DE29823331U1 - Device for generating a label - Google Patents
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Description
Gerhard Flemming 19. Januar 1999Gerhard Flemming 19 January 1999
& Hermann Pehrsson GmbH 10969 Berlin& Hermann Pehrsson GmbH 10969 Berlin
16 Seiten Beschreibung A Seiten mit 11 Ansprüchen 1 Seite Zusammenfassung 6 Seiten Zeichnungen16 pages Description A pages with 11 claims 1 page summary 6 pages drawings
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kennzeichnen von tiefziehfähigen Blechen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Werkzeug sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a device for marking deep-drawable sheets according to the preamble of claim 1 and to a tool and a device for carrying out the method.
Aus der DE 2 97 05 745 Ul der Anmelderin ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer fälschungssicheren Kennzeichnung im Oberflächenbereich eines Bleches mittels eines nadeiförmigen Werkzeugs bekannt. Dieses wird mittels einer mehrere Freiheitsgrade aufweisenden Positioniervorrichtung relativ zur Werkstückoberfläche bewegt, wobei das Blech in einer ein Ausweichen gegenüber dem Werkzeug verhindernden Blech-From DE 2 97 05 745 Ul of the applicant, a device is known for producing a forgery-proof marking in the surface area of a sheet metal using a needle-shaped tool. This is moved relative to the workpiece surface using a positioning device with several degrees of freedom, with the sheet metal being held in a sheet metal position that prevents it from moving away from the tool.
haltevorrichtung qehaltert ist. holding device qehalter t is.
Die in die Werkstückoberfläche eindringende Werkzeugspitze des Druckumformwerkzeugs, die mindestens im Eindringbereich massiv ist, ist als zweistufiger Kegel mit einem Spitzenwinkel von 160° ausgebildet. Für den sich anschließenden kegelstumpfförmigen Bereich ist ein Konuswinkel von 100° vorgesehen. Die Spitze des Werkzeugs besteht aus einer Hartmetall-Legierung.The tool tip of the pressure forming tool, which penetrates the workpiece surface and is solid at least in the penetration area, is designed as a two-stage cone with a tip angle of 160°. A cone angle of 100° is provided for the subsequent truncated cone-shaped area. The tip of the tool is made of a hard metal alloy.
Beim Einsatz der bekannten Vorrichtung zum Kennzeichnen eines eine dünne Beschichtung aufweisendes Bleches, insbesondere eines geformten Stahlblechs mit einer dünnen metallischen Korrosionsschutzschicht - speziell eines verzinkten Bleches - , hat sich herausgestellt, daß die erhaltenen Kennzeichnungen höheren Qualitätsansprüchen, speziell hinsichtlich der Konturenschärfe, nicht gerecht werden. Unter bestimmten Umständen können auch Beschädigungen bzw. partielle Zerstörungen der Beschichtung auftreten.When using the known device for marking a sheet with a thin coating, in particular a formed steel sheet with a thin metallic corrosion protection layer - especially a galvanized sheet - it has been found that the markings obtained do not meet higher quality requirements, especially with regard to contour sharpness. Under certain circumstances, damage or partial destruction of the coating can also occur.
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Eine Beschädigung der Beschichtung wird nach Untersuchungen der Erfinder offenbar dadurch bewirkt, daß bei Anwendung der bekannten Vorrichtung auf die Oberflächenschicht unzulässig hohe Reibkräfte und hieraus resultierende Zug- und Scherspannungen auftreten. Die Oberflächenbeschichtung wird hierdurch aufgerissen und partiell abgetragen. An der Werkzeugspitze treten zudem Werkstoffkaitaufschweißungen auf, durch die einerseits die Qualität der Kennzeichnung herabgesetzt und die Wahrscheinlichkeit für eine Beschädigung der Oberflächenschicht weiter erhöht und andererseits die Standzeit des Werkzeugs verringert wird.According to the inventors' investigations, damage to the coating is apparently caused by the fact that when the known device is used on the surface layer, unacceptably high friction forces and the resulting tensile and shear stresses occur. The surface coating is thereby torn and partially removed. Material welds also occur at the tip of the tool, which on the one hand reduce the quality of the marking and further increase the probability of damage to the surface layer and on the other hand reduce the service life of the tool.
DerErfindungliegt deshalb die Auf gäbe'"'zugrunde, """eine" Vorrichtung der eingangs genannten Gattung und ein Werkzeug anzugeben, die die Erzeugung einer konturenscharfen Kennzeichnung auf einem beschichteten Blech ohne Beschädigung der Beschichtung erlauben.The invention is therefore based on the task of specifying a device of the type mentioned above and a tool that allow the production of a sharply contoured marking on a coated sheet without damaging the coating.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Werkzeugs durch die in den Ansprüchen 3 bzw. 7 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved with regard to the device by the features of claim 1 and with regard to the tool by the features specified in claims 3 and 7 respectively.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß bei der Kennzeichnung der Oberfläche eines beschichteten Bleches mit einem massiven Werkzeug eine scharfe Kontur erzielt und dennoch eine Beschädigung der Oberflächenschicht vermieden werden kann, wenn durch eine geeignete Ausbildung und Art der Einwirkung des Werkzeuges ein tiefziehartiger ümformvorgang realisiert wird und die im wesentlichen tangential zur Blechoberfläche wirkenden Reibkräfte und daraus resultierden Zugspannungen und Scherwirkungen begrenzt werden.The invention includes the knowledge that when marking the surface of a coated sheet metal with a solid tool, a sharp contour can be achieved and damage to the surface layer can still be avoided if a deep-drawing-like forming process is implemented by means of a suitable design and type of action of the tool and the friction forces acting essentially tangentially to the sheet metal surface and the resulting tensile stresses and shear effects are limited.
