DE9211522U1 - Vorrichtung zum Stanzen von bewegtem bahnförmigem Material - Google Patents

Description

DIPL.-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEt DJPU-ING. PETER SOBISCH

PATENTANWÄLTE" ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Patentanwälte Rose, Kosel & Sobisch Postfach 129, D-3353 Bad Gandersheim 1

Odastrasse 4a Postfach 129

D-3353 Bad Gandersheim 1 Germany

Telefon (05382)4038 Telex957422siedpd Telefax (053 82) 40 30 Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim

IhrZebherVYourref.

UnserZeichen/Ourref. 2904/44

Datum/Date

02. September 1992

C. Behrens AG

01

BESCHREIBUNG

Vorrichtung zum Stanzen von bewegtem bahnförmigem Material

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen dienen zum Anbringen von Stanz-, Schnitt-, Perforations- oder auch Prägebildern auf durch eine Bearbeitungsstation hindurch bewegtem bahnförmigem bzw. folienartigem Material, welches beispielsweise Verpackungszwecken dient. Es kann sich bei den Stanz- oder Perforationsbildern beispielsweise um Aufreißlaschen der Verpackung handeln, welche deren Handhabung, insbesondere die Entnahme des in dieser aufgenommenen Gutes erleichtern sollen.

Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, das bahnförmige Material durch eine Bearbeitungsstation bzw. eine Stanzvorrichtung gleichförmig hindurchzufuhren, wobei nach

-2-PS/K

Bankkonto: NORD/LB, NL Bad Gandersheim (BLZ 250 500 00\ Kto.-Nr. 22 1'. C 370 ■ Pcstgirckonto: Postgiroamt Hannover (BLZ 250 100 30), Kto.-Nr. 66715-307

Ol Maßgabe von mittels einer Leseeinrichtung erfaßten, den Taktabstand zwischen zwei Werkzeugeingriffen definierenden, an dem Material angebrachten Markierungselementen die Bearbeitungsstation gesteuert wird. Die Bearbeitungsstation ist durch ein rotierendes, auf einer Welle bzw. Walze angebrachtes Stanzwerkzeug gekennzeichnet, welches über mechanische Kupplungs- und Bremseinrichtungen, die mit der Leseeinrichtung in Verbindung stehen, bestätigt wird. Wesensmerkmal der Arbeitsweise dieser Bearbeitungsstation ist somit ein taktweises, nach Maßgabe des Abstands der anzubringenden Stanzbilder erfolgendes Ein- und Ausschalten der genannten Kupplungs- und Bremseinrichtungen. Zu diesem Zweck ist eine Synchronisation der Arbeitsbewegung des Stanzwerkzeugs mit den, den Vorschub des Materials steuernden Motoren erforderlich, um das Stanzbild stets an definierter Stelle auf dem bahnförmigen Material anzubringen. Das Konzept einer derartigen Stanzvorrichtung führt zu einwandfreien Arbeitsergebnissen, solange die Materialbahngeschwindigkeit nicht zu hoch ausfällt. Denn eine Erhöhung der Materialbahngeschwindigkeit zwecks Erhöhung der Maschinenausnutzung stößt an Grenzen, die durch die thermische Belastbarkeit der Kupplungs- und Bremseinrichtungen sowie der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Motoren einerseits und die Schaltpunktgenauigkeit andererseits bestimmt werden. Eine Verschlechterung der Schaltpunktgenauigkeit führt naturgemäß zu einer Erhöhung der Streuung der Positionen der einzelnen Stanzbilder.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs dargelegten Art dahingehend auszugestalten, daß gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik eine wesentliche Erhöhung der Materialbahngeschwindigkeit erreichbar ist, und zwar bei geringstmöglicher Stanzpositionsstreuung. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer solchen

