ЗАЖИМНАЯ ОПРАВКА ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ПЕЧАТИ НА КОРПУСЕ БАНКИ
CLAMPING HOLDER FOR DIGITAL PRINTING ON CAN BODY

Предлагается способ и зажимное устройство для захватывания и точной фиксации полого тела для выполнения управляемых прецизионных перемещений. При этом обеспечивается возможность настолько точно управлять позицией полого тела, что возможно цифровое печатание наружной поверхности стенки полого тела. Цифровое печатание заменяет окрашивание и декорирование внешней стороны полого тела, наносившиеся до сих пор с помощью способа с использованием декельного полотна.
Изобретение относится к цилиндрическому зажимному устройству для симметричного относительно оси вращения полого тела, в частности для банок, состоящих из корпуса и приформированного за одно целое дна, чаще всего с куполовидным и вогнутым вовнутрь дном.
Известно, что особенно важно для обработки (отделки), в частности для печати или декорирования наружной поверхности таких полых тел, точно управляемое, преимущественно пошаговое движение в виде вращения полого тела для точности и надежности «обработки» наружной поверхности, ср. с документом US-A 6,767,357 (Joe Finan), который относится к нанесению печати, но не содержит подробных высказываний по поводу зажимного устройства.
В документе US-A 3,960,073 (Rush) описано устройство для декодирования выполненных как единое целое банок, состоящих из корпуса и дна. Это устройство содержит большое количество одинаковых зажимных оправок. Каждая зажимная оправка содержит несколько зажимных сегментов с цилиндрическими наружными поверхностями, которые установлены с возможностью радиально синхронного движения, с помощью соответствующих направляющих штифтов и предварительно затянуты с помощью пружин, расположенных на этих штифтах, в направлении радиально втянутого положения.
Внутри оправки предусмотрен вал, установленный с возможностью регулируемого осевого перемещения, которое через первые наклонные поверхности на валу и соответствующие вторые наклонные поверхности преобразуется в радиальное перемещение зажимных сегментов. Наклонные поверхности связаны с зажимными сегментами. Осевое перемещение вала происходит с помощью механических управляющих элементов, находящихся вне оправки, которые связаны через соответствующие промежуточные элементы с валом. На торцевую поверхность оправки выходит множество каналов, которые связаны на другом конце с источником (давления или вакуума), для того чтобы удержать банку в ее осевом положении на зажимной оправке или столкнуть банку с зажимной оправки. Зажимная функция зажимной оправки осуществляется и управляется независимо чисто механическим путем. Для этого необходимо много деталей, взаимодействующих друг с другом и согласованных друг с другом, при этом давление (избыточное или пониженное давление) не играет управляющей роли.
Достичь точности и надежности отделки наружной поверхности зажатого полого тела в отношении обработки, нанесения покрытия, также в частности печати, то же и при высокой скорости вращения и отделки и/или смены полых тел - в этом состоит техническая задача данного изобретения.
Эта задача решается посредством описанного в пункте 1 формулы изобретения зажимного устройства в виде «зажимной оправки» (также называемой дорном, mandrel), альтернативно посредством каждого из способов, описанных в пунктах 11, 22 формулы изобретения или в пункте 12 соответственно. Другие зажимные оправки охарактеризованы в пункте 20 формулы изобретения.
Прилагаемое цилиндрическое зажимное устройство имеет очень простую конструкцию. Оно состоит только из относительно небольшого количества частей, которые взаимодействуют очень быстро и точно. Необходимые отрезки пути подвижных частей очень малы. Управление этих деталей осуществляется, прежде всего, через вакуум или через избыточное давление очень просто и надежно.
Полое тело захватывается по большой поверхности надежно, но тем не менее, бережно зажимными сегментами цилиндрического зажимного устройства. Тем самым может быть обеспечено точно управляемое, преимущественно пошаговое движение, в частности в виде вращения зажатого полого тела. Это является основой для надежной отделки наружной поверхности зажатого полого тела, например его печати.
Зажимное усилие и удерживающее усилие эффективно действуют синхронно (равномерно) внутри полого тела, в частности банки, и тем самым банка соединяется с оправкой с помощью соответствующего радиального давления в единый узел, движение которого может управляться с большой точностью. Исключена всякая опасность остаточной деформации банки, которая может возникать при удерживании банки снаружи или только с торцевой стороны.
Детали, используемые для управляемого движения зажимных элементов, и устройства находятся внутри зажимной оправки. Особым преимуществом является вакуум и воздействие на полое тело (п.2 и п.3), принимая во внимание простоту, затраты времени и эффективность. Во-первых, возможно приложение и управление вакуумом или соответственно избыточным давлением внутри оправки, без больших затрат и с большой точностью и скоростью. Во-вторых, без дополнительных средств достигается надевание полого тела на оправку или сталкивание его с оправки.
