DE3237885C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Förderschnecke für Gefäße - Google Patents

Abstract

Es wird ein besonders rationelles und kostengünstiges Verfahren zur Serienfertigung sog. Bürstenschnecken für Flaschenbehandlungsmaschinen oder dgl. beschrieben, bei dem aus einer walzenartigen Rundbürste mit Kunststoffborsten ein an den Gefäßquerschnitt angepaßter Gewindegang durch entsprechendes Kürzen bestimmter Borsten eingearbeitet wird. Das Kürzen erfolgt durch eine gezielte Wärmezufuhr in einem eng begrenzten Bereich, so daß die Borsten an einer definierten Trennstelle durchschmelzen. Das Abtrennen kann durch mechanischen Druck unterstützt werden. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht im wesentlichen aus einer herkömmlichen Schneckenschneidmaschine, auf deren Werkzeugträger (6) ein gebogenes Heizelement (11) aus Bandmaterial befestigt ist. Das Heizelement besteht aus einer warmfesten Widerstandslegierung und ist an eine regelbare Stromquelle (13) angeschlossen.

Description

ίο Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Förderschnecke für Gefäße gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Förderschnecken für Gefäße, wie sie insbesondere in Flaschenbehandlungsmaschinen in den verschiedensten Formen und Größen zum Einsatz kommen, bestehen im allgemeinen aus massivem Kunststoff, ggf. mit metallischen Achsen. Die Herstellung derartiger »Massivschnecken« auf drehbankähnlichen Schneckenschneidmaschinen mittels rotierender Schneid- oder Fräswerkzeuge bereitet keine großen Probleme.

Ferner sind schon Förderschnecken für Gefäße bekanntgeworden, die aus einem starren Kern sowie aus einer Vielzahl von auf diesem befestigten elastischen Kunststoffborsten verschiedener Länge bestehen, deren Enden den Gewind^gang bilden. Diese »Bürstenschnekken« weisen hinsichtlich der Lärmemission und des Verschleißverhaltens entscheidende Vorteile gegenüber den Massivschnecken auf. Ihre Herstellung war bisher jedoch äußerst problematisch. Ein einzelnes Einsetzen der verschieden langen Borsten, entsprechend dem Formverlauf des Gewindeganges, kommt infolge des enormen Kostenaufwands von vornherein nicht in Frage. Auch ein unmittelbares Bearbeiten eines Rohlings in

Form einer walzenförmigen Rundbürste durch Fräsen oder Schneiden ist infolge der Nachgiebigkeit der Borsten grundsätzlich nicht möglich. Fs wurde daher bereits vorgeschlagen, die Rundbürste zunächst mit einem lösbaren Bindemittel wie z. B. geschmolzenem Wachs aus-

4C zugießen, nach dem Verfestigen des Bindemittels in gleicher Weise wie bei einer Massivschnecke den Gewindegang zu fräsen und danach das Bindemittel wieder herauszulösen (DE-OS 31 32 048). Dieses Verfahren bringt von der Qualität der fertigen Bürstenschnecken her recht gute Ergebnisse. Der Zeitaufwand für die Fertigung einer Bürstenschnecke ist jedoch sehr hoch und es kommt noch der Materialaufwand für das Bindemittel hinzu.
Weiter ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von

so Formbürsten, insbesondere Zahnbürsten bekannt, bei dem die Borsten von ihren Enden her weggeschmolzen werden (GB-PS 5 94 436). Hierbei wird der gesamte zu entfernende Bereich jeder Borste mittels einer in Längsrichtung der Borsten bewegten konturierten Heizplatte zum Schmelzen gebracht. Die dabei entstehenden Klumpen an den Borstenenden bzw. Brücken zwischen benachbarten Borsten aus geschmolzenem und wieder erhärtetem Kunststoffmaterial sind unerwünscht und werden durch Auskämmen mittels Stahlbürsten oder dgl. entfernt. Für die Herstellung von Bürstenschnecken üblicher Abmessungen ist dieses bekannte Verfahren nicht geeignet. Hier müßte nämlich eine immense Menge von Kunststoffmaterial zum Schmelzen gebracht und irgendwie entfernt werden. Entsprechend hoch wäre der Energieverbrauch und die Fertigungszeit, bedingt auch durch den zusätzlichen Arbeitsgang des Auskämmens. Die entstehenden Verklumpungen wären derart massiv, daß eine exakte Ausformung des Gewindegangs

