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Verfahren und Einrichtung zum Perforieren von Papier od. dgl.
In der modernen Buchführungs- und Lochkartenmaschinentechnik ist es von Wichtigkeit, dass die
Lochperforierungen und die Falzperforierungen exakt sind, so dass einander entsprechende Löcher genau aufeinander zu liegen kommen, wenn die Papierbogen zwecks gleichzeitiger Herstellung einer Mehrzahl von Durchschlagskopien gefalzt oder aufeinandergelegt werden. Das bisher gebräuchlichste Verfahren zur Perforierung besteht darin, dass mit den Löchern übereinstimmende Teile des Papiers mittels Lochstanzen ausgestanzt werden. Es ist auch bekannt, "Abtrennperforierungen" auf die Weise herzustellen, dass mit
Messern Schnitte in das Papier gemacht werden, wobei es sich also nicht um ein"Wegarbeiten"des Ma- terials aus dem Papier handelt.
Das Stanzverfahren hat ausser rein herstellungstechnischen Nachteilen auch gewisse Schwierigkeiten in bezug auf die Möglichkeit, glatte Lochkarten zu erzeugen, zur Folge.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass es mit den Stanzmethoden schwer ist, Falzperforierungen zu erzeugen, die zu denKanten der fertigen Papierbogen genau senkrecht sind. Diese Unvollkommenheiten bei den fer- tigen Papierbogen oder-stossen verursachen oft Betriebsunterbrechungen bei ihrer Verwendung in Buch- führungsmaschinen od. dgl.
Weiters ist es auch bekannt, eine Papierbahn zwecks ihrer Perforierung gegen eine rotierende Patrize zur Anlage zu bringen, welche reliefartige Teile aufweist, deren Endflächen den Perforierungslöchern ent- sprechen und auf denen die Papierbahn aufliegt. Bei diesen bekannten Verfahren werden die gewonnenen
Perforationen mittels eines Schleifwerkzeuges hergestellt, das jedoch keine für Buchführungs- und Loch- karten genügend scharf abgegrenzte Lochkanten herzustellen imstande ist.
Um nun auch mit spanabhebenden Werkzeugen einwandfrei scharf abgegrenzte Lochkanten bei der Perforierung von Papierbahnen zu erzielen, wird das Verfahren gemäss der Erfindung dadurch verbessert, dass die an diesen Endflächen anliegenden Stellen des Papiers zuerst mit einem in einer Richtung rotieren- den Fräser und hierauf mit einem zweiten in entgegengesetzter Richtung rotierenden Fräser bei gemein- samer Bewegung des Papiers und der Patrize relativ zu den Fräsern bearbeitet werden.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Einrichtung verwendet, welche aus einer drehbar gelagerten Patrizenwalze, die mit reliefartigen Teilen, z. B. mit Vorsprüngen, Stiften od. dgl. versehen ist, welche
Endflächen aufweisen, die der Form der Perforierungslöcher entsprechen und auf denen das Papier aufliegt, und rotierenden spanabnehmenden Werkzeugen, die das Papier an den auf der Patrize aufliegenden Stellen bearbeiten. Diese Einrichtung wird zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung in der Weise aus- gebildet, dass zwei aus rotierenden Fräsern bestehende Werkzeuge am Umfang der Patrizenwalze angeordnet sind, von denen das zuerst wirksame Werkzeug in entgegengesetzter Richtung zur Patrizenwalze und das hierauf wirksame Werkzeug in gleicher Drehrichtung wie die Patrizenwalze rotiert.
