CH648508A5

CH648508A5 - Einrichtung zur verringerung der dicke einer bewegten materialbahn.

Info

Publication number: CH648508A5
Application number: CH747/81A
Authority: CH
Inventors: Jan-Erik Glans; Arvid Martensson
Original assignee: Tetra Pak Int
Priority date: 1980-02-05
Filing date: 1981-02-04
Publication date: 1985-03-29
Also published as: IT1135272B; SE8000890L; AU545025B2; GB2071002A; GB2071002B; NL190477B; FR2474931A1; DE3103958A1; SU1026648A3; IT8119476A0; JPS6411436B2; JPS56126597A; NL8100380A; SE430231B; FR2474931B1; US4401004A; NL190477C; CA1161746A; DE3103958C2; AU6686781A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verringerung der Dicke einer bewegten Materialbahn in einer Längsrichtung, wobei ein Materialstreifen durch ein rotierendes, zylindrisches Schneidwerkzeug abgenommen wird, das auf einer Seite der Materialbahn so angeordnet ist, dass dessen Rotationsachse praktisch in der Bewegungsrichtung der Materialbahn liegt.

In der Verpackungsindustrie wird zum Verpacken von Flüssigkeitsbehältern, die beispielsweise Milch enthalten, ein mehrschichtiges Material verwendet, das unter anderem eine mit einem Thermoplast belegte Papierschicht aufweist. Beim Umformen dieses Verpackungsmaterials in die fertigen Verpackungsbehälter werden die Längskanten des Materials in Form einer Überlappungsnaht miteinander verschweisst. Um hierbei zu vermeiden, dass der Inhalt des Verpackungsbehälters mit der mittleren Tragschicht des Materials in Kontakt kommt, wird der Randbereich zweifach so gefaltet, dass dessen Kante nach innen zu liegen kommt und daher mit dem Behälterinhalt nicht in Berührung kommen kann. Durch diese Doppelfaltung erhält das Material jedoch eine unerwünschte Dicke im Verschweissbereich, was sich nachteilig auswirkt, selbst wenn das Verpackungsmaterial lediglich eine Gesamtdicke von etwa 0,4 mm aufweist. Die sich hieraus ergebenden Nachteile sind dann besonders augenfällig, wenn sich zwei Schweissstellen einander kreuzen, da in diesem Falle leicht Leckstellen entstehen können.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, wurde bereits vorgeschlagen, dass man die Dicke des Verpackungsmaterials in dem Längskantenbereich desselben, der gefaltet werden muss, verringert. Diese Verringerung der Materialdicke erfolgt mit Hilfe eines rotierenden, zylindrischen Schneidwerkzeuges, das bei der Herstellung des Behälters gegen die passierende Materialbahn gehalten wird, wobei durch die am Umfang des Werkzeuges angeordnete Schneidkante ein Materialstreifen gewünschter Dicke von einer Seite der Materialbahn abgenommen wird. Auf diese Weise kann die Materialbahn mit einem oder mehreren, in Längsrichtung verlaufenden Bereichen verringerter Dicke versehen werden, wobei diese Bereiche verringerter Dicke auch an denjenigen Teilen der Materialbahn angebracht werden können, welche beim Aufteilen derselben die Randbereiche bilden.

Das Abschneiden des Materialstreifens mit Hilfe eines rotierenden, zylindrischen Schneidwerkzeugs kann bei sehr hohen Bahngeschwindigkeiten erfolgen; dies ist in der Tat notwendig, da die Materialbahn durch die Maschine mit einer Geschwindigkeit von mindestens 300 m/min bewegt wird. Bei dieser hohen Bahngeschwindigkeit wird eine entsprechend hohe Geschwindigkeit des zylindrischen Schneidwerkzeuges gefordert, dessen Umfangsgeschwindigkeit somit etwa 50 m/min betragen sollte. Es versteht sich wohl von selbst, dass es bei diesen hohen Arbeitsgeschwindigkeiten sehr schwierig ist, die exakte Schneidtiefe von etwa 0,25 mm einzuhalten, zumal hierbei nicht nur Ungenauigkeiten in der Materialbahn, sondern auch Massabweichungen in der Stützvorrichtung und im rotierenden zylindrischen Schneidwerkzeug eine Rolle spielen. Es hat sich in der Tat als praktisch unmöglich erwiesen, unter diesen Bedingungen eine korrekte Schneidtiefe einzuhalten, wobei bisher innerhalb des rotierenden zylindrischen Schneidwerkzeuges eine Führungsrolle angeordnet war, die in der Bewegungsrichtung der Materialbahn lose drehbar gelagert ist; der Abstand dieser Führungsrolle von der Schneidkante bestimmt die Dicke des abzuschneidenden Materialstreifens. Eine in der Ebene der Schneidkante, auf der gegenüberliegenden Seite der Materialbahn angeordnete Luftdüse ist hierbei so ausgelegt,

