Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD OF PRODUCING OBJECTS BY FOLDING FLAT MATERIAL AND OBJECT PRODUCED ACCORDING TO THIS METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/037837
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a method of producing objects from flat material (9) by folding or bending or the like. According to this method, before the flat material is folded, bent, etc., notches (13, 13', 13'') are cut in the flat material or pieces are removed therefrom, or the like, thermally in a contactless manner by laser radiation in the region of at least one folding zone (9') on the inner side of the object to be produced, the notches, or the like, extending in the direction of the folding zone (9') and being disposed at mutual spacings. The flat material is then folded to form a chamfer, a flattened area, a rounded area (15) of the like over the entire folding zone (9').

Inventors:
STRASSER GEORG (CH)
Application Number:
PCT/CH1997/000124
Publication Date:
October 16, 1997
Filing Date:
March 25, 1997
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
COMAG PRINTING & CONVERTING SY (CH)
STRASSER GEORG (CH)
International Classes:
B23K26/364; B29C53/06; B31B50/25; B65H37/06; B65H45/12; (IPC1-7): B31B1/25; B23K26/00; B29C53/06; B65H37/06; B65H45/12
Domestic Patent References:
WO1987000121A11987-01-15
Foreign References:
EP0320668A21989-06-21
EP0357841A11990-03-14
GB2161427A1986-01-15
EP0189909A21986-08-06
FR2576836A11986-08-08
US3626143A1971-12-07
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 15, no. 333 (M - 1150) 23 August 1991 (1991-08-23)
Download PDF:
Claims:
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen durch Falten von Flachmaterial, das zuvor in der Faltzone über eine be¬ grenzte Tiefe eingeschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, dasε vor dem Biegen des Flachmaterials (9) im Bereich wenigstens einer Faltzone (9') an der Innenseite des herzustellenden Ge¬ genstandes in Richtung der Faltzone (9') verlaufende, voneinan der beabstandete Einschnitte (13, 13, 13") berührungslos durch Laserstrahlung thermisch im Flachmaterial (9) vorgenommen wer¬ den, wonach die Faltung des Flachmateriales über die gesamte Faltzone (91) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung der Faltzone (91) verlaufenden Einschnitte (13, 13', 13") diskontinuierlich über die Breite des Flachmateriales (9) vorgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, daεε mindestens zwei im wesentlichen zueinander parallel und in Richtung der Faltzone (9') sich erstreckende Einschnitte (13, 13') durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass mindestens drei im wesentlichen zu¬ einander parallel und in Richtung der Faltzone (91) sich er¬ streckende Einschnitte (13, 13', 13"), vorzugsweise in symme¬ trischer Lage zueinander, vorgenommen werden.
5. Gegenstand aus gefaltetem Flachmaterial mit einer in einer Faltzone einen Einschnitt aufweisenden Faltung, herge¬ stellt nach dem Verfahren gemäss einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich mindestens einer Faltzone (9') des Flachmaterials (9) an dessen Innenwan¬ dung (10) wenigstens zwei sich in Richtung der Faltzone durch Materialabtragung gebildete Einschnitte (13, 13', 13') auf¬ weist.
6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte im wesentlichen parallel zueinander sind.
7. Gegenstand nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich¬ net, dasε einander benachbarte Einschnitte (13, 13', 13") ab¬ wechselnd Unterbrechungen aufweisen.
8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 5 biε 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (13, 13', 13") unter¬ schiedliche Breiten und/oder Tiefen aufweisen.
9. Gegenstand nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dasε die Einschnitte einen Abstand voneinander von maximal 2 mm aufweisen.
10. Gegenstand nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte einen Abstand voneinander von minimal 0,1 mm aufweisen.
Description:
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON GEGENSTANDEN DURCH FALTEN VON FLACHMATERIAL UND NACH DIESEM VERFAHREN HERGESTELLTER GEGENSTAND.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen durch Falten, Biegen od.dgl. von Flachmaterial und auf einen Gegenstand aus gefaltetem Flachmaterial, der nach diesem Verfahren hergestellt ist.

Bei den gefalteten Gegenständen aus Flachmaterial handelt es sich vor allem um Verpackungsmaterial, beispielsweise um Falt¬ schachteln od. dgl. Ebenso können diese Gegenstände aber auch Etiketten, Schilder, Werbefiguren od. dgl. sein.

