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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen eines
Klebstoffs auf den Rücken
oder rückennahen
Bereich der Seitenflächen
eines in einem Transportsystem mit Aushang vorbeigeführten Buchblocks
mit wenigstens einer rotierenden Auftragswalze oder -scheibe, die
den Klebstoff aus einer Wanne aufnimmt und durch Abwälzung an
dem Buchblock auf diesen überträgt, mit
einem im Abstand zur Auftragswalze einstellbaren Rakel zur Regulierung
der Auftragsstärke
des Klebstoffs und mit einer Betätigungseinrichtung
zur gesteuerten Bewegung des Rakels zwischen einer Auftrags- und
einer Nullauftragsposition.
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Für das maschinelle
Auftragen eines Klebstoffs auf den Rücken und rückennahen Bereich der Seitenflächen von
Buchblocks in Klebebindern stehen verschiedene Auftragssysteme zur
Verfügung. Sehr
häufig
kommen Radauftragsleimwerke der oben beschriebenen Art zum Einsatz,
wobei die Ausführungen
für die
Rückenbeleimung
auch als Walzenleimwerke bezeichnet werden, während die Seitenbeleimung mit
Auftragsscheiben durchgeführt wird.
Die Walzenleimwerke bestehen überwiegend aus
einer ersten Walze zum Auftragen einer dünnen Klebstoffschicht und aus
einer zweiten Walze zum Auftragen einer dicken Klebstoffschicht.
Zum Egalisieren und Entfernen überschüssigen Klebstoffs
vom Rücken
des Buchblocks ist den beiden vorgenannten Walzen eine sogenannte
Spinnerwalze nachgeordnet, die in Gegenrichtung zur Förderrichtung
der Buchblocks rotiert. Zur Dosierung der Auftragsstärke des
Klebstoffs auf den Walzen sind zum Walzenmantel einstellbare Rakel
vorgesehen. Ein solches Walzenleimwerk für die Rückenbeleimung ist beispielsweise
in [Liebau; Heinze/Industrielle Buchbinderei/Verlag Beruf + Schule,
Itzehoe 2001/Kap. 4.2.3.16; S.: 284 ff] schematisch dargestellt.
Ein Seitenleimwerk mit Auftragsscheiben ist beispielhaft in der
DE 200 08 757 U1 beschrieben.
Der Klebstoff befindet sich in einer Wanne unterhalb der Förderebene der
Buchblocks und wird mit einem wendelförmig um die Auftragsscheiben
geführten
Klebstoffschaber nach oben in den Abwälzbereich gefördert. Hier
wird die Auftragsstärke
des Klebstoffs durch Rakel reguliert.
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Bei
bekannten Radauftragsleimwerken werden die Rakel zum taktgemäßen Hin-
und Herschalten zwischen einer Auftrags- und einer Nullauftragsposition
von Kurvenscheiben gesteuert. Die An- und Absetzpunkte für den Klebstoffauftrag
sind in den Kurven fest eingeprägt.
Zur Verstellung der Auftragslänge
und -position sind aufwändige
Konstruktionen mit Überlagerungsgetrieben
erforderlich oder dies ist nur im Stillstand des Klebebinders durchführbar. Auftragsmuster
oder das Auslassen des Klebstoffauftrags an der Trennstelle eines
in Doppelnutzen gefertigten Buchblocks sind nur durch den Austausch
gegen speziell dafür
gestaltete Kurvenscheiben möglich.
Die Auftragsstärke
der Klebstoffs in der Auftragsposition wird durch von außen verstellbare
Anschläge
für die
Rakel bestimmt, wobei die Kurven für die maximale Rakelbewegung
ausgelegt sind und die Rakel über
Federn mit den Kurvenhebeln verbunden sind. Es sind auch Radauftragsleimwerke
für die
Seiten- und die Rückenbeleimung
bekannt, bei denen die Rakel von Pneumatikzylindern angetrieben
sind mit einem verstellbaren Anschlag zum Einstellen einer definierten
Auftragsstärke.
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Diese
bekannten Radauftragsleimwerke weisen einen vergleichsweise hohen
Konstruktionsaufwand auf mit mehreren in Wirkverbindung stehenden Komponenten.