-3-

Ol Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Ausgangspunkt der Erfindung ist eine gleichförmige, d.h. mit konstanter Geschwindigkeit durch eine ortsfest angeordnete Stanzvorrichtung hindurch erfolgende Führung des bahnförmigen Materials, wobei ein rotierendes, z.B. im Umfangsbereich einer Walze angebrachtes Stanz- bzw. Schneidwerkzeug vorgesehen ist. Es können grundsätzlich auch mehrere Werkzeuge im Umfangsbereich vorgesehen sein. Die Achse der Walze erstreckt sich parallel zur Ebene des bahnförmigen Materials und senkrecht zu deren Vorschubrichtung. Wesentlich ist, daß die Drehzahl der während des Betriebes ständig umlaufenden Walze stets derart gesteuert wird, daß in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Taktabstand zwischen zwei Werkzeugeingriffen im Zeitintervall des Werkzeugeingriffs deren Umfangsgeschwindigkeit mit der Lineargeschwindigkeit des bahnförmigen Materials weitestgehend übereinstimmt. Während des Eingriffs wird die Bewegung des bahnförmigen Materials in Vorschubrichtung somit überhaupt nicht beeinträchtigt. Der Taktabstand wird in an sich bekannter Weise durch Markierungselemente vorgegeben, die auf dem bahnförmigen Material, z.B. in dessen Randbereich angebracht sind und mit einer ortsfest angeordneten Leseeinrichtung zusammenwirken. Über den Taktabstand werden in Verbindung mit Informationen betreffend den augenblicklichen Drehwinkel der das Werkzeug tragenden Walze sowie der Lineargeschwindigkeit des bahnförmigen Materials die Steuerungsparameter für einen, die Werkzeugwalze antreibenden Servomotor ermittelt, so daß der Werkzeugeingriff stets bei definierten Positionen des Materials folgt. Dies setzt naturgemäß voraus, daß der das Werkzeug antreibende Servomotor drehwinkelgetreu steuerbar ist und demzufolge - über einen Arbeitstakt gesehen - eine ungleichförmige

-4-

-H-

Ol Geschwindigkeit aufweist. Aufgrund des Entfallens von mechanisch arbeitenden Kupplungs- und Bremseinrichtungen sowie des weitestgehend stationären Betriebes der Vorrichtung treten im Bereich der das Werkzeug tragenden Walze lediglich Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge auf, niemals jedoch ein Stillstand während des Betriebes, so daß im Ergebnis im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich höhere Stanzraten bei gleichzeitig hoher Positionsgenauigkeit der anzubringenden Stanzbil der erzielbar sind.

Die Merkmale des Anspruchs 2 sind auf die Führung des bahnförmigen Materials in der Stanzvorrichtung gerichtet. Wesentlich ist, daß der Werkzeugwalze eine Gegenwalze gegenüberliegt, wobei das bahnförmige Material durch den, zwischen der Gegenwalze und der Werkzeugwalze bestehenden Spalt hindurchgeführt wird. Die Gegenwalze kann Führungsfunktionen erfüllen. Sie bildet jedoch gleichzeitig auch ein Gegenelement für den Schneidoder Stanzvorgang. Um eine möglichst schonende Behand- lung des bahnförmigen Materials zu erreichen, kann die Gegenwalze drehzahlsynchron mit der Werkzeugwalze angetrieben sein, welches z.B. über ein zwischen beiden Walzen angeordnetes Getriebe erreichbar ist. Es kann die Gegenwalze jedoch auch dahingehend angetrieben sein, daß deren Umfangsgeschwindigkeit mit der Lineargeschwindigkeit des bahnförmigen Materials übereinstimmt.

Eingangsgrößen für den, die Drehzahlsteuerung des der Werkzeugwalze zugeordneten Servomotors bewirkenden Rechners sind den Weg und die Geschwindigkeit des bahnförmigen Materials, den Drehwinkel und die Drehgeschwin digkeit der Werkzeugwalze betreffende Informationen sowie der über die Markierungselemente vorgesehene Arbeitstakt, über welchen die Zeitbasis für die Aus-

-5-

-o-

Steuerung des Servomotors gebildet wird. Der Abstand zwischen zwei Markierungslementen, das Rastermaß kann dem Rechner manuell eingegeben werden. Es ist jedoch gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 ebenfalls möglich, den Abstand zwischen zwei Markierungselementen meßtechnisch zu erfassen und zu Steuerungszwecken automatisch umzusetzen.

Weitere, dem Rechner einzugebende Informationen betreffen lediglich noch die Werkzeuglänge.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Pfeil II der Fig. 1;

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Steuerung der Geschwindigkeit der, das Werkzeug tragende Walze relativ zur Geschwindigkeit des bahnförmigen Materials.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 ein bahnförmiges Material bezeichnet, welches in Richtung des Pfeiles 2 gleichförmig bzw. mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. Diese Bewegung wird in an sich bekannter Weise erzeugt und es ist auf eine Darstellung entsprechender Vorrichtungs- bzw. Anlagenteile verzichtet worden. Es kann sich bei dem bahnförmigen Material beispielsweise um Folien für Verpackungszwecke handeln.