При этом дно полого тела используется во взаимодействии со свободной торцевой стороной оправки как своего рода клапанное устройство, которое автоматически обеспечивает возможность того, чтобы при надевании банки на оправку с помощью вакуума дно банки прилегало к торцевой стороне оправки, на которую воздействует вакуум, зажимные сегменты перемещались радиально наружу, за счет чего они под давлением прилегают к внутренней стенке банки (п.11 п.12).
Предлагаемый способ точного позиционирования и управляемого прецизионного перемещения, предпочтительно пошагового, симметричных полых тел вращения «монолитно состоящего» (без фальцованного шва в области дна) из корпуса и дна, в частности банок для напитков, также банок с вогнутым внутрь дном, может быть осуществлен с помощью достигаемого точного зажима. Речь идет о точном фиксировании без риска повреждения или деформации полого тела (п.11, п.12, п.20).
«Точность зажима» можно перефразировать так, что тем самым также может достигаться равнозначная точность передачи движения, в том смысле, что эта точность может быть названа «подходящей для цифровой печати».
Начальное положение зажимного устройство достигается с помощью возвращающего усилия (п.14). Оно возвращает устройство передачи усилия в начальное положение. Это положение в любом случае подходит для компенсации колебаний диаметров полых тел, которые могут надеваться на оправку и в случае отклонений диаметров.
Воздействие усилия на притянутую вакуумом и удерживаемую банку как пример полого тела с тонкой стенкой, улучшается предпочтительно так, что зажимная оправка имеет торцевую поверхность, форма которой согласована, по меньшей мере, в области выхода осевого отверстия с формой дна банки. Куполовидная вогнутость внутрь (у банки) является в осевом направлении куполовидной вогнутостью внутрь (у зажимной оправки). Зажимная оправка имеет вал, который установлен на подшипниках вне зажимной оправки вместе с множеством таких же оправок в несущей головке, вращающейся с индексированными шагами. На конце вала предусмотрен собственный регулируемый привод, работающий в шаговом режиме. Осевое отверстие вала регулируемым образом связано с источником высокого или низкого давления. Оба давления измеряются относительно нормального давления окружающей среды.
Ниже изобретение подробно поясняется на нескольких примерах осуществления с привлечением схематических чертежей; при этом на
фиг.1 изображено в перспективном виде зажимное устройство 1 в виде зажимной оправки согласно первому примеру выполнения изобретения;
фиг.2 в увеличенном масштабе показан схематически вид сбоку зажимной оправки;
фиг.3 показано схематично продольное сечение зажимной оправки;
фиг.4 показана в увеличенном масштабе зажимная оправка в сечении подобно фиг.3, но с более функциональными обозначениями. Дно банки, прилегающее к торцевой поверхности 7b, изображено схематично.
Собственно зажимная поверхность 16 зажимного устройства в виде зажимной оправки 1 образована несколькими зажимными сегментами 2а,2b,2c, выполненными предпочтительно одинаково, причем каждый из них имеет частично цилиндрическую наружную поверхность в качестве частей зажимной поверхности, и вместе они образуют тем самым цилиндрическую зажимную поверхность 16. Зажимные сегменты тянутся практически по всей длине зажимного устройства 1 и установлены с возможностью перемещения в радиальном направлении на основной части зажимного устройства.
′
Пример - элемент 2а зажимной поверхности, который принадлежит к зажимному сегменту 2а. То же относится к зажимному сегменту 2с и элементу 2с зажимной поверхности.
Основная часть состоит из центрального вала 3, проходящего по всей длине зажимного устройства и выходящего через его торцевой конец; на валу закреплены два элемента 6 и 7 торцевой стенки на соответствующем осевом расстоянии друг от друга, между ними проходят зажимные элементы 2.
Элемент 7 торцевой стенки на свободном торцевом конце f зажимной оправки 1 (коротко названа также «оправка 1») имеет цилиндрическую стенку 11, проходящую на некоторый отрезок аксиально далеко внутрь оправки. Ось 100 показывает направление оси и середину зажимного устройства. Вал 3 содержит сквозное осевое отверстие, например, в виде отверстия 4, которое заканчивается на поверхности свободного конца вала 3 и наружной поверхности 7а элемента 7 торцевой стенки. На расстоянии по оси от этого конца 5 и в области цилиндрической стенки 11 вал 3 имеет радиальные отверстия, например отверстия 21, которые соединяются с осевым отверстием 4. Несколько дальше в осевом направлении внутри оправки расположена дискообразная стенка 10, которая установлена с возможностью ограниченного перемещения и скольжения по цилиндрической стенке 11 с уплотнением посредством кольцевого элемента 12. Управляющий или исполнительный элемент 13 в форме симметричного тела вращения жестко связан с дискообразной частью 10 стенки. Стенка имеет в центральном цилиндрическом отверстии скользящую опору, которая установлена на валу 3 с возможностью аксиального перемещения.
