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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Stanz- und Rillwerkzeug
zur Herstellung von gerillten Stanzteilen nach den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 bzw. 2.
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Faltschachtelzuschnitte
aus Karton erhalten üblicherweise
Rillungen, durch die die Faltschachteln beim späteren Aufrichten ihre definierte
Form erhalten. Die Konturen sowie notwendige Einschnitte des Faltschachtelzuschnitts
werden durch Stanzen erzeugt. Die Herstellung erfolgt mittels Bandstahl-Stanz-und
Rill-Werkzeugen auf Flachbett- bzw. Rotationsstanzen.
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Die
Bandstahl-Stanz-und Rill-Werkzeuge bestehen üblicherweise aus einer Trägerplatte
beispielsweise aus Holz, Verbunden aus Kunststoffen mit Glasgewebe
oder in Sandwichbauweise mit Metallplatten armiert. In diese Trägerplatten
werden entsprechend den Schachtelkonturen Schlitze eingebracht,
in denen Stanz- bzw. Rillinien aufgenommen werden. Die Stanzlinien
stehen entweder genau so weit oder weiter von der Trägerplatte
vor wie die Rillinien. Die Stanzlinien arbeiten gegen eine Stanzplatte, überwiegend
aus Stahl. Die Rillinien erzeugen einen Rillwulst im Faltschachtelmaterial
dadurch, daß sie
das Material in eine Rillnut drücken.
Diese Rillnuten können
in die Stanzplatte eingefräst
oder als Aufbau auf der Stanzplatte angebracht sein. Es werden auf
diese Weise mit einem Stanzhub die Rillungen und die Stanzkonturen
erzeugt, wobei die Rillungen erst dann geformt werden, wenn die
Stanzlinien den Stanzvorgang begonnen haben. Solche Werkzeuge sind
beispielsweise in den Patentschriften
DE 39 28 916 C1 oder
DE 38 31 393 A1 dargestellt.
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Der
Stanz- und Rillvorgang ist bei den bekannten Stanz- und Rillwerkzeugen
problematisch, da das Material durch die Rillinie erst dann in die
entsprechende Rillnut eingezogen wird, wenn der Stanzvorgang bereits
begonnen hat, d.h. die Stanzlinien bereits in den Karton eingedrungen
sind.
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Durch
das Einziehen des Materials in die Rillnut ist eine Wegverlängerung
gegenüber
der Rillnutbreite von theoretisch bis ca. 50% erforderlich. Die Rillinie
versucht dieses Mehrmaterial seitlich heranzuziehen. Dies ist jedoch
nur begrenzt möglich,
da die Stanzlinien das Material festhalten. Dieser Vorgang wird
umso problematischer, je enger parallel verlaufende Stanz- und Rillinien
angeordnet sind. Setzen die Stanzlinien auf das Material auf, wird
das Material fixiert, dabei zieht die Messerschneide bis zur endgültigen Durchtrennung
des Materials ihrerseits in der Kompressionsphase Material ein,
so daß der
Materialzufluß für die Bildung
der Rillwulst stark behindert wird. Da nicht genügend Material nachfließen kann,
treten an den Schnittstellen Zugspannungen auf, weil die Rillinien
ihrerseits versuchen, Material heranzuziehen, während die Rillinien in die
Rillnut eintauchen. Die Zugspannungen im Material bewirken so, daß der Trennvorgang
zu einem Schneid-Reißvorgang
wird, was die Schnittgüte
negativ beeinträchtigt.
Die Rillwulst unterliegt ihrerseits Zugspannungen, die durch die
benachbarten Schneidlinien verursacht sind. Da nur in Ausnahmefällen Stanz-
und Rillinien symmetrisch in einem Faltschachtelzuschnitt angeordnet
sind, sind die auf die Rillwulst wirkenden Zugspannungen in der
Regel asymetrisch, was zur Asymetrie bzw. Schieflage der Rillwulst
in Abhängigkeit
vom Abstand der benachbarten Linien führt und das Faltverhalten stark
beeinträchtigt.
