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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leimdüse zur Beleimung einer Oberfläche eines Produktes der Tabak verarbeitenden Industrie mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Leimdüsen dienen zum Auftrag von Leim auf eine zu verklebende Oberfläche eines Produktes der Tabak verarbeitenden Industrie wie z.B. eine Oberfläche eines Umhüllungsstreifens der Produkte während des Herstellungsprozesses. Solche Produkte sind zum Beispiel Filter oder Tabakstöcke, welche durch den Umhüllungsstreifen formfixiert und/oder miteinander verbunden werden. Ferner können die Produkte auch Verpackungen sein, in denen z.B. Zigaretten oder Zigarillos aufbewahrt werden.
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Aus der
DE 10 2011 117 836 A1 ist eine dort als Leimventil bezeichnete Leimdüse bekannt, welche eine Düsennadel mit einem durch eine Kugel gebildeten Verschlussorgan aufweist. Die Düsennadel liegt in einer Geschlossenstellung des Leimventils mit der Kugel an einer ersten Dichtfläche des Leimventils unter Bildung eines linien- und ringförmigen Kontaktes an.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist es, dass die Dichtwirkung sehr stark von der Formgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit der Kugel und der gegenüber liegenden ersten Dichtfläche in dem Leimventil abhängig ist. Außerdem kann die Dichtwirkung sehr leicht durch zwischen die Kugel und die erste Dichtfläche eintretende Fremdkörper oder Partikel beeinträchtigt werden. Diese beeinträchtigte Dichtwirkung kann dazu führen, dass die Austrittsöffnung in der Geschlossenstellung des Leimventils nicht vollständig verschlossen ist, und der Leim je nach Grad der Undichtigkeit aus dem Leimventil heraus tropft oder läuft, wodurch wiederum die Umgebung des Leimventils verschmutzt wird. Damit die Undichtigkeit so gering wie möglich ist, ist es daher erforderlich die Dichtfläche und die Kugel in ihrer Form sehr genau herzustellen, während das Eintreten von Partikeln oder Fremdkörpern grundsätzlich nicht vollständig verhindert werden kann.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leimdüse bereitzustellen, bei der die oben genannten Nachteile vermieden sind.
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Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe eine Leimdüse mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Düsennadel und die Düsenlanze wenigstens im Bereich der Dichtflächen unterschiedliche Oberflächenhärten aufweisen.
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Durch die vorgeschlagene Lösung wird eine verbesserte Dichtwirkung zunächst dadurch bewirkt, indem die beiden Oberflächenhärten der Dichtflächen unterschiedlich sind, wodurch den Partikeln eine bevorzugte Eindrückrichtung in die Oberfläche mit der geringeren Oberflächenhärte vorgegeben wird. Die Dichtfläche mit der größeren Oberflächenhärte wirkt praktisch als Pressstempel und drückt die zwischen den Dichtflächen vorhandenen Partikel in die gegenüber liegende Dichtfläche mit der geringeren Oberflächenhärte ein, so dass die Dichtflächen anschließend wieder dichtend aneinander anliegen und die Dichtwirkung gegeben ist. Ferner können durch die unterschiedlichen Oberflächenhärten geringe Formungenauigkeiten und Oberflächenrauhigkeiten kompensiert werden, indem sich die Dichtfläche mit der geringeren Oberflächenhärte an die jeweils andere Dichtfläche anpasst, und die Dichtflächen dadurch verbessert mit einer erhöhten Dichtwirkung und vergrößerten Flächen aneinander zur Anlage gelangen. Die beiden Dichtflächen gelangen dabei flächig aneinander, wobei die Anlagefläche abhängig von der Formgebung der Düsennadel und der Düsenlanze im Bereich der Dichtflächen ist. Sofern die Düsennadel im Bereich der zweiten Dichtfläche z.B. kugel- oder kugelabschnittsförmig und die Düsenlanze im Bereich der ersten Dichtfläche konisch ringförmig ausgebildet ist, ergibt sich z.B. eine ringförmige Anlagefläche. Unter Anlagefläche der beiden Dichtflächen ist dabei jede in Umfangsrichtung der Austrittsöffnung ununterbrochene Anlagefläche zu verstehen, welche den Innenraum der Leimdüse von der Umgebung dichtend trennt.