Insbesondere bei hohen Überlaufgeschwindigkeiten
wirken sich die ungenauen Schaltzeiten gewöhnlicher Pneumatikzylinder
nachteilig aus. Denn die An- und Absetzpunkte für den Klebstoffauftrag in Bezug
auf die Buchblockhöhe
unterliegen einer großen
Schwankungsbreite. Bei von Kurvenscheiben gesteuerten Rakeln führen die
bezüglich
der maximalen Überlaufgeschwindigkeit
der Buchblocks dynamisch optimierten, fest vorgegebenen Bewegungsabschnitte
zu verhältnismäßig langen Übergangsphasen
zwischen dem Nullauftrag und der gewünschten Auftragsstärke des
Klebstoffs und damit zu Qualitätseinbußen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Auftragen eines Klebstoffs auf den Rücken oder rückennahen Bereich der Seitenflächen eines
Buchblocks gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 vorzuschlagen, mit der sich bei einfacher Konstruktion
die Rakel schnell und exakt zwischen der Auftrags- und der Nullauftragsposition
hin und her bewegen lassen und die Auftragsstärke programmierbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Betätigungseinrichtung
einen steuerbaren piezokeramischen Aktuator umfasst, der sich durch
Anlegen einer Spannung proportional zur sich einstellenden Feldstärke und
der Gesamtlänge des
piezokeramischen Aktuators ausdehnt. Entsprechend dem eingesetzten
Material und dessen piezoelektrischer Deformationskonstanten werden
relative Dehnungen um 0,15% erreicht. Die elektrische Energie wird
in kurzer Zeit direkt in Bewegung (mechanische Energie) umgewandelt
und zwar reibungsfrei ohne Stick/Slip-Effekt. Die Bewegung ist spiel-
und verschleißfrei
und weist eine sehr hohe Steifigkeit auf. Der durch den piezokeramischen
Aktuator gesteuerte Rakel erzeugt scharf ausgebildete An- und Absetzpunkte,
die genau auf dem Rücken
bzw. den Seitenflächen
des Buchblocks positioniert sind. Beide Wirkanordnungen des piezokeramischen
Aktuators sind möglich
((a): mit der Ausdehnung erfolgt der Klebstoffauftrag bzw. (b) (in
umgekehrter Anordnung): mit einer max. Ausdehnung wird die Nullauftragsposition
des Rakels herbeigeführt).
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Mit
Vorteil ist der piezokeramische Aktuator als Stapelaktuator ausgebildet,
der durch mechanische Reihenschaltung (Stapelung) einer Vielzahl
von Aktuatoreinzelscheiben und deren elektrische Parallelschaltung
gebildet ist. Hierdurch werden die relativ kleinen Ausdehnungen
(Hübe)
einzelner Aktuatorscheiben zu einem für die Rakelbewegung geeigneten
Stellweg addiert. Vorteilhaft ist zudem die Vergrößerung der
Aktuatorbewegung durch den Einsatz eines Übersetzungsgetriebes nach dem
Hebeleffekt. Für
die Festlegung der Nullauftragsposition hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
einen (Begrenzungs-)Anschlag für
die Rakelbewegung vorzusehen.
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Vorzugsweise
wird der piezokeramische Aktuator mit diskreten Spannungen angesteuert,
wobei jeder Ansteuerspannung eine bestimmte Ausdehnung des Aktuators
zugeordnet ist. Damit sind unterschiedliche Auftragsstärken des
Klebstoffs exakt erzeugbar. In vorteilhafter Ausgestaltung nach
Anspruch 6 wird die Spannungsansteuerung als Großsignalansteuerung durch eine
mit dem piezokeramischen Aktuator verbundene programmierbare Steuerung
verrichtet. Sämtliche
Verstellungen des Klebstoffauftrages hinsichtlich der Dicke, der
Länge und der
Position am Buchblock sind programmierbar und werden durch den piezokeramischen
Aktuator direkt ausgeführt.
