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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hohlprägen einer
kreiszylindrischen Umfangswand eines Hohlkörpers, insbesondere einer Getränkedose.
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Zum
Hohlprägen
einer dünnen
Materialbahn werden im Stand der Technik zwei miteinander beidseitig
der Materialbahn zusammenwirkende, gegenläufig angetriebene Prägewalzen
verwendet, von denen die eine Prägewalze
an ihrer Walzenfläche
eine Mehrzahl von Prägevorsprüngen aufweist,
wohingegen die andere Prägewalze
an ihrer Walzenfläche
mit zu den Prägevorsprüngen komplementären Vertiefungen
versehen ist. Wenn die Materialbahn durch den Walzenspalt zwischen
den Prägewalzen
hindurchläuft,
werden die Prägevorsprünge auf
der Materialbahn abgewälzt,
so dass die Materialbahn örtlich
in die jeweils zugeordneten Vertiefungen der anderen Prägewalze
hineingedrückt
wird.
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Die
beiden Prägewalzen,
die in ihren Durchmessern übereinstimmen,
müssen
synchron angetrieben sein, so dass gewährleistet wird, dass die Vorsprünge auf
der einen Prägewalze
auch nach mehrfachen Umläufen
der Prägewalzen
noch exakt in die ihnen zugeordneten Vertiefungen der anderen Prägewalze
eintreten können.
Außerdem
müssen
die Prägevertiefungen
um die Streckdicke der Materialbahn vergrößert an die Gestalt der Prägevorsprünge genau
angepasst sein, um ein deutliches Prägemuster ohne zu starke Quetschungen
sowie ohne Brüche und
Risse in der Materialbahn erzielen zu können. Ferner ist der erzielbare
Streck- oder Verformungsgrad begrenzt.
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Gemäß
GB 339 346 können entgegengesetzte
Ränder
derart vorgeprägter
Materialabschnitte miteinander verbunden werden, so dass ein zylindrischer
Hohlkörper
mit dem vorgeprägten
Prägemuster
entsteht. Zusätzlich
können
in die Umfangswand des Hohlkörpers
mehrere Umfangssicken eingerollt werden. Jedoch sind derartige Prägeverfahren
an vorgeprägten
Materialabschnitten nicht geeignet für zylindrische Hohlkörper, wie
Getränkedosen,
die aus einem ebenen Materialabschnitt in einem Tiefzieh-Verfahren
nahtlos in eine zylindrische Form gebracht werden.
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Zum
Hohlprägen
von zylindrischen Hohlkörpern
ist es aus
US 3 452 695 jedoch
auch bekannt, zwei zusammenwirkende Prägewalzen vorzusehen, die im
Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Hohlkörpers sind
und von denen die eine Prägewalze
exzentrisch in den Hohlkörper
eingeführt wird.
Beispielsweise soll ein Muster von Längssicken in die Umfangswand
des Hohlkörpers
eingeprägt werden.
Hierzu sind die Prägewalzen
als Zahnräder ausgebildet,
die an der Innenseite und an der Außenseite der sich drehenden
Umfangswand derart abgewälzt
werden, dass jeder Zahn des äußeren Zahnrades
in die Umfangswand eindringt und diese örtlich in eine Lücke zwischen
den Zähnen
des inneren Zahnrades hinein verformt. Gemäß
DE 295 00 403 U1 ist die äußere Prägewalze
als innenprofilierte Hohlwalze mit größerem Durchmesser als der Außendurchmesser
des Hohlkörpers
ausgebildet. Auch in solchen Fällen
müssen
daher die Drehzahlen der Prägewalzen
wie auch die Zähne
und Zahnlücken
eng aneinander angepasst sein, um nicht gewollte Quetschungen und
Risse insbesondere bei dünner
Wandstärke der
Umfangswand zu vermeiden. Außerdem
sind derartige Verfahren in den Gestaltungsmöglichkeiten der einzuprägenden Muster
beschränkt
und der apparative Aufwand für
das Einsetzen und Herausnehmen der inneren Prägewalze wie auch für die Steuerung
und Synchronisierung der Prägewalzen
ist hoch.
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Weiter
ist es aus
DE 697
21 712 T2 bekannt, die Innenprägewalze als Gummizylinder auszubilden,
der radial in mehrere Segmente geteilt ist, so dass der Gummizylinder
mittels eines zentralen Konusdorns radial aufgeweitet werden kann.
Das Prägemuster
wird von dem Muster bestimmt, in dem die Spalte, die zwischen den
Segmenten durch das Aufweiten des Gummizylinders entstehen, und
in der Umfangsfläche
der Segmente ausgebildete Vertiefungen angeordnet sind. Beim Aufweiten
des Gummizylinders werden dessen unprofilierten Abschnitte außerhalb
der Vertiefungen an die Innenseite der Umfangswand des Hohlkörpers gepresst,
wodurch diese ihrerseits auf einen etwas größeren Durchmesser aufgeweitet
wird. Danach wird der Anpressdruck des Gummizylinders an die Innenseite
des Hohlkörpers
etwas reduziert, um die Umfangsspannung der Wand des Hohlkörpers etwas
zu verringern. Daraufhin werden Prägevorsprünge, die gemäß dem Prägemuster
an einer äußeren Prägeplatte
ausgebildet sind, an der Außenseite
der sich mit dem Gummizylinder drehenden Umfangswand des Hohlkörpers durch
tangentiale Bewegung der Prägeplatte
abgewälzt.