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Dabei hat sich herausgestellt, dass die Dichtfläche mit der geringeren Oberflächenhärte eine Kugeldruckhärte von bevorzugt weniger als 240 N/mm2 nach ISO 2039-1 und die Dichtfläche mit der größeren Oberflächenhärte eine Kugeldruckhärte von bevorzugt mehr als 240 N/mm2 nach ISO 2039-1 aufweisen sollte, damit der bezweckte Effekt erzielt wird.
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Ferner sollte die Differenz der Oberflächenhärten wenigstens 50 N/mm2 betragen, damit die Partikel bevorzugt nur in eine der Dichtflächen eingedrückt werden.
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Die vorgeschlagenen Werte können sehr einfach dadurch erzielt werden, indem die Oberfläche mit der geringeren Oberflächenhärte aus Kunststoff, vorzugsweise aus PEEK (Polyetheretherketon) gebildet ist. Die Dichtfläche mit der größeren Oberflächenhärte kann dann z.B. aus Stahl gebildet sein.
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Bei der Auswahl des Kunststoffes sollte darauf geachtet werden, dass der Kunststoff formstabil, bearbeitbar und leimstabil ist, was durch den vorgeschlagenen Kunststoff PEEK erfüllt wird. Die Formstabilität ist dabei deshalb wichtig, damit die Dichtfläche unter den wirkenden Druckkräften ihre Form beibehält, so dass die Dichtwirkung erhalten bleibt. Ferner sollte der Kunststoff unter der Einwirkung des Leimes nicht quellen also den Leim nicht aufnehmen, so dass auch dadurch die Form nicht verändert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die zweite Dichtfläche der Düsennadel die geringere Oberflächenhärte aufweist. Die vorgeschlagene Weiterentwicklung ist insofern von Vorteil, weil die zweite Dichtfläche mit der geringeren Oberflächenhärte innenliegt und durch die Düsenlanze zur Außenseite hin geschützt ist. Wenn die zu beleimende Oberfläche an der Austrittsöffnung vorbeibewegt wird und dabei in Kontakt mit der Düsenlanze gelangen kann oder ständig an der Düsenlanze anliegt, unterliegt auch die Düsenlanze durch den möglichen oder ständigen Kontakt mit der zu beleimenden Oberfläche einem Verschleiß. Da die geringere Oberflächenhärte zu einer nachteiligen Erhöhung des Verschleißes führen würde, ist es von Vorteil, dass bewusst die zweite Dichtfläche der nicht dem Verschleiß ausgesetzten innenliegenden Düsennadel die geringere Oberflächenhärte aufweist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die beiden Dichtflächen zueinander formkorrespondierend ausgebildet sind. Durch die formkorrespondierende Formgebung der beiden Dichtflächen gelangen diese mit einer maximalen Fläche dichtend aneinander zur Anlage. Dabei können die Dichtflächen als Positiv- und Negativfläche z.B. gekrümmt entsprechend konkav und konvex oder auch gestuft ausgebildet sein.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste und die zweite Dichtfläche konisch ausgebildet sind. Durch die konische Formgebung kann zusätzlich ein Zentriereffekt der Düsennadel zu der Düsenlanze bewirkt werden. Außerdem weisen die Dichtflächen dadurch sowohl eine Radial- als auch ein Axialrichtung auf und sind gegenüber einer reinen Radialdichtung oder Axialdichtung mit denselben Axial- oder Radialabmessungen vergrößert.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste Dichtfläche in einem ersten Winkel zu der Axialrichtung der Austrittsöffnung ausgerichtet ist, und die zweite Dichtfläche in einem zweiten Winkel zu der Längsrichtung der Düsennadel ausgerichtet, und sich der erste und der zweite Winkel um eine Winkeldifferenz von wenigstens 2 Grad, bevorzugt von 5 Grad unterscheiden. Durch die vorgeschlagene Formgebung der beiden Dichtflächen wird ein sich keilförmig verengender Dichtspalt mit einer definierten ringförmigen Anlagefläche im Bereich des engsten Querschnitts ausgebildet.
