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Die Erfindung betrifft eine Rotationsstanze zum Bearbeiten von bahnförmigem Material, wobei die Rotationsstanze einen drehbar gelagerten Gegendruckzylinder und einen drehbar gelagerten Stanzzylinder aufweist, wobei zwischen dem Gegendruckzylinder und dem Stanzzylinder ein Spaltmaß ausbildbar ist, und wobei die Rotationsstanze Mittel aufweist, über welche das Spaltmaß zwischen Stanzzylinder und Gegendruckzylinder variabel einstellbar ist, sowie die Verwendung einer Rotationsstanze zum Schneiden, Stanzen und/oder Perforieren von Verpackungsmaterial.
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Rotationsstanzen sind in verschiedenen Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt. Die Materialtrennung erfolgt im Gegensatz zum Hubstanzen beim Rotationsstanzen nicht durch eine geradlinige Bewegung der Werkzeuge, sondern durch Drehung der Werkzeuge. Als Werkzeug kann bei Rotationsstanzen eine Stanzblech dienen, welches auf einem der beiden Zylinder, dem Stanzzylinder, befestigt wird. Der zweite Zylinder wird häufig als Gegendruckzylinder bezeichnet. Ein wichtiger Einstellparameter beim Rotationsstanzen ist der Abstand zwischen den Mantelflächen der beiden Zylinder. Dieser Abstand hat die Form eines Spaltes, seine Größe wird daher oft als Spaltmaß bezeichnet.
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Es sind Rotationsstanzen bekannt, bei denen der Stanzzylinder und der Gegendruckzylinder zur Ausbildung des gewünschten Spaltmaßes Laufringe aufweisen. Diese Laufringe, auch als Schmitzringe bekannt, sind an den beiden Enden der Zylinder angeordnet und rollen aufeinander ab. Das Spaltmaß wird also durch die radiale Ausdehnung der Laufringe bestimmt. Dies hat den Nachteil, dass das Spaltmaß fest eingestellt ist und nicht verändert oder angepasst werden kann. Eine Veränderung des Spaltmaßes kann aber gewünscht sein, wenn die Dicke des zu verarbeitenden Materials sich ändert. In diesem Fall müssen neue Stanz- oder Gegendruckzylinder verwendet werden. Darüber hinaus kann eine unerwünschte Änderung des Spaltmaßes auftreten, wenn sich die Laufringe bei hohen Stanzgeschwindigkeiten erwärmen und während des Betriebs ausdehnen.
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Eine Möglichkeit zur Anpassung des Spaltmaßes bei Rotationsstanzen ist aus der Offenlegungsschrift
DE 29 12 458 bekannt. Sie offenbart eine Rotationsstanze, bei der eine Korrektur des Spaltmaßes über ein Schraubengewinde möglich ist. Dazu wird vorgeschlagen, dass die Position des Stanzzylinders und somit das Spaltmaß durch Verstellen von Mikroschrauben verändert werden kann.
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Nachteilig an der Verstellung des Spaltmaßes durch Schrauben ist, dass sich keine besonders hohe Übersetzung und damit eine sehr präzise Einstellung des Spaltmaßes nicht erreicht werden kann. Gerade bei hohen Belastungen, wie sie in Rotationsstanzen auftreten, sind Schrauben größeren Durchmessers erforderlich. Diese Schrauben weisen jedoch regelmäßig eine größere Gewindesteigung und damit eine größere Axialbewegung pro Umdrehung auf. Eine präzise Einstellung des Spaltmaßes im Bereich von Mikrometern ist zudem schwierig. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Schraubengewinde insbesondere bei dynamischen Belastungen schnell verschleißen. Zudem besteht die Gefahr, dass sich die Schrauben aufgrund der direkten Einwirkung von Vibrationen verstellen oder sogar lösen. Schließlich besteht ein weiterer prinzipbedingter Nachteil darin, dass Schrauben zur Verstellung stets um eine Achse gedreht werden müssen, welche zwangläufig in Richtung der Verstellrichtung des Zylinders liegt. Ein einfaches Einstellen und Ablesen der Spaltmaßeinstellung der Mikrometerschraube ist nicht daher möglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Rotationsstanze so auszugestalten und weiterzubilden, dass sich das Spaltmaß unter Vermeidung der zuvor beschriebenen Nachteile präzise einstellen lässt.