dass sie die bewegte Materialbahn gegen die Führungsrolle anpresst. Zu den bereits erwähnten Schwierigkeiten kommen ferner noch Ungenauigkeiten in der Bewegung der Materialbahn und in der Abstützung des Schneidwerkzeuges, sowie Ungenauigkeiten der Führungsrolle, wodurch die Erzielung einer konstanten Schneidtiefe nur noch schwieriger wird. Selbst wenn dies unmittelbar nach einer Einstellung der korrekten Führungsrollenlagen und den übrigen zusammenwirkenden Parametern möglich wäre, so würde sich die erforderliche Genauigkeit doch nach kurzer Betriebszeit verlieren, so dass in den Abschnitten verringerter Dicke der Materialbahn unzulässige Abweichungen auftreten würden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die verschiedenen Teile der Einrichtung unter Beibehaltung des konstruktiven Grundkonzeptes so auszubilden, dass das Abtrennen des Materialstreifens während längerer Betriebszeiten mit genügender Genauigkeit durchgeführt werden kann.

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer einfachen und wirkungsvollen Anordnung für die Regulierung der Dicke des abzuschneidenden Materialstreifens und damit der Dicke des an der Materialbahn verbleibenden Randbereiches.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung, welche mit speziell hohen Bahngeschwindigkeiten, die bis 600 m/min erreichen können, arbeiten kann.

Die Einrichtung soll ferner umkompliziert und robust sein, sowie geringe Herstellungs- und Wartungskosten erfordern.

Diese Aufgabe wird dank der vorliegenden Erfindung durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 definierte Merkmalskombination gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer solchen Einrichtung und zeigt dieselbe beim Bearbeiten einer bewegten Materialbahn,

Fig. 2 zeigt anhand einer teilweise aufgeschnittenen Darstellung einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung und

Fig. 3 ist eine Frontansicht der gleichen Einrichtung und zeigt somit die Einrichtung von der Seite, von welcher die Materialbahn zugeführt wird.

Die Einrichtung weist eine zylindrische Schneidvorrich*-tung 1 auf, an deren einer freien Stirnseite eine Schneidkante 2 angeschliffen ist, die sich über den ganzen Umfang des Zylinders erstreckt. Das gegenüberliegende Ende des zylindrischen Schneidwerkzeuges weist die Form einer Hohlwelle 3 auf, die über ein Lager 4 und einen Halter 5 im Maschinenrahmen 6 gelagert ist.

Am freien Ende des zylindrischen Schneidwerkzeuges 1 befindet sich eine Stützvorrichtung 7, die über einen Halter 8 am Rahmen 6 verankert ist. Die Stützvorrichtung 7 weist eine Reihe von Stützrollen 9 auf, die lose drehbar gelagert und am Umfang des zylindrischen Schneidwerkzeuges so angeordnet sind, dass sie in geringem Abstand von der freien Stirnfläche des Zylinders an der zylindrischen Umfangsflä-che des Werkzeuges anliegen. Die Stützvorrichtung 7 (Fig. 3) ist praktisch dreieckförmig ausgebildet, wobei eine Stützrolle an jeder Dreiecksecke angeordnet ist. Zwischen den beiden unteren Stützrollen 9 (d.h. den Stützrollen, welche der Materialbahn 1 am nächsten liegen) trägt die Stützvorrichtung 7 einer Führungsvorrichtung 10, welche mittels einer Stellschraube 11 in der Radialrichtung des zylindrischen Schneidwerkzeuges verstellbar ist und damit gegen die Schneidkante 3 bzw. von dieser weg bewegt werden kann. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Führungs Vorrichtung 10 gleitend in einem Teil der Stützvorrichtung 7 gelagert ist, die zwischen den beiden der Materialbahn 12 benachbarten Stützrollen 9 angeordnet ist. Wie sich insbesondere aus der Fig. 1 ergibt, passiert die Materialbahn 12 zwei Führungsrollen 13 und 14, zwischen welchen die Materialbahn verarbeitet wird.

