DE10026947A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden von Materialbahnen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden von MaterialbahnenInfo
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Abstract
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schneiden von Materialbahnen, mit einem Druckluftzylinder (28) mit einer ersten Seite (29) und einer zweiten Seite (31), einem mit der ersten Seite (29) des Druckluftzylinders (28) verbundenen ersten Ventil (21), das eine erste Seite (29) des Druckluftzylinders (28) mit einem ersten vorgegebenen Druck beaufschlagt, und einem mit der zweiten Seite (24) des Druckluftzylinders (28) verbundenen zweiten Ventil (24) zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Ventil (24) in einem nichtschneidenden Zustand des Druckluftzylinders (28) die zweite Seite (31) mit einem zweiten vorgegebenen Druck beaufschlagt, der größer ist als der erste vorgegebene Druck, und dass der zweite vorgegebene Druck zur Einleitung eines Schneidevorgangs am Schneidezylinder (28) auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck reduzierbar ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden von
Materialbahnen in einer Druckmaschine, insbesondere in einem Falzapparat einer
Rollenrotations-Offsetdruckmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 8.
Bekannte Vorrichtungen zum Schneiden oder Durchtrennen von Bahnen in einem
Falzapparat umfassen einen Druckluftzylinder, der ein Schneidemesser auf eine Bahn oder
einen Bahnstrang zu und durch diese hindurch bewegt. Dazu muss die Druckluft an der
einen Seite des Druckluftzylinders abströmen und an der anderen Seite in den
Druckluftzylinder einströmen. Durch den Druckaufbau im Druckluftzylinder beginnt das
Messer, sich zu bewegen.
Die für das Schneiden der Bahn benötigte Zeit ist ein kritischer Aspekt dieses Vorgangs. Da
Druckmaschinen mit Geschwindigkeiten von über 15,25 Metern pro Sekunde betrieben
werden, muss der Schneidevorgang im Bruchteil einer Sekunde durchgeführt werden. Dabei
spielt die zur Erzeugung des maximalen Luftdrucks im Druckluftzylinder benötigte Zeit eine
bedeutende Rolle, da sie die für den Schneidevorgang erforderliche Zeit bestimmt. Bei
vielen Schneidevorrichtungen beginnt das Messer sich zu bewegen, sobald Druckluft in den
Druckluftzylinder einströmt, und kontaktiert die Bahn vor Erreichen des maximalen
Luftdrucks im Druckluftzylinder. Trifft das Messer nicht mit seiner vollen Kraft auf die
Bahn, so besteht die Gefahr, dass die Bahn am Messer entlang schleift, bevor sie
durchtrennt wird. Dies führt mitunter zu meterlangen Schleifspuren auf der Materialbahn
und erhöht das Risiko, dass es durch ein Umwickeln der frisch bedruckten Bahnseite um die
Druckwerkszylinder zu einer Beschädigung derselben bzw. von deren Lagern kommt.
Es wurden bereits zahlreiche Versuche unternommen, dieses Problem zu beseitigen. Z. B.
ist es bekannt, an der geeigneten Seite des Druckluftzylinders ein Schnellausströmventil
vorzusehen, durch das die Luft während des Schneidevorgangs schneller abströmen kann.
Dadurch kann der Beschleunigungsvorgang des Schneidemessers früher eingeleitet werden.
