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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von mindestens einer Nut in
Karton, Pappe, Schachtelspan oder ähnlichem blattartigem Material Die Erfindung
bezieht sich auf die Erzeugung von mindestens einer Nut in Karton, Pappe, Schachtelspan
oder ähnlichem faserigem, blattartigem Material mit einem rotierenden Schneidewerkzeug.
Die Erfindung betrifft in erster Linie die Erzeugung von Faltlinien durch Entfernung
von Material und ist besonders zur Herstellung von Außen- und Innenschachteln für
Zündhölzer geeignet, kann aber auch auf die Herstellung anderer Gegenstände angewandt
werden.
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In der Karton- und Papierverarbeitung sind viele Methoden für die
Erzeugung von Nuten, Rillen usw. in dem Bogenmaterial und für die Behandlung der
Ränder des Bogens bekannt, wobei die Bearbeitung des Bogens mittels eines Schneidewerkzeuges
erfolgt. Beispielsweise ist vorgeschlagen worden, die Ränder eines Papierbogens
mittels der die Mantelfläche und/ oder der die Stirnfläche begrenzenden Schneidkante
eines rotierenden, zylindrischen Fräsers zu verdünnen, abzuschrägen bzw. abzuschleifen.
Hierbei ist die Drehachse des Fräsers zur Ebene des Papierbogens parallel oder bildet
einen sehr kleinen Winkel zu derselben, und der Winkel zwischen der Vorschubrichtung
des Bogens und der Drehachse des Fräsers beträgt etwa 45°. Wenn nur die Schneidkante
zwischen der Stirnfläche und der Mantelfläche verwendet wird, besteht der einzige
Zweck der Behandlung darin, einen sehr rauhen Rand zu schaffen, wie er mit den sogenannten
Deckelriemen auf der Papiermaschine erzeugt wird. Für die Herstellung von Schachteln
ist dieses Verfahren ungeeignet.
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Bei der Herstellung von Schachteln aus Karton hat man in vielen Fällen
die Nuten, längs denen die Kartonzuschnitte zu Schachteln gefaltet werden, mittels
rotierender Kreissägen oder Fräser in der Form von dünnen Scheiben erzeugt, wobei
die Drehachse zum Zuschnitt parallel liegt und die Nuten einen rechteckigen Querschnitt
erhalten. Mittels einer rechteckigen Nut erhält man aber keine genau definierte
Faltlinie, und bei der Faltung des Kartons zu einer rechteckigen Schachtel erhält
dieser keine genügende Festigkeit, weil nicht die ganzen Seitenwände der Nut, sondern
nur die oberen Ränder derselben zum Anliegen gegeneinander kommen. Weil Kartonmaterial
sehr schwierig zu bearbeiten ist und unter anderem wegen darin vorhandener Sandpartikeln
besonders stark an dünnen Schneidewerkzeugen der oben beschriebenen Art reibt, muß
das Werkzeug oft geschliffen werden. Beim Zuschärfen von Sägeblättern und entsprechend
dünnen zylindrischen Fräsern sowie auch Fräsern mit winkelförmigen Schnitten muß
man jeden einzelnen Schnitt und außerdem bisweilen jede Zahnlücke anschärfen, was
sehr zeitraubend und kostspielig ist.
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Versuche, eine Nut mit einem Winkel von 90° zwischen den Seitenwänden
durch Wegschleifen von Material mittels einer Schleifscheibe zu erzeugen, haben
gezeigt, daß losgerissene Fasern in den Poren der Schleifscheibe steckenbleiben,
wodurch die Reibung gegen den Karton und die Wärmeentwicklung so groß werden, daß
das Kartonmaterial leicht anbrennt. Die Vorschub- oder Fördergeschwindigkeit wird
dadurch sehr begrenzt; ferner werden die Fasern aufgelockert, so daß die Flächen
der Nut filzig werden.
