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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen von Kunststoffkörpern, insbesondere zu deren Druckvorbereitung. Im engeren Sinne bezieht sich die Erfindung auf die Vorbehandlung von Schraubverschlußkappen, insbesondere vor einem Digitaldruck.
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Kunststoffkörper, wie Schraubverschlußkappen aber auch Joghurtbecher, Getränkeverpackungen oder andere, nicht im Lebensmittelbereich angesiedelte Kunststoffkörper werden immer häufiger direkt bedruckt anstatt mit bedruckten Umhüllungen versehen zu werden. Hierzu werden bislang vor allem Offset- und Tampondruck eingesetzt. Bei beiden ist es erforderlich, vier oder mehr Farbnegative zu erstellen, so dass mit diesen Verfahren in wirtschaftlich sinnvoller Weise eher Großserien bedruckbar sind.
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Zur Erreichung einer hohen Qualität des Farbauftrages sowie einer dauerhaften Farbhaftung ist es erforderlich, die Oberflächenspannung der Kunststoffkörper herabzusetzen. Dies geschieht in erster Linie durch das kurzzeitige Verbringen des Kunststoffkörpers in ein Plasma, in eine ozonhaltige Atmosphäre oder in den Bereich einer Flamme. Je nach Kunststoff und dessen Inhaltsstoffen wie beispielsweise Farbzusätze, Oxidationshemmer, Fasern, Öle, Weichmacher oder andere, ändern sich die Eigenschaften von dessen Oberflächen und erfordern andere Oberflächenbehandlungsmaßnahmen.
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Es ist bekannt, Kunststoffkörper wie Schraubverschlusskappen vor dem Offsetdruck mit einer Flamme zu beaufschlagen. Hierzu werden diese üblicherweise auf zu Gruppen zusammengefassten Metallfingern angeordnet und auf diesen unter der Flamme hindurchgeführt. Die Metallfinger haben dabei eine Form und Größe, die zu der Form und Größe der Schraubverschlußkappeninnenseite korrespondieren. Diese auch als Mandril bezeichneten Anordnungen von Metallfingern weisen in der Regel zwei bis vier Metallfinger nebeneinander in einer Reihe und fünf bis acht Reihen hintereinander auf. Die Flammenfront ist daher entsprechend breit. Die Mandrils nehmen aufgrund ihrer Überdeckung durch die Schraubverschlußkappen eher wenig Wärme auf. Nachteilig ist jedoch, dass die Schraubverschlußkappen vor dem Aufstecken auf den Mandril entsprechend orientiert und nach Flammenbehandlung wieder von diesem getrennt werden müssen. Hierbei kann es durchaus zu Beschädigungen der Innenseite der Schraubverschlußkappen kommen. Nachteilig ist auch das Erfordernis des Austauschens von Mandrils einer Größe gegen die einer anderen, für den Fall dass eine neue Schraubverschlußkappengeometrie vorbehandelt und bedruckt werden soll.
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Im Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, die Vorrichtungen zum Erzeugen eines Unterdrucks aufweisen, die dem Transport von zu fördernden Gegenständen dienen sollen. So ist aus der
DE 10 2013 226 731 A1 eine Vorrichtung zum Bedrucken von Behältern bekannt, bei der die zu bedruckende Oberfläche der Behälter durch Schleifmittel oder Laserstrahlen angeraut wird. Der Transport der Behälter erfolgt dabei mittels Vakuumbändern.
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Aus der
US 4 757 382 A ist eine Tablettentransportvorrichtung aus zwei vertikal übereinander angeordneten und gegeneinander rotierbaren Unterdruckscheiben bekannt, bei der jede Unterdruckscheibe aus zwei zueinander parallelen, tellerartigen und zueinander mit schlitzbreite beabstandeten Platten besteht, bei der über einen Teil des Plattenumfangs Unterdruck gesaugt wird. Hierdurch werden die Tabletten auf dem Schlitz liegend in diesem Umfangsabschnitt gehalten. Die gegenläufige Rotation der beiden Unterdruckscheiben ermöglicht eine Übergabe der Tabletten von dem Saugbereich der ersten zum Saugbereich der zweiten Unterdruckscheibe.
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Es ist daher grundsätzlich wünschenswert, bei kleineren Stückzahlen auf den Digitaldruck umzuschwenken, bei dem innerhalb kürzester Zeit, insbesondere innerhalb von Minuten, ein geändertes Schraubverschlußkappenlayout berücksichtigt werden kann. Dies ist bei den bekannten Mandrils nicht möglich.