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Das Blech wird in einer Blechhaltevorrichtung insbesondere derart gehaltert, daß aus seiner Form- und Materialelastizität und einer wahlweise vorgegebenen Elastizität der Halterung selbst eine dem Eindringen und der Verschiebung des Druckumformwerkzeuges entgegenwirkende Gegendruckkraft mit vorbestimmter Normal- und Tangentialkomponente resultiert. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Überschreitung der Schichtbindungkräfte auch bei Auftreten von Kraftspitzen beim Werkzeugvorschub (etwa bei Richtungswechseln mit sehr kleinen Radien usw.) verhindert.The sheet is held in a sheet holding device in such a way that its shape and material elasticity and an optionally specified elasticity of the holder itself results in a counter-pressure force with a predetermined normal and tangential component that counteracts the penetration and displacement of the pressure forming tool. This advantageously prevents the layer bonding forces from being exceeded even when force peaks occur during the tool feed (for example when changing direction with very small radii, etc.).
Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bei der Kennzeichnung eines beschichteten Bleches ein derart ausgebildetes Druckumformwerkzeug eingesetzt, daß die Kennzeichnung mit einem nahezu ideal tiefziehähnlichen Umformvorgang erfolgt, bei dem der die Beschichtung bildende Werkstoff ausschließlich plastisch verformt und dabei zumindest in Teilbereichen verdichtet wird. Um zu sichern, daß bei der vorschub- und andruckbedingten Scher- und Stauchbelastung der zu kennzeichnenden Blechoberfläche eine spanende Verformung vermieden wird, ist der Gleitreibungskoeffizient zwischen der Werkzeugspitze und der Blechoberfläche unterhalb einer für die konkreten Materialeigenschaften des Bleches zu bestimmenden Grenze zu halten.According to the preferred embodiment of the device according to the invention, a pressure forming tool designed in such a way is used when marking a coated sheet metal that the marking is carried out using a forming process that is almost ideally similar to deep-drawing, in which the material forming the coating is only plastically deformed and is thereby compressed at least in some areas. In order to ensure that cutting deformation is avoided during the shear and compression loads on the sheet metal surface to be marked due to the feed and pressure, the sliding friction coefficient between the tool tip and the sheet metal surface must be kept below a limit that is to be determined for the specific material properties of the sheet metal.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ist insbesondere bei Blechen oder Blechformteilen günstig, welche aus Gründen des Korrosionsschutzes eine relativ dünne Beschichtung, etwa aus Zink, tragen, bei deren Beschädigung eine Ausbildung lokaler Korrosionsnester unvermeidlich ist.The proposed device is particularly suitable for sheets or sheet metal parts which, for reasons of corrosion protection, have a relatively thin coating, such as zinc, and if damaged, the formation of local corrosion pockets is unavoidable.
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Eine eingesetzte Blechhaltevorrichtung ermöglicht es, dem zu kennzeichnenden Blechformteil eine Gegenkraft aufzuprägen, die der Krafteinleitung von dem Druckumformwerkzeug auf die Blechoberfläche entgegenwirkt. Der Kraftfluß wird von der Positioniervorrichtung der Druckumformwerkzeuge über das Blechformteil und die Blechhaltevorrichtung entweder über ein Gestell oder über ein Fundament geschlossen. Wird der Kraftfluß über ein Gestell geschlossen, so ist vorzugsweise eine bauliche Verbindung zwischen der Blechhaltevorrichtung und dem Druckumformwerkzeug vorhanden. Wird dagegen der Kraftfluß über das Fundament geschlossen, so ist eine vollständige oder teilweise bauliche Trennung zwischen der Blechhaltevorrichtung und dem Druckumformwerkzeug denkbar.An inserted sheet metal holding device makes it possible to impose a counterforce on the sheet metal part to be marked, which counteracts the introduction of force from the pressure forming tool onto the sheet metal surface. The force flow is closed by the positioning device of the pressure forming tools via the sheet metal part and the sheet metal holding device either via a frame or via a foundation. If the force flow is closed via a frame, then there is preferably a structural connection between the sheet metal holding device and the pressure forming tool. If, on the other hand, the force flow is closed via the foundation, then a complete or partial structural separation between the sheet metal holding device and the pressure forming tool is conceivable.
Durch den vom Druckumformwerkzeug im Oberflächenbereich des beschichteten Blechformteils erzeugten mehrachsigen Spannungszustand kommt es zu Stauch- und definierten Schervorgängen im Blechwerkstoff, was zu einer sichtbaren plastischen Verformung in Form eines kraterförmigen Eindrucks führt, welcher durch eine xy-Bewegung parallel zur Werkstückoberfläche zu einer rillenförmigen Vertiefung mit seitlichen Werkstoffaufwerfungen ausgeformt wird.The multi-axial stress state generated by the pressure forming tool in the surface area of the coated sheet metal part leads to compression and defined shearing processes in the sheet metal material, which leads to a visible plastic deformation in the form of a crater-shaped impression, which is formed by an xy movement parallel to the workpiece surface into a groove-shaped depression with lateral material protrusions.
Die Spannungen im Kontaktbereich von Druckumformwerkzeug und Blechformteil führen zu Gefügeverzerrungen im Grundwerkstoff des Bleches unterhalb der sichtbaren plastischen Verformungszone und ermöglichen damit den Nachweis einer Kennzeichnung auch, falls diese durch eine werkstoffabtragende Bearbeitung des gekennzeichenden Bereichs oberflächlich entfernt worden ist.The stresses in the contact area between the pressure forming tool and the sheet metal part lead to structural distortions in the base material of the sheet metal below the visible plastic deformation zone and thus enable the detection of a marking even if it has been superficially removed by material-removing processing of the marked area.
