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Die
Erfindung betrifft Wendestangen gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 4
oder 5.
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Derartige
Wendestangen kommen z. B. zum Einsatz, um durch Längsschneiden
einer bedruckten Papierbahn erhaltene Einzelbahnen um 90° umzulenken,
um sie übereinander
legen und in dieser Weise einer Falzeinrichtung zuführen zu
können.
Um bei der Umlenkung einen Reibkontakt zwischen der Oberfläche der
Wendestange und der darauf ablaufenden Materialbahn zu vermeiden,
ist es bekannt, einen Innenraum einer solchen Wendestange mit Druckluft
zu beaufschlagen, die aus einer Mehrzahl von Löchern im Mantel der Wendestange
ausströmt, um
auf diese Weise ein Luftkissen zwischen dem Mantel der Wendestange
und der darauf ablaufenden Materialbahn zu erzeugen. Um ein solches
Luftkissen zuverlässig
erzeugen zu können,
ist es wichtig, das Ausströmen
der Druckluft durch die Löcher auf
diejenigen Löcher
beschränken
zu können,
die tatsächlich
von der Materialbahn überdeckt
werden, da anderenfalls ein großer
Teil der Druckluft durch unverdeckte Löcher ungenutzt entweicht oder
es durch Spannungsschwankungen in der umgelenkten Materialbahn sogar
zu einem Aufsetzen der Materialbahn auf die Wendestange kommen kann.
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Um
das Ausströmen
der Druckluft auf diejenigen Löcher
zu beschränken,
die von der Materialbahn abgedeckt werden, ist z. B. in
DE 43 11 438 C2 vorgeschlagen
worden, an einer schwenkbaren Wendestange, die zwei um 90° gegeneinander
verschwenkte Arbeitspositionen einnehmen kann, in der sie eine Materialbahn
in jeweils entgegengesetzte Richtungen umlenkt, im Innenraum der
Wendestange einen Hohlzylinder verschiebbar anzuordnen, der je nachdem,
in welcher der zwei Arbeitsstellungen sich die Wendestange befindet,
eine von zwei Stellungen einnimmt, wobei in einer dieser Stellungen Bohrungen
des inneren Zylinders jeweils mit Löchern auf einer ersten Hälfte des
Umfangs der Wendestange fluchten, während die Löcher auf der gegenüberliegenden
zweiten Umfangshälfte
versperrt sind, und in der anderen Stellung Bohrungen des inneren
Zylinders mit Löchern
der zweiten Umfangshälfte
fluchten, während
die der ersten Umfangshälfte
versperrt sind.
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Die
DE 196 37 674 A1 offenbart
eine Wendestange, deren Luftaustrittsöffnungen mittels eines Ventils
verschließbar
sind. Das Ventil wird durch Bedecken der Öffnungen mit der Bahn betätigt (Staudruckprinzip).
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wendestangen zu schaffen,
die einfach zu fertigen sind.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der Ansprüche
1, 4 oder 5 gelöst.
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Wenn
das Ventil an seinem Steuerfluideingang und seinem Hauptfluideingang
mit dem Druck der der Wendestange zugeführten Druckluft beaufschlagt
wird, so fließt,
unabhängig
davon, in welcher der zwei Positionen sich der Ventilkörper befindet,
ein Druckluftstrom vom Steuerfluideingang zum Fluidausgang.
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Wenn
der Fluidausgang von einer die Wendestange umschlingenden Materialbahn
abgedeckt ist, die ein Abfließen
des Luftstroms vom Fluidausgang behindert, so baut sich an dem Fluidausgang ein Überdruck
auf, der auf die erste Fläche
des Ventilkörpers
wirkt. Wenn der Ventilkörper
in seiner ersten Position ist, in der er den Hauptfluideingang sperrt,
so bewirkt der sich am Fluidausgang aufbauende Druck eine Verschiebung
des Ventilkörpers
in die zweite Position und damit eine Öffnung des Hauptfluiddurchgangs.
Dadurch setzt ein starker Luftstrom durch das Ventil ein, der ausreicht,
um zwischen der Wendestange und der Materialbahn ein Luftkissen
aufzubauen, gleichzeitig behindert aber die Materialbahn weiterhin
das Abfließen
des nun verstärkten
Luftstroms, so dass im Bereich des Fluidausgangs ein Überdruck
bestehen bleibt, der das Ventil geöffnet hält.
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Wenn
jedoch der Fluidausgang nicht von der Materialbahn abgedeckt ist,
kann sich an ihm kein Überdruck
aufbauen, und das Ventil bleibt bis auf den kleinen Luftstrom vom
Steuerfluideingang zum Fluidausgang geschlossen.