Dadurch dringen die Prägevorsprünge mit
vorbestimmter Eindringtiefe in die Außenseite der Umfangswand ein,
so dass dem Prägemuster
entsprechende Vertiefungen in die Außenseite der Umfangswand eingeformt
werden und an deren Innenseite Erhöhungen entstehen, die entsprechend
in die Spalte zwischen den Segmenten des Gummizylinders und in die
Vertiefungen an der Außenseite
der Segmente eindringen.
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Durch
die Erfindung werden Verfahren und Vorrichtungen zum Hohlprägen einer
hohlzylindrischen Umfangswand eines Hohlkörpers geschaffen. Die Erfindung
ist vorzugsweise zum Hohlprägen
der Umfangswand einer Getränkedose
geeignet. Erfindungsgemäß können Formelemente
aus Vertiefungen unterschiedlicher Abmessungen und mit variablen,
auch ausgedehnten Mustern mit einer Prägewalze in die Außenseite
der hohlzylindrische Umfangswand eingeprägt werden. Hierbei können die
Formelemente aus Schrift- und/oder Zahlenangaben und/oder aus anderen
Zeichen und Symbolen sein. Zusätzlich
oder alternativ ist es jedoch auch möglich, anders gestaltete Vertiefungen,
die in Abmessung und/oder Gestalt in breitem Maße variieren können, beispielsweise
zur Versteifung der dünnen,
kreiszylindrischen Umfangswand in diese einzuformen.
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Von
der hohlzylindrischen Umfangswand kann die gesamte Höhe des Hohlkörpers eingenommen
werden. Die Erfindung lässt
sich jedoch vorteilhaft auch anwenden, wenn sich die hohlzylindrische Umfangswand
entlang eines Teilabschnitts der Höhenabmessung des Hohlkörpers erstreckt.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Prägewalze verwendet,
auf deren Walzenfläche
mindestens ein Prägevorsprung
ausgebildet ist. Es können
an der Walzenfläche
je nach herzustellendem Muster auch mehrere Prägevorsprünge ausgebildet sein, die nach Gestalt
und Größe gleich
oder unterschiedlich sein können.
Die Umfangswand wird um ihre Kreiszylinderachse gedreht. Die drehend
angetriebene Prägewalze
wird mit ihrem mindestens einen Prägevorsprung auf einem vorbestimmten
Bereich der Außenseite
der Umfangswand abgewälzt,
so dass der Prägevorsprung
in die Umfangswand mit vorbestimmter Eindringtiefe eindringt und diese
dadurch in dem vorbestimmten Bereich entsprechend der Gestalt und der
radialen Höhe
des Prägevorsprungs örtlich verformt.
Dadurch entsteht an der Außenseite
der Umfangswand eine komplementär
zu dem eindringenden Teil des Prägevorsprungs
gestaltete radiale Vertiefung und an der Innenseite der Umfangswand
entsteht eine entsprechende radiale Erhöhung.
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Gemäß der Erfindung
wird der Prägedruck von
einer Füllung
des Hohlkörpers
aus einem wenigstens größtenteils
elastisch kompressiblen Werkstoff aufgenommen, der mit einem vorbestimmten Anpressdruck
gegen die Innenseite der Umfangswand gepresst wird, so dass die
Erhöhung,
die an der Innenseite der Umfangswand geformt wird, in dem elastisch
kompressiblen Werkstoff komplementär als Vertiefung abgebildet
wird. Der elastisch kompressible Werkstoff hat. einen hohen Kompressionsgrad,
so dass die örtliche
Verformung des vorbestimmten Wandbereichs, die durch das Abwälzen des
Prägevorsprungs
erzeugt wird, in einer entsprechend örtlichen Verformung des kompressiblen
Werkstoffs auch dann resultiert, wenn sich dieser durch den Anpressdruck
auf die Umfangswand bereits in einem wesentlich komprimierten und
elastisch vorgespannten Zustand befindet.
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Der
vorbestimmte Anpressdruck ist derart, dass die Umfangswand des Hohlkörpers in
der nächst-benachbarten
Umgebung der vom Prägevorsprung
eingeformten Vertiefung von dem kompressiblen Werkstoff ohne wesentliche
Mitverformung abgestützt
wird und dadurch die zu dem Prägevorsprung
komplementäre örtliche
Verformung der Umfangswand mit einer entsprechend örtlichen
Reduzierung der Wandstärke
der Umfangswand wie bei einem klassischen Streckzieh-Umformvorgang einhergeht.
Hierbei wird auch die Wand der entstehenden Vertiefung von dem elastisch
kompressiblen Werkstoff während
des gesamten Eindringvorgangs beim Eindringen des Prägevorsprungs
und über
die gesamte Innenseite der Wand der Vertiefung hin je nach Fortschreiten
des Verformungsvorgangs progressiv abgestützt. Gleichzeitig gestattet
der elastische Werkstoff durch seine elastische Kompressibilität das Einformen
der Vertiefung in die Umfangswand durch elastisches Einformen einer
entsprechenden Vertiefung in den elastischen Werkstoff als komplementäres Abbild
der an der Innenseite der Umfangswand entstehenden Erhöhung, solange
diese in den Werkstoff eindringt und eingedrungen bleibt. Mit dem Austreten
der Erhöhung
aus dem Werkstoff wird dessen örtliche
Verformung aufgrund der Elastizität des Werkstoffs rückgängig gemacht.
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Geeignete
Werkstoffe für
den elastisch kompressiblen Werkstoff stehen dem Fachmann zur Verfügung. Beispielsweise
kann ein Werkstoff, der für Dämpfungsfedern
verwendet wird, wie ein poriger Polyurethan-Werkstoff verwendet
werden. Der Kompressibilitätsgrad
des Werkstoffs kann von dem Fachmann in Anpassung an den gewünschten
Verformungsgrad der Umfangswand ausgewählt werden.