Fig. 2 ist eine vergrösserte Darstellung der durch die Stützvorrichtung 7 gehaltenen Führungsvorrichtung 10. Diese Führungsvorrichtung 10 weist eine längliche Form auf und erstreckt sich nach unten in radialer Richtung des zylindrischen Schneidwerkzeuges 1. Das der Schneidkante 2 zugewandte Ende der Führungsvorrichtung 10 weist eine Arbeitsfläche 15 auf, die mit der Materialbahn 12 einen spitzen Winkel bildet. Die Arbeitsfläche besitzt praktisch die gleiche Breite wie der abzuschneidende Materialstreifen, kann aber auch etwas breiter sein. In Querrichtung zur Bahn gesehen ist die Arbeitsfläche etwas gekrümmt, wobei deren Krümmungsradius praktisch demjenigen des Schneidwerkzeuges entspricht. Die Arbeitsfläche 15, welche sehr fein poliert ist, erstreckt sich bis zu der dem zylindrischen Schneidwerkzeug zugewandten ebenen Fläche 16 der Führungsvorrichtung 10 und endet in der gleichen Ebene, wie die Schneidkante. Der Abstand zwischen der Arbeitsfläche 15 (besser gesagt der zwischen der Arbeitsfläche 15 und der Seitenfläche 16 der Führungsvorrichtung gebildeten Kante) sowie der Schneidkante 2 bestimmt die Schneidtiefe, d.h. den Anteil der Materialbahn 12, welcher mit Hilfe des rotierenden, zylindrischen Schneidwerkzeuges 1 abzuschneiden ist. Die Schneidkante 2 ist auf der der Innenseite des Schneidwerkzeuges 1 zugewandten Seite geschliffen und schneidet im Betrieb einen Materialstreifen 17 ab, welcher mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung und einem starken Luftstrom durch die hohle Welle 3 zu einer Sammelstelle befördert wird. Um das Entfernen des Materialstreifens 17 von der Schneidstelle zu erleichtern, kann die Führungsvorrichtung 10 mit einer Luftauslassöffnung 18 versehen sein, welche im Betrieb dank dem Strahleffekt eine nach oben wirkende Kraft erzeugt, welche den Materialstreifen 17 von der Schneidkante 2 entfernt. Die Führungsvorrichtung 10 ist ferner mit einer weiteren Luftauslassöffnung 19 versehen, die in der Projektion 20 direkt vor der Arbeitsfläche 15 liegt. Mit Hilfe dieser Luft-auslassöffnung 19 kann die Arbeitsfläche gekühlt werden, während gleichzeitig der Luftstrom die Reibung zwischen der Arbeitsfläche und der Materialbahn 12 vermindert, was bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten sehr wertvoll ist. Die Luftauslassöffnungen 18 und 19 sind über Schläuche 21 mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle verbunden.

