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Die
Erfindung betrifft einen Zylinder für die Bearbeitung von Flachmaterial
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zylinder
dieser Art finden insbesondere im Falzapparat einer Druckmaschine
vielfache Anwendung, wo die beweglichen Werkzeuge beispielsweise Punkturleisten,
Greifer, Falzmesser, Falzklappen oder dergleichen sein können und
die Zylinder dementsprechend als Punktur-, Greifer-, Falz- oder
Falzklappenzylinder bezeichnet werden.
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DE 101 56 194 A1 schlägt vor,
den Reibverschleiß an
der Deckscheiben-Tastrolle zu vermindern, indem anstelle eines Steuerarms
mit zwei Tastrollen zwei Steuerarme vorgesehen werden, von denen
einer die Kurvenscheiben-Tastrolle und der andere die Deckscheiben-Tastrolle
trägt.
Die abrupte Beschleunigung der Deckscheiben-Tastrolle wird hier vermieden,
indem sie in ständigem
Kontakt mit der Deckscheibe gehalten wird.
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Die
US 4 381 106 A offenbart
einen Sammelzylinder mit fünf
Greifern und fünf
Falzmessern. Durch Verstellung von Deckscheiben für Greifer
und Falzmesser ist Nichtsammelbetrieb, Zweifachsammelbetrieb, Dreifachsammelbetrieb
und Teilsammelbetrieb möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder für die Bearbeitung
von Flachmaterial zu schaffen, bei dem zwischen Deckscheibe und
zugehöriger
Steuereinrichtung Verschleiß reduziert
wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass der Verschleiß im Kontaktbereich
zwischen der Deckscheibe und der sie abtastenden Steuereinrichtung
gering gehalten wird, ohne dass dafür ein ständiger Kontakt zwischen der
Steuereinrichtung und der Deckscheibe erforderlich ist.
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Anstatt
einen Verschleiß der
Steuereinrichtung zu vermeiden, indem dessen die Deckscheibe abtastende
Tastrolle nach dem Vorbild von
DE 101 56 194 A1 kontinuierlich in Drehung
gehalten wird, wird bei der Konstruktion ein Verlust des Kontaktes zwischen
der Steuereinrichtung und der Deckscheibe billigend in Kauf genommen,
und der Verschleiß wird
reduziert, indem die Relativgeschwindigkeit zwischen dem rotierenden
Zylinderkörper
und der Deckscheibe verringert wird. Indem die Zahl der kongruenten
Sektoren der Deckscheibe gegenüber
herkömmlichen
Konstruktionen erhöht
wird, verringert sich deutlich die für eine Steuerung der Werkzeugbewegung
mit gewünschter
Periodizität
erforderliche Differenz der Drehgeschwindigkeiten von Zylinderkörper und
Deckscheibe. Während
etwa bei einem Zylinder mit fünf
Werkzeugen und herkömmlicherweise höchstens
drei Sektoren bei Zweifachsammelbetrieb ein Verhältnis der Regelgeschwindigkeit
des Zylinders zu der der Deckscheibe von 6:5 erforderlich war, ergibt
sich bei Verdoppelung der Sektorzahl ein Verhältnis 12:11, also eine Halbierung
der Drehgeschwindigkeitsdifferenz. Die Beschleunigung, die eine
die Deckscheibe abtastende Tastrolle der Steuereinrichtung bei jedem
Inkontaktkommen mit der Deckscheibe erfährt, ist also halbiert, und
da der Verschleiß überproportional
mit der auftretenden Beschleunigung zunimmt, ist die Lebensdauer
der Tastrolle sogar mehr als verdoppelt.
