DE102013220542A1

DE102013220542A1 - Vorrichtung zum Umformen einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings aus Papiermaterial

Info

Publication number: DE102013220542A1
Application number: DE201310220542
Authority: DE
Inventors: Uwe Messerschmid; Peter NILLE
Original assignee: Michael Hoerauf Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Michael Hoerauf Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-04-16
Also published as: US20150105230A1; US10654238B2

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Umformen einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings aus Papiermaterial mit wenigstens einem Umformwerkzeug, wobei das Umformwerkzeug an einem Werkzeugträger angeordnet ist, der um eine Drehachse drehbar angeordnet ist, wobei die Drehachse mit einer Mittellängsachse des in die Vorrichtung eingesetzten Becherrohlings zusammenfällt, ist vorgesehen, dass das Umformwerkzeug und der Werkzeugträger ausgebildet und angeordnet sind, einen von einer Kreisform abweichenden Verlauf der umlaufenden Kante des Becherrohlings abzufahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings aus verformbarem Material, insbesondere kaltverformbarem Material, insbesondere Papiermaterial mit wenigstens einem Umformwerkzeug, wobei das Umformwerkzeug an einem Werkzeugträger angeordnet ist, der um eine Drehachse drehbar angeordnet ist, wobei die Drehachse mit einer Mittellängsachse des in die Vorrichtung eingesetzten Becherrohlings zusammenfällt.
Aus der US 5,954,624 ist ein Mundrollwerkzeug für einen konischen Papierbecher bekannt Das Mundrollwerkzeug ist nicht um eine Drehachse drehbar und wird mittels eines axial verschiebbaren Preßstempels auf eine obere Schnittkante eines Bechers aufgefahren. Der Preßstempel weist eine umlaufende Rinne auf, die die Schnittkante des Bechers in die gewünschte Richtung zwingt und durch axiales Vorschieben eine sog. Mundrolle ausformt. Die beschriebene Vorrichtung ist auch für sog. Formbecher einsetzbar, deren Querschnitt von der Kreisform abweicht.
Aus der US 2,100,240 ist eine Vorrichtung zum Umformen einer umlaufenden, oberen Kante eines Becherrohlings aus Papiermaterial bekannt. Die Vorrichtung weist eine drehbare Rinnenscheibe auf. Je nach Durchmesser der umzuformenden, kreisförmigen Kante sind unterschiedliche kreisförmige Rinnen vorgesehen. Eine passende Rinne wird aufgesetzt und axial gegen die Becherkante vorgeschoben, wobei der Preßstempel gleichzeitig um eine Drehachse gedreht wird, die mit einer Mittellängsachse des Bechers zusammenfällt. Der Becher, dessen obere umlaufende Kante umgeformt wird, ist kreiszylindrisch ausgebildet und die umlaufenden Rinnen in dem Preßstempel weisen ebenfalls kreiszylindrische Seitenwände und einen abgerundeten Nutgrund auf.
Mit der Erfindung soll eine Vorrichtung zum Umformen einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings aus Papiermaterial bereitgestellt werden, mit der eine schnelle und zuverlässige Umformung einer Kante erfolgen kann und die insbesondere für Formbecher, deren Querschnitt von der Kreisform abweicht, geeignet ist.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgesehen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann also das Umformwerkzeug einen von einer Kreisform abweichenden Verlauf der umlaufenden Kante des Becherrohlings abfahren. Dadurch wird es nicht nur ermöglicht, in sehr zuverlässiger Weise bei einer Großserienfertigung zwangsläufig auftretenden Abweichungen von der Kreisform bei Becherrohlingen abzufangen, sondern es können in sehr einfacher Weise auch die umlaufenden Kanten von Becherrohlingen für sog. Formbecher umgeformt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch in sehr flexibler Weise einsetzbar. Gemäß der Erfindung wird also nicht eine möglicherweise unrunde umlaufende Kante eines Becherrohlings zunächst einmal mittels eines rinnenförmigen Prägestempels in eine kreisförmige Form gezwungen sondern das Umformwerkzeug und der Werkzeugträger sind so ausgebildet und angeordnet, dass ein von einer Kreisform abweichender Verlauf der umlaufenden Kante des Becherrohlings abgefahren werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es dadurch, auch im Querschnitt von der Kreisform abweichende Becherrohlinge, insbesondere sog. Formbecher, in materialschonender Weise zu bearbeiten und eine umlaufende Kante solcher Becher umzuformen.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Umformwerkzeug wenigstens einen an dem Werkzeugträger angeordneten Vorsprung auf, der in einer Richtung parallel zur Drehachse in Richtung auf die umlaufende Kante des Becherrohlings vorragt und der eine zur Drehachse radiale Komponente aufweist, so dass der Vorsprung bei einer Drehung des Werkzeugträgers eine Kreisringfläche überstreicht, in der die umlaufende Kante des Becherrohlings angeordnet ist.