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Das erfindungsgemäß eingesetzte Druckumformwerkzeug weist eine in die Oberfläche des Bleches eindringende polierte Werkzeugspitze auf, die mindestens im Eindringbereich massiv und einteilig und als zweistufiger Kegel mit einem kreiskegligen Endbereich ausgebildet ist, an den sich ein kegelstumpfförmiger Abschnitt anschließt. Insbesondere für die Bearbeitung beschichteter, speziell verzinkter, Bleche wird ein Spitzenwinkel des Kreiskegels von 115 bis 120° bzw. ein Verhältnis dieses Winkels zum Konuswinkel des Kegelstumpfs im Bereich zwischen 1,0 und 1,3 vorgeschlagen.The pressure forming tool used according to the invention has a polished tool tip that penetrates into the surface of the sheet metal, which is solid and one-piece at least in the penetration area and is designed as a two-stage cone with a circular conical end area, to which a truncated cone-shaped section is attached. In particular for the processing of coated, especially galvanized, sheets, a tip angle of the circular cone of 115 to 120° or a ratio of this angle to the cone angle of the truncated cone in the range between 1.0 and 1.3 is proposed.
Es wurde festgestellt, daß durch die vorgenannte Geometrie der Werkzeugspitze und deren im wesentlichen glatte, einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisende Oberfläche gesichert ist, daß die Werkzeugspitze bei Einhaltung anwendungsspezifisch vorgegebener Ändruckkräfte und Vorschubgeschwindigkeiten an der Beschichtung eines Blechformteils nicht spanend wirksam ist, wenn das Werkzeug in x- und/oder y-Richtung auf der Oberfläche des Blechformteils bewegt wird. Dadurch bleibt die Beschichtung im Bereich der Kennzeichnung durchgehend unbeschädigt. Sie wird lediglich bei plastischer Verformung verdichtet und überträgt die von der Werkzeugspitze ausgehenden Kraft auf das zu kennzeichnende Formteil.It was determined that the aforementioned geometry of the tool tip and its essentially smooth surface with a low coefficient of friction ensure that the tool tip does not have a chipping effect on the coating of a sheet metal part when the application-specific pressure forces and feed rates are maintained when the tool is moved in the x and/or y direction on the surface of the sheet metal part. As a result, the coating in the area of the marking remains undamaged throughout. It is only compressed during plastic deformation and transfers the force emanating from the tool tip to the part to be marked.
Aufgrund des rotationssymmetrischen Aufbaus der Werkzeugspitze ist es in vorteilhafter Weise auch nicht erforderlich, das Werkzeug während der Kennzeichnung des Blechformteils entsprechend der x-y-Bewegungsrichtung des Druckumformwerkzeugs zu drehen.Due to the rotationally symmetrical design of the tool tip, it is also advantageously not necessary to rotate the tool during the marking of the sheet metal part in accordance with the x-y direction of movement of the pressure forming tool.
Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform weist die Werkzeugspitze eine Oberfläche auf, welche unter VerwendungAccording to the preferred embodiment, the tool tip has a surface which can be formed using
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einer feinkörnigen Schleifpaste poliert worden ist. Die für die Werkzeugspitze vorgesehene polierte Oberfläche weist eine Rauhtiefe von R < 0,1 &mgr;&idiagr;&eegr;, bevorzugt von R = 0,08, auf.a fine-grained grinding paste. The polished surface intended for the tool tip has a roughness depth of R < 0.1 μηη, preferably R = 0.08.
Die Auswahl des Werkstoffs für die Werkzeugspitze richtet sich nach den Festigkeitseigenschaften des Bleches im Oberflächenbereich, da mit der Erfindung auch beschichtete Werkstücke gekennzeichnet werden können, deren Grundwerkstoff über andere Werkstoffeigenschaften verfügt als deren Beschichtung. Die Erfindung schließt, je nach Einsatzgebiet der Vorrichtung, beschichtete und unbeschichtete Werkzeugspitzen aus hochlegierten Werkzeugstählen, aus Hartmetallen, aus Cermets aus keramischen Werkstoffen, aus kubisch kristallinen Bornitrid (CBN) und aus Diamant mit ein.The selection of the material for the tool tip depends on the strength properties of the sheet metal in the surface area, since the invention can also be used to mark coated workpieces whose base material has different material properties than their coating. Depending on the application area of the device, the invention includes coated and uncoated tool tips made of high-alloy tool steels, hard metals, cermets made of ceramic materials, cubic crystalline boron nitride (CBN) and diamond.
In einer vorteilhaften Ausführung ist als Werkstoff für die Werkzeugspitze eine Hartmetall-Legierung vorgesehen. Als Hartmetalle werden eisenfreie, auf pulvermetallurgischen Weg durch Sintern hergestellte Verbundwerkstoffe bezeichnet, welche Metallkarbide aufweisen, die als Hartstoffpartikel in einer Matrix weicheren Bindemetalls eingelagert sind. Dadurch besitzt der Werkzeugwerkstoff - unter der Voraussetzung, daß die Spitze poliert ist - ein für die Bearbeitungsaufgabe günstiges Eigenschaftsprofil.In an advantageous embodiment, a hard metal alloy is used as the material for the tool tip. Hard metals are iron-free composite materials produced by sintering using powder metallurgy, which contain metal carbides embedded as hard material particles in a matrix of softer binding metal. As a result, the tool material has a property profile that is favorable for the machining task - provided that the tip is polished.
Die Vorrichtung weist eine mehrere Freiheitsgrade aufweisende Positioniervorrichtung und eine das Blechformteil gegen ein Ausweichen gegenüber dem Druckumformwerkzeug absichernde Blechhaltevorrichtung auf. Die Positioniervorrichtung realisiert die Relativbewegungen zwischen den Wirkpartnern Druckumformwerkzeug und Blechformteil in an sich bekannter Weise durch rotatorische und/oder translatorische Bewegungen. Als Wirkbewegung wird die Relativbewegung wäh-The device has a positioning device with several degrees of freedom and a sheet metal holding device that secures the sheet metal part against deviating from the pressure forming tool. The positioning device realizes the relative movements between the active partners, pressure forming tool and sheet metal part, in a manner known per se by means of rotary and/or translatory movements. The active movement is the relative movement during
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rend des Kontaktes bzw. Eingriffes der Wirkpartner bezeichnet .during the contact or intervention of the active partners.
