DE60121480T2

DE60121480T2 - Umformung von dünnwandigen Körpern

Info

Publication number: DE60121480T2
Application number: DE60121480T
Authority: DE
Inventors: Santiago Garcia Campo; Juan Saiz Goiria
Original assignee: Envases UK Ltd
Current assignee: Envases UK Ltd
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2021-02-10
Also published as: HUP0304009A3; DE60126351D1; US20120297847A1; CZ20022595A3; US20080202182A1; HU0304010D0; ES2225477T3; ATE270932T1; US7024912B2; US20060156777A1; US20070214858A1; RU2283201C2; US7395685B2; US20050000260A1; US8627698B2; PL359220A1; US20110023567A1; ES2281593T3; HU225584B1; EP1216112B3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen eines dünnwandigen Körpers, insbesondere eines dünnwandigen Behälters oder eines rohrförmigen Körpers, der eine zylindrische oder eine andere Form haben kann, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung eignet sich speziell zum Verformen von dünnwandigen Metallkörpern (insbesondere Aluminiumbehältern) durch Prägen oder dgl.. Die Erfindung läßt sich speziell in Prozessen benutzen, wie bei dem registerhaltigen Prägen von dünnwandigen Körpern, speziell beim registerhaltigen Prägen von Behältern mit einer zuvor aufgebrachten (vorgedruckten) Oberflächendekoration.
Es besteht bekanntlich der Wunsch, die zylindrischen Außenwände von metallischen Behältern, wie Aluminimumbehältern, durch Prägen oder dgl. zu verformen. Insbesondere wurden Versuche unternommen, die Wände von Behältern an vorbestimmten Stellen zu prägen, um ein gedrucktes Muster auf der Außenfläche eines solchen Behälters zu ergänzen. Bei solchen Verfahren ist es wichtig, das Prägewerkzeug mit dem vorgedruckten Muster auf der Behälterwand zu koordinieren. Vorschläge nach dem Stand der Technik beschreiben die Verwendung eines Abtastsystems zur Identifizierung der Position des Behälters relativ zu einer Referenzposition und die Neuausrichtung des Behälters zur Anpassung an die Referenzposition.
Prägeverfahren und -vorrichtungen nach dem Stand der Technik sind z.B. in WO-A-9803280, WO-A-9803279, WO-A-9721505, WO-A-9515227, US-A-4487048, US-A-5916317, US-A-3698337 und EP-A-0893175 beschrieben. Bei einigen dieser Verfahren wird der Behälter üblicherweise in ein inneres Werkzeug geladen, das als Halter für den Behälter dient und mit einem externen Werkzeug zusammenwirkt, um das Prägen zu bewerkstelligen. Wie die folgenden Ausführungen zeigen, haben solche Systeme Nachteile.
Es wurde nun ein verbessertes Verfahren erfunden.
Nach einem ersten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verformen eines dünnwandigen Körpers, das mit einem zuvor auf der Wand des Körpers aufgebrachten Musters zu koordinieren ist, und bei dem eine oder mehrere Operationen, darunter das Einschnüren des Körpers, ausgeführt werden, wobei das Verfahren umfaßt:

(i) Halten des Körpers fest in einem Spannfutter einer Haltestation eines Mehrstationen-Haltetischs, wobei das Spannfutter so angeordnet ist, daß es den jeweiligen Körper undrehbar aufspannt,
(ii) Vorbewegen eines Mehrstationen-Werkzeugtischs relativ zu dem Haltetisch in der Weise, daß an einer Werkzeugstation zur koordinierten Verformung ein innerer Werkzeugteil in das Innere des Körpers eingeführt wird und ein äußerer Werkzeugteil außerhalb des Körpers positioniert wird, während der Körper in der Haltestation fest aufgespannt ist, und
(iii) Betätigen des Werkzeugs, um den Körper in einer vorbestimmten Wandzone anzugreifen und zu verformen, die mit dem zuvor auf der Wand des Körpers aufgebrachten Musters zu koordinieren ist, während der Körper in einer festgelegten Orientierung in der Haltestation aufgespannt ist,

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung liefert die Erfindung eine Vorrichtung zum Verformen eines dünnwandigen Körpers, wobei die Vorrichtung aufweist:

(i) einen Mehrstationen-Haltetisch mit Haltestationen, die jeweils ein Spannfutter zum undrehbaren sicheren Aufspannen eines Körpers umfassen,
(ii) einen Mehrstationen-Werkzeugtisch, der in der Nähe des Haltetischs positioniert ist, wobei der Werkzeugtisch und der Haltetisch relativ zueinander durch Drehung weiterschaltbar sind, um die Körper für die Verformung sukzessiv an entsprechende Werkzeugstationen heranzuführen, und wobei der Werkzeugtisch relativ zu dem Haltetisch vorbewegbar ist, eine Werkzeugstation des Werkzeugtischs für die koordinierte Verformung mit einem inneren Werkzeugteil und einem äußeren Werkzeugteil, die so angeordnet sind, daß sie gemeinsam mit dem Inneren bzw. mit dem Äußeren des Körpers in Eingriff kommen, um den Körper in einer in Bezug auf ein zuvor auf der Wand des Körpers aufgebrachtes Muster vorbestimmten Wandzone auf dem Körper zu verformen, während der Körper in dem Spannfutter einer entsprechenden Haltestation fest aufgespannt ist,
(iii) eine Ermittlungs- und Neuorientierungsanordnung, um die Orientierung des Körpers relativ zu einer gegebenen Referenzlage zu ermitteln und eine Neuorientierung des Körpers um eine Achse des Körpers zu ermöglichen, um Übereinstimmung mit der Bezugslage herzustellen.

