DE102013223854A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Rillen von Wellpappe und Vollpappe - Google Patents
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Abstract
Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Rillen von Pappe vorgeschlagen, bei dem die Pappe lokal zusammengedrückt und mit Hilfe von Ultraschall bleibend verformt wird. Dadurch ergeben sich sehr präzise Rilllinien und das Falten entlang der Rilllinien kann mit größerer Präzision erfolgen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rillen von Wellpappe oder Vollpappe und ein Verfahren zum Rillen von Wellpappe oder Vollpappe gemäß den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 10. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich in gleicher Weise beim Rillen von Wellpappe oder Vollpappe einsetzen. Daher wird Schutz für das Rillen von Wellpappe und Vollpappe beansprucht. Alles was im Zusammenhang mit dem Rillen von Wellpappe offenbart wird, gilt daher auch für das Rillen von Vollpappe. Aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung wird nachfolgend manchmal nur von Wellpappe gesprochen, obwohl auch Vollpappe gemeint ist. Der Begriff „Pappe“ umfasst auf jeden Fall beide Arten.
- Zur Herstellung von Erzeugnissen aus Wellpappe oder Vollpappe werden in die Pappe Schlitze und Rillen eingebracht und beim Schlitzen werden schmale Vertiefungen in die Pappe geschnitten, während das Rillen ein lokales Zusammendrücken der Pappe bewirkt. Entlang der Rilllinien, die meistens eine gerade Linie darstellen, wird die Pappe später abgewinkelt, um aus der flächigen Pappe beispielsweise eine Kiste zu formen.
- In der
1 ist eine handelsübliche Wellpappe mit einer Welle beispielhaft als Schnitt dargestellt. Die Wellpappe1 umfasst eine obere Lage3 , eine Welle5 und eine untere Lage7 . Diese Wellpappe1 ist bezogen auf ihr Eigengewicht sehr stabil und wird daher zum Herstellen von Kisten oder anderen Verpackungen vielfältig eingesetzt. Es gibt auch Wellpappe mit zwei, drei oder noch mehr Wellen und entsprechend mehreren Zwischenlagen. Die Erfindung lässt sich auf alle Arten von Wellpappe, aber auch bei Vollpappe, erfolgreich anwenden. - In der
2 ist ein ebener Zuschnitt9 aus Pappe dargestellt, aus dem später eine Kiste oder dergleichen gefaltet werden kann. Für die Erfindung von Bedeutung ist, dass der Zuschnitt9 mehrere Schlitze11 und Rilllinien13 aufweist. Im Bereich der Schlitze ist die Pappe durchtrennt, während die Pappe im Bereich der Rilllinien13 nur lokal zusammengedrückt wurde, um ein leichteres Knicken oder Klappen der Wellpappe zu ermöglichen. - Dieses Rillen ist ein seit vielen Jahren etabliertes Verfahren. Gemäß dem Stand der Technik werden die Rilllinien
13 durch einen Rillkörper und einen Gegenkörper hergestellt. Dabei gelangt dieses herkömmliche Rillen an technologische Grenzen. Wenn nämlich die Qualität der Wellpappe nicht gut ist, dann kann es beim Rillen dazu kommen, dass die Decklage3 oder die untere Lage7 der Wellpappe einreißt, was unerwünscht ist. - Außerdem kann es passieren, dass beim Rillen mit einem herkömmlichen Rillkörper das lokale Zusammendrücken der Wellpappe zwar erfolgt, jedoch nach dem Rillen die Wellpappe sich gewissermaßen wieder in ihren Ursprungszustand zurückbewegt, so dass die Rilllinie
13 nicht oder nur schwach ausgeprägt ist. Infolgedessen kann die Rilllinie13 ihre Aufgabe, nämlich eine definierte Linie vorzugeben, entlang derer der Wellpappezuschnitt9 gefaltet wird, nicht erfüllen. Einen ähnlichen und unerwünschten Effekt kann man auch beim herkömmlichen Rillen von Vollpappe beobachten. Im Ergebnis führt dies dazu, dass die Abmessungen des Wellpappezuschnitts bzw. der Kiste aus Pappe großen Toleranzen unterliegen und auch die Winkligkeit der abgeklappten Bereiche des Zuschnitts aus Pappe großen Streuungen unterliegt. - Wenn beispielsweise die Rilllinien
