes bewegt sich das Stellglied 21 in Richtung des Pfeils D und bewirkt, daß die Nockenarme 20 auf die Nockenschulter 13 einwirken und die Arme 13 zueinander biegen. Dadurch kommen die äußeren Werkzeugteile 13a an der zylindrischen Wand des Behälters 1 zur Anlage, wobei Vorsprünge 14 das Material der Wand des Behälters 1 in die jeweiligen komplementären Aufnahmeformationen 12 an den inneren Werkzeugteilen 11a hinein verformen.
Die Verformungswerkzeugteile 11a, 13a können Komponenten aus hartem Werkzeugstahl sein oder aus anderen Materialien bestehen. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das eine oder andere der Werkzeugteile ein anpassungsfähiges Material, wie Plastik, einen Polymerwerkstoff oder dgl. aufweisen.
Ein wichtiges Merkmal besteht darin, daß die inneren Werkzeugteile die nicht zu verformenden Teile der Behälterwand während der Verformung zur Erzeugung der geprägten Muster 50 unterstützen. In diesem Stadium der Prozedur entsprechende Situation ist in 13, 13a dargestellt. Die Konfiguration und Anordnung der Nockenarme 20, der Nockenschultern 13a des äußeren Prägewerkzeugs und der schrägen (oder keilförmigen) Nockenfläche der inneren Werkzeugteile 11a (die mit dem Nockenkopf 17 der Stange 16 zusammenwirken) sorgen dafür, daß die Prägekrafteigenschaften der Anordnung gesteuert werden können, um ein gleichmäßiges Prägen über die gesamte Fläche der geprägten Muster 50 zu gewährleisten. Die Wirkung der äußeren Nockenkraft auf die äußeren Werkzeugteile 13a liegt hinter den Prägeformationen 14, die Wirkung der inneren Nockenkraft auf die inneren Werkzeugteile 11a liegt vor den Prägeformationen 12. Die Kräfte gleichen sich aus, um über die gesamte Zone des geprägten Musters 50 ein endgültiges Prägemuster mit konsistenten Tiefenformationen zu erzeugen.
Als Nächstes kehrt das Stellglied 21 in seine Startposition zurück (Pfeil E), so daß die Arme 13 des äußeren Werkzeugs nach außen in ihre Normalposition zurückfedern können. Dadurch lösen sich die Werkzeugteile 13a aus dem Prägeeingriff mit der Außenfläche des Behälters 1. Die diesem Stadium der Prozedur entsprechende Situation ist in 14, 14a dargestellt.
In dem nächsten Stadium der Prozedur wird der innere Dorn zusammengelegt, wobei die Werkzeugteile 11a aus dem Anschlag an der Innenwand des Zylinders 1 herausbewegt werden. Die diesem Stadium der Prozedur entsprechende Situation ist in 15, 15a dargestellt.
Schließlich wird der Werkzeugtisch 6 von dem Drehtisch 3 zurückgezogen, wobei das Werkzeug 10 aus dem Behälter herausgezogen wird. Die diesem Stadium der Prozedur entsprechende Situation ist in 16, 16a dargestellt.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Bewegung der Werkzeuge zur Durchführung des Prägens ausschließlich eine Translationsbewegung. Es ist jedoch auch denkbar, ein drehbares äußeres/inneres Prägewerkzeug zu benutzen, wie dies im Stand der Technik allgemein bekannt ist.
Der Drehtisch wird dann in Drehrichtung fortgeschaltet, wobei der geprägte Behälter zu der nächsten Werkzeugstation 7 bewegt und in der Station 9 ein frischer Behälter zu dem Prägewerkzeug 10 ausgerichtet wird.
Die beschriebenen Prägestadien entsprechen den Stadien 106 bis 112 in dem Flußdiagramm von 1.
Es ist wichtig, daß der Behälter 1 und das Werkzeug 11 vor der Annäherung des Prägewerkzeugs 10 an einen in dem Tisch 3 festgeklemmten Behälter 1 (11 und Stadium 106 von 1) in Drehrichtung genau ausgerichtet sind, um sicherzustellen, daß das geprägte Muster 50 relativ zu dem gedruckten Muster auf der Außenseite des Behälters genau positioniert ist.
Gemäß vorliegender Erfindung wird dies in einfacher Weise dadurch erreicht, daß die Position eines entsprechenden Behälters 1 überprüft wird, während dieser in einem Spannfutter 4 des Drehtischs 3 bereits fest eingespannt ist, und das Prägewerkzeug 10 durch Drehung in die erforderliche Position ausgerichtet wird. Dieses Verfahren ist besonders bequem und vorteilhaft, weil nur für eine Anordnung (nämlich das Prägewerkzeug 10) ein Drehantrieb benötigt wird. Die Spannfutter 4 können relativ zu dem Tisch 3 fest sein und Behälter in zufälligen axialen Drehrichtungen aufnehmen. Dadurch wird die Zahl der beweglichen Teile für die Vorrichtung minimiert, und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung wird optimiert.
