DE102010027181A1

DE102010027181A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung von bahn- oder bogenförmigem Material

Info

Publication number: DE102010027181A1
Application number: DE201010027181
Authority: DE
Inventors: Andreas Schilling
Original assignee: Bielomatik Leuze GmbH and Co KG
Current assignee: Bielomatik Leuze GmbH and Co KG
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-01-19
Also published as: WO2012007097A3; EP2593685A2; WO2012007097A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von bahn- oder bogenförmigem Material mit einem rotierend antreibbaren Bearbeitungszylinder, wobei der Bearbeitungszylinder als Hülse (3) gestaltet und rotierbar auf eine feststehende Achse (2) geschoben ist, die eine Zufuhr für Druckluft über einen Achszapfen (2.1, 2.2) ins Innere aufweist, die an Austrittsöffnungen in der Mantelfläche angeschlossen ist, und dass ein Rotationsantrieb (4) vorhanden ist, an den die Hülse (3) ankuppelbar ist.

Description

Zur Bearbeitung von bahn- oder bogenförmigem Material sind Vorrichtungen bekannt, die einen rotierend angetriebenen Bearbeitungszylinder und einen gegensinnig zum Bearbeitungszylinder rotierenden Gegenzylinder aufweisen. Das bahn- oder bogenförmige Material wird beim Durchlauf zwischen den beiden Zylindern kontinuierlich bearbeitet, wobei die Bearbeitung nur auf einer Seite oder simultan auf der Ober- und Unterseite erfolgen kann.
Mit derartigen Vorrichtungen werden Prägungen (Blind-, Relief- oder Heißfolien-Prägungen), Rill- und/oder Stanzoperationen durchgeführt. Ebenso ist es bekannt, mit diesen Vorrichtungen zu drucken, zu kaschieren, zu kalandrieren oder zu schneiden. Dabei wird der Bearbeitungsvorgang direkt mit der Mantelfläche des Bearbeitungszylinders durchgeführt, oder die Mantelfläche ist mit entsprechenden Werkzeugen bestückt.
Bei Bearbeitungsaufgaben mit häufig wechselnden Anforderungen wie Drucken, Prägen, Rillen oder Stanzen sind sogenannte Hülsensysteme bekannt. Dabei werden entsprechend der Aufgabe gestaltete Hülsen auf eine in der Vorrichtung gelagerte rotierend angetriebene Welle aufgeschoben und auf dieser form- oder kraftschlüssig arretiert. Bei einem Auftragswechsel werden die Hülsen von der Welle gelöst und abgezogen. Anschließend wird eine neue entsprechend der neuen Aufgabe gestaltete Hülse aufgeschoben. Dabei wird die Hülse starr auf der rotierend angetriebenen und im Maschinengestell mit Wälzlagern gelagerten Welle befestigt.
Bei derart gestalteten Bearbeitungszylindern können Probleme entstehen, wenn bei der Bearbeitung wechselnde Temperaturen auftreten, wie es beispielsweise bei einer Heißfolienprägung der Fall ist. Durch die thermische Dehnung der Bauteile kann es zu einem nachteiligen Spiel zwischen der Hülse und der Welle kommen. Ebenso können durch hohe Temperaturen Probleme bei der Wälzlagerung der Welle auftreten. Alternativ zu einem Bearbeitungszylinder mit aufgeschobener Hülse ist es auch möglich, die Werkzeuge direkt auf der Zylindermantelfläche zu befestigen. Bei dieser Ausführungsform müssen bei einem Bearbeitungswechsel entweder die Werkzeuge anders auf den Zylindern befestigt werden oder die ganze Einheit Zylinder mit Werkzeugen muss ausgetauscht werden. Beides ist sehr aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bearbeitung von bahn- oder bogenförmigem Material mit einem rotierend antreibbaren Bearbeitungszylinder zu schaffen, die es ermöglicht, Werkzeuge schnell und einfach zu tauschen und die zugleich bei verschiedenen Temperaturen problemlos arbeitet.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Bearbeitungszylinder als Hülse gestaltet und auf eine feststehende Achse geschoben ist, die eine Zufuhr für Druckluft über einen Achszapfen ins Innere aufweist, die an Austrittsöffnungen in der Mantelfläche angeschlossen ist, und dass ein Rotationsantrieb vorhanden ist, an den die Hülse ankuppelbar ist.