Mittels eines solchen Vorsprungs kann die umlaufende Kante des Becherrohlings zuverlässig umgeformt und beispielsweise auch zu einer Mundrolle oder Bodenrolle umgeformt werden. In dem der Vorsprung bei einer Drehung des Werkzeugträgers eine Kreisringfläche abfährt, in der die umlaufende Kante des Becherrohlings angeordnet ist, können auch im Querschnitt von einer Kreisform abweichende sog. Formbecher verarbeitet werden. Überraschenderweise hat sich dabei herausgestellt, dass der Vorsprung, je nach der genauen Ausbildung des von einer Kreisform abweichenden Verlaufs der umlaufenden Kante zwar in unterschiedlichem Winkel auf die umzuformende umlaufende Kante, auftrifft, aber dennoch eine zuverlässige und materialschonende Umformung der umlaufenden Kante möglich ist.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Vorsprung in einer Ebene senkrecht zur Drehachse einen gekrümmten, insbesondere kreisbogenförmigen, parabelförmigen oder spiralförmigen Verlauf auf.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass ein gekrümmter Verlauf des Vorsprungs in einer Ebene senkrecht zur Drehachse ein besonders vorteilhaftes Umformverhalten ergibt. Die Vorsprünge können dabei spiralförmig oder vorteilhafterweise als Kreissegment ausgebildet sein. Eine konvexe Seite der Vorsprünge zeigt dabei vorteilhafterweise in Drehrichtung.
In Weiterbildung der Erfindung liegt ein Krümmungsradius des Vorsprungs in der Ebene senkrecht zur Drehachse in einem Bereich zwischen einem ersten Radius und einem zweiten Radius, wobei der erste Radius dem Abstand des radial inneren Endes des Vorsprungs von der Drehachse und der zweite Radius dem radial äußeren Abstand des Vorsprungs von der Drehachse entspricht.
Eine solche Bemessung des Krümmungsradius des Vorsprungs in der Ebene senkrecht zur Drehachse ergibt sehr gute Ergebnisse in Bezug auf das Umformen einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Vorsprung eine dreieckförmige und mit ihrer Spitze auf die umlaufende Kante des Becherrohlings zeigende Querschnittsform auf.
Mittels eines im Querschnitt dreieckförmigen Vorsprungs kann eine zuverlässige Umformung der umlaufenden Kante des Becherrohlings erreicht werden. Eine Spitze des Querschnitts beziehungsweise Vorderkante des Vorsprungs ist dabei abgerundet, um einen Materialabtrag zu verhindern oder zu verringern.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Werkzeugträger als drehbare Scheibe ausgebildet, auf dessen, der umlaufenden Kante des Becherrohlings zugewandten Seite der wenigstens eine Vorsprung angeordnet ist.
In Weiterbildung der Erfindung sind in einer Umfangsrichtung um die Drehachse gesehen mehrere aufeinanderfolgende Vorsprünge angeordnet.
Durch Vorsehen mehrerer, aufeinanderfolgender Vorsprünge kann eine Zeit zum Umformen der umlaufenden Kante verringert werden. Beispielsweise kann eine umlaufende Kante bereits mit einer Viertelumdrehung des Werkzeugträgers um die Drehachse umgeformt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass die einzelnen Vorsprünge unterschiedlich geformt sind oder sich unterschiedlich weit in Richtung auf die umzuformende umlaufende Kante erstrecken, um ein mehrstufiges Umformen zu erzielen.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Vorsprünge um einen Winkel im Bereich zwischen 30 Winkelgrad und 90 Winkelgrad, insbesondere 60 Winkelgrad, voneinander beabstandet.