Die offenen Enden 8 von unverformten Behältern 1, die sich der Vorrichtung 2 nähern, besitzen Ränder 30, die mit einem codierten Markierungsband 31 bedruckt sind, das eine Reihe von in Abstand angeordneten Codelöchern oder -streifen 32 aufweist (die am deutlichsten in 4 dargestellt sind). Jeder Codeblock-/-streifen 32 umfaßt eine Spalte mit sechs Datenpunktzonen, die in einer vorbestimmten Sequenz dunkel oder hell gefärbt sind.
Wenn der Behälter 1 in zufälliger Orientierung in ein entsprechendes Spannfutter 4 eingeklemmt ist, betrachtet eine CCD-Kamera (Kamera mit ladungsgekoppelter Vorrichtung) 60 einen Abschnitt des Codes in ihrem Blickfeld. Die dem betrachteten Code entsprechenden Daten werden mit den Daten verglichen, die in einem Speicher (einer Steuerung 70) für das codierte Band gespeichert sind, und die Position der Dose relativ zu einer Referenzposition wird bestimmt. Der Grad der Nachausrichtung in Drehrichtung, der erforderlich ist, um das Prägewerkzeug 10 mit der Referenz für den betreffenden Behälter in Übereinstimmung zu bringen, ist in dem Speicher der Hauptsteuerung 70 der Vorrichtung gespeichert. Wenn der betreffende Behälter 10 weitergeschaltet wird, damit er dem Prägewerkzeug 10 gegenüberliegt, bewirkt die Steuerung eine Neupositionierung des Werkzeugs 10 in Drehrichtung, um sicherzustellen, daß das Prägen in der korrekten Zone auf der Umfangsfläche des Behälters 1 stattfindet. Wenn die Steuerung 70 die Winkelposition des Werkzeug relativ zu der auf dem Behälter zu prägenden Winkelposition prüft, benutzt sie eine Entscheidungsroutine, um festzustellen, ob eine Drehung des Werkzeugs 10 im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn den kürzesten Weg zu der Referenzposition ergibt, und initiiert dementsprechend die erforderliche Drehrichtung des Servomotors 26. Dies ist ein wichtiges Merkmal des Systems, das es ermöglicht, die Drehung des Werkzeugs in einem genügend kurzen Zeitrahmen durchzuführen, der innerhalb des Fortschaltintervalls des Drehtischs 3 untergebracht werden muß.
Das Codierblocksystem 32 ist in Wirklichkeit ein Binärcode und sorgt dafür, daß die CCD-Kamera den Code genau und klar lesen und die Position des Behälters relativ zu der Referenz des Werkzeugs 10 durch den Überblick über nur ein kleinen Teil des Codes bestimmen kann (z. B. können zwei benachbarte Blöcke 32 eine große Anzahl von eindeutig codierten Konfigurationen aufweisen). Die Codierblöcke 32 bestehen aus vertikalen Datenpunktketten (senkrecht zur Ausdehnungsrichtung des Codierbandes 31), die jeweils dunkle und helle Datenpunktzonen (Rechtecke) enthalten. Jeder vertikale Block 32 umfaßt sechs Datenpunktzonen. Diese Anordnung hat Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Barcodeanordnung, insbesondere in einer industriellen Umgebung, in der Änderungen der Lichtintensität, mechanische Vibrationen und dgl. auftreten können.
Wie aus 4 erkennbar ist, enthält das Codierband 31 ein Codeblockmuster, das sich in 180°-Abständen wiederholt, weil das Werkzeug 10 in dem Ausführungsbeispiel so angeordnet ist, daß es in Abständen von 180° das gleiche Muster prägt.
Das System zur Positionsbestimmung und die Rotationssteuerung des Werkzeugs 10 sind in Blöcken 102 bis 105 des Flußdiagramms von 1 dargestellt.
Das Codierband 31 kann bequem gleichzeitig mit dem Muster auf der Außenseite des Behälters gedruckt werden. Die Ausbildung des Halses z. B. zur Herstellung eines Ventilsitzes 39 (3) verbirgt in dem Fertigprodukt den Blick auf das Codierband.
