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Diese Erfindung betrifft ein Umreifungswerkzeug jener
Art, die zum Anlegen eines Stahlbandes in einer gespannten
Schleife um eine Packung verwendet wird, welches das Band
durch eine Reihe von ineinandergreifenden Verbindungen
verbindet, die aus ineinandergreifenden Schultern bestehen,
die in die überlappenden Enden des Bandes von integrierten
Werkzeugstempeln gestanzt werden, um die Bandenden
verschlußlos zu verbinden. Diese Erfindung stellt eine
verbesserte Stempelkonstruktion bereit, welche die
Verschleißdauer des Stempels erhöht und die Trennung zwischen dem
Stempel und dem Band nach der Bildung der Schultern
erleichtert.
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Umreifungswerkzeuge einer allgemein verwendeten
Art sind so konstruiert, daß sie die überlappenden Enden
eines Stahlbandes, das von einer Vorratsspule abgezogen und
um eine Packung oder Last geschlungen wird, spannen, bevor
ineinandergreifende Schultern in die überlappenden Enden
eines Stahlbandes gestanzt werden, wobei dieses dann von
der Vorratsspule abgeschnitten wird. Wenn das Werkzeug die
verbundenen Bänder von dem Werkzeug löst, ist eine fest
gespannte Schleife mit solchen gestanzten,
ineinandergreifenden Schultern gebildet. Ein Umreifungswerkzeug der
obengenannten Art und mit einem Stempel gemäß dem einleitenden
Teil des beiliegenden Anspruchs 1 ist zum Beispiel in US-A
Patent Nr. 4,825,512 dargestellt.
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DE 1,225,543B offenbart ein Umreifungswerkzeug,
bei dem der Stempel quergewölbt ist. Die überlappenden
Stahlbandabschnitte werden während des Stanzvorganges in
die gewölbte Form gepreßt. Nach der Trennung von der
Stanzanordnung verflacht sich die Krümmung des Bandes, so daß
sich die ineinandergreifenden Schultern ausdehnen, wodurch
ein Lösen der beiden Bänder verhindert wird.
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Die meisten Umreifungswerkzeuge der obengenannten
Art werden elektrisch oder pneumatisch betrieben und haben
getrennte Motoren zum Zusammenspannen der Bänder
beziehungsweise zum Stanzen und Schneiden der Bänder, während
bei manuell betätigten Versionen eine Hebelbedienung zur
Ausführung derselben Funktionen benutzt wird. Für solche
Werkzeuge ist auch typisch, daß diese Werkzeuge in
verschiedenen Größen erhältlich sind, so daß sie zu
unterschiedlichen Breiten und
Dicken des Stahlbandes passen. Zum Beispiel ist es bei
Bändern der obengenannten Art üblich, daß sie eine Breite von
entweder 1/2 Inch, 5/8 Inch oder 3/4 Inch (12 mm, 15 mm, 18
mm) und entsprechende Banddicken von 0,015 Inch bis 0,025
Inch (0,38 mm bis 0,64 mm) aufweisen. In jüngster Zeit
bestehen Tendenzen zu viel breiteren Anwendungen für solche
Umreifungs- und Bindearbeiten, und daher müssen Bänder
verwendet werden, die dicker sind, nämlich 0,025 - 0,031 Inch
(0,64 bis 0,79 mm), um den Kräften größerer Lasten
standzuhalten.
