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Die Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung und
insbesondere die Halterung von Schneidklingen in einem
drehenden Zylinder zum Schneiden oder Perforieren
durchlaufender Papier-, Kunststoff-, Stoff- und sonstiger
Bahnen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Art und
Weise des Justierens, Lagerns, Festspannens und
Auswechselns der Schneidklinge.
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Bei der Herstellung vieler Papier-, Kunststoff-, Stoff-
und dergl. Artikel muß quer über eine durchlaufende Bahn
geschnitten oder perforiert werden. Ein hierzu
verbreitete Methode ist die Verwendung von Stahlklingen, die in
einem Schlitz in einem rotierenden Zylinder bzw. einer
Walze festgespannt sind. Diese Klingen schneiden gegen
einen Gegenzylinder bzw. eine Gegenwalze aus gehärtetem
Stahl. Eine Vielzahl solcher Schneidklingen ist um den
Zylinderumfang herum verteilt angeordnet. Vor dem
Schneiden von Papier, Kunststoff, Stoff usw. werden die
Klingen zunächst nur leicht fixiert; dann dreht man den
Zylinder eine Umdrehung durch, um die Klingen auf den
Gegenzylinder aufzusetzen, und zieht letztere dann fest.
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Dieses Vorgehen hat sich bewährt und ist seit Jahren im
Einsatz; es hat jedoch auch Nachteile. Erstens haben
sich mit zunehmender Arbeitsgeschwindigkeit der
Maschinen Probleme aus aus der Wärme ergeben, die in den
Lagern der Klingen- und der Gegenzylinder entsteht. Diese
Erwärmung bewirkt eine Ausdehnung der Maschinengestelle,
die die Zylinder tragen, so daß die
Zylinder-Mittellinien sich voneinander entfernen und schlechte Schnitte
entstehen, da die Schneidklinge nicht mehr kräftig
genug auf den Gegenzylinder aufsetzt. Dieses Problem ist
mit einigen Aufwand durch Beheizung der Gestelle gelöst
worden, um diese auf einer gleichmäßig hohen Temperatur
zu halten.
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Ein zweites Problem ist der zum Montieren neuer Klingen
erforderliche Zeitaufwand. Die Klingen werden
typischerweise von mehreren Spannschrauben gehalten, die jeweils
auf ein für die erste Zylinderumdrehung geeignetes
Moment an- und dann endgültig festgezogen werden müssen.
Ist das Moment für die erste Einstellung zu niedrig,
schneiden die Klingen nicht; ist es zu hoch, setzen die
Klingen zu hart auf, was ihre Nutzungsdauer verkürzt und
die Lager, Antriebszahnräder usw. erheblich belastet.
Werden die Klingen bei der ersten Umdrehung zu weit aus
den Schlitzen im Zylinder ausgefahren, können sie
verbiegen und daher dauerhaft Schaden nehmen. Mit einer
verbogenen Klinge erhält man auch keinen sauberen
Schnitt. Die Problematik des Einstellens von
Schneidklingen nach diesem Verfahren hat dazu geführt, daß
viele Klingen nicht einwandfrei gesetzt werden, was eine
Nachjustage erfordert, die Nutzungsdauer verkürzt oder
schlechte Schnitte erbringt.
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Die derzeit eingesetzten Schnellwechsel-Schneide- bzw.
perforierklingen entsprechen der Lehre der US-PS 4 848
202 oder der US-PS 4 920 843. Bei der US-PS 4 848 202
wird die Spannschiene mit Beilegelementen justiert, um
Bearbeitungstoleranzen aufzufangen, während nach der US-
PS 4 920 843, die als der nächstliegende Stand der
Technik gilt, von der Bedienperson verstellbare
justierschrauben aufweist, um Unterschiede der Klingenhöhe
auszugleichen. Um die Schneidklinge im Schlitz des
Klingenzylinders zu fixieren, muß sie im Auflagerteil einer
Halteschiene aufgesetzt werden. Die Halteschiene weist
dabei eine abwärts geneigte Keilfläche auf, die mit
einer entsprechenden abwärts geneigten Keilfläche auf
einer Spannschiene zusammenarbeitet, die neben der
Halteschiene in einem Schlitz sitzt. Der Nachteil dieser
Anordnung ist, daß zur Vorbereitung auf das schneiden
ein zusätzlicher Einstellschritt durchgeführt werden
muß, mit dem der Klingenzylinder relativ zum
Gegenzylinder gedreht wird, der die Klinge in den Schlitz
drückt. Ein weiterer Nachteil diese Anordnung ist, daß
zum Ausbauen der Klingen die Bedienungsperson Werkzeuge
ansetzen muß, um die Keilschienen sowie die Klinge aus
ihrem Sitz zwischen der Halteschiene und einer
Seitenwand des Schlitzes zu lösen.