Zum Falten von Gegenständen aus Flachmaterial, wie Karton,

Kunststoffolie od. dgl. ist es im allgemeinen erforderlich, das Flachmaterial auf jener Seite im ungefalteten Zustand über einen Teil der Dicke des Materials einzuschneiden (der in der Fachsprache verwendete Ausdruck ist "einprägen", das nachste- hend gleichbedeutend mit "einschneiden" verstanden werden soll), die dann im gefalteten Zustand die Aussenseite bzw. Aussenflache des Gegenstandes bildet. Das Einschneiden hat hierbei entlang der beabsichtigten Faltkante zu erfolgen, wofür ein entsprechend geformtes, relativ teures Stanzwerkzeug her- gestellt werden muss. Für das Einschneiden ist dann dieses

Stanzwerkzeug in einer Stanzmaschine zu montieren. Die Verwen¬ dung eines Stanzwerkzeuges ist nachteilig, da erstens die Her¬ stellung lange Zeit in Anspruch nimmt, zweitens das Werkzeug nach einiger Zeit abgenützt ist und drittens eine flexible An- passung an bestimmte Schneidmuster gemäss den jeweiligen Markt¬ erfordernissen nicht möglich ist, da eine Änderung des Schneid¬ musters eines Zeitaufwandes von einigen Wochen bedarf.

Die durch die Montage bzw. Änderung des Werkzeuges bedingten Stillstands- und Umrustzeiten bringen es in nachteiliger Weise mit sich, dass angestrebt wird, möglichst grosse Stückzahlen von Flachmaterial einzuschneiden, um die unproduktive Zeit der Stanzmaschine soweit alε möglich zu verkürzen. Durch die grosse

Fertigungslosgrösse entstehen aber wieder erhöhte Lagerhal¬ tungskosten, die das Produkt in nachteiliger Weise verteuern,

Zwar ist es beispielsweise aus den US-A-5,421,933 und 5,487,807 bekannt, Laserstrahlung zum Schneiden flächiger Etiketten ein¬ zusetzen, für zu faltende Gegenstände ist dies aber noch nicht vorgeschlagen worden. Der Grund hierfür liegt offensichtlich darin, dass der Einschnitt an der - gegebenenfalls sichtbaren - Aussenflache des Materials erfolgen muss, und diese Aussenflä- ehe ist meistens eine Dekorfläche bzw. trägt eine Dekorfläche, beispielsweise eine Farbdruckschichte, eine Glanzschichte od. dgl. Eine derartige Schichte neigt jedoch dazu, durch die Hitze der Laserstrahlung sich in den dem Einschnitt benachbarten Be¬ reichen vom Flachmaterial abzulösen bzw. aufzulösen oder zu verändern, was dann den Gegenstand unansehnlich macht.

Es ist bekannt, dass ein höchstens versehentlich durchgeführter Einschnitt an der Innenfläche des Flachmaterials beim Falten an der Aussenflache der Kante zu Spannungen im Material führt, die das Zerreissen dieser Materialkante zur Folge haben.

Diese beiden oben beschriebenen nachteiligen Effekte sind die wesentlichen Gründe, warum der Einsatz von Laserstrahlung zur Herstellung der Kanteneinschnitte an zu faltenden Flachmateria- lien bzw. Gegenständen nicht in Betracht gezogen wurde bzw. wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das den Einsatz eineε Lasers bzw. von Laserstrah- lung zum Einschneiden zu faltender Flachmaterialien zur Formung von Gegenständen ermöglicht. Gemäss der Erfindung wird daher bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, dass vor dem Falten, Biegen od. dgl. des Flachmateriales im Be¬ reiche wenigstens einer Faltzone an der Innenseite des herzu- stellenden Gegenstandes wenigstens zwei in Richtung der Falt- zone verlaufende, voneinander in einem vorbestimmten Abstände liegende Materialabtragungen, Einschnitte od. dgl. berührunsgs-

los durch Laserstrahlung thermisch im Flachmaterial vorgenommen werden, wonach die Faltung des Flachmateriales unter Bildung einer Fase, einer Abflachung, Verrundung od.dgl. über die ge¬ samte Faltzone durchgeführt wird.

Durch diese Verfahrensschritte ist es nicht nur möglich, die Lasertechnologie mit allen ihrer Vorteilen in der beabsichtig¬ ten Weise einzusetzen, sondern auch - da der Laserstrahl mit geringem Aufwand mittels Computer gesteuert werden kann - die- sen Computer gegebenenfalls auch für die Steuerung der Herstel¬ lung des Dekors und/oder weiterer Einschnitte , z.B. zum Ab¬ trennen, an der Ausssenflache des Flachmateriales einzusetzen. Ein derartiger Einsatz des Computers ist sehr wirtschaftlich, und durch eine Auswahlmöglichkeit für unterschiedliche Program- me kann praktisch ohne Stillstandszeiten ein Wechsel der Muster der Materialabtragungen bzw. der Einschnitte vorgenommen werden und somit eine unverzügliche Anpassung an Liefer- bzw. Markter¬ fordernisse auch für kleinste Lieferlosgrössen wirtschaftlich äusserst ökonomisch durchgeführt werden.