Зажимная оправка 1 размещена на валу 3, который установлен в подшипниках вне зажимной оправки вместе с множеством одинаковых оправок в несущей головке, вращающейся с индексированными шагами (обозначено справа на фиг.1). На конце вала предусмотрен собственный регулируемый привод, работающий в шаговом режиме. Осевое отверстие 4 вала и регулируемо связано с источником высокого или низкого давления. Оба давления измеряются относительно нормального давления окружающей среды. Избыточное давление применяется для освобождения зажатой банки. Вакуум - для присасывания и зажима банки.
Элемент 7 торцевой стенки основной части зажимной оправки образует с цилиндрической стенкой 11 и дискообразной стенкой 10 камеру 9 для давления или вакуума (относительно давления окружающей среды). Управляющий элемент 13 находится аксиально вне камеры 9 давления, но образует вместе с дискообразной стенкой 10 силовое устройство передачи усилия, что тоже поясняется более подробно ниже.
Управляющий элемент 13 также называет «исполнительный элемент», имеет осевое отверстие, например, в виде отверстия 13а, диаметр 14 которого явно больше, чем внешний диаметр d3 вала 3. С помощью промежуточных опорных втулок 20 и 20′ управляемый элемент 13 установлен на валу с возможностью осевого перемещения и может сам нести на себе и направлять стенку 10 в виде дискообразного первого управляющего элемента 10.
Второй управляющий элемент 13 имеет наружную поверхность 19, проходящую в осевом направлении слегка на конус.
Как видно из фиг.3, зажимные сегменты 2 имеют на своей внутренней стороне соответствующую коническую поверхность 17 в качестве внутренней поверхности, которая параллельна поверхности 19. Она может быть предусмотрена, как показано, и на отдельных, но жестко связанных с зажимными сегментами элементах 15. Каждому из этих крепежных клиньев 15 соответствует зажимной сегмент. Итак, крепежному клину 15а соответствует зажимной сегмент 2а, крепежному клину 15с соответствует зажимной сегмент 2с. Позицией 15 обозначены все крепежные клинья (зажимные элементы), тогда как позицией 2 обозначены все зажимные сегменты, 2а,2b,2с (и др.).
В коническом промежуточном пространстве между противолежащими поверхностями 18 и 19 расположены соответствующие опорные элементы и элементы 18 передачи усилия, которые жестко связанны с одной из двух частей 2 или 13. Если поверхность 19 сплошная на большой площади, то поверхность 17 составлена из сегментов и задается сегментами 2а, 2b, 2с или зажимными клиньями 15а и 15с. Зажимной клин 15с имеет, например, сегментную поверхность 15с, проходящую конически и образующую участок конической внутренней поверхности 17.
Радиальное перемещение зажимного сегмента 2 вызывается с помощью вакуума для зажимания и избыточного давления для освобождения зажима. Оба вида давления воздействуют через осевое отверстие 4 вала 3 (подводятся или отводятся). Устройство, создающее соответствующее давление, не показано.
Оба давления нужны для того, чтобы цельное симметричное относительно оси вращения полое тело, состоящее из дна и корпуса, например банка для напитков, помещалось в осевом направлении на оправку и сталкивалась с нее. При этом используется дно банки вместе с наружной поверхностью элемента 7 торцевой стенки для того, чтобы только автоматически вызвать движение зажима зажимного сегмента 2, когда банка правильно надета на оправку в осевом направлении и только начать процесс выталкивания, когда зажимные сегменты соответственно освободили банку.
Передняя наружная поверхность 7а элемента торцевой стенки 7 выполнена так, что она имеет кольцевой линейный контакт или контакт по поверхности с прилегающим дном банки, который прекращает всасывание воздуха снаружи посредством вакуума, воздействующего через отверстие 4, так, что после этого вакуум воздействует на дискообразную стенку 10 через радиальные отверстия 21 и камеру 9, и эта стенка вместе с управляющим элементом 13 на фиг.3 движется влево.
Через взаимодействующие конические поверхности перемещаются радиально наружу все зажимные элементы 2 при осевой подаче управляющего элемента 13. Итак, управляющий элемент приводит в действие зажимные сегменты 2а,2b,2с (и др.) совместно и синхронно наружу. Поэтому он называется также исполнительным элементом 13.
Хорошее взаимодействие достигается, если форма куполовидного дна полого тела, которое не представлено, но общеизвестно, согласована с формой торцевой стороны зажимной оправки. Эта торцевая сторона является передней наружной поверхностью переднего элемента торцевой стенки. Для этого пригодна выпукло-вогнутая пригонка.