Fig. 1 zeigt die Einrichtung während der Bearbeitung der Materialbahn. Die Mittelachse des zylindrischen Schneidwerkzeugs 1 fallt im wesentlichen mit der Bewegungsrichtung der Bahn 12 zusammen, ist jedoch leicht geneigt, so dass das mit der Schneidkante 2 versehene Ende des Schneidwerkzeuges 1 gegen die zwischen den Rollen 13 und 14 bewegte Materialbahn 12 auftrifft. Der aktive, schneidende Abschnitt der Schneidkante 2, welcher der Materialbahn 12 zugewandt ist, erstreckt sich dabei etwas unter die Ebene, in welcher sich die Materialbahn zwischen den Rollen 13 und 14 bewegen würde, wenn sie nicht durch das zylindrische Schneidwerkzeug beeinflusst würde. Infolgedessen wird die Materialbahn 12 gegen die Arbeitsfläche 15 der Führungsvorrichtung 12 gepresst, so dass nur der Abstand zwischen der Arbeitsfläche 15 und der Schneidkante 2 die Dicke des abzuschneidenden Materialstreifens und damit die Dicke, des verbleibenden Längsbereiches an der Materialbahn 12 bestimmt. Da jedoch nur etwa 0,25 mm der ursprünglichen Totaldicke von 0,5 mm der Materialbahn abgeschnitten werden müssen, ist die Führung der Materialbahn 12 im Bereich der Schneidkante 2 sehr heikel. Durch Versuche konnte jedoch erwiesen werden, dass die ursprüngliche Beanspruchung der Materialbahn durch das zylindrische Schneidwerkzeug 1 und die Führungsvorrichtung 10 bei der Bewegung zwischen den Rollen 13 und 14 ausreicht, so dass unter normalen Arbeitsbedingungen ein genügender Anpressdruck der Materialbahn 12 gegen die Arbeitsfläche 15 erzielt wird und damit die Dicke des abzuschneidenden Materialstreifens 17 konstant gehalten werden kann. Um zu gewährleisten, dass die Dicke des Materialstreifens 17 dem Abstand zwischen der Arbeitsfläche 15 und der Schneidkante 2 entspricht, ist es auch sehr wichtig, insbesondere bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten der Materialbahn 12, dass die Materialbahn nur gegen denjenigen Teil der Arbeitsfläche 15 anliegt, welcher der Schneidkante 2 am nächsten liegt. Ansonsten, d.h. wenn die Materialbahn 12 im Abstand von der

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Schneidkante an der Arbeitsfläche 15 anliegen würde, könnte die Materialbahn 12 von der Schneidkante 2 weggedrückt werden, so dass die Dicke des Materialstreifens 17 geringer als der Abstand zwischen der Arbeitsfläche und der Schneidkante wäre. Ähnliche Wirkungen wurden bei Experimenten mit rotierenden Führungsvorrichtungen beobachtet, da die Durchmesser derselben nicht klein genug gehalten werden können, um ein Anliegen der Materialbahn an der Führungsvorrichtung in dem sehr begrenzten Bereich vor der Schneidkante zu gewährleisten.