In Weiterbildung der Erfindung verläuft der Vorsprung relativ zu einer senkrecht zur Drehachse angeordneten Ebene schräg. Beispielsweise wird ein Keilwinkel von nur wenigen Grad verwendet und ein Abstand einer der umlaufenden Kante des Becherrohlings zugewandten Vorderseite des Vorsprungs von dem Werkzeugträger vergrößert sich in radialer Richtung von außen nach innen. Auf diese Weise kann gerade bei Formbechern eine zuverlässige Umformung einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings erzielt werden. Im Falle einer sich verändernden Höhe der umlaufenden Kante des Becherrohlings hat sich gezeigt, dass ein schräg angestelltes Umformwerkzeug beziehungsweise ein schräg angestellter Vorsprung ein besseres Ergebnis bringt als ein parallel zur Oberkante verlaufendes Werkzeug.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Umformwerkzeug einen auf den Werkzeugträger wenigstens in radialer Richtung verschiebbaren Vorsprung auf.
Mittels eines solchen verschiebbaren Vorsprungs kann während der Drehung des Werkzeugträgers der Verlauf einer von der Kreisform abweichenden umlaufenden Kante des Becherrohlings gefolgt werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind Vorspannmittel vorgesehen, um den verschiebbaren Vorsprung in radialer Richtung nach außen vorzuspannen.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die umlaufende Kante radial nach außen umgeformt wird. Dies kann beispielsweise von Bedeutung sein, wenn die umlaufende Kante durch vorhergehende Bearbeitungsvorgänge, beispielsweise Abschneiden, einen radial nach innen vorstehenden Grat aufweist.
In Weiterbildung der Erfindung ist der verschiebbare Vorsprung in einer Kulissenführung am Werkzeugträger geführt. Insbesondere erstreckt sich die Kulissenführung in radialer Richtung.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Vorsprung an einem an dem Werkzeugträger schwenkbar angelenkten Hebel angeordnet.
Auch mittels eines schwenkbar angelenkten Vorsprungs kann einem von einer Kreisform abweichenden Verlauf einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings gefolgt werden.
In Weiterbildung der Erfindung verläuft eine Schwenkachse des Hebels parallel zu der Drehachse.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Vorsprung mittels einer drehbaren Rolle verwirklicht.
Mittels einer drehbaren Rolle läßt sich eine besonders materialschonende Umformung einer umlaufenden Kante erzielen. Insbesondere ist das für Papierbecher verwendete Papiermaterial in der Regel auf der später innen liegenden Seite mit einer flüssigkeitsdichten Beschichtung versehen. Wird der Vorsprung als drehbare Rolle ausgebildet, kann zuverlässig erreicht werden, dass diese Beschichtung bei der Umformung der umlaufenden Kante nicht beschädigt wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Rolle drehbar an dem Hebel angeordnet. Vorteilhafterweise verläuft eine Drehachse der Rolle parallel zur Drehachse des Werkzeugträgers, so dass die Rolle auf der umlaufenden Kante abrollen kann.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Hebel mittels Vorspannmitteln in einer Richtung von der Drehachse weg vorgespannt. Auf diese Weise kann eine radial nach außen gerichtete Vorspannkraft auf den Vorsprung oder die Rolle ausgeübt werden, so dass, im Wesentlichen unabhängig von der Ausbildung der umlaufenden Kante des Becherrohlings sichergestellt werden kann, dass deren Umformung radial nach außen erfolgt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings für einen Formbecher in einer Ansicht von oben,
2 eine abschnittsweise Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform von schräg unten,
3 die Vorrichtung der 2 von oben, wobei ein Werkzeugträger lediglich gestrichelt angedeutet ist,
4 eine abschnittsweise Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform von schräg unten,
5 eine abschnittsweise Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform von schräg unten,
6 die Vorrichtung der 5 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
7 die Vorrichtung der 5 in einer Ansicht von oben, wobei ein Werkzeugträger gestrichelt dargestellt ist,
8 eine der Vorrichtung der 5 ähnliche Vorrichtung, die zum Umformen einer unteren umlaufenden Kante eines Becherrohlings eingesetzt ist,
9 eine teilweise geschnittene Ansicht der Vorrichtung der 8 in einer Seitenansicht,
10 eine Draufsicht auf die Vorrichtung der 8, wobei ein Werkzeugträger gestrichelt dargestellt ist,
11 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung von schräg unten,
12 eine geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung der 11,
13 eine Ansicht der Vorrichtung der 11 von oben, wobei ein Werkzeugträger gestrichelt dargestellt ist,
14 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Ansicht von schräg unten,
15 die Vorrichtung der 14 in einer seitlichen Schnittansicht,
16 die Vorrichtung der 14 in einer Ansicht von oben, wobei ein Werkzeugträger gestrichelt dargestellt ist,
17 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Ansicht von schräg unten und
18 die Vorrichtung der 17 in einer Seitenansicht.