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Die Aufgabe wird bei einer Rotationsstanze nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Rotationsstanze zur Einstellung des Spaltmaßes ein Getriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle aufweist.
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Indem ein Getriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle vorgesehen ist, kann auf einfache Weise eine besonders hohe Übersetzung zwischen einer Drehung der Eingangswelle und der Ausgangswelle erreicht werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Eingangswelle mit einem Zahnrad des Getriebes verbunden ist, dessen Zähnezahl sehr klein und die Ausgangswelle mit einem Zahnrad des Getriebes verbunden ist, dessen Zähnezahl sehr groß ist. Bei einer Schraubverbindung ist dies nicht möglich, da die Gewindesteigung regelmäßig auch vom Durchmesser der Schraube abhängt, welcher wiederum aufgrund der gegebenen Belastungen nicht beliebig verkleinert werden kann. Vorzugsweise kann ein selbsthemmendes Getriebe vorgesehen sein. Unter Selbsthemmung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein durch Reibung verursachter Widerstand gegen ein Verrutschen oder ein Verdrehen von Eingangs- und Ausgangswelle verstanden. Dies gilt bei Getrieben aufgrund der Übersetzung natürlich nur in eine Richtung, so dass hier unter einem selbsthemmenden Getriebe ein Getriebe verstanden wird, welches sich nur über die Eingangswelle leicht antreiben lässt. Durch die Selbsthemmung des Getriebes wird also erreicht, dass das Getriebe nicht aktiv gesperrt werden muss, sondern durch Reibung von selbst in einer von dem Benutzer eingestellten Position verbleibt. Schließlich wird durch ein Getriebe mit zwei separaten Wellen eine Entkopplung erreicht. Vibrationen, die von dem Stanzzylinder auf die Ausgangswelle wirken, werden nicht unmittelbar auf die Eingangswelle übertragen, so dass eine einmal vorgenommene Einstellung präzise eingestellt bleibt. Allerdings ist auch vorstellbar, Mittel zur Hemmung des Getriebes vorzusehen. Bevorzugt ist an jeder axialen Seite der Rotationstanze ein Getriebe mit einer Eingangs- und Ausgangswelle vorgesehen, so dass das Spaltmaß gezielt über die gesamte Breite der Rotationsstanze variabel einstellbar ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Achse der Eingangswelle und die Achse der Ausgangswelle des Getriebes nicht parallel oder kollinear zueinander verlaufen. Auf diese Weise kann die Achse der Eingangswelle unabhängig von der Achse der Ausgangswelle angeordnet werden. Die Achse der Ausgangswelle wird in der Regel in Richtung der Verschiebung von Stanzzylinder oder Gegendruckzylinder angeordnet sein. Die Achse der Eingangswelle kann jedoch unabhängig davon in eine andere Richtung ausgerichtet sein.
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Bevorzugt kann dabei die Eingangswelle des Getriebes in Richtung eines vor der Rotationsstanze stehenden Bedieners gerichtet sein, wodurch die Bedienung der Maschine vereinfacht wird. Beispielsweise können die Achsen von Eingangs- und Ausgangswelle senkrecht zu einander angeordnet sein. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise durch Schraubradgetriebe, Schneckengetriebe oder Kegelradgetriebe erreicht werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Eingangswelle eine Schneckenwelle eines Schneckengetriebes ist und dass die Ausgangswelle ein Schneckenrad eines Schneckengetriebes ist. Durch Schneckengetriebe können besonders hohe Übersetzungen erreicht werden, ohne dass dabei auf eine im Vergleich zu anderen Zahnradgetrieben, etwa Kegelradgetrieben, kleine und leichte Ausführung verzichtet werden muss. Die sehr großen Übersetzungen ermöglichen auch eine einfache Selbsthemmung über die Eingangswelle. Aufgrund der Linienberührung sind zudem die Flächenpressung und die Abnutzung geringer als etwa bei Stirnrad-Schraubgetrieben, so dass eine hoch präzise Einstellung des Spaltmaßes über einen langen Benutzungszeitraum gegeben ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Schneckenrad drehstarr auf einer Spindel gelagert ist, wobei das Schneckenrad und die Spindel in Richtung der Spindelachse relativ zueinander verschiebbar sind. Durch diese konstruktive Lösung wird erreicht, dass das Schneckengetriebe ortsfest auf der Rotationsstanze montiert werden kann. Eine Verstellung des Spaltmaßes führt demnach nicht zu einer Verschiebung des Schneckengetriebes. Dies hat den Vorteil, dass die Schneckenwelle, über die die Bedienung erfolgt, an einer festen Position des Gehäuses angeordnet werden kann.