13 orthogonal zur Ober- bzw. Unterkante des Wellpappezuschnitts9 verlaufen sollen, und aufgrund einer schwach ausgeprägten Rilllinie13 die Einzelteile die verschiedenen Abschnitte15 ,17 ,19 und/oder21 des Wellpappezuschnitts9 nicht entlang der Rilllinie13 abgewinkelt werden, dann schließt sich der Wellpappezuschnitt nach dem Abkanten nicht bündig, sondern die Oberkante bzw. die Unterkante der Abschnitte15 und21 weisen einen Versatz auf. Dies führt dazu, dass die in der2 linke Seitenkante des Abschnitts15 nicht genau auf dem Verbindungsabschnitt23 aufliegt und infolgedessen die Wellpappekiste „schief“ zusammengeklebt wird. Dies ist ebenfalls ein Qualitätsmangel, der nicht akzeptabel ist. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welches ein präziseres, prozesssichereres Rillen von Wellpappe erlaubt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Rillen von Wellpappe umfassend eine Sonotrode und einen Amboss oder eine zweite Sonotrode.
- Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, die Pappe mit Hilfe einer Ultraschallanlage dauerhaft und lokal zu bearbeiten, so dass sich eine bleibende und sehr ausgeprägte Rilllinie ergibt. Aufgrund der mit dem erfindungsgemäßen Rillvorgang erzielbaren günstigen Geometrie der Rilllinie lässt sich der Wellpappezuschnitt sehr präzise und mit großer Wiederholgenauigkeit abwinkeln. Dadurch lassen sich die Maßtoleranzen und Winkeltoleranzen von gefalteten Erzeugnissen aus Pappe deutlich reduzieren.
- Insbesondere die Streuung der Werte des sogenannten Gap-Tailings und des Fish-Tailings, welche eine Referenz für die Maßhaltigkeit der Wellpappekisten und der Winkligkeit bzw. Parallelität der Kanten der Wellpappekisten sind, verbessern sich deutlich. Damit wird eine konstantere Produktqualität erzielt und der Ausschuss minimiert.
- Auch ist der Stauchdruck von abgewinkelten Pappezuschnitten, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerillt wurden, besser als bei Kisten, die in herkömmlicher Weise gerillt wurden.
- Eine Sonotrode im Sinne der Erfindung ist der Teil eines Ultraschallschweißgeräts, mit dem die von einem Ultraschallgenerator eingekoppelten Schwingungen auf das zu bearbeitende Werkstück eingebracht werden. Das Gegenstück zur Sonotrode ist der Amboss. Zwischen dem Amboss und der Sonotrode wird das zu bearbeitende Werkstück, hier Wellpappe, mit einem vergleichsweise geringen Anpressdruck zusammengedrückt. Alternativ zu dem Amboss kann als „Gegenstück“ zu der Sonotrode eine zweite Sonotrode der (ersten) Sonotrode gegenüberliegend angeordnet werden. Dadurch wird eine noch intensivere Einkopplung von Ultraschall ermöglicht. Im Folgenden wird vor allem im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung die Erfindung anhand einer Ausführungsform mit einem Amboss erläutert. Dabei umfasst die Erfindung stets aus Ausführungsformen mit zwei einender gegenüberliegenden Sonotroden.
- Zwischen Ultraschall und Generator und Sonotrode(n) können ein Konverter und/oder ein sogenannter Booster vorgesehen sein. Die Ausgestaltung der Ultraschalleinrichtung kann sehr ähnlich oder sogar gleich einer herkömmlichen Ultraschallschweißeinrichtung entsprechen.
- Um gerade Rilllinien rasch und zuverlässig erzeugen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Sonotrode und/oder der Amboss drehbar gelagert sind. Dann kann die Pappe durch die erfindungsgemäße Vorrichtung hindurchbewegt werden oder alternativ bei feststehender Pappe kann die erfindungsgemäße Vorrichtung relativ zur Pappe verschoben werden.