Eine weitere Lösung besteht darin, die Masse der Schneidevorrichtung zu reduzieren,
wodurch eine schnellere Beschleunigung des Messers möglich ist. Durch die Anordnung
eines Druckluftbehälters in der Nähe des Druckluftzylinders kann ferner ein schnellerer
Druckaufbau in dem Druckluftzylinder erreicht werden. Ein weiterer Lösungsversuch
besteht darin, ein Ventil mit einem hohen CV-Wert einzusetzen, durch das ebenfalls ein
schnellerer Druckaufbau im Druckluftzylinder erreicht werden kann. Schließlich ist es auch
möglich, größere Luftleitungen vorzusehen, um so einen schnelleren Druckaufbau zu
erreichen. Der Schneidevorgang wurde ferner durch eine Optimierung des Winkels, unter
dem das Schneidemesser auf die Bahn trifft, effizienter gestaltet. All diese Veränderungen
führten zu einer Verbesserung des Schneidevorgangs. Durch die stetig steigende
Bahngeschwindigkeit muss jedoch der Schneidevorgang noch stärker beschleunigt werden,
als es durch die oben genannten Verbesserungen einzeln oder in Kombination möglich ist.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Schneiden oder Durchtrennen von Materialbahnen zu schaffen, durch die die
oben genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen dieser Art beseitigt werden und
insbesondere die zum Schneiden benötigte Zeit reduziert und die Bahn mit der maximal
verfügbaren Kraft durchtrennt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 und 8 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schneiden oder Durchtrennen von Materialbahnen
umfasst einen Druckluftzylinder mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, einem mit
der ersten Seite des Druckluftzylinders verbundenen ersten Ventil, das Druckluft unter
einem ersten vorgegebenen Druck an die erste Seite leitet, und einem mit der zweiten Seite
des Druckluftzylinders verbundenen zweiten Ventil, das in einem nicht-schneidenden
Zustand des Druckluftzylinders Druckluft unter einem zweiten vorgegebenen Druck, der
größer ist als der erste vorgegebene Druck, zum Druckluftzylinder leitet, wobei der zweite
vorgegebene Druck währen eines Schneidevorgangs am Schneidezylinder schnell auf einen
Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck reduziert wird.
Die Vorrichtung umfasst ferner vorzugsweise ein unmittelbar, d. h. ohne Gelenk mit dem
Druckluftzylinder verbundenes und von diesem angetriebenes Schneideelement zum
Durchtrennen einer Materialbahn.
Das erste Ventil und das zweite Ventil sind vorzugsweise als Dreiwege-Ventile ausgebildet.
Der erste vorgegebene Druck beträgt vorzugsweise etwa zwischen 4,8 und 5,1 bar (70-75 psi),
und der zweite vorgegebene Druck ist vorzugsweise größer oder gleich etwa 6,2 bar
(90 psi).
Zur Steuerung des ersten und zweiten vorgegebenen Drucks ist weiterhin vorzugsweise eine
mit dem Druckluftzylinder sowie dem ersten und zweiten Ventil verbundene
Steuerungseinheit vorgesehen, die den Übergang des Druckluftzylinders vom nicht
schneidenden Zustand zum Schneidevorgang steuert.
Das Schneideelement umfasst vorzugsweise ein Messer zum Durchtrennen der Bahn.
Der Druckluftzylinder umfasst ferner vorzugsweise ein mit der zweiten Seite des
Druckluftzylinders verbundenes Schnellausströmventil, mittels dessen der zweite
vorgegebene Druck zur Einleitung des Schneidevorgangs schnell und effizient auf einen
Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck reduziert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Beaufschlagen einer ersten Seite eines ein Schneideelement antreibenden Druckluftzylinders mit einem ersten vorgegebenen Druck;
- b) Beaufschlagen einer zweiten Seite des Druckluftzylinders im Ruhezustand, d. h. wenn kein Schneidevorgang durchgeführt wird, mit einem zweiten vorgegebenen Druck, der höher ist als der erste vorgegebene Druck, im Ruhezustand des Druckluftzylinders, d. h. wenn kein Schneidevorgang erfolgt, wobei das Schneidelement in seiner Ruhestellung verharrt, solange der zweite vorgegebene Druck größer ist als der erste vorgegebene Druck; und
- c) Reduzieren des zweiten vorgegebenen Drucks innerhalb kurzer Zeit auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck zur Einleitung eines Schneidevorgangs am Druckluftzylinder, so dass das Schneideelement bewegt und die Materialbahn durchtrennt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
vorzugsweise für jeden Schneidevorgang Schritt b) und c) wiederholt.
Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
weiterhin eine Steuerungseinheit vorgesehen, die zur Steuerung des ersten und zweiten
vorgegebenen Drucks sowie des Übergangs vom Ruhezustand zum Schneidevorgang
Steuersignale aussendet, die der Druckluftzylinder empfängt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zur Erzeugung des ersten
vorgegebenen Drucks ein erstes Ventil und zur Erzeugung des zweiten vorgegebenen
Drucks ein zweites Ventil eingesetzt, wobei das erste und das zweite Ventil durch
Steuerungssignale der Steuerungseinheit gesteuert werden.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beigefügten, nachstehend
aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Schneidevorrichtung des Standes der
Technik;
Fig. 2 ein Schaubild, das den Druckaufbau an einer Seite eines Druckluftzylinders und
die Zeit bis zum Kontaktieren der Materialbahn durch das Schneideelement in
einer Schneidevorrichtung des Standes der Technik aufzeigt;
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Schneidevorrichtung; und
Fig. 4 ein Schaubild, das den Druck in einem Druckluftzylinder und die Zeit bis zum
Kontaktieren der Materialbahn aufzeigt.
Fig. 1 zeigt eine Bahnschneidevorrichtung 1 des Standes der Technik, die ein Vierwege-
Ventil 2 mit einer Druckluft-Einströmöffnung 3, einer ersten Druckluft-Ausströmöffnung 4
und einer zweiten Druckluft-Ein/Ausströmöffnung 5 umfasst. Die erste Druckluft-
Ausströmöffnung 4 und die zweite Druckluft-Ein/Ausströmöffnung 5 sind
strömungstechnisch mit einem Druckluftzylinder 6 verbunden, den sie an einer ersten Seite
9 und an einer zweiten Seite 10 mit Druckluft beaufschlagen können. Zu Beginn wird der
Druck an der zweiten Seite 10 des Druckluftzylinders 6 bei etwa 6,2 bar (90 psi) und der
Druck an der ersten Seite 9 des Druckluftzylinders 6 bei 0 bar gehalten. In diesem Zustand
befindet sich die Schneidevorrichtung im sog. Ruhezustand, d. h. es wird keine Bahn
geschnitten, und das Schneideelement 7 ist ebenfalls in Ruhe. Zur Einleitung eines
Schneidevorgangs wird die Druckluft (von etwa 6,2 bar bzw. 90 psi) von der zweiten Seite
10 des Druckluftzylinders 6 abgeleitet und der Druck an der ersten Seite 9 des
Druckluftzylinders von 0 bar auf einen Wert zwischen etwa 4,8 bar und 6,2 bar (70-90 psi)
aufgebaut. Durch den Druckaufbau bewegt der Druckluftzylinder 6 das Schneideelement 7,
das auf diese Weise die Bahn 8 kontaktiert und durchtrennt.
Das in Fig. 2 dargestellte Schaubild zeigt das Verhältnis zwischen dem Druckluftaufbau an
der ersten Seite 9 des Druckluftzylinders 6 und der Zeit, die verstreicht, bis das
Schneideelement 7 der Vorrichtung von Fig. 1 die Bahn 8 kontaktiert und durchtrennt. Wie
in Fig. 2 gezeigt ist, trifft das Schneideelement 7 auf die Bahn 8, bevor im Druckluftzylinder
6 der maximale Druck von etwa zwischen 4,8 bar und 6,2 bar (70-90 psi) erreicht ist.
Dadurch besteht die Gefahr, dass das Schneideelement 7 an der Bahn 8 entlang schleift.
Außerdem ist die maximale Druckgeschwindigkeit der Druckmaschine durch die zum
Druckaufbau benötigte Zeit begrenzt.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Schneidevorrichtung 20, die ein erstes Dreiwege-Ventil
21 mit einer Einströmöffnung 22 und einer Ausströmöffnung 23 umfasst. Die
Schneidevorrichtung 20 umfasst weiterhin ein zweites Dreiwege-Ventil 24 mit einer
Einströmöffnung 25 und einer weiteren Ein/Ausströmöffnung 26. Die Ausströmöffnung 23
des ersten Ventils 21 ist mit einer Einströmöffnung 27 eines Druckluftzylinders 28
verbunden und erhält an der ersten Seite 29 des Druckluftzylinders 28 einen Druck von
vorzugsweise etwa zwischen 4,8 bar und 5,1 bar (70-75 psi) aufrecht. Die
Ein/Ausströmöffnung 26 des zweiten Ventils 24 ist mit einer Ein/Ausströmöffnung 30 des
Druckluftzylinders 28 verbunden und erhält im Ruhezustand an einer zweiten Seite 31 des
Druckluftzylinders 28 einen Druck von vorzugsweise etwa 6,2 bar (90 psi) aufrecht.