Die Erfindung wird an Hand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Perforierungsmaschine erläutert. Die Fig. 1 zeigt von der Seite gesehen die gegensei- tige Anordnung der die Perforierungsmaschine bildenden Teile. Die Fig. 2 und 3 zeigen in vergrössertem Massstab verschiedene Stufen der Lochherstellung. Fig. 4 zeigt ein spanabhebendes Werkzeug in Form einer Fräse. Fig. 5 ist ein Axialschnitt durch die Patrizenwalze und die Fräse.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist auf einer Vorratspule 1 eine Papierbahn 2 aufgewickelt, die über eine frei- laufende Walze 3 und rund um den Umfang der zylindrischen Fläche 5 der Patrizenwalze 4 läuft. Die
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Walze ist mit kleinen, herausstehenden Vorsprüngen 6 versehen, die in Lagen angeordnet sind, die den Lagen der Perforierungslöcher auf der Papierbahn entsprechen, und die Endflächen haben, die mit der Form der Perforierungslöcher übereinstimmen. Die Vorsprünge haben eine Höhe über der zylindrischen Fläche der Walze, die nur unbedeutend, z. B. Kl mm, grösser ist als die Dicke des Papiers ; in der Zeichnung ist diese Höhe in vergrössertem Massstabe dargestellt. In dem gezeigten Beispiel haben die Vorsprünge eine konische, nach aussen zu abnehmende Form.
Das Papier ruht daher teils auf den Enden der erwähnten Vorsprünge oder Stifte und teils auf den zwischen den Vorsprüngen gelegenen Partien der zylindrischen Fläche der Walze. Die Walze rotiert in der mit dem Pfeil 7 angegebenen Richtung und nimmt die Papierbahn während ihrer Rotation mit.
Während der Rotation der Walze 4 trifft die Papierbahn zuerst ein-zylindrische Fräse 8 mit schräg gestellten Schneiden oder Messern 9, die dazu bestimmt sind, diejenigen Partien der Papierbahn zu bearbeiten, die gegen die Vorsprünge 6 anliegen. Die Fräse 8 rotiert in der durch den Pfeil 10 angegebenen Richtung mit einer mehrfach grösseren Umfangsgeschwindigkeit als die Walze 4, wobei die Peripherien der Fräse und der Walze in der gleichen Richtung laufen. Der Abstand zwischen den Schneiden der Fräse und den Peripherieflächen 11 der Vorsprünge ist so gewählt, dass die Messer zu ungefähr 9/10 der Dicke des Papiers in dieses eindringen.
Eine Anordnung zur genauen Einstellung der Fräse im Verhältnis zu den Peripherieflächen der Vorsprünge wird später unter Bezugnahme auf die Fig. 5 besprochen werden.
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11wandt sind, in einer zur Achse der Patrizenwalze koaxialen zylindrischen Fläche. Die Endflächen 11 sind mit einer schalenförmigen Höhlung 12 versehen, die von einer ringförmigen Kantenpartie 13 der erwähnten Fläche begrenzt wird. Wenn eine der Schneiden 9 erstmalig auf die Papierbahn auftrifft, so geschieht dies an der linken Kante (Fig. 2) des Vorsprungs 6, wobei die Schneide in das Papier einschneidet und ihre grösste Eindringtiefe erreicht, wenn sie die Ebene durch die Achsen der Patrizenwalze und der Fräse passiert. Während der weiteren Bewegung der Schneide 9 in Richtung des Pfeiles 10 lässt die Schneide in der so aufgeschnittenen Papierbahn einen weggerissenen Zipfel 14 zurück.
Die nachfolgende Schneide greift unmittelbar rechts von der linken Kante des Vorsprungs 6 ein, da der Vorsprung jetzt sich etwas nach links in Richtung des Pfeiles 7 verschoben hat. Diese Schneide führt eine gleichartige Schneidoperation aus. Diese spanabhebenden Schneidoperationen werden fortgesetzt, bis der Vorsprung 6 und die entsprechende Partie der Papierbahn das Arbeitsgebiet der Fräse passiert haben. Wie oben erwähnt, dringen die Schneiden zu ungefähr 9/10 der Dicke des Papiers in dieses ein, so dass das Papier so geschwächt wird, dass die übrig bleibenden Fasern zusammen mit den abgetrennten Spänen weggerissen werden, so dass ein durchgehendes Loch gebildet wird.