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Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung anzugeben, mit der dies ermöglicht ist und vorteilhaft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks für den Transport von Fördermitteln nutzt.
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Diese Aufgabe wird bei Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffkörpern, aufweisend eine Produktzufuhr, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Flamme, eine Einrichtung zum Transport der Kunststoffkörper durch den Bereich der Flamme und eine Produktabfuhr, dadurch gelöst, dass die Transporteinrichtung mindestens zwei, voneinander mittels eines Leerraums beabstandete, zueinander parallele und drehfest zueinander angeordnete Auflageflächen aufweist, wobei die Auflageflächen jeweils als Mantelfläche einer Zylinderscheibe ausgebildet sind und wobei eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks im Leerraum vorgesehen ist. Im Gegensatz zu dem bekannten linearen Transportweg von nur an eine einzige Schraubkappengeometrie angepaßten Mandrils unter einer Flamme hindurch, schlägt die Erfindung einen bogenförmigen Transportweg unter der Flamme hindurch vor. Durch diese Rotationsbewegung befindet sich stets nur ein relativ kleiner Teil dieser Transporteinrichtung unter der Flamme und nimmt daher nur sehr wenig Wärme auf. Der durch die beiden zueinander beabstandeten Mantelflächen der Zylinderscheiben gebildete Transportkörper ist eine reine zweidimensionale Auflagefläche und dringt nicht in den von der Schraubverschlußkappe umfassten Innenraum ein. Hierdurch kommt es nur darauf an, dass der zu transportierende Kunststoffkörper nicht so klein ist, dass er nicht auf beiden Auflageflächen aufliegt und nicht so groß ist, dass er nicht mehr ausreichend gestützt ist. Ein Wechsel von einer Schraubkappengeometrie, bzw. einer Kunststoffkörpergeometrie zur anderen ist ohne jede Änderung an der Vorrichtung möglich. Mit ganz großem Vorteil führt schließlich die erfindungsgemäß vorgesehene eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks im Leerraum dazu, dass die Kunststoffkörper zusätzlich auf den Auflageflächen gehalten und damit besonders sicher geführt werden. Erfindungsgemäß wäre zwar auch eine Vorrichtung ohne diese Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdruckes, beispielsweise, weil die Zylinderscheiben besonders große Durchmesser aufweisen und daher der Weg der Schraubverschlußkappen nur einen geringen Hubanteil aufweist und daher weit überwiegend horizontal erfolgt, bevorzugt ist jedoch deren Vorhandensein.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zylinderscheiben jeweils einen Durchmesser zwischen 20 cm und 150 cm, bevorzugt zwischen 30 cm und 100cm, insbesondere zwischen 50 cm und 90 cm aufweisen, wobei die Zylinderscheiben gleichgroß ausgebildet sind. Bei diesen Durchmessern ist ein ausreichend kleiner Teil der Mantelfläche der Flamme ausgesetzt, gleichzeitig ist der bogenförmige Weg noch nicht mit einem besonders hohen vertikalen Weganteil versehen.
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Sind die Zylinderscheiben aus einem Vollmaterial gefertigt, so sind sie besonders massereich und laufen damit gleichförmig um und stellen genug Material zur Wärmeleitung zur Verfügung. Ebenso erfindungsgemäß wären Zylinderscheiben in Leichtbauweise, insbesondere in Form von Speichenrädern, die zur Abdichtung auf ihrer Aussenseite eine Bespannung oder eine dünne geschlossene Schicht aus Metall oder einem anderen, wärmebeständigen Material aufweisen.