Es ist typischerweise ein Ausrichten des Werkzeugs und der Wandzone des Körpers erforderlich, um sicherzustellen, daß die Prägeverformung mit der vorgedruckten Dekoration auf dem Körper genau fluchtet. Bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird der Körper nicht aus dem Gehaltenwerden in einer Haltestation in ein Gehaltenwerden durch das Werkzeug überführt, sondern bleibt im Gegenteil während des gesamten Verformungsprozeß in der Haltestation gehalten.
Das Verfahren eignet sich in besonderer Weise für das Prägen von Behältern mit einer Wandstärke (t) im Bereich von 0,25 mm bis 0,8 mm (speziell im Bereich von 0,35 mm bis 0,6 mm). Das Verfahren ist anwendbar auf Aluminiumbehälter, sowie auf Behälter aus einer Legierung, Stahl, Weißblech, Behälter mit innerer Polymerbeschichtung oder lackierte Metallbehälter oder Behälter aus anderen Materialien. Die Behälter sind typischerweise zylindrisch, und die verformte, geprägte Zone ist auf ein zuvor aufgedrucktes/appliziertes Muster auf den Umfangswänden abgestimmt. Typische Durchmesser von Behältern, mit denen sich die Erfindung befaßt, liegen im Bereich von 35 mm bis 74 mm, obwohl der Erfindung auch Behälter zugänglich sind, deren Durchmesser außerhalb dieses Bereichs liegen.
Die Zeit, die für die Durchführung der Schritte zum Neuausrichten und Verformen zur Verfügung steht, ist für typische Produktionsabläufe, bei denen Körper mit einer Geschwindigkeit von bis zu 200 Behältern pro Minute verarbeitet werden können, relativ kurz.
Das Werkzeug für die Verwendung bei der Verformung einer Wandzone eines dünnwandigen Behälters umfaßt vorzugsweise ein inneres Werkzeug, das innen in dem Behälter zu positionieren ist, und ein äußeres Werkzeug, das außerhalb des Behälters zu positionieren ist, wobei das äußere und das innere Werkzeug bei dem Formgebungsvorgang zusammenwirken, um die Wandzone des Behälters zu verformen, wobei das innere Werkzeug auf die Zentrumslinie oder die Achse des Behälters zu- oder von ihr wegbewegbar ist zwischen einer Auszugs-/Einführungs-Werkzeugkonfiguration, in der das innere Werkzeug eingeführt oder aus dem Innern des Behälters herausgezogen werden kann, und einer Wandeingriffskonfiguration, um die Verformung der Wandzone zu bewirken.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann dementsprechend folgende Verfahrensschritte vorsehen:
Einrücken des Werkzeugs in den Innernraum des Behälters, wobei das innere Werkzeug sich in einer ersten Einführungskonfiguration für das Einführen befindet,
Bewegen des Werkzeugs in eine zweite (vorzugsweise expandierte) Position oder Konfiguration in enge Nachbarschaft zu oder in Eingriff mit der innere Behälterwand, um so die Verformung einer Wandzone des Behälters zu erleichtern,
Zurückführen des Behälters aus der zweiten Position in die erste Werkzeugkonfiguration, um dadurch das Herausziehen des inneren Werkzeugs aus dem Behälter zu ermöglichen.
Da das innere Werkzeug zu der Behälterwand hin- und von ihr wegbewegbar (vorzugsweise zu der Achse/Zentrumslinie des Behälters und von dieser weg) ist, lassen sich geprägte Reliefmerkmale mit größerer Tiefe/Höhe herstellen. Dies liegt daran, daß Verfahren nach dem Stand der Technik im allgemeinen ein inneres Werkzeug benutzen, das gleichzeitig zum Halten des Behälters während der Verformung (des Prägens) dient, und daß es deshalb gängige Praxis war, den Abstand zwischen dem Durchmesser des inneren Werkzeug und dem Innendurchmesser des Behälters klein zu halten.
