NO178959B - Fremgangsmåte og innretning for forming av flere aksialt forlöpende, ytre, konkave riller i et sylindrisk bokselement - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for forming av flere aksialt forløpende, ytre, konkave riller i et sylindrisk bokselement, omfattende de trinn at det sylindriske bokselementet anbringes på en indre, profilert hylse, og at hylsen rulles i forhold til et ytre formeelement, for derved å deformere et parti av det sylindriske bokselementet mellom hylsen og formeelementet, for å forme rillene.

Oppfinnelsen angår dessuten en innretning for forming av flere aksialt forløpende, ytre, konkave riller i et sylindrisk bokselement, idet rillene avsluttes innenfor endene av bokselementet, omfattende en profilert hylse med en maksimal diameter som er mindre enn den minste diameter til det sylindriske bokselementet, et ytre formeelement, midler for å anbringe et sylindrisk bokselement utenpå hylsen, og midler for å rulle hylsen i forhold til formeelementet for å deformere et parti av det sylindriske bokselementet mellom hylsen og formeelementet for å forme rillene.

Et slikt bokselement omfatter en bunn og en oppragende sylindrisk sidevegg med radius R, idet et parti av sideveggen er utformet med flere aksialt forløpende, ytre, konkave riller som i lengderetningen avsluttes innenfor endene av bokselementet og som avgrenser en rillet profil i dette parti av sideveggen, idet hver rilleprofil omfatter et delsirkulært ytre, konkavt parti med radius U som befinner seg inne i sirkelen til den sylindriske sideveggen, og idet de konkave partier av rilleprofilene henger sammen med denne sirkelen via delsirkulære, ytre, konvekse partier med radius P, idet radiene U og P forholder seg til radien R i henhold til ligningen R = U + 2P og idet sirklene til de ytre, konvekse partier er tangentiale både med sirklene til de konkave partier og med sirkelen til den sylindriske sideveggen.

Et bokselement som angitt innledningsvis er beskrevet i GB-patentsøknad 2237550.

US-PS 4.578.976 beskriver en innretning for preging av et bokselement, omfattende en pregehylse for holding av bokselementet, og som har aksialt ragende ribber fordelt i omkretsretningen på utsiden, hvilke kan bringes mot et ettergivende formeelement, slik at parallelle, aksialt ragende

brettelinjer dannes på bokselementet.

Den foreliggende oppfinnelse angår en forbedring ved en fremgangsmåte og en innretning for fremstilling av slike bokselementer.

Fremgangsmåten og innretningen kan benyttes for fremstilling av slike bokselementer med riller som ligger nær inntil hverandre, slik at det mellom rillene er mønelignende partier, dvs at det ikke finnes sirkelsylindriske flater i boksenes rilleområder.

Fremgangsmåten og innretningen kan også benyttes for fremstilling av bokselementer på hvilke i det minste noen naboriller er adskilt av sylindriske, jevne veggpartier, f.eks. hvert med en bredde som utgjør mellom 20 og 60 % av bredden til en rille. Dermed er bokselementet bedre egnet til påføring av etiketter. Mere vesentlig er imidlertid at fremstillingen forenkles. Når det skal fremstilles bokselementer uten slike jevne veggpartier er det vesentlig at henholdsvis den først og sist dannede rille blir liggende inntil hverandre, uten delvis å overlappe hverandre og uten at det dannes noe mellomrom mellom disse rillene. Dette krever høy nøyaktighet. Når det derimot er mellomrom mellom rillene kan det tillates et visst slingringsmonn for bredden av de jevne veggpartiene, uten at dette betyr noe for utseendet av bokselementet.