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Weiterhin lehrt die US-A-3 769 868 eine
Querschneidmaschine mit ortsfesten und rotierenden Klingenhalterungen
und Klingen, wobei die ortsfeste Klinge ca. 0,1 mm weit
in die Umlaufbahn der umlaufenden Klinge vorsteht. Eine
der Klingen ist in ihrer Halterung fixiert, während die
andere Klinge in ihrer Halterung gegen eine Bewegung in
Richtung der Schneidkraft fixiert ist. Diese andere
Klinge weist an einem Ende eine gekrümmte Fläche auf,
die in die Schneide übergeht, so daß sie beim Kontakt
mit der festen Klinge rechtwinklig zur Richtung der
Schneidkraft gegen die Beaufschlagung mit einem
Druckmittel ausweicht, die ein expandierbarer Druckrohr
erzeugt. Der Nachteil dieser Schneidmaschine ist die
verhältnismäßig komplizierte Klingenanordnung, da
steuerbare Mittel zur Beaufschlagung der Klinge erforderlich
sind.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
Schienenhalterung anzugeben, die von den normalen
Klingenhöhentoleranzen nicht beeinträchtigt wird.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine solche
Halterung, die von erwärmungsbedingten Änderungen des
Abstands der Zylinderachsen nicht beeinträchtigt wird.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist eine solche
Halterung, die einen ungleichmäßigen Klingenkontakt infolge
von Unrundheiten des Klingen- oder des Gegenzylinders
toleriert.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist eine Halterung, die
weder einen An- und noch einen Festspannschritt
erfordert.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine
Klingenhalterung, die ohne die in vorhandenen Systemen benötigten
hohen Festspannkräfte auskommt.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine
Klingenhalterung anzugeben, die eine Bedienungsperson schnell
und einfach herstellen kann.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine
Klingenhalterung, bei der die Bedienungsperson Klingen mit normaler
Kraft ohne Spezial- oder Ziehwerkzeuge usw. austauschen
kann.
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Ein anderes Ziel ist, der Bedienungsperson der Maschine
zu ermöglichen, die Klingenhöhe schnell und präzise
einzustellen.
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Ein noch anderes Ziel ist es, die Klinge daran zu
hindern, im Verlauf zahlreicher Schnitte entlang des
Zylinders zu wandern.
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Diese Ziele und Vorteile erreicht man erfindungsgemäß
mit einem Klingenzylinder, der mit einem Gegenzylinder
zusammenarbeitet, wobei der Klingenzylinder einen axial
verlaufenden Schlitz enthält, der eine auf dem
Schlitzboden aufliegende Schieneneinrichtung aufnimmt, die
unten mit einem allgemein in Umfangsrichtung sich
erstreckenden Absatz versehen ist, der eine Klinge trägt.
Eine Lagerungseinrichtung für die Schiene ist aus der
Mitte der Klinge versetzt, so daß während des Schnitts
sowohl radiale als auch Umfangskräfte auf die Klinge
wirken.