Nach dem breitesten Aspekt der Erfindung können Nockenteile von inneren und/oder äußeren Werkzeugen das Reliefmuster für das Prägen tragen, wobei eine exzentrische Rotation bewirkt, daß die Nockenabschnitte paarweise den relevanten Abschnitt der Behälterwand prägen.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es das Prägen einer größeren Fläche der Behälterwand (größere Abmessung in Umfangsrichtung) ermöglicht, als dieses mit Verfahren nach dem Stand der Technik möglich ist, bei denen das Prägemuster auf einer kleineren Fläche des Werkzeugs liegen muß. Ein rotierendes/nockenförmiges Werkzeug hat z.B. den Nachteil, daß es nur eine kleine potentielle Fläche für die Musterprägung besitzt.
Ein rekonfigurierbares, insbesondere zusammenlegbares/expandierbares inneres Werkzeug ermöglicht Prägeformationen mit größerer Tiefe/Höhe, wobei das innere Werkzeug aus dem Eingriff mit der geprägten Zone heraus zusammengelegt und anschließend in axialer Richtung aus dem Innern des Behälters herausgezogen wird.
Für die geprägten Merkmale sind Tiefen-/Höhenabmessungen im Bereich 0,5 mm und darüber (sogar von 0,6 mm bis 1,2 mm und darüber) möglich, die mit Verfahren nach dem Stand der Technik nicht erreichbar waren.
Die Vorrichtung kann einen inneren Werkzeugteil umfassen, der im Innern des Behälters zu positionieren ist, und einen äußeren Werkzeugteil, der außerhalb des Behälters zu positionieren ist, wobei das innere und das äußere Werkzeug in einem Formgebungsvorgang zusammenwirken, um zwischen sich einen Teil der zylindrischen Behälterwand zu verformen, wobei die Werkzeugbetätigungseinrichtung so ausgebildet ist, daß:

(a) das innere und das äußere Werkzeug unabhängig voneinander bewegbar sind, um die Behälterwand zu verformen, und/oder
(b) die auf das äußere und das innere Werkzeug ausgeübte Verformungskraft in Krafteinwirkungszonen liegt, die auf entgegengesetzten Seiten der zu verformenden Zone der Behälterwand Abstand voneinander haben.

Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich, wie oben beschrieben, besonders zum Prägen von Behältern mit relativ großer Wandstärke (z.B. im Bereich von 0,35 mm bis 0,8 mm). Solche dickwandigen Dosen eignen sich für die Aufnahme von unter Druck stehenden Aerosol-Verbrauchsprodukten, die unter relativ hohen Drücken gespeichert werden. Es hat sich herausgestellt, daß Verfahren nach dem Stand der Technik weder dazu geeignet sind, solche dickeren Behälter zu prägen, noch die ästhetisch ansprechenden, größer dimensionierten Prägemerkmale zu erzeugen, wie dies mit der vorliegenden Erfindung möglich ist (typisch mit einer Tiefe/Höhe im Bereich von 0,3 mm bis 1,2 mm).
Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den anliegenden Ansprüchen definiert und werden durch die folgende Beschreibung verdeutlicht.
Im folgenden wird die Erfindung an einem spezifischen Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt ein Flußdiagramm eines Prozesses gemäß der Erfindung,
2 zeigt die Ansicht eines Behälters, der gemäß der Erfindung bearbeitet werden soll,
3 zeigt eine Seitenansicht des Behälters von 1 in fertig geformtem Zustand,
4 zeigt eine 360°-Ansicht eines Positionscodes gemäß der Erfindung,
5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
6 und 7 zeigen halbe Grundrißdarstellungen von Komponenten der Vorrichtung von 5,
8, 9 und 10 zeigen den Darstellungen von 5, 6 und 7 entsprechende Ansichten mit einer anderen Arbeitsstellung der Komponenten,
11 zeigt eine vergrößerte schematische Schnittansicht der Vorrichtung aus den vorangehenden Figuren in einem ersten Stadium des Umformungsprozesses,
11a zeigt eine Detailansicht des Formwerkzeugs und der Behälterwand in dem Arbeitsstadium von 11,
12, 12a bis 16, 16a zeigen den Darstellungen von 11 und 11a entsprechende Ansichten,
17 zeigt eine schematische Schnittansicht einer geprägten Zone einer Behälterwand.
Es sei nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die Vorrichtung und das Verfahren betreffen das plastische Verformen (Prägen oder Tiefprägen) der Umfangswand eines Aluminiumbehälters 1 an einer vorbestimmten Position relativ zu einem vorgedruckten dekorativen Muster auf der Außenwand des Behälters. Wenn die Prägeverformung mit dem gedruckten dekorativen Muster zusammenfallen soll, wird dies auf dem einschlägigen Fachgebiet als registerhaltiges Prägen bezeichnet.
Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel soll ein Muster 50, das einer Reihe von drei in axialem Abstand angeordnete bogenförmige Rillen entspricht, an um 180° versetzten Stellen auf der Behälterwand geprägt werden (siehe 16a). Aus ästhetischen Gründen ist es wichtig, daß die Stelle, an der das Muster 50 geprägt wird, auf das gedruckte Muster auf der Wand des Behälters 1 abgestimmt ist. Die Abstimmung der axialen Ausrichtung des Behälters 1 mit dem Werkzeug zur Durchführung der Verformung ist deshalb kritisch.