Die Positioniervorrichtung verfügt vorzugsweise über mindestens drei Freiheitsgrade, um die Relativbewegungen normal (z-Richtung) und parallel (x- und y-Richtung) zur Oberfläche des Blechformteils zu realisieren. Es ist aber häufig vorteilhaft, dem Druckumformwerkzeug mehr als drei Freiheitsgrade zur Verfügung zu stellen. Ein Ausrichten der Werkzeugachse gegenüber dem Normalenvektor am Arbeitspunkt auf einer gekrümmten Blechoberfläche erfordert vorzugsweise ein Kippen des Druckumforrtiwerkzeugs um die x- und/oder y-Achse und u.U. eine Feinsteuerung der Vorschubgeschwindigkeit, um ein (auch nur kurzzeitiges) Überschreiten der zulässigen Reibungskräfte zu verhindern.The positioning device preferably has at least three degrees of freedom in order to realize the relative movements normal (z-direction) and parallel (x and y-direction) to the surface of the sheet metal part. However, it is often advantageous to provide the pressure forming tool with more than three degrees of freedom. Aligning the tool axis with respect to the normal vector at the working point on a curved sheet metal surface preferably requires tilting the pressure forming tool around the x and/or y axis and, under certain circumstances, fine control of the feed rate in order to prevent the permissible friction forces from being exceeded (even for a short time).
Insgesamt beschränkt die Erfindung die Wirk- und Positionierbewegungen nicht auf Bewegungen des Druckumformwerkzeugs allein, sondern es sind Ausführungen möglich, bei denen einer oder mehrere Freiheitsgrade durch Bewegungen des Blechformteils realisiert werden.Overall, the invention does not limit the effective and positioning movements to movements of the pressure forming tool alone, but designs are possible in which one or more degrees of freedom are realized by movements of the sheet metal part.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Steuereinheit auf, welche die Eingaben eines Anwenders - darunter insbesondere Materialparameter des Blech-Beschichtung-Verbundes - für eine Steuerung der Positioniervorrichtung verwendet und somit die Geschwindigkeit und die Position der Werkzeugspitze relativ zum Blechformteil steuert.The device according to the invention has a control unit which uses the inputs of a user - including in particular material parameters of the sheet metal coating composite - to control the positioning device and thus controls the speed and position of the tool tip relative to the sheet metal part.
Die bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht eine in Form und/oder Größe des Blechformteils angepaßte Blechhaltevorrichtung vor, die ein vorgegebene Toleranzen überschreitendes Ausweichen des Blechformteils gegenüber dem Druckum-The preferred embodiment of the invention provides a sheet metal holding device adapted to the shape and/or size of the sheet metal part, which prevents the sheet metal part from deviating from the pressure environment beyond predetermined tolerances.
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formwerkzeug verhindern und dennoch ein gewisse Elastizität gewährleisten soll. Die Blechhaltevorrichtung ermöglicht es dem Blechformteil, eine Gegenkraft aufzubringen, die der Krafteinwirkung des Druckumformwerkzeug auf die Oberfläche des Blechformteils entgegengesetzt ist. Der Kraftfluß wird von der Positioniervorrichtung über das Druckumformwerkzeug, das Blechforinteil und die Blechhaltevorrichtung entweder über ein Gestell oder über ein Fundament geschlossen. Wird der Kraftfluß über ein Gestell geschlossen, so ist vorzugsweise eine bauliche Verbindung zwischen der Blechhaltevorrichtung und dem Druckumformwerkzeug vorhanden. Wird dagegen der Kraftfluß über das Fundament geschlossen, so ist eine vollständige oder teilweise bauliche Trennung zwischen der Blechhaltevorrichtung und dem Druckumformwerkzeug denkbar.forming tool and still ensure a certain elasticity. The sheet metal holding device enables the sheet metal part to apply a counterforce that is opposite to the force exerted by the pressure forming tool on the surface of the sheet metal part. The force flow is closed from the positioning device via the pressure forming tool, the sheet metal part and the sheet metal holding device either via a frame or via a foundation. If the force flow is closed via a frame, there is preferably a structural connection between the sheet metal holding device and the pressure forming tool. If, on the other hand, the force flow is closed via the foundation, a complete or partial structural separation between the sheet metal holding device and the pressure forming tool is conceivable.
In einer weiterbildenden Variante der Erfindung wird die Gewichtskraft der Vorrichtung verwendet, um eine reib- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen der Blechhaltevorrichtung und dem Blechformteil herzustellen. Die Masse der Vorrichtung ist so dimensioniert, daß bei dem Absetzen der Vorrichtung auf die zu markierende Stelle des Blechformteils ein Kraftfluß über das Gestell möglich wird.In a further variant of the invention, the weight of the device is used to create a frictional and/or positive connection between the sheet metal holding device and the sheet metal part. The mass of the device is dimensioned in such a way that when the device is placed on the spot on the sheet metal part to be marked, a flow of force via the frame is possible.