For utformingen av den rillete profil er det to hoved-kriterier. Det første er at konturen til det ferdig formede bokselementet i det rillete område er lik den opprinnelige omkretsen til bokselementet, slik at formingen innebærer minst mulig materialtøyning, verktøyslitasje og skade på bokselementet. Det andre er at omkretsen forblir konstant, dvs at de ytterste punktene i det rillete området ligger på den samme diameter som det opprinnelige bokselementet. Dette er viktig for den etterfølgende etikettering og håndtering.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at det benyttes en hylse med en profil som omfatter et helt antall aksialt forløpende, ytre, konkave, komplette riller som er mindre enn antall riller på det ferdige bokselement, og som avsluttes innenfor endene av hylsen, og at en skinne benyttes som det ytre formeelement.

Innretningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at profilen til hylsen omfatter et helt antall aksialt forløpende, ytre, konkave riller som er mindre enn antall riller på det ferdige bokselementet, og som avsluttes innenfor endene av hylsen, og at formeelementet er en langstrakt skinne.

Utførelser av bokselementer som kan fremstilles ved bruk av - fremgangsmåten og innretningen i henhold til oppfinnelsen, samt utførelser av en innretning i henhold til oppfinnelsen skal i det følgende beskrives med henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser skjematisk en del av profilen til det rillete partiet av et bokselement, og en første utførelse av et bokselement.

Fig. 2 og 3 viser boksprofiler før og under fremstilling.

Fig. 4 viser bokselementet sett fra siden.

Fig. 5 viser en rekke delvise profiler i bokselementet i

fig. 4, sett etter linjer A-A til E-E i fig. 4.

Fig. 6 er en splittet, skjematisk projeksjon av en del av hylseprofilen (vist til venstre) og bokselement-profilen (vist til høyre). Fig. 7 er en sideprojeksjon av en hylse som benyttes ved forming av bokselementet. Fig. 8 er et tverrsnitt av hylsen vist i fig. 7, sett etter

linjen X-X.

Fig. 9 viser skjematisk og i perspektiv en innretning for

forming av et bokselement.

Fig. 10 viser skjematisk hylsen og skinnen i fig. 9.

Fig. 11 viser skjematisk en alternativ hylse og skinne for

forming av et bokselement.

Fig. 12 er en perspektivskisse av hylsen i fig. 11.

Fig. 13 er en sideprojeksjon av en annen utførelse av et

bokselement.

Fig. 14 er et snitt etter linjen XIII-XIII i fig. 13.

Fig. 15 viser forstørret et parti av den rillete profilen

til bokselementet i fig. 13 og 14.

Fig. 16 er et horisontalt tverrsnitt gjennom en annen

utførelse av et bokselement.

Med henvisning til fig. 1-3 fremgår det at et rillet parti av et bokselement 1 har en profil som består av utvendig konvekse toppartier 2 med radius P, vekselvis med utvendig konkave rillepartier 3 med radius U. Partiene 2 og 3 har konstant radius i hele sin utstrekning i omkretsretningen, og går jevnt over i hverandre. Dette er oppnådd ved å gjøre sirklene 4, 5 til partiene 2, 3 tangentiale med hverandre i overgangene 6 mellom de konvekse og konkave partier. Sirklene 4 er også tangentiale til sirkelen til den sylindriske sideveggen.

Ettersom profilen er dannet utelukkende av delsirkulære områder er den følgende analyse mulig.

Med vinkelverdier i radianer:

Buelengde BE = RX

Buelengde BC = (X+Y)P

Buelengde CD = UY

Ett av hovedvilkårene for utformingen er at omkretsen til det rillete partiet av bokselementet forblir uendret ved dannelsen av rillene. Det kreves således at

BE = BC+CD

og innsetting i denne ligningen gir

Løsning horisontalt. Divisjon av (2) med (1) gir

og løsning av dette gir

X = Y

Innsetting av dette i (1) gir

Med et bokselement med kjent radius kan profilene til det rillete partiet bestemmes ved valg av toppradien P og antallet riller.