Wie aus 5 bis 7 hervorgeht, besitzt die Umformvorrichtung 2 einen vertikal orientierten Drehtisch 3, der (um eine horizontale Achse) in Rastschritten nacheinander an in Drehrichtung fortschreitende Stellen gedreht wird. Um die Peripherie des Drehtisches 3 ist im Abstand eine Reihe von Behälter-Haltestationen mit Spannfuttern 4 angeordnet. Die Behälter werden dem Drehtisch aufeinanderfolgend in zufälligen axialen Orientierungen zugeführt und einzeln in einem entsprechenden Spannfutter 4 aufgenommen und um die Behälterbasis 5 herum sicher eingeklemmt.
Dem Drehtisch 3 gegenüber befindet sich ein vertikal orientierter Umformtisch 6, der in im Abstand angeordneten Werkzeugstationen 7 eine Reihe von Verformungswerkzeugen trägt. Den sukzessiven Rastdrehbewegungen des Drehtischs 3 folgend wird der Tisch 6 aus einer zurückgezogenen Position (5) in eine vorgebrachte Position vorbewegt (8). Bei der Bewegung in die vorgebrachte Position führen die betreffenden Werkzeuge in den Werkzeugstationen 7 Verformungsoperationen an den Umfangswänden der Behälter in der Nähe ihrer offenen Enden 8 durch. Aufeinanderfolgende Werkzeugstationen 7 führen in dem Prozeß aufeinanderfolgende spezifische Verformungen aus. Dieser Prozeß ist allgemein bekannt und wird beim Stand der Technik benutzt. Er wird häufig als Einschnürung [Necking] bezeichnet. Es lassen sich eingeschnürte Muster mit verschiedenen Hals-/Schulterprofilen, wie z.B. das in 3 dargestellte, erzeugen.
Eine Einschnürungsvorrichtung arbeitet typischerweise mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 Behältern pro Minute, was eine typische Bearbeitungszeit an jeder Umformstation in der Größenordnung von 0,3 Sekunden ergibt. In dieser Zeit muß der Werkzeugtisch 6 axial in die vorgebrachte Position bewegt werden, das Werkzeug an der jeweiligen Station den betreffenden Behälter kontaktieren und eine Stufe in dem Einschnürungsprozeß verformen, und der Werkzeugtisch 6 muß zurückgezogen werden.
Gemäß der Erfindung trägt der Werkzeugtisch zusätzlich zu dem Einschnürungs-/Schulter-Umformwerkzeug in den Stationen 7 in einer Prägestation 9 das Prägewerkzeug 10. Das Prägewerkzeug (das in 11 bis 16 am deutlichsten dargestellt ist) umfaßt innere Umformwerkzeugteile 11a, 11b von entsprechenden Arme 11 eines expandierbaren inneren Werkzeugdorns 15. Die Werkzeugteile 11a, 11b tragen jeweils weibliche Prägeformationen 12.
Das Prägewerkzeug 10 umfaßt außerdem eine äußere Werkzeuganordnung mit entsprechenden Armen 13, welche Werkzeugteile 13a, 13b mit komplementären männlichen Prägeformationen 14 tragen. Wenn der Tisch 7 in die vorgebrachte Position bewegt wird, werden die inneren Werkzeugteile 11a, 11b innen in dem Behälter in nahem Abstand von der Wand des Behälters 1 positioniert; während die entsprechenden äußeren Werkzeugteile 13a, 13b außerhalb des Behälters in nahem Abstand von der Wand des Behälters 1 positioniert werden.
Der innere Dorn 15 ist aus der in 11 dargestellten zusammengelegten Position (in der die Werkzeuge 11a, 11b Abstand von der Innenwand des Behälters 1 haben) expandierbar, um die Werkzeugteile 11a, 11b in eine Position mit einem relativen Zwischenraum zu bewegen, in der sie an der Innenwand des Behälters 1 zur Anlage kommen (siehe 12). Eine langgestreckte Antriebsstange 16 ist in Längsrichtung bewegbar, um die Expansion und die Kontraktion des Dorns 15 und die daraus resultierende Bewegung der Werkzeugteile 11a, 11b voneinander weg und zueinander hin zu bewirken. Ein Nockenkopfteil 17 der Antriebsstange 16 bewirkt das Expandieren des Dorns 15, wenn sich die Antriebsstange 16 in Richtung des Pfeils A bewegt. Der Nockenkopfteil 17 wirkt gegen schräge Keilflächen 65 der Werkzeugteile 11a, 11b und verursacht die Expansion (das Voneinanderwegbewegen) der Werkzeugteile 11a, 11b. Die Rückstellkraft (Elastizität) der Arme 11 spannt den Dorn 15 in die geschlossene Position vor, wenn die Stange 16 sich in Richtung des Pfeils B bewegt.