Die Darstellung der 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Formbecher 10, der einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Formbecher 10 weist an seiner oberen, umlaufenden Kante eine sog. Mundrolle 12 auf, die durch Umformen, speziell Einrollen, der oberen umlaufenden Kante eines Becherrohlings erfolgt.
Zusätzlich zu der Mundrolle 12 sind in 1 zwei Kreise eingezeichnet, ein kleinerer Kreis mit dem Radius R1 und ein größerer Kreis mit dem Radius R2. Die Kreise 14, 16 begrenzen eine Kreisringfläche, innerhalb der die umlaufende Kante eines Becherrohlings und infolgedessen auch die fertiggestellte Mundrolle 12 des Formbechers 10 angeordnet ist.
Ein Umformwerkzeug zum Umformen einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings für einen Formbecher, dessen Querschnitt von der Kreisform abweicht, muss infolgedessen entweder die gesamte Fläche des Kreisrings 18 überstreichen oder es müssen geeignete Mittel vorgesehen sein, so dass ein Umformwerkzeug dem nicht kreisförmigen Verlauf der umlaufenden Kante des Becherrohlings innerhalb der Kreisringfläche 18 folgt.
Die Darstellung der 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20. Die Vorrichtung 20 ist lediglich abschnittsweise dargestellt und speziell ist lediglich ein scheibenförmiger Werkzeugträger 22 dargestellt, der um eine Drehachse 24 rotieren kann. Die Drehachse 24 fällt mit einer Mittellängsachse eines in 2 teilweise gestrichelt dargestellten Becherrohlings 26 zusammen, der für einen im Querschnitt von der Kreisform abweichenden Formbecher vorgesehen ist und dessen umlaufende obere Kante 28 mit der Vorrichtung 20 umgeformt werden soll.
Auf einer, der umlaufenden Kante 28 zugewandten Seite des Werkzeugträgers 22 sind insgesamt sechs Vorsprünge 30 vorgesehen, die in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die Vorsprünge 30 sind jeweils bogenförmig ausgebildet und weisen einen Basisschenkel 32 auf, der parallel zu dem Werkzeugträger 22 verläuft und der mittels zweier Schrauben 34 an der Unterseite des Werkzeugträger 22 anliegt und an dem Werkzeugträger 22 befestigt ist. Im rechten Winkel zu dem Basisschenkel 32 ist ein frei in Richtung auf den Becherrohling 26 vorragender Umformschenkel 36 vorgesehen, der an seinem freien Ende dreieckförmig zuläuft und dadurch eine Umformkante 38 ausbildet. Auf die Umformkante 38 laufen zwei Umformschrägen 40, 42 zu.
Eine Drehrichtung des Werkzeugträgers 22 beim Umformen der umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 ist in der Darstellung der 2 gemäß dem Pfeil 44. Die Vorsprünge 30 werden dadurch mit ihrer konvexen Seite nach vorne bewegt und treffen infolgedessen auch mit ihrer konvexen Seite auf die umlaufenden Kante 28 auf. Die Vorsprünge 30 sind dabei so angeordnet, dass sie die umlaufende Kante 28 radial nach außen drücken, also von der Drehachse 24 weg. Ein Auftreffwinkel zwischen den Vorsprüngen 30 und einer an die umlaufende Kante angelegten Tangente liegt dabei zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 20° und 70°. Wäre der Auftreffwinkel größer als 90°, würde die umlaufende Kante 28 nicht radial nach außen sondern radial nach innen gedrückt. Ein solches Umschlagen radial nach innen kann gewünscht sein, um beispielsweise die in 2 unten liegenden Kante 46 des Becherrohlings 26 radial nach innen, um eine umlaufende Zarge eines Bodens 48 umzuschlagen.