sowie eine rationelle Entfernung der Verklumpungen durch Auskämmen oder dgL kaum möglich wäre.

Schließlich ist es auch bekannt, weiche Kunststoffe mit einem geheizten Messer zu trennen sowie Schaumstoffe von Hand oder maschinell mit Heizdraht-Geräten zu schneiden (H. Saechtling, Kunststoff-Taschenbuch, 21. Auflage, Carl Hanser Verlag München-Wien 1979, Seite 185). Diese Verfahren sind allerdings nicht für die Herstellung von Bürstenschnecken bestimmt, da deren Borsten im Sinne eines exakten Transports der Gefäße aus einem relativ harten Kunststoff wie z. B. Polyamid bestehen müssen. Derartig harte Kunststoffe wurden bisher mit unbeheizten Werkzeugen spangebend bearbeitet, wie dies z. B. auch beim Herstellen von massiven Förderschnecken durch Formfräsen praktiziert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders kostengünstiges Verfahren zum Herstellen von BürsteKschnecken aufzuzeigen, mit dem die verschiedensten Gewindegang-Querschnitte erzeugt werden können. Außerdem soll eine einfach und betriebssicher aufgebaute Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit von einem kostengünstig herstellbaren Rohling in Form einer zylindrischen oder konischen Rundbürste ausgegangen, wobei keinerlei Vorbehandlung zur gegenseitigen Fixierung der freien Borstenenden erforderlich ist. Dementsprechend entfällt auch eine Nachbehandlung zur Entfernung eines Versteifungsmittels oder dgl. Trotzdem ist infoige der konzentrierten Wärmezufuhr an einer definierten Trennstelle bei geringstem Energieverbrauch ein sauberes, exaktes Abtrennen der überflüssigen Borstenteile möglich, da beim Durchschmelzen keine nennenswerten Seitenkräfte auf die Borsten einwirken. Der gesamte Borstenüberstand wird auf einmal entfernt, wobei die in festem Zustand verbleibenden freien Borrenenden jenseitig der definierten Trennstelle selbsttätig wegfallen. Es ergeben sich daher kurze Bearbeitungszeiten. Zu den niedrigen Kosten trägt auch die einfache Fertigung des draht- oder bandförmigen Heizelements bei, das lediglich entsprechend dem Gefäßquerschnitt gebogen werden muß, z. B. durch Herumlegen um ein Gefäß, für das die Förderschnecke bestimmt ist. Bei der Vielzahl von Flaschenformen in der Praxis ist dies äußerst vorteilhaft. Infolge der speziellen Erwärmungstemperatur wird ohne zusätzliche Maßnahmen ein Entflammen der Borsten, das zu Abweichungen vom exakten Formverlauf des Gewindegangs sowie zu starken Verklumpungen von Borstenenden führen könnte, verhindert. Eine sich beim erfindungsgemäßen Verfahren evtl. einstellende Brückenbildung zwischen benachbarten Borstenenden durch Fadenbildung oder dgl. dagegen hat keinerlei Nachteile. Ganz im Gegenteil kann hierdurch auf überraschende Weise die Standfestigkeit der Förderschnecke erhöht werden.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, die Borsten an der Trennstelle vollständig zu verflüssigen, bis die unerwünschten Enden von selbst abfallen. Es ist vielmehr zweckmäßig, gemäß der im Anspruch 3 angegebenen Weiterbildung der Erfindung das Abtrennen der Borsten durch mechanischen Druck zu unterstützen. Hierdurch läßt sich ein besonders exakter »Schnitt« und eine Reduzierung des Energieverbrauchs erzielen.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich durch einfachen Umbau einer herkömmlichen Dreh- bzw. Schneckenschneidmaschine erstellen; ein Umrüsten auf die Fertigung von Massivschnecken ist jederzeit möglich. Besonders hervorzuheben ist die einfache Fertigung des gebogenen Heizelements aus einem Stück Draht oder Band.
Eine Reihe von Weiterbildungen der Erfindung, die