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Vorzugsweise ist das Schneckenrad über eine Passfeder/Nut-Verbindung drehstarr auf einer Spindel gelagert, wobei die Passfeder in Richtung der Spindelachse in der Nut verschiebbar ist. Unter den Welle-Nabe-Verbindungen zeichnet sich die Passfeder/Nut-Verbindung durch eine besonders einfache Montage und Demontage aus. Alternativ kann eine drehstarre, aber längsbewegliche Verbindung von Spindel und Schneckenrad auch durch eine Keilwellenverbindung oder durch eine Zahnwellenverbindung erreicht werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Getriebe eine Übersetzung von mindestens i = 20, vorzugsweise mindestens i = 80 oder größer aufweist. Unter der Variablen i wird allgemein der Quotient aus Drehzahl der Eingangswelle und Drehzahl der Ausgangswelle verstanden. Je nach Verteilung von Antrieb und Abtrieb wird i als Übersetzungsverhältnis oder Untersetzungsverhältnis bezeichnet. Durch eine besonders hohe Übersetzung kann das Spaltmaß besonders präzise eingestellt werden. Bei i = 80 werden achtzig Umdrehung der Eingangswelle für eine Umdrehung der Ausgangswelle benötigt. Die Bewegung der Ausgangswelle kann deshalb extrem präzise gesteuert werden. Zudem verbessert sich mit steigendem Übersetzungsverhältnis die Selbsthemmung des Getriebes, wodurch ein unbeabsichtigtes Verstellen des Getriebes während des Betriebs sicher verhindert wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Eingangswelle des Getriebes ein Handrad zur manuellen Bedienung aufweist. Durch ein Handrad kann das Spaltmaß besonders komfortabel und sicher bedient werden.
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Gemäß einer nächsten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotationsstanze einen Rahmen und mindestens einen drehfest mit dem Rahmen verbundenen Gewindeeinsatz aufweist, wobei der Gewindeeinsatz der Spindel zugeordnet ist. Indem das Gewinde nicht direkt in den Rahmen, sondern in einen Einsatz geschnitten ist, kann bei Verschleiß des Gewindes der Gewindeeinsatz schnell und kostengünstig ausgetauscht werden.
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Wirkt die Spindel gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung über ein Gewinde mit dem Gewindeeinsatz zusammen, kann die Rotationsbewegung der Spindel in eine proportionale Axialbewegung umgewandelt werden, welche zur Einstellung des Spaltmaßes dient. Insbesondere kann durch Gewinde und Gewindeeinsatz auch Einfluss auf das Übersetzungsverhältnis genommen werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Rotationsstanze bahnförmiges Material mit einer Geschwindigkeit von mindestens 100 m/min, vorzugsweise mit mindestens 400 m/min verarbeitbar ist. Selbst bei diesen hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten ermöglicht die erfindungsgemäße Rotationsstanze einen besonders wirtschaftlichen Betrieb bei hoher Spaltmaßgenauigkeit.
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Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Rotationsstanze bahnförmiges Material mit einer Bahnbreite zwischen 300 mm und 2000 mm verarbeitbar ist. Gerade in Verbindung mit den genannten Bahnbreiten ermöglicht die erfindungsgemäße Rotationsstanze eine einfache Einstellung eines gleichmäßigen Spaltmaßes auf beiden axialen Endseiten der Rotationsstanze.