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Wenn dickere Bänder erforderlich sind, ist es
kritisch, Umreifungswerkzeuge bereitzustellen, welche die
ineinandergreifenden Schultern vollständig bilden, um einen
kompletten Verschluß der Bänder zu garantieren; andernfalls
beeinträchtigt eine teilweise gestanzte Verbindung die
Integrität der verschlossenen Packung. Es wurde jedoch
entdeckt, daß bei den dickeren Bändern mehr Kraft pro
Quadratinch notwendig ist, um die Verbindungen durch beide Bänder
vollständig zu stanzen, und ein solcher Arbeitsgang hat
sich schädigend für die im Umreifungswerkzeug integrierten
Stempel ausgewirkt. Fig. 2 zeigt eine perspektivische
Ansicht von zwei Bändern, die von dem obengenannten
Umreifungswerkzeug gestanzt und verschlossen wurden. Wer mit
Stempel- und Matrizenarbeiten vertraut ist, kann
abschätzen, daß bei der Bildung kurzer Schultern 18, 20 der ineinandergreifenden
Verbindung 16 eine hochkonzentrierte
Stanzlast an den entsprechenden Stempeloberflächen auftritt,
welche die Schultern bilden. Des weiteren sind diese
Stanzkräfte über einem sehr kleinen Stempeloberflächenbereich
hochkonzentriert. Aufgrund der konzentrierten
Stempelbelastungen splittern die Stempeloberflächen ab, wodurch die
Bildung der ineinandergreifenden Schultern gefährdet ist.
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Ein weiteres Problem bei den dickeren Bändern ist
mit den höheren Spannungslasten verbunden, welche die
Bänder verriegeln, sobald die Verbindungen gestanzt und
freigegeben sind. Wie später offensichtlich wird, scheuern die
gestanzten Bandschultern aufgrund der höheren
Spannungslasten vertikal an entsprechenden Kanten der Stempel, was
schließlich ein Absplittern der Ecken der Stempelschultern
zur Folge hat.
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Gemäß dieser vorliegenden Erfindung wird ein
Stempel zur Verwendung mit einer Matrize in einem
Umreifungswerkzeug bereitgestellt, das übereinanderliegende
obere und untere Bandenden durch die Bildung einer Reihe in
Längsrichtung versetzter, ineinandergreifender Schultern
verbindet, die in jedes der Bandenden gestanzt sind, wobei
der Stempel durch eine ebene untere Wand, eine obere Wand,
eine erste und eine zweite Stirnwand, welche die obere und
untere Wand verbinden, und eine erste und eine zweite
Seitenwand, welche die obere Wand, die untere Wand und die
Stirnwände verbinden, definiert ist, wobei die Verbindung
zwischen der oberen Wand und den Seitenwänden eine erste
bzw. zweite obere Kante begrenzt, und wobei an jeder der
Seitenwände mehrere entgegengesetzte und gleiche Erhebungen
abstehen und sich zwischen der oberen und der unteren Wand
erstrecken, wobei in Verwendung diese Erhebungen die
ineinandergreifenden Schultern in den Bandsegmenten bilden,
wobei jede der Erhebungen durch mindestens eine kurze Wand
und mindestens eine lange Wand gebildet ist, wobei die
kurze Wand in einem im wesentlichen spitzen Winkel in bezug
auf eine Längsrichtung angeordnet ist, wobei die lange Wand
im wesentlichen parallel zu der Seitenwand angeordnet ist,
wobei die lange Wand und die kurze Wand einen im
wesentlichen Z-förmigen Schlitz in den Bandsegmenten bilden, wenn
der Stempel mit der Matrize zusammenwirkt, dadurch
gekennzeichnet, daß die obere Wand entlang der kurzen Wand jeder
der Erhebungen mit einer Abschrägung ausgebildet ist, die
sich in eine Abwärtsrichtung zu der oberen Kante erstreckt,
um eine erweiterte obere Kantenfläche bereitzustellen, die
nicht zum Splittern neigt, wenn der Stempel die
ineinandergreifenden Schultern bildet.
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Die ausgesparten Schultern verhindern
hochkonzentrierte Drucklasten an den Stempeln, indem diese Lasten
über eine breitere Oberfläche verteilt werden. Des weiteren
verringern die ausgesparten Schultern das Ausmaß der
scheuernden Wirkung, die entlang den Stempelkanten und -ecken
auftritt, wenn die ineinandergreifenden Verbindungen von
dem Stempel entfernt werden.
