DE19743890A1 - Einrichtung zum Falzen einer Materialbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Falzen einer Materialbahn nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Aus dem US-Patent 4 778 441 ist eine Einrichtung zum Falzen einer Materialbahn bekannt. Diese besteht im wesentlichen aus einer Prägewalze, die konkave und konvexe Prägeelemente aufweist sowie einer entsprechenden Gegenwalze. Zwischen den beiden Walzen wird das zu prägende Papier geführt.

Es ist ferner aus der DE-OS 42 01 288 ein Verfahren und eine Maschine zum Herstellen einer Plissierung auf Papier, Filtermaterial oder ähnlichen Medien bekannt. Auch dieses Verfahren arbeitet mit einem Kerbwalzenpaar mit Kerbmessern und Gegenhaltern. Durch eine entsprechende Steuerung lassen sich variable Plissierungen herstellen.

Eine Einrichtung, die zickzackförmig gefaltete Filterelemente fertigt, ist aus dem US-Pa­ tent 35 14 364 bekannt. Hier sind zwei Sternwalzen vorgesehen, die das Papier prägen und gleichzeitig falzen. Den Sternwalzen sind Transportbänder nachgeschaltet zur Führung des zickzackförmig gefalteten Elementes in eine Formvorrichtung.

Ein Nachteil bei den bekannten Präge- oder Falteinrichtungen besteht darin, daß bei bestimmten zu verarbeitenden Materialien die Prägewirkung nicht ausreicht, um eine exakte Faltkante zu erzielen. Es ist insbesondere von Nachteil, daß das mechanische Prägen über Walzen oberhalb einer bestimmten Maximalgeschwindigkeit zu verschlechterten Ergebnissen hinsichtlich der Prägewirkung führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung zum Falzen einer Materialbahn zu schaffen, die eine hohe Prägeleistung erzielt und auch bei unterschiedlichen Materialien eine für das Falzen ausreichende Prägung schafft.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Es ist zwar bekannt, mit Ultraschall ein Verschweißen von Verbundmaterialien oder Vliesstoffen durchzuführen. Es ist auch bekannt, im Ultraschallverfahren Vliesstoffe oder Papier zu schneiden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch weder ein Schneidvorgang noch ein Verschweißvorgang durchgeführt.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Unterstützung der Prägung mit Ultraschall die Prägewirkung verbessert und kürzere Taktzeiten erzielt werden. Durch die Energieeinleitung mittels Ultraschall, erfolgt insbesondere bei der Verwendung von Kunststoffaservlies ein Plastifizieren im Bereich der Knicklinie aufgrund der erzeugten Wärme.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, anstelle von Ultraschall Schwingungen anderer Frequenzen vorzusehen oder direkt durch Heizelemente eine Erwärmung im Bereich der Knicklinie herbeizuführen.

Ein Vorteil bei der Anwendung von Ultraschall ist außerdem darin zu sehen, daß die Einleitung gezielt an der gewünschten Position vorgenommen werden kann. Damit ist der Energieverbrauch gering und die eingeleitete Energie läßt sich sehr gut dosieren.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Prägeeinheit aus wenigstens einer Amboßwalze mit einer entsprechend def. Kontur und einer Sonotrode. Diese Sonotrode ist ein Teil eines Schwinggebildes, mit welchem die erforderliche Energie auf die zu verarbeitende Materialbahn eingeleitet wird bzw. einwirken kann.

Eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung sieht vor, zwei Prägeeinheiten zu verwenden. Damit läßt sich die Materialbahn beidseitig prägen und es kann ein zickzackförmig gefaltetes Element gebildet werden. Nachdem die Materialbahn mit den Prägungen versehen ist, gelangt sie zu einer Entnahmeeinheit oder Aufstelleinheit. Hier erfolgt die zickzackförmige Aufrichtung dadurch, daß zum Beispiel die Materialbahn in drehende Spindeln eingeführt wird. Diese Spindeln erlauben eine exakte Festlegung des Faltenabstandes.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Amboßwalzen oder die Sonotroden modular aufzubauen, so daß diese rasch ausgetauscht werden können und eine Anpassung an die geforderte Prägestruktur sehr einfach möglich ist. Ein Verfahren zur Herstellung eines zickzackförmig gefalteten Elementes sieht erfindungsgemäß vor, eine Materialbahn über eine Zuführeinrichtung einer Prägeeinheit zuzuführen. Dabei wird die Prägeeinheit mit Ultraschall zur Unterstützung der Prägewirkung beaufschlagt. Mit dem Verfahren ist es möglich, ein Filterelement aus unterschiedlichen Werkstoffen, insbesondere auch aus Kunststoffvlies zu schaffen, das kostengünstig herstellbar ist.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, auch ein aus Aktivkohle bestehendes oder mit Aktivkohle dotiertes Kunststoffelement zu prägen und damit ein Filterelement zu schaffen, welches neben Partikeln auch Luftschadstoffe und Gase absorbiert.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Anlageschema einer Einrichtung zum Falzen einer Materialbahn,