Die Grenzen der Stanz-Rillbarkeit sind dadurch in Abhängigkeit
vom Stanzgut und der Faltschachtel-Geometrie vorgezeichnet. Insbesondere die
Güte der
Rillwulst ist für
die nachfolgenden Faltvorgänge
in schnelllaufenden Faltschachtelklebe- und Abpackmaschinen von
entscheidender Bedeutung.
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Aus
der
DE 25 46 082 A1 ist
ein Stanz- und Rillwerkzeug zur Herstellung von gerillten Stanzteilen aus
einem Materialbogen bekannt, das eine Trägerplatte aufweist, an deren
Unterseite Stanzelemente und eine Rillungsplatte mit Rillvorsprüngen vorgesehen
sind. Unter der Trägerplatte
ist eine Stanz-Rillplatte vorgesehen, in der unterhalb der Rillvorsprünge Rillnuten
ausgebildet sind. Die Stanz-Rillplatte ist relativ zur Trägerplatte
in einer Hubbewegung bewegbar, wodurch der Materialbogen in die
Rillnuten bewegt wird. Die Rillvorsprünge stehen in einer Ausgangsstellung,
in der die Rillelemente und die Stanzelemente im Abstand zur Stanz-Rillplatte
angeordnet sind, weiter von der Trägerplatte zur Stanz-Rillplatte hin
vor als die Stanzelemente. Die Rillungsplatte ist in Hubrichtung
mittels einer elastischen Einrichtung an der Trägerplatte gelagert. Die Rückstellkraft
des elastischen Materials ist so gewählt, dass eine Auswerferfunktion
gewährleistet
ist, d.h. dass das gestanzte Bogenmaterial von den Stanzmessern
abgestreift wird, wenn die Trägerplatte
in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt
wird. Dieses Dokument ist als Beschreibung des nächstliegenden Stands der Technik in
Betracht zu ziehen.
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Aus
der
NL 9 002 692 A ist
ein Verfahren zur Herstellung von gerillten Stanzteilen aus Wellpappe bekannt,
bei dem ein Stanz- und Rillwerkzeug verwendet wird, an dem Rill-
und Stanzeinrichtungen vorgesehen sind, die zur Ausbildung von Rillungen
in der Wellpappe bzw. zum Stanzen der Wellpappe in einer Hubbewegung
relativ zu einer Gegenstanzplatte bewegbar sind. Bei der Ausbildung
der Rillungen wird mit der Ausbildung von Rillungen in dem Kartonbogen
begonnen, bevor der Stanzvorgang eingeleitet wird. Der Stanzvorgang
wird eingeleitet, wenn die Ausbildung der Rillnuten erfolgt ist.
Während
des Stanzvorgangs dringen Rilllinien ab einem bestimmten Zeitpunkt
nicht weiter in die Wellpappe ein, sondern werden in Richtung der
Trägerplatte
eingedrückt.
Auf diese Weise bleibt die Tiefe der Rillen begrenzt, wenn die Trägerplatte
nach unten bewegt wird, bis Stanzlinien mit der Gegenstanzplatte
in Berührung
kommen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Stanz-
und Rillwerkzeug zu schaffen, mit denen sich gerillte Stanzteile
mit hoher Rillengüte
herstellen lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt der Angriff der Stanzlinien erst, wenn der Materialeinzug
durch die Rillinien in die Rillnut erfolgt ist. Dadurch werden Spannungen
im Material bei der Bildung der Rillinien vermieden, so daß die Rillinien eine
hohe Güte
aufweisen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
läßt sich am
besten mit einem Stanz- und Rillwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanpruchs
2 durchführen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Stanz-
und Rillwerkzeug ist die starre Verbindung von Stanzen und Rillen
aufgehoben, so daß es
möglich
ist, in einem Arbeitshub das Rillen und Stanzen zeitlich verschoben
vorzunehmen. Das Material kann spannungsfrei in die Rillnuten eingezogen
werden.
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Durch
entsprechende Wahl der Rückstellkraft
der elastischen Einrichtung kann in Abhähigkeit von der Materialart
und Materialstärke
des zu rillenden Kartons und der Rillnuttiefe auch die Komprimierung
des Materials im Rillenbereich eingestellt werden.
