Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rill- und/oder Prägewerkzeugs nach Anspruch 1, sowie ein computerimplementiertes Verfahren zur Herstellung von Faltschachteln nach Anspruch 19.

Stand der Technik:

Faltschachteln in kleinen Stückzahlen lassen sich meist nicht wirtschaftlich darstellen. Auch bei der Anforderung an kurze Lieferzeiten stößt die aktuelle Fertigung von Faltschachteln, aufgrund der Werkzeugfertigung, an Grenzen.

Die Anforderungen an Faltschachteln sind, das Produkt ansprechend und/oder geschützt zu präsentieren, unabhängig davon, ob es sich um kleine Stückzahlen, um die Massenproduktion oder Faltschachteln für hochpreisige Konsumprodukte von Edelmarken, wie z.B. Parfüms, Edelbrände wie Cognac, Whisk(e)y, und dgl., geht.

Zur Herstellung von Faltschachteln werden bislang bedruckte Bogenformate über einen Bogenanleger in eine Flachbettstanze gefördert. Hier wird der Kartonbogen gerillt und gestanzt.

Dafür werden die bedruckten oder auch unbedruckten Bogenformate, bevorzugt 760 mm x 1060 mm oder kleiner, auf einer Palette im Stapel an der Anlage bereitgestellt. Dort werden Sie von einem Bogenanleger einzeln in den Stanz-Rill-Bereich (vergl. Flachbettstanze) gefördert.

Als Werkzeug dient eine Kombination eines Stanz- Rillierwerkzeuges, wie dieses z. B. von der Firma Marbach in Form von flachen Stanz-Rillplatten gefertigt wird. Diese Stanz- Rillplatten werden dann über eine manuelle Verschiebeeinheit (Schublade) in die Flachbettstanze eingefahren.

Bei jedem Wechsel des Faltschachtelformates ist eine neue, aufwendig hergestellte Stanz-Rillplatte erforderlich, die beim Hersteller bestellt, von diesem angefertigt und nach dessen Lieferung in die Stanz- und Rillvorrichtung eingesetzt werden muss.

Insbesondere bei kleinen Stückzahlen von Faltschachteln lässt sich diese Art der Herstellung und Fertigungszeiten von Faltschachteln jedoch nicht wirtschaftlich darstellen.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstigere und flexiblere Lösung zur Herstellung von insbesondere bei kleinen Losgrößen oder hochwertigen Faltschachteln vorzuschlagen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 19. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.

Dementsprechend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines, Material, insbesondere Bogenmaterial, zumindest zum Teil zu Faltschachteln bearbeitendes Rill- und/oder Prägewerkzeugs. Dieses Verfahren umfasst: - die Bereitstellung einer Grund- oder Trägerplatte für das Werkzeug,

- das Aufbringen: o einer Rillstruktur und/oder o einer Prägestruktur im Materialauftragsverfahren, insbesondere im 3-D- Druckverfahren .

Diesem Lösungsansatz liegt die Idee zugrunde, die Mittel zum Rillen und/oder Prägen des zur Herstellung der betreffenden Faltschachteln vorgesehenen Materials, also der Bogen, und deren Bereitstellung zumindest zum Teil von den Mitteln zum Stanzen und ggf. auch von deren Bereitstellung abzukoppeln.

Dadurch kann eine höhere Flexibilität bewirkt werden, sowohl hinsichtlich der Herstellung als auch der Verwendung eines solchen Rill- und/oder Prägewerkzeugs.

Die Herstellung des Rill- und/oder Prägewerkzeugs im 3-D- Druckverfahren kann in unmittelbarer Nähe der die Bogen verarbeitenden Flachbettstanze erfolgen. Sobald die CAD-Daten des Rill- und/oder Prägewerkzeugs für eine neue Kollektion beim Faltschachtelhersteller verfügbar sind kann dieses umgehend mittels dem 3-D-Drucker erzeugt und unmittelbar nach seiner Fertigstellung eingesetzt werden. Jegliche, bisher erforderliche, zeitintensive Zwischenschritte, wie Kontaktaufnahme mit einem Werkzeughersteller, Angebots- und Wartephase bis zur Fertigung sowie anschließende Lieferphase, können dadurch eliminiert werden.