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Es sind auch Versuche gemacht worden, Nuten zu erzeugen, deren Querschnitt
einen Teil einer Ellipse darstellt. Diese elliptischen Nuten wurden mittels eines
Schneidewerkzeuges in der Form eines Rohrstücks von elliptischem Querschnitt erzeugt,
welches an den Stellen der stärksten Krümmung von innen her angeschliffen wurde,
so daß das Rohrstück vier runde Schneiden aufweist, mittels deren Streifen oder
lange Späne von teilelliptischem Querschnitt aus dem Kartonmaterial ausgeschnitten
wurden. Weil immer nur eine der Schneidekanten sich mit dem Kartonmaterial in stetigem
Eingriff befindet, wurde die betreffende Schneidekante teils ungenügend gekühlt
und
daher stark erhitzt, so daß das Kartonmaterial leicht angebrannt
wurde, teils bald stumpf, so daß sie oft angeschliffen werden mußte.
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Schließlich können die Faltlinien bei der Herstellung von Schachteln
aus Karton auch ohne Entfernung von Kartonmaterial, d. h. durch Rillen erzeugt werden,
wobei eine Rille, ein Falz oder eine Falte in das Material eingepreßt wird. Eine
in dieser Weise hergestellte Rille ermöglicht nicht den gewünschten rechten Winkel
zwischen den Seitenwänden, weshalb Schachteln mit gerillten Faltlinien keine genügende
Festigkeit aufweisen. Weil bei dem Rillen Material seitwärts weggedrängt wird, füllt
dieses Material die Ecken zwischen den gefalteten Seitenwänden einer Außenschachtel
aus und preßt gegen die Innenschachtel. Durch die Erfindung werden diese Übelstände
beseitigt und die Erzeugung einer Nut mit scharfem Winkel und glatten Oberflächen
ermöglicht; außerdem wird eine wesentliche Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit
des Materials ermöglicht. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung geschieht dieses
dadurch, daß die Nut mittels der Kante zwischen einer geriffelten Mantelfläche und
einer glatten, ebenen oder konkaven Steinfläche einer umlaufenden Feile erzeugt
wird, die zum blattartigen Material schräg gestellt ist. Besonders vorteilhaft ist
der Vorschub des Materials in der Arbeitsrichtung der Feile.
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Die Riffeln oder Zähne der Feile, die einen im wesentlichen dreieckigen
Querschnitt haben können, bilden eine zweckmäßig schraubenförmig geriffelte Mantelfläche.
Der Querschnitt der Riffeln, die Abmessungen der Feile und die Umlaufgeschwindigkeit
derselben sind ferner derart aneinander angepaßt, daß die losgemachten Späne von
der Fliehkraft ausgeworfen werden. Wenn der Spanwinkel positiv ist, wie es bei gewöhnlichen
Fräsern der Fall ist, wirkt die Vorwärtsneigung der Zahnfront und der Luftdruck
dem Weggleiten des Spans von dem Zahn entgegen. Der Spanwinkel wird daher vorzugsweise
negativ gemacht. Ferner soll die Fliehkraft ausreichend groß sein, und bei einer
Feile mit einem Durchmesser von 13 mm und einer Umlaufgeschwindigkeit von 27 000
Umdrehungen pro Minute hat sich die Fliehkraft als vollkommen ausreichend erwiesen,
um die Feile rein zu halten. In der Regel soll daher das Produkt von dem Durchmesser
in Zentimetern und der Drehstahl pro Sekunde im Quadrat mindestens 130 000 sein,
was bei der obenerwähnten Feile 19 000 Umdrehungen pro Minute entspricht. Diese
hohen Drehzahlen können beispielsweise mittels eines Wechselstrommotors für eine
wesentlich höhere Frequenz als 50 Hz und eines Frequenzumwandlers erhalten werden,
wobei die Feile in einem Aufspannfutter direkt auf der Motorwelle befestigt sein
kann.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird unten
an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch und
als nicht begrenzendes Beispiel eine Vorrichtung zur Erzeugung von Nuten in Zuschnitten,
besonders aus Karton, für die Herstellung von Außenschachteln für Zündhölzer.
