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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufweiten von Zylinderrohrstücken, insbesondere von Dosenrohlingen, mittels einer Spreizvorrichtung und einer Anzahl von Formlamellen, die mittels der Spreizvorrichtung radial bewegt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Aufweiten von zylindrischen Rohrstücken, insbesondere von Dosenrohlingen mit einer Spreizvorrichtung, mittels der eine Anzahl von mehreren Formlamellen radial bewegbar ist und womit das in einer Halterung eingespannte Rohrstück aufgeweitet wird.
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Die eingangs genannte Vorrichtung sowie ein hiermit durchführbares Verfahren sind prinzipiell aus der
DE 10 2008 064 320 A1 bekannt.
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Das radiale Aufweiten von Getränke- oder Konservendosen wird beispielsweise dazu genutzt, um eine formschöne Gestaltung zu erzielen. Durch das Aufweiten passt sich die Dosenform der Außenkontur der verwendeten Formlamellen an, so dass auch von der Zylinderform abweichende, aber im Querschnitt rotationssymmetrische Formen geschaffen werden können. Beispielsweise lassen sich Sicken- oder Wellenprofile oder ähnliches einarbeiten.
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Die vorliegende Erfindung erfasst auch solche Expandierautomaten, womit mehrere Dosenrohlinge aufgeweitet werden können. Ein solcher Expandierautomat wird in der
WO 96/20798 beschrieben. Der Expandierautomat besitzt einen kontinuierlich rotierenden Drehturm mit einer Vielzahl von Expandierwerkzeugen, an denen Segmente (Formlamellen) vorgesehen sind, die radial geführt werden. Hierzu dienen nutartige Vertiefungen, in denen Führungsfüße der Segmente passgenau laufen können. Ferner ist an einem Führungsfuß ein Federbolzen vorgesehen, welcher das Segment radial nach innen drückt.
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In der
WO 96/40457 wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die ebenfalls Segmente mit Führungsfüßen aufweist, die in nutartige Vertiefungen führbar sind. Zur Rückführung der Segmente sind Spiralfedern vorgesehen, die in dem Führungshalter senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung angeordnet sind.
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Nachteilig an dem aus den beiden letztgenannten Dokumenten bekannten Stand der Technik ist, dass durch die notwendige Länge der Linearführung der Segmente die Vorrichtung einen verhältnismäßig großen Durchmesser, bezogen auf den Durchmesser des aufzuweitenden Zylinders, aufweist, was insbesondere bei einer Mehrfachordnung in Rundläufermaschinen zu einer entsprechend großen und damit kostenintensiven Maschine führt. Darüber hinaus ist das System überbestimmt, da die vertikale Position der Formlamellen zum einen durch die Linearführung und zum anderen durch die in Anlage befindlichen Koni der Konusstange bestimmt wird. Derartig überbestimmte Systeme müssen stets sehr genau gefertigt werden, da nur geringe Abweichungen von der optimalen Form zu einer Schwergängigkeit oder gar zum Verklemmen der Formlamellen und somit zu einem größeren Verschleiß führen.
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Ferner wird durch die Axialbewegung der Konusstange eine erhebliche Normalkraft auf die Linearführung ausgeübt, die sich in hoher Reibkraft und dem Verschleiß äußert. Dies führt mit der Zeit zum Blockieren innerhalb des Führungsablaufes, womit häufige Reparaturen und Wartungsarbeiten der Anlage unvermeidbar sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Längsführung der Segmente relativ platzraubend ist, so dass nur eine geringe Anzahl von Segmenten einsetzbar ist. Je weniger Segmente jedoch verwendet werden, desto vieleckiger wird die zu formende Dose, was der aus ästhetischen Gründen bevorzugten Formgestaltung entgegensteht.
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Die
DE 10 2008 064 320 A1 beschreibt eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der die Formlamellen drehbeweglich auf Schwingen gelagert sind, die ihrerseits wiederum zumindest mittelbar drehbeweglich auf einer Haltung angeordnet sind. Als Spreizvorrichtung dient eine Konusstange, die längsaxial geführt und koaxial zu den Formlamellen angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine Vorrichtung meiner einer radial sehr platzsparenden Bauform ohne die oben beschriebenen Nachteile.
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Die Vorrichtung nach der
DE 10 2008 064 320 A1 kann mit einer hohen Taktrate arbeiten, ist darüber hinaus verschleißarm und mit einem geringen Energieeinsatz zu betreiben. Die Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass sich beim Aufweiten auf dem geformten Zylinderrohrstück lediglich die Bereiche entsprechend der Ausbildung der Formlamelle formgetreu abgeformt werden, die bis zum Ende des Aufweitvorgangs an den Formlamellen anliegen. Dazwischen liegende Zylinderrohrstücke haben hingegen eine lineare oder im Wesentlichen lineare (ebene) Kontur.