На фиг.3 показана в качестве примера гладкая торцевая поверхность 7а, которая имеет по краю окружную фаску 7b на элементе 7 торцевой стенки. Отверстие 4 в валу 3 выполнено в диаметре меньше, чем закрывающий его спереди центральный участок куполовидной вогнутости дна полого тела, так что при присасывании полого тела к зажимной оправке обеспечивается уплотнение, по меньшей мере, переднего кругового края удлиненного аксиального сквозного отверстия.
Упомянутая выпукло-вогнутая пригонка по меньшей мере внутренней области торцевой стенки 7а (вогнута вправо) и дна полого тела, выгнутого вправо на фиг.3, отдельно не показана, но из пояснения для специалистов очевидно. Окружная фаска 7b служит при этом дополнительно для улучшения пригонки первоначального надвигания полого тела на зажимное устройство и для предотвращения попадания острого края во внутреннюю полость закрепляемой банки.
Когда полое тело должно быть снято с зажимной оправки 1, сжатый воздух направляется через осевое отверстие 4 в камеру 9. Это смещает управляющий первый/второй элемент 10 и 13 в качестве исполнительного устройства в осевом направлении к концу вала (направо) и снимает удерживающее усилие зажимного сегмента 2. Если прекращается воздействие этого удерживающего усилия, то сжатый воздух действует на дно полого тела через передний конец отверстия 4, и сталкивает полое тело с оправки.
Возвращающее движение исполнительного устройства 10/13 может быть обеспечено с помощью пружины 40. Эта пружина расположена между управляющим элементом 13 и элементом 6 торцевой стенки. С ее помощью управляющий элемент 13 приводится в начальное положение после сброса полого тела с зажимной оправки, которое является так называемой нулевой позицией, и остается стоять в неопределенном осевом положении как промежуточном. Тем самым можно в осевом направлении безупречно надвинуть следующее полое тело.
Обусловленные допусками колебания диаметра полого тела компенсируются. Фиг. 4 более функционально ориентирована. Ее описание вытекает из описания фиг. 3, причем показано дно банки, которое прилегает с уплотнением к переднему выходу удлиненного отверстия 4 вала 3. Так как передняя верхняя поверхность 7а торцевой стенки 7 с прилегающим дном банки имеет контакт с уплотнением, который прекращает всасывание воздуха снаружи за счет вакуума, действующего через отверстие 4, то вакуум воздействует через радиальные отверстия 21 и камеру 9 на исполнительное устройство 10/13, которое движется влево. Через взаимодействующие конические поверхности 17/19 при осевой подаче исполнительного устройства 10/13 все зажимные сегменты 2 перемещаются совместно синхронно радиально наружу. Механическая фиксация полого тела начинается только тогда, когда закончено осевое движение втягивания. Это происходит поэтапно само по себе и не влечет за собой критического времени простоя или потребности, которую нужно измерить. Происходит своего рода саморегулирование процесса зажима, и оно регулируется воздухом.
Если полое тело также и на фиг.4 должно быть освобождено от зажимной оправки 1,то сжатый воздух направляется в камеру 9 через осевое отверстие 4. Он смещает исполнительное устройство 10/13 в осевом направлении к концу вала (вправо) и снимает удерживающее усилие зажимных сегментов 2 путем их синхронного радиального перемещения внутрь. Если прекращается действие этого радиального удерживающего усилия на стенку бутылки (не показана), то сжатый воздух действует на схематично изображенное дно и сталкивает его с оправки.
Этапы фиксации обозначены на фиг. 4 функционально заключенными в кружок позициями 1-3.
(0) присасывание/уплотнение
(1) создание вакуума в камере 9
(2) осевое перемещение исполнительного устройства 10/13
(3) радиальное выставление зажимных сегментов 2/15.
Устройство сконструировано очень просто и работает тем не менее чрезвычайно точно. Полые тела  изнутри по большой поверхности и надежно, но при этом бережно охватываются и удерживаются зажимными сегментами. Необходимые расстояния, на которые перемещаются подвижные части оправки, очень малы. Управление посредством вакуума и избыточного давления является простым и надежным, особенно в автоматическом связывании конца процесса осевого присасывания полого тела и начала радиального затягивания зажимных сегментов.
В затянутом положении полое тело и оправка образуют единый функциональный узел, который за счет управляемого движения вала 3 в каждом направлении и с каждой величиной шага и скоростью шага может надежно перемещаться. Это относится, главным образом, к вращательному движению для отделки наружной поверхности полого тела, например печати или нанесению покрытия в смысле процесса,  который должен быть управляем с высокой точностью на своих этапах.