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Fig. 1 zeigt einen Teil einer Maschine zur Erzeugung von Nuten in
Kartonmaterial gemäß der Erfindung, von oben gesehen; Fig.2 zeigt die gleiche Maschine,
von der Seite gesehen; Fig. 3 stellt einen Längsschnitt durch das Kartonmaterial
im größeren Maßstab dar und zeigt, wie eine Feile das Material bei der Erzeugung
einer Nut bearbeitet; Fig. 4 stellt einen entsprechenden Querschnitt dar; Fig.5
zeigt eine Abänderung der Feile gemäß Fig. 4; Fig.6 ist eine perspektivische und
schematische Darstellung, die die Lage der Drehachse der Feile in einer besonderen
Ausführungsform zeigt; Fig. 7 stellt den Querschnitt einer entsprechenden Rille
dar.
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Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Maschine ist mit einer Vorschubbahn für
einen Kartonstreifen 2 versehen. aus dem für Kartonaußenschachteln bestimmte
Zuschnitte herzustellen sind. Der Kartonstreifen wird an der als Widerlager dienenden
Vorschubbahn 1 anliegend in der Richtung von links nach rechts, wie durch den Pfeil
A in Fig. 1 angedeutet ist, von einem Paar von getriebenen Vorschubrollen
4 gefördert oder vorgeschoben und wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
mittels eines Paares von Rollen 3 gestreckt, die mittels einer geeigneten, nicht
dargestellten Bremsvorrichtung gebremst werden. Die Vorschubgeschwindigkeit des
Kartonstreifens 2 kann bei Nutenschneiden mit Hilfe der Feile nach der Erfindung
sehr hoch sein; in der Praxis hat sich eine Geschwindigkeit von etwa 40 m/Min. als
zweckmäßig erwiesen. Das blattartige Material wird zweckmäßig mit seiner Faserrichtung
senkrecht zur Längsrichtung der Vorschubbahn vorgeschoben, damit die Querabmessungen
der fertigen Schachtel sich in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit usw. des Schachtelmaterials
nicht ändern.
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Oberhalb der Vorschub- oder Förderbahn 1 und zwischen den Rollenpaaren
3 und 4 sind vier gleiche Halter 5 für elektrische Motoren 6 angebracht;
die Halter 5 sind längs der Vorschubbahn 1 verteilt und zueinander
in der Seitenrichtung verschoben. Obwohl vier Motoren dargestellt sind, kann die
Anzahl derselben von eins an aufwärts variieren, und zwar in Abhängigkeit von der
Anzahl der Seiten des aus dem Kartonzuschnitt herzustellenden Rohrelementes oder
Gegenstandes. Die Motoren 6 können von den Haltern 5 so festgehalten sein,
daß die Achsen ihrer Wellen in einer Ebene liegen, die einen Winkel von etwa 90°
und in gewissen Fällen bis 110° mit der Längsrichtung der Vorschubbahn bildet, wobei
die Achsen der Wellen mit der Ebene der Vorschubbahn einen Winkel von etwa 45° bilden.
Wenn der erstgenannte Winkel von 900 abweicht, ist der Winkel zwischen der
Vorschubrichtung des Kartonstreifens und den Achsen der Motorwellen stumpf. Jede
Motorwelle trägt an ihrem unteren Ende ein Aufspannfutter 7, in dem eine
zylindrische Feile 8 mit geriffelter Mantelfläche 9 und ebener oder
konkaver und vorzugsweise glatter Endfläche 10 mittels eines Zapfens abnehmbar
befestigt ist. Die Riffeln oder Zähne 9 sind vorzugsweise schraubenförmig
ausgebildet, sind aber geradlinig dargestellt, um die Zeichnungen zu vereinfachen.