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Dieses Problem wird in der
EP 0 852 972 B1 derart beschrieben, dass die anderen Abschnitte, die nicht an den Formlamellen beim Aufweiten aufliegen, keiner radial nach außen gerichteten Kraft ausgesetzt worden sind und eine Restspannung haben, die eine Rückstoßkraft zur Wiederherstellung ihrer ursprünglichen Konfiguration bewirkt. Dieser Nachteil wird dazu genutzt, dass die betreffenden Bereiche an ihren Außenflächen radial nach innen umgeformt werden, so dass ein Dosenkörper entsteht, der sowohl radial nach außen erstreckende Vorsprünge (entsprechend der Lamellenform) besitzt, als auch zwischen diesen Vorsprüngen längsaxial verlaufende Vertiefungen, die dem Dosenrohling im Querschnitt ein bewusst unrundes Profil geben.
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Prinzipiell sind nach dem Stand der Technik darüber hinaus Problemlösungen bekannt, bei denen über die Formsegmente ein Gummischlauch gestülpt wird, der bei einer Spreizung der Formelemente in entsprechender Weise expandiert und beim Aufweiten einen höheren Rundungsgrad zur Kreisform hin schaffen soll. Der Nachteil einer solchen Vorrichtung besteht darin, dass sich durch den zu verwendenden Gummischlauch ein größerer Platzbedarf ergibt, so dass eine solche Vorrichtung zur Aufweitung von Dosenrümpfen mit kleinen Durchmessern nicht geeignet ist. Zum anderen ist der verwendete Gummischlauch verschleißanfällig, was dessen Lebensdauer einschränkt und somit einen häufigen Wechsel erforderlich macht, bei dem die Aufweitvorrichtung stillsteht. Außerdem besteht die Gefahr, dass die Innenwand der Dosenrümpfe mit abgeriebenen Gummipartikeln verunreinigt wird.
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Nach dem Stand der Technik sind auch Verfahren bekannt, bei denen Zylinderrohrstücke in einer Matrize mit Hilfe hoher pneumatischer oder hydraulischer Innendrucke geformt, insbesondere aufgeweitet werden. Mit solchen Vorrichtungen lassen sich zwar homogene, im Querschnitt kreisrunde Dosenrohlingformen schaffen, jedoch arbeitet dieses Verfahren relativ langsam und ist auch aufgrund des permanent zur Verfügung zu stellenden Druckmediums energieaufwendig. Verwendet man flüssige Druckmedien ist es zudem notwendig, die Zylinderrohrstücke vor der weiteren Bearbeitung zu waschen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels dessen die vorstehend genannten Mängel beseitigt werden. Insbesondere sollen das Verfahren und die Vorrichtung einfach handhabbar sein, hohe Taktraten ermöglichen und insbesondere die Fertigung von Dosenrohlingen gewährleisten, die im Querschnitt kreisrund sind.
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Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 4 gelöst.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.
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Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zunächst in einem ersten Spreizgang die Formlamellen radial auswärts bewegt werden, wobei das Zylinderrohrstück auf das gewünschte Maß aufgeweitet wird. Anschließend werden die Formlamellen wieder zurückbewegt, wobei es lediglich darauf ankommt, dass die Formlamellen nicht mehr mit der Zylinderrohrstückinnenwand in Kontakt stehen. Danach werden das Zylinderrohrstück oder die Vorrichtung mit den Formlamellen um einen Drehwinkel von 360°/(2n) um ihre Längsachse gedreht, bevor in einem zweiten Spreizgang die Formlamellen erneut auf dasselbe Maß wie im ersten Spreizgang radial nach außen bewegt werden. Mit „n” ist die Zahl der verwendeten Formlamellen bezeichnet. Verwendet man zum Spreizen vorzugsweise zwölf Formlamellen, ergibt sich für die Relativbewegung zwischen dem Zylinderrohrstück und der Vorrichtung mit den Formlamellen ein Drehwinkel von 15°. Technisch äquivalent sind selbstverständlich bei zwölf Formlamellen Drehungen um 45°, 75°, 105° etc. Wesentlich ist, dass in einem zweiten Spreizgang die Formlamellen die Bereiche des Zylinderrohrstückes nachträglich formen, die am Ende des ersten Spreizgangs als Zwischenstücke keinen direkten Kontakt mit den Formlamellen hatten.