Mit 3 sind untereinander vorzugsweise gleiche Druckbil-

-6-

Older bezeichnet, die auf der Oberseite des Materials 1 in vorzugsweise gleichmäßiger Folge angebracht sind. Dies Druckbilder 3 sind an einer vorgegebenen Stelle mit einem Stanzbild bzw. einer Schnittkontur 4 zu versehen,

05welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Gestalt eines C aufweist. Praktisch kann es sich bei diesen Schnittkonturen um öffnungslaschen, jedoch auch Aufreißlaschen mit Solltrennstellen handeln, die den Gebrauch der Packung bzw. die Entnahme des Packungsgutes erleich-

lOtern sollen.

Das bahnförmige Material ist darüber hinaus in gleichmäßiger Folge entlang eines Randes mit Markierungselementen 5 bzw. Passern versehen, über welche in noch zu erläuternder Weise in Verbindung mit der Bewegung des Materials 1 in Richtung der Pfeile 2 eine Zeitbasis für die Steuerung eines rotierenden Stanzwerkzeugs gebildet wird. Praktisch kann es sich bei diesen Markierungselementen 5 um Lochungen im Randbereich des Materials 1, jedoch auch um reflektierende Flächenelemente oder um in sonstiger Weise maschinenlesbare Markierungen handeln.

Mit 6 ist ein Rahmengestell bezeichnet, durch welches das bahnförmige Material 1 hindurchgeführt ist und welches unter anderem der Aufnahme einer, ein Werkzeug tragenden Walze 8 dient. Die Walze 8 findet sich in dem gezeigten Beispiel oberhalb des bahnförmigen Materials - sie kann sich grundsätzlich jedoch auch unterhalb desselben befinden. Vertikal unterhalb der Walze 8 ist in dem Rahmengestell 6 eine achsparallele, vorzugsweise glatt ausgebildete Gegenwalze 9 gelagert, die mit der Walze 8 einen Spalt bildet, durch welchen das bahnförmige Material 1 hindurchgeführt ist.

Das Werkzeug 7 ist im Umfangsbereich der Walze 8 ange-

-7-

Ol bracht und es ist der genannte Spalt in Abhängigkeit von den radialen Abmessungen des Werkzeugs sowie dessen Schnittiefe dahingehend bemessen, daß durch Drehung der Walze 8 das Werkzeug 7 mit dem Material 1 zwecks Durchführung eines Stanz- oder Schnittvorgangs in Eingriff bringbar ist, daß hingegen die Bewegung des Materials 1 durch den Spalt im übrigen hindurch behinderungsfrei erfolgt.

Mit 10 ist ein Servomotor bezeichnet, welcher dem Antrieb der Walze 8 dient und über einen zwischengeordneten Verstärker 11 mittels eines Rechners 12 steuerbar ist. Wesentlich ist insoweit, daß - wie im folgenden noch näher zu erläutern sein wird - die Drehzahl des Servomotors 10 drehwinkelgenau nach einem vorgebbaren Programm steuerbar ist.

Mit 13 ist ein Geber für den Drehwinkel und die Drehzahl bezeichnet, über welchen die Drehbewegung in der Walze erfaßt und dem Rechner 12 übertragen wird.

Mit 14 ist eine Leseeinrichtung bezeichnet, die zum Zusammenwirken mit den Markierungselementen 5 bestimmt und ausgestaltet ist und ebenfalls mit dem Rechner 12 in Verbindung steht. Das Signal der Leseeinrichtung 14 beinhaltet Informationen betreffend den zeitlichen und örtlichen Abstand zwischen zwei Werkzeugeingriffen und dient der Bildung einer Zeitbasis für die Steuerung der Walze 8 und damit des Werkzeugs 7 in Abhängigkeit von der Bewegung des bahnförmigen Materials. Es dient somit der Synchronisation der Drehbewegung der das Werkzeug tragenden Walze 8 und der Linearbewegung des bahnförmigen Materials 1 mit dem Ziel, reproduzierbare, eine geringstmögliche Streuung aufweisende Werkzeugeingriffspositionen zu erzielen.

-8-

-S-

Ol Mit 15 ist ein Geber für den Weg und die Geschwindigkeit des bahnförmigen Materials bezeichnet, der mit dem Rechner 12 in Verbindung steht und dessen Signal Informationen über die Bewegung des Materials 1 enthält.