Die Halter 5 sind als nicht ganz geschlossene Rohre ausgebildet, die etwas federnde
Wände haben und mit zwei Flanschen versehen sind, die zur Festspannung des betreffenden
Motors 6 in der Richtung gegeneinander mittels Schrauben 11 gepreßt werden
können. Die Motoren 6 sind in axialer Richtung einstellbar. Jeder Halter 5 stellt
einen Teil eines Armes 12 dar, der mit einem durchgehenden Loch versehen
ist, in dem ein in den Zeichnungen senkrechter Gewindebolzen 13 eingeführt
ist,
der mit einer zu dem Bolzen senkrechten Hülse 15
fest vereinigt ist. Jeder
Halter 5 ist in einstellbarer Höhe mittels zweier Muttern 14 festgehalten, wobei
die Achse des Bolzens zur Längsrichtung der Vorschubbahn 1 senkrecht ist und einen
Winkel von etwa 45- mit der Achse der Motorwelle bildet, so daß diese eine Neigung
von etwa 45- zu der Ebene der Vorschubbahn erhält. Der Arm 12 ist zweckmäßig
drehbar auf dem Bolzen 13 angeordnet. so daß der Arm 12 und der Halter 5
in der Drehrichtung auf dem Bolzen 13 eingestellt werden können. Die Hülse 15 mit
dem Bolzen 13 ist parallel zur Ebene des Streifens 2 und senkrecht zur Längsrichtung
der Vorschubbahn 1 auf einem waagerechten Zapfen 16 verschiebbar angeordnet und
auf demselben in gewünschter Axiallage festspannbar mittels einer durch die Wand
der Hülse eingeschraubten Sicherungsschraube 17. Die Hülse 15 ist
Zweckmäßig derart zu dem Zapfen befestigt, daß der Bolzen 13 immer senkrecht
zur Vorschubbahn 1 ist. Die Mittel für diese Befestigung können aus einem
in der Hülse 15 angeordneten Stift bestehen, der in einer in axialer Richtung verlaufenden
Nut in der Mantelfläche des Zapfens 16 eingreift. Gegebenenfalls kann die Hülse
15 auf dem Zapfen 16 drehbar sein. Das andere Ende des Zapfens 16 ist in eine weitere
Hülse 18 eingeschoben (Fig. 1) und an derselben in gewünschter Lage mittels
einer Sicherungsschraube 19 gesichert. Die Hülse 18 ist als ein Teil
einer Platte 20 ausgebildet. die in dem Maschinengestell festgeschraubt, festgenietet
oder festgeschweißt ist.
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Mittels der Schrauben 17, der Muttern 14 und der Schrauben 11 können
die Arme 12 mit den Haltern 5 und den Motoren 6 in zweckmäßiger Höhe sowie auch
seitwärts und mit Bezug auf den Winkei zwischen der Drehachse der Feile 8 und der
Vorschubrichtun2 des Streifens 2 eingestellt werden. so daß die Feilen Nuten
21 mit gewünschter Tiefe und Lage in den Kartonstreifen schneiden. wenn dieser
zwischen den Feilen 8 und der Vorschubbahn 1 vorgeschoben wird.
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Wie in den vergrößerten Fit. 3 und 4 gezeigt ist. ist es nur ein kleiner
Teil von dem unteren Ende der geriffelten Mantelfläche 9 der Feile. der den Karton
bearbeitet, zweckmäßig in der Vorschubrichtung derselben und aus demselben Material
wegschneidet, wobei eine im Querschnitt winkelförmige Nut mit einem Winkel von 90-
zwischen den Wänden der Nut erzielt wird. Die Umlaufrichtung der Feile ist mittels
des Pfeiles B in Fig. ; gezeigt. Die gewünschte Lage der Nuten in dem Kartonstreifen
in der Richtung senkrecht zu den Nuten wird am leichtesten durch Verschiebung der
Hülsen 15 und der Halter 5 längs den Zapfen 16 zu den gewünschten Lagen erreicht-Dadurch,
daß die Feilen mit glatter oder konkaver Stirnfläche 10 ausgebildet sind,
wird der Übelstand vermieden, daß die Stirnfläche gegen die eine Wand der Nut preßt.