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Gemäß Anspruch
2 sitzen die Rillelemente elastisch auf dem zu rillenden Material
auf, so daß es möglich ist,
eine gleichmäßige, konstante
Rilltiefe unabhängig
von dem Verschleiß der
Stanzelemente zu erreichen.
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Die
geometrischen Bedingungen, wie z.B. der Höhenunterschied zwischen Stanzelementen und
Rillelementen hängt
von der Materialstärke
des Stanzgutes und den Rillparametern ab, d.h. der Rillnuttiefe
im Verhältnis
zur Materialstärke,
woraus sich eine Materialkomprimierung ableitet, die für die Ausbildung
der Rillwulst von entscheidendem Einfluß ist. Durch den komprimierten
Abdruck der Rillelemente wird die Faltkante der Schachtel fixiert.
Die Möglichkeit
der Komprimierung ist hier erstmalig anwendbar, da Stanz- und Rillelemente
voneinander unabhängig arbeiten
und der Höhenverschleiß der Stanzelemente
im Verlauf der Fertigung sich nicht auf das Höhenverhältnis Stanz-Rillelemente auswirkt,
wie das bei dem Stanz-Rillwerkzeugen bisher zwangsläufig der Fall
war. Es hat weiter den Vorteil, daß die Rillnuttiefen in der
Stanz-Rillplatte mit geringerem Aufwand erstellt werden können. Weiter
können
die Rillungen schmaler gehalten werden. Dies ist für die Faltkanten der
Faltschachteln sehr vorteilhaft.
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Vorzugsweise
werden die Rillelemente von Rillvorsprüngen gebildet, die an der Unterseite
einer Rillungsplatte vorgesehen sind, die elastisch auf bzw. in
der Trägerplatte
gelagert ist.
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Die
Rillungsplatte ist zweckmäßigerweise mittels
einer Elastomerplatte an der Trägerplatte
gelagert, die zwischen der Rillungsplatte und der Trägerplatte
angeordnet ist.
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Zur
maßgenauen
Fixierung kann die Rillungsplatte in Hubrichtung durch Zentrierbolzen
geführt
werden, die an der Trägerplatte
befestigt sind.
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Wenn
pro Nutzen eine Rillungsplatte vorgesehen ist, hängt die maßgenaue Plazierung nur von der
Herstellung und Zuordnung zur Rillnut der einzelnen Rillungsplatten
ab. Damit ist ein bedeutender Vorteil verbunden. Die Rillnuten werden
in die Stanz-Rill-Platten NC-gesteuert mit demselben Programm wie
die Schlitze für
die Stanz-Rillinien in die Trägerplatte
eingebracht. Aber durch das Eintreiben der Linien in die Schlitze
entstehen Verspannungen, die zu Maßabweichungen der Rillinien
in der Trägerplatte
und den Rillnuten in der Stanz-Rill-Platte
führen,
so daß die
Rillinien per Hand, also sehr kostspielig, nachgerichtet werden
müssen.
Diese Fehlerquelle ist mit dem neuen Verfahren über die eigene Rillungsplatte
beseitigt.
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Die
Rillungsplatte kann neben der Rillungsfunktion auch die Funktion
einer Niederhalterplatte und Abstreifplatte übernehmen.
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Anhand
von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigt
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1 einen Teilschnitt durch
ein Stanz- und Rillwerkzeug einer Stanzmaschine im Bereich eines Nutzens
in einer Ausgangsstellung;
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2 das Stanz- und Rillwerkzeug
von 1 in einer Endstellung;
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3 ein Zeit-Weg-Diagramm
der Bewegung von Stanzmessern und Rillvorsprüngen des Stanz- und Rillwerkzeugs
von 1,
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Das
in 1 und 2 gezeigte Stanz- und Rillwerkzeug 1 ist
zwischen einer Druckplatte 3 und einer Gegendruckplatte 4 einer
Stanzmaschine angeordnet. Das Stanz- und Rillwerkzeug 1 weist
eine horizontal in der Stanzmaschine angeordnete, mit der Druckplatte 3 verbundene
Trägerplatte 6,
die beispielsweise aus Holzlaminat besteht, und eine mit der Gegendruckplatte 4 verbundene
Stanz-Rillplatte 7 aus Stahl auf, die im Abstand unterhalb
der Trägerplatte 6 angeordnet
ist.