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Mit großem Vorteil schlägt die Erfindung vor, dass der Leerraum einstellbar ist, insbesondere durch Veränderung eines Abstandes der beiden Auflageflächen zueinander. Dies geschieht der Einfachheit halber durch eine Veränderung des axialen Abstandes der beiden Zylinderscheiben zueinander, insbesondere dann, wenn diese beiden oder mehr Zylinderscheiben auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch mehr als zwei Zylinderscheiben aufweisen, insbesondere vier, sechs oder acht, also in Gruppen von je zwei Zylinderscheiben. Hierdurch werden mehrere Transportspuren gebildet, die auf unterschiedliche Kunststoffkörper eingerichtet sein können. Die Paare von Zylinderscheiben sind erfindungsgemäß alle auf einer gemeinsamen durchgehenden Welle angeordnet oder auf voneinander getrennten Wellenabschnitten. Letzteres wird immer dann gewünscht sein, wenn bei einem Transportvorgang unter der Flamme hindurch unterschiedliche Verweildauern erreicht werden sollen. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn die Vorrichtung mit einem Durchgang unterschiedlich große Kunststoffkörper vorbehandeln soll.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks ein in den Leerraum wirkendes Sauggebläse ist. Der Erfindung ist die Art der Unterdruckerzeugung zunächst egal. Der Unterdruck kann sowohl unmittelbar mittels einer Vakuumpumpe, einem Sauggebläse, einer Membranpumpe, einer Drehschieberpumpe, einer Strahlpumpe oder anderes mehr als auch durch ein Puffervolumen erzeugt werden, an dem wiederum eine solche Vorrichtung saugend angeordnet ist.
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Mit Vorteil schlägt die Erfindung vor, dass ein Gehäuse um die Zylinderscheiben angeordnet ist, welches diese nicht über deren gesamten Durchmesser einhüllend ist, insbesondere auch per Spalt zu diesen beabstandet ist. Durch dieses Gehäuse wird der Luftstrom so eingeschränkt und gelenkt, dass er weit überwiegend durch den Spalt zwischen den beiden Zylinderscheiben - den Leerraum- hindurch gesaugt wird und weniger an deren voneinander wegweisenden Rändern Zu diesen ist das Gehäuse bevorzugt mit einem Spalt beabstandet, so dass die Luft auch an dieser Seite der Zylinderscheiben entlangströmen und diese kühlt. Zwar kühlt auch der eben geschilderte Strömungsweg, jedoch trägt er nichts zur Halterung der Schraubverschlußkappen bei, so dass sein Anteil am Volumenstrom geringer als der durch den Leerraum ausfallen soll. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass die Schraukappenverschlüsse durch den auf sie einwirkenden Unterdruck leichter und störungsfreier auf die auf der Transportvorrichtung herrschenden Geschwindigkeit beschleunigt werden können, die oftmals höher sein wird, als die Geschwindigkeit des Antransports auf der Produktzufuhr.
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Sind Produktzufuhr und/oder Produktabfuhr als Stabführung oder als Gleitbahn ausgebildet und insbesondere gewinkelt zueinander angeordnet, so wird mit Vorteil eine leichte Übergabe von den auf ihnen geführten Transportkörpern auf und von den Zylinderscheiben ermöglicht. Stabführungen sind dabei insbesondere solche, deren Stababstände leicht veränderbar sind. Ansonsten sind andere Ausgestaltungen bevorzugt.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Antrieb vorgesehen, der vorzugsweise unmittelbar auf die Welle(n) wirkend ist. Zwar könnte der Antrieb auch über einen Koppelkörper, beispielsweise über zwei kämmende Zahnräder, mit der Welle verbunden sein, um so besser Wärme abzuführen und den Motor nicht zu sehr zu erwärmen, jedoch ist ein direkter Antrieb wegen der konstruktiven Einfachheit bevorzugt.
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Schließlich ist noch vorgesehen, dass das Gehäuse eine oder mehrere weitere Öffnungen aufweist. Diese dienen insbesondere dazu, auch an anderen Stellen eine Wärmeabfuhr durch Strahlung zu ermöglichen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Figuren eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1: eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform und
- 2: deren Seitenansicht.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Ansicht, mit der 1.000, 1.500 oder sogar mehr als 2.000 Verschlußkappen pro Minute unter einer Flamme durchgeführt und damit oberflächenbehandelt werden können.