Mechanische Verstellungen gelangen in Fortfall. Mit einer Abtastung
des Reliefs des Buchblockrückens
und einer entsprechenden Spannungsansteuerung des piezokeramischen
Aktuators lassen sich komplementär
zum Relief des Buchblockrückens
ausgebildete Klebstoffaufträge
erzeugen. So können
in einfacher Weise Rillen und Nuten mit einem dickeren Klebstoffauftrag
ausgefüllt
werden. Zweckmäßig ist
die Zuordnung eines piezokeramischen Aktuators für jeden in einem Radauftragsleimwerk
befindlichen Rakel, wodurch sich mit einer separaten Ansteuerung
der Aktuatoren weitere Gestaltungsmöglichkeiten für den Klebstoffauftrag
am Buchblock ergeben.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand zweier
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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1 zeigt
in perspektivischer Darstellung ein Seitenleimwerk
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2 zeigt
in perspektivischer Darstellung ein Rückenleimwerk
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Das
in 1 dargestellte Seitenleimwerk 1 dient
zum Auftragen eines Klebstoffs auf den rückennahen Seitenbereich 2b eines
Buchblocks 2, der von einer Buchblockklammer 3 mit
Aushang eingespannt gehalten und mit dem Buchblockrücken 2a nach
unten weisend in Förderrichtung
T über
das Seitenleimwerk 1 transportiert wird. Der Klebstoff
befindet sich in einer Wanne 4 unterhalb der Bewegungsbahn
des Buchblocks 2 und wird mit einem linken und einem rechten
Klebstoffförderer 6a,
b nach oben gefördert. Der
jeweilige Klebstoffförderer 6a,
b wird gebildet aus einer in Förderrichtung
T rotierenden Auftragsscheibe 5 und einem nicht näher dargestellten
wendelförmig
um die Auftragsscheibe 5 geführten, in einem Klotz 7a bzw. 7b ausgebildeten
Klebstoffschaber, womit der Klebstoff in den Abwälzbereich 5a der Auftragsscheibe 5 gelangt.
Hier wird die Auftragsstärke des
Klebstoffs durch Rakel 9 reguliert.
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Mit
dem Abwälzen
der Auftragsscheibe 5 an dem Buchblock 2 in rückennahen
Seitenbereichen 2b wird der Klebstoff auf diesen übertragen.
Blockführungsschienen 20 dienen
zum Führen
des Buchblocks 2, damit nicht die jeweils äußeren Blätter des Buchblocks 2 bei
der Wegbewegung der Auftragsscheibe 5 vom Buchblock 2 mit
nach außen
gezogen werden. Zum Beherrschen der durch die Klebstoffförderer 6a,
b hervorgerufenen Strömungen
in der Wanne 4 sind den Klötzen 7a, b Leitbleche 10 vorgeordnet.
Weiterhin sind Schaber 14 vorgesehen, die die Klebstoffförderer 6a,
b nach oben hin abschließen und
den auf der Oberseite der Auftragsscheiben 5 befindlichen
Klebstoff in die Wanne 4 zurückschaben.
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Der
Rakel 9 ist austauschbar an einem Bolzen 8 befestigt
und zwar über
eine Aufnahme 8a. Dieser ist in einem am Klotz 7a bzw. 7b befestigten Halter 13a bzw. 13b mit
bekannten Mitteln verdrehsicher geführt und wird von einem piezokeramischen Stapelaktuator 15a bzw. 15b gesteuert.
Ein piezokeramischer Aktuator dehnt sich durch Anlegen einer Spannung
proportional zur sich einstellenden Feldstärke und seiner Gesamtlänge aus.
Die elektrische Energie wird in sehr kurzer Zeit direkt in Bewegung umgewandelt
und zwar reibungsfrei ohne Slip/Stick-Effekt. Die Bewegung ist spiel-
und verschleißfrei
und weist eine sehr hohe Steifigkeit auf. Im Ausführungsbeispiel
des Seitenleimwerks 1 ist der Rakel 9 über den
Bolzen 8 direkt mit dem piezokeramischen Stapelaktuator 15a bzw. 15b verbunden,
der sich mit seinem anderen Ende gegen den Halter 13a bzw. 13b abstützt und
mit einer Schraube an diesem gesichert ist. Bei einer vorgebbaren
maximalen Ausdehnung wird die Nullauftragsposition erreicht, während bei
geringeren Ausdehnungen der Rakel in eine Auftragsposition gezogen
wird.
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Zum
Erreichen eines größeren Stellwegs
im Bereich üblicher
Klebstoffauftragsstärken
für die
Seitenbeleimung wird ein Stapelaktuator eingesetzt, welcher durch
mechanische Reihenschaltung (Stapelung) einer Vielzahl von Aktuatoreinzelscheiben und
deren elektrische Parallelschaltung gebildet ist. Die piezokeramischen
Stapelaktuatoren 15a, b werden durch Großsignalansteuerung 16 mit
einer durch eine Steuerung 17 festgelegten Spannung angesteuert.