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Durch
die Erfindung wird der Eindringbereich der Umfangswand, der beim
Abwälzen
des Prägevorsprungs
durch dessen zunehmendes Eindringen in die Umfangswand zunehmend
verformt wird, von dem elastischen Werkstoff während des gesamten Verformungsvorgangs
und über
den gesamten Verformungsbereich hin abgestützt. Dies kann mit einer Gegenwalze
mit zu den Prägevorsprüngen der
Prägewalze
komplementären
Vertiefungen nicht erreicht werden, weil dort die vollständige Gegenabstützung des
Verformungsbereichs erst erfolgen kann, wenn der Prägevorsprung
in die komplementäre
Vertiefung der Gegenwalze vollständig
komplementär
eingedrungen ist.
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Durch
die Erfindung lässt
sich somit ein stetig fortschreitender Verformungsvorgang nach Art
einer Streckumformung ohne wesentliche Gefahr von örtlichen
Quetschungen und Brüchen
des Materials der Umfangswand erreichen. Es versteht sich, dass Ecken
und Kanten des Prägevorsprungs
abgerundet sein sollen. Außerdem
besteht durch die Erfindung nicht das Erfordernis, für eine enge
Anpassung von mit den Prägevorsprüngen komplementär zusammenwirkenden
Gegenvertiefungen in einer Gegenwalze und für eine genaue Synchronisation
der Prägewalze
mit einer Gegenwalze zu sorgen. Gleichwohl lässt sich durch die Erfindung
erreichen, dass hinreichend konturenscharfe Einprägungen,
wie die von Buchstaben und Zahlen und sonstigen Zeichen, auch bei
vergleichsweise flachen Prägevorsprüngen entstehen.
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Die
Füllung
aus elastisch kompressiblem Werkstoff, der mit einem vorbestimmten
Anpressdruck gegen die Innenseite der Umfangswand des Hohlkörpers angepresst
wird, kann von einem zylindrischen Stützkörper mit kleinerem Durchmesser
als der Innendurchmesser des Hohlkörpers bereitgestellt werden.
Hierzu kann der Stützkörper beispielsweise einen
dicken Mantel aus dem elastisch komprimierbaren Werkstoff und einen
radial ausdehnbaren Kern aufweisen, von dem der Mantel über den
gesamten Umfang der Umfangswand hin oder wenigstens über den
Umfangsbereich hin, der durch das Hohlprägen verformt werden soll, radial
gegen die Innenseite der Umfangswand elastisch angepresst wird.
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Vorzugsweise
wird der Anpressdruck des elastisch kompressiblen Werkstoffs durch
Stauchen der Füllung
in Axialrich tung des Hohlkörpers
erzeugt, so dass der Werkstoff bis zum hinreichenden Anpressen an
die Innenseite der Umfangswand radial ausgebaucht wird. In dieser
Weise lässt
sich die Stärke des
Anpressdruckes je nach dem Grad der axialen Stauchung der Füllung in
Anpassung beispielsweise an den Verformungsgrad beim Hohlprägen individuell einstellen.
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Durch
die Erfindung wird auch die Möglichkeit
eröffnet,
das Hohlprägen
inkrementell fortschreitend in mehreren Schritten nacheinander durchzuführen. Dies
wird insbesondere durch die Verwendung des elastisch kompressiblen
Werkstoffs zur Abstützung
der hohlzuprägenden
Umfangswand erreicht. Denn der elastisch kompressible Werkstoff passt
sich in seinem Verformungsverhalten auf Grund seiner elastischen
Eigenschaften an den Verlauf der jeweiligen Formänderung der an der Innenseite
der Wand entstehenden Erhöhung
und damit auch an die Formänderung
selbst an. Daher ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
dass zur inkrementellen Einformung der Vertiefung in den vorbestimmten
Bereich der Umfangswand in einer ersten Ausführungsform der Prägevorsprung
in dem vorbestimmten Bereich der Umfangswand in mehreren Schritten
wiederholt abgewälzt
wird oder in einer zweiten Ausführungsform
mehrere Prägevorsprünge in dem
vorbestimmten Bereich der Umfangswand nacheinander abgewälzt werden.
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Durch
das wiederholte Abwälzen
des Prägevorsprungs
oder das Abwälzen
mehrerer Prägevorsprünge nacheinander
kann gemäß der Erfindung
erreicht werden, dass sich die Größe und/oder die Form der jeweiligen
Vertiefung von Schritt zu Schritt ändert. Insbesondere wird die
jeweilige Vertiefung, die von dem Prägevorsprung oder den Prägevorsprüngen in
die Umfangswand des Hohlkörpers
eingeformt wird, in mehreren Hohlpräge-Schritten inkrementell fortschreitend
mit von Schritt zu Schritt zunehmender Größe in den vorbestimmten Bereich
der Umfangswand eingeformt. Hierdurch kann der Streckvorgang in
der Wand der Vertiefung auch bei vergleichsweise hohem Umformgrad
wie beim Streckziehen an das Formänderungsvermögen des Materials
der Umfangswand angepasst werden.
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In
der ersten Ausführungsform
kann die inkrementelle Zunahme der Größe der Vertiefung dadurch verwirklicht
werden, dass der Prägevorsprung, der
in dem vorbestimmten Bereich in mehreren Schritten wiederholt abgewälzt wird,
von Schritt zu Schritt näher
zu der Umfangswand radial hinbewegt wird, so dass der Prägevorsprung
mit von Schritt zu Schritt zunehmender Eindringtiefe in die Umfangswand
radial eindringt. Der Prägevorsprung
hat hierbei eine radiale Höhe,
die mindestens der maximalen Eindringtiefe entspricht.