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Die
Rolle zum Abtasten der Deckscheibe kann mit einer Rolle zum Abtasten
der Kurvenscheibe einfach an einem gemeinsamen Steuerhebel montiert
sein. Dann verliert allerdings die Rolle der Kurvenscheibe immer
dann den Kontakt zur Kurvenscheibe, wenn die Deckscheibe die Arbeitsbewegung
blockiert, verlangsamt und muss wieder beschleunigt werden. Um dies
zu vermeiden, können auch
zwei Steuerhebel, einer für
jede Rolle, vorgesehen sein, die es der Rolle der Kurvenscheiben
erlauben, mit der Kurvenscheibe auch dann in Kontakt zu bleiben,
wenn die Deckscheibe die Arbeitsbewegung blockiert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Teilansicht eines Punkturzylinders;
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2 eine
auseinander gezogene Detailansicht der Steuereinrichtung mit zwei
Steuerhebeln einer Punkturleiste des Zylinders aus 1;
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3 eine
Detailansicht einer vereinfachten Steuereinrichtung mit einem Steuerhebel
und zwei daran montierten Rollen;
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4 relative
Stellungen von Kurven- und Deckscheibe bei Zweifachsammelbetrieb;
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5 relative
Position von Kurven- und Deckscheibe von Dreifachsammelbetrieb;
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6 bei
Vierfachsammelbetrieb;
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7 ein
Beispiel für
ein Getriebe zum Koppeln der Drehungen von Zylinderkörper und
Deckscheibe.
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1 zeigt
einen Endabschnitt eines Zylinderkörpers 01 mit drei
Punkturleisten (in 1 nur zwei sichtbar). Der Zylinderkörper 01 ist
hier der Einfachheit halber als Zylinder 01 im engen, geometrischen
Sinne dargestellt, doch versteht sich, dass in der Praxis von der
geometrischen Zylinderform abgewichen werden kann, sofern Signaturen
an der Mantelfläche
des Zylinders 01 auf einer kreis- oder kreissektorförmigen Bahn
gefördert
werden. Insbesondere kann die Mantelfläche aus einer Mehrzahl von
gegeneinander verstellbaren Segmenten aufgebaut sein. Die Werkzeuge 02,
z. B. Punkturnadeln 02 der Punkturleisten sind aus jeweils
in einem Abstand von 120° an
der Mantelfläche
des Zylinderkörpers 01 angeordneten
Lochreihen ausfahrbar, um zugeführte Signaturen
daran aufzuspießen
und auf dem Zylinderkörper 01 zu
einem (nicht dargestellten) Übergabespalt
weiter zu befördern.
Um die Signaturen am Übergabespalt
abzugeben, müssen
sich die Punkturnadeln 02 ins Innere des Zylinders 01 zurückziehen. Zu
diesem Zweck sind die Punkturnadeln 02 jeweils über in der 1 vom
Mantel des Zylinderkörpers 01 verdeckte
Arme mit einer Welle 03 fest verbunden, die jeweils in
den zwei sich gegenüberliegenden Stirnplatten 04 des
Zylinderkörpers 01 schwenkbar gelagert
ist. Mit den Stirnplatten 04 verbundene Achszapfen 06 sind
in einem nicht dargestellten Seitengestell drehbar gelagert. Koaxial
zu dem in der 1 gezeigten Achszapfen 06 sind
eine Kurvenscheibe 07 und eine Deckscheibe 08 vorgesehen. Die
Kurvenscheibe 07 hat im Wesentlichen die Form einer zur
Drehachse des Zylinderkörpers 01 konzentrischen
Kreisscheibe, in deren Umfangsabschnitt 09, z. B. Umfangsfläche 09 ein
Umfangsabschnitt 11, z. B. eine Einbuchtung 11 gebildet
ist. Die Deckscheibe 08 kann als aus vier kongruenten 90°-Sektoren aufgebaut
aufgefasst werden, von denen jeder einen kreisbogenförmigen Abschnitt 12 mit
großem
Radius, einen Abschnitt 13 mit geringerem Radius sowie Schrägflächen 14 aufweist,
die allmähliche Übergänge zwischen
den Abschnitten 12; 13 bilden.
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Jede
der drei Wellen 03 des Zylinderkörpers 01 trägt zwei
Steuerhebel 16; 17, die zusammen jeweils eine
Steuereinrichtung zum Steuern der Bewegung einer der Punkturleisten
bilden. Der Übersichtlichkeit
halber sind die Steuerhebel 16; 17 in 1 nur
an einer der Wellen 03 dargestellt. Der erste Steuerhebel 16 trägt an seinem
freien Ende eine Rolle 18, die auf der Umfangsfläche 09 der
Kurvenscheibe 07 abrollt. In analoger Weise trägt der zweite
Steuerhebel 17 einer Rolle 19, die auf der Umfangsfläche der
Deckscheibe 08 abrollt. Der zweite Steuerhebel 17 ist
fest mit der Welle 03 verbunden, während der erste Steuerhebel 16 um
die Welle 03 drehbar ist.