Äußere Werkzeugarme 13 sind unter dem Einfluß von Schließnockenarmen 20 des Stellglieds 21, die auf eine Nockenschulter 13c der jeweiligen Arme 13 einwirken, aufeinander zu- und voneinander wegbewegbar. Die Bewegung des Stellglieds 21 in Richtung des Pfeils D bewirkt, daß die äußeren Werkzeugteile 13a zusammengezogen werden. Die Bewegung des Stellglieds 21 in Richtung des Pfeils E bewirkt, daß die äußeren Werkzeugteile 13a relativ voneinander getrennt werden. Die Arme 13 und 11 der äußeren Werkzeuganordnung und des inneren Dorns werden von einem Nockenhaltering 22 gehalten. Die Arme 11, 13 werden relativ zu dem Haltering 22 elastisch gebogen, wenn die Stellglieder 21, 16 arbeiten.
Als Alternative zu der Nocken-/Keilbetätigungsanordnung können auch andere Stellglieder, wie hydraulische/pneumatische, elektromagnetische Stellglieder (d.h. Magnetstellglieder), elektrische (Servo-/Schritt)-Motoren usw. benutzt werden.
Die Arbeitsweise des Prägewerkzeugs ist so, daß der innere Dorn 15 so betätigbar ist, daß er unabhängig von der Betätigung der äußeren Werkzeugteile 13a expandiert und kontraktiert wird.
Der innere Dorn 15 (der die Arme 11 umfaßt) und das äußere Werkzeug (das die Arme 13 umfaßt), die mit dem Nockenhalterring 22 verbunden sind, sind im Einklang miteinander relativ zu dem Tisch 6 um die Achse des Dorns 15 drehbar. Zu diesem Zweck sind Lager 25 vorgesehen. Ein Servomotor (oder Schrittmotor) 26 ist über ein geeignetes Zahnradgetriebe angekuppelt und bewirkt eine gesteuerte Drehung des Werkzeugs 10 relativ zu dem Tisch 6, wie dies weiter unten näher erläutert wird.
Wenn das Werkzeug 10 sich in der in 11 dargestellten Position befindet, wird der Dorn 15 durch Bewegen der Antriebsstange 16 in Richtung des Pfeils A expandiert und bewirkt, daß die inneren Werkzeugteile 11a an der inneren Umfangswand des Zylinders 1 zur Anlage kommen und die in 12, 12a dargestellte Konfiguration annehmen. Als Nächstes bewegt sich das Stellglied 21 in Richtung des Pfeils D und bewirkt, daß die Nockenarme 20 auf die Nockenschulter 13 einwirken und die Arme 13 zueinander biegen. Dadurch kommen die äußeren Werkzeugteile 13a an der zylindrischen Wand des Behälters 1 zur Anlage, wobei Vorsprünge 14 das Material der Wand des Behälters 1 in die jeweiligen komplementären Aufnahmeformationen 12 an den inneren Werkzeugteilen 11a hinein verformen.
Die Verformungswerkzeugteile 11a, 13a können Komponenten aus hartem Werkzeugstahl sein oder aus anderen Materialien bestehen. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das eine oder andere der Werkzeugteile ein anpassungsfähiges Material, wie Plastik, einen Polymerwerkstoff oder dgl. aufweisen.
Ein wichtiges Merkmal besteht darin, daß die inneren Werkzeugteile die nicht zu verformenden Teile der Behälterwand während der Verformung zur Erzeugung der geprägten Muster 50 unterstützen. In diesem Stadium der Prozedur entsprechende Situation ist in 13, 13a dargestellt. Die Konfiguration und Anordnung der Nockenarme 20, der Nockenschultern 13a des äußeren Prägewerkzeugs und der schrägen (oder keilförmigen) Nockenfläche der inneren Werkzeugteile 11a (die mit dem Nockenkopf 17 der Stange 16 zusammenwirken) sorgen dafür, daß die Prägekrafteigenschaften der Anordnung gesteuert werden können, um ein gleichmäßiges Prägen über die gesamte Fläche der geprägten Muster 50 zu gewährleisten. Die Wirkung der äußeren Nockenkraft auf die äußeren Werkzeugteile 13a liegt hinter den Prägeformationen 14, die Wirkung der inneren Nockenkraft auf die inneren Werkzeugteile 11a liegt vor den Prägeformationen 12. Die Kräfte gleichen sich aus, um über die gesamte Zone des geprägten Musters 50 ein endgültiges Prägemuster mit konsistenten Tiefenformationen zu erzeugen.
Als Nächstes kehrt das Stellglied 21 in seine Startposition zurück (Pfeil E), so daß die Arme 13 des äußeren Werkzeugs nach außen in ihre Normalposition zurückfedern können. Dadurch lösen sich die Werkzeugteile 13a aus dem Prägeeingriff mit der Außenfläche des Behälters 1. Die diesem Stadium der Prozedur entsprechende Situation ist in 14, 14a dargestellt.