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Zu erkennen ist zunächst eine Vorrichtung 3 zur Erzeugung einer Flamme, wobei die Flamme 17 gerade die Oberfläche eines Kunststoffkörpers 1, hier eine Schraubverschlusskappe, behandelt. Entgegen der gewählten Darstellung kontaktieren sich im Betrieb die auf der Transporteinrichtung 4 befindlichen Kunststoffkörper 1. Anstelle von Schraubverschlußkappen 1 sind mit der Erfindung auch andere Kunststoffkörper bearbeitbar, insbesondere alle zylindrischen und alle, die eine zur zu behandelnden Oberfläche parallel angeordnete Auflagefläche aufweisen. Die Vorrichtung 3 ist schwenkbar ausgebildet, sie kann von der dargestellten Position in eine Ruheposition verschwenkt werden, die um 180° gedreht ist, so dass der Flammenaustritt von der Transporteinrichtung 4 weg weist. Die Flamme 17 ist innerhalb von wenigen Millisekunden zündbar. Die Transporteinrichtung 4 weist hier zwei zueinander parallele und voneinander mittels eines Leerraums 6 beabstandete Auflageflächen 7 auf. Diese sind jeweils als Mantelfläche 8 einer aus vollem Material gefertigten Zylinderscheibe 9 ausgebildet. Die Zylinderscheiben 9 bestehen aus einem nicht-rostenden, hochlegierten Stahl, insbesondere einem Chromstahl. Die Zylinderscheiben 9 weisen eine Dicke von etwa 2 bis 3 mm auf, so dass die Auflageflächen 4 eine entsprechende Breite haben. Die Auflageflächen können dabei als mit endloser Länge versehen aufgefasst werden, da sie im Betriebszustand rotierend sind. Jede Zylinderscheibe 9 weist bei dieser Ausführungsform einen Durchmesser von 50 cm auf. Je größer der Durchmesser wird, umso mehr Kunststoffkörper 1 können auf der Transporteinrichtung 4 angeordnet werden und umso geringer wird der vertikale Anteil der Transportbewegung unter der Flamme 17 hindurch. Anstelle von zwei zueinander parallelen und voneinander beabstandeten und drehfest miteinander verbundenen Zylinderscheiben 9 können erfindungsgemäß auch vier, sechs, acht oder mehr Zylinderscheiben 9 so angeordnet sein, um so eine, zwei, drei, vier oder mehr Transportbahnen zu bilden. Die Breite der mit der Vorrichtung verarbeiteten Kunststoffkörper 1 reicht von solchen, die einen unwesentlich größeren Durchmesser aufweisen als der Abstand von der Außenseite einer Zylinderscheibe zur Außenseite der anderen Zylinderscheibe 9, mithin entsprechend dem Abstand der beiden voneinander wegweisenden Ränder der Auflageflächen 7. Das andere Extrem bilden Kunststoffköper 1, die einen drei-, vier- oder mehrfachen Durchmesser aufweisen und daher lediglich in ihrem jeweiligen Mittenbereich auf der Auflagefläche 7 aufliegen und gestützt werden. Dies ist auch dadurch ermöglicht, da die Vorrichtung 10 zur Erzeugung eines Unterdrucks in den Leerraum 6 zwischen den Zylinderscheiben 9 und damit in den Leerraum zwischen den beiden zueinander beabstandeten Auflageflächen 7 wirkend ist. Hierdurch herrscht bei Betrieb der Vorrichtung im Inneren der Schraubverschlusskappen ein im Vergleich zum Umgebungsdruck geringerer Druck, so dass die aufliegenden Schraubverschlusskappen 1von dem höheren Umgebungsdruck auf die Auflageflächen 7 gedrückt werden.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Abstand der beiden Zylinderscheiben 9 zueinander und damit die Größe des Leerraums 6 fest ausgebildet. In einer anderen, aber ebenso erfindungsgemäßen Ausführungsform kann dieser Abstand einstellbar sein, insbesondere durch eine axiale Verschiebbarkeit einer oder mehrerer Zylinderscheiben 9, die auf einer gemeinsamen oder auf mehreren, zueinander koaxialen Wellen 12 angeordnet sind.
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Der durch die Vorrichtung 10 zur Erzeugung eines Unterdrucks im Leerraum 6 zwischen den Zylinderscheiben 9 erzeugte Luftstrom wirkt mit großem Vorteil kühlend auf die Transporteinrichtung 4. Die Vorrichtung 10 ist hier in erster Linie ein Sauggebläse 13, welches in ein Gehäuse 14 wirkt, welches seinerseits die Zylinderscheiben 9 zu einem Teil ihres Durchmessers abdichtend umgibt und welches damit in den Leerraum 6 wirkt. Das Gehäuse 14 ist mit einem geringen Spalt, vorzugsweise weniger als 1 mm, zu den Zylinderscheiben 9 beabstandet ausgebildet. Hierdurch wird der Möglichkeit einer temperaturabhängigen Maßveränderung der Zylinderscheiben 9 Rechnung getragen Hierdurch wird auch sicherstellt, dass die durch das Sauggebläse 13 angesagte Luft in erster Linie durch den Leerraum 6 hindurchtritt und nur in sehr viel geringerem Maße an der Außenseite der Zylinderscheiben 9 entlang strömt. Demnach tragen zu einem guten Wärmehaushalt der Vorrichtung zum einen die großen, bewegten Massen bei, zum anderen die geringe Kontaktfläche von Flamme 17 zu Auflagefläche 7 und vor allem zum Dritten auch die ständige und zusätzliche Kühlung durch den ständig an beiden Hauptflächen der Zylinderscheiben 9 vorbeiströmenden und Wärme abtransportierenden Luftstrom. Mit großem Vorteil erwärmen sich die Metallscheiben daher nicht wesentlich über 70 °C. Auch der Antrieb 16 bleibt kühl.