- In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sonotrode und/oder der Amboss beziehungsweise die zweite Sonotrode drehantreibbar sind.
- Alternativ ist es auch möglich, dass die Sonotrode feststehend ist und eine gerade oder gekrümmte Kante aufweist, deren Form und Abmessungen der gewünschten Rilllinie entspricht. Diese Variante ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit dem Flachbettstanzen von Wellpappezuschnitten.
- Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Vorschubeinrichtung entweder für die Sonotrode, den Amboss, die zweite Sonotrode und/oder die Wellpappe vorhanden ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, die Wellpappe bei feststehender Sonotrode durch den Spalt zwischen Sonotrode und Amboss beziehungsweise zweiter Sonotrode hindurchzuführen, wobei die Sonotrode oder der Amboss vorzugsweise eine keilartige Einführschräge auf einer Einführseite der Vorrichtung aufweist.
- Um die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Bearbeitung verschiedener Wellpappen, beispielsweise mit einer Welle, zwei Wellen oder drei Wellen oder Vollpappe optimal einstellen zu können, kann vorgesehen sein, dass Abstand und/oder Anpresskraft zwischen Sonotrode und Amboss einstellbar sind.
- Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Sprühvorrichtung vorhanden ist, mit deren Hilfe die Pappe lokal im Bereich der späteren Rilllinie angefeuchtet werden kann. Dabei ist es manchmal vorteilhaft, wenn die Sprühvorrichtung die Pappe auf der Seite anfeuchtet, an der die Sonotrode aufliegt. Dann wird unter anderem die Einkopplung des Ultraschalls in die Pappe verbessert. Andererseits hat es sich in manchen Anwendungsfällen auch als vorteilhaft erwiesen, die der Sonotrode entgegengesetzte Seite der Pappe anzufeuchten, weil auf diese Weise das Verschweißen, die Verbindung beziehungsweise das Umformen der verschiedenen Lagen der Wellpappe verbessert wird und dort später beim Abwinkeln oder Umklappen der Pappenzuschnitte Zugspannungen auftreten. Wenn im diesen Bereich die Pappe angefeuchtet wurde, dann ist die Gefahr, dass die Pappe beim Abwinkeln reißt, reduziert.
- Die gleichen Vorteile werden auch mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der Ansprüche 10 bis 17 erreicht.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellt und erläutert.
- Es zeigen:
-
1 Ein Querschnitt durch eine Wellpappe mit einer Welle, -
2 eine Draufsicht auf einen beispielhaften Wellpappezuschnitt, -
3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
4 einen Schnitt durch eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitete Wellpappe, -
5 ein weiteres Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
6 die daraus resultierende Rilllinie13 , -
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
8 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß7 , -
9 verschiedene Profile von erfindungsgemäßen Sonotroden und Ambossen, und -
10 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. - In
3 ist schematisch und stark vereinfacht ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend eine um eine Drehachse20 drehbar gelagerte Sonotrode25 und einen um eine Drehachse22 drehbar gelagerten Amboss27 dargestellt. Die drehbar gelagerte Sonotrode25 weist eine umlaufende Rille29 auf, die sehr ähnlich einem herkömmlichen Rillwerkzeug gestaltet ist. Zwischen der Rille29 und dem Amboss27 oder einer nicht dargestellten zweiten Sonotrode wird eine Wellpappe mit den Lagen3 ,5 und7 hindurchgeführt und dabei zusammengedrückt. Zeitgleich wird über die Sonotrode25 Ultraschall in die Wellpappe1 eingeleitet, mit dem überraschenden Ergebnis, dass die drei Lagen3 ,5 und7 der beispielhaft dargestellten Wellpappe1 sich miteinander verbinden und infolgedessen eine sehr tiefe und bleibende Rilllinie13 in der Wellpappe1 entsteht. - In der
4 ist das Ergebnis des erfindungsgemäßen ultraschallgestützten Rillens von Wellpappe1 mit der deutlich erkennbaren Rilllinie13 dargestellt. - Bei dem anhand der
3 und4 dargestellten Beispiel trifft die Rille29 der Sonotrode25 auf eine Welle an ihrem höchsten Punkt und drückt dort die Wellpappe1 so weit zusammen, dass die obere Lage3 und die Welle5 sowie die untere Lage7 direkten Kontakt miteinander erhalten und durch die erfindungsgemäße Anregung mit Ultraschall sich auch miteinander verbinden. Es hat sich bei praktischen Versuchen herausgestellt, dass mit handelsüblicher Wellpappe die erfindungsgemäße Ausbildung der Rillung, bzw. der Rilllinie13 , einfach, zuverlässig und dauerhaft erfolgt. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Rilllinie13 sehr tief ist, ohne dass die einzelnen Lagen der Wellpappe1 beschädigt werden. - Der gleiche Vorgang wird anhand der