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Die
zwei Steuerhebel 16; 17 tragen jeweils an der
dem anderen Steuerhebel 16; 17 zugewandten seitlichen
Flanke einen Vorsprung 21 bzw. 22. Zwischen den
zwei Vorsprüngen 21, 22 ist
eine Druckfeder 23, die die zwei Vorsprünge 21; 22 auseinander
treibt (siehe 2). Auf den zweiten Steuerhebel 17 wirkt über die
Welle 03 ein Drehmoment einer nicht gezeigten, z. B. im
Zylinderkörper 01 untergebrachten
Feder, die dessen Rolle 19 gegen die Umfangsfläche der
Deckscheibe 08 treibt. Dennoch berührt in der in 1 gezeigten
Stellung die Rolle 19 die Deckscheibe 08 nicht,
da eine Berührung
zwischen den Vorsprüngen 21; 22 und
die gleichzeitig auf der Umfangsfläche 09 abrollende
Rolle 18 des ersten Steuerhebels 16 dies verhindern.
Die Rolle 18 befindet sich während der gesamten Umdrehung
des Zylinderkörpers 01 im
Kontakt mit der Kurvenscheibe 07 und ist dadurch gleichmäßig drehangetrieben. Wenn
die Rolle 18 jedoch in die Einbuchtung 11 eindringt,
so führt
dies nur dann zu einer Bewegung der Punkturnadeln 02, wenn
gleichzeitig die Rolle 19 einem Abschnitt 13 mit
kleinem Radius der Deckscheibe 08 gegenüberliegt. Ist dies nicht der
Fall, wie in 1 dargestellt, so verliert die
Rolle 19 den Kontakt mit der Deckscheibe 08 und
verlangsamt, bis sie erneut in Kontakt mit einem Abschnitt 12 mit
großem Radius
kommt.
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3 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht analog zu 2 eine vereinfachte
Steuereinrichtung, bei der ein einziger an der Welle 03 befestigter
Steuerhebel 17' zwei
Rollen 18'; 19' zum Abrollen
auf der Kurvenscheibe 07 bzw. der Deckscheibe 08 trägt. Der
Steuerhebel 17' schwenkt
nur dann radial einwärts,
wenn beide Rollen 18'; 19' gleichzeitig
die Einbuchtung 11 bzw. einen Abschnitt 13 mit
kleinem Radius passieren.
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Anstelle
der drei Falzmesser 02 oder Punkturleisten mit Punkturnadeln,
Greifer oder Falzklappen kann der Zylinder 01 auch fünf oder
sieben Abschnitte, d. h. fünf
oder sieben Werkzeuge 02, insbesondere Falzmesser 02 oder
Punkturleisten mit Punkturnadeln, Greifer oder Falzklappen aufweisen.
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4 zeigt
zwei schematische Seitenansichten der Kurvenscheibe 07 (strichliert
dargestellt), der durch vier identische Sektoren 26 gebildeten Deckscheibe 08 und
der Rollen 18; 19, während die Rollen die Einbuchtung 11 der
Kurvenscheibe 07 passieren. In Teil a der 4 stützt ein
Abschnitt 12 mit großem
Radius der Deckscheibe 08 die Rolle 19, so dass
ein Zurückziehen
der Punkturnadeln 02 in den Zylinderkörper 01 und eine Freigabe
einer an den Punkturnadeln 02 gehaltenen Signatur verhindert
wird, obwohl die Rolle 18 in die Einbuchtung eintaucht.
Das Verhältnis
der Drehzahlen von Zylinderkörper 01 und
Deckscheibe 08 beträgt
hier 8:7, d. h. wenn der Zylinderkörper 01 eine vollständige Umdrehung
gemacht hat und die Rolle 18 erneut die Einbuchtung 11 erreicht,
hat sich die Deckscheibe 08 nur um eine 7/8 Umdrehung weiter
gedreht, was wie in Teil b gezeigt einen Drehversatz der Deckscheibe 08 von
45° im Vergleich
zum in Teil a gezeigten Fall ergibt. So fallen in Teil b die Einbuchtung 11 und
ein Abschnitt 13 mit kleinem Radius der Deckscheibe 08 übereinander,
die Rolle 19 bewegt sich radial einwärts, und die Punkturnadeln 02 werden
zurückgezogen.
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Die
Zahl der Sektoren 26 beträgt mindestens 12.
