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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Schneidlinien zum Schneiden von flächigen
Materialien, insbesondere Papier, Karton, Kunststoffe, etc.. Unter
die Bezeichnung Schneidlinien fallen auch Sonderformen wie Perforierlininen
oder Schneid-Rill-Kombinationen.
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2. Stand der Technik
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Schneidlinien
sind im Stand der Technik bekannt und bestehen aus einem Stahlband
mit einer Schneidkante, zwei parallelen Seitenflächen und
einem Rücken gegenüber der Schneidkante. Schneidlinien
werden entsprechend der gewünschten Form eines Zuschnittes
gebogen, abgelängt und in eine Trägerplatte eingesetzt.
Das so entstandene Stanzwerkzeug wird u. a. in Flachbettstanzen
eingesetzt, um beispielsweise Kartonagen auszustanzen. Üblicherweise
umfasst eine Flachbettstanzmaschine eine ebene obere Platte, an
der das Werkzeug befestigt wird, sowie eine ebene untere Platte,
mit der das Werkstück gegen das Stanzwerkzeug gepresst
wird. Das Stanzwerkzeug besteht aus einer mit Schlitzen versehenen
Trägerplatte, üblicherweise aus einem Holzwerkstoff
wobei in die Schlitze die vorgebogenen Schneidlinien eingesetzt
werden. Die Schlitze in der Trägerplatte sind üblicherweise
durchgängig, so dass der Rücken der Schneidlinien
an der oberen Platte der Flachbettstanzmaschine ansteht.
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Um
ein gleichmäßiges Stanzergebnis zu erhalten, müssen
die Schneidlinien in ihrer Höhe eingestellt werden. Zunächst
wird eine Probestanzung durchgeführt und beobachtet, an
welchen Stellen das Werkstück geeignet geschnitten ist
und an welchen Stellen kein vollständiger Schnitt erfolgt
ist. An diesen Stellen werden Zwischenlagen aus Papier oder speziellen
Metall- oder Kunststoffbändern zwi schen einer Rückenplatte
und der oberen Platte der Flachbettstanzmaschine eingefügt,
um dort lokal den Druck auf die Schneidlinien zu erhöhen.
Dieser Vorgang wird als Zurichten bezeichnet.
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Dieses
Zurichten kann sich auf größere Bereiche erstrecken
(das sogenannte „Zonenzurichten”) oder auf nur
bestimmte lokale Stellen, an denen eine unzureichende Stanzung auftritt
(das sogenannte „lokale Zurichten”). Es erfolgt
auf einem Zurichtbogen, einer Materialschicht die zwischen einer
Rückenplatte hinter den Schneidlinien und einer Schutzplatte
der oberen Platte der Flachbettstanzmaschine liegt. Auf dem Zurichtbogen
werden dann von Hand beispielsweise kleinere oder größere
Stücke der Zwischenlagen an bestimmten Stellen fixiert.
Dazwischen erfolgen jeweils Probestanzungen, um die Auswirkungen
des Zurichtens zu beurteilen. Das Zurichten ist daher ein zeitaufwändiger,
iterativer Prozess, bei dem viel Erfahrung notwendig ist und die Flachbettstanzmaschine
nicht produktiv verwendet werden kann.
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Da
solch ein manuelles Zurichten zeitaufwändig ist und teuren
Maschinenstillstand erfordert, ergibt sich einen Bedarf für
Verfahren und Hilfsmittel zur Verringerung dieses Aufwands.
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Dazu
wurden bereits verschiedene Lösungsmöglichkeiten
vorgeschlagen, unter Anderem elastisch-plastisch verformbare Zwischenlagen,
die hinter der Stanzform oder unter der Stanzplatte eingebracht
werden, um Druckunterschiede auszugleichen. So zeigt beispielsweise
die
DE 33 17 777 C1 ein
System, bei dem die Schneidlinien auf ihrer Rückenseite
gehärtete Schneiden aufweisen, die bei den Stanzvorgängen
in eine derartige Zwischenplatte eindringen können.
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Weiterhin
wurde beispielsweise in der
DE 199 13 216 C1 vorgeschlagen, Schneidlinien
mit einem querschnittsreduzierten Bereich zu verwenden, der sich
bei der Verwendung der Schneidlinie staucht, um eine Höhenanpassung
der Schneidlinie automatisch durchzuführen.