ίο einerseits zu einem einfachen Aufbau der Vorrichtung und andererseits zu einer energiesparenden und exakten Fertigung der Förderschnecke beitragen, sind in den Ansprüchen 7 bis 11 angegeben.

Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Bürstenschnecken,
F i g. 2 den Schnitt AB nach Fig. 1.

F i g. 3 den Schnitt CD nach F i g. 1.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 bis i.i>esteht im wesentlichen aus einer herkömmlichen Schneckenschneidmaschine mit einem Maschinenbett 1, einer Arbeitsspindel 2 mit einem Spannfutter 3, einem Reitstock 4. einer Leitspindel 5 und einem Werkzeugträger 6. Der Getriebemotür 7 für die Arbeitsspindel 2 und der Getriebemotor 8 für die Leitspindel 5 sind elektronisch regelbar und zwar durch ein gemeinsames programmierbares Steuergerät 9. Je nach Programm wird z. B. die den Werkzeugträger 6 parallel zur Arbeitsspindel 2 verschiebende Leitspindel 5 mit einem konstanten übersetzungsverhältnis zur Arbeitsspindel 2 angetrieben, mit einem allmählich zu- oder abnehmenden Übersetzungsverhältnis usw. Auf diese Weise können sowohl Förderschnecken mit über die gesamte Länge konstanter Steigung als auch Förderschnecken mit sich in einer bestimmten Weise ändernden Steigung gefertigt werden.

Auf dem quer zur horizontalen Arbeitsspindelachse verschiebbaren Oberschlitten 10 des parallel zur Arbeitsspindelachse verschiebbaren Werkzeugträgers 6 ist ein U-förmig gebogenes Heizelement 11 aus einem hochkant stehenden Metallband oder Flachmaterial angeordnet. Die halbkreisförmige Wölbung des Heizelements 11 weist zur Arbeitsspindelachse hin, wobei seine waagrecht verlaufende Symmetrieachse die Arbeitsspindelachse in einem rechten Winkel schneidet. Außerdem ist das Heizelement 11, wie die F i g. 3 zeigt, etwas um seine Symmetrieachse gekippt, so daß seine Trennoder Schneidebene, definiert durch die obere Schmalseite, mit der durch die Arbeitsspindelachse und die Symmetrieachse des Heizelements 11 definierten Ebene einen spitzen Winkel λ einschließt. Die vorbeschriebene Anordnung ist zur Erzeugung eines Gewindegangs in uner förderschnecke für zylindrische Flaschen bestimmt, deren Außendurchmesser in etwa dem inneren Krümmungskreis des Heizelements 11 entspricht. Dementsprechend wird die Form des Heizelements 11 auf einfache Weise dadurch erzeugt, daß ein Stück Bandmaterial oder Flachmaterial von einem Querschnitt von beispielsweise 10-1 mm mit seinem mittleren Bereich um eine Flasche eng herumgebogen wird, bis die beiden gleich lang anstehenden Enden parallel zueinander verlaufen. Ferner ist das Heizelement 11 an seiner oberen Schmalseite unter Bildung einer Schneide nach außen hin abgeschrägt.

