Verfahren zum Perforieren von Papier und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Perfo rieren von Papier durch Abarbeiten der auf relief artigen Partien einer umlaufenden Patrizenwalze auf liegenden Partien des Papiers mit rotierenden Werk zeugen.
Von bekannten Verfahren dieser Art unterschei det sich das Verfahren nach der Erfindung dadurch, dass das Papier, ohne in seiner Struktur bleibend deformiert zu werden, um die Patrizenwalze gelegt, mit ihr gefördert und sowohl mit einer in Laufrich tung des Papiers als auch mit einer in entgegengesetz ter Richtung arbeitenden Fräse an den auf den Rän dern der reliefartigen Partien der Patrizenwalze auf liegenden Partien weggearbeitet wird.
Gegenüber dem bekannten Verfahren, bei wel chem das Papier nur mit einem einzigen Werkzeug bearbeitet, also nur in einer Richtung abgearbeitet wird, bietet das Verfahren nach der Erfindung den Vorteil, dass die Ränder der Löcher sehr glatt und genau ausfallen und diese Ränder daher unge schwächt und widerstandsfähig bleiben, so dass sie auch bei hohen mechanischen Beanspruchungen nicht so leicht einreissen, wie es bei den mit bekannten Verfahren hergestellten Lochungen der Fall ist. Auch haben die bekannten Verfahren den Nachteil, dass das Papier beim Auflegen auf die mit den relief artigen Partien versehenen Patrizenwalze einer star ken Verformung unterliegt und daher die Lage der Löcher nicht so genau bestimmt werden kann wie es das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht.
Bei einer besonderen Ausführungsform des er findungsgemässen Verfahrens kann das Papier an schliessend an den Fräsvorgang, bei welchem es nur nahezu vollständig durchgefräst wird, auf die relief artigen Partien aufgeschoben werden. Die dabei auf tretende Verformung der Lochränder ist ganz gering- fügig und führt lediglich zu einer Verdichtung des Papiers am Lochrande.
Zweckmässig erhalten die Arbeitskanten der Frä sen eine wesentlich grössere Umfangsgeschwindigkeit als die Papieranl,agestellen der reliefartigen Partien der Patrizenwalze.
Zur Durchführung des bekannten Verfahrens dient eine Einrichtung, zu der nebst einer drehbar gelagerten Patrizenwalze, deren reliefartigen Partien Endflächen aufweisen, deren äussere Form der Form der Perforierungslöcher entspricht und auf denen das Papier aufzuliegen bestimmt ist, rotierende spanab hebende Werkzeuge gehören, die dazu bestimmt sind, das Papier an den auf jenen Endflächen aufliegenden Stellen zu bearbeiten.
Auch zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung eignet sich eine solche Einrichtung. Jedoch sind dabei umfangseits der Patrizenwalze erfindungs gemäss zwei aus rotierenden Fräsen bestehende Werk zeuge angeordnet, wobei das zuerst wirksame Werk zeug in entgegengesetzter und das später wirksame Werkzeug in gleicher Drehrichtung wie die Patrizen- walze umläuft, an die das Papier mit Hilfe einer Walze angepresst wird.
Zweckmässig liegen dabei die Endflächen der reliefartigen Vorsprünge in einer zylindrischen Fläche, die gleichachsig zur Patrizenwalze ist, und die Endflächen sind zweckmässig ringförmig gestaltet.
Damit man die Umlaufachse wenigstens des einen Werkzeuges gegenüber der umlaufenden Walze sehr genau einstellen kann, empfiehlt es sich, die Lager des Werkzeuges mittels einer Exzenteranordnung radial einstellbar auszugestalten, die zweckmässig aus drehbaren Ringen besteht, in denen die Lager exzen trisch untergebracht sind. Durch Drehen dieser Ringe kann man dann den Achsabstand von Fräswerkzeug und Patrizenwalze verstellen. Im Gegensatz hierzu sind bei einer bekannten Anordnung auf dem umlaufenden Werkzeug gleich achsige Distanzringe befestigt, welche sich gegen die Walze legen.
Ein Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens und eine zu seiner Ausführung dienende Einrich tung werden näher unter Bezugnahme auf eine in den Zeichnungen schematisch dargestellte Perforie- rungsmaschine erläutert.
Die Fig. 1 zeigt von der Seite gesehen die gegen seitige Anordnung der die Perforierungsmaschine bil denden Teile. Die Fig. 2 und 3 zeigen in grösserem Massstab verschiedene Stufen der Lochherstellung.
