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Die Erfindung betrifft ein Falzwerk mit einer Mehrzahl von Falzwalzen, die an ihren
Enden gelagert und belastet sind.
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In Falzapparaten und Falzmaschinen müssen die Abstände der Falzwalzen zueinander
entsprechend der gewünschten Falzart und der zu verarbeitenden Papiere auf die ein- oder
mehrfache Dicke des Falzproduktes eingestellt werden. Hierzu sind bereits Vorrichtungen
bekannt, mit deren Hilfe die Falzspaltweiten in einem Falzwerk bzw. dem gesamten
Falzapparat eingestellt werden können. Aus der DE 70 26 132 U1 ist hierzu beispielsweise
eine Vorrichtung bekannt, mit deren Hilfe durch Einlegen einer Anzahl von Musterstreifen
des zu verarbeitenden flächigen Produktes der Abstand der Falzwalzen reproduzierbar auf
ein Ein- oder Vielfaches der Dicke des zu verarbeitenden flächigen Produktes eingestellt
werden kann. Diese Einstellung kann durch eine zusätzliche Feinkorrektur noch verbessert
werden. Beim Betrieb der Falzmaschine drückt dann ein durchlaufender Bogen bzw. ein
bereits gefalztes Produkt die Walzen entgegen einer Federbelastung weiter auseinander.
Eine derartig federbelastete Falzwalze ist beispielsweise aus der EP 511 488 A1 bekannt.
Nachteilig an derartigen Feder belasteten Falzwalzen ist allerdings, dass für alle Stationen
und Arbeitsbereiche die verwendeten Stahlfedern gleich und damit auch die eingesetzten
Federkonstanten gleich sind. Damit ist eine Anpassung der Federkraft an die tatsächlichen
Bedürfnisse an dem jeweiligen Falzwalzenpaar nur durch Erhöhung der Vorspannung der
Feder oder durch Austausch der Feder gegen eine andere mit anderer Federkonstante
möglich. Jedenfalls ist dies nur unter erhöhtem Einstellungs- und Zeitaufwand möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Belastung für eine Falzwalze
vorzuschlagen, mit deren Hilfe eine rasche Anpassung der an dem Falzwalzenpaar
anliegenden Rückstellkraft entsprechend den jeweiligen Papiererfordernissen erfolgen
kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Falzwerk mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird also an wenigstens einer der Falzwalzen ein Belastungselement
vorgesehen. Dieses Belastungselement weist eine nicht-lineare Auslenkungs-Kraft-
Kennlinie auf. Durch eine derartige Ausgestaltung des Belastungselementes ist
gewährleistet, dass bei einer hohen Auslenkung der Falzwalzen zueinander die
Rückstellkraft überproportional ansteigt und somit ein sicherer Transport auch bei dicken
Papieren gewährleistet ist. Gleichzeitig wird beim Durchgang von dünnen Papieren durch
den Walzenspalt gewährleistet, dass die auf das Papier wirkende Kraft so niedrig gehalten
wird, dass zwar ein sicherer Transport des Papiers erfolgt, jedoch ein Markieren des
Papiers durch die Falzwalzen unterbleibt.
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Diese nicht-linearen Belastungselemente lassen sich auf vielfältige Weise verwirklichen.
So kann das Belastungselement beispielsweise als Elastomerkörper ausgebildet sein, an
dessen einer Seitenfläche eine Platte und an dessen anderer Seitenfläche ein konischer
Eindringkörper vorgesehen ist. Insbesondere durch das Vorsehen des konischen
Eindringkörpers kann sowohl der Verlauf der nicht-linearen Auslenkungs-Kraft-Kennlinie
wie auch die Vorspannung des Elastomerkörpers eingestellt werden.
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Daneben ist es auch möglich, ein sogenanntes pneumatisches Expansionselement als
Belastungselement vorzusehen. Dabei kann beispielsweise eine pneumatische
Ringmembran oder ein Balgzylinder eingesetzt werden, der mit einer Druckleitung
versehen wird. Über die Druckleitung lässt sich dann wiederum die Vorspannung des
Belastungselementes sowie die nicht-lineare Auslenkungs-Kraft-Kennlinie an die jeweilige
von dem Falzwalzenpaar durchzuführende Aufgabe einstellen.
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Selbstverständlich können auch andere Belastungselemente eingesetzt werden, die eine
nicht-lineare Auslenkungs-Kraft-Kennlinie aufweisen, wie etwa Fluidkissen.
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Der Einsatz des erfindungsgemäßen Belastungselementes gewährleistet jedenfalls, dass
leichte Papiere mit sehr geringen Kräften gefalzt werden, sodass die statische Aufladung
reduziert wird. Gleichzeitig ist für dickere Papiere gewährleistet, dass durch die dann
entstehende größere Auslenkung die Rückstellkraft in den Falzwalzenspalten zunimmt,
sodass auch diese Papiere sicher geführt werden können.