Die beiden freien Enden des aus einer warmfesten Widerstandslegierung bestehenden Heizelements 11 sind unter Zwischenschaltung von Isoliermaterial am

Oberschlitten 10 lösbar befestigt und stehen außerdem mit jeweils einem flexiblen, isolierten Kabel 12 in leitender Verbindung. Die beiden Kabel 12 sind an eine regelbare Stromquelle 13 angeschlossen. Das Heizelement 11 kann durch entsprechende Steuerung der Stromstärke auf die gewünschte Arbeitstemperatur erhitzt werden. Diese liegt z. B. bei der Bearbeitung von Borsten aus Polyamid mit einem Schmelzpunkt von 320 Grad Celsius und einem Flammpunkt von 560 Grad Celsius zwischen 450 und 500 Grad Celsius, auf jeden Fall also unterhalb des Flammpunkts. Bei Verwendung eines Heizelements 11 mit einem Querschnitt von 10 · 1 mm für eine normale Getränkeflasche ist je nach Material eine Stromstärke in der Größenordnung von 50 bis 100 Ampere erforderlich. Gut geeignet für das Heizelement 11 ist z. B. VACROMIUM 80 der Fa. Vacuumschmelze GmbH in Hanau.

Das mit der vorbeschriebenen Vorrichtung durchführbare Verfahren zur Herstellung einer Förderschnecke für Gefäße läuft folgendermaßen ab:

Zur Vorbereitung wird der Werkzeugträger 6 manuell nach rechts verfahren, bis das Heizelement 11 die strichliert eingezeichnete Anfangsposition I einnimmt. Nun wird ein Rohling 14 in Form einer zylindrischen Rundbürstc mit Kunststoffborsten 19 und einem steifen, rohrförmigen Kern 15 zwischen dem Spannfutter 3 und dem Reitstock 4 eingespannt, so daß er der Drehung der Arbeitsspindel 2 exakt folgt. Das Steuergerät 9 wird entsprechend der gewünschten Steigung des Schnekkengangs 16 und der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit programmiert und der Oberschlitten 10 wird entsprechend der gewünschten Tiefe des Schneckengangs 16 eingestellt. Die Stromquelle 13 wird eingeschaltet und derart eingeregelt, daß sich die gewünschte Arbeitstemperatur des Heizelements 11 einstellt Die Vorberei- tungsphase ist hiermit abgeschlossen.

Nun beginnt die eigentliche Arbeitsphase durch ein gemeinsames Ingangsetzen der Getriebemotoren 7 und 8 durch das Steuergerät 9. Die Arbeitsspindel 2 dreht sich mit der vorgegebenen Drehzahl in Pfeilrichtung, so daß sich ihr Umfang auf Seite des Heizelements 11 nach unten bewegt. Die Leitspindel 5 dreht sich mit der vorgegebenen Drehzahl, wodurch der Werkzeugträger 6 mit dem Heizelement 11 kontinuierlich in Pfeilrichtung nach links verfahren wird. Dabei dringt das Heizelement 11 allmählich in den Borstenbesatz des Rohlings 14 ein und läuft über die gezeichnete Zwischenstellung Il bis zur strichliert angedeuteten Endposition III. Danach ist die Herstellung der Bürstenschnecke abgeschlossen und diese kann aus der Vorrichtung entnommen werden.

Während der Arbeitsphase wird ein Teil der Borsten 19 des Rohlings 14 durch die obere Schmalseite bzw. Schneide des heißen Heizelements 11 in einem eng begrenzten Bereich auf eine Temperatur überhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Rammpunkts, erwärmt und dadurch zum Schmelzen gebracht Unter evtL Mitwirkung des mechanischen Schneidendrucks werden dadurch die außerhalb des Schmelzbereichs liegenden Borstenenden abgetrennt und fallen durch den offenen Innenraum des Heizelements 11 hindurch und nach unten weg. In einem einzigen Arbeitsgang wird somit der gewünschte Gewindegang 16 erzeugt, wobei die Vorschubgeschwindigkeit ausreichend tangsam zu wählen ist um ein vollständiges Durchschmelzen der Borsten zu sichern.