Die Fig.4 zeigt ein spanabhebendes Werkzeug in Form einer Fräse.
Die Fig. 5 ist ein Axialschnitt durch die Patrizen- walze und -die Fräse.
Wie in der Fig. 1 gezeigt, ist auf einer Magazin spule 1 eine Papierbahn 2 aufgewickelt, die über eine freilaufende Walze 3 und rund um den Umfang der zylindrischen Fläche 5 der Patrizenwalze 4 läuft, die mit kleinen, herausstehenden Vorsprüngen (Stif ten) 6 versehen sind. Diese Vorsprünge sind an Stel len angeordnet, die den Stellen der Perforierungs- löcher auf der Papierbahn entsprechen, und sie haben Endflächen, deren äussere Form mit der Form der Perforierungslöcher übereinstimmt.
Die Vorsprünge haben eine Höhe über die zylindrische Fläche der Walze hinaus, die nur unbedeutend, z. B. 0,1 mm grösser ist als die Dicke des Papiers; in der Zeich nung ist diese Höhe in übersteigertem Massstabe dar gestellt. In dem gezeigten Beispiel haben die Vor sprünge eine nach aussen konisch sich verjüngende Form. Das Papier ruht daher teils auf den Enden der erwähnten Vorsprünge und teils auf den zwi schen den Vorsprüngen gelegenen Partien der zylin drischen 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 eine zylindrische Fräse 8 mit schräg gestellten Schneiden oder Messern 9, die dazu bestimmt sind, die Partien der Papierbahn zu be arbeiten, die an den erwähnten Vorsprüngen 6 an liegen. Die Fräse 8 rotiert in der durch den Pfeil 10 angegebenen Richtung und mit einer mehrfach grö sseren Umfangsgeschwindigkeit als die Walze 4, wo bei die einander fast berührenden Peripherien der Fräse und der Walze in der gleichen Richtung lau fen.
Der Abstand zwischen den Schneiden der Fräse und den Peripherieflächen 11 (Fig. 2) der Vor sprünge ist so gewählt, dass die Messer zu ungefähr 9/1o 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 be sprochen werden.
Wie aus der Fig.2 hervorgeht, liegen die ring förmigen Endflächen 11 der Vorsprünge 6, die gegen die Fräse gewandt sind, in einer mit der Achse der Patrizenwalze koaxialen zylindrischen Fläche. Die Ringform der Endflächen 11 wird durch eine scha lenförmige Höhlung 12 in der freien Stirnseite der Vorsprünge gebildet. Wenn eine der Schneiden 9 erstmalig auf die Papierbahn auftrifft, so geschieht dies bei 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 Pfeils 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 Pfeils 7 ver schoben hat. Diese Schneide führt eine gleichartige Schneideoperation aus. Diese spanabhebenden Schneideoperationen werden fortgesetzt, bis der Vor sprung 6 und die entsprechende Partie der Papier bahn das Arbeitsgebiet der Fräse passiert hat. Wie oben erwähnt, dringen die Schneiden zu ungefähr <B>9710</B> der Dicke des Papiers in dieses ein, so dass das Papier so geschwächt wird, dass die übrigbleiben den Fasern zusammen mit den abgetrennten Spänen weggerissen werden, so dass ein durchgehendes Loch gebildet wird.
Die Höhlung 21 hat den Zweck, die eigentliche Schneidarbeit zu vermindern, so dass nicht die ganze, auf dem Vorsprung befindliche Papier partie aufgeschnitten zu werden braucht, sondern nur die Teile des Papiers, die gegen die Fläche 13 an liegen.
Nach dieser Durchschneidung des Papiers mittels der Fräse 8 müssen die Lochkanten durch Entfer nung der an den Kanten zurückgebliebenen Faser reste glatt gemacht werden; diese Faserreste bilden einen Kranz von abgerissenen Fasern, die sich schräg nach vorn in der Bewegungsrichtung des Papiers erstrecken. Für den erwähnten Zweck ist eine weitere Fräse 15 in einer im Verhältnis zu der Walze 4 nach vorn 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 ge zeigten Lage ist der Vorsprung 6 und die entspre chende Papierpartie durch die Rotation der Walze bis zu der Fräse 15 vorgerückt.
Die Schneiden 16 bewegen sich hier in der durch den Pfeil 17 ange gebenen Richtung, d. h. in Richtung gegen die an den Lochkanten zurückgebliebenen Faserreste, die hierdurch zusammen mit dem zuvor gebildeten Zip fel 14 abgeschnitten werden. Die Lochkanten werden auf diese Weise vollständig von den anhaftenden Fa sern gereinigt.