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Das erfindungsgemäße Belastungselement lässt sich sowohl in den Falzwalzen einer
Taschenfalzeinrichtung wie auch einer Schwertfalzeinrichtung oder in einer sogenannten
Kombimaschine, die sowohl Taschen- wie auch Schwertfalzwerke aufweist, einsetzen.
Über die Kombination mit einem automatischen oder mechanischen Voreinstellungssystem
ist es damit möglich, die für die jeweilige Station zu erwartende Falzbelastungskraft in
weiten Grenzen zu variieren und durch den Einsatz des Belastungselementes mit einer
nicht-linearen Auslenkungs-Kraft-Kennlinie auch bei unterschiedlichen Papierdicken zu
optimieren.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der nachfolgenden
Figuren sowie deren Beschreibungsteile. Es zeigen im Einzelnen:
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Fig. 1 schematische Darstellung eines Taschenfalzwerkes mit einem pneumatischen
Expansionselement als Belastungselement,
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Fig. 2 schematische Darstellung eines Taschenfalzwerkes mit einem Elastomerkörper
als Belastungselement,
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Fig. 3 eine schematische Detaildarstellung des Verlaufs der Auslenkungs-Kraft-Linie
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Fig. 1, in der ein pneumatisches Expansionselement als Belastungselement 23 vorgesehen
ist, zeigt einen Ausschnitt aus einem Falzwerk 10, bei dem Falzwalzen 12 und 14
vorgesehen sind. Die Falzwalze 12 ist drehbar um den Punkt 15 auf einem Arm 16
angebracht, wobei sich der Arm 16 bei Durchlauf eines zu falzenden Papiers zwischen den
Falzwalzen 12 und 14 in Pfeilrichtung P bewegt. Üblicherweise wird eine Rückstellung,
wie anhand der Falzwalze 18 und des Armes 20 gezeigt, über eine Feder 22 gewährleistet,
deren Rückstellkraft entweder über die Rückstellkraft der ausgewählten Feder oder über
ihren einstellbaren Spannungszustand fest eingestellt ist. Erfindungsgemäß wird diese
Feder nun durch ein Belastungselement ersetzt, das als pneumatisches Expansionselement
24 ausgebildet ist. Beispielsweise kann das pneumatische Expansionselement als
pneumatische Ringmembran oder Balgzylinder ausgeführt sein. Diese Membran oder
dieser Balgzylinder ist zur Erzeugung der Rückstellungswirkung mit Druck belastet, was
dadurch erreicht werden kann, dass eine Druckleitung 26 vorgesehen wird, über die das
pneumatische Expansionselement 24 mit Überdruck beaufschlagt, insbesondere mit
Luftdruck, gefüllt werden kann. Zum Füllen kann ein in der Maschine eingebrachter
Kolbenkompressor vorgesehen werden. Alternativ ist auch die Druckluftversorgung über
eine von dem Falzapparat unabhängige, beispielsweise Hausluftversorgung, möglich. Die
Druckluftstärke wird über ein Bedienpult eingestellt, das entweder in das Hauptbedienpult
integriert ist, oder als Einzelbedienpult an jedem Falzwerk 10 angebracht ist. Damit ist es
möglich, durch die unterschiedliche Druckeinstellung jedes einzelne Falzwalzenpaar
unmittelbar auf die bevorstehende Falzaufgabe anzusprechen und einzustellen. Das
pneumatische Expansionselement 24 ist mit Hilfe eines Befestigungselementes,
insbesondere einer Platte 28 am Walzenstuhl befestigt, sodass der Gegendruck auf den
Arm 16 bei einer Auslenkung des Armes in Richtung des Pfeils P auf den Arm 16 wirken
kann.
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Fig. 2, in der ein Elastomerkörper als Belastungselement 23 vorgesehen ist, zeigt eine
alternative Ausgestaltung der Erfindung, in der wiederum in einem Falzwerk 10 ein
Falzwalzenpaar 12 und 14 vorgesehen ist. Die Falzwalze 12 ist wiederum an einem Arm
16 befestigt, der bei Durchgang eines Papiers durch den Walzenspalt zwischen den
Falzwalzen 12 und 14 in Pfeilrichtung P um den Punkt 15 bewegt wird. Der Arm 16 ist
wiederum mit einem Belastungselement 23 gekoppelt, das in der vorliegenden
Ausführungsform als Elastomerkörper 30 ausgeführt ist. Dieser Elastomerkörper 30 ist
zwischen einer Platte 28, die fest mit dem Walzenstuhl verbunden ist, und einem
Eindringkörper 32 geklemmt. Der Eindringkörper 32 weist eine gekrümmte Fläche aus und
ist bevorzugt konisch ausgeführt. Seine Eindringtiefe in das Volumen des
Elastomerkörpers 30 kann über das Voreinstellelement 34 eingestellt werden. Das
Voreinstellelement 34 bestimmt gleichzeitig den Walzenspalt im Ausgangszustand. Damit
lässt sich gleichzeitig die Vorspannung des Elastomerkörpers regeln. Als Elastomerkörper
kommen alle Körper mit einer nicht-linearen Rückstellkraft in Betracht, wie sie im
Zusammenhang mit Fig. 3 näher erläutert ist. Die Einstellung der Rückstellkraft wird
dabei auch von der Art der Konizität des konischen Eindringkörpers 32 beeinflusst. Mit
steigender Eindringtiefe nimmt darüber hinaus die ohnehin im Elastomerkörper
vorhandene nicht-lineare Federkennlinie zu. Dies bewirkt unmittelbar, dass die
Falzwalzenvorspannung bei dickerer Unterlegung des Voreinstellelements 34 erheblich
stärker ansteigt als bei dünner Unterlegung.