5 und6 nochmals dargestellt, wobei nun die Rille29 gewissermaßen in ein Tal der Welle5 trifft. Auch hier findet eine lokale und dauerhafte Verformung der Lagen3 ,5 und7 der Wellpappe1 im Bereich der späteren Rill- bzw. Biegelinie13 statt. - Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
5 sind die Sonotrode25 und der Amboss27 nicht rotationssymmetrisch, sondern als langgestreckte Bauteile ausgebildet. Die Rille29 dieser Sonotrode25 hat genau die Geometrie der gewünschten Rilllinie13 und wird von oben auf die Wellpappe1 gedrückt. Dadurch entsteht die Rilllinie13 über die gesamte Länge zeitgleich. Eine Vorschubbewegung und -einrichtung ist nicht erforderlich. -
7 zeigt eine Schrägansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Sonotrode25 und der Amboss27 wie in5 und6 nicht rotationssysmmetrisch, sondern ebenfalls als langgestreckte Bauteile ausgebildet sind. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß den5 und6 wird die Rilllinie13 jedoch nicht über ihre gesamte Länge zeitgleich erzeugt. Vielmehr entsteht die Rilllinie13 durch eine Vorschubbewegung der Pappe1 gegenüber der Sonotrode25 und dem Amboss27 bzw. durch eine Vorschubbewegung der Sonotrode25 und des Ambosses27 gegenüber der Pappe1 . Da die Sonotrode25 nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist, sieht sie entgegen der Vorschubrichtung, welche durch einen Pfeil30 gekennzeichnet ist, eine keilartige Einführschräge32 der Rille29 vor, welche ein Einführung der Pappe1 erleichtert. -
8 zeigt eine Seitenansicht bei Blick in Richtung des Pfeiles34 in7 . Die keilartige Einführschräge32 der Rille29 ist dort deutlich zu erkennen, wobei die Pappe1 bereits teilweise zwischen Sonotrode25 und Amboss27 eingeführt ist. - Aus der Zusammenschau der Ausführungsbeispiele gemäß der
3 bis8 wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Verschweißen bzw. Verbinden oder Umformen der Lagen3 ,5 und7 mit Ultraschall unabhängig davon ist, ob die spätere Rilllinie13 dort ist, wo eine Welle5 der Wellpappe ihr Maximum erreicht hat oder ob es zwischen zwei solchen Maxima, d.h. im Bereich eines Wellentals stattfindet. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine solche Rill- oder Biegelinie13 unter einem Winkel, der von 0° verschieden ist, d.h. schräg oder senkrecht zur Längsrichtung der Welle5 in die Wellpappe einzubringen. In jedem Fall ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr präzise und haltbare Rill- oder Biegelinie13 . - Die Präzision und Prozesssicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rilllinie
13 ist sehr viel besser als bei herkömmlichen mechanischen Rillungen von Vollpappe oder Wellpappe und erlaubt dadurch die präzisere Herstellung von Erzeugnissen aus Pappe mit geringeren Maß- und Winkelabweichungen. - In der
9 sind verschiedene Sonotroden25 und zugehörige Ambosse27 dargestellt. Sonotroden25 und Ambosse27 unterscheiden sich in ihrer Form der Rillen. In der7 , ganz rechts, ist das Ausführungsbeispiel gemäß der3 und5 dargestellt. - In der
10 ist sehr schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. - Mit dem Bezugszeichen
31 ist ein Ultraschallgenerator bezeichnet, der über einen Konverter32 einen Booster33 und schließlich die Sonotrode25 mit Ultraschall versorgt. Der Konverter32 , der Booster33 und die Sonotrode25 sind drehbar gelagert und werden von einem Elektromotor38 in Drehung versetzt. Die nur schematisch dargestellte Lagerung hat das Bezugszeichen39 . Mit den pneumatischen Stellmitteln40 kann die Sonotrode25 in Richtung des Ambosses27 zugestellt bzw. entfernt werden. Um die Anpresskraft der Sonotrode25 erfassen zu können, sind unterhalb des Ambosses27 Kraftmessdosen42 angeordnet. - Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Sonotrode
25 und der Amboss27 drehbar gelagert. Die Rilllinie13 ergibt aus der Abwicklung von Sonotrode25 und Amboss27 . Die Erfindung lässt sich jedoch auch realisieren, wenn Sonotrode25 und Amboss27 nicht drehbar gelagert, sondern feststehend sind.