Wenn derjenige Teil 22 der Riffeln oder Zähne der Feile, der den Karton bearbeitet.
seine Schärfe verloren hat (Fig. 3 bis 5). kann das Schärfen in einfacher Weise
dadurch ausgeführt werden, daß man ein entsprechendes Stück von dem Ende der Feile
wegschleift.
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Dadurch, daß die Rillen zwischen den Zähnen 22 in der Mantelfläche
der Feile 9 insbesondere durch die große Fliehkraft rein gehalten werden können.
entsteht keine unnötige Reibung zwischen der Feile und dem Karton; eine nachteilige
Erwärmung ist daher nicht einmal bei sehr hohen Vorschubgeschwindigkeiten zu befürchten.
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Der in dieser Weise mit Nuten versehene Kartonstreifen ist dazu bestimmt,
in rechteckige Zuschnitte zerschnitten zu werden, welche längs den so gebildeten
Faltlinien gefaltet werden können. Die Seitenwände der Nuten liegen hierbei dicht
gegeneinander an, wodurch die Außenschachtel große Steifigkeit erhält.
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Bei dem Falten des Schachtelzuschnittes längs den von den Nuten gebildeten
Faltlinien wird sich die Mittelachse der Faltbewegung zwischen der Schnittlinie
der schrägen Seitenwände der Nut, d. h. dem Boden der Nut. und der Unterseite des
Kartonstreifens befinden. und zwar in der übrigbleibenden. unter der Nut gelegenen
Brücke, die den Kartonstreifen zusammenhält. Bei dem Falten wird d-s oberhalb der
wirklichen Mittelachse der Faltbewegung gelegene Material der Brücke 23 aufwärts
eepreßt und wird gegen die Nutenwände drücken. was zur Folge hat. daß die Wände
der Schachtel eine Neigung zur Auswärtsbuchtung erhalten.
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Diese Neigung wird wesentlich vermindert, wenn die Feilen derart eingestellt
werden, daß die Tiefe der Nuten mindestens 75 ü'o und vorzugsweise 801"i, der Dicke
des Kartons beträgt. wobei die unterhalb der Nut verbleibende und den Zuschnitt
zusammenhaltende Brücke 23 aus Kartonmaterial so dünn wird, daß nur eine verhältnismäßig
geringe Menge von Kartonmaterial bei dem Falten aufwärts gepreßt wird, während die
Brücke immer noch eine ausreichende Stärke behält. um die Festigkeit der fertigen
Schachtel sicherzustellen. Die Seitenwände der fertigen Schachtel werden daher im
wesentlichen eben, wobei außerdem die dünne Brücke der Schachtel längs den Nuten
scharfe Kanten gibt, was das Aussehen der Schachtel verbessert und beispielsweise
beim Anstreichen von in einer Reihe nebeneinandergelegenen Zündholzschachteln von
Vorteil ist.
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Wenn die Nut mittels einer zylindrischen Feile erzeugt wird, die in
einer Ebene gelegen ist, die einen Winkel von 90 mit der Längsrichtung der Nut bildet,
werden die Seitenwände der Nut, die miteinander einen Winkel von 90 bilden. ganz
eben. Wenn der Karton längs der Nut gefaltet oder umgebogen wird, wird aber die
Mittelachse für die Falt- oder Biegungsbewegung, wie aus dem Obigen hervorgeht,
in einiger Entfernung von der Spitze des rechten Winkels unterhalb desselben liegen,
und wenn die Seitenwände der Nut zum Anliegen gegeneinander kcmmen, bildet der Karton
einen Winkel, der ein wenig kleiner als 90° ist, weshalb in der fertigen Schachtel
Spannungen und eine Neigung zum Nachaußenbuchten der Seiten entsteht, falls die
zusammenhaltende Brücke 23 nicht sehr dünn ist. Dieser Übelstand kann aber auf verschiedene
Weise behoben werden.