Die Darstellung der 3 zeigt die Vorrichtung 20 von oben, wobei der Werkzeugträger 32 lediglich mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, um die Anordnung der Vorsprünge 30 auf der Unterseite des Werkzeugträgers 22 zu verdeutlichen. Zu erkennen ist in dieser Ansicht, dass ein Winkel, unter dem die Vorsprünge 30 zu einer Tangente an den jeweiligen Kontaktpunkt der Vorsprünge 30 mit der umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 auftreffen, über den Umfang des Werkzeugträgers 22 variiert, aber stets in einem Bereich zwischen 0° und 90°, bei der dargestellten Ausführungsform zwischen 20° und 70° liegt. Die umlaufende Kante 28 wird bei der dargestellten Ausführungsform, bei der sich der Werkzeugträger 22 gemäß dem Pfeil 44 dreht, also radial nach außen umgeformt.
In der Darstellung der 3 ist weiter zu erkennen, dass ein Krümmungsradius der Vorsprünge 30 in einem Bereich zwischen dem ersten Radius R1 und dem zweiten Radius R2 liegt, siehe 1, wobei der erste Radius und der zweite Radius die Kreisringfläche 18 begrenzen, innerhalb derer die umlaufende Kante 28 des Becherrohlings 26 liegt.
Die Darstellung der 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 50, die zum Umformen der umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 vorgesehen ist, wobei ein Querschnitt des Becherrohlings 26 und damit auch eine Verlauf der umlaufenden Kante 28 von einer Kreisform abweicht.
Die Vorrichtung 50 weist den Werkzeugträger 22 und insgesamt sechs Vorsprünge 52 auf. Die Vorsprünge 52 sind prismenförmig ausgebildet und bilden jeweils eine der umlaufenden Kante 28 zugewandte Umformkante 54 aus. Im Querschnitt gesehen weisen die Vorsprünge 52 dadurch eine hausähnliche oder hausdachähnliche Form auf. Die Vorsprünge 32 sind aber so ausgebildet, dass sich ein Abstand der Umformkante 54 vom Werkzeugträger 22 in einer Richtung radial nach innen zur Drehachse des Werkzeugträgers 22 hin vergrößert.
Die Darstellung der 5 zeigt eine weitere Vorrichtung 60 zum Umformen der umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26. Die Vorrichtung 60 weist insgesamt sechs Vorsprünge 62 auf, die wie die Vorsprünge 30 der Vorrichtung 20 und die Vorsprünge 52 der Vorrichtung 50 in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet auf der Unterseite des Werkzeugträgers 22 angeordnet sind.
Die Vorsprünge 62 weisen im Querschnitt eine L-förmige Form auf, wobei ein Basisschenkel an der Unterseite des Werkzeugträgers 22 befestigt ist und ein Umformschenkel an seinem freien Ende eine Umformkante 64 ausbildet. Die Vorsprünge 62 sind im Unterschied zu den Vorsprüngen 30 der 2 aber nicht gekrümmt sondern geradlinig ausgebildet.
Die Darstellung der 6 zeigt die Vorrichtung 60 der 5 in einer seitlichen Schnittansicht. Eine Umformung der umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 erfolgt mittels der Umformkante 64 in einer Richtung radial nach außen.
Die Darstellung der 7 zeigt die Vorrichtung der 5 in einer Ansicht von oben, wobei der Werkzeugträger 22 mittels strichpunktierten Linien dargestellt ist. Zu erkennen ist, dass der Auftreffwinkel der Vorsprünge 22 auf die umlaufende Kante 28 des Becherrohlings 26 zwischen 0° und 90° liegt. Ein in 7 links oben dargestellter Vorsprung 62 sowie der in 7 rechts unten dargestellte Vorsprung 62 sind annähernd parallel zu einer Tangente an die umlaufende Kante 28 an dem jeweiligen Kontaktpunkt angeordnet. Der Werkzeugträger 22 wird in Richtung des Pfeils 44 gedreht, so dass die umlaufenden Kante 28 radial nach außen umgeformt wird.