In einer weiterführenden Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine Handhabungsvorrichtung, die vorzugsweise über mehrere Freiheitsgrade verfügt, Relativbewegungen zwischen dem Druckumformwerkzeug und dem Blechformteil, die der Heranführung des Druckumformwerkzeugs an den zu kennzeichenden Oberflächenbereich des Blechformteils dienen. Die Vorteile einer Handhabungsvorrichtung liegen in einer flexiblen und automatisierten Werkstückkennzeichnung. Der Einsatz einer Handhabungsvorrichtung beschränkt sich dabei nicht nur aufIn a further embodiment of the invention, a handling device, which preferably has several degrees of freedom, enables relative movements between the pressure forming tool and the sheet metal part, which serve to bring the pressure forming tool closer to the surface area of the sheet metal part to be marked. The advantages of a handling device lie in flexible and automated workpiece marking. The use of a handling device is not limited to
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ein Positionieren des Druckumformwerkzeugs relativ zum fixierten Blechformteil, die Erfindung schließt auch weiterführenden Varianten mit ein, bei denen mit Hilfe einer Handhabungsvorrichtung das Blechformteil bewegt wird.a positioning of the pressure forming tool relative to the fixed sheet metal part, the invention also includes further variants in which the sheet metal part is moved with the aid of a handling device.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfindung für die Positioniervorrichtung Antriebe und Motorachsen auf, wobei für die Antriebe vorzugsweise Dreiphasenschrittmotoren verwendet werden, die mittels eines Zahnriemenantriebs mit den ihnen zugeordneten Motorachsen gekoppelt sind. Die Positioniervorrichtungen, welche mit Schrittmotoren arbeiten, haben den Vorteil, daß sie ohne ein zusätzliches Wegmeßsystem und die damit verbundene Signalrückführung betrieben werden können, da ein Schrittmotor bekanntermaßen zugleich Motor und Meßmittel ist. Ein Dreiphasenschrittmotor hat gegenüber einem Zweiphasenschrittmotor den Vorteil einer höheren Winkelauflösung und damit einer höheren Positioniergenauigkeit. Zahnriemen haben den Vorteil, daß sie eine formschlüssige Bewegungsübertragung wartungsfrei und ohne Schlupf gewährleisten und sich deshalb bevorzugt für phasentreue Übertragungen eignen. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht nur auf den beschriebenen Antrieb der Positioniervorrichtung, sondern schließt auch Achsmotoren andere Bauart mit ein.In a preferred embodiment, the invention has drives and motor axes for the positioning device, whereby three-phase stepper motors are preferably used for the drives, which are coupled to the motor axes assigned to them by means of a toothed belt drive. The positioning devices that work with stepper motors have the advantage that they can be operated without an additional position measuring system and the associated signal feedback, since a stepper motor is known to be both a motor and a measuring device. A three-phase stepper motor has the advantage of a higher angular resolution and thus a higher positioning accuracy compared to a two-phase stepper motor. Toothed belts have the advantage that they ensure a positive movement transmission that is maintenance-free and without slippage and are therefore preferably suitable for phase-accurate transmissions. However, the invention is not only limited to the described drive of the positioning device, but also includes axis motors of other designs.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind im übrigen in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:Advantageous further developments of the invention are furthermore characterized in the subclaims or are presented in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. They show:
Figur 1 als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein Tischgerät zur Kennzeichnung eines beschichteten Bleches,Figure 1 shows a preferred embodiment of the invention, a table device for marking a coated sheet,
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Figur 2 ein Druckumformwerkzeug zur Kennzeichnung eines beschichteten Bleches,Figure 2 shows a pressure forming tool for marking a coated sheet,
Figur 3 eine Werkzeugspitze des in Figur 2 dargestellten Druckumformwerkzeugs im Detail,Figure 3 shows a tool tip of the pressure forming tool shown in Figure 2 in detail,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Umformvorgangs mittels des in Figur 2 und Figur 3 dargestellten Druckumformwerkzeugs,Figure 4 is a schematic representation of a forming process using the pressure forming tool shown in Figure 2 and Figure 3,
Figur 5 eine weiterbildende Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zu kennzeichnendes Blech mittels einer als zweiarmiger Greifer ausgeführten Blechhaltevorrichtung gehalten wird,Figure 5 shows a further embodiment of the invention, in which a sheet to be marked is held by means of a sheet holding device designed as a two-armed gripper,
Figur 6 eine weiterbildende Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zu kennzeichnendes Blech mittels einer Handhabungsvorrichtung gegenüber einem Fundament fixiert wird, sowieFigure 6 shows a further embodiment of the invention in which a sheet to be marked is fixed to a foundation by means of a handling device, and
Figur 7 eine weiterbildende Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zu kennzeichnendes Blech mittels einer baulich vom Druckumformwerkzeug getrennten Blechhaltevorrichtung gegenüber einem Fundament fixiert wird.Figure 7 shows a further embodiment of the invention in which a sheet to be marked is fixed to a foundation by means of a sheet holding device that is structurally separate from the pressure forming tool.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand der Figuren näher erläutert.The device according to the invention is explained in more detail with reference to the figures.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung dient der Erzeugung einer fälschungssicheren Kennzeichnung im Oberflächenbereich eines eine dünne Beschichtung tragenden Blechs 1 mittels eines Druckumformwerkzeugs 2. Das Druckumformwerkzeug 2, das detailliert in Figur 2 dargestellt ist, hat einen zylindrischen Grundkörper mit jeweils einer WerkzeugspitzeThe device shown in Figure 1 is used to create a forgery-proof marking in the surface area of a sheet 1 bearing a thin coating by means of a pressure forming tool 2. The pressure forming tool 2, which is shown in detail in Figure 2, has a cylindrical base body with a tool tip
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3 , 3' an den Enden, welche als Detail Z der Figur 2 in Figur 3 dargestellt ist.3, 3' at the ends, which is shown as detail Z of Figure 2 in Figure 3.
Es sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Werkzeugspitzen 3, 3' vorgesehen, damit bei einem Verschleiß oder bei Änderung der Kennzeichnungsgeometrie ein schneller Wechsel zwischen den beiden Werkzeugspitzen 3, 3' möglich ist. Zur Vereinfachung wird im folgenden nur Bezug auf die Werkzeugspitze 3 genommen. Die Werkzeugspitze 3 ist massiv und einteilig ausgeführt und hat die Form eines zweistufigen Kegels, womit hier ein zusammengesetzter geometrischer Körper aus einem geradem Kreiskegel 3.1 und einen geradem Kreiskegelstumpf 3.2 mit unterschiedlichen Spitzenwinkeln zu verstehen ist.In this embodiment, two tool tips 3, 3' are provided so that in the event of wear or a change in the marking geometry, a quick change between the two tool tips 3, 3' is possible. For the sake of simplicity, only the tool tip 3 is referred to below. The tool tip 3 is solid and made in one piece and has the shape of a two-stage cone, which is to be understood as a composite geometric body made up of a straight circular cone 3.1 and a straight circular truncated cone 3.2 with different tip angles.