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Schließlich
wurde in der
DE 31
35 980 C1 vorgeschlagen, eine Schneidlinie zu verwenden,
die einen verformbaren Rücken aufweist, der eine selbstregulierende
Stanzmessereinstellung ermöglichen soll. Es wird vorgeschlagen,
den Rücken der Schneidlinie beidseitig über einen
großen Bereich anzufasen, den Messerrücken im
Querschnitt mit Zähnen zu versehen oder seitliche Nuten
einzubringen.
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Die
vorgeschlagenen Geometrien weisen allerdings den Nachteil auf, dass
sie entweder nicht im gewünschten Maß zum Erfolg
oder zu einer Instabilität der Schneidlinie führen,
was zu einem unvollständigen Höhenausgleich und
einem ungenauen Stanzergebnis führt. Aus diesem Grund wurden
derartig geformte Schneidlinien auf dem Markt nicht angenommnen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausgangsmaterial
für Schneidlinien bereitzustellen, welches einerseits eine
automatische Zurichtung ermöglicht, aber andererseits nicht die
Nachteile der im Stand der Technik bereits bekannten Schneidlinien
aufweist. Da Schneidlinien heute größtenteils
maschinell verarbeitet werden, muss gewährleistet sein,
dass eine derartige Schneidlinienausführung dies auch störungsfrei
zulässt.
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3. Zusammenfassung der Erfindung
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Die
oben genannten Aufgaben werden gelöst durch eine Schneidlinie
gemäß Patentanspruch 1. Insbesondere werden die
oben genannten Aufgaben gelöst durch eine Schneidlinie,
aufweisend ein Stahlband mit einer Schneidkante, einen der Schneidkante
gegenüberliegenden Rücken des Stahlbandes, wobei
der Rücken Vorsprünge aufweist, die bei der ersten
Verwendung der Schneidlinie plastisch verformbar sind und die Vorsprünge
im Wesentlichen eine Höhe h von 30%–70% der Dicke D
des Stahlbandes aufweisen.
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Aufgrund
von Berechnungen und Versuchen wurde herausgefunden, dass ein derartiges
Ausgangsmaterial, welches an seinem Rücken Vorsprünge
aufweist, die ein bestimmtes Verhältnis von ihrer Höhe
zu der Dicke des Stahlbandes aufweisen, einerseits einen selbständigen
Höhenausgleich der Schneidlinie ermöglichen, wobei
andererseits die Stabilität dieser Schneidlinie nicht beeinträchtigt
wird. Bei der erstmaligen Belastung eines Werkzeugs mit derartigen
Schneidlinien werden die am höchsten belasteten Vorsprünge
durch die auftretenden lokalen Druckspannungen plastisch verformt,
wobei eine automatische Zurichtung erfolgt. Bei den folgenden Belastungen
des Werkzeugs herrscht dann idealerweise auf jedem Abschnitt der
Schneidlinie die gleiche Druckspannung.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform weisen die Vorsprünge
im Wesentlichen eine Höhe h von 40%–60% und noch
bevorzugter von im Wesentlichen 50% der Dicke D des Stahlbandes
auf. Die besten Ergebnisse im Hinblick auf Stabilität und Verformbarkeit
wurden erzielt, wenn die Vorsprünge im Wesentlichen eine
Höhe h aufweisen, die im Bereich der halben Dicke D des
Stahlbandes lagen. Höhere Vorsprünge, wie sie
beispielsweise der Stand der Technik vorschlägt, verformen
sich eher elastisch, kippen unkontrolliert zur Seite, oder das Stahlband
kippt in der Nut der Trägerplatte. Niedrigere Vorsprünge
werden an vielen Stellen komplett zusammengedrückt und
führen somit nicht zu einem ausreichenden Höhenausgleich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Rücken
in einem Querschnitt durch eine Spitze der Vorsprünge abgerundet.
Durch diese Rückenform, die zusätzlich in Querrichtung
abgerundet ist, ergibt sich eine linien- oder punktförmige
Auflagefläche des Rückens an der Rückenplatte
des Werkzeugs, wodurch die plastische Verformung der Vorsprünge
weiterhin erleichtert wird. Zudem wird das Einführen der
Schneidlinien in die Nuten des Trägerbandes erleichtert.
Schließlich vermindert eine derartige Querschnittsform
den Effekt der sog. Rückenaufstauchung in engen Biegeradien.