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Besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nun mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, von welchen:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines
Umreifungswerkzeuges ist, welche die relative Position beider
Bänder in bezug auf die Stempel zeigt, die zur Bildung
einer verschlußlosen Verbindung in diesen verwendet werden;
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist,
welche die verschlußlosen Verbindungen zeigt, die von der
Umreifungsmaschine von Fig. 1 gestanzt werden;
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Fig. 3 eine Draufsicht auf zwei
übereinanderliegende Bänder ist, welche die Z-förmige Gestaltung der
ineinandergreifenden Schultern zeigt, welche die Verbindung
bilden;
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Fig. 4 ein Längsschnitt entlang der Linie IV-
IV von Fig. 3 ist, wobei sich jedes Band in der
verriegelten Position befindet;
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Fig. 5 ein Querschnitt durch eine vereinfachte
Stempel- und Matrizenanordnung ist, welche die
Konzentration von Stanzkräften an den äußeren Stempelkanten zeigt;
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Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Stempel nach
dem Stand der Technik ist, der in dem Umreifungswerkzeug
von Fig. 1 zur Bildung der Z-förmigen ineinandergreifenden
Schultern verwendet wird;
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Fig. 7 eine Seitenansicht des in Fig. 6
dargestellten Stempels ist;
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Fig. 8 eine teilweise Seitenansicht im
Querschnitt einer vereinfachten Stempel- und Matrizenanordnung
nach dem Stand der Technik ist, welche zeigt, daß die
äußeren Stempelkanten beim Lösen der Bandspannung einer
scheuernden Wirkung ausgesetzt sind;
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Fig. 9 eine Draufsicht auf den Stempel der
vorliegenden Erfindung ist, welche die ausgesparten
Stempelkanten an den Schultern des Stempels zeigt, welche die
ineinandergreifenden Z-förmigen Schlitze bilden;
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Fig. 10 eine fragmentierte Schnittansicht einer
der ausgesparten Kanten ist, die in Fig. 9 dargestellt
sind;
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Fig. 11 eine Endschnittansicht einer
vereinfachten Stempel- und Matrizenanordnung der vorliegenden
Erfindung ist, welche den Bandschneidebeginn an den
stärkeren, inneren Ecken des Stempels zeigt; und
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Fig. 12 eine teilweise Seitenansicht ist, die
den weniger spitzen Scheuerwinkel nach der Lösung der
Bandspannung zeigt.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein
Umreifungswerkzeug oder eine Umreifungsmaschine 5 der obengenannten
Art gezeigt, in welche zwei Enden eines Stahlbandes
eingesetzt sind, die miteinander zu verbinden sind. Das
Umreifungswerkzeug 5 wird dazu verwendet, das Stahlband 12 in
einer gespannten Schleife um eine Packung 10 zu legen,
indem die beiden Bandenden durch mehrere ineinandergreifende
Verbindungen 16 verbunden werden, wie am besten aus Fig. 2
ersichtlich ist. Eine Anordnung von Matrize (nicht
dargestellt) und Stempel 50 im Boden des Umreifungswerkzeuges 5
ist Teil eines Mechanismus zur Einführung des überlappten
Endes 32 in das Werkzeug, bevor die übereinanderliegenden
Bandenden mechanisch durch einen oder zwei interne Motoren
(nicht dargestellt) gespannt werden. Der zweite Motor
steuert den Betrieb der Stempel- und Matrizenanordnung, so daß
die überlappenden Enden gehalten und gleichzeitig eine
Reihe von miteinander verriegelbaren Schultern in jedem Band
gestanzt werden. Sobald der Stanzvorgang beendet ist, sind
die überlappenden Bänder nun verschlußlos verbunden und
werden von dem Werkzeug 5 freigegeben.
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Mit Bezugnahme nun auf Fig. 2 ist erkennbar, daß
das Band 12 nun unmittelbar in dem Bandbereich, der dem
Stanzvorgang unterzogen wurde, wellenförmig aussieht;
dieses Aussehen ist das Ergebnis des Zusammenwirkens von Stempel
und Matrize und hat in dem Arbeitsgang zur Verriegelung
der Bänder eine funktionelle Bedeutung, wie bald deutlicher
wird.
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In Übereinstimmung mit der bekannten Praxis
umfaßt die verschlußlose Bandverbindung sechs entsprechende
Verbindungen 16, die in seitlich nebeneinanderliegenden
Paaren angeordnet sind, so daß zwei Längsreihen entstehen.