Als Alternative zu der optischen, visuellen panoramaartigen Erfassung des Codierbands 31 könnte ein weniger bevorzugtes Verfahren auch darin bestehen, eine alternative visuelle Marke oder eine physikalische Marke (z. B. eine Verformung in der Behälterwand) zu benutzen, die physikalisch abgetastet werden kann.
Es sei nun auf 17 Bezug genommen. Das Verfahren wird in spezieller Weise umgesteuert, um ästhetisch ansprechende geprägte Formationen 50 zu erzeugen, die eine größere Höhen-/Tiefendimension (d) (typischerweise im Bereich von 0,3 mm bis 1,2 mm) haben, als dies mit Verfahren nach dem Stand der Technik möglich war. Außerdem ist dies bei Behältern mit größerer Wandstärke (t) möglich, als solchen, die in der Vergangenheit erfolgreich geprägt wurden. Verfahren nach dem Stand der Technik waren erfolgreich beim Prägen von Aluminiumbehältern mit Wandstärken von 0,075 mm bis 0,15 mm. Das vorliegende Verfahren ist in der Lage, Aluminiumbehälter mit einer Wandstärke von mehr als 0,15 mm, sogar im Bereich von 0,25 mm bis 0,8 mm zu prägen. Mit dem Verfahren lassen sich deshalb Druck-Aerosolbehälter für Verbraucherprodukte erzeugen, was mit Verfahren nach dem Stand der Technik nicht möglich war. Für solche Druck-Aerosolprodukte werden speziell geprägte, nahtlose Monoblock-Behälter aus Aluminium benutzt (die typischerweise eine empfindliche innere korrosionsverhindernde Beschichtung oder Auflage haben, die das Behältermaterial gegen das Verbraucherprodukt schützt). Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Prägen (insbesondere das registerhaltige Prägen) von solchen Behältern.
Als Alternative zu dem oben beschriebenen Verfahren, bei dem das Prägewerkzeug gedreht wird, unmittelbar bevor der Behälter in dem Spannfutter 4 angeordnet und befestigt wird, um Übereinstimmung mit der Bezugslage herzustellen, kann die Position des Behälters auch optisch überwacht werden, um seine Orientierung relativ zu der Bezugslage zu bestimmen. Wenn die Orientierung des Behälters 1 von der gewünschten voreingestellten Bezugslage abweicht, die in das System einprogrammiert ist, wird der Behälter automatisch um seine Längsachse gedreht, um den Behälter 1 in die voreingestellte Bezugsposition zu bringen. Wenn der Behälter sich in der erforderlichen Bezugsposition befindet, wird der Behälter automatisch in das Spannfutter 4 der Haltestation eingeführt und fest eingespannt. Auf diese Weise werden die relative Umfangsposition des gedruckten Musters auf der Behälterwand und die Position des Werkzeugs aufeinander abgestimmt. Eine anschließende Justierung der relativen Position des Behälters und des Werkzeugs ist nicht erforderlich. Dieses Verfahren wird jedoch weniger vorteilhaft als das zuerst beschriebene Verfahren, bei dem das Prägewerkzeug 10 neu ausgerichtet wird.
Die Erfindung wurde primär in Bezug auf das Prägen von Aluminiumbehältern mit relativ dünnen Wandstärken (typischerweise etwa im Bereich von 0,25 mm bis 0,8 mm) beschrieben. Es ist für den einschlägigen Fachmann jedoch offensichtlich, daß die wesentlichen Merkmale der Erfindung auch auf das Prägen dünnwandiger Behälter/Körper aus anderen Materialien, wie Stahl, Weißblech, lackierte, plastizierte Metallbehältermaterialien und andere Nichteisen- oder Nichtmetallwerkstoffe anwendbar ist.