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Insbesondere wird die Klingenposition durch eine
Federeinrichtung aufrechterhalten, die die Schiene
beaufschlagt, um in demjenigen Teil der Umdrehung des
Klingenzylinders, in dem die Klinge nicht schneidet, auf die
Schieneneinrichtung eine Umfangskraft auszuüben. Bei
Beginn des Schnitts tritt eine radial abwärts gerichtete
Schneidkraft auf, der eine radial aufwärts gerichtete
Kraft auf die Schiene entgegenwirkt, die eine gewisse
Strecke in Umfangsrichtung von der auf die Klinge
wirkenden Kraft versetzt ist. Dieser Versatz bewirkt ein
auf die Schiene wirkendes Moment, infolgedessen sie die
Klinge festerspannt. Einer Axialbewegung der Klinge
wirkt eine betrieblich der Klinge zugeordnete
Reibeinrichtung entgegen, während die Höheneinstellung erfolgt,
indem die Schieneneinrichtung zwei Teile mit geschrägten
Flächen aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine Aufrißdarstellung einer Vorrichtung
zur Aufnahme der Erfindung;
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Fig. 2 ist ein vergrößerter Teilschnitt bspw. entlang
der Sichtlinie 2-2 der Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine Perspektivdarstellung der beiden für
die Höheneinstellung verwendeten Schienen;
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Fig. 4 ist ein Teillängsschnitt der zusammengesetzten
Schienen der Fig. 3 entlang deren Sichtlinie
4-4;
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Fig. 5 ist eine Teilperspektive von oben, die die für
die Höhenverstellung verwendeten Teile sowie
eine Skala zeigt;
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Fig. 6 ist eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung
einer Zahnstangenanordnung zur
Höheneinstellung; und
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Fig. 7 ist eine Teildarstellung der Anordnung der
Fig. 6.
Ausführliche Beschreibung
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In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein
das Gestelle der Vorrichtung, die einen Klingenzylinder
11 und einen Druckzylinder 12 drehbar lagert, die über
ein Getriebe 13 angetrieben werden. Das Bezugszeichen 14
kennzeichnet die Klinge, die der Klingenzylinder 11
trägt.
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Die Fig. 2 zeigt eine Spannvorrichtung für die Klinge 14
im Zylinder 11. In einen drehbar gelagerten, die Klinge
halternden Zylinder 11 ist ein Längsrichtung ein Schlitz
15 eingearbeitet. Die Klinge 14 ißt zwischen der Schiene
16 und einer Seitenwand 17 auf den Absatz 18 aufgesetzt.
Die Schneide 19 der Klinge befindet sich in einem
gegebenen Abstand über der Oberfläche des Zylinders 11, so
daß sie den Gegenzylinder 12 gerade berührt, falls
sämtliche Lagen durchtrennt werden sollen; alternativ
befindet sie sich genau in einer gewählten Höhe kurz vor dem
Gegenzylinder 12, falls sie nur einige der Lagen
durchtrennen soll.
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Bspw. kann es erwünscht sein, zwei Lagen 20, 20a
vollständig zu durchtrennen bzw. zu perforieren, nicht aber
eine dritte Lage 21, die unmittelbar auf dem
Gegenzylinder 12 aufliegt. Da Papier, Kunststoff, Tuchlagen od.
dergl. häufig 0,025 mm bis 0,127 mm (0.001 bis 0.005
inch) dick sind, ist einzusehen, daß die
Höheneinstellung der Klinge 14 sehr genau erfolgen muß. Die
Bewegungsstrecke und die Festigkeit der elastischen Auflage
30 werden so gewählt, daß eine für das zu durchtrennende
Material ausreichende Schnittkraft c ergibt. Für
Papierlagen von 0,051 mm bis 0,127 mm (0.002 bis 0.005 inch)
Dicke wird eine Schnittkraft von ca. 150 lbs. pro inch
Länge der Klinge 14 verwendet.
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Die Schiene 16 wird von Federn 28, die die Klinge
zwischen der Schlitzwand 17 und dem Teil 22 festspannen,
auf die Klinge 14 gedrückt. Diese Spannkraft ist
verhältnismäßig schwach und dient dazu, die Klinge
festzuhalten, wenn gerade nicht geschnitten wird. Beim
Schneiden bewirkt die Schnittkraft c auf der Klinge ein
Drehmoment T auf dem Teil 22, das die Klinge 14 weitaus
fester festspannt.
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Insbesondere verursacht die Schnittkraft C eine auf den
Absatz 18 radial einwärts wirkende Kraft, die das Teil
22 um den Punkt 29 schwenken will (Fig. 2). Dies bewirkt
eine Verschiebung der Auflage 30 nach rechts (in Fig.