Die Darstellung der 8 zeigt eine der Vorrichtung 60 sehr ähnliche Vorrichtung 70. Die Vorrichtung 70 ist baugleich zu der Vorrichtung 60 und weist den Werkzeugträger 22 und die insgesamt sechs Vorsprünge 62 auf. Eine Drehrichtung des Werkzeugträgers 22 ist in diesem Pfeil aber gemäß dem Pfeil 66. Ein Auftreffwinkel der Umformkante der jeweiligen Vorsprünge 62 auf eine untere umlaufende Kante 68 des Becherrohlings 26 ist dadurch größer als 90° und die umlaufende Kante 68 wird radial nach innen umgeformt, beispielsweise um eine umlaufende Zarge eines in 8 nicht erkennbaren Becherbodens umgeschlagen.
Die Darstellung der 9 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung 70 der 8. Der Becherrohling 26 ist mit einer fertiggestellten Mundrolle 72 dargestellt und mittels der Vorrichtung 70 wird die untere umlaufende Kante 68 um die Zarge 74 eines Bodens 76 des Becherrohlings 26 umgeschlagen.
Die Darstellung der 10 zeigt die Vorrichtung 70 der 8 und 9 von unten, wobei der Werkzeugträger 22 gestrichelt dargestellt ist, um die Position der Vorsprünge 62 erkennen zu lassen. Mittels der Vorsprünge 62 wird die untere umlaufende Kante 68 des Becherrohlings 26 radial nach innen umgeformt.
Die Darstellung der 11 zeigt eine Vorrichtung 80 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 80 weist einen scheibenförmigen Werkzeugträger 82 auf, der um die Drehachse 24 rotieren kann. Die Drehachse 24 fällt, wie bereits erläutert wurde, mit der Mittellängsachse eines in die Vorrichtung 80 eingesetzten Becherrohlings 26 zusammen.
Der Werkzeugträger 22 ist scheibenförmig ausgebildet und weist insgesamt vier, in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete und sich in radialer Richtung erstreckende Kulissenführungen 84 auf. In den Kulissenführungen 84 sind jeweils nicht dargestellte Schlitten geführt, die an ihren, dem Becherrohling 26 zugewandten Seiten jeweils mit einem Vorsprung 86 versehen sind. Die Vorsprünge 86 können sich dadurch in radialer Richtung relativ zu dem Werkzeugträger 82 bewegen und sind jeweils mittels nur schematisch angedeuteter Druckfedern 88 in einer Richtung radial nach außen vorgespannt.
Die Vorsprünge 86 können dadurch dem nicht kreisförmigen Verlauf der oberen umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 folgen und diese umlaufende Kante 28 dadurch in einer Richtung radial nach außen umformen.
Die Vorsprünge 86 weisen hierzu eine an ihrer radial außenliegenden Seite liegende konkav/konvexe Gestaltung auf. Vom Becherrohling 26 aus in Richtung auf den Werkzeugträger 82 zu, in der Darstellung der 11 also von unten nach oben, sind die Vorsprünge 86 zunächst mit einer konkaven Kehle oder Rinne 87 versehen, die dann in eine konvexe Leiste 89 übergeht. Sowohl die Rinne 87 als auch die Leiste 89 verlaufen tangential zur Umfangsrichtung um die Drehachse 24 und die Übergänge zwischen der Rinne 87 und der Leiste 89 sind abgerundet gestaltet. Die Vorsprünge 86 drücken somit die umlaufende Kante 28 radial nach außen und bei gleichzeitigem axialen Zustellen des Werkzeugträgers 82 parallel zur Drehachse 24 und in Richtung auf den Becherrohling 26 zu kann dadurch die umlaufende Kante 28 des Becherrohlings 26 zu einer Mundrolle umgeformt werden.
Die Darstellung der 12 zeigt die Vorrichtung 80 der 11 in einer geschnittenen Seitenansicht. Zu erkennen sind die Kulissenführungen 84 sowie die konkav/konvexe Gestaltung der radial außen liegenden Fläche der Vorsprünge 86.