Die Steuerung der Walze 8 erfolgt nunmehr derart, daß im Moment des Werkzeugeingriffs und während desselben die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 8 und insbesondere des Werkzeugs 7 der Lineargeschwindigkeit des Materials 1 entspricht. Dies bedeutet, daß während des Werkzeugeingriffs bzw. als Folge desselben das Material 1 in Richtung des Pfeiles 2 weder beschleunigt noch verzögert wird. Dies bedeutet ferner, daß die Umdrehung der Walze 8 in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Materials 1 sowie den, durch die Markierungslemente 5 vorgegebenen Taktabständen dahingehend gesteuert werden muß, daß trotz gleichförmiger Geschwindigkeit des Materials 1 der Werkzeugeingriff stets an derselben Stelle innerhalb des Druckbildes 4 erfolgt.

Die durch den Rechner 12 zur Steuerung des Servomotors 10 erforderlichen Informationen betreffen zum einen den Weg und die Geschwindigkeit des Materials I₁ den Drehwinkel und die Drehzahl der Walze 8 sowie den Beginn eines Arbeitstaktes, welcher über die Markierungselemente 5 signalisiert wird. Hinzutreten lediglich als weitere Parameter die Werkzeuglänge sowie das Rastermaß, nämlich der Abstand der Markierungselemente 5 in Richtung des Pfeiles 2. So kann aus dem, über ein Markierungselement 5 signalisierten Beginn eines Arbeitstaktes, dem Rastermaß und der Geschwindigkeit des bahnförmigen Materials ausgehend von einer augenblicklichen Drehwinkellage der Walze 8 diese dahingehend beschleunigt oder verzögert werden, daß das Werkzeug 7 an der vorgegebenen Stelle

-9-

Ol mit dem Druckbild 4 in Eingriff tritt.

Zur Erläuterung des Steuerungsvorgangs wird im folgenden noch ergänzend auf die Fig. 3 Bezug genommen.

In der Grafik gemäß Fig. 3 ist auf der Ordinate die Geschwindigkeit &ngr; und auf der Abszisse die Zeit t abgebildet. Es wird von einer konstanten Geschwindigkeit des bahnförmigen Materials 1 ausgegangen, welches durch die zur Abszisse parallel verlaufende Linie 16 angedeutet ist. In der Steuerung der Drehzahl der Walze 8 ist nunmehr ein sogenanntes Beschleunigungsfenster 17 vorgesehen, innerhalb welchem die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 8 bis zur Bahngeschwindigkeit 16 des Materials 1 entweder beschleunigt oder verzögert wird, wobei während eines Zeitintervalls 18, in welches der untere Totpunkt der Werkzeugbewegung fällt, Geschwindigkeitsgleichheit zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Walze 8 einerseits sowie der Lineargeschwindigkeit des bahnförmigen Materials andererseits besteht. Die Kurven 19, 20 beschreiben in diesem Zusammenhang gleichförmige Geschwindigkeiten der Walze 8, die größer oder kleiner als die Bahngeschwindigkeit 16 ausfallen, so daß demzufolge innerhalb des Beschleunigungsfensters 17 eine Verzögerung bzw. Beschleunigung bis zu der bezeichneten Geschwindigkeitsgleichheit erfolgen muß, wobei nach erfolgtem Werkzeugeingriff die Beschleunigung oder Verzögerung der Walze 8 in Abhängigkeit vom Arbeitstakt ausgesteuert wird, so daß sich nach Maßgabe des über die Markierungselemente 5 vorgegebenen Arbeitstaktes ein periodischer Verlauf der Umfangsgeschwindigkeit der Walze 8 ergibt.

Eine Steuerung der Walze 8 im Sinne einer Beschleunigung oder Verzögerung gegenüber einer gegebenen Umfangsgeschwindigkeit erfolgt lediglich innerhalb des Beschleunigungsfensters 17.

