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Die Erfindung betrifft eine Formschulter und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Aus
DE 203 20 160 U1 ist eine Formschulter zum Formen einer Folienbahn zu einem Schlauch bekannt, die einer äußere Schulterfläche aufweist, über welche die Folienbahn zu einer durch eine Umlenkkante begrenzten Einlassöffnungen und durch diese hindurch in ein Rohr geführt ist, wobei wenigstens ein Teil der Umlenkkante durch einen im Verhältnis zur gesamten Formschulter kleinen Einsatz gebildet ist, wodurch nach normalem Verschleiß der Umlenkkante nicht der gesamte räumliche Formkörper, sondern nur der Einsatz ausgewechselt werden muss.
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Zur Herstellung von Formschultern, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Schlauchbeuteln verwendet werden, sind verschiedene Verfahren bekannt. Derartige Formschultern umfassen üblicherweise ein Schulterteil und ein Prismateil, die entlang einer Umformkante miteinander verbunden sind. Eine Möglichkeit zur Herstellung solcher Formschultern besteht darin, jede Formschulter einzeln in Handarbeit herzustellen, indem zunächst die benötigten Einzelteile angefertigt und anschließend montiert werden. Nach der Montage der Einzelteile werden die Maßhaltigkeit der Formschulter und ihr Verhalten im Einsatz geprüft und im Allgemeinen in mehreren Schritten eine Feinbearbeitung durchgeführt, um Abweichungen von den Sollmaßen zu beseitigen und eine knitterfreie Umformung zu erreichen. Diese Vorgehensweise ist sehr arbeits- und zeitaufwändig und gute Ergebnisse sind schwer reproduzierbar.
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Neuere Herstellungsverfahren stützen sich auf moderne Berechnungsmethoden zur Ermittlung der benötigten Umformfläche des Schulterteils und des Prismateils sowie der Form der Umformkante, computergestützte Konstruktion und möglichst präzise Herstellung der Formschulter als Ganzes oder der dafür benötigten Einzelteile und anschließende Montage der Formschulter aus den Einzelteilen. Die Herstellung der Formschulter als Ganzes kann beispielsweise durch Fräsen erfolgen. Hierdurch kann das vorher theoretisch ermittelte Modell sehr genau realisiert werden, allerdings ist dieses Verfahren sehr aufwändig an Material und Technik. Es wird daher nur für relativ kleine Formschultern (bis zu einer Schlauch-beutelbreite von 50 mm) angewendet.
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Häufiger kommt ein Verfahren zur Anwendung, bei dem die theoretisch ermittelten Einzelteile maschinell hergestellt und anschließend manuell zusammengefügt werden. Beispielsweise werden bei einer aus Blechzuschnitten hergestellten Formschulter zunächst die ebenen Abwicklungen der Einzelteile von Schulterteil und Prismateil sowie gegebenenfalls eines Flanschs und Stützelementen durch Laserschneiden oder Fräsen präzise zugeschnitten. Prismateil und Schulterteil werden anschließend weitgehend manuell gerundet und manuell zueinander positioniert und durch Schweißen oder Löten fixiert. Die Rundungsgenauigkeit des Prismateils ist durch Rundungsmaschinen recht genau herstellbar und messbar.
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Prismateile für runde Schlauchquerschnitte werden in der Praxis auch aus Rohrmaterial gefertigt, wobei die Umformkante auf einer CNC-Fräsmaschine sehr präzise herausgefräst wird. Dieses Verfahren ist jedoch aufwändig. Zunächst müssen die Rohre für die verschiedensten Zylinderdurchmesser vorrätig gehalten werden, wobei pro Format immer nur ein sehr kurzes Stück benötigt wird. Die spanende Bearbeitung bei der Herstellung der Umformkante sowie gegebenenfalls beim Ausdrehen des Rohrs ist teure Maschinenarbeit.
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Um die Biegeform des Schulterteils aus einem Blechzuschnitt herzustellen, sind verschiedene Methoden bekannt.
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Zum einen kann die endgültige Form durch schrittweise manuelles Biegen des Blechzuschnitts bei stetiger Kontrolle des Biegeergebnisses mit Hilfe von extra angefertigten Biegelehren hergestellt werden. Es ist relativ einfach und schnell, die Form der Schulterblechs vorzubiegen, also zunächst relativ ungenau herzustellen, beispielsweise mit einer Abweichung von +/–10 mm von der vorgegebenen Form. Erforderlich ist jedoch eine Genauigkeit von mindestens +/–0,2 mm. Deshalb erfordert diese Methode eine große Erfahrung des Arbeiters und viel Zeit.