Nach der Erfindung schwebt die Hülse im Betrieb reibungsfrei auf einem Luftkissen. Es sind keinerlei verschleiß- oder spielbehaftete Wälzlager erforderlich. Dadurch kann auch eine Schmierung mit Öl oder Fett ersatzlos entfallen. Es sind verschiedenartigste Bearbeitungen mit einer identischen Basiskonstruktion möglich, wobei sich verschieden gestaltete Hülsen einfach auswechseln lassen.
Die Erfindung bietet besondere Vorzüge bei Bearbeitungsvorgängen, die unter höheren Temperaturen durchgeführt werden müssen. Bei einer geringen durch Temperaturdehnung verursachten Aufweitung der Hülse wird lediglich der Spalt zwischen der Hülse und der Achse etwas vergrößert. Da dieser Spalt mit Druckluft gefüllt ist, werden die Laufeigenschaften des Luftlagers dadurch unwesentlich verändert. Lediglich der Luftverbrauch der Lagerung steigt an.
Weiterhin verhindert das isolierende Druckluftpolster zwischen der Hülse und der Achse einen zu großen Wärmeübergang zwischen diesen beiden Bauteilen. Dies reduziert sowohl eine unerwünschte Abkühlung einer beheizten Hülse als auch eine unerwünschte Aufheizung der Achse. Der Wärmeeintrag ins Maschinengestell wird dadurch minimiert.
Es lassen sich verschiedene Materialien für die Hülse verwenden, insbesondere Metalle, Faserverbundmaterialien und Kunststoffe wie Elastomere. Auch sind hitzebeständige Materialien, die wenig auf Biegung beanspruchbar sind, verwendbar, wie Keramiken oder Glas.
Als weiterer Vorteil tritt hinzu, dass verschiedene Bearbeitungsverfahren mit denselben Werken möglich sind. Ebenso lässt sich eine Bearbeitungsreihenfolge einfach wechseln, indem bei zwei hintereinander angeordneten Vorrichtungen die Hülsen getauscht werden.
Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Zeichnung dient zur Erläuterung eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels.
1 zeigt in Schrägansicht eine Bearbeitungsvorrichtung nach der Erfindung.
2 zeigt eine Ansicht gegen Produktlaufrichtung.
3 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung.
4 zeigt einen Bearbeitungszylinder und seinen Antrieb in Schrägansicht.
5 zeigt einen Schnitt durch den Arbeitszylinder,
die 6 und 7 zeigen in Schrägansicht und Seitenansicht die Positionen vor dem Wechsel einer Hülse,
die 8 und 9 zeigen in Schräg- und Schnittansicht einen Hülsenwechsel.
Die in den Figuren dargestellte Bearbeitungsvorrichtung dient zum Prägen (Blind-, Relief- oder Heißfolien-Prägen) von bahn- oder bogenförmigem Material. Entsprechend gestaltete Vorrichtungen können auch zum Rillen und/oder Stanzen von Bögen, sowie zum Kalandrieren, Drucken, Kaschieren, Perforieren, Ausbrechen und Schneiden von Bahnen oder Bögen eingesetzt werden.