Bei der vorliegenden Erzeugung des Gewindegangs mit einem iinienförmigen Trenneiement entsteht insofern eine gewisse Abweichung von der idealen Form des Gewindegangs, als an der hinteren, nachlaufenden Flanke ein geringer Materialüberschuß verbleibt. Infolge der Elastizität der Borsten hat diese Abweichung normalerweise keine nachteiligen Auswirkungen; sie kann im Sinne einer engen, geräuscharmen Führung der Gefäße sogar erwünscht sein. Andererseits ist auf einfache Weise eine Korrektur möglich, in dem z. B. das Heizelement 11 zur Veränderung der Querschnittsform etwas gekippt wird, wie die F i g. 3 zeigt. F.ine andere Möglichkeit, die insbesondere für stark von der Kreisform abweichende Querschnitte geeignet ist, ist in F i g. 2 angedeutet. Hier ist ein zweites Heizelement 17 gleicher Form über dem ersten Heizelement 11 angeordnet. In diesem Falle übernimmt das zweite Heizelement 17 die Hauptarbeit, während das erste Heizelement 11 nur noch an den Seitenflanken des Gewindegangs 16 geringfügige Korrekturen vermittelt. In Fig.2 ist außerdem gezeigt, wie das Heizelement 11 in seinem außerhalb des Gewindegangs 16 liegenden Bereich durch Stützen 18 zusätzlich fixiert werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Förderschnekke für Gefäße, wobei in eine walzenartige Rundbürste mit Kunststoffborsten, insbesondere aus Polyamid, ein an den Gefäßquerschnitt angepaßter Gewindegang durch entsprechendes Kürzen bestimmter Borsten eingearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein draht- oder bandförmiges Heizelement an den Gefäßquerschnitt angepaßt, auf eine zwischen dem Schmelzpunkt und dem Flammpunkt des Kunststoffs liegende Temperatur erwärmt, ähnlich wie ein zu förderndes Gefäß an der rotierenden Rundbürste vorbeigeführt wird und dabei die Borsten durch eine eng begrenzte Wärmezufuhr an einer definierten Trennstelie unter Erzeugung des Gewindegangs in seiner vollen Tiefe durchgeschmolzen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verarbeitung von Rundbürsten mit Polyamid-Borsten diese im Schmelzbereich auf eine Temperatur von 450 bis 500 Grad Celsius erwärmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtrennen der Borstenteile im Schmelzbereich durch mechanischen Druck unterstützt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement durch direkten Stromdurchfluß erwärmt wird.

5. Verfahren nach Einern ^iT Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichc;t, daß das Heizelement durch teilweises Herumbiegei um ein Gefäß, für welches die Förderschnecke bestimmt ist, an dessen Querschnitt angepaßt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer antreibbaren Arbeitsspindel, an der ein Spannorgan für einen Schneckenrohling befestigt ist, sowie mit einem parallel und synchron zur Arbeitsspindel bewegbaren Werkzeugträger, dadurch gekennzeichnet, daß auf dein Werkzeugträger (6) ein draht- oder bandförmiges Heizelement (11, 17) angeordnet ist, das entsprechend dem Querschnitt des zu erzeugenden Gewindegangs gebogen und an eine Energiequelle (13) anschließbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (11,17) aus einer metallischen Widerstandslegierung besteht und an eine verstellbare Stromquelle (13) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (11,17) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und an seiner an den Borsten angreifenden Schmalseite mit einer Schneide versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (11, 17) mit seiner an den Borsten angreifenden Arbeitsfläche in einer durch die Arbeitsspindelachse verlaufenden Ebene liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (11, 17) mit seiner an den Borsten angreifenden Arbeitsfläche unter einem spitzen Winkel (λ) um eine senkrecht zur Arbeitsspindelachse gerichtete Achse gegenüber der durch diese Achse und die Arbeitsspindelachse definierten Ebene gekippt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Werkzeugträger (6) vorzugsweise überhalb dem ersten Heizelement (11) ein zweites gleichförmiges Heizelement (17) befestigt ist