In dem nächsten Stadium der Prozedur wird der innere Dorn zusammengelegt, wobei die Werkzeugteile 11a aus dem Anschlag an der Innenwand des Zylinders 1 herausbewegt werden. Die diesem Stadium der Prozedur entsprechende Situation ist in 15, 15a dargestellt.
Schließlich wird der Werkzeugtisch 6 von dem Drehtisch 3 zurückgezogen, wobei das Werkzeug 10 aus dem Behälter herausgezogen wird. Die diesem Stadium der Prozedur entsprechende Situation ist in 16, 16a dargestellt.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Bewegung der Werkzeuge zur Durchführung des Prägens ausschließlich eine Translationsbewegung. Es ist jedoch auch denkbar, ein drehbares äußeres/inneres Prägewerkzeug zu benutzen, wie dies im Stand der Technik allgemein bekannt ist.
Der Drehtisch wird dann in Drehrichtung fortgeschaltet, wobei der geprägte Behälter zu der nächsten Werkzeugstation 7 bewegt und in der Station 9 ein frischer Behälter zu dem Prägewerkzeug 10 ausgerichtet wird.
Die beschriebenen Prägestadien entsprechen den Stadien 106 bis 112 in dem Flußdiagramm von 1.
Es ist wichtig, daß der Behälter 1 und das Werkzeug 11 vor der Annäherung des Prägewerkzeugs 10 an einen in dem Tisch 3 festgeklemmten Behälter 1 (11 und Stadium 106 von 1) in Drehrichtung genau ausgerichtet sind, um sicherzustellen, daß das geprägte Muster 50 relativ zu dem gedruckten Muster auf der Außenseite des Behälters genau positioniert ist.
Gemäß vorliegender Erfindung wird dies in einfacher Weise dadurch erreicht, daß die Position eines entsprechenden Behälters 1 überprüft wird, während dieser in einem Spannfutter 4 des Drehtischs 3 bereits fest eingespannt ist, und das Prägewerkzeug 10 durch Drehung in die erforderliche Position ausgerichtet wird. Dieses Verfahren ist besonders bequem und vorteilhaft, weil nur für eine Anordnung (nämlich das Prägewerkzeug 10) ein Drehantrieb benötigt wird. Die Spannfutter 4 können relativ zu dem Tisch 3 fest sein und Behälter in zufälligen axialen Drehrichtungen aufnehmen. Dadurch wird die Zahl der beweglichen Teile für die Vorrichtung minimiert, und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung wird optimiert.
Die offenen Enden 8 von unverformten Behältern 1, die sich der Vorrichtung 2 nähern, besitzen Ränder 30, die mit einem kodierten Markierungsband 31 bedruckt sind, das eine Reihe von in Abstand angeordneten Codelöchern oder -streifen 32 aufweist (die am deutlichsten in 4 dargestellt sind). Jeder Codeblock-/-streifen 32 umfaßt eine Spalte mit sechs Datenpunktzonen, die in einer vorbestimmten Sequenz dunkel oder hell gefärbt sind.
Wenn der Behälter 1 in zufälliger Orientierung in ein entsprechendes Spannfutter 4 eingeklemmt ist, betrachtet eine CCD-Kamera (Kamera mit ladungsgekoppelter Vorrichtung) 60 einen Abschnitt des Codes in ihrem Blickfeld. Die dem betrachteten Code entsprechenden Daten werden mit den Daten verglichen, die in einem Speicher (einer Steuerung 70) für das kodierte Band gespeichert sind, und die Position der Dose relativ zu einer Referenzposition wird bestimmt. Der Grad der Nachausrichtung in Drehrichtung, der erforderlich ist, um das Prägewerkzeug 10 mit der Referenz für den betreffenden Behälter in Übereinstimmung zu bringen, ist in dem Speicher der Hauptsteuerung 70 der Vorrichtung gespeichert. Wenn der betreffende Behälter 10 weitergeschaltet wird, damit er dem Prägewerkzeug 10 gegenüberliegt, bewirkt die Steuerung eine Neupositionierung des Werkzeugs 10 in Drehrichtung, um sicherzustellen, daß das Prägen in der korrekten Zone auf der Umfangsfläche des Behälters 1 stattfindet. Wenn die Steuerung 70 die Winkelposition des Werkzeug relativ zu der auf dem Behälter zu prägenden Winkelposition prüft, benutzt sie eine Entscheidungsroutine, um festzustellen, ob eine Drehung des Werkzeugs 10 im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn den kürzesten Weg zu der Referenzposition ergibt, und initiiert dementsprechend die erforderliche Drehrichtung des Servomotors 26. Dies ist ein wichtiges Merkmal des Systems, das es ermöglicht, die Drehung des Werkzeugs in einem genügend kurzen Zeitrahmen durchzuführen, der innerhalb des Fortschaltintervalls des Drehtischs 3 untergebracht werden muß.