Die Vorrichtung enthält ein Maschinengestell 1, das aus zwei seitlichen Ständern 1.1, 1.2 und Quertraversen 1.3 besteht. Zwischen den Ständern 1.1, 1.2 ist eine starre Achse 2 horizontal feststehend angeordnet, die jeweils mit ihren Achszapfen 2.1, 2.2 in einem Ständer 1.1, 1.2 unbeweglich befestigt ist. Die Befestigung der Achszapfen 2.1, 2.2 an einem Ständer 1.1, 1.2 erfolgt über Zugbolzen 6, die eine sichere Abstützung im Betrieb gewährleisten und zugleich ein einfaches Lösen für einen Hülsenwechsel ermöglichen. Über die Achse 2 ist ein Bearbeitungszylinder geschoben, der als Hülse 3 gestaltet ist und einen Innendurchmesser aufweist, dass er mit minimalem Spalt zur Achse 2 bei jeder im Betrieb auftretenden Temperatur reibungsfrei rotierbar ist. In ihrer axialen Länge erstreckt sich die Hülse 3 zwischen den Ständern 1.1 und 1.2 über die maximale Arbeitsbreite der Vorrichtung.
An einer Längsseite der Achse 2, in den Figuren rechts, ist ein Rotationsantrieb 4 angeordnet, an den die Hülse 3 ankuppelbar ist, um gedreht zu werden. Im Ausführungsbeispiel besteht der Rotationsantrieb 4 aus einem Elektromotor 4.1, der außen an dem Ständer 1.3 befestigt ist und über ein Zahnrad einen Zahnriemen 4.2 antreibt. Im Ausführungsbeispiel wird jeder der beiden Arbeitszylinder 3, 5 von einem eigenen Motor 4.1 angetrieben. Der Zahnriemen 4.2 dreht über eine Riemenscheibe 4.3 einen ringförmigen Mitnehmer 4.4, der über ein Lager, insbesondere ein Wälzlager 4.5, drehbar auf dem an der Antriebsseite befestigten Achszapfen 2.2 gelagert ist. Der Einsatz eines Luft- oder Gleitlagers ist ebenfalls möglich. Bevorzugt ist der Mitnehmer 4.4 axial verstellbar auf dem Achszapfen 2.1 gelagert. So lässt sich die axiale Position der Hülse 3 verändern, ohne dass der fest im Maschinengestell 1 verschraubte Achszapfen 2.2 verstellt wird.
Wie in den 4 und 5 dargestellt ist, wird die Hülse 3 mit einem Ende an den ringförmigen Mitnehmer 4.4 drehsteif angekuppelt. Die Ankupplung erfolgt axial mittels Magnetkraft, sie kann auch mittels Unterdruck oder konventionell mit einem Schraubenverbund erfolgen. Die Mitnahme erfolgt bevorzugt durch Formschluss, der eine lagerichtige Position und eine sichere Drehmomentübertragung garantiert. Bei einer Drehung der Riemenscheibe 4.3 auf den Wellenzapfen 2.1 mittels des Zahnriemens 4.2 wird der Mitnehmerring 4.4 und die daran angekuppelte Hülse 3 gedreht. Die Hülse 3 rotiert somit bei feststehender Achse 2.
Bevorzugt ist der ringförmige Mitnehmer 4.4 mit der angekuppelten Hülse 3 axial verstellbar, um die axiale Position der Hülse 3 und der daran befestigten Werkzeuge der Position des Bogen- oder Bahnmaterials anpassen zu können. Dazu ist beispielsweise der Mitnehmer 4.4 auf ein Außengewinde der Achse 2 geschraubt und kann so durch Drehen axial verschoben werden.
Damit die Hülse 3 reibungsfrei auf einem Druckluftpolster zwischen ihr und der Achse 2 rotiert, weist die Achse 2 über einen ihrer Zapfen zumindest eine Zufuhr 7 für Druckluft in ihr Inneres auf, die an Austrittsöffnungen in der Mantelfläche angeschlossen ist, so dass Druckluft aus der Mantelfläche austreten kann. Bevorzugt enthält die Achse 2 eine Vielzahl von Mikro-Düsenbohrungen, die mit Druckluft versorgt werden und so innerhalb der Hülse 3 eine Luftlagerung ausbilden.
Anstelle des Rotationsantriebs 4 mit einem Mitnehmer 4.4, der separat auf den Achszapfen 2.1 gelagert ist, und von einem Zugmittel (hier einem Zahnriemen 4.2) gedreht wird, können auch ein Zahnradantrieb oder ein Direktantrieb, beispielsweise mit Torquemotoren, eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein Antriebssystem verwendet, das wegen der Nähe zum Produkt keine Schmierung erfordert.