Bei Betrachtung von Fig. 3 ist erkennbar, daß jede
Verbindung 16 durch einen ähnlichen Z-förmigen Schlitz 22
definiert ist, der in dem oberen Bandende 12 und dem unteren
Bandende 14 ausgebildet ist, wobei ein Teil der Z-Form
während des Stanzvorganges nach unten geformt wird, so daß das
in Fig. 2 erkennbare wellenförmige Aussehen entsteht. Jede
Verbindung 16 umfaßt eine kurze Schulter 18 und eine lange
Schulter 20. Es sei bemerkt, daß die Bezugszeichen 18 und
20 Schultern der Verbindung bezeichnen, die in dem oberen
Bandende 12 ausgebildet sind, während die Bezugszeichen 24
und 26 die kurzen und langen Schultern der Verbindung
bezeichnen, die in dem unteren Bandende 14 ausgebildet sind.
Die oben beschriebenen Schultern an jedem Bandsegment sind
zur gegenseitigen Verriegelung ausgebildet, wenn die
Segmente unter Spannung von dem Werkzeug 5 gelöst werden,
wodurch die Enden 12 und 14 in bezug zueinander in
Längsrichtung verschoben werden, so daß die Z-förmigen Verbindungen
16 miteinander zur Bildung der verschlußlosen Verbindung
verriegeln. Fig. 4 zeigt einen in Längsrichtung
verschobenen Satz von Bandenden 12, 14, wobei Verbindungen 16
"verriegelt" dargestellt sind. Das wellenförmige Profil in den
verbundenen Bändern (Fig. 2) trägt dazu bei, die
Verriegelung der Schultern zu unterstützen und aufrechtzuerhalten.
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Fig. 6 ist absichtlich unter Fig. 4 dargestellt,
so daß eine allgemeine Beziehung zwischen den
Stempeloberflächen und den Z-förmigen Schlitzen hergestellt werden
kann, wie auch mit dem wellenförmigen Profil, das nach dem
Stanzen in den Bändern verbleibt. Fig. 7 ist eine
Seitenansicht des Stempels von Fig. 5, und es ist erkennbar, daß
der Stempel 50 eine im wesentlichen ebene Bodenfläche 60
zur Befestigung an einer Maschine 5 durch Führungsstifte
und Schrauben (nicht dargestellt) aufweist, die jeweils mit
Durchgangsbohrungen 65 und Gewindelöchern 67
zusammenwirken; diese Löcher verlaufen von der Bodenwand 60 zu der
oberen Oberfläche 52. Die obere Wand 52 ist durch eine
Reihe bogenförmiger, miteinander verbundener Segmente 53
definiert, die auch mit Seitenwänden 62 und Stirnwänden 64 in
Verbindung stehen. An den Seitenwänden sind jeweils
entgegengesetzte Erhebungen ausgebildet, die durch eine lange
Wand 58 und eine kurze Wand 56 definiert sind. Die langen
und kurzen Wände begrenzen auch entsprechende lange und
kurze obere Kantenflächen 57, 55, wo die obere Wand 52 mit
den Seitenwänden 62 verbunden ist. Wenn der Stempel 50 und
die Matrize (nicht dargestellt) zusammenwirken, ist
offensichtlich, daß die übereinanderliegenden Bandenden 12, 14
gestanzt werden, so daß sie nach unten gegen die obere
Oberfläche 52 und demnach gegen die kurzen und langen
Kanten 55, 57 der kurzen bzw. langen Wände 56, 58 des Stempels
vorgeschoben werden. Wenn sie vollständig gegen die obere
Stempeloberfläche 52 gepreßt sind, schneidet jede kurze und
lange Kante 55, 57 des Stempels den Z-förmigen Schlitz
gleichzeitig in jedes der oberen und unteren Bandenden 12,
14. Wenn aber, wie zuvor offenbart wurde, die Banddicken
erhöht werden, werden die Druckkräfte erheblich, die
erforderlich sind, um jedes Band in einen Z-förmigen Schlitz zu
schneiden. Wie Fig. 5 zeigt, tritt eine hochkonzentrierte
Drucklast an den äußeren Ecken auf. Insbesondere erfahren
die Kanten 55 und 57 extreme linienbelastete Druckkräfte,
insbesondere entlang der relativ kürzeren Kanten 55,
wodurch sie nach einer relativ kurzen Verwendungsperiode absplittern.