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Dabei sind die erste und die zweite Dichtfläche bevorzugt sich in Richtung der Austrittsöffnung verjüngend geformt, so dass die Düsennadel die Austrittsöffnung sehr einfach durch eine Axialbewegung in Richtung der Austrittsöffnung verschließt und dabei gleichzeitig zentriert wird, wobei die Düsennadel durch den Zentriereffekt auch vereinfacht in die Austrittsöffnung eingeführt werden kann. Sofern die Dichtflächen in dem vorgeschlagenen Mindestwinkel von 2 Grad oder bevorzugt von 5 Grad zueinander ausgerichtet sind, ergibt sich dadurch ferner ein sich in Austrittsrichtung radial einwärts verengender Dichtspalt mit einer radial innen liegenden Anlagefläche der beiden Dichtflächen.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste und die zweite Dichtfläche ringförmig ausgebildet sind. Dadurch weisen die Dichtflächen in Umfangsrichtung keine Ecken auf, welche grundsätzlich schwieriger abzudichten sind. Vielmehr liegen die Dichtflächen dadurch mit einer sehr guten Dichtwirkung über ihren vollen Umfang aneinander an.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Dichtfläche mit der geringeren Oberflächenhärte durch eine Beschichtung oder durch ein Einsatzteil gebildet ist. Dadurch können die Düsennadel oder die Düsenlanze mit einem entsprechend formstabilen Grundköper ausgebildet sein, dessen Werkstoff unabhängig von der Oberflächenhärte der Dichtfläche gewählt werden kann, während die erfindungsgemäße niedrigere Oberflächenhärte erst durch die Beschichtung oder durch ein Einsatzteil mit einem anderen Werkstoff als der Grundkörper verwirklicht wird.
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Dabei wird weiter vorgeschlagen, dass das Einsatzteil durch eine auf die Düsennadel aufgesetzte Spitze gebildet ist, wobei die Spitze bevorzugt stabförmig ausgebildet und konzentrisch über einen Zentrieransatz an der Düsennadel gehalten ist. Die Spitze bildet praktisch eine konzentrische Verlängerung der Düsennadel, wobei die Festigkeit der Düsennadel durch eine freie Wahl des Werkstoffs erfolgen kann, während ihre Auslegung hinsichtlich ihrer Dichtfunktion individuell durch die Wahl des Werkstoffs der Spitze vorgenommen werden kann, welche ausschließlich zur Ausbildung der zweiten Dichtfläche vorgesehen ist und damit entsprechend kurz ausgeführt werden kann.
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Weiterhin kann die Spitze einen zylindrischen Endabschnitt aufweisen, mit dem sie wenigstens in der Geschlossenstellung der Leimdüse in die Austrittsöffnung eingreift. Durch den zylindrischen Endabschnitt und den Eingriff der Spitze mit dem Endabschnitt in die Austrittsöffnung kann eine Führung oder auch Lagerung der Düsennadel in der Geschlossenstellung und zumindest in einer Endphase der Bewegung in die Geschlossenstellung verwirklicht werden. Ferner kann dadurch das Volumen des Freiraums zwischen der Dichtfläche und der Außenseite der Leimdüse, in dem sich der Leim in der Geschlossenstellung sammeln kann, reduziert werden. Da der Endabschnitt zylindrisch ausgebildet ist, kann er überdies eine Verschiebebewegung in der Austrittsöffnung ausführen, wodurch zusätzlich ein sich dort festgesetzter, erhärteter Klumpen Leim ausgestoßen werden kann.
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Ferner kann die Spitze bevorzugt im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein und die ringförmige zweite Dichtfläche an der Spitze angeordnet sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die einzige 1 näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Leimdüse.
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In der 1 ist ein vergrößerter Ausschnitt einer Leimdüse 100 und ein daran vorbei bewegter Umhüllungsstreifen 4 zu erkennen, wobei durch die Leimdüse 100 Leim austritt und aufgrund der Bewegung des Umhüllungsstreifens 4 zu einem Leimstreifen auf eine der Leimdüse 100 zugewandte Oberfläche 200 des Umhüllungsstreifens 4 aufgetragen wird.