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Die
Durchlässigkeit
des Ventils hängt
also davon ab, ob sein Fluidausgang durch ein Hindernis verdeckt
ist oder nicht. Dabei ist zum Erfassen der Anwesenheit dieses Hindernisses
kein Kontakt zwischen dem Ventil und dem Hindernis erforderlich;
die Materialbahn, die ein solches Hindernis darstellt, kann also
auf einer Wendestange, die mit derartigen Ventilen ausgestattet
ist, völlig
berührungslos
gewendet werden.
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Das
Ventil arbeitet also nach dem Staudruckprinzip.
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Vorzugsweise
umschließen
das Gehäuse und
der Ventilkörper
eine der dem Druck am Fluidausgang ausgesetzten ersten Fläche des
Ventilkörpers
gegenüberliegende
Kammer, die auf einem niedrigerem Druck haltbar ist als dem Druck
der Druckluft im Innern der Wendestange, der am Steuerfluideingang
anliegt. Dies erlaubt beim Öffnen
des Ventils eine Verdrängung
des Ventilkörpers
in die Kammer hinein, sobald der an der ersten Fläche einwirkende
Druck genügt,
um den Innendruck der Kammer und einer eventuell darin angeordneten
Feder zu überwinden.
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Einer
Ausgestaltung des Ventils zufolge kann vorgesehen sein, dass das
Gehäuse
und der Ventilkörper
die Kammer luftdicht umschließen,
so dass eine ursprünglich
darin eingeschlossene Luftmenge, die z. B. Atmosphärendruck
bei geschlossenem Zustand des Ventils entsprechen kann, dauerhaft
erhalten bleibt.
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Einer
weiteren Ausgestaltung zufolge kommuniziert die Kammer über einen
Druckausgleichsdurchgang mit der Umgebung des Ventils. Dies ermöglicht es,
einen Druckanstieg in der Kammer, der bei einer hermetisch geschlossenen
Kammer beim Öffnen
des Ventils resultieren würde,
zu vermeiden und erleichtert so ein weites Öffnen des Ventils.
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Die
Druckausgleichsleitung kann an einer Stelle aus dem Mantel der Wendestange herausgeführt sein,
die dem Loch des Mantels, dessen Luftdurchfluss das Ventil steuert,
im wesentlichen diametral gegenüberliegt.
Da eine Materialbahn allenfalls die Hälfte des Umfangs einer Wendestange
berührt, ist
so sichergestellt, dass jedes Ventil, das an einem von der Materialbahn
verdeckten Loch des Mantels angeordnet ist, einen nicht von der
Bahn verdeckten Druckausgleichsdurchgang hat.
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Es
ist aber auch möglich,
den Druckausgleichsdurchgang in unmittelbarer Nachbarschaft zum
Hauptfluidausgang des Ventils auf den Mantel der Wendestange herauszuführen. Das
Ende eines solchen Druckausgleichsdurchgangs wird nämlich, wenn
das Ventil offen ist, von dem von ihm erzeugten Luftkissen schnell überstrichen,
woraus durch Strahlpumpeneffekt ein Unterdruck in dem Druckausgleichsdurchgang
resultieren kann, der das Öffnen des
Ventils noch zusätzlich
unterstützt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 einen
axialen Schnitt durch ein in einer Mantelöffnung einer Wendestange installiertes
Ventil gemäß der Erfindung;
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2 einen
axialen Schnitt durch eine weitere Ausgestaltung des Ventils in
einer um 90° gegen die
Ebene der 1 gedrehten Ebene;
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3 einen
axialen Schnitt analog dem der 1 durch
ein Ventil gemäß einer
dritten Ausgestaltung der Erfindung;
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4 einen
Querschnitt durch eine mit Ventilen gemäß 3 ausgestattete
Wendestange.
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1 zeigt
ein in eine Öffnung 02 im
Mantel 01 einer Wendestange eingelassenes Ventil 03 gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung. Das Ventil 03 hat ein
im wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse 04,
mit zwei im Zylindermantel diametral gegenüberliegend ausgebildeten Hauptfluideingängen 06 und
einem Fluidausgang 07 an einer Stirnseite des Zylinders.
Das Gehäuse 04 ist
in die Öffnung 02 von
außen
eingefügt
und dort z. B. durch Klebung befestigt, wobei eine die Stirnseite
umgebende Krempe 08 zusammen mit einer komplementären Schulter
an der Öffnung 02 einen
Anschlag für
die Positionierung des Gehäuses 04 bildet.
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Ein
Ventilkörper 09 wird
in einer Längsbohrung
des Gehäuses 04 von
einer Feder 16, z. B. eine Schraubenfeder gegen einen Sperrring 12 gedrückt gehalten.