Die abgesplitterten Kanten gefährden vollkommen
die Integrität der verschlußlosen Verbindungen.
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In diesem Zusammenhang wurde auch entdeckt, daß
selbst wenn die Stempel durch das Stanzen nicht
absplittern, es dennoch schwierig ist, die Bänder nach
Durchführung des Stanzens von dem Stempel zu trennen oder zu lösen;
dieser Zustand tritt vorwiegend auf, wenn die Banddicke
zwischen 0,025 und 0,031 Inch (0,64 und 0,79 mm) liegt. Im
Laufe der Zeit hat sich auch gezeigt, daß die
Abtrennungsprobleme auch zum Absplittern der Kanten 55 und 57 führen,
insbesondere an den Ecken, die mit dem Buchstaben C
bezeichnet sind, wo die beiden Kanten aufeinandertreffen. Bei
Betrachtung von Fig. 8 ist erkennbar, daß, wenn das
gestanzte Band von dem Stempel 50 durch eine Hebevorrichtung
in der Umreifungsmaschine 5 nach oben und weggeschoben
wird, die Kante des soeben geschnittenen Bandes aufgrund
der hohen Zugkraft (bis zu 2000 lbs oder 1000 kg), die auf
jedes Band wirkt, stark an dem Stempel an den äußeren Ecken
scheuert, was zu einem Absplittern und Abblättern an den
90º Ecken C führt.
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Zur Lösung der zuvor beschriebenen
Schwierigkeiten wurde ein Stempel 50 mit ausgesparten Ecken C1
bereitgestellt, die durch ausgesparte oder aufgeweitete kurze und
lange Kanten 55' oder 57' an jeder der Wände 56 und 58
begrenzt sind, die in Fig. 6 dargestellt und am besten bei
Betrachtung von Fig. 9 und 10 erkennbar sind. Bei einem
Vergleich des Stempels der vorliegenden Erfindung (Fig. 9)
mit dem Stempel nach dem Stand der Technik (Fig. 6), der
absplittert, ist erkennbar, daß die kurzen Kanten 55' und
ein Teil der langen Kanten 57' nun eine viel weitere
Kantenoberfläche aufweisen. Auf diese Weite werden die
extremen Druckstanzkräfte nicht mehr länger nur entlang der
einzelnen Außenkante des Stempels konzentriert. Vielmehr werden
sie nun entlang einem viel größeren
Kantenoberflächenbereich verteilt, und wie Fig. 11 zeigt, beginnt das.
Schneiden der Schlitze eigentlich an den inneren Ecken D'
des Stempels, wo stärkere und größere Kantenoberflächen
liegen. Die Aussparung dieser Oberflächen beseitigt somit
die Probleme des Absplittern, die nur durch das Stanzen
verursacht werden. Wenn die Kanten ausgespart sind, wird
des weiteren, wie Fig. 12 zeigt, ein weniger spitzer Winkel
(kleiner als 90º) an dem Stempel gebildet, der auch in
günstiger Weise die Abblätterungs- und Absplitterungsprobleme
beseitigt, die nur mit den Bandspannkräften während der
Bandfreigabe zusammenhängen. Wie Fig. 10 zeigt, ist
bevorzugt, diese Aussparung in einem Winkel 8 von bis zu 10º und
mit in einer Tiefe X von etwa 0,015 Inch (0,38 mm)
vorzusehen. Auf diese Weise werden die Stanzkräfte nun über den
weiteren Oberflächenkantenbereich W verteilt, ohne die
Fähigkeit des Stempels 50 zur korrekten Bildung der Z-
förmigen Schlitze zu beeinträchtigen, welche schließlich
jede Verbindung 16 bilden. Es sei hervorgehoben, daß der
ausgesparte Oberflächenkantenbereich W kleiner wird, wenn
der Winkel größer als 10º ist.