Fig. 2 ein Anlageschema eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Einrichtung zum Falzen einer Materialbahn,

Fig. 3 eine Detaildarstellung einer Sonotrode.

Im Anlageschema gemäß Fig. 1 ist eine endlose Filtermaterialbahn 1 dargestellt. Diese wird zunächst in einer Prägestation 10 geprägt. Die Prägestation 10 besteht aus zwei Amboßwalzen 13, 14, die mit Prägestempeln 15 und Gegenstücken 16 ausgestattet sind. Die von einer Rolle 17 ablaufende Filtermaterialbahn 1 wird damit wechselseitig mit einer Kerblinie versehen. Von der Prägestation 10 aus gelangt die Filtermaterialbahn in den Einflußbereich einer Faltstation 11, genauer gesagt zwischen zwei Zahnriemen 2a, 2b, die die geprägte Filtermaterialbahn 1 definiert falten. Nach den Zahnriemen läuft die gefaltete Filtermaterialbahn 1 weiterhin definiert in eine Schnecke 3. Diese Schnecke 3 weist eine veränderliche Steigung auf und kann das zickzackförmig gefaltete Material zu einem bestimmten Faltenabstand zusammenführen. Am Ende werden mit einer Trennvorrichtung 12 die Filterelemente vereinzelt und mit einem kammartigen Element 6 einer Übernahmestation 5 zugeführt. Die auf den Prägewalzen 13, 14 angeordneten Prägestempel 15 sind jeweils mit einer Sonotrode versehen bzw. sind als Sonotrode ausgestaltet und werden von einem Ultraschallgenerator angeregt. Die Sonotrode bzw. der Prägestempel erzeugt damit - über einen Reibungseffekt und eine örtliche Erwärmung - ein Plastifizieren der aus einem Vlies bestehenden Materialbahn und damit eine Kontur, die ein Rillenprofil darstellt.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Anlage, die eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Anlage darstellt. Eine Filtermaterialbahn 18 wird von einer Rolle 19 zu einem Prägemodul 20 geführt. Dieses Prägemodul besteht aus der Amboßwalze 21 und der Amboßwalze 22, sowie den Sonotroden 23 und 24 als Teil eines sogenannten Schwinggebildes. Die Sonotroden prägen beim Durchlaufen der Filtermaterialbahn diese an den dafür vorgesehenen Stellen, so daß nachfolgend ein Abknicken im Bereich 25 erfolgt. Zum Definieren des Faltenabstandes sind zwei Spindeln 26, 27 vorgesehen, in welche die Filtermaterialbahn einläuft. Diese Spindeln weisen eine sich verringernde Steigung auf, so daß der Faltenabstand sich in Laufrichtung gemäß dem Pfeil 28 der Filtermaterialbahn verringert. Nachdem der endgültige Faltenabstand am rechtsseitigen Ende der Spindeln eingestellt ist, wird die Filtermaterialbahn zwei Förderbändern 29, 30 übergeben. Diese Förderbänder führen die Filtermaterialbahn zu einer hier nicht gezeigten Konfektionier- bzw. Schneidevorrichtung.

Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung das Prinzip des ultraschallunterstützten Prägens. Hier ist eine Sonotrode 24 sowie die Amboßwalze bzw. der Amboß 21 dargestellt, durch welche sich die Filtermaterialbahn 18 hindurchbewegt. Während des Transports der Filtermaterialbahn führt die Einleitung von Ultraschall an der Spitze 31 der Sonotrode 24 zum kurzzeitigen Erwärmen der Filtermaterialbahn in einem definierten Bereich und damit zu einer bleibenden Verformung. Diese bleibende Verformung bildet die Knickstellen 32. Das Spaltmaß zwischen der Sonotrode und der Prägewalze 21 läßt sich variabel einstellen und damit optimal auf die verwendete Filtermaterialbahn anpassen. Es besteht auch die Möglichkeit, aktivkohlebeschichtetes Material oder aktivkohledotiertes Material zu prägen. Auch hier ist die Variabilität hinsichtlich der Prägetiefe von Vorteil, insbesondere dann, wenn Materialien verwendet werden, in welche Aktivkohle in einer Art Multi-Layer-Schicht eingebettet ist und eine Beschädigung dieser Schichten vermieden werden muß.

Die Prozeßschritte bei der Herstellung eines zickzackförmig gefalteten Filterelementes sind:

• - das Schwächen des Materials mit Unterstützung von Ultraschall und damit auch gleichzeitig das Erwärmen des Materials,
• - anschließend das Aufstellen der Filtermaterialbahn in Spindeln oder Förderbändern
• - und nachfolgend das Fixieren des Filterelementes durch geeignete bekannte Maßnahmen wie Kleberaupen, Seitenbändern o. ä.
  Wird ein aktivkohledotiertes Material verwendet, dann besteht durch das Ultraschallverfahren die Möglichkeit, die Aktivkohlepartikel im Bereich der Knickstelle zu zerkleinern. Dies hat den Vorteil, daß einerseits Beschädigungen des Materials vermieden werden, andererseits sich die Knickstelle auch bei Verwendung von Aktivkohlepartikeln sehr genau definieren läßt.

Es ist vorteilhaft, die Ultraschallwirkung, und damit die Erwärmung des Materials an der Knickstelle so einzustellen, das bei Polyestervlies eine örtliche Erwärmung von ca. 110 bis 120°C auftritt. Diese Erwärmung oberhalb der Glastemperatur führt zu einer dauerhaften Verformung, wobei die Knickstelle trotzdem plastisch bleibt.

Claims (7)

1. Einrichtung zum Falzen einer Materialbahn, wobei eine Zuführeinrichtung für die Materialbahn vorgesehen ist, eine Entnahmeeinheit sowie wenigstens eine Prägeeinheit zum Definieren der Knicklinie der Materialbahn, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeeinheit (10) mit Ultraschall beaufschlagt ist zur Unterstützung der Prägewirkung.

2. Einrichtung zum Falzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeeinheit (10) aus wenigstens einer Amboßwalze (13, 14) mit Prägekontur und einem Prägestempel (15) oder einem Prägemesser besteht, wobei der Prägestempel (15) oder das Prägemesser als Sonotrode ausgebildet ist.

3. Einrichtung zum Falzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Prägeeinheiten vorgesehen sind, wobei die erste Prägeeinheit (21, 24) die Materialbahn von der einen Seite und die zweite Prägeeinheit (22, 23) die Materialbahn von der gegenüberliegenden Seite prägt und beide Prägeeinheiten mit Ultraschall beaufschlagt sind und wobei, der Prägeeinheit nachgeordnet, eine Aufstelleinheit (26, 27) vorgesehen ist, welche aus der Materialbahn (18) ein zickzackförmig gefaltetes Element bildet.

4. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amboßwalze und/oder die Sonotrode modular austauschbar sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines zickzackförmig gefalteten Filterelementes aus einer Materialbahn, wobei die Materialbahn über eine Zuführeinrichtung einer Prägeeinheit zugeführt wird und die Prägeeinheit zum Definieren der Knicklinie mit einer Amboßwalze und einem Prägestempel ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeeinheit (10) mit Ultraschall beaufschlagt wird zur Unterstützung der Prägewirkung.

6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß eine Entnahme- oder Aufstelleinheit (26, 27) vorgesehen ist, welche aus der Materialbahn (18) nach dem Prägen ein zickzackförmig gefaltetes Element bildet.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zu prägende Material (18) ein Papier, Kunststoffvlies oder mit Aktivkohle dotiertes Kunststoffelement ist.