Da sich also eine Wartezeit für die Herstellung eines neuen Stanzwerkzeuges erübrigt und auch die Stillstandszeiten für dessen Montage in Wegfall kommen, wird die Herstellung von kleinen Stückzahlen ökonomisch vertretbar. Es kann davon ausge- gangen werden, dass die Lagerhaltungskosten deutlich reduziert werden, da eine Fertigung "just-in-time" rationell möglich wird.

Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die in Richtung der Faltzone verlau¬ fenden Materialabtragungen, Einschnitte od. dgl. diskontinuier¬ lich über die Breite des Flachmaterials vorgenommen werden. Durch diese Massnahme kann in vorteilhafter Weise eine Anpas¬ sung der Einschnitte od. dgl. an die Eigenschaften des Flach- materiales erzielt werden. Beispielsweise bei Verwendung von dünnem Flachmaterial können die diskontinuierlich vorgenommenen Abtragungen bzw. Einschnitte dazu beitragen, die Festigkeit deε Gegenstandes trotz der Einschnitte zu erhalten.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass mindestens zwei im wesentlichen zuein¬ ander parallel und in Richtung der Faltzone sich erstrekkende Materialabtragungen, Einschnitte od.dgl. durchgeführt werden. Hierdurch wird erreicht, dass die Faltung des Flachmateriales vorgenommen werden kann, ohne dass in nachteiliger Weise an der Aussenflache Spannungen auftreten. Die im wesentlichen zueinan¬ der parallele Ausrichtung der Materialabtragungen bzw. Ein- schnitte stellt sicher, dass die angestrebte geometrische Ge¬ stalt des durch die Faltung entstandenen Gegenstandes sicher gebildet werden kann.

Insbesondere bei der Verwendung von Flachmaterial mit grösserer Dicke wird in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemässen

Verfahrens vorgeschlagen, dass mindestens drei sich im wesent¬ lichen zueinander parallel und in Richtung der Faltzone er¬ streckende Materialabtragungen, Einschnitte od.dgl., vorzugs¬ weise in symmetrischer Lage zueinander vorgenommen werden. Vor allem bei dickeren Flachmaterialien entstehen beim Falten grös- sere Spannungen an der Aussenflache, die vermieden werden müs¬ sen, um die Qualität des Produktes nicht nachteilig zu beein¬ flussen. Die Durchführung von mindestens drei Materialabtragun¬ gen, Einschnitten od. dgl. reduziert auch bei dickem und gege- benenfalls steifem Material das Auftreten von zu hohen Spannun¬ gen in vorteilhafter Weise wesentlich.

Bei einem aus gefaltetem Flachmaterial nach dem erfindungsge¬ mässen Verfahren hergestellten Gegenstand wird nach einem wei- teren Kennzeichen der Erfindung vorgeschlagen, dass im Bereiche mindestens einer Faltzone des Flachmateriales an dessen Innen¬ wandung mindestens zwei in Richtung der Faltzone durch Mate¬ rialabtragung gebildete Einschnitte vorgesehen sind. Diese An¬ ordnung von Nuten, Einschnitten od. dgl. ermöglicht die Fal- tung, ohne dass an den Faltkanten quälitätsmindernde Spannungen auftreten, die bewirken, dasε die Aussenflache des Gegenstandes beeinträchtigt wird.

Diese Einschnitte εind vorzugεweise im wesentlichen parallel zueinander angeordnet.

Falls eε aus Gewichtsgründen erforderlich ist, den Gegenstand aus sehr dünnem Flachmaterial herzustellen, so wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass einander be¬ nachbarte Nuten oder Einschnitte abwechselnd Unterbrechungen aufweisen. Diese erfindungsgemasse Ausbildung ermöglicht einer- seits das Falten des Flachmateriales ohne die Aussenfläche zu beeinträchtigen, wobei aber auch trotz der geringen Dicke des Flachmaterials die Stabilität des Gegenstandes erhalten bleibt.