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Die bevorzugten Aufweitungsmaße liegen bei ca. 20% (bezogen auf das Ausgangsmaß), da darüber hinaus die Fließgrenzen der Rohlinge überschritten werden und eine Rissbildung droht. Beispielsweise lassen sich Dosenrohlinge mit einem Durchmesser von 65 mm mittels zwölf Segmenten auf einen Durchmesser von 78 mm aufweiten. Bei größeren Dosendurchmessern können auch mehr als zwölf Formsegmente verwendet werden.
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In Einzelfällen kann es von Vorteil sein, wenn die Aufweitung der Dose sukzessive in mehreren doppelten Spreizvorgängen durchgeführt wird, d. h. dass der im Patentanspruch 1 beschriebene Spreizvorgang zu einer ersten Aufweitung auf ein Maß, das unterhalb des gewünschten Endmaßes liegt, verwendet wird, wonach sich bereits beim ersten Spreizvorgang (als Zwischenschritt) eine kreisrunde Form ergibt, die dann in einem zweiten Arbeitsschritt auf ein Endmaß aufgeweitet und entsprechend gerundet wird. Eine solche Verfahrensweise ist zwar für den Dosenrohling schonender, jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass eine Vielzahl von Arbeitsschritten erforderlich ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt nicht nur eine Halterung für die Rohrstücke sowie ein Spreizvorrichtung und eine Anzahl von mehreren Formlamellen, sondern zusätzlich eine Drehvorrichtung, mit der entweder die Halterung für das Rohrstück oder das aus den Formlamellen und der Spreizvorrichtung bestehende Spreizwerkzeug drehbar sind, so dass die gewünschten Drehungen von 360°/(2n) einstellbar sind. Die Drehbewegung kann zwangsweise mechanisch oder unter Verwendung der erforderlichen Steuerungseinrichtungen zur Bewegungssynchronisation mittels elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Aktoren erfolgen.
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Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
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1 eine nach dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Aufweiten von Rohrstücken im Querschnitt,
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2 eine Draufsicht auf eine in ein Zylinderrohrstück eingeführte Spreizvorrichtung,
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3 eine Draufsicht auf dieselbe Spreizvorrichtung nach einer radialen Aufweitung (erster Spreizvorgang),
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4 eine Draufsicht auf das Zylinderrohrstück und die wieder geschlossene Spreizvorrichtung mit radial eingefahrenen Formlamellen,
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5 dieselbe Ansicht wie 4 nach relativer Drehung der Spreizvorrichtung zu dem aufgeweiteten Zylinderrohrstück,
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6 eine Draufsicht auf die Anordnung nach 5 nach erneutem zweiten Spreizen und
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7 eine Draufsicht auf die Spreizvorrichtung sowie den aufgeweiteten Dosenrohling nach radialer Zurückbewegung der Formlamellen.
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Die in
1 dargestellte Spreizvorrichtung ist prinzipiell aus der
DE 10 2008 064 320 A1 bekannt. Selbstverständlich können auch Spreizvorrichtungen im Rahmen der vorliegenden Erfindungen verwendet werden, die einen anderen nach dem Stand der Technik bekannten Aufbau haben, wie beispielsweise in der
WO 96/20798 A1 oder der
WO 96/40457 A1 beschrieben.
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Die in 1 dargestellte Vorrichtung zum Aufweiten von Rohrstücken besteht im Wesentlichen aus den Formlamellen 2, 2', die im dargestellten Fall koaxial zu der Achse A gelagert sind, sowie der mittig davon angeordneten Konusstange 3, die längsaxial zur Achse A in Pfeilrichtung 4 führbar ist. Die Konusstange 3 weist zwei konusförmige Bereiche 5, 5' auf, die an den Formlamellen 2, 2' anliegen. Das untere Ende der Formlamellen ist über ein Drehgelenk 6, 6' mit einer Schwinge 7, 7' verbunden, die ihrerseits wiederum über ein Drehgelenk 8, 8' auf einer Halterung 9 angeordnet ist. Jeweils endseitig an den Formlamellen sind Federringe 11, 11', 11'' vorgesehen, die den Zusammenhalt der Formlamellen gewährleisten.