Da der Druck an der zweiten Seite 31 des Druckluftzylinders 28 höher ist als an der ersten
Seite 29, wird das Schneideelement 7 nicht zum Schneiden der Bahn 8 aktiviert, befindet
sich also im sog. Ruhezustand. Durch ein Aktivierungssignal von einer Steuereinheit 32
wird die Druckluft an der zweiten Seite 31 des Druckluftzylinders 28 durch ein mit der
Ein/Ausströmöffnung 30 des Druckluftzylinders 28 verbundenes Schnellausströmventil 33
ausgeleitet. Zusätzlich zu ihrer Steuerungsfunktion für den Druckluftzylinder 28 kann die
Steuereinheit 32 auch das erste Ventil 21 und das zweite Ventil 24 steuern.
Durch den an der ersten Seite 29 anliegenden Druck von vorzugsweise etwa zwischen
4,8 bar und 5,1 bar (70-75 psi) wird das Schneideelement 7 von Anfang an mit voller Kraft
auf die zu schneidende Bahn 8 zu bewegt, da der Druck an der ersten Seite 29 über den
gesamten Zeitraum hinweg auf dem Maximum gehalten wird, so dass keine Zeit mehr für
den Druckaufbau aufgebracht werden muss, wie es bei den Vorrichtungen des Standes der
Technik der Fall ist. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Reduzierung der zum Bewegen des
Schneideelements 7 benötigten Zeit sowie die Garantie, dass das Messer 11 des
Schneideelements 7 mit voller Kraft auf die Bahn 8 auftrifft. Auf diese Weise wird die
Länge der Papierstrecke, die das Messer 11 passiert, bevor die Bahn durchtrennt wird, und
damit das Risiko von Beschädigungen der Druckwerke im Falle eines so genannten
"Wicklers" nach einem Bahnbruch erheblich reduziert.
Wenn das Messer 11 die Bahn 8 kontaktiert, gelten folgende Gleichungen:
F = m.a (1)
und
F = P.A (2);
wobei
F = Kraft
m = Masse des Schneideelements 7,
a = Beschleunigung des Schneideelements 7,
P = momentan verfügbarer Luftdruck,
A = Fläche des Luftdruckzylinders 28,
X = Schlaglänge zwischen dem Druckluftzylinder 28 und der Bahn 8
t = Schlagzeit
F = Kraft
m = Masse des Schneideelements 7,
a = Beschleunigung des Schneideelements 7,
P = momentan verfügbarer Luftdruck,
A = Fläche des Luftdruckzylinders 28,
X = Schlaglänge zwischen dem Druckluftzylinder 28 und der Bahn 8
t = Schlagzeit
Daraus folgt:
Außerdem ist
eine Konstante C. Daraus ergibt sich für die Zeit t, die das Schneideelement 7 bis zum
Kontaktieren der Bahn 8 benötigt:
Demgemäß gilt: Je größer der Druck P ist, desto weniger Zeit t wird benötigt, bis das
Schneideelement 7 die Bahn 8 kontaktiert.
Das in Fig. 4 gezeigte Schaubild zeigt die reduzierte Zeit, die aufgrund der Erhöhung des
anfänglichen Drucks auf etwa 4,8 bis 5,1 bar (70-75 psi) für das Schneiden der Bahn 8
durch das Schneideelement 7 bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt wird.