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In Fig. 3 ist jeweils anhand von zufälligen Einheiten für die Kraft und für die Auslenkung
die Wirkungsweise des Belastungselementes 23 für die Verwendung einer Feder mit Kurve
36 und für die Verwendung eines Belastungselementes 23 mit einer nicht-linearen
Ausdehnungs-Kraft-Kennlinie anhand der Kurve 38 qualitativ gezeigt. Da die beiden in
Fig. 1 und 2 beschriebenen Belastungselemente 23 jeweils eine nicht-lineare
Ausdehnungs-Kraft-Kennlinie aufweisen, hat der Einsatz dieser beiden Elemente eine
wesentliche Auswirkung auf die Voreinstellung, die mit Hilfe des Voreinstellelements 34
erfolgt. Die Falzbelastungskraft, die jetzt durch Einschieben von Musterpapieren in dem
Voreinstellelement grundsätzlich eingestellt wird, bewirkt im Zusammenwirken mit dem
nicht-linearen Belastungselement 23, dass die Falzwalzenvorspannung jeweils bei dickerer
Unterlegung des Voreinstellelements erheblich stärker ansteigt als bei dünnerer
Unterlegung, während bei Stahlfedern die Falzwalzenvorspannung wegen der geringeren
Auslenkung nur sehr gering ansteigt. Diese Verhältnisse sind jeweils qualitativ durch die
Kurven 36 für die aus dem Stand der Technik bekannten Federn und die
erfindungsgemäßen nicht-linearen Belastungselemente 38 wiedergegeben. Besonders
vorteilhaft ist dies bei schweren Bögen, bei denen die Federkraft oft kaum ausreicht, um
einen sicheren Halt zwischen den Falzwalzen zu gewährleisten. Bei leichten Papieren
hingegen werden die Falzwalzen nur wenig ausgelenkt, sodass mit sehr geringer Kraft
gefalzt werden kann. Damit wird, ohne dass ein zusätzlicher Einstellvorgang erforderlich
ist, die statische Aufladung automatisch reduziert. Die grundsätzliche Vorspannung lässt
sich bei den erfindungsgemäßen Elementen einfach einstellen, wobei beim Druckluft
beaufschlagten System lediglich der Luftdruck entsprechend den Erfordernissen angepasst
werden muss. Beim Einsatz eines Elastomerkörpers, der beispielsweise aus
Naturkautschuk, Styrolbutadienkautschuk oder als anderer reversibel verformbarer Gummi
ausgeführt sein kann, kann die Vorspannung zum einen durch die Stärke des Eindringens
des Eindringkörpers 32 oder durch dessen Form beeinflusst werden.
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Darüber hinaus haben die erfindungsgemäßen Belastungselemente den Vorteil, dass
eventuell bei Falzwalzen auftretende Toleranzen individuell durch die Vorspannung des
Belastungselementes ausgeglichen werden können. Eine derartige Maßnahme kann
insbesondere in die Falzwalzenvoreinstellung mit einbezogen werden, wobei
beispielsweise über elektromotorische Druckminderventile die Falzwalzenbelastung in die
automatische Voreinstellung einbezogen werden kann.
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Die Belastungselemente können auf beiden Seiten des Falzwerkes vorgesehen werden, das
heißt also auf der Antriebs- und Bedienerseite. Da dann auf beiden Seiten die Elemente
individuell in ihrer Rückstellkraft einstellbar sind, können auch Kräfte, die aus dem
Antrieb resultieren, kompensiert werden, sodass die Falzwalzen auf beiden Seiten
gleichmäßig belastet werden.
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Neben der Verwendung der einstellbaren Belastungselemente mit einer nicht-linearen
Ausdehnungs-Kraft-Kennlinie an Falzwalzen können diese Elemente auch an anderen
Bearbeitungselementen des Falzwerkes 10 verwendet werden. Insbesondere lassen sich
beim Einsatz der erfindungsgemäßen Belastungselemente an einer Messerwelle die
Schnittkräfte einstellbar ausführen.
Bezugszeichenliste
10 Falzwerk
12 Falzwalze
14 Falzwalze
15 Drehpunkt
16 Arm
18 Falzwalze
20 Arm
22 Feder
23 nicht-lineares Belastungselement
24 pneumatisches Expansionselement
26 Druckleitung
28 Platte
30 Elastomerkörper
32 Eindringkörper
34 Voreinstellelement
36 Federkennlinie
38 nicht-lineare Kennlinie
P Bewegungsrichtung