2), um das Spiel 31 aufzunehmen; es entsteht so das
Moment T. In der Praxis ist ein geringes Spiel 31
erwünscht, um beim Klingentausch das Teil 22 ohne Klemmen
problemlos schwenken zu können.
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Die Erfindung findet Anwendung mit sowohl einer
elastischen als auch einer starren Auflage 30. Beim Stanzen
(vergl. Fig. 2) ist die Auflage 30 mit Vorteil starr, so
daß die Spitze 19 der Klinge 14 in einer vorbestimmten
Position bleibt. Dies gilt auch für das Schneiden, wo
die Spitze der Klinge 14 die Oberfläche der Gegen- bzw.
Amboßwalze 21 gerade berührt. Drückt hingegen die Klinge
mit Überstand auf den Gegenzylinder auf, wird dieser
Überstand von der elastischen Aufnahme 30 aufgenommen.
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Soll nur eine Lage 20 oder zwei Lagen 20, 20a, nicht
aber die Lage 21 durchtrennt werden, die unmittelbar auf
dem Gegenzylinder 12 aufliegt, wird die Klinge so hoch
eingestellt, daß sie nach Wunsch nur eine oder zwei
Lagen durchtrennt. Die Auflage 30 ist starr, so daß beim
eigentlichen Schneiden die Klinge 14 sich nur
vernachlässigbar weit nach unten bewegt; die Schneidkraft c hat
jedoch im wesentlichen die gleiche Größe und erzeugt das
Festspannmoment T, obgleich die Schiene 16 sich nur
vernachlässigbar bewegt.,
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Um eine präzise Einstellung zu erreichen, ist die
Schiene 16 erfindungsgemäß mit zwei Teilen 22, 23 ausgeführt,
die mit den Schrägen 24, 25 aneinanderliegen. Das
U-förmige Teil 22, das die Klinge 14 trägt, ist normalerweise
gegen eine Bewegung in der Längs- bzw. Axialrichtung des
Schlitzes 15 mit Drucklagerelementen festgelegt, nämlich
auf die Enden der Walzen 11 aufgesetzte Scheiben oder
andere aus dem Stand der Technik bekannte Mittel. Das
Teil 23 weist Einrichtungen zur Längsverschiebung im
Schlitz 15 auf, so daß die Höhe der Klinge 14 mittels
der Schrägen 24, 25 eingestellt werden kann.
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Die Einrichtung zur Anzeige der Auf- bzw.
Abwärtsverschiebung der Klinge 14 kann sehr einfach und genau
arbeitend ausgeführt werden, da eine große Bewegung des
Teils 23 relativ zum Teil 22 eine nur geringe Änderung
der Klingenhöhe bewirkt.
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Bspw. ist auf einem Teil 22 (vergl. Fig. 5) ein
Bezugsstrich 27 angebracht; entsprechende Skalenstriche 26 auf
dem Teil 23 zeigen eine zweckmäßige Änderung der
Klingenhöhe an - bspw. 0,025 mm (0.001 inch) bei
Verschiebung des Teils 23 um eine Skalenteilung an. Infolge des
Verhältnisses der Änderung der Klingenhöhe zur Bewegung
des Teils 22, wie es der Neigungswinkel der Schrägen 24,
25 bestimmt, ist der Abstand der Skalenstriche weitaus
größer als die Verschiebung. Es kann in bestimmten
Fällen von Vorteil sein, den Bezugs- bzw. Ablesestrich und
die Skalenstriche auf den Teilen 22, 23 zu vertauschen;
man erhält dann aber das gleiche Ergebnis und die
gleiche Anzeige.