Die Darstellung der 13 zeigt die Vorrichtung der 11 von oben, wobei der Werkzeugträger 82 mit strichpunktierten Linien dargestellt ist, um die Lage der Vorsprünge 86 in der jeweiligen Kulissenführung 84 zu verdeutlichen. Im Verlauf einer Drehung des Werkzeugträgers 82 um die mittig angeordnete Drehachse 24 wandern die Vorsprünge 86 in radialer Richtung entlang den Kulissenführungen 84. Eine Drehrichtung des Werkzeugträgers 82 ist bei der Vorrichtung 80 dabei unerheblich. Sowohl bei einer Drehung des Werkzeugträgers 82 im Uhrzeigersinn als auch bei einer Drehung des Werkzeugträgers 82 entgegen dem Uhrzeigersinn kann die umlaufende Kante 28 des Becherrohlings 26 radial nach außen umgeformt werden. In der Draufsicht der 13 ist dabei zu berücksichtigen, dass die radial außen liegenden Flächen der Vorsprünge 86 mit den Rinnen 87 und den Leisten 89, siehe 11, der Einfachheit halber geradlinig dargestellt sind, aber durchaus kreisbogenförmig gestaltet sein können.
Die Darstellung der 14 zeigt eine Vorrichtung 90 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. An dem scheibenförmigen Werkzeugträger 22 ist hier ein schwenkbarer Hebel 92 angeordnet, auf dessen freiem Ende wiederum eine drehbare Rolle 94 angeordnet ist. Die Rolle 94 ist auf ihrer, der umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 zugewandten Seite mit einer konkaven, umlaufenden Kehle 96 versehen. Eine Druckfeder, die lediglich schematisch eingezeichnet ist, spannt den Hebel 92 und damit die Rolle 94 in einer Richtung radial nach außen vor.
Durch den schwenkbaren Hebel 92, der um eine Schwenkachse 100 schwenken kann, die parallel zur Drehachse 24 des Werkzeugträgers 22 angeordnet ist, kann die Rolle 94 dem Verlauf der umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 folgen. Durch die Druckfeder 98 ist die Rolle 94 dabei stets radial nach außen vorgespannt und formt die umlaufende Kante 28 dadurch radial nach außen um.
Die Darstellung der 15 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung 90. Zu erkennen ist die konkave Kehle 96 an der Rolle 94. Die umlaufende Kante 28 wird in dieser Kehle 96 aufgenommen und durch die Vorspannung der Rolle 94 ebenfalls radial nach außen umgeformt. Bei axialen Zustellen des Werkzeugträgers 22 in Richtung auf den Becherrohling 26 zu kann dadurch die umlaufende Kante 28 vollständig umgeschlagen und eine Mundrolle ausgeformt werden.
Die Darstellung der 16 zeigt die Vorrichtung 90 der 14 von oben, wobei der Werkzeugträger 22 mit strichpunktierten Linien dargestellt ist, so dass der Hebel 92, die Rolle 94 und die Druckfeder 98 in ihrer Position relativ zur umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 zu erkennen sind. Bei einer Drehung des Werkzeugträgers 22 folgt die Rolle 94 dem von einer Kreisform abweichenden Verlauf der umlaufenden Kante 28 und formt diese dabei gleichzeitig radial nach außen um.
Dargestellt ist lediglich ein Hebel 92, es können aber durchaus mehrere Hebel 92 mit Rollen 94 vorgesehen sein, um den gesamten Umfang der umlaufenden Kante 28 mit einer Drehung des Werkzeugkörpers 22 um weniger als 360 Grad umformen zu können.
Die Darstellung der 17 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung von schräg unten. Der Werkzeugträger 22 trägt als Umformwerkzeuge hier insgesamt drei Rollen 102, die der umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 zugewandt sind. Die Rollen 102 sind an beiden Seiten in Vorsprüngen 104 drehbar gelagert, die wiederum mit der Unterseite des Werkzeugträgers 22 verbunden sind. Die Rollen 102 sind dabei wesentlich breiter bzw. länger als ihr Durchmesser, so dass sie den Verlauf der umlaufenden Kante des Becherrohlings 26 überstreichen können. Die Rollen sind schräg zu einer radialen Richtung des Werkzeugträgers 22 angeordnet. Die Anzahl der Rollen 102 ist dabei so zu wählen, dass in der erforderlichen Taktzeit die vollständige umlaufende Kante 28 des Becherrohlings 26 umgeformt werden kann, ggf. auch in einer Bewegung, die weniger als 360 Grad der Umdrehung des Werkzeugträgers 22 beträgt. Die Vorrichtung 100 mit den Rollen 102 hat den Vorteil, dass trotz einer zur umlaufenden Kante 28 senkrechten Bewegungskomponente der Rollen 102, nämlich deren radial zum Werkzeugträger 22 nach außen gerichteten Komponente, zwischen den Rollen 102 und der umlaufenden Kante der Verschleiß an der umlaufenden Kante 28 verringert werden kann. Die Rollen 102 können schräg zu einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene angeordnet sein, vgl. die Anordnung der Vorsprünge 52 in 4.