Die Schnittfläche des Kreiskegelstumpfes 3.2 stimmt mit der Grundfläche des Kreiskegels 3.1 überein und weist bei einer Schaftstärke von 8 mm einen Durchmesser von 0,6 mm auf. Für den Spitzenwinkel des Kreiskegels 3.1 ist ein Wert von 120°, für den Konuswinkel des Kreiskegelstumpfes 3.2 ein Wert von 100° vorgesehen. Der zweistufige Kegel weist eine polierte Oberfläche 3.3 auf. Die Polierung wird unter Verwendung einer Schleifpaste geringer Körnung hergestellt, wobei die Rauhtiefe R einen Wert < 0,1 &mgr;&tgr;&eegr; aufweist.The cutting surface of the circular truncated cone 3.2 corresponds to the base surface of the circular cone 3.1 and has a diameter of 0.6 mm with a shaft thickness of 8 mm. A value of 120° is provided for the tip angle of the circular cone 3.1 and a value of 100° for the cone angle of the circular truncated cone 3.2. The two-stage cone has a polished surface 3.3. The polishing is carried out using a grinding paste with a low grain size, with the roughness depth R having a value of < 0.1 μιη.
Durch ein solches Werkzeug erfolgt die Kennzeichnung mit einem tief ziehähnlichen Umformvorgang, bei dem der die Beschichtung bildende Werkstoff ausschließlich plastisch verformt und dabei zumindest in Teilbereichen verdichtet wird. Die Polierung sichert einen sehr kleinen Reibungskoeffizienten zwischen der Werkzeugspitze und der zu kennzeichnenden Blechoberfläche, so daß bei der umformungsbedingtenWith such a tool, the marking is carried out using a deep-drawing-like forming process in which the material forming the coating is only plastically deformed and is thereby compacted at least in some areas. The polishing ensures a very small coefficient of friction between the tool tip and the sheet metal surface to be marked, so that during the forming process
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Scher- und Stauchbelastung an dem Beschichtungsmaterial eine spangebende Verformung vermieden wird.Shear and compression stress on the coating material prevent machining deformation.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung verfügt über eine der Form des Bleches 1 angepaßte Blechhaltevorrichtung, die das Blech 1 durch eine Krafteinwirkung gegenüber einem Fundament 5 in der gezeigten Position hält. Das Blech 1 wird bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Blechhaltevorrichtung durch ein Winkelstück 4.1, einen Auflagekörper 4.2 und durch einen hydraulisch betriebenen Stempel 4.3 mittels Form- und Reibschluß an einem Ausweichen gegenüber dem Druckumformwerkzeug 2 gehindert. Der Formschluß, der bereits einen Teil der Freiheitsgrade des Bleches 1 einschränkt, erfolgt durch das der Form des Bleches angepaßte Winkelstück 4.1, während durch den hydraulisch betriebenen Stempel 4.3 über eine Krafteinwirkung ein Reibschluß erfolgt. Zur Blechhaltevorrichtung zählen in diesem Fall der Stempel 4.3, das Winkelstück 4.1 und der Auflagekörper 4.2.The device shown in Figure 1 has a sheet metal holding device adapted to the shape of the sheet metal 1, which holds the sheet metal 1 in the position shown by applying force against a foundation 5. In the embodiment of the sheet metal holding device shown in Figure 1, the sheet metal 1 is prevented from moving away from the pressure forming tool 2 by an angle piece 4.1, a support body 4.2 and a hydraulically operated stamp 4.3 by means of positive and frictional locking. The positive locking, which already limits some of the degrees of freedom of the sheet metal 1, is achieved by the angle piece 4.1 adapted to the shape of the sheet metal, while the hydraulically operated stamp 4.3 creates a frictional locking by applying force. In this case, the sheet metal holding device includes the stamp 4.3, the angle piece 4.1 and the support body 4.2.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung verfügt über eine Positioniervorrichtung, die mittels translatorischer Verschiebungen parallel zu den Achsen eines rechtwinkligen räumlichen kartesischen Koordinatensystems die räumliche Position und die Bewegung des Druckumformwerkzeugs 2 relativ zu dem fixierten Blech 1 festlegt. Die Positioniervorrichtung verfügt über drei Verschiebeschlitten 6, 7, 8, die über entsprechende Schlittenführungen und Antriebe gemäß den von einer als Bedienrechner ausgeführten Steuereinheit 9 gelieferten Signale bewegt werden. Die Steuereinheit steuert die Positioniervorrichtung mittels der vom Anwender eingegebenen Daten (insbesondere Daten zur zulässigen Vorschubgeschwindigkeit) und mittels eines Näherungssensors,The device shown in Figure 1 has a positioning device which, by means of translational displacements parallel to the axes of a rectangular spatial Cartesian coordinate system, determines the spatial position and movement of the pressure forming tool 2 relative to the fixed sheet 1. The positioning device has three sliding carriages 6, 7, 8 which are moved via corresponding carriage guides and drives according to the signals supplied by a control unit 9 designed as an operating computer. The control unit controls the positioning device using the data entered by the user (in particular data on the permissible feed rate) and using a proximity sensor.
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der den Abstand der Werkzeugspitze 3 von der Oberfläche des Bleches 1 bestimmt. Das Signal des Sensors ergibt sich aus einer elektrischen Kapazität zwischen der Werkzeugspitze 3 und dem Blechteil 1.which determines the distance of the tool tip 3 from the surface of the sheet metal 1. The sensor signal results from an electrical capacitance between the tool tip 3 and the sheet metal part 1.