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Vorzugsweise ist der Stanzzylinder oberhalb des Gegendruckzylinders angeordnet und weist Stanzbleche zur Perforierung, zum Stanzen und/oder Schneiden auf. Die Anordnung des Stanzzylinders oberhalb des Gegendruckzylinders ermöglicht eine bessere Zugänglichkeit des Stanzzylinders, wodurch die Stanzbleche besonders einfach ausgetauscht werden können.
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Weist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Rotationsstanze Mittel auf, die bei Verringerung des Spaltmaßes zwischen Stanzzylinder und Gegendruckzylinder eine Rückstellkraft erzeugen, kann die Präzision der Spaltmaßeinstellung verbessert werden, da die Rückstellkraft dafür sorgt, dass die Zylinder mit einer Vorspannung beaufschlagt werden. Somit wird ein spielfreies und präzises Einstellen des Spaltmaßes auch während des Betriebs ermöglicht.
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Vorzugsweise weist die Rotationsstanze zur Erzeugung der Rückstellkraft mindestens eine Tellerfeder auf. Tellerfedern bieten günstige Federungseigenschaften bei guter Werkstoffausnutzung und weisen ein hohes Arbeitsvermögen auf. Zudem können mehrere Tellerfedern je nach Bedarf zu Federpaketen zusammengesetzt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der zuvor beschriebenen Rotationsstanzen zum Schneiden, Stanzen und/oder Perforieren von Verpackungsmaterial verwendet wird. Verpackungsmaterial muss oft in großer Stückzahl verarbeitet werden, wobei aufgrund der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten ein präzise einstellbares Spaltmaß einen besonders wirtschaftlichen Betrieb der Rotationsstanze gewährleistet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rotationsstanze in einer Gesamtansicht von der Vorderseite;
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2 die in 1 gezeigte Rotationsstanze in einer Draufsicht;
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3 eine entlang der Linie III-III aus 2 geschnittene Ansicht des oberen Bereichs der Rotationsstanze; und
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4 eine entlang der Linie IV-IV aus 2 geschnittene Ansicht des oberen Bereichs der Rotationsstanze.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Rotationsstanze 1 mit einem Stanzzylinder 2 und einem Gegendruckzylinder 3 dargestellt. Zwischen den Mantelflächen der beiden Zylinder ist ein Spaltmaß 4 ausgebildet. Der Gegendruckzylinder 3 ist in einem Rahmen 5 drehbar gelagert. Der Stanzzylinder 2 ist drehbar in einer Traverse 6 gelagert. Die Traverse 6 ist an dem Rahmen 5 aufgehängt und kann relativ zu dem Rahmen 5 nach oben und nach unten verschoben werden. Der Antrieb der Rotationsstanze 1 erfolgt beispielsweise über einen in 1 lediglich schematisch dargestellten Motor 7, welcher die Antriebsleistung über Zahnräder 8, 9 auf den Gegendruckzylinder 3 überträgt. Der Stanzzylinder 2 wird passiv angetrieben, indem die Antriebsleistung von dem Gegendruckzylinder 3 über Zahnräder 10, 11 auf den Stanzzylinder 2 übertragen wird. Im oberen Bereich der Rotationsstanze 1 sind Handräder 12 angeordnet, über die das Spaltmaß 4 an jeder Endseite des Stanzzylinders 2 getrennt eingestellt werden kann. In die Handräder 12 sind Anzeigen 13 eingelassen, die die Größe des Spaltmaßes 4, die Anzahl der Umdrehungen oder andere Parameter anzeigen können. Die Verstellung des Spaltmaßes 4 erfolgt bei der dargestellten Rotationsstanze 1 über ein Schneckengetriebe 14, dessen Aufbau und Funktionsweise anhand von 2 und 3 näher beschrieben wird und welches von einem Gehäuse 15 abgedeckt wird. Üblicherweise vorgesehene Mittel zur Erzeugung des Anpressdrucks des Stanzzylinders 2, beispielsweise Hydraulikzylinder, sind nicht dargestellt.