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Die Fig. 6 zeigt eine für die Bedienungsperson an der
Maschine besonders vorteilhafte Anordnung mit einem
Zahnstangengetriebe. Es wird eine Ausführungsform eines
Schlüssels mit Quergriff verwendet. Der Schlüssel hat
einen Ritzel 33 sowie einen zylindrischen Schaft 35, wie
in Fig. 7 gezeigt. Zur Benutzung wird der Schlüssel
durch die Öffnung 34 im Teil 22 gesteckt, wobei der
Schaft 35 in die Öffnung 36 im Teil 23 einfährt und das
Ritzel 33 mit der Stangenzahnung 32 kämmt. Durch Drehen
des Ritzels 33 in der einen oder anderen Richtung wird
das Teil 23 relativ zum Teil 22 verschoben, so daß die
Klinge angehoben oder abgesenkt wird. Die
Höheneinstellung ist vorteilhaft beim normalen Schneiden und
Stanzen, wo der Schnitt durch alle Lagen erfolgt, so daß die
Nutzungsdauer der Klinge sich verlängert und ein glatter
und leiser Lauf gewährleistet ist. Die Einstellbarkeit
wird besonders vorteilhaft, wenn nur einige, aber nicht
alle der Lagen, die eine Schneidstation oder den
Einzugspalt gleichzeitig durchlaufen, durchtrennt werden
sollen.
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Für die meisten Fälle ist eine Auflage 30 bevorzugt, die
federelastisch ist und in der Tat eine Feder sein kann.
Die Auflage 30 lagert die Schiene so, daß ,die Schneide
19 der Klinge 14 einige wenige Tausendstel eines inch
über dem Schnittradius liegt, so daß die Klinge und die
Schiene beim eigentlichen Schnitt in den Schlitz
eingedrückt werden. Diese Bewegung der Schiene 14 komprimiert
die Auflage 30, wobei eine Kraft C entsteht, die
ausreicht, um das Schneidgut zu durchtrennen. Zusätzlich
erzeugt die Schneidkraft ein Moment T, das beim
eigentlichen Schnitt die Klinge 14 fest auf die Schlitzwand 17
drückt.
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Während desjenigen Teils des Umlaufs des
Klingenzylinders 11, in dem kein Schnitt erfolgt, tritt auch kein
Moment T auf, das die Klinge auf die Schlitzrand drückt;
damit die Klinge nicht aus dem Schlitz fallen kann, sind
die Federn 28 vorgesehen.
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Die, von den Federn 28 aufgebrachte Festspannkraft sollte
mäßig hoch sein, damit die Bedienungsperson zum Ein-
oder Ausbau der Klinge die Schiene problemlos
verschieben
kann. Eine zu hohe Federkraft kann die Schiene
verformen bzw. beschädigen, wenn man die Klinge mit Gewalt
freihebeln muß.
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In der bekannten Praxis wird die Klinge von der Schiene
durch die Reibung zwischen der angrenzenden Seitenwand
des Schlitzes und der Spannschiene fixiert. Diese
Haltekraft muß erheblich höhe sein als die radiale
Schneidkraft. Bei einer Klinge, Schlitzseitenwand und
Spannschiene aus Stahl sowie eine radialen Schneidkraft von
26,3 N (150 lbs.) pro Millimeter (inch) Klingenlänge,
beträgt die Spannkraft mindestens 35 N/mm (200 lbs./in.)
und ist in der Praxis weitaus höher, um die Klinge
ausreichend festzulegen.
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Die infolge der Dicke des Schnittguts und dem Überstand
der Schneide über den Schneidradius auf die Klinge
wirkende Umfangskraft beträgt etwa 1,75 N (10 lbs.) pro mm
(inch) Breite. Muß also nur diese Umfangskraft
aufgefangen werden, nicht eine zum festen Einspannen der Klinge
erforderliche Kraft, kann die Bedienungsperson der
Maschine zum Klingenwechsel die Schiene problemlos
manipulieren.
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Nach einem Verfahren zum Aus- und Einbauen von Klingen
kann man die Schiene 16 oben mit Öffnungen zum
Einstecken eines Splinttreibers oder dergl. versehen, mit dem
als Hebel die Bedienungsperson den Spalt öffnet, um die
Klinge zu lösen. Die Klingen lassen sich so weit
schneller austauschen als bei Verwendung der heute üblichen
spannschrauben.