Beim Biegen von engen Radien ergibt sich eine Vergrößerung
der Gesamthöhe H der Schneidlinien im Bereich von bis zu 0,2
mm je nach Dicke der Schneidlinien und Biegeradius.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Rücken
in einem Querschnitt durch eine Spitze der Vorsprünge beidseitig
abgeschrägt oder doppeltkonkav ausgebildet. Auch diese
Rückenformen erleichtern ein genau definiertes Maß an
plastischer Verformung bei ausreichender Stabilität des Rückens.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Rücken
in einem Querschnitt durch eine Spitze der Vorsprünge halbkreisförmig
abgerundet, wobei der Rundungsradius r der halben Dicke D des Stahlbandes
entspricht. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft
im Hinblick auf die Rückenaufstauchung wobei gleichzeitig
eine ausreichend hohe Stabilität des Rückens der
Rill- und Schneidlinie in Querrichtung bereitgestellt wird. Es ergibt
sich durch den in Querrichtung abgerundeten Rücken eine
quasi mittige Krafteinleitung auf die Rill- oder Schneidlinien,
wodurch Querkräfte vermieden werden. Ein Kippen der Rill-
und Schneidlinie in der Nut der Trägerplatte wird daher
wirkungsvoll verhindert.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Vorsprünge
in einem Längsschnitt durch eine Spitze der Vorsprünge
konkave Flanken auf. Weiter bevorzugt weist der Rücken
im Längsschnitt kreisabschnittsförmige, insbesondere
halbrunde, Aussparungen mit einem Radius auf. Durch die konkaven,
insbesondere runden Flanken der Vorsprünge – in
Längsrichtung der Rill- und Schneidlinie gesehen – weisen
die Vorsprünge eine progressive Kennlinie gegenüber
von oben eingeleiteten Druckkräften auf. Dies ist insbesondere
vorteilhaft, um sowohl bei auszugleichenden kleinen Höhenunterschieden
als auch bei großen Höhenunterschieden eine plastische
und nicht nur eine elastische Verformung der Vorsprünge
sicherzustellen. Bevorzugt entspricht der Radius der Aussparungen
50%–150%, noch bevorzugter im Wesentlichen 100% der Dicke des
Stahlbandes.
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Bevorzugt
weisen die Vorsprünge in einem Längsschnitt durch
eine Spitze der Vorsprünge eine spitz zulaufende Spitze
auf. Im Extremfall wird beispielsweise der Radius der Flanken und
der Abstand der Vorsprünge zueinander so gewählt,
dass sich eine spitz zulaufende Spitze der Vorsprünge ergibt. Damit
ergibt sich vor der ersten Belastung ein punkförmiger Kontakt
zwischen den Vorsprüngen und der Schutzplatte des Werkzeugs,
der nach der Belastung zu einem flächigen Kontakt wird.
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Bevorzugt
weisen die Vorsprünge in einem Längsschnitt durch
eine Spitze der Vorsprünge eine stumpf zulaufende Spitze
auf. Hier wird beispielsweise der Radius der Flanken und der Abstand
der Vorsprünge zueinander so gewählt, dass sich
eine stumpf zulaufende Spitze der Vorsprünge ergibt. Damit
ergibt sich vor der ersten Belastung ein linienförmiger
Kontakt zwischen den Vorsprüngen und der Schutzplatte des
Werkzeugs, der nach der Belastung zu einem flächigen Kontakt
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die stumpf zulaufende
Spitze eine Länge l von 1%–20% der Dicke D des
Stahlbandes auf.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wurden die Vorsprünge
durch Einfräsen oder Einschleifen von Aussparungen in Querrichtung
in den Rücken erzeugt. Dieses Einfräsen oder Einschleifen
wird bevorzugt nach der Bearbeitung der Querschnittsform der Rill-
und Schneidlinie durchgeführt.
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Bevorzugt
wurde der Rücken angelassen oder weichgeglüht,
um seine plastische Verformbarkeit zu erhöhen. Durch das
Anlassen oder auch durch partielles Weichglühen wird eine
plastische Verformbarkeit des Rückens erhöht und
damit durch die niedrigeren Druckkräfte beim automatischen
Zurichten die Schneidkante geschont.
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Die
oben genannten Aufgaben werden ebenfalls gelöst durch das
Verwenden einer oben beschriebenen Schneidlinie in einer Stammaschine, insbesondere
in einer Flachbettstanzmaschine oder in einer Rotationsstanzmaschine.