Durch den somit möglichen Wegfall der bisher erforderlichen, langen Vorlaufzeit zwischen dem Eingang eines Auftrags zur Erstellung bestimmter Faltschachteln und der Einsatzbereitschaft des dafür benötigten Werkzeugs wird der Faltkartonhersteller massiv flexibler in seiner Auftragsannahme und -Abarbeitung und kann sogar ganz kurzfristige Aufträge annehmen und abarbeiten.

Des Weiteren können auch die für die Fertigung der bisher am Werkzeug zur Herstellung von Faltschachteln vorgesehenen Stanzkomponenten erforderlichen Arbeitsschritte entfallen. Dies spart zusätzlich sowohl Zeit als auch Kosten.

Bevorzugt wird im Verfahren zur Herstellung eines Rill- und/oder Prägewerkzeugs als aufzutragendes Material ein Metall verwendet.

Das Metall kann Nickel und/oder Chrom umfassen.

Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren zur Herstellung eines Rill- und/oder Prägewerkzeugs als aufzutragendes Material ein Kunststoff verwendet werden.

Für beide zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Rill- und/oder Prägewerkzeugs, mittels Metall- und mittels Kunststoffauftrag, gilt, dass das Material im Schmelzverfahren auf die Grund- oder Trägerplatte aufgetragen wird, insbesondere mittels eines Laserstrahls und/oder eines Kunststoffheizelements.

Der Laserstrahl kann gern, einem möglichen Verfahren mittels einer Fokussieroptik inkl. Pulverzufuhr über ein Achsensystem auf die Platte aufgetragen werden.

Der Laserstrahl kann gern, einem möglichen Verfahren mittels einer Fokussieroptik inkl. Pulverzufuhr fest stehen und die Platte über ein Achsensystem verfahren werden.

Der Laserstrahl kann gern, einem möglichen Verfahren zu seiner Strahlführung über einen 1-Achs-Scanner gelenkt werden. Gemäß einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Rill- und/oder Prägewerkzeugs kann der Laserstrahl zu seiner Strahlführung über einen Mehr-Achs-Scanner gelenkt werden, vorzugsweise über einen 2-Achs-Scanner.

Um zu ermöglichen, dass gleichzeitig an zwei oder mehreren Stellen Material auf die Grund- oder Trägerplatte oder zumindest eine weitere Grund- oder Trägerplatte aufgetragen werden kann, kann bei dem Verfahren zur Herstellung eines Rill- und/oder Prägewerkzeugs der Laserstrahl zur Aufteilung seines Strahls über ein Diffraktives Optisches Element (DOE) gelenkt werden.

Bei diesen Verfahren zur Herstellung eines Rill- und/oder Prägewerkzeugs kann auch vorgesehen sein, dass das auf die Grund- oder Trägerplatte aufzutragende Metall als loses Korn dem Laserstrahl zugeführt wird, bevorzugt mit einer Korngröße von ca. 10 gm bis ca. 60 gm, insbesondere mit einer Korngröße von zwischen ca. 15 pm und ca. 45 pm.

Weiter bevorzugt kann der Fokusdurchmesser des Laserstrahls auf ca. < 500 pm eingestellt werden, insbesondere auf < 300 pm, vorzugsweise mittels einer verstellbaren Kollimationseinheit.

Dadurch können besonders filigrane Rill- und/oder Prägestrukturen erzeugt werden.

Insbesondere ist das Verfahren zur Herstellung eines Rill- und/oder Prägewerkzeugs darauf ausgerichtet, dass die auf der Grund- oder Trägerplatte zu erzeugende Struktur als Stegstruktur ausgebildet wird.

In bevorzugter Weise wird die auf der Grund- oder Trägerplatte zu erzeugende Struktur mit einer Stegbreite von ca. 0,1 mm bis ca. 1,0 mm aufgebracht, insbesondere mit einer Stegbreite zwischen ca. 0,2 mm bis ca. 0,6 mm.