Forholdet mellom rilleradius og toppradius er fortrinnsvis i det minst 20:1, og dette store forholdet medfører stor rilledybde. Fordeler med rilledybden er som følger: a) øket styrke i den vertikale bjelken som dannes ved toppene, slik at når boksen utsettes for ytre overtrykk

bøyes bjelken innover uten bukling,

b) forbedret motstandsevne ved hardhendt behandling av boksen etter fylling, også på grunn av bjelkestyrken, c) minsket tendens til at rillene bretter seg permanent ut under behandling, når det er et høyt indre trykk.

Toppradien bør ikke være for liten, ettersom dette kan bevirke lokale spenningskonsentrasjoner under forming, behandling eller håndtering som kan føre til materialsprekker. Forholdet mellom toppradien og materialtykkelsen bør være mellom 5:1 og 20:1, og særlig 10:1.

Det optimale antall riller for en gitt anvendelse avhenger av sideforholdet til beholderen, materialtypen og hardheten, materialtykkelsen, produkttypen, forholdet mellom produkt- og beholdervolum, tilstandene ved fylling, behandling og lagring og kravene til håndtering.

Et lite antall riller forbedrer behandlingen og motstandsevnen, men minsker det effektive fyllevolumet, evnen til forming av profilen og etikettering av beholderen.

Når det gjelder bokser for matvarer er det en annen forenklende faktor for bestemmelsen av det optimale antall riller for en gitt anvendelse, og denne er at antallet riller må være et multiplum av 3. Grunnen til dette fremgår med henvisning til fig. 3. Når boksen utsettes for et ytre overtrykk minsker volumet på grunn av en elastisk mekanisme, ved at hvert felt er dannet av to hele riller som bøyer seg radialt innover, og to halve riller som deformeres til en konveks profil og effektivt danner et elastisk hengsel.

Ved å kombinere prinsippet med et multiplum av 3 med forming, behandling, etikettering og motstandsevne ved hardhendt behandling blir antall riller ved anvendelser som boks for matvarer 12, 15, 18 og 21, og særlig 15 og 18. For en forbeholder som er 73 mm i diameter og 110 mm høy er det optimale 15 riller.

Til forskjell fra konvensjonell forming av en rundtgående vulst må hver vertikale rille formes fullstendig i en enkelt operasjon før den neste rillen formes. Boksen formes således ved en enkelt omdreining av en hylse, slik det skal beskrives i det følgende.

Grunnen til dette ligger i kravene til konstant omkrets og konstant omskrevet sirkel, slik at dersom rillen formes til full dybde vil det finnes overskytende material som fører til feilaktig rilledeling.

For å forme rillene kan det benyttes en indre hylse som ruller mot en ytre skinne. Den indre hylsen må ha mindre diameter enn boksen, fordi det ellers ville være umulig å fjerne boksen fra hylsen etter formingen.

Hylsen må ha et helt antall riller, og f.eks. dersom boksen har 15 riller må hylsen ha et helt antall riller som er mindre enn 15. I praksis bestemmes den nedre grensen for antall riller i hylsen hovedsakelig av kravene til stivhet i hylsen, og for en boks med 15 riller er den nedre grensen som gir tilstrekkelig stivhet omtrent seks riller i hylsen.

Fig. 4 og 5 viser formen til boksprofilen ved toppen og bunnen av rillen. Dette er gjort ved å projisere en halv oval mot den sylindriske boksflaten, og å avgrense rundtgående snitt på tvers av ovalen slik at disse har konstant omskrevet sirkel og konstant omkrets.

Ved en betraktning av kurvene DD-AA i fig. 5 vil det sees at profilene til toppene 2 i dette område er avbrutt av et sylindrisk parti 8. De konkave rillesnitt i denne profilen har den samme radius U, men blir progressivt grunnere. Disse grunne rillesnitt har den dimensjonen som vil opptre i det midtre område av et bokselement som har henholdsvis 17, 22, 30 og 45 riller. På denne måten overholdes kravet til konstant omkrets i disse endeområder av rillene, og rillene avsluttes innenfor enden av bokselementet, dvs at de har en lukket omkrets som avgrenser endene og sidene til rillene. For å forme slike riller er det viktig at rillene på hylsen også avsluttes innenfor endene av hylsen.