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4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
vergrößerte Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen
Schneidlinie;
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2.
eine Detailansicht der 1, die den oberen Teil einer
erfindungsgemäßen Schneidlinie im in Querrichtung
Q geschnittenen Zustand, entlang der Linie A-A aus 3 zeigt;
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3 eine
Detailansicht von der Seite einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Schneid- oder Rilllinie, im
in Längsrichtung L geschnittenen Zustand, entlang der Linie
B-B aus 2;
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4 eine
Detailansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Rill- oder Schneidlinie, im in Längsrichtung L geschnittenen Zustand,
entlang der Linie B-B aus 2;
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5 eine
Detailansicht des oberen Teils einer erfindungsgemäßen
Schneidlinie im in Querrichtung Q geschnittenen Zustand mit einer
beidseitig abgeschrägten Rückenform; und
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6 eine
Detailansicht des oberen Teils einer erfindungsgemäßen
Schneidlinie im in Querrichtung Q geschnittenen Zustand mit einer
doppelt-konkaven Rückenform.
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5. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren im Detail erläutert.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schneidlinie 1. Die Schneidlinie 1 besteht im
Wesentlichen aus einem flachen Stahlband 10 mit einer Höhe
H im Bereich von ca. 8 bis 100 mm, einer Dicke D im Bereich von
0,45 bis 2,13 mm (1,3–6 pt), einer beliebigen Länge
sowie einer Schneidkante 20. Sonderformen der Schneidlinien,
wie oben erwähnt, weisen andere Kantenformen 20 auf
und sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Gegenüber
der Schneidkante 20 befindet sich der Rücken 30 des
Stahlbandes 10 bzw. der Schneidlinie 1, der in
dieser bevorzugten Ausführungsform abgerundet ist. In der
dargestellten Ausführungsform ist der Rücken 30 halbkreisförmig
abgerundet und weist einen Rundungsradius r auf, der im Wesentlichen
der halben Dicke D des Stahlbandes 10 entspricht.
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In 2 ist
ein Querschnitt durch den Bereich des Rückens 30 im
Detail dargestellt. Hier ist besonders gut die halbkreisförmige
Abrundung des Rückenbereichs 30 im Querschnitt dargestellt.
Die Abrundung des Rückenbereichs 30 wird ähnlich
zu den Facetten des Schneidenbereichs 20 durch Schleifen
oder Schaben des Stahlbandes 10 erzeugt.
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3 zeigt
den Rückenbereich des Stahlbandes in der Seitenansicht.
Man erkennt, dass der Rücken Vorsprünge 32 aufweist,
die dadurch hergestellt werden, dass in den Rücken Aussparungen 36 eingeschliffen
werden. In der in 3 dargestellten bevorzugten
Ausführungsform weist der Rücken im Längsschnitt
halbrunde Aussparungen 36 auf, die einen Radius R1 aufweisen. Der Radius R1 kann
in einer Ausführungsform im Bereich der halben Dicke D des
Stahlbandes 10 liegen.
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In
anderen in den 5 und 6 dargestellten
Ausführungsformen ist der Rücken 30 im Querschnitt
beidseitig abgeschrägt oder doppelt-konkav ausgebildet.
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Der
Abstand zwischen den Aussparungen 36 wurde so gewählt,
dass sich eine stumpf zulaufende Spitze 34 der Vorsprünge 32 ergibt,
die somit eine Länge l aufweisen. Bevorzugt beträgt
die Länge l 1% bis 20% der Dicke D des Stahlbandes 10 und
in einer Ausführungsform 0,05 bis 0,15 mm, bevorzugt 0,08 mm
bis 0,13 mm und besonders bevorzugt 0,11 mm.
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In
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt
die Höhe h ca. 0,35 mm und damit ca. 50% der Dicke D des
Stahlbandes 10 von 0,71 mm.
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In 4 ist
eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Rückenbereichs
eines Ausgangsmaterials 1 für Schneidlinien dargestellt.
In dieser Ausführungsform wurde der Radius R2 größer
gewählt als der Radius R1 der Aussparungen 36 aus 3. Dadurch
ergibt sich spitz zulaufende Spitze 34 der Vorsprünge 32 und
eine geringere Höhe h der Vorsprünge 32.
Der Radius R2 kann bevorzugt im Bereich
der Dicke D des Stahlbandes 10 liegen. Bevorzugt entspricht
der Radius R2 50%–150%, noch bevorzugter
im Wesentlichen 100% der Dicke D des Stahlbandes 10.
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Bei
einer ersten Verwendung des Ausgangsmaterials 1 als Rill-
oder Schneidlinie verformt sich erfindungsgemäß der
Rückenbereich 30 des Stahlbandes 10.