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Damit die Klinge 14 in der Folge der Schnitte nicht den
Schlitz 15 entlang wandert, ist ein Bremselement in
einer aus einer Vielzahl von Formen vorgesehen, das sich
reibschlüssig an die Klinge anlegt. Bspw. kann eine
Reibfläche auf der Schiene sich an eine Seite der Klinge
14 anlegen. Die stark reibende Fläche enthält Teilchen,
die nur einen verhältnismäßig kleinen Bereich berühren
und scharf genug sind, daß sie unter der Einwirkung des
Moments in die Klinge eindringen. Um eine ausreichende
Nutzungsdauer zu gewährleisten, sind die Schneidklingen
gewöhnlich aus Stahl hergestellt und auf eine Härte von
Rockwell-B 40 bis etwa Rockwell-C 55 gehärtet.
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Die Reibfläche kann aus einem Schleifmaterial wie
Aluminiumoxid, Siliziumcarbind oder dergl. typischerweise in
einer Korngröße von 36 bis 240 bestehen. Mit Vorteil
lassen sich auch andere stark reibende Stoffe
verwenden - bspw. aus dem Plasma aufgebrachtes Wolframcarbid.
Mit gleichem Effekt kann eine Reibfläche auf der Wand 17
des Schlitzes vorgesehen sein.
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Im praktischen Einsatz wird die Erfindung im Feld mit
Zylindern eingesetzt, an denen sich die Reibfläche nur
mit Schwierigkeiten anbringen läßt. Obgleich die
Reibfläche sich weniger schwierig auf der Schiene anbringen
läßt, ist es zuweilen vorteilhaft, sie auf einem leicht
austauschbaren und kostengünstigen Element anzubringen.
In diesem Fall ist die Reibfläche auf einem Element
zwischen der Klinge 14 oder der Schiene 16 oder auf einem
Element zwischen der Klinge 14 und der Zylinderwandung
17 vorsehen. Ein besonders vorteilhaftes Element ist ein
solches aus etwa 0,25 mm (0.010 inch) dickem Federstahl,
das mit der oben erwähnten Reibfläche versehen ist und
gegenüberliegende, allgemein ebene Flächen besitzt. Der
Reibbelag kann auf beiden Seiten des Zwischenelements
vorliegen; in diesem Fall ist für das Zwischenelement
keine weitere Einrichtung zum Verhindern einer
Axialbewegung nötig. Weiterhin wird man mit Vorteil das
Zwischenelement
auf die angrenzende Zylinder- oder
Schienenfläche aufkleben. Der Belag kann auf nur einer Seite
des Zwischenelements vorliegen und das Element selbst
gegen eine Verschiebung in Axialrichtung durch übliche
Einrichtungen an den Enden des Schlitzes versehen sein -
bspw. aus dem Stand der Technik bekannte Druckscheiben
oder Schienenhalter, die so die Schiene oder andere
Halteeinrichtung für die Klinge begrenzen. Es ist
einzusehen, daß die Klingen typischerweise kürzer als der
Schlitz sind; daher die Notwendigkeit, eine axiale
Verschiebung zu verhindern.
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Wie bereits erwähnt, kann die Auflage 30 nicht nur
elastisch sein, oder auch in Form eine Feder vorliegen.
Bspw. wirkt eine Auflage 30 aus Polyurethan wie eine die
Schiene 16 beaufschlagende Feder. Die erforderliche
Federkraft liegt im Bereich von 17,5 N bis 88 N (100 lbs.
bis 500 lbs.) pro mm (inch) Klingenlänge. Die Klinge 14
ist dabei so gelagert, daß die Schneide 19 beim Berühren
des Gegenzylinders 12 gegen die Federkraft
abwärtsgedrückt wird. Dieser Abwärtshub sollte minimal sein, aber
ausreichen, um Fertigungstoleranzen in der Höhe der
Schneide, Änderungen des Mittenabstands infolge der
Erwärmung des Maschinengestells, Unrundheiten der Zylinder
usw. aufzunehmen. Eine zweckmäßige Größe für dieses Maß
ist ca. 0,254 mm (0.010 inch), wenn Papier und
Kunststoff von 0,051 mm bis 0,127 mm (0.002 inch bis 0.005
inch) Dicke geschnitten werden soll. Diese Größe kann
dem Forderungen des Einzelfalls entsprechend gewählt
werden.