Fordelene med den halve ovalformen er minimal materialtøyning, og god evne til å tåle aksial belastning. En plutselig endring av profilen ville bevirke høy spenningskonsentrasjon og svikt på dette sted ved aksial belastning.

Fig. 6 viser et splittet snitt gjennom en rille, i hylsepro filen til venstre og i boksprofilen til høyre.

Det er benyttet de følgende betegnelser:

R - Innvendig boksradius.

M - Hylseradius.

P - Toppradius på hylse og boks.

N - Antall riller i boksen.

T - Forskjell mellom antall riller i boksen og hylsen. A - Halv rillevinkel i boksen.

B - Halv rillevinkel i hylsen.

F - Halv koinsidensrillevinkel i hylsen.

U - Rilleradius i boksen.

V - Rilleradius i hylsen.

D - Rilledybde i boksen.

E - Rilledybde i hylsen.

S - Tilbakefjæringsdybde i boksen.

K - Tilbakefjæringsfaktor, K = S/D.

W - Halve rillebredden.

J - Materialtykkelse

Hylseradius

Innsetting av (5) og (6) i (7) : Rilledybde i boks

Innsetting av (4) i (9): Rilledybde i hylse

Rilleradius i hylse

Med eksperimentelle resultater er det påvist at for en gitt materialtykkelse og hardhet er tilbakefjæringsdybden S proporsjonal med rilledybden i boksen.

Innsetting av (10) og (11) i (14):

R sin A = P(sin B + sin F) + V sin F

hvilket gir:

Innsetting av (16) i (15):

Ligning (17) kan benyttes for å løses gjentatt for F, som kan innsettes i (16) for bestemmelse av V.

Følgende tabell viser et eksempel på bruk av disse ligninger for utforming av en hylse med 12 riller for en boks med 15 riller. Den første tallrekken benyttes for hovedprofilen og resten benyttes for å bestemme snitt gjennom de halvovale endeprofiler av rillene.

Lengdedimensjoner i millimeter

Fig. 7 og 8 viser en hylse 11 som er utformet i henhold til det ovenstående. Hylsen har 12 riller for forming av et bokselement med 15 riller. Hylsen kan også være utformet med en ytre vulst ved bunnen, for forming av en vulst på bokselementet, slik som vist i fig. 9 og 13.

Det er kjent maskiner (f.eks. som vist i US-PS 4.512.490) som former vertikale riller i bokser ved bruk av en kompakt indre og ytre hylse. En foretrukket fremgangsmåte er imidletid å benytte en indre hylse som løper mot en ytre formeskinne, slik som vist i fig. 9 og 10.

Fordeler med denne fremgangsmåte er som følger:

Det kreves bare ett sett ytre verktøy for hele maskinen,

slik at omkostningene, tiden for justering og vedlikehold

minsker,

delingen til hodene kan minskes, slik at maskinens dimensjoner blir mindre, og slik at maskinhastigheten

øker,

det kreves ikke noe drivsystem for det ytre verktøy, slik

at omkostningene til maskinen minsker,

forming av en vulst og vertikale riller er mulig med den samme maskinen (ettersom vulsten krever i det minste to omdreininger og rillene krever nøyaktig én, er det ikke mulig å kombinere disse operasjoner ved bruk av en maskin av typen med ytre hylse).

To typer formeskinne kan benyttes på maskinen, nemlig en fleksibel og en fast.

For fleksibel bearbeiding (fig. 9 og 10) er skinnen 14 laget av en buet polyuretanblokk med rektangulært tverrsnitt, montert mot en stiv bakplate 15. Skinnen har en slik buelengde at en rille formes til full formedybde, pluss en komplett formeomdreining. Bredden er tilstrekkelig til at skinnen akkurat rager mellom rilleendene, og tykkelsen er omtrent ti ganger formedybden. En Shore A polyuretanhardhet mellom 60 og 95 er passende, og særlig 75 til 85.