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Bei
dieser ersten Ausführungsform
der Erfindung wird der Prägevorsprung
in einem ersten Hohlprägeschritt
durch sein Abwälzen
in dem vorbestimmten Bereich der Umfangswand maximal lediglich über eine
Teilhöhe
hin in die Umfangswand hineingedrückt, so dass zunächst eine
Vertiefung kleinerer Tiefe als der Endtiefe in die Umfangswand eingeformt
wird und zwischen der Prägewalze
und der Umfangswand des Hohlkörpers,
welche mit gleichen Durchmessern versehen sind, außerhalb
des Prägevorsprungs
ein Spalt vorhanden ist. In einem zweiten Hohlprägeschritt wird dann die Prägewalze
nach dem Einformen der kleineren Vertiefung radial zu dem Hohlkörper hin
zugestellt, so dass der Abstand zwischen Prägewalze, an welcher der Prägevorsprung
ausgebildet ist, und der Umfangswand des Hohlkörpers verkleinert wird und
dadurch der Prägevorsprung
nach einer vollen Umdrehung der Prägewalze mit vergrößerter Eindringtiefe
in die kleinere Vertiefung eintritt und diese weiter vertieft.
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Wenn
hierbei der Prägevorsprung
so gestaltet ist, dass er sich in seinen Axialschnitten in Richtung
radial nach außen
verjüngt,
wird mit von Schritt zu Schritt zunehmender Eindringtiefe des Prägevorsprungs
auch das Volumen der in den vorbestimmten Bereich eingeformten Vertiefung
von Schritt zu Schritt größer.
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Ferner
kann auch vorgesehen sein, dass der Prägevorsprung in dem vorbestimmten
Bereich der Umfangswand um ein von Schritt zu Schritt vorbestimmtes
Umfangsmaß der
Umfangswand versetzt abgewälzt
wird, so dass die in die Außenseite
der Umfangswand von Schritt zu Schritt eingeformten Vertiefungen
einander verschneiden. Die im ersten Schritt eingeformte Vertiefung
wird daher in einem zweiten Schritt von dem Prägevorsprung nur einseitig vergrößert. Gleichzeitig ändert sich
auch die Form der nun aus zwei gegeneinander versetzten Teil-Vertiefungen
zusammengesetzten Vertiefung. In dem zweiten Schritt kann die Eindringtiefe
des Prägevorsprungs
größer oder
kleiner als im ersten Schritt sein oder aber auch in beiden Schritten
gleichbleiben.
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Wenn
der Prägevorsprung
in dem vorbestimmten Bereich der Umfangswand um ein von Schritt
zu Schritt vorbestimmtes Umfangsmaß der Umfangswand versetzt
abgewälzt
werden soll, kann der Durchmesser der den Prägevorsprung aufweisenden Prägewalze
entsprechend größer oder
kleiner als der Durchmesser des Hohlkörpers sein.
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In
der zweiten Ausführungsform,
bei welcher in dem vorbestimmten Bereich der Umfangswand mehrere
Prägevorsprünge nacheinander
abgewälzt werden,
gibt es die gleichen Gestaltungsmöglichkeiten für das inkrementelle
Hohlprägen
der jeweiligen Vertiefung wie bei der ersten Ausführungsform,
so dass insoweit auf die Erläuterungen
zu der ersten Ausführungsform
verwiesen werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform ist es jedoch nicht
erforderlich, beispielsweise die Vergrößerung der Eindringtiefe der
Vorsprünge
durch ein radiales Zustellen der Prägewalze durchzuführen, weil
bei der zweiten Ausführungsform
die Prägevorsprünge unterschiedlich gestaltet
sein können.
Für das
inkrementelle Hohlprägen
können
daher die Prägevorsprünge so gestaltet
sein, dass die in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung der
Umfangswand gemessene Größe der Prägevorsprünge von
Schritt zu Schritt zunimmt. Hierbei kann ihre radiale Höhe von Schritt
zu Schritt ebenfalls zunehmen, so dass auch die Eindringtiefe der
Vorsprünge
und vorzugsweise auch ihr Eindringvolumen von Schritt zu Schritt
zunehmen. Durch unterschiedliche Gestaltung der Prägevorsprünge kann jedoch
auch vorgesehen sein, dass das Eindringvolumen der Prägevorsprünge von
Schritt zu Schritt fortschreitend vergrößert wird, obwohl die radiale Höhe der Prägevorsprünge von
Schritt zu Schritt gleichbleibt oder abnimmt.
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Darüber hinaus
können
die Prägevorsprünge bei
der zweiten Ausführungsform
zusätzlich
oder alternativ zu ihrer Größenänderung
mit schrittweise variierender Form gestaltet werden. Weiter können auch
bei der zweiten Ausführungsform
wie oben zu der ersten Ausführungsform
erläutert,
die Prägevorsprünge in dem
vorbestimmten Bereich der Umfangswand um ein vorbestimmtes Umfangsmaß der Umfangswand
versetzt abgewälzt
werden, so dass die von aufeinander folgenden Prägevorsprüngen in die Umfangswand eingeformten
Vertiefungen einander verschneiden.
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Die
Prägevorsprünge, die
nacheinander in dem vorbestimmten Bereich abgewälzt werden, können bei
der zweiten Ausführungsform
an einer oder mehreren Prägewalzen
angeordnet sein.