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Die beiden Zylinderscheiben 9 sind auf einer gemeinsamen Welle 12 angeordnet und in deren Bereich miteinander drehfest verbunden. Dies geschieht insbesondere durch einen Flansch. Durch diese Verbindung wird ein Flattern der beiden Zylinderscheiben 9 verhindert, so dass ein definierter und gleichbleibender Abstand zwischen diesen und damit auch zwischen den beiden Auflageflächen 7 erreicht wird und damit auch der zwischen ihnen befindliche Leerraum 6 gleichgroß bleibend ist. Der Antrieb der Welle 12 erfolgt hier mittels einer Transmission per nicht von Gehäuse 14 umgebene Zahnräder 18.
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Die Drehgeschwindigkeit der Zylinderscheiben 9 ist abhängig von der Motordrehung und kann leicht angepasst werden, wodurch sich die Transportgeschwindigkeit individuell an die Bedürfnisse der unterschiedlichen Materialien und Geometrien der Schraubverschlußkappen 1 anpassen lassen.
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Erfindungsgemäß sind eine Produktzufuhr 2 und eine Produktabfuhr 5 vorgesehen, die zueinander vertikal gewinkelt angeordnet sind. Der Anstellwinkel ist dabei so gewählt, dass jeweils eine leichte Übergabe von und zu den beiden ermöglicht ist. Eine nichtgewinkelte Anordnung ist ebenfalls erfindungsgemäß. Es können erfindungsgemäß auch beide gewinkelt ausgebildet sein.
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2 zeigt die Seitenansicht der Ausführungsform. Zu erkennen sind Antrieb 16, mit Motor 19 und Steuerung 20 sowie den beiden Zahnrädern 18, eines von beiden drehfest auf der Welle 12 angeordnet. Gut zu erkennen ist auch, dass das Gehäuse 14 nur einen Teil des Durchmessers der Zylinderscheiben 9 überdeckt, so dass der nicht überdeckte Teil per Strahlungstransport Wärme abführen kann. Das Sauggebläse 13 ist rechts von der Vorrichtung angeordnet, kann aber erfindungsgemäß auch unmittelbar am Gehäuse sitzen.
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In 2 gut zu erkennen ist auch der vertikale Winkel zwischen Produktzufuhr 2 und -abfuhr 5. Beide sind als Stabführung von vier, zueinander beabstandeten Stäben ausgebildet. Sie könnten erfindungsgemäß jedoch auch als im Querschnitt u-förmige Geleitbahn ausgebildet sein oder als ein Vakuumband oder in sonstiger Weise. Sie müssen lediglich dafür sorgen, dass die vereinzelten und orientierten Schraubverschlusskappen in dieser Weise und in ausreichender Menge in ausreichender Geschwindigkeit an die Transportvorrichtung 4 heran und von dieser abtransportiert werden. Nicht dargestellt sind die erfindungsgemäß möglichen weiteren Öffnungen im Gehäuse, die weitere Teile der Zylinderscheiben 9 für einen Wärmetransport per Strahlung freigeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt als stand-alone-Gerät zwischen einer Produktzufuhr und einer Digitaldruckmaschine angeordnet und kann so leicht bei bestehenden Druckstrassen nachgerüstet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kunststoffkörper
- 2
- Produktzufuhr
- 3
- Vorrichtung zur Erzeugung einer Flamme
- 4
- Transporteinrichtung
- 5
- Produktabfuhr
- 6
- Leerraum
- 7
- Auflagefläche
- 8
- Mantelfläche
- 9
- Zylinderscheibe
- 10
- Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks
- 11
- Abstand zweier Auflageflächen
- 12
- Welle
- 13
- Sauggebläse
- 14
- Gehäuse
- 15
- Stabführung
- 16
- Antrieb
- 17
- Flamme
- 18
- Zahnräder
- 19
- Motor
- 20
- Steuerung