Fordeler med denne typen fleksibel skinne er de minimale fremstillingsomkostninger og at det ikke kreves noen innretting av det indre verktøyet, slik at friksjonsdrift kan benyttes for de indre hylser.

Fig. 9 viser en innretning som benytter en fleksibel ytre skinne. I denne innretningen holder en dreieskive 10 flere hylser 11 som hver er roterbart montert på skiven, på aksler (ikke vist). Bokselementer tilføres hylsene og holdes først på plass av kamdrevne holdemidler 12. Når skiven 10 roterer kommer bokselementene til anlegg mot en vulstdannende skinne 13. Akslene til hylsene drives slik at hylsene og bokselementene ruller langs skinnen 13. En innretning av denne typen for forming av vulster på bokselementer er velkjent, og den beskrives derfor ikke mer detaljert. Etter formingen av vulsten kommer boksene til anlegg mot en fleksibel skinne 14 som deformerer bokselementet mot hylsen etterhvert som hylsen ruller langs skinnen 14. Etter at rillene er formet fjernes boksene fra innretningen på kjent måte.

Av fig. 10 fremgår at den ettergivende skinnen deformeres lokalt på grunn av virkningen til hylsen.

Et alternativt arrangement som benytter en fast formeskinne av metall er vist i fig. 11 og 12. I denne innretningen samvirker en hylse 112 med en formeskinne 142 av metall.

Fast ytre verktøy benytter den samme informasjon for utforming av verktøyet som det fleksible verktøy, og forskjellen er at skinnen 142 omfatter rilleprofilen og den indre hylsen 112 topprofilen. Ikke på noe tidspunkt klemmes boksen mellom verktøyene slik at det skjer materialskade.

Som for det fleksible verktøy avsluttes rillene innenfor lengden av hylsen, dvs at de har en lukket omkrets som avgrenser både endene og sidene, slik som vist i fig. 12.

Fast verktøy har mye lenger brukstid enn et fleksibelt, men krever meget nøyaktig tilpasning av formedybden og omkrets-hastigheten.

Fig. 13 - 15 viser en alternativ utførelse av et sylindrisk bokselement, i hvilket naboriller er adskilt av sylindriske, jevne veggpartier 80. Som det særlig fremgår av fig. 14 og 15 er profilen til bokselementet i rilleområdet lik de profiler som er vist i fig. 5A - 5D. Radien U til de konkave partier 3 og radien P til de konvekse partier 2 som forbinder de konkave partier med de sylindriske, jevne veggpartier 80 er de samme som i utførelsen i fig. 1-5. Rillene er imidlertid grunnere, og har således en mindre omkretslengde, og forskjellen utgjøres av de jevne, sylindriske partier 80. Toppene i utførelsen i fig. 1 - 5 er således erstattet av de jevne, sylindriske partier 80. I utførelsen vist i fig. 13 - 15 har rillene jevn avstand og samme størrelse. I en slik boks er omkretslengden til de jevne, sylindriske partier inntil 60 %, og særlig 30 % av omkretslengden til rillene. I en annen utførelse vist i fig. 16 mangler et sylindrisk bokselement som ligner det som er vist i fig. 13 - 15 hver tredje rille, slik at det er dannet flere store, jevne sylindriske partier 800. I en modifikasjon av utførelsen i fig. 16, ikke vist, er de små jevne, sylindriske partier utelatt slik at rillene i disse partier forløper direkte over-i hverandre via konvekse topper, slik som i utførelsen i fig. 1-5.

Utførelsene i fig. 13 - 16 medfører den samme sammentryknings-og tilbakeekspansjonsmekanisme som utførelsen i fig. 1-5, og den samme aksiale egenskap. De har imidlertid minsket ekspansjonsevne, som et resultat av at rillene er grunnere. På den annen side har utførelsene i fig. 13 - 16 fordeler med hensyn til etikettering, idet de er bedre i stand til å feste seg til etiketter i maskiner som kapper og stabler etiketter, og de har minimale etiketthulrom over rillene, som er for-holdsvis grunne.