Schliesslich wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, dass die Materialabtragungen, Einschnitte od. dgl. unterschiedliche Breiten und/oder Tiefen aufweisen. Durch diese Dimensionierungen wird in vorteilhafter Weise eine Anpas¬ sung an die Materialeigenschaften des Flachmateriales bzw. an die geometrische Gestalt deε Gegenstandes vorgenommen, um kon- struktiv die angestrebte Form, Stabilität und Qualität vor al¬ lem der äusseren Oberfläche des Gegestandes sicherzustellen.

Mittels Laserstrahlung durchgeführte Materialabtragungen bzw. Einschnitte können in einfacherweise vorprogrammiert durchge- führt werden. Es wurde gefunden, dass für die Herstellung von Verpackungsmaterial, wie Faltschachteln, Abstände der Ein¬ schnitte von max. 2 mm den Anforderungen im allgemeinen gut entsprechen. Eine Verringerung der Abstände ist möglich, wobei eine Begrenzung lediglich durch den Querschnitt der Laserstrah- lung gegeben ist. Hierbei sind Minimalabstände von benachbarten Einschnitten von 0,1 mm erreichbar.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung erfindungsgemässer Ausführungsbei- spiele. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaubild zur Erläuterung deε erfindungsgemäεsen Verfahrens, und

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel in einer teilweiεen

Perspektivansicht einer erfindungsgemäss hergestell¬ ten Faltschachtel in vergrössertem Massstab, zu dem die

Fig. 3 eine Ausführungsvariante veranschaulicht.

Gemäss Fig. 1 ist ein Laser 1 mittlerer Leistung, z.B. ein C0 2 - Laser, mit der Lasercavitat 2, voll reflektierendem Spiegel 3 und teilreflektierendem Spiegel 4 vorgesehen. Der über den Spiegel 4 ausgekoppelte Laserstrahl verläuft zumindest zu einem Kippspiegel 5 als Ablenkorgan. Der Kippspiegel 5 ist um eine Achse 6 mit Hilfe eines Antriebes 7 schwenkbar. Ein solcher An- trieb kann beispielsweise durch ein Galvanometer oder einen an¬ deren elektromeschanischen Stellantrieb gebildet sein. Alterna¬ tiven sind beispielsweise auch Biegeschwinger oder Optikele¬ mente mit steuerbarer Ablenkung,* auch ein polygones Drehprisma kann eingesetzt werden.

Um den Laserstrahl in zwei Richtungen ablenken zu können, wird im allgemeinen die Hintereinanderschaltung zweier Spiegel oder ähnlicher Einrichtungen vorgesehen, die dem Spiegel 5 entspre¬ chen, aber um eine zur Achse 6 senkrechte Achse schwenkbar sind. Auch eine kardanische Lagerung des Ablenkorganε kann vor¬ gesehen werden. Eine derartige zweiachsige Lagerung ist aber nicht für jeden Fertigungseinsatz erforderlich.

An sich könnte auch der Spiegel 5 samt Antrieb 7 weggelassen oder in seinem apparativen Aufbau vereinfacht werden, wenn stets gerade Einschnitte bzw. Materialabtragungen in immer der¬ selben Richtung vorzunehmen sind. Im allgemeinen wird aber ge¬ rade bei Verpackungs- und Etikettenmaterial eine Diversifizie¬ rung der Einschnittmuster vorzusehen sein, wie ja auch Faltkan- ten nicht unbedingt stets in ein und derselben Richtung verlau¬ fen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Antrieb 7 von einem mindestens ein entsprechendes Musterprogramm enthaltenden

Computer 8 steuerbar ist. Dieser Computer 8 kann gegebenenfalls auch dazu verwendet werden, an einer benachbarten Fertigungε- εtation die Bedruckung einer Dekorschicht 11 eines Flachmate- rials 9 zu steuern.

Mit dieser Ausrüstung kann nun das Flachmaterial 9, beispiels¬ weise aus Karton, Kunststoff-Folie usw., in nicht dargestellter Weise entlang einer Bahn gefördert werden, wobei es unter den vom Spiegel 5 abgelenkten Laserstrahl zu liegen kommt und an eine Innenschicht 10 in der später erläuterten Weise mindestens zwei, vorzugsweise in zueinander parallelen Richtungen verlau¬ fende Einschnitte bzw. Materialabtragungen erhält. Die nach dem Falten bzw. nach dem Bilden einer Kante aus dem Flachmaterial 9 aussenliegende Dekorschicht 11 bleibt hingegen unverletzt.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs¬ gemäss gebildeten Kante am Flachmaterial 9. Wäre der Kantenein¬ schnitt an der Seite der Dekorschicht 11 ausgeführt, so würde das Aussehen darunter leiden. Würde dagegen ein einziger Ein- schnitt 12 an der Innenseite 10 durchgeführt, wie dies in Fig. 2 strichliert dargestellt ist, so ergäbe sich eine einen Winkel von 90° bildende, ebenfalls strichliert angedeutete Kante. Mit dieser Biegung von 90° entstehen aber zu hohe Zugspannungen an der Seite der Dekorschicht 11, so dass das Material zum Einrei- sεen neigt und somit zerstört wird.