Das Kodierblocksystem 32 ist in Wirklichkeit ein Binärcode und sorgt dafür, daß die CCD-Kamera den Code genau und klar lesen und die Position des Behälters relativ zu der Referenz des Werkzeugs 10 durch den Überblick über nur ein kleinen Teil des Codes bestimmen kann (z.B. können zwei benachbarte Blöcke 32 eine große Anzahl von eindeutig kodierten Konfigurationen aufweisen). Die Kodierblöcke 32 bestehen aus vertikalen Datenpunktketten (senkrecht zur Ausdehnungsrichtung des Kodierbandes 31), die jeweils dunkle und helle Datenpunktzonen (Rechtecke) enthalten. Jeder vertikale Block 32 umfaßt sechs Datenpunktzonen. Diese Anordnung hat Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Barcodeanordnung, insbesondere in einer industriellen Umgebung, in der Änderungen der Lichtintensität, mechanische Vibrationen und dgl. auftreten können.
Wie aus 4 erkennbar ist, enthält das Kodierband 31 ein Codeblockmuster, das sich in 180°-Abständen wiederholt, weil das Werkzeug 10 in dem Ausführungsbeispiel so angeordnet ist, daß es in Abständen von 180° das gleiche Muster prägt.
Das System zur Positionsbestimmung und die Rotationssteuerung des Werkzeugs 10 sind in Blöcken 102 bis 105 des Flußdiagramms von 1 dargestellt.
Das Kodierband 31 kann bequem gleichzeitig mit dem Muster auf der Außenseite des Behälters gedruckt werden. Die Ausbildung des Halses z.B. zur Herstellung eines Ventilsitzes 39 (3) verbirgt in dem Fertigprodukt den Blick auf das Kodierband.
Als Alternative zu der optischen, visuellen panoramaartigen Erfassung des Kodierbands 31 könnte ein weniger bevorzugtes Verfahren auch darin bestehen, eine alternative visuelle Marke oder eine physikalische Marke (z.B. eine Verformung in der Behälterwand) zu benutzen, die physikalisch abgetastet werden kann.
Es sei nun auf 17 Bezug genommen. Das Verfahren wird in spezieller Weise umgesteuert, um ästhetisch ansprechende geprägte Formationen 50 zu erzeugen, die eine größere Höhen-/Tiefendimension (d) (typischerweise im Bereich von 0,3 mm bis 1,2 mm) haben, als dies mit Verfahren nach dem Stand der Technik möglich war. Außerdem ist dies bei Behältern mit größerer Wandstärke (t) möglich, als solchen, die in der Vergangenheit erfolgreich geprägt wurden. Verfahren nach dem Stand der Technik waren erfolgreich beim Prägen von Aluminiumbehältern mit Wandstärken von 0,075 mm bis 0,15 mm. Das vorliegende Verfahren ist in der Lage, Aluminiumbehälter mit einer Wandstärke von mehr als 0,15 mm, sogar im Bereich von 0,25 mm bis 0,8 mm zu prägen. Mit dem Verfahren lassen sich deshalb Aerosoldruckbehälter für Verbraucherprodukte erzeugen, was mit Verfahren nach dem Stand der Technik nicht möglich war. Für solche Druck-Aerosolprodukte werden speziell geprägte, nahtlose Monoblock-Behälter aus Aluminium benutzt (die typischerweise eine empfindliche innere korrosionsverhindernde Beschichtung oder Auflage haben, die das Behältermaterial gegen das Verbraucherprodukt schützt). Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Prägen (insbesondere das registerhaltige Prägen) von solchen Behältern.
Als Alternative zu dem oben beschriebenen Verfahren, bei dem das Prägewerkzeug gedreht wird, unmittelbar bevor der Behälter in dem Spannfutter 4 angeordnet und befestigt wird, um Übereinstimmung mit der Bezugslage herzustellen, kann die Position des Behälters auch optisch überwacht werden, um seine Orientierung relativ zu der Bezugslage zu bestimmen. Wenn die Orientierung des Behälters 1 von der gewünschten voreingestellten Bezugslage abweicht, die in das System einprogrammiert ist, wird der Behälter automatisch um seine Längsachse gedreht, um den Behälter 1 in die voreingestellte Bezugsposition zu bringen. Wenn der Behälter sich in der erforderlichen Bezugsposition befindet, wird der Behälter automatisch in das Spannfutter 4 der Haltestation eingeführt und fest eingespannt. Auf diese Weise werden die relative Umfangsposition des gedruckten Musters auf der Behälterwand und die Position des Werkzeugs aufeinander abgestimmt. Eine anschließende Justierung der relativen Position des Behälters und des Werkzeugs ist nicht erforderlich. Dieses Verfahren wird jedoch weniger vorteilhaft als das zuerst beschriebene Verfahren, bei dem das Prägewerkzeug 10 neu ausgerichtet wird.
Die Erfindung wurde primär in Bezug auf das Prägen von Aluminiumbehältern mit relativ dünnen Wandstärken (typischerweise etwa im Bereich von 0,25 mm bis 0,8 mm) beschrieben. Es ist für den einschlägigen Fachmann jedoch offensichtlich, daß die wesentlichen Merkmale der Erfindung auch auf das Prägen dünnwandiger Behälter/Körper aus anderen Materialien, wie Stahl, Weißblech, lackierte, plastizierte Metallbehältermaterialien und andere Nichteisen- oder Nichtmetallwerkstoffe anwendbar ist.