Die Höhlung 12 hat den Zweck, die eigentliche Schneidarbeit zu vermindern, so dass nicht die ganze, auf dem Vorsprung befindliche Papierpartie aufgeschnitten zu werden braucht, sondern nur die Teile des Papiers, die gegen die Flächen 13 anliegen.
Nach dieser Durchschneidung des Papiers mittels der Fräse 8 müssen die Lochkanten durch Entfernung der an denKanten zurückgebliebenen Faserreste glatt gemacht werden ; diese Faserreste bilden einen Kranz von abgerissenen Fasern, die sich schräg nach vorne in der Bewegungsrichtung des Papiers erstrecken. Für den erwähnten Zweck ist eine weitere Fräse 15 in einer im Verhältnis zu der Walze 4 nach vorne winkelverschobenen Lage angeordnet. Diese Fräse hat die gleiche Beschaffenheit wie die Fräse 8, besitzt aber eine entgegengesetzte Rotationsrichtung und ungefähr die gleiche Rotationsgeschwindigkeit wie die ersterwähnte Fräse. In der in der Fig. 3 gezeigten Lage ist der Vorsprung 6 und die entsprechende Papierpartie durch die Rotation der Walze bis zu der Fräse 15 vorgerückt.
Die Schneiden 16 bewegen sich hier in der durch den Pfeil 17 angegebenen Richtung, d. h. in Richtung gegen die an den Lochkanten zurückgebliebenen Faserreste, die hiedurch zusammen mit dem zuvor gebildeten Zipfel 14 abgeschnitten werden. Die Lochkanten werden auf diese Weise vollständig von den anhaftenden Fasern gereinigt.
Durch den Fräsvorgang werden die Lochkarten schräg abgeschnitten, so dass sie etwas geschwächte Kantenpartien 17a ausserhalb der Endfläche 11 bilden, wie dies aus der Fig. 3 hervorgeht. Um die Lochkanten zu verstärken und ihnen ihre endgültigen Dimensionen zu geben, wird das Papier mit Hilfe einer Matrizenwalze 18, die auf der zylindrischen Fläche 19 einen Belag aus nachgiebigem Material besitzt, in die zylindrische Fläche 5 der Walze 4 hineingepresst. Die Mantelflächen 19a der Vorsprünge sind schwach konisch und so dimensioniert, dass sie am Boden eine den fertigen Perforierungslöchern entsprechende Weite haben. Bei der Herabpressung der Papierbahn gegen die zylindrische Fläche der Walze 4 werden die geschwächten Lochkanten 17a gegen und in die umgebenden Papierpartien hineingepresst.
Infolge des kräftigen Druckes, mit dem die Matrizenwalze 18 an der Walze 4 anliegt, werden die Kantenpartien der Perforierungslöcher vollkommen glatt. Durch die gleichzeitig zustandegekommene Zu-
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sammenpressung der Kanten erhalten diese eine erheblich grössere Festigkeit, als bei der Perforierung durch Stanzen. Die Walze 18 hat denselben Durchmesser wie die Walze 4 und ist mit dieser durch ein
Zahnradgetriebe verbunden, wie dies durch die strichpunktierte Linie 20 angedeutet ist. Nach Abschluss des Pressvorganges verlässt die Papierbahn die Walze 4 und die Vorsprünge 6 und folgt der Oberfläche der Matrizenwalze ungefähr eine halbe Umdrehung, um danach auf bekannte Weise aufgewickelt oder ge- falzt zu werden.
Falzperforierungen können auf gleiche Art dadurch erzeugt werden, dass auf der zylindrischen Oberfläche der Patrizenwalze eine zur Rotationsachse parallele Reihe von Stiften mit der gleichen Höhe über der zylindrischen Fläche 5 wie die Vorsprünge 6 angeordnet wird. Damit diese Falzperforierungen wirklich senkrecht zu der fertigen Papierbahn verlaufen, sind zwei feste Messer 21 (Fig. 1) in einem gegenseitigen Abstand, der mit der Breite der fertigen Papierbahn übereinstimmt, angeordnet. Diese Messer greifenin Rillen 22,23 (Fig. 5) in der Fläche der Walze 4 ein und schneiden somit die ursprüngliche Papierbahn entlang zweier gegenseitig paralleler, zu der Achse der Walze 4 senkrechter Ebenen glatt, so dass die Kanten der Bahn parallel und genau senkrecht zu den Lochreihen werden.