Der Sperrring 12 kann gleichzeitig die Funktion eines Ventilsitzes
für den
Ventilkörper 09 haben,
der im geschlossenen Zustand des Ventils 03 einen Druckluftstrom
von den Hauptfluideingängen 06 zum
Fluidausgang 07 unterbindet. Eine für die Zwecke des Ventils 03 ausreichende
Dichtwirkung kann aber auch bereits dadurch erreicht werden, dass
der Durchmesser des Ventilkörpers 09 mit
geringer Toleranz dem der Längsbohrung
entspricht, in der er untergebracht ist.
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Der
Ventilkörper 09 ist
an einer in der 1 oben liegenden Fläche 13 dem
Druck am Fluidausgang 07 ausgesetzt; eine der Fläche 13 gegenüberliegende
Fläche
des Ventilkörpers 09 begrenzt
zusammen mit dem Gehäuse 04 eine
Kammer 14 an dem vom Fluidausgang 07 abgewandten
Ende des Gehäuses 04.
In der Kammer 14 ist die Schraubenfeder untergebracht,
die den Ventilkörper 09 gegen den
Sperrring 12 gedrückt
hält. Ein
an den Ventilkörper 09 angeformter
Stutzen 17 erstreckt sich durch die Kammer 14 und
durch eine Bohrung des Gehäuses 04.
Das Ende des Stutzens 17 bildet den Steuerfluideingang 18 einer
Steuerfluidleitung 19, die sich durch den Ventilkörper 09 hindurch
erstreckt. Die Kammer 14 ist bei dieser Ausgestaltung hermetisch abgeschlossen.
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Wenn
das Innere der Wendestange mit Druckluft beaufschlagt wird, so steht
diese an den Hauptfluideingang 06 und Steuerfluideingang 18 des Ventils 03 an
und strömt
durch die Steuerfluidleitung 19 zum Fluidausgang 07.
Wenn dieser, wie in der 1 angedeutet, durch eine Materialbahn 21 verdeckt
ist, so kann sich am Fluidausgang 07 ein Druck aufbauen,
der zwischen dem Luftdruck im Innern der Wendestange und dem umgebenden
Atmosphärendruck
liegt. Diese Druckzunahme führt
zu einer Zunahme der auf die Fläche 13 des
Ventilkörpers 09 wirkenden
Druckkraft, die schließlich
ausreicht, um den Ventilkörper 09 in
Richtung der Kammer 14 zu verdrängen. Dadurch öffnet sich
schließlich
ein Durchgang von den Hauptfluideingängen 06 zum Fluidausgang 07, über den
ein starker Druckluftstrom aus dem Ventil 03 ausströmen kann,
der ausreicht, um ein Luftkissen zwischen dem Mantel 01 und
der Materialbahn 21 aufzubauen. Da auch dieser Luftstrom
von der Materialbahn 21 am freien Abfließen gehindert
wird, bleibt im Bereich des Fluidausgangs 07 auch bei offenem
Ventil 03 ein Überdruck
bestehen, der den Ventilkörper 09 zurückgedrängt und
damit das Ventil 03 offen hält.
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Da
der auf den Stutzen 17 einwirkende Innendruck der Wendestange
im Betrieb immer höher ist
als der Druck am Fluidausgang 07, ist es wichtig, dass
die Querschnittsfläche
des Stutzens 17, auf die dieser Innendruck einwirkt, deutlich
kleiner ist als die Fläche 13.
Der freie Querschnitt der Steuerfluidleitung 19 kann z.
B. 1 mm betragen, bei einem Durchmesser der Fläche 13 von 3 mm und
einer Wandstärke
des Stutzens 17 von wenigen Zehntel mm.
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2 zeigt
einen Schnitt durch ein in den Mantel 01 einer Wendestange
eingelassenes Ventil 03 gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der Erfindung. Ein Schnitt durch dieses Ventil 03 in einer
zur Ebene der 2 senkrechten Ebene ist identisch
mit der 1. Gleiche Elemente der Ventile 03 gemäß erster
und zweiter Ausgestaltung sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Bei
dem Ventil 03 der 2 ist die
Kammer 14 nicht notwendigerweise hermetisch abgedichtet. Sie
kommuniziert über
eine Druckausgleichsleitung 22 mit der Umgebung des Ventils 03,
wobei diese Druckausgleichsleitung 22 sich durch das Gehäuse 04 erstreckt
und neben dem Fluidausgang 07 an der Außenfläche der Wendestange mündet. Wenn
der Fluidausgang 07 durch eine Materialbahn 21 verdeckt
ist, so ist in den allermeisten Fällen auch die Mündung der
Druckausgleichsleitung 22 verdeckt. Dies wirkt sich in
der Praxis jedoch nicht störend
aus. Da die Leckrate von Luft, die z. B. an dem Stutzen 17 entlang
oder von einem der Hauptfluideingänge 06 aus an der
Außenseite
des zylindrischen Ventilkörpers 09 entlang
die Kammer 14 erreicht, deutlich kleiner ist als der Luftstrom
durch die Steuerfluidleitung 19, können solche Leckluftströme keinen
Druckausgleich zwischen sich am Fluidausgang 07 unter der Materialbahn 21 stauender
Luft und der Kammer 14 bewirken. So lange das Ventil 03 geschlossen
ist, bleibt der Druck in der Kammer 14 zuverlässig unterhalb
des Drucks am Fluidausgang 07, so dass, wenn der Luftabfluss
vom Fluidausgang 07 durch ein Hindernis wie besagte Materialbahn 21 behindert
wird und der Druck am Fluidausgang 07 über den Atmosphärendruck
ansteigt, die auf die Fläche 13 einwirkende
Druckkraft in der Lage ist, den Ventilkörper 09 zurückzudrängen. Wenn
unter diesen Umständen das
Ventil 03 öffnet
und ein starker Luftstrom hindurchfließt, so überstreicht ein Teil von diesem
auch die Mündung
der Druckausgleichsleitung 22. Diese Strömung bewirkt
durch Strahlpumpeneffekt eine zusätzliche Absenkung des Drucks
in der Druckausgleichsleitung 22, die das Öffnen des
Ventils 03 noch zusätzlich
fördert.