1
Schneidevorrichtung des Standes der Technik
2
Vierwege-Ventil
3
Druckluft-Einströmöffnung
4
Druckluft-Ausströmöffnung
5
Druckluft-Ein/Ausströmöffnung
6
Druckluftzylinder
7
Schneideelement
8
Materialbahn
9
erste Seite des Druckluftzylinders
10
zweite Seite des Druckluftzylinders
11
Messer
20
erfindungsgemäße Bahnschneidevorrichtung
21
erstes Dreiwege-Ventil
22
Druckluft-Einströmöffnung
23
Druckluft-Ausströmöffnung
24
zweites Dreiwege-Ventil
25
Druckluft-Einströmöffnung
26
Druckluft-Ein/Ausströmöffnung
27
Einströmöffnung des Druckluftzylinders
28
Druckluftzylinder
29
erste Seite des Druckluftzylinders
30
Ein/Ausströmöffnung des Druckluftzylinders
31
zweite Seite des Druckluftzylinders
32
Steuerungseinheit
33
Schnellausströmventil
Claims (12)
1. Vorrichtung zum Schneiden von Materialbahnen, mit einem Druckluftzylinder (28)
mit einer ersten Seite (29) und einer zweiten Seite (31), einem mit der ersten Seite
(29) des Druckluftzylinders (28) verbundenen ersten Ventil (21), das eine erste
Seite (29) des Druckluftzylinders (28) mit einem ersten vorgegebenen Druck
beaufschlagt, und einem mit der zweiten Seite (24) des Druckluftzylinders (28)
verbundenen zweiten Ventil (24),
dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Ventil (24) in einem nicht-schneidenden Zustand des
Druckluftzylinders (28) die zweite Seite (31) mit einem zweiten vorgegebenen
Druck beaufschlagt, der größer ist als der erste vorgegebene Druck, und dass der
zweite vorgegebene Druck zur Einleitung eines Schneidevorgangs am
Schneidezylinder (28) auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck
reduzierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein mit dem Druckluftzylinder (28) verbundenes und von diesem
angetriebenes Schneideelement (7) zum Durchtrennen einer Materialbahn (8)
vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Ventil (21) und das zweite Ventil (24) als Dreiwege-Ventile
ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste vorgegebene Druck etwa zwischen 4,8 bar und 5,1 bar (70-75 psi),
liegt und der zweite vorgegebene Druck größer oder gleich etwa 6,2 bar (90 psi)
ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Steuerung des ersten und zweiten vorgegebenen Drucks eine mit dem
Druckluftzylinder (28) sowie mit dem ersten und zweiten Ventil (21, 24)
verbundene Steuerungseinheit (32) vorgesehen ist, mittels derer der Übergang des
Druckluftzylinders (28) vom nicht-schneidenden Zustand zum Schneidevorgang
steuerbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schneideelement (7) zum Durchtrennen der Bahn (8) ein Messer (11)
umfasst.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druckluftzylinder (28) zur schnellen Reduzierung des zweiten
vorgegebenen Drucks auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck ein
mit der zweiten Seite (31) des Druckluftzylinders (28) verbundenes
Schnellausströmventil (33) umfasst.
8. Verfahren zum Schneiden von Materialbahnen,
gekennzeichnet durch
die folgenden Schritte:
- a) Beaufschlagen einer ersten Seite (29) eines ein Schneideelement (7) antreibenden Druckluftzylinders (28) mit einem ersten vorgegebenen Druck;
- b) Beaufschlagen der zweiten Seite (31) des Druckluftzylinders (28) im nicht schneidenden Zustand mit einem zweiten vorgegebenen Druck, der höher ist als der erste vorgegebene Druck, wobei das Schneidelement (7) in seiner Ruhestellung verharrt, solange der zweite vorgegebene Druck größer ist als der erste vorgegebene Druck; und
- c) Reduzieren des zweiten vorgegebenen Drucks auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck innerhalb kurzer Zeit zur Einleitung eines Schneidevorgangs am Druckluftzylinder (28), in der Weise, dass das Schneideelement (7) bewegt wird und die Materialbahn (8) durchtrennt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass für jeden Schneidevorgang die Schritte b) und c) wiederholt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Steuerung des ersten und zweiten vorgegebenen Drucks sowie des
Übergangs zwischen dem Schneidevorgang und dem nicht-schneidenden Vorgang
eine Steuervorrichtung (32) vorgesehen ist, die Steuersignale aussendet, die vom
Druckluftzylinder (28) empfangen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Erzeugung des ersten vorgegebenen Drucks ein erstes Ventil (21) und zur
Erzeugung des zweiten vorgegebenen Drucks ein zweites Ventil (24) vorgesehen
ist, und dass das erste und zweite Ventil (21, 24) mittels von der Steuerungseinheit
(32) ausgesendeter Steuersignale gesteuert werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum schnellen Reduzieren des zweiten vorgegebenen Drucks in Schritt c) ein
Schnellausströmventil (33) eingesetzt wird.
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