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Die Leimdüse 100 ist zweiteilig mit einer Düsenlanze 1 mit einem Düsenkanal 2 und einer in dem Düsenkanal 2 verschieblichen Düsennadel 3 aufgebaut. Der Düsenkanal 2 erstreckt sich in Längsrichtung der Düsenlanze 1 und ist über eine nicht zu erkennende Leimzuführung mit einem Leimvorrat verbunden bzw. verbindbar. Ferner weist die Düsenlanze 1 an ihrer Stirnseite eine im Querschnitt kreisförmige Austrittsöffnung 5 auf, welche durch eine ringzylindrische Wandung der Düsenlanze 1 begrenzt ist. Der Düsenkanal 2 weist ferner ausgehend von der Austrittsöffnung 5 einen sich zur Innenseite hin erstreckenden Dichtabschnitt 17 auf, welcher sich zur Innenseite des Düsenkanals 2 hin konisch nach außen erweitert und dadurch eine konisch geformte erste Dichtfläche 11 ausbildet.
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Die Düsennadel 3 ist durch eine im Querschnitt kreisförmige Stange 6 aus Stahl mit einem stirnseitig an ihrem freien Ende angeordneten Zentrieransatz 8 gebildet. Auf den Zentrieransatz 8 ist ein Einsatzteil 7 in Form einer Spitze aus Kunststoff vorzugsweise aus PEEK (Polyetheretherketon) aufgesetzt. Die Spitze weist an ihrem Ende einen zylindrischen Endabschnitt 12 auf, an welchen sich rückwärtig ein sich nach außen erweiternder konischer Dichtabschnitt 13 anschließt. An den konischen Dichtabschnitt 13 schließen sich weiter in der folgenden Reihenfolge ein zylindrischer Zwischenabschnitt 14, eine Stufe 15 und ein zylindrischer Grundkörper 16 an. Der zylindrische Grundkörper 16 weist einen durch die Stufe 15 gegenüber dem Dichtabschnitt 13 vergrößerten Außendurchmesser auf, welcher dem Außendurchmesser der Stange 6 entspricht, so dass die Stange 6 und das Einsatzteil 7 außenseitig stufenlos ineinander übergehen. Ferner ist in dem Grundkörper 16 eine Bohrung 9 vorgesehen, welche zuerst gebohrt und dann senkerodiert ist. Das Einsatzteil 7 ist mit der Bohrung 9 auf den Zentrieransatz 8 der Stange 6 aufgesetzt und mit diesem verklebt. Das Einsatzteil 7 bildet damit praktisch eine Verlängerung der Stange 6 zur Schaffung einer zweiten Dichtfläche 10 an dem Dichtabschnitt 13.
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Der konische Dichtabschnitt 17 an der Düsenlanze 1 bildet eine erste konische Dichtfläche 11 aus, während die Düsennadel 3 an ihrem konischen Dichtabschnitt 13 eine zweite Dichtfläche 10 bildet, welche formkorrespondierend zu der Form der ersten Dichtfläche 11 ausgebildet ist. Die Düsennadel 3 ist derart ausgerichtet, dass sie durch die Bewegung in die dargestellte Geschlossenstellung flächig an der ersten Dichtfläche 11 der Düsenlanze 1 zur Anlage gelangt und mit dem zylindrischen Endabschnitt 12 in die Austrittsöffnung 5 eingreift. Die erste und zweite Dichtfläche 11 und 10 sind formkorrespondierend ausgebildet, wobei die erste Dichtfläche 11 eine Innenfläche der Düsenlanze 1 und die zweite Dichtfläche 10 eine Außenfläche der Düsennadel 3 ist. Die zweite Dichtfläche 10 bildet die Negativfläche der ersten Dichtfläche 11 aus, d.h. die beiden Dichtflächen 10 und 11 weisen einen identischen Winkel zu der Längsrichtung der Düsenlanze 1 und der Düsennadel 3 auf und sind im Wirkpunkt auf demselben Durchmesser angeordnet. Die erste Dichtfläche 11 weist eine etwas größere Erstreckung in Längsrichtung der Leimdüse 100 als die zweite Dichtfläche 10 auf und bildet die feststehende Anlagefläche für die verschiebbare Düsennadel 3. Durch den zylindrischen Zwischenabschnitt 14 wird der Dichtabschnitt 13 und die Fläche der zweiten Dichtfläche 10 der Düsennadel 3 begrenzt und verkleinert, so dass die Flächenpressung zwischen der zweiten Dichtfläche 10 und der ersten Dichtfläche 11 und damit die Dichtwirkung vergrößert wird.