An Stellen hoher Belastung der Rill- oder Schneidlinie verformt
sich das Stahlband 10 zunächst elastisch und bei Übersteigen
der Streckgrenze auch plastisch und zwar zuerst im Bereich mit der höchsten
Druckbelastung. Beim erfindungsgemäßen Ausgangsmaterial 1 sind
die Bereiche der höchsten Belastungen die Spitzen 34 der
Vorsprünge 32. Die Vorsprünge 32 wirken
daher zunächst wie elastische Federn. Bei Überstreiten
der Streckgrenze in diesen lokalen Bereich verformen sie sich plastisch,
d. h. sie werden plastisch zusammengedrückt, und sorgen
so für ein automatisches Zurichten. Diese plastische Änderung
der Höhe ist in 3 durch die Höhe hv nach der Verformung dargestellt. Beim Zusammendrücken der
Vorsprünge 34 vergrößert sich
demgemäß auch die Länge der stumpfen
Spitze von l auf lv.
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Gleiches
gilt für eine Rill- und Schneidlinie gemäß der
Ausführungsform von 4. Bei einer ersten
Belastung werden die Vorsprünge 32 an ihrer Spitze
plastisch verformt, so dass sie abgeflacht werden und nach der Verformung
eine Höhe hv und eine stumpf zulaufende
Spitze 34 mit einer Länge lv aufweisen.
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Durch
die bevorzugten in Längsrichtung der Rill- und Schneidlinen
konkaven Flanken 38 und die in Querrichtung halbrunden
bzw. konvexen Flanken 39 der Vorsprünge 32 ergibt
sich eine progressive Kraft-Weg-Kennline die eine Zurichtung über
einen großen Bereich ermöglicht und dennoch die
notwendige Stabilität aufweist, um ein einwandfreies Stanzergebnis
oder Rillergebnis zu gewährleisten. Dies gilt im besonderen
Maße dann, wenn die Rill- oder Schneidlinien gebogen oder
abgeknickt werden müssen, für den Bereich des
Biege-Radiuses. Insbesondere tritt in diesem Bereich ein verringerter
Effekt der Rückenaufstauchung auf, der zu einem erhöhten Druck
in diesem Bereich führen würde.
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Durch
die eingeschliffenen oder eingefrästen Aussparungen verringert
sich die Kontaktfläche zwischen dem Rücken 30 und
der Rückenplatte der Stammaschine, wodurch die Kontaktspannungen
im Vergleich zu gewöhnlichen Rückenformen stark
erhöht werden. Dadurch wird gewährleistet, dass
bei der ersten Verwendung an den Spitzen 34, die der höchsten
Belastung ausgesetzt sind, eine derart hohe Kontaktspannung entsteht,
die eine plastische Verformung an dieser Stelle hervorruft, ohne
dass das Stahlband 10 und insbesondere die Schneid- oder
Rillkante 20 plastisch verformt wird. Daraus ergibt sich
eine Höhenreduktion der Höhe H des Stahlbandes 10 und
somit ein automatisches Zurichten der Schneidlinien.
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Durch
die Abrundung des Rückens im Querschnitt lässt
sich darüber hinaus die Rill- oder Schneidlinie einfach
in die gelaserten Schlitze der Trägerplatte einbringen.
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Andere
Rückenformen sind ebenfalls denkbar, die auch im Querschnitt
Abschnitte mit geraden oder konkaven Konturen aufweisen, und so
die Progressivität des plastischen Widerstandes weiter
verstärken.
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Zur
Verbesserung der plastischen Verformbarkeit des Rückens 30 wird
dieser nach dem Härten des Ausgangsmaterials 1 angelassen
oder sogar partiell weichgeglüht.
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Derartige
Schneidlinien können in Stammaschinen, insbesondere in
einer Flachbettstanzmaschine oder in einer Rotationsstanzmaschine
verwendet werden. Durch die besondere Ausgestaltung und Dimensionierung
der Vorsprünge 32 des Rückens 30 wird
eine Schneidlinie 1 für Stanzwerkzeuge bereitgestellt,
die zum ersten Mal in der Praxis einsetzbar ist, und den Aufwand
für zeit- und kostenintensives manuelles Zurichten deutlich
reduziert.
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Bevorzugt
besteht das Ausgangsmaterial 1 aus einem Werkzeugstahl
und besitzt eine mittige Schneide mit einfachen Ebenenfacetten (CF).
Andere Schneiden- und Facettenformen sind ebenfalls möglich. Übliche
Schneidenwinkel liegen im Bereich von 30° und 60°.
Die Facetten sind geschabt oder geschliffen, die Schneidspitze ist
auf übliche Weise CF oder HF gehärtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3317777
C1 [0006]
- - DE 19913216 C1 [0007]
- - DE 3135980 C1 [0008]