Dazu werden in der Steuerung 17 die Signale eines Drehgebers 19 verarbeitet,
der auf einer Antriebswelle des Transportsystems für die Buchblockklammern 3 angeordnet
ist. Außerdem
ist die Steuerung 17 durch eine Steuerleitung 18 mit
einer übergeordneten
zentralen Steuerung verbunden, worüber sie u. a. Informationen über die
Buchblocklänge
und das gewünschte
Auftragsmuster erhält.
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Mit
der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung
für die
Rakel 9 sind beliebige Auftragsmuster abbildbar, wie die
punktweise Beleimung oder das Auslassen der Beleimung an der Trennschnittposition
eines in Doppelnutzen gefertigten Buchblocks 2. Durch einstellbare
Ansteuerspannungen ergibt sich zudem die Möglichkeit die Auftragsstärke des
Klebstoffs zu programmieren. Denn jeder Ansteuerspannung ist eine
bestimmte Ausdehnung des Aktuators zugeordnet. Weitere programmtechnisch
in der Steuerung 17 umsetzbare Gestaltungsmöglichkeiten
ergeben sich durch die getrennte Ansteuerung der Rakel 9 für jede Auftragsseite
des Seitenleimwerks 1 mit separaten piezokeramischen Stapelaktuatoren 15a und 15b.
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Die
oben beschriebenen Mittel sind durch Zuordnung zu Aufnahmen 11a,
b für jede
Auftragsseite des Seitenleimwerks 1 zu einer Einheit zusammengefasst.
So ist in der Aufnahme 11b für die rechte Auftragsseite
die zugehörige
Auftragsscheibe 5 gelagert und angetrieben und es ist der
Klotz 7b daran befestigt, wobei letzterer aus dem Seitenleimwerk 1 entnehmbar
ist. Hierdurch wird die schnelle Zugänglichkeit zum Klebstoffförderer 6b ermöglicht.
Die rechte Einheit ist auf einer Stange 12 geführt und
wird mit bekannten Mitteln bezüglich
der Buchblockdicke D verstellt.
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Das
oben beschriebene Seitenleimwerk 1 stellt ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dar. Ein gleichartiges Ausführungsbeispiel
ist das in 2 gezeigte Rückenleimwerk 51, das
in Klebebindem, in Förderrichtung
T betrachtet, hinter dem Seitenleimwerk 1 angeordnet ist
und von den Buchblocks zuerst durchlaufen wird. Wie beim Seitenleimwerk 1 befindet
sich der Klebstoff in einer Wanne 52 unterhalb der Bewegungsbahn
des Buchblocks 2 und wird mit in Förderrichtung T des Buchblocks 2 rotierenden
Auftragswalzen 53a, b aus dieser Wanne 52 geschöpft. Zur
Dosierung der jeweiligen Auftragsstärken des Klebstoffs auf den
beiden Auftragswalzen 53a, b sind zum Walzenmantel einstellbare
Rakel 54a, b vorgesehen. Mit der ersten Auftragswalze 53a wird
eine dünne
Klebstoffschicht aufgetragen, mit der zweiten Auftragswalze 53b eine dicke
Klebstoffschicht. Zum Egalisieren und Entfernen überschüssigen Klebstoffs vom Buchblockrücken 2a ist
den beiden vorgenannten Auftragswalzen 53a, b eine sogenannte
Spinnerwalze 55 nachgeordnet, die in Gegenrichtung zur
Förderrichtung
T der Buchblocks 2 rotiert.
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Der
Rakel 54a bzw. 54b ist über eine Aufnahme 57a austauschbar
an einem Hebel 57 befestigt, mit dem unter Ausnutzung des
Hebeleffektes die Ausdehnung eines am anderen Ende des Hebels 57 wirkenden
piezokeramischen Stapelaktuators 56a bzw. 56b in
Stellwege üblicher
Klebstoffauftragsstärken
für die
Rückenbeleimung
vergrößert wird.
Der piezokeramische Stapelaktuator 56a bzw. 56b ist über Gabelköpfe 58 und 59 einerseits
mit dem Hebel 57 verbunden und andererseits an einem gestellfest
angeordneten Halter 60 angelenkt. Mit der maximalen Ausdehnung
wird die Nullauftragsposition erreicht, wobei der piezokeramische
Stapelaktuator den Hebel 57 gegen einen mit einer Dämpferplatte 61a versehenen
Anschlag 61 drückt.