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Beispielsweise kann man eine stumpfkegelförmige Feile verwenden, deren
Winkel zwischen der Mantelfläche und der Stirnfläche ein wenig größer als 90 ist.
so daß zwei Ebenen, die durch die oberen Seitenkanten der Nut verlaufen und sich
in der Mittelachse für die Faltung schneiden, einen Winkel von 90` miteinander bilden.
Eine kegelförmige Feile ist aber kostspieliger als eine zylindrische Feile, und
bei dem Abschleifen der Stirnfläche zur Anschärfung der Feile werden sich der Durchmesser
und die Umfangsgeschwindigkeit ändern.
Unter Verwendung einer zylindrischen
Feile kann Fig. 6 und 7 gemäß ein ähnliches Ergebnis erreicht werden, wenn die Feile
derart eingestellt wird, daß ihre Achse 25 in einer Ebene 26 liegt,
die einen kleinen Winkel a mit einer zur Längsrichtung der Nut 21 senkrechten
Ebene 27 bildet. Der Winkel a ist vorzugsweise hinter der letztgenannten
Ebene 27
gelegen, von dem fertigen Teil der Nut 21 gesehen, so daß
die Achse 25 der Feile einen stumpfen Winkel @ mit der Vorschubrichtung A
des Kartonstreifens 2 bildet. Die Nut 21 erhält hierdurch einen Querschnitt,
der die Projektion eines Kreises ausmacht und dessen Umriß also dem Endteil einer
Ellipse entspricht, wie aus Fig.7 hervorgeht. Die Nut im ganzen wird erweitert,
und der vergrößerte Raum am Boden macht dem verdrängten Kartonmaterial besser Platz.
Wenn man Klebstoff in die Rille einzubringen wünscht, wird auch dafür bei dem Falten
ein gewisser Raum erzielt.
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Ein ähnlicher Vorteil wird ferner erreicht, wenn die Riffeln oder
Zähne 22 gemäß Fig.5 an den Enden in einem Winkel von etwa 45° zu der Ebene
der Stirnfläche 10 abgeschrägt sind zur Bildung eines ebenen Bodens
24 in den erzeugten Nuten. Die Abschrägung soll hierbei derart sein, daß
die die Seitenwände der Nut darstellenden Ebenen sich in einer Höhe schneiden, die
der halben Dicke der Brücke 23
entspricht oder ein wenig niedriger liegt,
so daß dem beim Falten verdrängten Kartonmaterial Platz gemacht wird.
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Die Feile wird zweckmäßig aus Hartmetall gemacht. Ein großer Vorteil
bei der Verwendung von Feilen der an Hand Fig. 1 bis 4 beschriebenen Art liegt auch
darin, daß die Anschärfung der werktätigen Endteile der Zähne 22 in einfacher
Weise dadurch erfolgen kann, daß die Stirnfläche der Feile den abgenutzten Endteilen
der Zähne 22 entsprechend abgeschliffen wird.
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Das oben beschriebene Verfahren und die in den Zeichnungen gezeigte
Vorrichtung sind nur als Beispiel für die Anwendung der Erfindung zu betrachten,
und im Rahmen der Ansprüche sind daher beliebige Abänderungen ohne Abweichung von
dem Erfindungsgedanken möglich.
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Beispielsweise können die Motoren für die normale Frequenz von 50
Hz und als Motoren mit Zahnradvorlage ausgeführt sein, wodurch ein Frequenzumwandler
überflüssig wird. Statt elektrischer Motoren können auch beispielsweise luftturbinengetriebene
Motoren verwendet werden, vorausgesetzt, daß solche von ausreichend konstanter Drehzahl
zur Verfügung stehen. Schließlich kann auch ein Antriebsmotor für viele Feilen vorhanden
sein, wobei dann die Feilen an die Motorwelle durch zweckmäßige Getriebe gekuppelt
sind.