Durch den Fräsvorgang werden die Lochkanten schräg abgeschnitten, so dass sie etwas geschwächte Kantenpartien 17a ausserhalb der Endfläche 11 bil den, 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 einem nachgiebigem Ma terial besitzt, an die zylindrische Fläche 5 der Walze 4 gepresst.
Auf Grund der weiter oben angeführten Einzelheiten der Patrizenwalze 4 ist es aber klar, dass das Papier an letztere angelegt bzw. -gepresst wird, ohne in seiner Struktur bleibend deformiert zu wer den. Die Mantelflächen 19a der Vorsprünge sind schwach konisch und so dimensioniert, dass sie am Boden eine den fertigen Perforierungslöchern ent sprechende Weite haben. Beim Herabpressen der Papierbahn gegen die zylindrische Fläche der Walze 4 werden die geschwächten Lochkanten 17a gegen und in die umgebenden Papierpartien hinein gepresst.
Auf Grund des kräftigen Druckes mit dem die Ma trizenwalze 18 gegen die Walze 4 anliegt, werden die Kantenpartien der Perforierungslöcher vollkom men glatt. Durch das gleichzeitige Zusammenpressen der Kanten erhalten diese eine erheblich grössere Festigkeit als bei der Perforierung mittels Stanzung. 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 Vor sprünge 6 und folgt der Oberfläche der Matrizen walzeungefähr eine halbe Umdrehung, um danach auf bekannte Weise aufgewickelt oder gefalzt zu wer den.
Falzperforierungen können auf gleiche Art da durch erzeugt werden, dass auf der zylindrischen Oberfläche der Patrizenwalze eine mit der Rota tionsachse parallele Reihe von Stiften mit der glei chen Höhe über die zylindrische Fläche 5 wie die Vorsprünge 6 angeordnet werden. Damit diese, je durch eine Lochreihe gebildeten Falzperforierungen wirklich senkrecht zu der fertigen Papierbahn ver laufen, sind zwei feste Messer 21 (Fig. 1) in einen gegenseitigen Abstand, der mit der Breite der fertigen Papierbahn übereinstimmt, angeordnet.
Diese Messer greifen in Rillen 22, 23 (Fig. 5) in der Fläche der Walze 4 ein und schneiden somit die ursprüngliche Papierbahn entlang zweier gegenseitg paralleler, zu der Achse der Walze 4 senkrechten Ebenen glatt, wobei die Kanten der Bahn parallel und genau senk recht zu den Lochreihen werden. Hierdurch wird der wesentliche Vorteil erzielt, dass eventuelle Seitenver schiebungen und Drehungen der ursprünglichen Pa pierbahnen sich nicht störend auf die Dimensionen und die Lochverteilung der fertigen Papierbahn aus wirken.
Um geringe Toleranzen zwischen den Schneiden 9 bzw. 16 und den Endflächen 11 der Vorsprünge 6 aufrechtzuerhalten, 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 ange geben. In einem Stativ 24 sind Lager 25 für die Achse 26 der Patrizenwalze 4 angeordnet. Die Achse 29 der Fräse ist auf gleichartige Weise in den Lagern 28 angeordnet, die ihrerseits in exzentrischen Löchern in Ringen 27 gelagert sind, die im Stativ 24 gelagert 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 Spielraumes in den Lagern 25, 28 kann jedoch ein eingestelltes Spiel zwischen den Schneiden und den Vorsprüngen wäh rend der Rotation nicht aufrechterhalten werden, wie genau auch die Schneiden und Vorsprünge ein geschliffen 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 zu der Achse der Walze eingeschliffen sind.
Die Höhe der Laufbahnen 32 über die Walzen fläche 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 Laufbah nen 32 justiert werden. Dadurch, dass die Laufringe 31 der Fräse mit Druck gegen die Laufbahnen 32 der Walze angesetzt werden, erzielt man eine Elimi nierung von so gut wie allen Bewegungen zwischen der Fräse und der Walze, die sonst auf Grund des Spiels 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 not wendig, um eine gleichmässigere Abnutzung der Mes ser zu erreichen. Die Verstellung kann entweder manuell oder automatisch ausgeführt werden, im letzt erwähnten Fall dadurch, dass der Fräse beispielsweise eine oszillierende Axialbewegung gegeben wird.