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Eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung
zum Hohlprägen
einer Umfangswand eines zylindrischen Hohlkörpers, insbesondere einer Getränkedose, kann
mit wenigstens einer drehbar angetriebenen ersten Prägewalze,
die mindestens einen ersten Prägevorsprung
an ihrer Walzenfläche
aufweist, und einer drehbaren Einspanneinrichtung versehen sein,
in welcher der Hohlkörper
mit seiner Achse parallel zu der Achse der Prägewalze ausgerichtet einspannbar ist,
so dass er von der Einspanneinrichtung mitgedreht wird. Die Prägewalze
ist radial außerhalb
der Einspannvorrichtung angeordnet und kann in Radialrichtung verstellbar
sein, so dass die Prägewalze
auf der Umfangswand des eingespannten und sich drehenden Hohlkörpers abgewälzt werden
kann und bevorzugt der Achsabstand zwischen der Drehachse der Einspanneinrichtung
und daher des Hohlkörpers einerseits,
und der Drehachse der Prägewalze
andererseits verstellt werden kann. Wahlweise oder alternativ kann
diese Einstellbarkeit des Achsabstandes dadurch verwirklicht sein,
dass die Einspanneinrichtung in Radialrichtung verstellbar ist.
Weiter ist ein Füllkörper aus
einem elastisch kompressiblen Werkstoff vorgesehen, der vor oder
nach dem Einspannen des Hohlkörpers
in den Hohlkörper
so einsetzbar ist, dass der Füllkörper mit
einem vorbestimmten radialen Anpressdruck gegen die Innenseite der
Umfangswand des Hohlkörpers
gepresst gehalten ist.
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Der
in die Einspanneinrichtung eingespannte Hohlkörper kann im Prägebetrieb
von einer angetrieben oder freilaufend drehbaren Stützwalze
gegengestützt
werden, die der Prägewalze
diametral gegenüberliegt
und nach dem Einspannen des Hohlkörpers an der Außenseite
der Umfangswand des Hohlkörpers
stützend
angreift.
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Zum
Einsetzen des Füllkörpers in
den Hohlkörper
kann eine Einsetzvorrichtung vorgesehen sein. Zum Anpressen des
Füllkörpers gegen
die Innenseite der Umfangswand kann eine radial wirkende Anpressvorrichtung
vorgesehen sein, die an der Einsetzvorrichtung oder der Einspanneinrichtung
angeordnet ist und von welcher der beispielsweise ringförmige Füllkörper radial
ausdehnbar ist. Vorzugsweise ist eine Staucheinrichtung zum axialen
Stauchen des Füllkörpers nach
dessen Einsetzen in den Innenraum des Hohlkörpers sowie eine Haltevorrichtung
vorgesehen, von welcher der Füllkörper im
gestauchten Zustand gehalten wird. Durch das axiale Stauchen wird
der Füllkörper radial
ausgebaucht und dadurch mit einem vorbestimmten Anpressdruck gegen
die Innenseite des Hohlkörpers
angepresst.
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Die
Einspanneinrichtung und die Prägewalze können mittels
eines Getriebes und/oder einer Steuereinrichtung so angetrieben
sein, dass die Umfangsgeschwindigkeiten des eingespannten Hohlkörpers und
der Prägewalze
während
des Betriebs miteinander übereinstimmen.
Mittels einer Steuereinrichtung kann auch gesteuert sein, dass die
Prägewalze
nach dem Einspannen des Hohlkörpers
radial zu diesem hin zugestellt wird und nach dem Hohlprägevorgang
von der Einspannrichtung radial wegbewegt wird.
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Für das weiter
oben erläuterte
inkrementelle Hohlprägen
kann durch die Steuereinrichtung gesteuert ein inkrementelles Zustellen
der Prägewalze zu
der Einspanneinrichtung hin vorgesehen sein, um die Eindringtiefe
des Prägevor sprungs
in die Umfangswand schrittweise vergrößern zu können.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Prägewalze einen zweiten Prägevorsprung
aufweist, der größer als
der erste Prägevorsprung
ist und an der ersten Prägewalze
in gleicher axialer Höhe
wie der erste Prägevorsprung
und gegenüber
diesem Prägevorsprung
entlang des Umfangs der Prägewalze
um ein Umfangsmaß versetzt
angeordnet ist, das wenigstens annähernd einer Umfangslänge der
Umfangswand des Hohlkörpers
oder einem ganz-zahligen Vielfachen der Umfangslänge entspricht. In einem solchen
Fall hat die Prägewalze
einen Durchmesser, der wenigstens doppelt so groß ist wie die Umfangslänge des
kreiszylindrischen Hohlkörpers. Dadurch
können
die Prägevorsprünge bei
der Drehung der Prägewalze
und des Hohlkörpers
schrittweise nacheinander in dieselbe Verformungsstelle eintreten,
um je nach dem Unterschied in der Größe der Prägevorsprünge die Eindringtiefe und/oder
die Weite und/oder die Form der Vertiefung schrittweise zu vergrößern.