Die erfindungsgemasse Lösung sieht also mindestens zwei Ein¬ schnitte 13, 13' begrenzter Tiefe vor, wodurch sich ein sanfter Übergang in der Faltzone 9' des Flachmaterials 9 ergibt, d.h. der Winkel zwischen den beiden Hauptflächen mit den Abschnitten 14 und 16 beträgt zwar weiterhin 90°, doch bildet sich ein schmales Zwischenstück 15, das mit den benachbarten Abschnitten 14 und 16 jeweils nur einen Winkel von 45° einschlieεst und den angestrebten sanften Übergang bildet. Es wird somit in der Faltzone 9' eine Fase an der Kante des Flachmaterials 9 gebil¬ det. Damit werden die Spannungen an der Seite der Dekorschicht 11, also an der Aussenseite, so weit reduziert, dasε ein Ein- reissen deε Materiales nicht mehr auftritt.

Wie die Fig. 2 zeigt, sind die Einschnitte 13, 13' in der Falt¬ zone 9' an ihrem Ende im Inneren des Flachmaterialε abgerundet, wie es für Laserstrahlungεeinschnitte bzw. Lasermaterialabtra- gungen typiεch und daher am fertigen Gegenεtand zu erkennen ist. Diese Einschnitte stellen Nuten dar. Es ist ersichtlich, dasε die Eigenart des LaserSchnittes mit dem abgerundeten Inne¬ ren das Falten um den jeweiligen inneren Einschnitt 13 bzw. 13' begünstigen, obwohl die Abfasung theoretisch auch mittels eineε herkömmlichen Stanzwerkzeuges erreichbar wäre. Insofern stellt die Anordnung mindestens zweier Einschnitte 13 bzw. 13' an der Innenseite - unabhängig von der Verwendung eines Lasers - einen selbständigen erfinderischen Gedanken dar.

Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform, wie sie besonders bei dickerem Flachmaterial 9 anzuwenden ist. Dabei ist in der Faltzone 9 1 ausser den zwei zu beiden Seiten des Kantentberei¬ ches gelegenen Einschnitten 13,13' auch noch ein mittlerer Ein¬ schnitt 13" vorgesehen. Wie ersichtlich, ergibt sich dadurch eine äussere Rundung der Kante in der Faltzone 9' und somit ein noch sanfterer Übergang vom Flächenabschnitt 14 zum Flächenab¬ schnitt 16.

Obwohl auch bei der Ausführungεform nach Fig. 3 durchgehende Einεchnitte wie in Fig.2 möglich εind, zeigt die Fig. 3, dass im Rahmen der Erfindung auch Einschnitte mit Unterbrechungen 17 vorgenommen werden können, obwohl dies im allgemeinen nicht er¬ forderlich iεt. In diesem Falle könnten aber die Unterbrechun¬ gen 17 bzw. die zugehörigen Einschnitte 13 biε 13" bzw. Mate- rialabtragungen derart zueinander verεetzt εein, daεs zwar die generellen Richtungen der Einεchnitte 13 und 13" zueinander parallel sind, die Einschnitte 13 und 13" aber εo gegeneinander verεetzt εind, daεε von einer Parallelität im engeren Sinne nicht mehr geεprochen werden kann. Eine durchgehende bzw. zu- einander parallele Führung der Einschnitte 13 biε 13" iεt je¬ doch in den meisten Fällen bevorzugt.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform mit drei Einschnitten 13 bis 13" ist etwas aufwendiger als die Ausführungsform nach Fig. 2. Man wird diese Ausführungsform aber dort mit Vorteil anwen¬ den, wo es die Beschaffenheit des Flachmaterials 9 erfordert. Je nach Beschaffenheit des Flachmateriales 9 kann sich auch eine grösεere Anzahl von Einschnitten bzw. Materialabtragungen als drei alε zweckmässig erweisen, so dass die Erfindung nicht auf die Anzahl der Einschnitte bzw. Materialabtragungen, aber auch nicht auf ihre Formgebung eingeschränkt ist.

Vorteilhaft wird man, insbesondere aus ökonomischen Gründen, anstreben, mit so wenig Einschnitten bzw. Materialabtragungen als möglich auszukommen.