Claims

Verfahren zum Verformen eines dünnwandigen Körpers (1), das mit einem zuvor auf der Wand des Körpers aufgebrachten Musters zu koordinieren ist, und bei dem eine oder mehrere Operationen, darunter das Einschnüren des Körpers, ausgeführt werden, wobei das Verfahren umfaßt: i) Halten des Körpers fest in einem Spannfutter (4) einer Haltestation eines Mehrstationen-Haltetischs (3), wobei das Spannfutter so angeordnet ist, daß es den jeweiligen Körper undrehbar aufspannt, ii) Vorbewegen eines Mehrstationen-Werkzeugtischs (6) relativ zu dem Haltetisch (3) in der Weise, daß an einer Werkzeugstation (10) zur koordinierten Verformung ein innerer Werkzeugteil (11) in das Innere des Körpers eingeführt wird und ein äußerer Werkzeugteil (13) außerhalb des Körpers positioniert wird, während der Körper in der Haltestation fest aufgespannt ist, und iii) Betätigen des Werkzeugs (10, 13), um den Körper in einer vorbestimmten Wandzone anzugreifen und zu verformen, die mit dem zuvor auf der Wand des Körpers aufgebrachten Musters zu koordinieren ist, während der Körper in einer festgelegten Orientierung in der Haltestation aufgespannt ist, wobei der Werkzeugtisch (6) und der Haltetisch (39 relativ zueinander durch Drehung weiterschaltbar sind, um die Körper nacheinander zu der Werkzeugstation (10) für die koordinierte Verformung heranzuführen, die vorbestimmte Wandzone durch Drehen des Körpers um eine Achse mit dem Werkzeug ausgerichtet wird, und dann für das koordinierte Verformen der Wand des Körpers (1) in dem Spannfutter (4) der Haltestation in der genannten festgelegten Orientierung festgehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Körper optisch überwacht wird, um seine Orientierung relativ zu einer Bezugsposition zu ermitteln, und anschließend um die genannte Achse in eine Bezugsorientierung gedreht wird, wobei der Körper in der Bezugsorientierung in das Spannfutter (4) der Haltestation eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Einschnüren und die koordinierte Verformung des Körpers an getrennten Werkzeugstationen (7, 10) eines entsprechenden Werkzeugtischs (6) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Einschnüren und die koordinierte Verformung des Körpers durchgeführt werden, während der Körper in dem gleichen Spannfutter (4) gehalten wird, das für die koordinierte Verformung neu ausgerichtet wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Werkzeugtisch (6) zusätzlich zu dem Werkzeug (10) für die koordinierte Verformung ein Einschnürungs- und Schulterformungswerkzeug (7) trägt.
Vorrichtung zum Verformen eines dünnwandigen Körpers (1), wobei die Vorrichtung aufweist: i) einen Mehrstationen-Haltetisch (3) mit Haltestationen, die jeweils ein Spannfutter (4) zum undrehbaren sicheren Aufspannen eines Körpers (1) umfassen, ii) einen Mehrstationen-Werkzeugtisch (6), der in der Nähe des Haltetischs (3) positioniert ist, wobei der Werkzeugtisch (6) und der Haltetisch (3) relativ zueinander durch Drehung weiterschaltbar sind, um die Körper für die Verformung sukzessiv an entsprechende Werkzeugstationen (7) heranzuführen, und wobei der Werkzeugtisch (6) relativ zu dem Haltetisch vorbewegbar ist, eine Werkzeugstation (10) des Werkzeugtischs (6) für die koordinierte Verformung mit einem inneren Werkzeugteil (11) und einem äußeren Werkzeugteil (13), die so angeordnet sind, daß sie gemeinsam mit dem Inneren bzw. mit dem Äußeren des Körpers (1) in Eingriff kommen, um den Körper in einer in Bezug auf ein zuvor auf der Wand des Körpers (1) aufgebrachtes Muster vorbestimmten Wandzone auf dem Körper zu verformen, während der Körper in dem Spannfutter (4) einer entsprechenden Haltestation fest aufgespannt ist, iii) eine Ermittlungs- und Neuorientierungsanordnung (60, 70), um die Orientierung des Körpers relativ zu einer gegebenen Referenzlage zu ermitteln und eine Neuorientierung des Körpers um eine Achse des Körpers zu ermöglichen, um Übereinstimmung mit der Bezugslage herzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 6 mit einer optischen Überwachungseinrichtung (60), um die Orientierung des Körpers relativ zu der Bezugslage zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, ferner mit einer Einschnürungsvorrichtung zur Durchführung einer Einschnürungsoperation an dem Körper.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Werkzeugtisch eine Einschnürungsstation (7) aufweist, zu der der Körper weitergeschaltet wird.