In Figur 4 sind die Umformungen in der Beschichtung 1.1 und die Gefügeverzerrungen 10 in dem Blechwerkstoff 1.2 bei einem beschichteten Stahlblech 1, welche bei einer Kennzeichnung mit der in Figur 2 und 3 dargestellten Werkzeugspitze 3 entstehen, schematisch dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Beschichtung 1.1 lediglich plastisch und dadurch zerstörungsfrei verformt worden ist. Gleichzeitig erstreckt sich die Gefügeverzerrung 10 in dem Trägermaterial 1.2 bis unterhalb der sichtbaren Umformung im Oberflächenbereich. Dadurch kann die Kennzeichnung auch dann fälschungssicher nachgewiesen werden, wenn diese durch spanende Bearbeitung des Kennzeichnungsbereiches entfernt worden ist.Figure 4 shows schematically the deformations in the coating 1.1 and the structural distortions 10 in the sheet material 1.2 in a coated steel sheet 1, which arise when marked with the tool tip 3 shown in Figures 2 and 3. It can be clearly seen that the coating 1.1 has only been deformed plastically and thus non-destructively. At the same time, the structural distortion 10 in the carrier material 1.2 extends to below the visible deformation in the surface area. This means that the marking can be detected in a forgery-proof manner even if it has been removed by machining the marking area.
In Figur 5 ist eine Ausführung dargestellt, bei der ein beschichtetes Blechteil 11 mittels einer als zweiarmiger Greifer ausgeführten Blechhaltevorrichtung 12.1, 12.2 gegenüber einem Gestell 13 der Vorrichtung ohne Verwendung eines die Rückseite der Bearbeitungsfläche stützenden Gegenhalters fixiert wird. Die Blechhaltevorrichtung 12.1, 12.2 weist mehrere Freiheitsgrade auf und erzielt einen Reibschluß mit dem Blech 11 mittels Spannzangen 14.1, 14.2, die als hydraulisch betriebene Stempel ausgeführt sind. Der sich aus der Krafteinwirkung des Druckumformwerkzeugs 15 auf das Blech 11 ergebene Kraftfluß wird über die Blechhaltevorrichtung 12.1, 12.2, dem Gestell 13 und über eine Feinpositioniervorrichtung 16 geschlossen und nicht durch ein Fundament 17 geleitet. Das Blechteil 11 kann deshalbFigure 5 shows an embodiment in which a coated sheet metal part 11 is fixed to a frame 13 of the device by means of a sheet metal holding device 12.1, 12.2 designed as a two-armed gripper without using a counterholder supporting the back of the processing surface. The sheet metal holding device 12.1, 12.2 has several degrees of freedom and achieves a frictional connection with the sheet metal 11 by means of collets 14.1, 14.2, which are designed as hydraulically operated stamps. The force flow resulting from the force effect of the pressure forming tool 15 on the sheet metal 11 is closed via the sheet metal holding device 12.1, 12.2, the frame 13 and via a fine positioning device 16 and not guided through a foundation 17. The sheet metal part 11 can therefore
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während des Kennzeichnungsvorgangs frei durch den Raum bewegt werden. Dazu ist das Gestell 13 mit dem mehrere Freiheitsgrade aufweisenden Arm einer Handhabungsvorrichtung 18 verbunden. Durch die Handhabungsvorrichtung 18 und die verstellbare Blechhaltevorrichtung 12.1, 12.2 ist eine flexible Kennzeichnung verschiedenartig ausgebildeter Blechteile möglich. Die dargestellte Vorrichtung weist eine Positioniervorrichtung auf, deren Aufgaben auf eine Grobpositioniervorrichtung in Form einer Handhabungsvorrichtung 18 und eine Feinpositioniervorrichtung 16, basierend auf translatorischen, rechtwinklig im Raum zueinander angeordneten Schlittenführungen, verteilt sind.can be moved freely through space during the marking process. For this purpose, the frame 13 is connected to the arm of a handling device 18, which has several degrees of freedom. The handling device 18 and the adjustable sheet metal holding device 12.1, 12.2 enable flexible marking of sheet metal parts of various shapes. The device shown has a positioning device, the tasks of which are distributed between a rough positioning device in the form of a handling device 18 and a fine positioning device 16, based on translatory slide guides arranged at right angles to one another in space.
Die Handhabungsvorrichtung 18 ermöglicht eine Relativbewegung zwischen Druckumformwerkzeug 15 und Blechoberfläche, die dem Heranführen des Druckumformwerkzeugs 15 an ein nicht fixiertes Blechteil dient. Die Feinpositioniervorrichtung 16 ist dagegen zusammen mit dem Druckumformwerkzeug 15 am Gestell 13 montiert und ermöglicht die Wirk- und Positionierbewegungen des Druckumformwerkzeugs 15 gegenüber dem fixierten Blechteil 11. Eine Steuereinheit 19 steuert die Handhabungsvorrichtung 18 und die Feinpositioniervorrichtung mittels der vom Anwender eingegebenen Daten.The handling device 18 enables a relative movement between the pressure forming tool 15 and the sheet metal surface, which serves to move the pressure forming tool 15 towards a non-fixed sheet metal part. The fine positioning device 16, on the other hand, is mounted together with the pressure forming tool 15 on the frame 13 and enables the effective and positioning movements of the pressure forming tool 15 relative to the fixed sheet metal part 11. A control unit 19 controls the handling device 18 and the fine positioning device using the data entered by the user.
