DE3902163A1 - Verfahren und vorrichtung zum verfestigen eines behaelterfalzes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen eines Behälterfalzes, der durch mindestens einmaliges gemeinsa­ mes Umbiegen eines Mantelrandes und eines Bodenrandes aus einer ursprünglich radialen Richtung in eine mindestens annähernd achsparallele Richtung gebildet ist und eine freie Stirnseite hat, an welcher der Bodenrand eine starke Biegung des Mantelrandes überwölbt, bei dem mindestens zwei aufeinanderliegende Teile dieser Ränder gewalzt und mittels Energiestrahls, insbes. Laserstrahls miteinander verschweißt werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Verfe­ stigen eines Behälterfalzes mit einer die Richtung des Energiestrahls bestimmenden Strahlführung und mindestens einem auf dem fertigen Falz abwälzbaren Wälzkörper, der so gelagert ist, daß er jeweils mit einer zur Behälterachse mindestens annähernd normalen Mantellinie auf den Falz drückt.

Behälter, die gefährliches oder umweltschädliches Füllgut enthalten, müssen auch nach einem Fall aus üblicher Sta­ pelhöhe noch dicht sein. Die Verbindungen zwischen dem Behältermantel und dem Unter- sowie dem Oberboden lassen sich durch bloßes Falzen nicht hinreichend zuverlässig dicht gestalten. Man ist deshalb dazu übergegangen, an Behälterfalzen, die zumindest fast fertiggefalzt sind, wenigstens zwei Falzschichten durch Schmelzschweißen mit­ tels Energiestrahls möglichst lückenlos miteinander zu vereinigen.

So ist aus der DE-A-35 46 458 ein Verfahren der oben ge­ nannten Gattung bekannt, bei dem ein Laserstrahl im Win­ kelbereich von lotrecht, also achsparallel, bis waagerecht radial nach innen oder außen auf den Behälterfalz gerich­ tet wird. An diesem bekannten Verfahren wird in der DE-A­ 38 02 000 kritisiert, daß oft weder die gewünschte Verstär­ kung der mechanischen Verbindung noch die erstrebte abso­ lute Dichte des Behälters gesichert werde. Dies hänge da­ mit zusammen, daß die miteinander zu verschweißenden Blechschichten nicht direkt aufeinanderlägen, sondern durch einen Luftspalt voneinander getrennt seien, so daß mittels eines Laserstrahls zwar die Schichten angeschmol­ zen, nicht aber miteinander verbunden würden. Gemäß der DE-A-38 02 000 soll deshalb die Schweißnaht entlang einer äußeren, exponierten Wulstfläche des Falzes angeordnet sein, wo die miteinander zu verschweißenden Bleche wegen ihrer besonders starken Biegung auch nach Fertigstellung des Falzes noch mit Vorspannung und somit ohne jeden Spalt oder Hohlraum aufeinanderlägen. Ein auf diesen Bereich ge­ richteter Laserstrahl erreiche deshalb sicher zwei direkt aufeinanderliegende Schichten und vermöge diese auch sicher miteinander zu verbinden.

Zum Erstellen von Schweißnähten zwischen Mantel und Unter- oder Oberboden von Behältern dient gemäß der DE-A-38 02 000 eine Vorrichtung mit einem Paar Druckrollen, die sich am Falz abwälzen und ihn dabei derart eingespannt halten, daß ein äußerer Randbereich des Falzes, in dem die aufeinanderliegenden Blechschichten besonders stark gebo­ gen sind, freiliegt. Auf diesen äußeren Randbereich wird schräg zur Behälterachse ein Laserstrahl gerichtet.

Das Schweißen in einem Randbereich, in dem die aufeinan­ derliegenden Blechschichten, im Querschnitt betrachtet, besonders stark gekrümmt sind, führt nur dann zu einer zuverlässig festen und dichten Schweißnaht, wenn der Ener­ giestrahl mit hoher Genauigkeit auf den Krümmungsmittel­ punkt der aufeinanderliegenden Bleche gerichtet ist. Schon kleine Richtungsfehler können zur Folge haben, daß die Schweißnaht unbrauchbar wird. Solche Richtungsfehler las­ sen sich aber in einer Massenfertigung nicht vermeiden, da kein Falz ganz genau mit dem anderen übereinstimmt und überdies die Querschnittsform und -maße jedes einzelnen Falzes auf dessen Gesamtlänge variieren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zum Verfestigen von Behälter­ falzen durch Schweißen derart auszuführen, daß die in einer üblichen Massenfertigung vorkommenden Form- und Maßtoleranzen der Behälterfalze ohne nachteilige Folge für die Qualität der Schweißung hingenommen werden können.