Profilene til utførelsen i fig. 13 - 16 tilfredsstiller ligningen R=U+2P, og kan formes på samme måten som utførelsen i fig. 1-5, med det unntak at det kreves en tilsvarende endring av profilen til formeverktøyene.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for forming av flere aksialt forløpende, ytre, konkave riller (3) i et sylindrisk bokselement, omfattende de trinn at det sylindriske bokselementet anbringes på en indre, profilert hylse (11), og at hylsen rulles i forhold til et ytre formeelement (14), for derved å deformere et parti av det sylindriske bokselementet mellom hylsen og formeelementet, for å forme rillene,karakterisert vedat det benyttes en hylse (11) med en profil som omfatter et helt antall aksialt forløpende, ytre, konkave, komplette riller som er mindre enn antall riller på det ferdige bokselement, og som avsluttes innenfor endene av hylsen (11), og at en skinne (14, 142) benyttes som det ytre formeelement.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat det benyttes en ytre skinne (14) dannet av en blokk av elastomer som har anlegg mot en stiv bakplate (15).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat det benyttes en ytre skinne som er en profilert metallskinne (142), samt en indre hylse (112) som er profilert for å forme de ytre, konvekse partier (2) av bokselementet, og at skinnen er profilert for å forme de ytre, konkave partier (3) av bokselementet.

4. Fremgangsmåte som angitt i hvilke som helst av kravene 1-3,karakterisert vedat profilen til hylsen og profilen til skinnen, dersom den er profilert, beregnes ved hjelp av ligningene

der bokstavene betyr: R - Innvendig boksradius. P - Toppradius på hylse og boks. A - Halv rillevinkel i boksen. B - Halv rillevinkel i hylsen. F - Halv koinsidensrillevinkel i hylsen. V - Rilleradius i hylsen. D - Rilledybde i boksen. S - Tilbakefjæringsdybde i boksen. K - Tilbakefjæringsfaktor, K = S/D.

5. Innretning for forming av flere aksialt forløpende, ytre, konkave riller (3) i et sylindrisk bokselement (1), idet rillene avsluttes innenfor endene av bokselementet, omfattende en profilert hylse (11) med en maksimal diameter som er mindre enn den minste diameter til det sylindriske bokselementet, et ytre formeelement (14), midler for å anbringe et sylindrisk bokselement utenpå hylsen (11), og midler for å rulle hylsen i forhold til formeelementet for å deformere et parti av det sylindriske bokselementet mellom hylsen og formeelementet for å forme rillene, karakterisert vedat profilen til hylsen (11) omfatter et helt antall aksialt forløpende, ytre, konkave riller som er mindre enn antall riller på det ferdige bokselementet, og som avsluttes innenfor endene av hylsen (11), og at formeelementet er en langstrakt skinne (14; 142).

6. Innretning som angitt i krav 5,karakterisert vedat skinnen (14) er ettergivende og er dannet av en blokk av elastomer som har anlegg mot en stiv bakplate (15).

7. Innretning som angitt i krav 5,karakterisert vedat skinnen (142) er en profilert metallskinne, og idet den indre hylsen (112) er profilert for å forme de ytre, konvekse partier (2) av bokselementet, og skinnen er profilert for å forme de ytre, konkave partier (3) av bokselementet.

8. Innretning som angitt i krav 5,karakterisert vedat profilen til hylsen og profilen til skinnen, dersom den er profilert, er beregnet ved hjelp av ligningene

der bokstavene betyr: R - Innvendig boksradius. P - Toppradius på hylse og boks. A - Halv rillevinkel i boksen. B - Halv rillevinkel i hylsen. F - Halv koinsidensrillevinkel i hylsen. V - Rilleradius i hylsen. D - Rilledybde i boksen. S - Tilbakefjæringsdybde i boksen. K - Tilbakefjæringsfaktor, K = S/D.