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Bei
einer Steuereinrichtung wie in 3 gezeigt
würde im
Fall von Teil a der 4 der Kontakt zwischen Rolle 19' und Abschnitt 12 ein
Eintauchen der Rolle 18' in
die Vertiefung verhindern, und das Zurückziehen der Punkturnadeln 02 wäre ebenfalls gesperrt,
während
im Fall von Teil b beide Rollen 18', 19' eintauchen und die Punkturnadeln 02 sich
zurückziehen
würden.
Die Bewegung der Punkturnadeln 02 ist also dieselbe wie
bei der in 2 gezeigten zweiarmigen Steuereinrichtung.
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Im
Fall der 5 beträgt das Verhältnis der Drehzahlen von Zylinderkörper 01 und
Deckscheibe 08 12:11. Somit treffen nur bei jeder dritten
Umdrehung des Zylinderkörpers 01 wie
in Teil c von 5 gezeigt die Einbuchtung 11 und
die Deckscheibe 08 aufeinander. Vor jedem Zurückziehen
der Punkturnadeln 02 werden somit drei Signaturen gesammelt. Der
Unterschied in den Drehgeschwindigkeiten des Zylinderkörpers 01 und
der Deckscheibe 08 ist hier noch geringer als im Fall der 4 und
dementsprechend gering ist der Verschleiß der Rolle 19.
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Wie 6 zeigt,
ist es möglich,
die Zahl p von Umdrehung bis zur Freigabe der gesammelten Produkte
noch größer zu machen.
Bei der hier beispielhaft gezeichneten Winkelausdehnung der Einbuchtung 11 ist
es jedoch fraglich, ob in den Fällen
a und c die Abschnitte 12 auf der gesamten Ausdehnung der
Einbuchtung 11 ein Eindringen der Rolle 18 verhindern
könnten.
Je kleiner die Winkelausdehnung der Einbuchtung 11 ist,
um so größer ist
offensichtlich die Zahl der möglichen
Sammelvorgänge. Um
p-faches Sammeln zu ermöglichen,
darf die Winkelausdehnung der Einbuchtung 11 nicht größer als 2π/p sein.
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7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Kupplungsgetriebes zwischen dem Zylinderkörper 01, von dem in
der 7 nur der Achszapfen 06 schematisch dargestellt
ist, und der Deckscheibe 08. Der Achszapfen 06 kreuzt
drehbar gelagert eine Seitengestellplatte 24 und trägt an seinem
vom Zylinderkörper 01 abgewandten
Ende ein erstes Hohlrad 29 eines Harmonic-Drive-Getriebes.
Dieses und ein zweites Hohlrad 31 kämmen mit einem Flexspline 32. Ein
mit dem Hohlrad 31 fest verbundener Außenzahnkranz 33 kämmt mit
einem Ritzel 34 auf einer gegen die Achse des Zylinderkörpers 01 versetzten Achse 36,
die die Seitengestellplatte 24 kreuzt und auf deren Innenseite
ein weiteres Ritzel 37 trägt, welches eine auf den Achszapfen 06 drehbar
aufgeschobene, die Deckscheibe 08 tragende Hülse 38 antreibt.
Unter der Annahme, dass der Wave Generator 30 im Inneren
des Flexsplines 32 nicht rotiert, ergibt sich mit Zahnzahlen
von 160 für
das Hohlrad 29, 162 für das Hohlrad 31, 81 für den Außenzahnkranz 33, 24 für das Ritzel 34, 22 für das Ritzel 37 und 80 für eine Außenverzahnung
der Hülse 38 ein
Drehzahlverhältnis
von 12:11 zwischen dem Zylinderkörper 01 und
der Deckscheibe 08, mit dem im Falle einer viersegmentigen
Deckscheibe 08, wie in 1 bis 5 angenommen,
Zweifachsammelbetrieb (Sammeln und gemeinsames Abgeben von drei
Produkten) oder bei einer sechssegmentigen Deckscheibe Einfachsammelbetrieb
(Sammeln und Abgeben von zwei Produkten) realisierbar ist.
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Durch
Drehen des Wave Generators 30 ist die relative Lage der
Deckscheibe 08 in Bezug auf die mehreren Steuerhebel 17 des
Zylinderkörpers 01 einstellbar,
um zu gewährleisten,
dass während
des Durchgangs eines der Steuerhebel 16 vor der Einbuchtung 11 die
Rolle 19 des Steuerhebels 17 nicht von einem Abschnitt 12 auf
einen Abschnitt 13 oder umgekehrt wechselt. Während des
Sammelbetriebs ist der Wave Generator 30 drehfest gehalten.