Soweit die Aufgabe ein Verfahren betrifft, ist sie erfin­ dungsgemäß ausgehend von einem Verfahren der eingangs be­ schriebenen Gattung dadurch gelöst, daß

• - auf der Stirnseite des fertigen Falzes durch Abwälzen mindestens eines Wälzkörpers eine ringförmige Wälzbahn von im Axialschnitt durch den Behälter geradlinigem Profil er­ zeugt wird,
• - das Abwälzen mit solchem Druck geschieht, daß dabei auch die starke Biegung des Mantelrandes abgeplattet wird, und
• - der Energiestrahl mindestens annähernd rechtwinklig auf das Profil der Wälzbahn gerichtet wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.

Soweit die Erfindungsaufgabe eine Vorrichtung betrifft, ist sie erfindungsgemäß ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß zum Aufnehmen des Wälzdruckes ein aus mindestens zwei Teilen zusammensetzbarer Stützring an die Unterseite des Falzes anlegbar ist. Diese Vorrichtung kann nach dem Anspruch 7 weitergebildet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt eines Behälters mit einem fertigen Falz,

Fig. 2 bis 7 den Falz bei der Durchführung mehrerer Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 8 bis 10 Schrägansichten mehrerer Vorrichtungen zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens.

In Fig. 1 bis 7 ist je ein Teilschnitt durch einen Behäl­ ter 10 in einer die Behälterachse A enthaltenden Ebene dargestellt. Der Behälter hat einen zylindrischen Mantel 12 und einen Oberboden 14 mit einem Mantelrand 16 bzw. Bodenrand 18, die in üblicher Weise durch einen Falz 20 miteinander dicht verbunden sind. Der fertige Falz 20 hat eine Stirnseite 22, an welcher der Bodenrand 18 eine im wesentlichen ebene ringförmige Stirnfläche bildet, während der darunterliegende Mantelrand 16 in diesem Bereich seine stärkste vorkommende Biegung 24 aufweist. Daraus sowie aus fertigungstechnischen Ungenauigkeiten ergibt sich zwischen Mantelrand 16 und Bodenrand 18 ein Luftspalt 26, dessen Form und Lage von einem Behälter 10 zum nächsten variieren können. So kann der Luftspalt 26, wie in Fig. 1 darge­ stellt, zwischen einem radial inneren Bereich der vom Man­ telrand 16 gebildeten starken Biegung 24 und dem Bodenrand 18 angeordnet sein; es ist aber auch möglich, daß der Luftspalt 26 streckenweise oberhalb der starken Biegung 24 und streckenweise in einem weiter radial außen liegenden Bereich angeordnet ist. Wegen dem von einem Behälter 10 zum nächsten nicht zuverlässig vorherbestimmbaren und unter Umständen bei jedem einzelnen Behälter 10 unregel­ mäßigen Verlauf des Luftspalts 26 ist es unmöglich, einen Bereich der Stirnseite 22 festzulegen, in dem der Boden­ rand 18 mit dem Mantelrand 16 zuverlässig dicht ver­ schweißt werden könnte, wenn eine Schweißung an dem gemäß Fig. 1 fertiggestellten, aber nicht nachbehandelten Falz 20 durchgeführt wird.

Diese Schwierigkeit des Schweißens läßt sich beheben, indem auf der Stirnseite 22 des fertigen Falzes 20 gemäß Fig. 2, 3 und 5 ein Wälzkörper 28 mit solchem Druck abge­ wälzt wird, daß auf dem Bodenrand 18 eine ringförmige Wälzbahn 30 von im Axialschnitt durch den Behälter 10 geradlinigem Profil erzeugt wird und dabei auch die starke Biegung 24 des Mantelrandes 16 abgeplattet wird, wenn auch in erheblich geringerem Maß als der Bodenrand 18. Der Luftspalt 26 wird dadurch derart verdrängt, daß der Man­ telrand 16 den Bodenrand 18 mindestens in dem abgeplatte­ ten Bereich der starken Biegung 24 zuverlässig berührt.