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Zusätzlich oder
alternativ zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann wenigstens eine
angetriebene zweite Prägewalze
vorgesehen sein, die wenigstens einen ersten Prägevorsprung aufweist, der größer als
der erste Prägevorsprung der
ersten Prägewalze
ist und der in gleicher Axialhöhe
an der zweiten Prägewalze
wie der erste Prägevorsprung
der ersten Prägewalze
an dieser angeordnet ist. Die erste Prägewalze und die zweite Prägewalze
sind hierbei mit derartiger Phasenversetzung angetrieben, dass der
erste Prägevorsprung
der zweiten Prägewalze
in der Vertiefung abwälzbar
ist, die von dem ersten Prägevorsprung
der ersten Prägewalze
in die Umfangswand des Hohlkörpers
eingeformt worden ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es möglich, dass
die erste und die zweite Prägewalze
an unterschiedlichen Umfangsstellen des eingespannten Hohlkörpers gleichzeitig
angreifen. Hierzu kann beispielsweise die Stützwalze als zweite Prägewalze ausgebildet
sein. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, die Prägewalzen
am Umfang eines drehbaren Rundtisches mit mehreren drehbaren Einspannvorrichtungen
zum Einspannen mehrerer Hohlkörper verteilt
anzuordnen, so dass der jeweilige Hohlkörper nach dem Hohlprägen einer
ersten Vertiefung in die Umfangswand des Hohlkörpers von dem Rundtisch zu
der nächsten
Prägewalze
für das
inkrementelle Vergrößerung der
Vertiefung überführt wird.
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Mit
Hilfe eines drehbaren Rundtisches kann auch erreicht werden, mehrere
Hohlkörper
mit Hilfe mehrer Prägewalzen,
die rings des Rundtisches verteilt angeordnet sind, gleichzeitig
oder nacheinander zu bearbeiten, wobei die Stützwalze den mehreren Prägewalzen
gemeinsam zugeordnet sein kann.
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Wenngleich
die Erfindung hauptsächlich
am Beispiel des Hohlprägens
einer Vertiefung beschrieben und erläutert wird, können in
einem oder mehreren Arbeitsgängen
mehrere Vertiefungen auch unterschiedlicher Größe und Ausdehnung in erfindungsgemäßer Weise
in die Umfangswand des Hohlkörpers
in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung der Umfangswand des
Hohlkörpers
in einer Verteilung, die gleichmäßig oder
ungleichmäßig ist,
eingeformt werden, wobei es auch möglich sein kann, die Erfindung
auf andere als kreiszylindrische Hohlkörper entsprechend anzuwenden.
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Erfindungsgemäß ist es
auch möglich,
ringförmige
Vertiefungen in die Umfangswand einzuprägen, indem ein ringförmiger Prägevorsprung
verwendet wird, wodurch ringförmig
vollständig
oder teilweise umschlossene erhabene Bereiche erhalten werden können. Auch
kann beispielsweise ein als erhaben erkennbares Symbol im Zwischenraum
zwischen zwei aufeinander folgenden Vertiefungen ausgebildet werden.
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Bei
den inkrementell fortschreitend mit mehreren Prägevorsprüngen arbeitenden Hohlprägeverfahren
kann es auch zweckmäßig sein,
die nacheinander folgenden Schritte in mehreren Arbeitsgängen durchzuführen und
die Prägewalze,
die in einem ersten Arbeitsgang verwendet wird, gegen eine andere Prägewalze
auszutauschen, die in einem folgenden zweiten Arbeitsgang verwendet
wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen
erläutert,
die wenigstens schematisch aus den Zeichnungen ersichtlich sind.
In den Zeichnungen zeigen:
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1A und 1B einen
Längsschnitt
und eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung
vor dem radialen Zustellen der Prägewalze 3,
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2A und 2B einen
Längsschnitt
und eine Draufsicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung während des
Hohlprägens,
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2C die
Einzelheit C aus 2A in vergrößertem Maßstab,
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3A und 3B zwei
Einzelheiten gemäß der Einzelheit
C in 2A entsprechend zweier inkrementeller Prägeschritte,
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4A bis 4D eine Vorbereitungsstufe und drei aufeinander
folgende -inkrementelle Prägeschritte
durch inkrementelles Zustellen der Prägewalze 3, und
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5 eine
zweite Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
in Draufsicht, mit einem Rundtisch 9 und mehreren daran
verteilt angeordneten Prägewalzen 3.
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Die
Vorrichtung aus den 1 und 2 zum Hohlprägen der Umfangswand eines zylindrischen Hohlkörpers 2 in
Form einer Getränkedose
weist eine drehbar angetriebene Prägewalze 3 sowie eine
in entgegengesetzter Drehrichtung als die Prägewalze 3 drehbar
angetriebene Einspannvorrichtung 4 für den Hohlkörper 2 auf. Auf der
Einspanneinrichtung 4 ist der Hohlkörper 2 mit seiner
Achse, von der gleichzeitig die Drehachse der Einspanneinrichtung 4 gebildet
wird, parallel zu der Drehachse der Prägewalze 3 ausgerichtet
eingespannt. Die Prägewalze 3 ist
radial außerhalb
der Einspanneinrichtung 4 angeordnet und in ihrer Radialrichtung
verstellbar, so dass der Achsabstand zwischen der Drehachse der
Prägewalze 3 und
der Einspanneinrichtung 4 und damit des Hohlkörpers 2 einstellbar
ist.
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Dadurch
kann die Prägewalze 3 aus
ihrer Ausgangsstellung, die in den 1A und 1B gezeigt
ist und in der die Prägewalze
mit ihrer Umfangsfläche
im Abstand von der Außenumfangsfläche des Hohlkörpers 2 angeordnet
ist, zu der Einstelleinrichtung 4 hin zugestellt werden,
bis die Prägewalze 3 mit ihrem
Umfang auf den des Hohlkörpers
auftrifft und gegen den Umfang des Hohlkörpers 2 angepresst
ist. Diese Anordnung der Prägewalze 3 nach
deren Zustellung ist in den 2A und 2B dargestellt. Die
radiale Verstellung der Prägewalze 3 kann
während
deren Drehung erfolgen. Die Drehgeschwindigkeiten der Prägewalze 3 und der
Einspanneinrichtung 4 sind derart oder derart einstellbar,
dass die Umfangsgeschwindigkeit der Prägewalze und die des Hohlkörpers 2 entgegengesetzt
gleich sind und daher die Prägewalze 3 mit
ihren Prägevorsprüngen und
die Umfangswand des Hohlkörpers 2 mit
dem erforderlichen Anpressdruck aufeinander abgewälzt werden.