Damit eine Hülse 3 gegen eine anders gestaltete Hülse ohne Ausbau der Achse 2 ausgewechselt werden kann, ist der Ständer 1.2 zweiteilig gestaltet, wobei die beiden Teile einen Abstand voneinander haben, der etwas größer ist als der Durchmesser der Hülse 3. So braucht für einen Hülsenwechsel der Achszapfen 2.2 nur von dem Ständer 1.2 gelöst zu werden. Anschließend kann die Hülse 3 von der Achse 2 abgezogen und zwischen den beiden Teilen des Ständers 1.2 aus dem Maschinengestell 1 bewegt werden. Entsprechend kann eine neue Hülse 3 von außen durch den Ständer 1.2 auf die Achse 2 aufgeschoben werden (5–7). Nach der Befestigung an dem Mitnehmer 4 und der starren Befestigung des Lagerzapfens 2.2 am Ständer 1.2 kann die Vorrichtung ihre Arbeit aufnehmen.
Bevorzugt ist im Maschinengestell 1 ein zweiter Arbeitszylinder 5 gelagert, der im Prinzip ebenfalls aus einer starr gelagerten Achse und einer auswechselbaren aufgeschobenen Hülse besteht. Der zweite, in 1 untere Arbeitszylinder 5 wird von einem gemeinsamen oder einem eigenen Rotationsantrieb 4 mit Motor 4.1 gegensinnig zum Arbeitszylinder 3 angetrieben. Die Bahn oder die Bögen werden für die Bearbeitung zwischen den Arbeitszylindern 3, 5 hindurchbewegt.
Um verschiedene Abstände zwischen den Arbeitszylindern einstellen zu können, ist bevorzugt zumindest einer der Arbeitszylinder 3, 5 höhenverstellbar im Maschinengestell gelagert. Im Ausführungsbeispiel kann der obere Arbeitszylinder 3 in verschiedenen Höhenpositionen fixiert werden. Falls erforderlich, ist auch der untere Arbeitszylinder 5 in der Höhe verstellbar gelagert.
In der einfachsten Form ist der Arbeitszylinder 5 ein glatter Gegenzylinder ohne eigene Werkzeuge. Er kann jedoch auch auf seiner Mantelfläche eigene Werkzeuge tragen, um einen Bogen oder eine Bahn gleichzeitig an der Ober- und Unterseite zu bearbeiten.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau besteht die Möglichkeit, mit sehr unterschiedlichen Werkzeug- oder Bearbeitungssystemen zu arbeiten. Bei einem Wechsel der Bearbeitungsart braucht lediglich die wechselbare Hülse 3 oder auch 5 in Aufbau und Durchmesser geändert zu werden. Die Funktionsbasis (Lagerung der Achszapfen, Einspannung, Antrieb) kann unverändert bleiben.
Anstelle mit einem zweiten Arbeitszylinder 5 kann die Hülse 3 auch mit einer bewegten flachen Gegenfläche zusammenarbeiten. Dann trägt die Hülse 3 oder die Gegenfläche die Werkzeuge, und der zu bearbeitende Bogen oder die Bahn wird zwischen der Hülse 3 und der Gegenfläche hindurchgeführt. Dieses Arbeitsprinzip wird als „Rund-Flach-Wirkprinzip” bezeichnet.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass sich durch die starre, nicht drehbare Einspannung der Achse 2 gegenüber konventionellen, über Wälzlager drehbar gelagerten Bearbeitungszylindern die Durchbiegung unter Last erheblich verringert. Die Biegelinie ist deutlich flacher. So lassen sich bei gleichen Außendurchmessern die Durchbiegungen der Arbeitszylinder gegenüber konventionellen Systemen wesentlich verringern. Dies ist von besonderem Vorteil bei Anwendungen, die sehr hohe Anforderungen an die Achsparallelität der beiden Arbeitszylinder 3, 5 stellen.