Der Wälzkörper 28 wird vorzugsweise gemäß Fig. 2 und 3 derart angeordnet, daß die Wälzkörperachse B die Behäl­ terachse A rechtwinklig schneidet. Bei bestimmten Falzen kann es aber auch vorteilhaft sein, die Wälzkörperachse B gegen eine zur Behälterachse A normale Ebene geringfügig, um nicht mehr als 20°, geneigt anzuordnen, beispielsweise gemäß Fig. 5 mit einer Neigung nach außen. Dementsprechend liegt die entstehende Wälzbahn 30 entweder in einer zur Behälterachse A normalen Ebene oder auf einer Kegelmantel­ fläche.

In jedem Fall läßt sich ein Energiestrahl 32 mittels einer Strahlführung 34 üblicher Bauart derart führen, daß der Energiestrahl zuverlässig auf die Wälzbahn 30 trifft und seinen Brennpunkt in einem Bereich hat, in dem der Ober­ boden 14 den Mantelrand 16 berührt. Es ist vorteilhaft, wenn der Energiestrahl 32 gemäß Fig. 3 und 4a so geführt ist, daß er stets im rechten Winkel auf die Mitte des Querschnittsprofils der Wälzbahn 30 trifft. Gemäß Fig. 4b und 4c sind aber auch Schrägstellungen des Energiestrahls 32 von vorzugsweise nicht mehr als 20°, bezogen auf die Behälterachse A, zulässig.

Wenn die Wälzbahn 30 gemäß Fig. 5 mit einer Neigung in bezug auf eine zur Behälterachse A normale Ebene gewalzt worden ist, wird der Energiestrahl 32 vorzugsweise ent­ sprechend geneigt, so daß er möglichst senkrecht auf das Querschnittsprofil der Wälzbahn 30 trifft, wobei aber auch in diesem Fall gewisse Abweichungen von der senkrechten Einfallsrichtung zulässig sind, wie Fig. 6 und 7 zeigen.

Zum Steuern des Wälzkörpers 28 kann gemäß Fig. 3 eine Tastrolle 36 vorgesehen sein, die an einer Schablone 38 geführt ist.

Gemäß Fig. 8 und 9 kann der Falz 20 gleichzeitig gewalzt und geschweißt werden, wobei zum Walzen zwei Wälzkörper 28 vorgesehen sein können, zwischen denen der Energiestrahl 32 angeordnet ist. Es ist grundsätzlich möglich, die Vor­ richtung zum Walzen und Schweißen um die Behälterachse A rotieren zu lassen; gemäß Fig. 8 und 9 wird jedoch der Behälter 10 gedreht und zu diesem Zweck auf einen antreib­ baren Drehteller 40 gestellt und von diesem zentriert. Oberhalb des Behälters 10 ist eine senkrechte Säule 42 angeordnet, an der die beiden Wälzkörper 28 gelagert sind. Die beiden Wälzkörper 28 sind derart profiliert, daß sie sich selbst am Falz 20 entlang führen und dadurch stets bestrebt sind, die Säule 42 gleichachsig mit der Behälter­ achse A zu halten.

Die Strahlführung 34 und die Säule 42 sind miteinander durch ein Joch 44 verbunden, das an zwei rechtwinklig zueinander und zur Wälzkörperachse B verschiebbaren Schlitten 46 und 48 in der Art einer Kreuzschlittenanord­ nung in bezug auf ein Maschinengestell 50 verschiebbar ist. Zusätzlich ist die Säule 42 im Joch 44 axial ver­ schiebbar.

Anstelle der in Fig. 8 dargestellten Profilierung, durch welche die Wälzkörper 28 sich und somit auch die Säule 42 und die mit dieser durch das Joch 44 verbundene Strahlfüh­ rung 34 entlang der Wälzbahn 30 führen, kann diese Füh­ rungsaufgabe gemäß Fig. 9 der schon in Fig. 3 schematisch dargestellten Tastrolle 36 übertragen sein; in diesem Fall sind die Wälzkörper 28 zweckmäßigerweise glatte zylin­ drische Walzen.

Damit der zum Herstellen der Wälzbahn 30 und Abplatten der starken Biegung 24 erforderliche starke Wälzdruck auf den Falz 20 aufgebracht werden kann, ohne daß der Mantel 12 des Behälters 10 unzulässig belastet wird, kann gemäß Fig. 8 und 9 eine Stützrolle 52 vorgesehen sein, die sich am unteren Rand des Falzes 20 abwälzt. Die Stützrolle 52 ist vorzugsweise mittig unterhalb der beiden Wälzkörper 28 angeordnet und kann antreibbar sein, wodurch ein eigener Antrieb des Drehtellers 40 entbehrlich wird.