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Alternativ können die beiden Dichtflächen 10 und 11 aber auch eine andere Formgebung aufweisen. So ist es z.B. denkbar, eine der beiden Dichtflächen 10 und 11 gekrümmt konkav oder konvex in Form einer Kugel oder eines Kugelabschnittes auszubilden und die jeweils andere Dichtfläche 10 oder 11 in Bezug zu der Krümmungsrichtung plan oder eben auszubilden, so dass sich eine dünne linienförmige Anlagefläche ergibt. In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann an der Düsennadel 3 eine Kugel vorgesehen sein, an welcher die zweite Dichtfläche 10 vorgesehen ist, während die erste Dichtfläche 11 durch eine konisch sich in Richtung der Austrittsöffnung 5 verjüngende konische Fläche gebildet ist. Dadurch ergibt sich eine ringförmige Anlagefläche der Kugel an der Anlage, welche den Innenraum der Leimdüse 100 gegenüber der Austrittsöffnung 5 abdichtet.
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Sofern die beiden Dichtflächen 10 und 11 jeweils konisch ausgebildet sind, können diese bevorzugt auch in einem Winkel von wenigstens 2 Grad und bevorzugt von 5 Grad zueinander verlaufen, so dass sich der Dichtspalt in Richtung der Austrittsöffnung 5 kontinuierlich verengt.
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Das Einsatzteil 7 der Düsennadel 3, also die Spitze, ist hier aus Kunststoff, vorzugsweise aus PEEK ausgebildet und weist damit eine geringere Oberflächenhärte als die aus Stahl hergestellte Düsenlanze 1 im Bereich der ersten Dichtfläche 11 auf, so dass zwischen die beiden Dichtflächen 10 und 11 eingetretene Partikel bewusst von der ersten Dichtfläche 11 in die zweite Dichtfläche 10 eingedrückt werden. Außerdem kann sich die Düsennadel 3 mit der zweiten Dichtfläche 10 an geringfügige Formabweichungen der ersten Dichtfläche 11 anpassen. Ferner kann die Bewegung der Düsennadel 3 beim Erreichen der Geschlossenstellung bzw. der Anschlagstellung zumindest geringfügig abgefedert werden, so dass die Kraftspitze der auf die Düsennadel 3 aufzubringenden Druckkräfte beim Erreichen des Anschlags in der Geschlossenstellung zumindest geringfügig reduziert werden kann.
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Ferner kann durch die unterschiedlichen Oberflächenhärten gezielt eine der beiden Dichtflächen 10, 11 zur Aufnahme der Partikel ausgelegt sein, während die andere Dichtfläche 10, 11 keine Partikel aufnimmt und keine Formabweichungen kompensiert, also praktisch die formstabile Gegenfläche bildet.
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Sofern die Leimdüse 100 zur Beleimung einer feststehenden Fläche vorgesehen ist, und die Leimdüse 100 nicht in Kontakt mit der zu beleimenden Oberfläche gelangt, könnte sowohl die erste als auch die zweite Dichtfläche 11, 10 die geringere Oberflächenhärte aufweisen, da in diesem Fall die geringere Verschleißbeständigkeit der Oberfläche mit der geringeren Oberflächenhärte nicht von Nachteil ist. Sofern die Leimdüse 100 zur Beleimung einer bewegten Oberfläche 200 vorgesehen ist, wie dies bei dem in der 1 zu erkennenden Umhüllungsstreifen 4 der Fall ist, ist es von Vorteil, die zweite Dichtfläche 10 der Düsennadel 3 mit der geringeren Oberflächenhärte auszubilden, da in diesem Fall die verschleißanfälligere Oberfläche mit der geringeren Oberflächenhärte in der Leimdüse 100 angeordnet ist und durch die Düsenlanze 1 zur Außenseite hin geschützt ist.
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Ferner kann an der zweiten Dichtfläche 10 der Düsennadel 3 oder der ersten Dichtfläche 11 der Düsenlanze 1 auch ein Dichtring aus einem Elastomerwerkstoff oder einem anderen elastischen Werkstoff vorgesehen sein. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind darin zu sehen, dass die Düsenlanze 1 sehr klein ausgeführt werden kann und mehrere Düsenlanzen 1 nebeneinander plaziert werden können. Ferner kann durch die Wahl einer sehr kleinen Düsennadel 3 das zu verdrängende Leimvolumen in der Austrittsöffnung 5 beim Verschließen derselben auf ein entsprechend kleines Volumen reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011117836 A1 [0003]