Die auf der Grund- oder Trägerplatte zu erzeugende Struktur wird in einer Steghöhe von ca. 0,1 mm bis ca. 2,0 mm aufgebracht, insbesondere in einer Steghöhe zwischen ca. 0,2 mm bis ca. 0,6 mm.

Zur weiteren Steigerung der Effizienz und/oder der Flexibilität des Verfahrens zur Herstellung eines Rill- und/oder Prägewerkzeugs kann auch vorgesehen sein, dass Punkte, beliebige Formen oder mehrere Stegstrukturen auf der Grund- oder Trägerplatte aufgebracht werden, die auch unterschiedlich hoch und/oder unterschiedlich in ihrem Verlauf ausgebildet sein können, auch zusammenhängend, aneinander angeordnet, um ein beliebiges 3D-Motiv, wie z. B. Wappen, Logos, Schriftzeichen oder auch Blindenschriften oder dgl. auszubilden, um damit im Einsatz des Rill- und/oder Prägewerkzeugs die entsprechende Kontur auf das Material der Faltschachtel zu prägen.

Um saubere und/oder glatte, insbesondere gratfreie Werkzeugkonturen zu bewirken, kann die auf der Grund- oder Trägerplatte zu erzeugende Struktur mittels eines Poliervorgangs auch geglättet und/oder die Oberfläche der Struktur abgerundet werden.

Um eine besonders Beschädigungen an den zu bearbeitenden Faltkartons vermeidende Struktur an dem Rill- und/oder Prägewerkzeug zu bewirken, kann ein de-fokussierter Laserstrahl über die auf der Grund- oder Trägerplatte aufgebrachte Struktur gelenkt werden, so dass deren Oberfläche leicht aufgeschmolzen wird.

Nach deren Erstarrung ist diese Oberfläche völlig glatt und weist abgerundete Konturen auf, die eine besonders schonende Rillung und/oder Prägung der zu Faltschachteln zu verarbeitenden, i.d.R. mit empfindlichen Beschichtungen bedruckten Bogen bewirken .

Zur Reinigung der Oberfläche des Rill- und/oder Prägewerkzeugs kann gemäß einem weiteren Verfahrensschritt eine Bürste über die auf der Grund- oder Trägerplatte aufgebrachte Struktur gelenkt werden.

Zusätzlich oder alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass eine Düse zum Absaugen und/oder eine Düse zum Abblasen, vorzugsweise von überschüssigem Granulat, über die Grund- oder Trägerplatte gelenkt wird, insbesondere im Bereich der darauf aufzubringenden und/oder aufgebrachten Struktur, so dass deren Oberfläche gereinigt wird.

Sowohl mittels Bürste als auch mittels Saug- und/oder Blasdüsen können in besonders vorteilhafter Weise die überschüssigen Auftragsmaterialien wieder gesammelt, ggf. anschließend gereinigt und danach bei der Herstellung des nächsten Rill- und/oder Prägewerkzeugs wieder verwendet werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Computer-implementiertes Verfahren zur Herstellung von Faltschachteln. Dieses umfasst:

- die Eingabe von Prozessdaten zur Herstellung der

Faltschachteln in eine computergestützte Kontrolleinheit einer, entsprechendes Material, insbesondere Bogenmaterial, zu Faltschachteln verarbeitenden Bearbeitungsvorrichtung, die Zufuhr des zu Faltschachteln zu verarbeitenden Materials zu der dieses Material bearbeitenden BearbeitungsVorrichtung, - die Bearbeitung des Materials mittels eines Werkzeugs in der Form eines: o Rillwerkzeugs und/oder o Prägwerkzeugs gekennzeichnet durch: a) die Fertigung des Werkzeugs mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche und die Bestückung der Bearbeitungsvorrichtung mit diesem Werkzeug und/oder b) die Bestückung der Bearbeitungsvorrichtung mit einem Werkzeug, erhältlich nach einem der vorangehend beschriebenen Verfahren.

Nachfolgend wird die Erfindung mit anderen Worten nochmals kurz Umrissen :

Es soll ein komplett digitales Verfahren zur Herstellung von Faltschachteln vorgeschlagen werden. Ziel ist die Umsetzung einer „Smart Factory", bei der auch kleinste Losgrößen von Faltschachteln wirtschaftlich hergestellt werden können.