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Zum anderen kann die Formung des Schulterteils gleichzeitig mit der Montage des Schulterteils an das vorbereitete Prismateil erfolgen. Dies geht schneller, ist jedoch ungenauer. Stimmt die räumliche Form des Schulterteils nicht mit der theoretisch bestimmten Form überein, dann wird auch die an sich exakte Kontur der Umformkante am Prismateil entwertet. Es können beispielsweise Falten bei der Schlauchformung entstehen.
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Bei Prismateilen, die aus Rohrmaterial hergestellt werden, kann beispielsweise an der Außenseite des Prismateils ein Absatz oder eine Nut eingefräst werden, um die Positionierung des Schulterteils relativ zur Umformkante zu erleichtern. Bei der Montage der Formschulter wird das Schulterteil mit seiner der Umformkante des Prismateils zugewandten Innenkante auf diesen Absatz oder in diese Nut gedrückt und fixiert. Neben der genaueren Positionierung des Schulterteils wird hierdurch auch eine genauere Feinbiegung eines vorgebogenen Schulterteils möglich. Die Herstellung des Absatzes ist hingegen sehr aufwändig und erfordert die Verwendung einer mehrachsigen CNC-Fräsmaschine.
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Aus
DE 10 2007 050 697 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Formschulter bekannt, bei dem ein Prismateil und ein Schulterteil hergestellt und anschließend entlang einer Umformkante miteinander verbunden werden, wobei das Prismateil mit der Umformkante vorgefertigt wird, am Prismateil eine Formlehre angebracht wird, das Schulterteil entsprechend der von der Formlehre vorgegebenen Form am Prismateil angeordnet wird, und anschließend Prismateil und Schulterteil miteinander verbunden werden. Die Formlehre umfasst mindestens ein am Prismateil einer Formschulter anbringbares erstes Formelement mit einer Anlegekante, welches durch mindestens linienhaften Kontakt zum Schulterteil die Form des Schulterteils relativ zur Umformkante des Prismateils definiert. Die vorgeschlagene Lösung erleichtert die exakte Anformung des Schulterteils an das Prismateil, jedoch sind Formschultern, bei denen das Prismateil einen sehr komplexen Querschnitt hat, dennoch schwierig herstellbar, weil zunächst die Formlehre exakt an das Prismateil angeformt und daran befestigt werden muss. Insbesondere bei diesen komplexen Querschnitten ist jedoch die exakte Positionierung der Formlehre sehr schwierig.
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Solche komplexen Querschnitte treten beispielsweise bei Formschultern für Standbodenbeutel mit Stabilisierungsnähten (z. B. Stabilopack, Quadroseal) auf. Solche komplexen Querschnitte sind nur durch Umformen ebener Blechzuschnitte wirtschaftlich herstellbar. Die Verwendung einer Formlehre zur Positionierung des Schulterteils am Prismateil bringt in diesen Fällen aus den oben genannten Gründen nur sehr eingeschränkte Erleichterung bei der Verbindung von Schulterteil und Prismateil.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Formschulter sowie ein Herstellungsverfahren dafür anzugeben, das die obigen Schwierigkeiten überwindet. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Formschulter anzugeben, die mit einfachen, preiswerten und arbeitssparenden Mitteln bei reproduzierbar hoher Genauigkeit hergestellt werden kann. Darüber hinaus soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem Formschultern mit komplexem Querschnitt des Prismateils hergestellt werden können.
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Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Formschulter mit den Mekmalen des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Formschulter, bei dem ein Prismateil und ein Schulterteil mit jeweils einer vorbestimmten dreidimensionalen Form hergestellt und anschließend entlang einer gemeinsamen dreidimensionalen Umformkante miteinander verbunden werden, wird vorgeschlagen, das Prismateil und das Schulterteil als flache Blechzuschnitte vorzufertigen, danach am noch ebenen Blechzuschnitt des Prismateils durch spanende Bearbeitung eine Anlegekante zu erzeugen, die Blechzuschnitte von Prismateil und Schulterteil durch Umformen in die vorbestimmte dreidimensionale Form zu bringen, das Schulterteil entlang der Anlegekante am Prismateil anzuordnen und anschließend Prismateil und Schulterteil miteinander zu verbinden.