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In
der Trägerplatte 6 sind
vertikale Schlitze ausgebildet, in denen Stanzmesser 2a und 2b aus Bandstahl
aufgenommen sind.
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Zwischen
den Stanzmessern 2a, 2b ist an der Unterseite
der Trägerplatte 6 für jeden
Nutzen eine Elastomerplatte 11 vorgesehen, an deren Unterseite
eine massive Rillungsplatte 9 anliegt. Die Rillungsplatte 9 ist
an ihrer der Stanz-Rillplatte 7 zugewandten Unterseite
mit rillgebenden Rillvorsprüngen (Rillelemente) 10a und 10b versehen.
Die freien Enden der Rillvorsprünge 10a, 10b erstrecken
sich in der in 1 gezeigten
Ausgangsstellung weiter von der Trägerplatte 6 nach unten
als die freien Enden der Stanzmesser 2a, 2b, d.h.
ihr Abstand zur Stanz-Rillplatte 7 ist geringer als der
der Stanzmesser 2a, 2b.
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Die
Rillungsplatte 9 kann aus Metall, Kunstoff oder Verbundstoff
bestehen. Die Rillvorsprünge 10a, 10b können durch
Herausfräsen,
Herausätzen, durch
Einsetzen von Leisten oder Platten in die Rillungsplatte 9 gebildet
werden. Die Rillungsplatte 9 schafft den Vorteil, daß eine maßgenaue
Plazierung der einzelnen Rillelemente 10a, 10b nicht
von der Trägerplatte 6,
sondern durch die Herstellung der Rillungsplatte 9 bestimmt
wird.
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In
der Stanz-Rillplatte 7 sind den Rillvorsprüngen 10a, 10b gegenüberliegende
Rillnuten 8a und 8b ausgebildet, in die die Rillvorsprünge 10a und 10b Faltschachtelmaterial
beim Stanz-Rillvorgang eindrücken.
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Die
Rillungsplatte 9 ist mit Zentrierbohrungen 13 versehen,
in denen jeweils ein Zentrierbolzen 14 verschieblich geführt ist,
der durch die Elastomerplatte 11 hindurchgeht und in eine
Bohrung 12 der Trägerplatte 6 eingesetzt
ist. Die Zentrierbolzen 14 sorgen für eine exakte Zentrierung der
Rillvorsprünge 10a, 10b der
Rillungsplatte 9 bezüglich
der entsprechenden Rillnuten 8a bzw. 8b, so daß eine bestmögliche symmetrische
Zuordnung der Rillvorsprünge 10a, 10b und
Rillnuten 8a, 8b erreicht wird.
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Zur
maßgenauen
Fixierung der Rillungsplatte 9 bei der Einrichtung des
Stanz- und Rillwerkzeugs 1 sind in der Stanz-Rillplatte 7 Zentrierbohrungen 15 vorgesehen,
in die Zentrierstifte bei der Fixierung eingreifen.
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Nach
der maßgenauen
Fixierung auf der Stanz-Rillplatte 7 werden die entsprechenden
Zentrierbohrungen 12 in der Trägerplatte 6 vorgesehen und
die Rillungsplatte 9 mittels der Zentrierstifte 14 auf
der Trägerplatte 6 fixiert.
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In
der in 1 gezeigten Ausgangsstellung des
Stanz- und Rillwerkzeugs 1 stehen die Rillvorsprünge 10a, 10b um
den Betrag A (z.B 0,3 mm) weiter von der Trägerplatte 6 vor als
die Stanzmesser 2a, 2b. Der Abstand der Rillvorsprünge 10a, 10b von
der Stanz-Rillplatte 7 ist ausreichend um einen Kartonbogen 5 (2) zwischen die Rillungsplatte 9 und
die Stanz-Rillplatte 7 einzuführen.