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Um
in den Genuss möglichst
hoher Strömungsgeschwindigkeiten
an der Mündung
der Druckausgleichsleitung 22 zu kommen, die einen starken
Unterdruck in der Druckausgleichsleitung 22 bewirken, ist
es zweckmäßig, die
Mündung
der Druckausgleichsleitung 22 bezogen auf die durch einen
Pfeil 23 bezeichnete Laufrichtung der Materialbahn 21 stromabwärts vom
Fluidausgang 07 anzuordnen, da in diesem Fall die Laufbewegung
der Materialbahn 21 die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im
Bereich der Mündung
zusätzlich
steigert.
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3 zeigt
einen Schnitt analog dem der 1 durch
eine dritte Ausgestaltung eines Ventils 03 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Auch bei dieser Ausgestaltung sind Elemente des Ventils 03,
die denen der ersten oder zweiten Ausgestaltung entsprechen, mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser dritten Ausgestaltung
ist der Stutzen 17 am Ventilkörper 09 entfallen,
statt dessen dient eine radiale Bohrung 24 im Gehäuse 04 als
Steuerfluidleitung 19. Das Gehäuse 04 ist an seiner
vom Fluidausgang 07 abgewandten Stirnseite durch ein Rohr 26 verlängert, durch
das sich eine Druckausgleichsleitung 22 für die Kammer 14 erstreckt.
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Einer
nicht zeichnerisch dargestellten, vereinfachten vierten Ausgestaltung
zufolge kann als Steuerfluidleitung 19 eine beabsichtigte
Undichtigkeit zwischen Hauptfluideingang 06 und Fluidausgang 07 dienen,
z. B. in Form einer Rille in der Innenwand der Längsbohrung oder der Mantelfläche 21 des
Ventilkörpers 09 oder
in Form eines Spiels zwischen der Innenwand der Längsbohrung
und der Mantelfläche des
Ventilkörpers 09.
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4 zeigt
einen (nicht maßstäblichen) Querschnitt
einer Wendestange, die mit Ventilen 03 nach 3 ausgestattet
ist. Das Rohr 26 dieser Ventile 03 erstreckt sich
jeweils im wesentlichen mittig durch die Wendestange und mündet an
deren Mantel 01 jeweils an einem Ort 27, der der
mit dem Ventil 03 ausgestatteten Öffnung 02 diametral
gegenüberliegt. Da
eine an der Wendestange umzulenkende Materialbahn 21 nie
mehr als die Hälfte
von deren Umfang abdecken kann, sind die Mündungen der Druckausgleichsleitung 22 der
von einer Materialbahn 21 abgedeckten Ventile 03 bei
dieser Anordnung stets frei, so dass in der Kammer 14 Atmosphärendruck herrscht.
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- 01
- Mantel
- 02
- Öffnung
- 03
- Ventil
- 04
- Gehäuse
- 05
- Gehäuse
- 06
- Hauptfluideingang
- 07
- Fluidausgang
- 08
- Krempe
- 09
- Ventilkörper
- 10
- Ventilkörper
- 11
- Ventilkörper
- 12
- Sperrring
- 13
- Fläche
- 14
- Kammer
- 15
- Kammer
- 16
- Feder
- 17
- Stutzen
- 18
- Steuerfluideingang
- 19
- Steuerfluidleitung
- 20
- Steuerfluidleitung
- 21
- Materialbahn
- 22
- Druckausgleichsleitung
- 23
- Pfeil
- 24
- Bohrung
- 25
- Bohrung
- 26
- Rohr
- 27
- Ort