Claims

Verfahren zum Verformen eines dünnwandigen Körpers (1), wobei das Verfahren umfaßt: i) das Halten des fest eingespannten Körpers in einer Haltestation (4), ii) das Verformen der Wand des Körpers in einer vorbestimmten Wandzone in einer Werkzeugstation (7), die sich während des Verformens in der Nachbarschaft der Haltestation (4) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug (10) in der vorbestimmten Wandzone mit der Wand des Körpers in Eingriff kommt und daß die vorbestimmte Wandzone vor dem verformenden Eingriff mit der Wand des Körpers (1) durch koordinierte Bewegung des Werkzeugs (10) relativ zu dem Werkzeug (10) ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem i) das Ausrichten des Werkzeugs (10) mit der vorbestimmten Wandzone durch Drehen des Werkzeugs (10) um eine Werkzeugrotationsachse erreicht wird und/oder ii) der dünnwandige Körper (1) einen zylindrischen dünnwandigen Körper umfaßt, die vorbestimmte Wandzone eine vorbestimmte Wandzone auf dem Umfang des Körpers umfaßt und/oder iii) das Ausrichten des Werkzeugs (10) mit dem Körper (1) im wesentlichen vollständig durch koordinierte Bewegung des Werkzeugs (10) erreicht wird, wobei der Körper (1) fest eingespannt und in einer festen Orientierung bleibt, oder iv) das verformende Werkzeug (10) während des Verformungsprozesses nicht aktiv ist, um den Körper (1) zu halten oder zu sichern, und/oder v) das Werkzeug (10) in einer quer zur Achsenmittellinie des Körpers (1) bewegt wird, um mit der vorbestimmten Wandzone in Eingriff zu kommen und die Verformung zu bewirken, und/oder vi) das Werkzeug (10) in Achsenrichtung des zylindrischen Körpers in eine Position vorbewegt wird, in der ein Werkzeugteil in der Nachbarschaft der umlaufenden Wand des zylindrischen Körpers (1) liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Werkzeug einen inneren Werkzeugteil (11) umfaßt, der so angeordnet ist, daß er innerhalb des Körpers (1) positionierbar ist, und einen äußeren Werkzeugteil (13), der so angeordnet ist, daß er außerhalb des Körpers (1) positionierbar ist, wobei vorzugsweise: i) die Wandzone zwischen dem inneren und dem äußeren Werkzeugteil (11, 13) eingeklemmt wird, um die Wandzone zu verformen, wobei der innere Werkzeugteil (11) aus einer zusammengelegten Einführungs-/Ausziehstellung expandiert wird, und/oder ii) der innere und der äußere Werkzeugteil (11, 13) unabhängig voneinander in Richtung quer zur Wand des Körpers bewegbar sind, und/oder iii) in Kraftanwendungszonen, die in Achsenrichtung des Körpers auf entgegengesetzten Seiten der zu verformenden Wandzone Abstand voneinander haben, eine Wandverformungskraft auf den inneren und den äußeren Werkzeugteil (11, 13), ausgeübt wird, und/oder vi) der innere und der äußere Werkzeugteil (11, 13) relativ zu der Werkzeugstation in proximalen Zonen gelagert sind, wobei die distalen Enden der betreffenden Werkzeugteile (11a; 11b; 13a) die Verformungselemente tragen und die Verformungskraft in der Mitte zwischen den distalen und proximalen Ende der Werkzeugteile (11, 13) ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem i) das Verformungswerkzeug (10) keine Verformung durch rollenden Eingriff mit der Wand bewirkt und/oder ii) das Werkzeug ein vorbestimmtes Relief oder ein konturiertes Profil (12, 14) trägt, um der Wandzone ein vorbestimmte Profilverformung mitzuteilen, und/oder iii) das Werkzeug (10) einen inneren Werkzeugteil (11) aufweist, der so angeordnet ist, daß er innerhalb des Körpers (1) positionierbar ist, und einen äußeren Werkzeugteil (13), der so angeordnet ist, daß er außerhalb des Körpers (1) positionierbar ist, wobei die Werkzeugteile (11, 13) einander paarweise entsprechende Profile haben, um sicherzustellen, daß das gewünschte Verformungskonfigurationsmuster in der Wandzone erzeugt wird, und/oder iv) das Werkzeug (10) so geführt wird, daß es eine Translationsbewegung in die und aus der Passung mit der Wand des Körpers (1) ausführt, um eine Verformung der Wandzone herbeizuführen, und/oder v) das Werkzeug (10) ein Stützsubstrat oder eine Oberfläche aufweist, die entsprechend gekrümmt sind, so daß sie an der Wand des Körpers anliegen, wenn das Reliefprofil des Werkzeugs die Verformung vornimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem i) die Position einer oder mehrerer zuvor auf der Oberfläche des Körpers angebrachter Marken erfaßt wird, während der Körper (1) in der Haltestation (4) festgehalten wird und das Werkzeug (10) an der Werkzeugstation (7) neu ausgerichtet wird, wobei vorzugsweise: a) ein optisches Ausrichtungssystem (60) benutzt wird, um die Position einer vorpositionierten