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In
dem Hohlkörper 2 ist
ein Füllkörper 5 aus einem
elastisch kompressiblen Werkstoff angeordnet. Der Pfeil 8 in
den 1A und 2B steht
für eine
Anpresseinrichtung in Form einer Staucheinrichtung, von welcher
der Füllkörper 5 in
dem Hohlkörper 2 axial
gestaucht wird. Dadurch wird der Füllkörper 5 in dem Hohlkörper 2 radial
ausgebaucht, wodurch der Füllkörper 5 mit
radialem Anpressdruck gegen die Innenseite der Umfangswand des Hohlkörpers 2 angepresst
wird.
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An
der der Prägewalze 3 diametral
zum Hohlkörper 3 entgegengesetzten
Radialseite des eingespannten Hohlkörpers 2 ist eine Stützwalze 7 drehbar
angeordnet, von welcher dem Prägedruck
der Prägewalze 3 entgegengewirkt
wird. Die Stützwalze 7 wird
durch die Drehung des Hohlkörpers
auf der Außenseite
der Umfangswand desselben abgewälzt, wobei
es möglich
ist, die Stützwalze 7 freilaufend drehbar
zu lagern oder synchron zu der Prägewalze 3 und der
Einspanneinrichtung 4 drehend ebenfalls anzutreiben.
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Die
Prägewalze 3 weist
ein Muster von Prägevorsprüngen auf,
von denen einer entsprechend dem in 2A angegebenen
Detail in 2C dargestellt ist. Durch das
Abwälzen
des Prägevorsprungs 3A auf
der Umfangswand 1 des Hohlkörpers wird in die Umfangswand 1 eine
den Prägevorsprung 3A komplementär abbildende
Vertiefung 10 eingeformt. Dadurch wird an der Innenseite
der Umfangswand 1 je nach dem Verformungsgrad des Materials
der Umfangswand 1 eine Erhöhung 11 ausgeformt
wird, die in den elastisch kompressiblen Werkstoff des Füllkörpers 5 derart
hineingedrückt
wird, dass die Erhöhung 11 in
dem elastisch nachgiebigen Werkstoff des Füllkörpers 5 ihrerseits
als Vertiefung komplementär
abgebildet wird.
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Die 3A und 3B dienen
zur Erläuterung
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
bei welchem das Hohlprägen
der Umfangswand 1 des Hohlkörpers inkrementell fortschreitend
durchgeführt wird,
indem mehrere Prägevorsprünge nacheinander in
dem gleichen vorbestimmten Bereich der Umfangswand 1 nacheinander
abgewälzt
werden. Gemäß 3A wird
in diesem Bereich zuerst ein Prägevorsprung 3A kleiner
Größe abgewälzt, so
dass in die Umfangswand 1 eine den Prägevorsprung 3A abbildende
kleine Vertiefung 10 eingeprägt wird und dementsprechend
an der Innenseite der Umfangswand 1 eine kleine Erhöhung 11A entsteht,
die in dem Werkstoff des Füllkörpers 5 abgebildet
wird. Danach wird gemäß 3B in
dem gleichen Bereich ein axial größerer Prägevorsprung 3B abgewälzt, wodurch
die Vertiefung 10A entsprechend axial vergrößert wird,
sodass an der Außenseite
der Umfangswand eine axial größere Vertiefung 10B entsteht
und an der Innenseite der Umfangswand eine dementsprechend axial
größere Erhöhung 11B ausgeformt
wird. Da der Werkstoff des gegen die Innenseite angedrückten Füllkörpers 5 elastisch
kompressibel ist, wird der verformte Bereich der Umfangswand 1 während der
Verformung entsprechend deren Fortschritts entlang des Bereichs
der Erhöhung 11 hin
und in deren Umgebung kontinuierlich abgestützt.
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Die
Prägevorsprünge 3A und 3B können an derselben
Prägewalze 3 entsprechend
der Umfangslänge
des Hohlkörpers versetzt
ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Prägevorsprünge 3A und 3B an
unterschiedlichen Prägewalzen 3 auszubilden, die
in Umfangsrichtung des Hohlkörpers
versetzt an dessen Umfangswand 1 abgewälzt werden. Beispielsweise
kann die Stützwalze 7 aus
den 1 und 2 ebenfalls
als Prägewalze
ausgebildet sein, an welcher der zweite Prägevorsprung 3B ausgebildet
ist.
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Statt
mehrere Vorsprünge
mit in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung unterschiedlicher Größe vorzusehen,
können
die Vorsprünge
zusätzlich
oder alternativ auch in ihrer radialen Höhe unterschiedlich sein, so
dass ihre Eindringtiefe in die Umfangswand 1 entsprechend
unterschiedlich ist.