In Figur 6 ist eine Ausführung dargestellt, bei der ein beschichtetes Blechteil 20 mittels einer Krafteinwirkung gegenüber einem Fundament 21 fixiert wird. Dazu ist eine Handhabungsvorrichtung 22 vorgesehen, die nach einem Heranführen des Druckumformwerkzeugs 23 an das nicht fixierte Blechteil 20, die zur Fixierung notwendige Krafteinwirkung auf die Blechhaltevorrichtung aufbringt. Die Blechhaltevorrichtung besteht in diesem Fall im wesentlichen aus Auflageplatten 24.1 bis 24.4, die mittels der zur Werkstückober-Figure 6 shows an embodiment in which a coated sheet metal part 20 is fixed to a foundation 21 by means of a force. For this purpose, a handling device 22 is provided which, after the pressure forming tool 23 has been brought to the non-fixed sheet metal part 20, applies the force required for fixing to the sheet metal holding device. The sheet metal holding device in this case essentially consists of support plates 24.1 to 24.4 which are fixed to the workpiece surface by means of the
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fläche normalen Krafteinwirkung möglichst griffige Reibpaarungen mit dem Blechteil 20 eingehen. Die rückwärtigen, mit dem Fundament 21 verbundenen, sich der Form des Bleches mittels einer drehbaren Lagerung anpassenden Auflageflächen 24.2, 24.4 werden als Teil der Blechhaltevorrichtung angesehen. Der sich aus der Krafteinwirkung des Druckumformwerkzeugs 23 auf das Blechteil ergebene Kraftfluß wird über die Blechhaltevorrichtung, das Fundament 21, die Handhabungsvorrichtung 22, das Gestell 25 und eine Feinpositioniervorrichtung 26 geschlossen. Die an dem Gestell montiert Feinpositioniervorrichtung 26 und die Steuereinheit 27 sind ähnlich dem Ausführungsbeispiel von Figur 5 aufgebaut.surface, the friction pairs with the sheet metal part 20 are as grippy as possible under the normal force application. The rear support surfaces 24.2, 24.4, which are connected to the foundation 21 and adapt to the shape of the sheet metal by means of a rotating bearing, are considered to be part of the sheet metal holding device. The force flow resulting from the force application of the pressure forming tool 23 to the sheet metal part is closed via the sheet metal holding device, the foundation 21, the handling device 22, the frame 25 and a fine positioning device 26. The fine positioning device 26 mounted on the frame and the control unit 27 are constructed similarly to the embodiment in Figure 5.
In Figur 7 ist eine Ausführung dargestellt, bei der das zu kennzeichnende Blechteil 28 aus Stahl besteht und eine Zinkbeschichtung aufweist. Das beschichtete Stahlblechteil ist mittels einer externen, baulich von einem Druckumformwerkzeug 29 getrennten Blechhaltevorrichtung 30.1, 30.2 gegenüber dem Fundament 31 ohne einen die Bearbeitungsfläche rückseitig stützenden Gegenhalter fixiert und wird mit einem Werkzeug gemäß Figur 2 bzw. 3 bearbeitet. Die Blechhaltevorrichtung 30.1, 30.2 ist als zweiarmiger Greifer mit mehreren Freiheitsgraden aufgebaut, der einen Reibschluß mit dem Blechteil 28 über Spannzangen 32.1, 32.2 in Form von hydraulisch betriebenen Stempel erreicht. Eine Handhabungsvorrichtung 33 erlaubt der Blechhaltevorrichtung 30.1, 30.2 ein Blechteil 28 aufzunehmen, welches außerhalb der Reichweite des Druckumformwerkzeugs 2 9 liegt, um es anschließend in dessen Arbeitsbereich gegenüber dem Fundament 31 räumlich zu fixieren. Das Druckumformwerkzeug 29 ist direkt mit dem Arm einer zweiten Handhabungsvorrichtung 34 verbunden, deren Antriebe und Freiheitsgrade in der LageFigure 7 shows an embodiment in which the sheet metal part 28 to be marked is made of steel and has a zinc coating. The coated sheet steel part is fixed to the foundation 31 by means of an external sheet metal holding device 30.1, 30.2, which is structurally separate from a pressure forming tool 29, without a counterholder supporting the processing surface at the back, and is processed with a tool according to Figure 2 or 3. The sheet metal holding device 30.1, 30.2 is designed as a two-armed gripper with several degrees of freedom, which achieves a frictional connection with the sheet metal part 28 via collets 32.1, 32.2 in the form of hydraulically operated stamps. A handling device 33 allows the sheet metal holding device 30.1, 30.2 to pick up a sheet metal part 28 which is outside the reach of the pressure forming tool 29 in order to then fix it spatially in its working area opposite the foundation 31. The pressure forming tool 29 is directly connected to the arm of a second handling device 34, whose drives and degrees of freedom are able
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sind die Krafteinwirkungen und die Arbeitsbewegungen des Druckumformwerkzeugs 29 gegenüber dem fixierten Blechteil 28 zu realisieren. Diese Handhabungsvorrichtung 34 ist daher als Positioniervorrichtung anzusehen. Der sich aus der Krafteinwirkung des Druckumformwerkzeugs 29 auf das Blechteil 28 ergebene Kraftfluß wird über die Blechhaltevorrichtung 30.1, 30.2, deren Handhabungsvorrichtung 33, das Fundament 31, und die Handhabungsvorrichtung 34 des Druckumformwerkzeugs 29 geschlossen, so daß ein die Rückseite der Bearbeitungsfläche stützender Gegenhalter nicht erforderlich ist. Eine Steuereinheit 35 steuert beide Handhabungsvorrichtungen 33, 34 mittels der vom Anwender eingegebenen Daten.the force effects and the working movements of the pressure forming tool 29 relative to the fixed sheet metal part 28 are to be realized. This handling device 34 is therefore to be regarded as a positioning device. The force flow resulting from the force effect of the pressure forming tool 29 on the sheet metal part 28 is closed via the sheet metal holding device 30.1, 30.2, its handling device 33, the foundation 31, and the handling device 34 of the pressure forming tool 29, so that a counterholder supporting the back of the processing surface is not required. A control unit 35 controls both handling devices 33, 34 using the data entered by the user.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch in anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The invention is not limited in its implementation to the preferred embodiments given above. Instead, a number of variants are conceivable which also make use of the solution presented in other types of implementation.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29823331U DE29823331U1 (en) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | Device for generating a label |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29823331U DE29823331U1 (en) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | Device for generating a label |
| DE1998118902 DE19818902C2 (en) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | Process and pressure-forming tool for generating a, in particular tamper-proof, marking on a deep-drawn sheet metal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29823331U1 true DE29823331U1 (en) | 1999-04-15 |
Family
ID=26045807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29823331U1 (en) |
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1998
- 1998-04-22 DE DE29823331U patent/DE29823331U1/en not_active Expired - Lifetime
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