Um Nichtsammelbetrieb fahren zu können, kann eine Kupplung zwischen
dem Achszapfen 06 und der Hülse 38 vorgesehen
werden, die, wenn sie geschlossen ist, die Deckscheibe 08 mit
der Geschwindigkeit des Zylinderkörpers 01 rotieren
lässt.
Wenn diese Kupplung geschlossen ist, wird der Wave Generator 30 rotieren
gelassen.
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Durch
Drehantreiben des Wave Generators 30 mit einer geeigneten
Geschwindigkeit ist es auch möglich,
jeweils verschiedene Sammelzahlen entsprechend der Übersetzungsverhältnisse
zwischen Zylinderkörper 01 und
Deckscheibe 08 zu realisieren. Zum gleichen Zweck könnte das
Getriebe der 7 auch durch ein geeignetes
Schaltgetriebe, wobei das mehrere Schaltstufen entsprechend unterschiedlichen
Werten von p ∊ {2, 3, ..., ∞} ersetzt werden. Generell
soll das Verhältnis
der Drehzahlen von Zylinderkörper 01 und
Deckscheibe 08 immer 1:1 ± 1/pm betragen, wobei m die
Zahl der Sektoren 26 der Deckscheibe 08 ist und
p eine kleine natürliche
Zahl ≥ 2
oder ∞ ist.
Dabei entspricht p = ∞ dem
oben erwähnten
Fall von Nichtsammelbetrieb mit einer starr an den Zylinderkörper 01 gekoppelt
rotierenden Deckscheibe 08, p = 1 dem Fall des Nichtsammelbetriebs
mit stationärer
Deckscheibe 08 und alle anderen Werte von p jeweils (p-1)-fach-Sammelbetrieb.
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Die
Anzahl m der Sektoren 26 ist wenigstens gleich n / 2+1, d. h.
m ≥ n / 2+1 oder
m ist wenigstens 4, d. h. m ≥ 4.
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Bei
den obigen Ausführungsbeispielen
wurden lediglich Punkturleisten 02 als Beispiele für am Zylinderkörper 01 angebrachte
und periodisch angetriebene Werkzeuge 02 betrachtet.
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Es
versteht sich jedoch, dass die Erfindung in gleicher Weise wie oben
beschrieben, auch auf andere periodisch bewegte Werkzeuge 02 wie
Falzmesser 02, Punkturleisten mit Punkturnadeln, Greifer,
Falzklappen etc. anwendbar ist, die mit einer Periode angetrieben
werden, die ein Vielfaches der Umdrehungsperiode des Zylinderkörpers 01 ist.
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Der
Zylinderkörper 01 sowie
die Deckscheibe 08 drehen sich beispielsweise gegen den
Uhrzeigersinn. Die Steuereinrichtung 16, 17; 17' ist beispielsweise
vorlaufend ausgebildet.
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- 01
- Zylinderkörper, Zylinder
- 02
- Werkzeug,
Punkturnadel
- 03
- Welle
- 04
- Stirnplatte
- 05
-
- 06
- Achszapfen
- 07
- Kurvenscheibe
- 08
- Deckscheibe
- 09
- Umfangsabschnitt,
Umfangsfläche
(07)
- 10
-
- 11
- Umfangsabschnitt,
Einbuchtung
- 12
- Abschnitt
(08)
- 13
- Abschnitt
(08)
- 14
- Schrägfläche
- 15
-
- 16
- Steuerhebel
- 17
- Steuerhebel
- 18
- Rolle
- 19
- Rolle
- 20
-
- 21
- Vorsprung
- 22
- Vorsprung
- 23
- Druckfeder
- 24
- Seitengestellplatte
- 25
-
- 26
- Sektor
- 27
-
- 28
-
- 29
- Hohlrad
- 30
- Wave
Generator
- 31
- Hohlrad
- 32
- Flexspline
- 33
- Außenzahnkranz
- 34
- Ritzel
- 35
-
- 36
- Achse
- 37
- Ritzel
- 38
- Hülse
- 17'
- Steuerhebel
- 18'
- Rolle
- 19'
- Rolle