Dies soll durch die Herstellung einer Rill- und oder Prägeplattenform im 3-D-Druckverfahren bewirkt werden. Bevorzugt ist hierfür das LMD-(Laser Metal Deposition) Verfahren, auch als Auftragsschweißen bekanntes Verfahren, vorgesehen. Dabei wird auf einer Grund- oder Trägerplatte, z.B. einer Metallplatte (ca. 5mm dick) an den Stellen, an denen Stege für die Rillierung und/oder Prägung aufgebaut werden sollen, mittels Laserstrahl auf der Grundplatte ein Schmelzbad erzeugt. Durch eine Düse wird automatisiert Metallpulver eingebracht. Es entsteht eine Raupe, und mit jedem weiteren Durchgang werden diese Raupen miteinander verschweißt, die dann die Stege für die Rill- und/oder Prägestruktur ergeben.

Bei Bedarf wird nachdem alle Stege ausgeführt sind, an der letzten Lage des LMD-Verfahrens ein Poliergang der Stege durchgeführt. Dabei wird der Laserstrahl de-fokussiert über die Stege so verfahren, dass die Oberfläche leicht aufgeschmolzen wird. Dies dient dazu, an der Oberfläche der Stege eine glatte und teilweise runde Oberfläche zu erzeugen.

Für die Rillierung werden standardmäßig Stege unterschiedlicher Höhe und Breite gewählt. Als Faustregel gilt:

Breite des Stegs = etwa 1-1,5-mal die Dicke des zu rillenden Kartons .

Höhe des Stegs = Materialstärke des Kartons.

Typische Stegbreiten sind: 0,2 mm - 0,6 mm die Steghöhen liegen bei ca. 0,2mm - 0,6mm.

Aufgrund der kleinen Geometrien werden für das LMD-Verfahren kleine Pulverkornfraktionen (15pm - 45pm) benötigt. Ebenfalls sollte der Fokusdurchmesser des Laserstrahls < 300pm sein. Vorzugsweise wird die Fokuseinstellung über eine verstellbare Kollimationseinheit auf die jeweilige Stegbreite (200pm - 600pm) eingestellt .

Als Material für die Grund- oder Trägerplatte und das Pulver kommt vorzugsweise Nickel und/oder Chrom umfassendes Metall zum Einsatz, da dieses Material verschleiß- und temperaturbeständig ist. Temperaturbeständig deshalb, damit eine höhere Genauigkeit gegen thermischen Verzug erreicht wird.

Vorteil dieses Verfahrens ist die hohe Flexibilität bezogen auf die Kontur und Ausführung der Stege, um die perfekte Anpassung an die Kartonagendicke und Qualität zu gewährleisten. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen in der kompletten Konturfreiheit und der Erzeugung von Rillungen, die dicht nebeneinander liegen.

Die so hergestellte Rillplatte kann im kompletten Bogenformat oder auch aus mehreren Platten zusammengesetzt und in die Rill- und/oder Präge-/(Flachbettstanze)presse manuell oder vollautomatisch eingelegt werden.

Neben der Herstellung der Stege für die Rillplatte können mit dem gleichen Verfahren auch Prägeformen hergestellt werden. Dies kann separat oder auch kombiniert auf dem gleichen Werkzeugträger erfolgen.

Die 3-D-Druckanlage wird im Bereich der Stanz-Rillanlage platziert, so dass diese mit dem gesamten Produktionsprozess vernetzt werden kann. Das Rill-/Prägewerkzeug kann somit auch bei Bedarf über Handlingsysteme in die Stanz-Rillanlage vollautomatisiert eingesetzt und entnommen werden. Der 3-D-Druck findet parallel zu der jeweiligen Faltschachtel-produktion statt. Das heißt im 3-D-Drucker wird immer das Rill-/Prägewerkzeug des Folgeauftrag bereits parallel vorgefertigt. Kommt ein wiederkehrender Auftrag, so wird diese Rillierplatte aus dem Lager eingeschleust.