Die Darstellung der 18 zeigt die Vorrichtung 100 von der Seite. Zu erkennen ist, wie die Rollen 102 auf der umlaufenden Kante 28 des Becherrohlings 26 abrollen, indem sie durch eine Drehung des Werkzeugträgers 22 entlang dieser Umfangskante 28 bewegt werden und dabei, in 18 nicht erkennbar, die obere, umlaufende Kante 28 umformen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5954624 [0002]
US 2100240 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Umformen einer umlaufenden Kante eines Becherrohlings (26) aus verformbarem, insbesondere kaltverformbarem, Material, insbesondere Papiermaterial, mit wenigstens einem Umformwerkzeug, wobei das Umformwerkzeug an einem Werkzeugträger (22, 82) angeordnet ist, der um eine Drehachse (24) drehbar angeordnet ist, wobei die Drehachse (24) mit einer Mittellängsachse des in die Vorrichtung eingesetzten Becherrohlings (26) zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug und der Werkzeugträger (22, 82) ausgebildet und angeordnet sind, einen von einer Kreisform abweichenden Verlauf der umlaufenden Kante (28) des Becherrohlings (26) abzufahren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug wenigstens einen an dem Werkzeugträger (22, 82) angeordneten Vorsprung (30; 52; 62) aufweist, der in einer Richtung parallel zur Drehachse (24) in Richtung auf die umlaufende Kante des Becherrohlings vorragt und der eine zur Drehachse (24) radiale Komponente aufweist, so dass der Vorsprung (30; 52; 62) bei einer Drehung des Werkzeugträgers eine Kreisringfläche (18) überstreicht, in der die umlaufende Kante (28) des Becherrohlings (26) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (24) einen gekrümmten, insbesondere kreisbogenförmigen, parabelförmigen oder spiralförmigen, Verlauf aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Krümmungsradius des Vorsprungs (30) in der Ebene senkrecht zur Drehachse in einem Bereich zwischen einem ersten Radius und einem zweiten Radius liegt, wobei der erste Radius dem Abstand des radial inneren Endes des Vorsprungs (30) von Drehachse (24) und der zweite Radius dem radial äußeren Abstand des Vorsprungs von der Drehachse (24) entspricht.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30; 62) eine dreieckförmige und mit ihrer Spitze auf die umlaufende Kante des Becherrohlings zeigende Querschnittsform aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (22, 82) als drehbare Scheibe ausgebildet ist, auf dessen, der umlaufende Kante des Becherrohlings zugewandten Seite der wenigstens eine Vorsprung (30; 62) angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Anspruche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Umfangsrichtung um die Drehachse mehrere aufeinanderfolgende Vorsprünge (30; 62) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (30; 62) um einen Winkel im Bereich zwischen 30 Winkelgrad und 90 Winkelgrad, insbesondere 60 Winkelgrad, voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (52) relativ zu einer senkrecht zur Drehachse (24) angeordneten Ebene schräg verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abstand einer der umlaufenden Kante des Becherrohlings (26) zugewandten Vorderseite des Vorsprungs (52) von dem Werkzeugträger sich in radialer Richtung von außen nach innen vergrößert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug einen auf dem Werkzeugträger wenigstens in radialer Richtung verschiebbaren Vorsprung (86; 94) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Vorspannmittel (88; 98) vorgesehen sind, um den verschiebbaren Vorsprung (86; 94) in radialer Richtung nach außen vorzuspannen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass verschiebbare Vorsprung (86) in einer Kulissenführung (84) am Werkzeugträger (82) geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenführung (84) sich in radialer Richtung erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (94) an einem an dem Werkzeugträger (22) schwenkbar angelenkten (92) Hebel angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwenkachse (100) des Hebels (92) parallel zu der Drehachse (24) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (94) als drehbare Rolle ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle drehbar an dem Hebel (92) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (92) mittels Vorspannmitteln (98) in einer Richtung von der Drehachse (24) weg vorgespannt ist.