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Nach
Einführung
des Kartonbogens 5 wird die Stanzmaschine geschlossen,
wobei sich die Druckplatte 3 mit der Trägerplatte 6 in Richtung
der Stanz-Rillplatte 7 bewegt, bis die in 2 gezeigte Endstellung erreicht wird,
in der die Stanzmesser 2a, 2b den Karton durchtrennt
und die Rillvorsprünge 10a, 10b Rillen
geprägt
haben.
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In 3 ist in einem Zeit-Weg-Diagramm
der Abstand der Rillvorsprünge 10a, 10b und
der Stanzmesser 2a, 2b während des Stanz-Rill-Vorgang
mit dem erfindungsgemäßen Stanz-
und Rillwerkzeug 1 dargestellt.
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Zum
Zeitpunkt t0, an dem die Rillvorsprünge 10a, 10b auf
den Karton auftreffen, befinden sich die Rillvorsprünge 10a, 10b auf
der Höhe
R0. Die freien Enden der Stanzmesser 2a, 2b befinden
sich zu diesem Zeitpunkt um den Abstand A (1) oberhalb der Höhe R0 der Kartonoberfläche auf
der Höhe
S0.
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Bis
zu dem Zeitpunkt tm, an dem die Stanzmesser 2a, 2b auf
die Kartonoberfläche
(Höhe R0) auftreffen,
ist der Abstand A zwischen den freien Enden der Stanzmesser 2a, 2b und
den freien Enden der Rillvorsprünge 10a, 10b konstant,
d.h. die Stanzmesser 2a, 2b und die Rillvorsprünge 10a, 10b werden
synchron bewegt. Die Rillvorsprünge 10a, 10b haben
zum Zeitpunkt tm den Karton in die Rillnuten 8a, 8b eingezogen.
Der von dem Karton bei diesem Einziehen entgegengesetzte Widerstand
ist bis zum Zeitpunkt tm kleiner als die
Rückstellkraft
der Elastomerplatte 11.
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Vom
Zeitpunkt tm an, an dem die Komprimierung
des Kartons in den Rillnuten 8a, 8b beginnt, bewegen
sich die Stanzmesser 2a, 2b und die Rillvorsprünge 10a, 10b unterschiedlich,
da der den Rillvorsprüngen 10a, 10b entgegengesetzte
Widerstand durch die Komprimierung des Kartons in Verbindung mit
der Reaktionskraft der Rillnuten 8a, 8b größer wird
als die Rückstellkraft
der Elastomerplatte 11, so daß die Elastomerplatte 11 komprimiert
wird. Die Rillvorsprünge 10a, 10b bewegen
sich vom Zeitpunkt tm bis zum Zeitpunkt
te, zu dem die Stanzmesser 2a, 2b auf
die Stanz-Rillplatte 7 auftreffen (2) nur um den Betrag B, während sich
die Stanzmesser 2a, 2b linear durch den Karton
um den Betrag C hindurchbewegen, der der Dicke des Kartons entspricht.
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Nach
dem Zeitpunkt te wird die Druckplatte 3 mit
der Trägerplatte 6 wieder
in die in 1 gezeigte Ausgangsstellung
zurückbewegt.
Der Stanzzyklus ist beendet.
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Anstatt
der Elastomerplatte 11 können auch andere elastische
Einrichtungen, wie z.B Federn, Gummi oder pneumatische Einrichtungen
verwendet werden.
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Die
Stanz-Rillplatte 7 kann einteilig mit der Gegendruckplatte 4 ausgebildet
sein.
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Die
Rillnuttiefe 17 hängt
vom Stanzgut ab.
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Die
herkömmliche
Stanztechnik arbeitet mit der Stanz-Rill-Platte, bei der die Rillnuten
in die Stanzplatte eingebracht werden. Vielfach werden aber auch
separat hergestellte Rillnuten den Rillinien zugeordnet auf die
Stanzplatte aufgeklebt. Diese Technik ist selbstverständlich auch
mit dem neuen Stanz-Rill-Verfahren möglich.