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Die Anlegekante kann am noch ebenen Blechzuschnitt des Prismateils einfach und mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Hierfür wird lediglich eine zweidimensional arbeitende CNC-Fräs- oder Schleifmaschine benötigt. Selbstverständlich kann die Anlegekante, wenn auch mit höherem manuellen Aufwand, auch ohne eine numerisch steuerbare Werkzeugmaschine hergestellt werden. Der Verlauf der Anlegekante kann bereits bei der Konstruktion der Formschulter in Abhängigkeit von der konkreten Form der Umformkante sowie der Materialstärken von Schulterteil und Prismateil ermittelt werden. Bei der Verwendung moderner CAD-Programme ergibt sich diese Kontur beispielsweise als Schnittlinie beider Teile quasi als Nebenprodukt, und die durch Abwicklung des Prismateils im CAD-Programm gewonnenen zweidimensionalen Koordinaten der Anlegekante können zur Steuerung der Werkzeugmaschine verwendet werden, die die Anlegekante herstellt.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Verbinden von Prismateil und Schulterteil die Umformkante durch spanende Bearbeitung nachbearbeitet wird. Prismateil und Schulterteil werden üblicherweise durch Schweißen oder Hartlöten miteinander verbunden. Dabei lässt es sich nicht immer vermeiden, dass die Verbindungsnaht geringe Gestaltabweichungen gegenüber der Soll-Form aufweist. Dadurch kann die Maßhaltigkeit der Umformkante beeinträchtigt werden, worunter letztlich die Qualität der hergestellten Schlauchbeutel leidet. Durch spanende Nachbearbeitung, beispielsweise durch Fräsen oder Schleifen, wird die Umformkante exakt in die gewünschte Form gebracht.
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Die vorgeschlagene Formschulter zur Herstellung von Schlauchbeuteln umfasst in bekannter Weise ein Schulterteil und ein Prismateil, die entlang einer Umformkante miteinander verbunden sind, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Prismateil und das Schulterteil jeweils aus flachen Blechzuschnitten geformt sind und das Schulterteil in eine am Prismateil entlang der Umformkante in das Material des Prismateils eingearbeitete Anlegekante eingelegt und darin fest mit dem Prismateil verbunden ist.
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Dadurch wird das Schulterteil relativ zum Prismateil mit hoher Genauigkeit so positioniert, dass die beiden die Umformkante der Formschulter bildenden Kanten von Schulterteil und Prismateil relativ zueinander exakt positioniert sind, bevor Schulterteil und Prismateil miteinander beispielsweise durch Schweißen oder Löten verbunden werden. Die Umformkante kann auf diese Weise exakt so geformt werden, wie dies konstruktiv vorgegeben ist.
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In einer Ausgestaltung der Formschulter ist vorgesehen, dass der Abstand der Anlegekante zur Umformkante an jeder Stelle umso größer ist, je spitzer der von den Umformflächen von Schulterteil und Prismateil eingeschlossene Winkel an dieser Stelle ist.
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Dies bedeutet, dass der Abstand der Anlegekante von der Umformkante des Prismateils abhängig vom Winkel zwischen Schulterteil und Prismateil variiert. Hierdurch wird erreicht, dass Schulterteil und Prismateil unabhängig von diesem Winkel relativ zueinander korrekt positioniert sind.
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Nachfolgend werden ein Ausführungsbeispiel der beschriebenen Formschulter und das Verfahren zu ihrer Herstellung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 einen ebenen Blechzuschnitt für ein Prismateil mit einer eingearbeiteten Anlegekante,
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2 den Blechzuschnitt für das Prismateil aus 1 nach dem Umformen, und
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3 in zwei Ansichten und einer Dataildarstellung den Zusammenbau von Schulterteil und Prismateil.
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Der ebene Blechzuschnitt in 1 weist an seiner Oberseite eine Kante auf, die im Zusammenwirken mit einer Kante des hier nicht dargestellten Schulterteils in der fertigen Formschulter die Umformkante 2 bilden wird. Entlang dieser Umformkante 2 weist das Prismateil 1 eine durch Fräsen hergestellte Anlegekante 4 auf. Diese Anlegekante 4 verläuft jedoch nicht über ihre gesamte Länge parallel zur Umformkante 2, sondern ihr Abstand zur Umformkante 2 hängt davon ab, welchen Winkel das Prismateil 1 in der fertigen Formschulter mit dem Schulterteil 3 einschließt. Dabei ist der Abstand der Anlegekante 4 von der Umformkante 2 umso größer, je spitzer der vom Prismateil 1 mit dem Schulterteil 3 eingeschlossene Winkel ist.
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Wie im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren bereits beschrieben, wird der ebene Blechzuschnitt anschließend zum Prismateil 1 umgeformt, das in 2 dargestellt ist. In dieser Darstellung wird erkennbar, wie sich die Anlegekante 4 entlang der Umformkante 2 erstreckt.
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Anschließend wird das ebenfalls zunächst als ebener Blechzuschnitt hergestellte und anschließend in die vorgegebene Form umgeformte Schulterteil 3 mit dem Prismateil 1 zusammengefügt. Dabei wird die der Umformkante 2 zugewandte Kante des Schulterteils 3 in die Anlegekante 4 des Prismateils 1 eingelegt. Damit sind Prismateil 1 und Schulterteil 3 relativ zueinander exakt positioniert und können schließlich fest miteinander verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prismateil
- 2
- Umformkante
- 3
- Schulterteil
- 4
- Anlegekante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20320160 U1 [0002]
- DE 102007050697 B3 [0011]