Markierung (31) auf der Oberfläche des Körpers zu erfassen, wobei das optische Ausrichtungssystem vorteilhafterweise eine panoramische Erkennungsanordnung besitzt, und/oder b) die Position der vorpositionierten Markierung (31) mit einer Bezugslage verglichen wird und an dem Werkzeug (10) eine geeignete Justierung vorgenommen wird, um Übereinstimmung mit der Bezugslage herzustellen, und/oder ii) das Werkzeug (10) durch Rotation neu orientierbar ist, wobei das Werkzeug (10) sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn drehbar ist, wobei vorzugsweise die Position einer oder mehrerer vorgegebener Marken (31) auf der Oberfläche des Körpers erfaßt wird, während der Körper in der Haltestation (4) festgehalten wird, wobei die Position der vorgegebenen Markierung mit einer Bezugslage verglichen wird und an dem Werkzeug (10) eine geeignete Drehjustierung vorgenommen wird, um es an die Bezugslage anzugleichen, wobei geprüft wird, ob der kürzeste Weg zu dem gegebenen Festpunkt einer Drehung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn entspricht und die Drehung des Werkzeugs (10) in Richtung des kürzesten Weges durchgeführt wird, und/oder iii) die Werkzeugstation (7) eine Station in einer mehrstufigen Verformungsvorrichtung umfaßt, wobei andere Stationen einen oder mehrere der folgenden Bearbeitungsvorgänge ausführen: Kontrahieren, Ziehen, Gleitziehen, Extrudieren, Lackieren, Bedrucken der Oberfläche, Einziehen und/oder Ablängen des zylindrischen Körpers, und/oder iv) der in der Haltestation (4) festgehaltene Körper (1) (vorzugsweise durch Fortschalten eines Arrays von festgehaltenen Behältern) zwischen einer Mehrzahl von Formgebungsstationen transferiert wird, die so angeordnet sind, daß sie die Wand des Körpers in verschiedene verformte Konfigurationen verformen und/oder verschiedene entsprechende Operationen an dem Körper (1) ausführen.
Vorrichtung zum Verformen eines dünnwandigen Körpers (1), wobei die Vorrichtung aufweist: i) eine Haltestation (4), um den Körper (1) fest eingespannt zu halten, ii) eine Werkzeugstation (7), die Werkzeug (10) aufweist, um den Körper (1) in einer vorbestimmten Wandzone auf der Umfangswand zu verformen, wobei die Werk zeugstation (7) während der Verformung an einer der Haltestation (4) benachbarten Stelle positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine Erfassungseinrichtung (60, 70) zum Erfassen der Lage des zylindrischen Körpers relativ zu der Lage einer Referenz (Bezugspunkt) aufweist, sowie iii) Mittel für eine koordinierte Bewegung, um das Werkzeug (10) vor dem verformenden Eingriff des Werkzeugs (10) mit dem Körper (1) im Anschluß an die Erfassung der Orientierung des Körpers durch die Erfassungseinrichtung mit der vorbestimmten Wandzone auszurichten.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der i) die Haltestation (4) so ausgebildet ist, daß sie a) den Körper (1) einspannt, um eine Drehung des Körpers zu verhindern, während er in der Haltestation (4) gehalten wird, und/oder b) einen dünnwandigen zylindrischen Körper (1) einspannt und/oder c) das feste Einspannen während des verformenden Eingriffs des Werkzeugs (10) beibehält und/oder ii) das Werkzeug (10) um eine Werkzeugrotationsachse drehbar ist, um die Ausrichtung mit der vorbestimmten Wandzone rekonfiguriert zu werden, und/oder iii) die Erfassungseinrichtung (60, 70) die Position einer oder mehrerer zuvor angebrachter Marken (31) auf dem Körper (1) erfaßt, wobei vorzugsweise die Erfassungseinrichtung (60, 70) Mittel aufweist zum Vergleichen der Position der zuvor angebrachten Marke oder Marken (31) mit einer gegebenen Referenzlage und die Orientierung des Werkzeugs (10) in geeigneter Weise so justiert wird, daß sie mit der Bezugslage übereinstimmt, und/oder die Erfassungseinrichtung (60, 70) prüft, ob eine Drehung des Werkzeugs (10) im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn der kürzeste Weg zu der Bezugslage ist, und/oder iv) die Werkzeugstation (10) in einer mehrstufigen Verformungsvorrichtung angeordnet ist, und/oder v) eine Multipositions-Werkzeugstation (6) vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von verschiedenen Werkzeugstationen (10) enthält, um verschiedene Operationen an dem oder jedem Körper (1) vorzunehmen, und/oder vi) die Vorrichtung fortgeschaltet wird, um den zylindrischen Körper (oder die Körper) sukzessiv entsprechenden Werkzeugstationen zuzuführen, und/oder vii) die Vorrichtung betätigt wird, um die Werkzeug- und Haltestationen (10, 4) für die Verformungsoperation in einer vorgebrachten Stellung und vor und nach dem Verformen in einer zurückgezogenen Stellung anzuordnen.