Hiedurch wird der wesentliche' Vorteil erzielt, dass eventuelle Seitenverschiebungen und Drehungen der ursprünglichen Papierbahnen sich nicht störend auf die Dimensionen und die Lochverteilung der fertigen Papierbahn auswirken.
Um enge Toleranzen zwischen den Schneiden 9, 16 und den Endflächen 11 der Vorsprünge 6 aufrecht zu erhalten, müssen gewisse Massnahmen in bezug auf die Lagerung der Fräsen im Verhältnis zu der Patrizenwalze vorgenommen werden. Wie eine solche Lagerung praktisch ausgeführt wird, ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 angegeben.
In einem Ständer 24 sind Lager 25 für die Achse 26 der Patrizenwalze angeordnet. Die Achse 29 der Fräse ist auf gleichartige Weise in den Lagern 28 angeordnet, die ihrerseits in exzentrischen Löchern der Ringe 27 eingesetzt sind, wobei die Ringe 27 im Ständer 24 verdrehbar sitzen und in verschiedenen Winkellagen einstellbar sind. Durch gleichzeitige Drehung der beiden Ringe 27, kann der Abstand zwischen den Schneiden 9 und den Endflächen der Vorsprünge 6 variiert werden. Wegen des praktisch unvermeidlichen Spielraums in den Lagern 25,28 kann jedoch ein eingestelltes Spiel zwischen den Schneiden und den Vorsprüngen während der Rotation nicht aufrecht erhalten werden, wie genau auch die Schneiden und Vorsprünge eingeschliffen sind.
Zwischen der Walze und der Fräse sind daher Kugel- oder Rollenlager 30 angebracht, die mit im Verhältnis zu der Achse der Fräse genau eingeschliffenen Laufringen 31 versehen sind. Diese Laufringe sind dazu bestimmt, über Laufbahnen 32 zu rollen, die an den Enden der Walze 4 angeordnet und in bezug auf die Achse der Walze eingeschliffen sind. Die Höhe der Laufbahnen 32 über der Walzenfläche 5 und der Abstand der Laufringe 31 von der zylindrischen Fläche der Fräse sind so gewählt, dass das gewünschte Spiel zwischen den Schneiden und den Vorsprüngen erzielt wird, wenn die Laufringe 31 durch die Exzenterringe zur Anlage an die Laufbahnen 32 justiert werden.
Dadurch, dass die Laufringe der Fräse mit Druck gegen die Laufbahnen der Walze angesetzt werden, erzielt man eine Eliminierung von so gut wie allen Bewegungen zwischen der Fräse und der Walze, die sonst auf Grund des Spieles in den Lagern 25 und 28 entstehen können.
Die Laufbahnen 32 sind etwas breiter als die Laufringe 31, um die gleiche Rollfläche auch bei axialen Verschiebungen der Fräse zu erhalten. Eine derartige Verstellung der Fräse ist manchmal notwendig, um eine gleichmässigere Abnutzung der Messer zu erreichen. Die Verstellung kann entweder manuell oder automatisch ausgeführt werden, im letzterwähnten Fall dadurch, dass der Fräse beispielsweise eine axial oszillierende Bewegung gegeben wird.
Innerhalb des Rahmens der Erfindung kann die konstruktive Ausführung zwecks Anpassung an verschiedene praktische Bedürfnisse und Wünsche variiert werden. Beispielsweise kann die Patrize eben, anstatt zylindrisch sein, z. B. bei der Perforierung von Papier in Bogenform, wobei entweder die Fräsen relativ zu der stillstehenden Patrize verschiebbar sind oder wobei die Patrize und der Papierbogen zusammen relativ zu den stationär angeordneten Fräsen beweglich sind.
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