Während gemäß Fig. 8 und 9 auf den Falz 20 jedes Behälters 10 gleichzeitig walzend und schweißend eingewirkt wird, sind gemäß Fig. 10 eine Walzstation 54 und eine Schweiß­ station 54 in solchem Abstand voneinander angeordnet, daß jeweils gleichzeitig ein Behälter 10 an seinem Falz 20 gewalzt und ein anderer Behälter 10, dessen Falz 20 vorher gewalzt worden ist, geschweißt wird. Ein weiterer Unter­ schied der Anordnung gemäß Fig. 10 gegenüber den in Fig. 8 und 9 dargestellten Vorrichtungen besteht darin, daß die Behälter 10 gemäß Fig. 10 in der Walzstation 54 still­ stehen und die erforderliche Drehung von einer senkrechten Welle 58 ausgeführt wird, an der vier Wälzkörper 28 in Form glatter zylindrischer Walzen gelagert sind. Während des Walzens ist der Falz 20 mit seiner Unterseite an einem Stützring 60 abgestützt, der im dargestellten Beispiel aus zwei U-förmigen Hälften besteht, die um den Behälter 10 herumgelegt sind. Der Stützring 60 läßt sich automatisch öffnen und schließen und ist Bestandteil eines Förderers 62, der bei jedem Arbeitszyklus einen Behälter 10 von der Walzstation 54 auf einen in der Schweißstation 56 stehen­ den Koordinatentisch 64 befördert.

Der Koordinatentisch 64 ist in zwei zueinander und zur Behälterachse A normalen Richtungen derart bewegbar, daß der Energiestrahl 32, beispielsweise Laserstrahl, der von einer oberhalb des Behälters 10 ortsfest angeordneten Strahlführung 34 ausgeht, genau der Mittellinie der in der Walzstation 54 am Falz 20 erzeugten Wälzbahn 30 folgt. Alternativ kann der Behälter 10 in der Schweißstation 56 ortsfest angeordnet und die Strahlführung 34 in einem zur Behälterachse A normalen rechtwinkligen Koordinatensystem bewegbar sein, wie mit strichpunktierten Linien in Fig. 10 angedeutet ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verfestigen eines Behälterfalzes (20), der durch mindestens einmaliges gemeinsames Umbiegen eines Mantelrandes (16) und eines Bodenrandes (18) aus einer ursprünglich radialen Richtung in eine mindestens annähernd achsparallele Richtung gebildet ist und eine freie Stirnseite (22) hat, an welcher der Bodenrand (18) eine starke Biegung (24) des Mantelrandes (16) überwölbt, bei dem mindestens zwei aufeinanderliegende Teile dieser Ränder (16, 18) gewalzt und mittels Energiestrahls (32), insbes. Laserstrahls, miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - auf der Stirnseite (22) des fertigen Falzes (20) durch Abwälzen mindestens eines Wälzkörpers (28) eine ringför­ mige Wälzbahn (30) von im Axialschnitt durch den Behälter (10) geradlinigem Profil erzeugt wird,
• - das Abwälzen mit solchem Druck geschieht, daß dabei auch die starke Biegung (24) des Mantelrandes (16) abgeplattet wird, und
• - der Energiestrahl (32) mindestens annähernd rechtwinklig auf das Profil der Wälzbahn (30) gerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energie­ strahl (32) um nicht mehr als 20° von einer Normalen ab­ weichend auf die Wälzbahn (30) gerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzbahn (30) abgetastet wird und der Energiestrahl (32) entspre­ chend dem Ergebnis der Abtastung fokussiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Wälzbahn (30) gegen eine zur Behälterachse (A) normale Ebene um nicht mehr als 20° geneigt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von Unrundheiten des Falzes (20) erforderliche radiale Relativbewegungen zwischen Behälterachse (A) und Energie­ strahl (32) durch Abtasten des Falzes (20) gesteuert wer­ den.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer die Richtung des Energie­ strahls (32) bestimmenden Strahlführung (34) und minde­ stens einem auf dem fertigen Falz (20) abwälzbaren Wälz­ körper (28), der so gelagert ist, daß er jeweils mit einer zur Behälterachse (A) mindestens annähernd normalen Man­ tellinie auf den Falz (20) drückt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufnehmen des Wälzdruckes ein aus mindestens zwei Teilen zusammen­ setzbarer Stützring (60) an die Unterseite des Falzes (20) anlegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Stützrings (60) an einem Förderer (62) ange­ ordnet und zum Umsetzen eines Behälters (10) von einer Walzstation (54) zu einer Schweißstation (56) ausgebildet ist.