Im Betrieb der Einrichtung wird die Materialbahn 12 mit einer Normalgeschwindigkeit zwischen 300 und 400 m/min vorgeschoben, während gleichzeitig das zylindrische Schneidwerkzeug mit 800 Umdrehungen pro Minute rotiert, was einer Umfangsgeschwindigkeit der Schneidkante 2 von etwa 50 m/min entspricht. Bei solchen hohen Vorschubgeschwindigkeiten der Materialbahn und des Schneidwerkzeuges ist es von grösster Bedeutung, dass jegliche Vibration vermieden wird. Aus diesem Grunde ist die Abstützung des zylindrischen Schneidwerkzeuges von Bedeutung, und auch die Lagerung der Rollen 13 und 14 darf nicht vernachlässigt werden. Trotz grösster Sorgfalt ist es jedoch nicht möglich, eine gewisse Vibration im zylindrischen Schneidwerkzeug während des Betriebs zu unterbinden. Bei den frühern Konstruktionen ergab sich dabei, dass diese Vibration die Aufrechterhaltung einer gleichmässigen Schneidtiefe bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten unmöglich machte, doch wird dieses Problem durch die den Gegenstand der Erfindung bildende Einrichtung behoben. Ausser der bereits beschriebenen Führungsvorrichtung 10 und der speziellen Ausführung der Arbeitsfläche 15 ist ein System vorgesehen, das einerseits die entstehenden Vibrationen verringert und andererseits die Wirkung der restlichen Vibrationen auf die Dicke des abzuschneidenden Materialstreifens 17 ausschaltet. Die zuerst genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Stützvorrichtung 7, welche die Führungsvorrichtung 10 hält, mit Hilfe der Stützrolle 9 auf der Umfangsfläche des zylindrischen Schneidwerkzeuges in der Nähe des der Schneidkante 2 benachbarten Endabschnittes aufliegt. Die Stützrollen 9 wirken hier als Abstützung für den freien Endabschnitt des zylindrischen Schneidwerkzeuges und verhindern, dass sich derselbe in radialer Richtung bewegt, und zwar unabhängig davon, ob eine solche Radialbewegung durch Ungenauigkeiten des Lagers 4 oder durch den Einfluss der Schneidkante 2 beim Abschneiden der Materialbahn erzeugt wird. Die gewählte Konstruktion hat bewiesen, dass sie in wirksamer Weise zu einem ruhigen und gleichmässigen Betrieb beiträgt. Die verbleibenden Vibrationen sind zwar sehr klein, können aber aufgrund der extrem engen Toleranzen negative Auswirkungen auf die Schneidtiefe haben. Indem man das zylindrische Schneidwerkzeug 1 und die Stützvorrichtung 7 mit Hilfe der Stützrollen 9 kuppelt, wird die Führungsvorrichtung 10 mit dem zylindrischen Schneidwerkzeug 1 verbunden und bewegt sich somit im Takt mit demselben, so dass der Abstand zwischen der Arbeitsfläche 15 und der Schneidkante 2 mit grosser Genauigkeit unabhängig von den Radialbewegungen des Schneidwerkzeuges eingehalten wird. Da die Materialbahn auf der Arbeitsfläche 15 mit einer gewissen Vorspannung aufliegt, haben die gleichförmigen Bewegungen der Arbeitsfläche 15 und der Schneidkante 2 keine Auswirkungen auf die Schneidtiefe, da sie ausschliesslich durch den freien Abstand zwischen der Arbeitsfläche und der Schneidkante bestimmt ist. Die gleichförmige Schneidtiefe wird sogar gewährleistet, wenn während des Betriebes mit hoher Vorschubgeschwindigkeit kleine Vibrationen in unvermeidlicher Weise auftreten.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

648 508 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Verringerung der Dicke einer bewegten Materialbahn (12) in einer Längsrichtung, wobei ein Materialstreifen (17) durch ein rotierendes zylindrisches Schneidwerkzeug abgenommen wird, das auf einer Seite der Materialbahn so angeordnet ist, dass dessen Rotationsachse praktisch in der Bewegungsrichtung der Materialbahn liegt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Kante (2) des zylindrischen Schneidwerkzeuges (1) eine Führungsvorrichtung (10) für die Steuerung der Dicke des abzunehmenden Materialstreifens (17) angeordnet und durch eine Stützvorrichtung (7) gehalten ist, die mit dem zylindrischen Schneidwerkzeug in Kontakt steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtung (7) über Stützrollen (9) gegen die Oberfläche des zylindrischen Schneidwerkzeuges (1) abgestützt ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (10) eine als Arbeitsfläche (15) wirkende Gleitfläche aufweist, welche, in der Bewegungsrichtung der Bahn (12) gesehen, in der Ebene der Schneidkante (2) endigt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Arbeitsfläche (15) der Führungsvorrichtung (10) und der Schneidkante (2) dadurch verstellbar ist, dass man die Führungsvorrichtung (10) längs dem Radius des Schneidwerkzeuges (1) mittels einer Stellschraube (11) verstellt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche (15) der Führungsvorrichtung (10) mit der Materialbahn (12) einen spitzen Winkel bildet.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche (15) der Führungsvorrichtung (10) die gleiche Breite aufweist oder ein wenig breiter ist, als der abgetrennte Materialstreifen (17).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche (15), in Querrichtung der Bahn (12) gesehen, gekrümmt ist und der Krümmungsradius dem Radius des Schneidwerkzeuges (1) entspricht.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (10) Luftauslassöffnungen (19) für die Kühlung der Arbeitsfläche (15) besitzt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an derselben Luftauslassöffnungen (18) für die Führung des abgetrennten Materialstreifens (17) vorgesehen sind.