Claims (19)
- Vorrichtung zum Rillen von Voll- oder Wellpappe (
1 ) umfassend eine Sonotrode (25 ) und einen Amboss (27 ) oder eine zweite Sonotrode. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (
25 ) und/oder der Amboss (27 ) beziehungsweise die zweite Sonotrode drehbar gelagert sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (
25 ) und/oder der Amboss (27 ) beziehungsweise die zweite Sonotrode drehantreibbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (
25 ) und/oder der Amboss (27 ) beziehungsweise die zweite Sonotrode feststehend sind. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Abmessungen von Sonotrode (
25 ) und/oder Amboss (27 ) beziehungsweise der zweiten Sonotrode der herzustellende Rilllinie (13 ) entsprechen. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorschubeinrichtung, insbesondere für die Voll- oder Wellpappe (
1 ) vorhanden ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (
25 ) eine keilartige Einführschräge (32 ) auf einer Einführseite der Vorrichtung aufweist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand und/oder eine Anpresskraft zwischen Sonotrode (
25 ) und Amboss (27 ) beziehungsweise die zweiter Sonotrode einstellbar ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sprühvorrichtung zum lokalen Befeuchten der Wellpappe (
1 ) vorhanden ist. - Verfahren zum Rillen von Voll- oder Wellpappe, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Lokales Zusammendrücken einer Vollpappe oder der verschiedenen Lagen (
3 ,5 ,7 ) einer Wellpappe (1 ) zwischen einer Sonotrode (25 ) und einem Amboss (27 ) beziehungsweise einer zweiten Sonotrode und – Anregen des zusammengedrückten Bereichs der Vollpappe oder Wellpappe (1 ) mit Ultraschall. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammendrücken der Vollpappe oder der verschiedenen Lagen (
3 ,5 ,7 ) der Wellpappe (1 ) und das Anregen des zusammengedrückten Bereichs der Voll- oder Wellpappe (1 ) mit Ultraschall zeitgleich erfolgen. - Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammendrücken der Vollpappe oder der verschiedenen Lagen (
3 ,5 ,7 ) einer Wellpappe (2 ) und das Anregen des zusammengedrückten Bereichs der Wellpappe (1 ) mit Ultraschall mit den gleichen Werkzeugen (25 ,27 ) erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Voll- oder Wellpappe (
1 ) vor oder während dem Zusammendrücken lokal befeuchtet wird. - Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Voll- oder Wellpappe (
1 ) auf der Seite auf der sich die Sonotrode (25 ) befindet lokal befeuchtet wird. - Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Voll- oder Wellpappe (
1 ) auf der der Sonotrode (25 ) gegenüberliegenden Seite lokal befeuchtet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Voll- oder Wellpappe (
1 ) vor, während und/oder nach der Anregung durch Ultraschall relativ zu der Sonotrode (25 ) und/oder dem Amboss (27 ) beziehungsweise die zweite Sonotrode bewegt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Vollpappe oder bei Wellpappe (
1 ) mit einer Welle, zwei Wellen, oder mehr als drei Wellen durchgeführt wird. - Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem der Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 9 bis 15 arbeitet.
- Steuergerät für eine Vorrichtung zum Rillen von Wellpappe (
1 ), dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem der Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 9 bis 15 arbeitet.
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