-10-

-&iacgr;&udiagr;-

Ol Die über den Geber 15 erfaßte Lineargeschwindigkeit dient in diesem Zusammenhang als Führungsgröße für die Drehzahlsteuerung des Servomotors 10. Die "öffnung" und "Schließung" des Beschleunigungsfensters 17, d.h. die Auslösung der innerhalb desselben ablaufenden Steuerungsvorgänge erfolgt periodisch nach Maßgabe der über die Leseeinrichtung 14 vorgegebenen Signale, wobei die zur Verfügung stehende Zeitspanne von dem Taktabstand, nämlich dem räumlichen Abstand der Markierungsselemente 5, der Lineargeschwindigkeit des Materials 1 und dem Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsvermögen des Servomotors 10 abhängt. Die Grafik offenbart konstante Beschleunigungen und Verzögerungen und damit lineare Geschwindigkeitsänderungen. Dies ist jedoch nicht zwingend und es können zur Beschleunigung oder Verzögerung zwischen zwei Geschwindigkeitswerten auch andere Geschwindigkeitsänderungen programmiert werden.

Die Umfangsgeschwindigkeiten außerhalb des Beschleunigungsfensters 17 werden nach dem Abstand der Markierungselemente sowie der Lineargeschwindigkeit des Materials bemessen.

Man erkennt, daß aufgrund der meßtechnischen Erfassung von Informationen betreffend die Bewegung der Malze und des bahnförmigen Materials in Verbindung mit dem durch die Markierungselemente vorgegebenen Taktabstand eine automatische Anpassung an wechselnde Geschwindigkeiten des bahnförmigen Materials ebenso möglich ist wie an variierende Taktabstände. Das letztere definierende Rastermaß kann zwar grundsätzlich manuell eingegeben werden - eine automatische Erkennung ist jedoch ebenfalls möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt hohe Bahngeschwindigkeiten und einen flexiblen, insbesondere

-11-

Ol auch Anpassungen an unterschiedliche Werkzeuglängen und Arten ermöglichenden Betrieb.

Claims (1)

1. DIPL.-ING. HORST RUSE DIPL-ING. PETER KOSB, DIPL-ING. PETER SOBISCH

   PATENTANWÄLTE ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

   Patentanwälte Rose, Kosel & Sobisch Postfach 129, D-3353 Bad Gandersheim 1

   Odastrasse 4a

   Postfach 129

   D-3353 Bad Gandersheim 1 Germany

   Telefon (05382)4038 Telex957422siedpd Telefax (053 82) 40 30 Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim

   IhrZeichen/Yourref.

   UnserZeichen/Ourref.
   2904/44

   Datum/Date

   02. September 1992

   C. Behrens AG

   01

   ANSPRÜCHE

   1. Vorrichtung zum Schneiden bzw. Stanzen von bewegtem, bahnförmigem Material (1), mit wenigstens einem, an definierter Stelle mit dem Material (1) in Eingriff gelangenden Werkzeug (7) und einer Leseeinrichtung (14) zur maschinellen Erfassung von an dem Material angebrachten, den Taktabstand zwischen zwei Werkzeugeingriffen definierenden Markierungselementen (15) , gekennzeichnet durch

   - eine, im Umfangsbereich das wenigstens eine, während des Betriebs ständig umlaufende Werkzeug (7) tragende, in einem Rahmengestell (6) gelagerte, über einen Servomotor (10) drehwinkelabhängig antreibbare Walze (8) ,

   - einen Geber (13) für den Drehwinkel sowie die Drehzahl der Walze (8),

   - einen Geber (15) für den Weg und die Geschwindigkeit

   -2-PS/K

   Bankkonto: NORD/LB, NL Bad Gandersheim (BLZ 250 500 00), Ktc.-Nr. '/2 113 970 · Postgirokonto: Postgiroamt Hannover (BLZ 250100 30), Kto.-Nr. 66715-307

   Ol des Materials (1) und

   - einen Rechner (12), der mit den Gebern (13,15), der Leseeinrichtung (14) und dem Servomotor (10) in Verbindung steht sowie nach Maßgabe des Taktabstands zur Steuerung der Drehzahl der Walze (8) dahingehend bestimmt und ausgestaltet ist, daß im Zeitintervall des Werkzeugeingriffs die Geschwindigkeiten des Materials (1) und des Werkzeugs (7) einander im wesentlichen gleich sind.

   102. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   - daß der Walze (8) in dem Rahmengestell (6) eine achsparallel gelagerte Gegenwalze (9) gegenüberliegend angeordnet ist,

   - daß die Walzen (8,9) einen Spalt definieren, durch welchen das bahnförmige Material (1) hindurchgeführt ist und

   - daß die Gegenwalze (9) entweder geschwindigkeitsgleich mit dem Material (1) oder der Walze (8) angetrieben ist.

   203. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erkennung des Abstands zwischen zwei Markierungselementen (5), welche mit dem Rechner (12) in Verbindung steht.