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Gemäß den 2C und 3A und 3B wird
die Umfangswand 1 nicht nur in dem Verformungsbereich,
in welchen der Prägevorsprung 3A in die
Umfangswand eindringt, sondern auch außerhalb dieses Verformungsbereichs
innen an dem Füllkörper 5 und
außen
an der Prägewalze 3 abgestützt. Da die
Umfangswand 1 jedoch an ihrer Innenseite auf Grund der
Erfindung von dem elastisch kompressiblen Werkstoff des Füllkörpers 5 auch
außerhalb
des Bereichs abgestützt
wird, ist es ebenfalls möglich, zwischen
der Außenseite
der Umfangswand 1 und der Umfangsfläche der Prägewalze 3 im Bereich
außerhalb
des Prägevorsprung 3A einen
Spalt freizuhalten, so dass die Eindringtiefe des Prägevorsprungs 3A in
die Umfangswand 1 kleiner als die radiale Höhe des Prägevorsprungs
ist. Dies kann dazu ausgenutzt werden, das Hohlprägen inkrementell
mit von Schritt zu Schritt größer werdender
Eindringtiefe des Prägevorsprungs 3A und
daher von Schritt zu Schritt zunehmender Streck-Zieh-Verformung
der Wand der hohlgeprägten
Vertiefung 10 durchzuführen.
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Ein
derartiges Verfahren gemäß der Erfindung,
bei welchem das Hohlprägen
der Umfangswand 1 ebenfalls inkrementell fortschreitend
durchgeführt
wird, wobei jedoch der Prägevorsprung 3A der
Prägewalze 3 wiederholt
abgewälzt
wird und dabei mit von Schritt zu Schritt zunehmender Eindringtiefe
in die Umfangswand 1 eindringt, wird in den 4A bis 4D erläutert.
Bei dieser Ausführungsform des
Verfahrens wird der Prägevorsprung 3A auf
der Umfangswand 1 durch mehrere Umdrehungen der Prägewalze 3 mehrfach
abgewälzt,
wobei der Achsabstand zwischen der Drehachse der Prägewalze 3 und
der Drehachse des Hohlkörpers
von Umdrehung zu Umdrehung durch inkrementell zunehmende Zustellung
der Prägewalze
zunehmend verkleinert wird.
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In 4A ist
dargestellt, dass die Prägewalze 3 mit
ihrem Prägevorsprung 3A anfänglich im
Abstand von der Umfangswand 1 des Hohlkörpers angeordnet ist und daher
zwischen der Umfangswand und der Prägewalze 3 im Bereich
außerhalb
des Prägevorsprungs 3A ein
Spalt 12 vorhanden ist. Danach wird die Prägewalze 3 soweit
zu der Umfangswand hin zugestellt, dass der Prägevorsprung 3A zunächst nur
um einen kleinen Teil seiner radialen Höhe in die Umfangswand 1 eindringt
und sich der Spalt zwischen der Umfangswand 1 und der Prägewalze 3 im Bereich
außerhalb
des Prägevorsprungs
bis auf den Spalt 12A verkleinert hat, wie aus 4B ersichtlich. Dieser
Spalt wird bei der gezeigten Ausführungsform in einem dritten
Schritt gemäß 4C weiter
auf den Spalt 12B verkleinert, bis er gemäß 4D in einem vierten Schritt vollständig verschwunden
ist. Während
der Schritte gemäß den 4B bis 4D wird daher der Prägevorsprung 3A mit
von Schritt zu Schritt zunehmender Eindringtiefe auf der Umfangswand 1 abgewälzt.
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Aus
dem Vergleich von 4B bis 4D ist auch
ersichtlich, dass die Wandstärke
der Umfangswand 1 im Bereich der eingeprägten Vertiefung 10 und
der dadurch erzeugten Erhöhung 11 aufgrund der
Streckzieh-Verformung von Schritt zu Schritt zunehmend kleiner wird.
Hieraus ergibt sich auch, dass die radiale Höhe der an der Innenseite der
Umfangswand ausgeformten Erhöhung 11 entsprechend
der Wandstärke
der Umfangswand 1 und des Grades der Streckzieh-Verformung kleiner
ist als die Tiefe der Vertiefung 10 an der Außenseite
der Umfangswand 1.
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Bei
der Ausführungsform
der Vorrichtung aus 5 sind mehrere Prägewalzen 3 am
Umfang eines schrittweise drehbaren Rundtisches 9 verteilt angeordnet.
Auf dem Rundtisch 9 sind mehrere Einspanneinrichtungen 4 für hohlzuprägende Hohlkörper 2 angetrieben
drehbar angeordnet, so dass die dem Rundtisch 9 zugeführten Hohlkörper 2 je
nach der Drehstellung des Rundtisches 9 nacheinander von
den Prägewalzen 3 bearbeitet
werden. Im Zentrum des Rundtisches ist eine Stützwalze 7 ihrerseits drehbar
angeordnet, deren Durchmesser so groß ist, dass von dieser Stützwalze
sämtliche
auf den Einspannvorrichtungen 4 eingespannten Hohlkörper 2 gleichzeitig
entgegen den Prägedrücken abgestützt werden,
die von jeder der Prägewalzen 3 erzeugt wird.
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Die
Prägewalzen 3 können einzeln
oder gemeinsam in ihrem Achsabstand zu der jeweiligen Einspanneinrichtung 4 einstellbar
sein, wie durch die den Prägewalzen 3 an
der rechten Seite der 5 zuordneten Pfeile angegeben.
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Mit
Hilfe des Rundtisches ist es daher möglich, mehrere Hohlkörper 2 gleichzeitig
zu prägen, wozu
auch vorgesehen sein kann, in die Hohlkörper 2 unterschiedliche
Prägemuster einzuprägen, die von
mehreren Prägewalzen 3 nach
entsprechender Drehverstellung des Rundtisches 9 nacheinander
erzeugt werden.