Hierdurch wird die Nullauftragsposition unabhängig von eventuell auftretenden
Hysteresevorgängen
im Stapelaktuator exakt festgelegt.
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Die
piezokeramischen Stapelaktuatoren 56a, b werden durch Großsignalansteuerung 66 mit einer
durch eine Steuerung 63 festgelegten Spannung angesteuert.
In der Steuerung 63 werden die Signale eines Drehgebers 64 verarbeitet,
der auf einer Antriebswelle des Transportsystems für die Buchblockklammern 3 angeordnet
ist. Außerdem
ist die Steuerung 63 durch eine Steuerleitung 65 mit
einer übergeordneten
zentralen Steuerung verbunden und erhält hierüber u. a. Informationen über die
Buchblocklänge
und das gewünschte
Auftragsmuster. Es offenbaren sich die gleichen Gestaltungsmöglichkeiten
für den
Klebstoffauftrag wie dies bereits für die Seitenbeleimung aufgezeigt
wurde.
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Das
Rückenleimwerk 51 ist
weiterhin mit einem, in Förderrichtung
T betrachtet, hinter dem Rückenleimwerk 51 angeordneten
Sensor 62 ausgestattet zum Abtasten des Reliefs des Buchblockrückens 2a.
Die Signale des Sensors 62 werden in der Steuerung 63 in
entsprechende Ansteuerspannungen umgesetzt zum Auftragen eines komplementär zum Relief
des Buchblockrückens 2a ausgebildeten Klebstoffauftrages.
Hierdurch können
z. B. Rillen oder Nuten am Buchblockrücken 2a durch einen
entsprechend höheren
Klebstoffauftrag ausgefüllt
werden. Mit der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit die Rakelsteuerung
vollkommen elektrisch auszuführen. Druckluft
oder mechanische Antriebe sind nicht mehr erforderlich. Verstellungen
hinsichtlich Position und Auftragslänge des Klebstoffauftrags sowie
Einstellungen bezüglich
der Auftragsstärke
sind durch Programmierung ausführbar.
Aufgrund der hohen Dynamik und dem exakten Ansteuern bestimmter
Ausdehnungen (und damit Auftragsstärken) ergeben sich neue Möglichkeiten
zur Gestaltung von Klebstoffauftragsmustern. Zu nennen sind neben
der o. g. Reliefbeleimung und der Doppelnutzenbuchblockbeleimung
die partielle Beleimung, die Beleimung mit schwankenden Auftragsstärken und
die abwechselnde Beleimung eines Buchblocks mit verschiedenen Klebstoffen.
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- 1
- Seitenleimwerk
- 2
- Buchblock
- 2a
- Buchblockrücken
- 2b
- rückennaher
Seitenbereich
- 3
- Buchblockklammer
- 4
- Wanne
- 5
- Auftragsscheibe
- 5a
- Abwälzbereich
- 6a,
b
- linker,
rechter Klebstoffförderer
- 7a,
b
- linker,
rechter Klotz
- 8
- Bolzen
- 8a
- Rakelaufnahme
- 9
- Rakel
- 10
- Leitblech
- 11a,
b
- linke,
rechte Aufnahme
- 12
- Stange
- 13a,
b
- linker,
rechter Halter
- 14
- Schaber
- 15a,
b
- piezokeramischer
Stapelaktuator
- 16
- Großsignalansteuerung
- 17
- Steuerung
- 18
- Steuerleitung
- 19
- Drehgeber
- 20
- Blockführungsschiene
- 51
- Rückenleimwerk
- 52
- Wanne
- 53a,
b
- Auftragswalze
- 54a,
b
- Rakel
- 55
- Spinnerwalze
- 56a,
b
- piezokeramischer
Stapelaktuator
- 57
- Hebel
- 57a
- Aufnahme
- 58
- Gabelkopf
- 59
- Gabelkopf
- 60
- Halter
- 61
- Anschlag
- 61a
- Dämpferplatte
- 62
- Sensor
- 63
- Steuerung
- 64
- Drehgeber
- 65
- Steuerleitung
- 66
- Großsignalansteuerung
- D
- Verstellung
Buchblockdicke
- T
- Förderrichtung