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Zum Aufweiten wird ein Rohrstück zunächst über die Formlamellen 2, 2' gestülpt, bis es am unteren Ende der Formlamelle zur Anlage kommt. Anschließend wird die Konusstange 3 in Pfeilrichtung 12 längsaxial bewegt, so dass die Formlamellen aufgrund der konusförmigen Ausgestaltung radial nach außen entlang der Pfeilrichtung 13, 13' geführt werden. Die Außenseite der Formlamellen drückt das Rohrstück so weit auseinander, bis die endgültige Form erreicht ist. Sobald dies geschehen ist, wird die Konusstange 3 entgegen der Pfeilrichtung 12 geführt. Aufgrund der nach innen wirkenden Kräfte der Federringe 11, 11', 11'' bleiben dabei die Formlamellen mit der Konusstange in Anlage, so das der Durchmesser bzw. die Breite der Vorrichtung so klein wird, dass das aufgeweitete Rohrstück frei liegt.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der 2 bis 7 beschrieben. Zunächst wird ein Zylinderrohrstück 16 über das zwölf Formlamellen aufweisende Spreizwerkzeug gestülpt. Exemplarisch ist hier nur eine Formlamelle 2 bezeichnet. Die Formlamelle besitzt eine Querschnittsform mit jeweils ebenen Seitenwänden 21, 22, die bei geschlossenem Spreizwerkzeug mit entsprechenden Seitenwänden der benachbarten Lamelle 2 zur Anlage kommen. Radial außen besitzt jede Lamelle eine im Querschnitt teilkreisförmige Kontur 23 bzw. in räumlicher Betrachtung eine teilzylinderförmige Kontur. Die Innenwand 24 ist der Gestalt der Spreizvorrichtung (siehe 1) angepasst, so dass über die Bewegung der Konusstange 3 eine radiale Bewegung der Lamellen nach außen möglich ist.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, kommen die Außenwände 23 der Lamellen 2 zunächst mit dem Zylinderrohrstück 16 in Kontakt und weiten dieses Zylinderrohrstück bei fortlaufender radialen Auswärtsbewegung um ein gewünschtes Maß auf. Zwischen einzelnen Spreizsegmenten 2 und 2'' sowie 2'' und 2''' entstehen Bereiche 17, die während des Aufweiten nicht mit einer Radialkraft beaufschlagt worden sind, so dass diese Bereiche 17 im Querschnitt im Wesentlichen linear bzw. in räumlicher Betrachtung eben ausgebildet sind. Durch die abwechselnden im Querschnitt runden und linearen Formen ergibt sich insgesamt eine unrunde Gestaltung, die durch einen zweiten Arbeitsgang beseitigt wird.
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Zunächst werden die Lamellen 2 wieder radial einwärts bewegt, so dass das Zylinderrohrstück 16 nicht mehr mit den Lamellen 2 in Kontakt steht (siehe 4).
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Anschließend wird entsprechend der Darstellung in 5 zwischen dem Spreizwerkzeug und dem Zylinderrohrstück 16 eine Relativdrehung um einen Winkel α (siehe 5) vorgenommen, wodurch bewirkt wird, dass die Bereiche 17 etwa mittig in Bezug auf die Außenwand 23 einer Formlamelle zur Anlage kommen. Dies kann entweder durch Drehung der Formlamellen 2, 2', 2'' etc. gegenüber dem fest eingespannten Zylinderrohrstück 16 oder durch Drehung des Zylinderrohrstückes 16 gegenüber den Formlamellen 2, 2' etc. geschehen. Anschließend und wie in 6 dargestellt werden die Formlamellen 2 wieder nach radial außen bewegt, und zwar auf dasselbe Endmaß wie in dem zuvor beschriebenen ersten Spreizvorgang, der in 3 dargestellt ist. Bei diesem zweiten Spreizvorgang werden die Flächenstücke 17 entsprechend der Außenkontur 23 der Formlamellen 2 gerundet. Abschließend und wie in 7 dargestellt, müssen die Formlamellen 2 wieder radial einwärts bewegt werden, so dass das Zylinderrohrstück 16 entnommen werden kann.
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Nach der vorliegenden Erfindung sind somit mindestens zwei Spreizvorgänge erforderlich, wobei jedes Mal, wenn die Formsegmente zusammengezogen sind, d. h. radial einwärts bewegt worden sind, zwischen dem Werkzeug und dem Zylinderrohrstück eine Relativdrehung durchgeführt werden muss, so dass die Formsegmente nach der Drehung immer zu den Bereichen 17 ausgerichtet werden, die beim ersten Spreizvorgang nicht mit einer radialen Kraft beaufschlagt wurden. Dieser Vorgang kann auch mehrfach hintereinander wiederholt werden, so dass eine in technischer Sicht optimale runde Form des Zylinderrohrstückes geschaffen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008064320 A1 [0003, 0009, 0010, 0029]
- WO 96/20798 [0005]
- WO 96/40457 [0006]
- EP 0852972 B1 [0011]
- WO 96/20798 A1 [0029]
- WO 96/40457 A1 [0029]