Bevorzugt enthält die Achse 2 zumindest zwei Düsenreihen 7, die einzeln ansteuerbar sind. Die einzeln ansteuerbaren Düsenreihen ermöglichen es, in axialer Richtung unterschiedliche Druckzonen auszubilden, um in den Zonen die gewünschte Steifigkeit einzustellen, insbesondere bei dünnwandiger Ausgestaltung der Hülse 3. Da die Achse 2, nicht die Hülse 3 das tragende Element ist, hat die Steifigkeit der Hülse 3 kaum Einfluss auf die Systemsteifigkeit.
Weitere Vorteile bestehen darin, dass eine Verschmutzung durch auftretenden Schmierstoff, insbesondere bei einer Demontage von Wälzlagern beim Auswechseln von konventionellen Arbeitszylindern, ausgeschlossen ist.
Weiterhin kann durch die Luftkanäle auch vorteilhaft Saug- oder Druckluft von innen nach außen auf die Hülse 3 gebracht werden. Mit der Saug- oder Druckluft lassen sich Produkte oder Teile davon zum Abnehmen, Zuführen oder Applizieren ansaugen oder abblasen.
Ein großer Vorteil besteht darin, dass sich Vorrichtungen nach der Erfindung zu Anlagen zusammenstellen lassen, in denen verschiedene Bearbeitungsverfahren nacheinander durchgeführt werden. Ein Wechsel eines Bearbeitungsverfahrens oder der Reihenfolge der Bearbeitung lässt sich einfach durch einen Wechsel der Hülsen durchführen. Derartige Bearbeitungsverfahren sind beispielweise Drucken mit anschließendem Glättkalandrieren, oder Heißfolienprägedruck mit anschließendem Blindprägen. Besonders geeignet ist die Vorrichtung für Bearbeitungsvorgänge, bei denen hohe Temperaturen von beispielsweise 300°C entstehen.

Claims

Vorrichtung zur Bearbeitung von bahn- oder bogenförmigem Material mit einem rotierend antreibbaren Bearbeitungszylinder, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungszylinder als Hülse (3) gestaltet und rotierbar auf eine feststehende Achse (2) geschoben ist, die eine Zufuhr (7) für Druckluft über einen Achszapfen (2.1, 2.2) ins Innere aufweist, die an Austrittsöffnungen in der Mantelfläche angeschlossen ist, und dass ein Rotationsantrieb (4) vorhanden ist, an den die Hülse (3) ankuppelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb (4) an einer Längsseite der Achse (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Achse (2) ein ringförmiger Mitnehmer (4.4) drehbar gelagert ist, an den die Hülse (3) drehsteif ankuppelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankupplung mittels Magnetkraft, mittels Unterdruck, mittels Schraubverband oder kraftschlüssiger Klemmung erfolgt, wobei zur Drehmomentübertragung ein Formschluss zwischen der Hülse (3) und dem Mitnehmer (4.4) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (4.4) mit angekuppelter Hülse (3) axial verschiebbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb (4) die Hülse über ein Zugmittel, insbesondere einen Zahnriemen (4.2), ein Zahnrad oder einen Direktantrieb antreibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen zweiten, parallel mit geringem umfänglichen Abstand zum ersten Arbeitszylinder angeordneten zweiten Arbeitszylinder (5) aufweist, der gegensinnig zum ersten Arbeitszylinder angetrieben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Arbeitszylinder (3, 5) höhenverstellbar im Maschinengestell (1) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (1.2) des Maschinengestells (1) an der zum Rotationsantrieb (4) abgewandten Seite eine Öffnung aufweist, durch die eine Hülse (3) beim Abziehen von der Achse (2) aus dem Maschinengestell (1) bewegt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (2) zumindest zwei Düsenreihen (7) enthält, die einzeln ansteuerbar sind.
Anlage zur Bearbeitung von bahn- oder bogenförmigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Vorrichtungen aufeinanderfolgend hintereinander angeordnet sind, wobei jede der Vorrichtungen die Merkmale eines der Patentansprüche 1 bis 10 aufweist.