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Eine Draufsicht von der in 1 dargestellten Rotationsstanze 1 zeigt 2. Aus Gründen der besseren Übersicht wird das Gehäuse 15 in 2 nicht dargestellt, so dass der Rahmen 5 sichtbar ist. Das Schneckengetriebe 14 weist als Eingangswelle eine mit dem Handrad 12 verbundene Schneckenwelle 16 auf. Die Ausgangswelle des Schneckengetriebes 14 bildet ein Schneckenrad 17, welches auf einer Spindel 18 gelagert ist. Die Schneckenwelle 16 wird durch das Handrad 12 angetrieben, in das die Anzeige 13 integriert ist. Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, weist die dargestellte Rotationsstanze 1 zwei separate Schneckengetriebe 14 mit den jeweils dazugehörigen und zuvor erwähnten Elementen auf.
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In 3 ist eine entlang der Linie III-III aus 2 geschnittene Ansicht des oberen Bereichs der Rotationsstanze 1 dargestellt. Zunächst sind in 3 der Rahmen 5 und die Traverse 6 erkennbar. Auf dem Rahmen 5 ist das Schneckengetriebe 14 angeordnet, welches die Schneckenwelle 16 und das Schneckenrad 17 umfasst. Das Schneckenrad 17 ist über eine Verbindung 19 mit der Spindel 18 verbunden. Bei der dargestellten Verbindung 19 handelt es sich um eine Passfeder/Nut-Verbindung, die das Schneckenrad 17 und die Spindel 18 drehfest, aber axial verschiebbar verbindet. Dies wird erreicht, indem die Nut als Langloch ausgebildet ist, während die Passfeder zylindrisch geformt ist. Dadurch kann die Passfeder in axialer Richtung der Spindel 18 in der Nut, also dem Langloch, verschoben werden. In Umfangsrichtung ist zwischen der Passfeder und der Nut hingegen ein sehr geringes Spiel vorgesehen, so dass Drehbewegungen sehr direkt von dem Schneckenrad 17 auf die Spindel 18 übertragen werden. Der Rahmen 5 weist einen Gewindeeinsatz 20 auf, welcher etwa über eine Schraube drehfest mit dem Rahmen 5 verbunden ist. In den Gewindeeinsatz 20 ist ein Gewinde 21 eingearbeitet. Im unteren Bereich der Spindel 18 ist ebenfalls ein Gewinde 22 vorgesehen, welches dem Gewinde 21 des Gewindeeinsatzes 20 zugeordnet ist. Eine Drehbewegung der Spindel 18 führt durch das Zusammenwirken der Gewinde 21, 22 zu einer Axialbewegung der Spindel 18. In die Traverse 6 ist ein Druckstück 23 eingelassen. Das Druckstück 23 weist eine besonders große Härte auf und überträgt die Kraft der Spindel 18 auf die Traverse 6. Bei Verschleiß des Druckstückes 23 kann dieses leicht ausgetauscht werden und die Präzision der Spaltmaßeinstellung erhalten bleiben.
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Die Schneckenwelle 16 hat einen oder mehrere Zähne, die unter gleichbleibender Steigung um die Achse der Schneckenwelle 16 gewunden sind. Die Zähne der Schneckenwelle 16 wirken mit der Verzahnung des Schneckenrads 17 zusammen, so dass eine Drehung der Schneckenwelle 16 eine Drehung des Schneckenrads 17 zur Folge hat. Das Schneckenrad 17 erzeugt aufgrund der Verbindung 19 eine Drehung der Spindel 18, die sich, je nach Drehrichtung durch das Zusammenwirken der Gewinde 21, 22 axial nach unten oder nach oben verschiebt. Das Schneckenrad 17 kann sich aufgrund von Axialführungen 24 selbst nicht in axialer Richtung verlagern. Bei einer Verschiebung der Spindel 18 nach unten drückt diese mit ihrem unteren Bereich auf das Druckstück 23. Durch diesen Druck wird die Traverse 6 und der daran hängende Stanzzylinder 2 nach unten verschoben, wodurch das Spaltmaß 4 geringer wird.
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4 zeigt eine entlang der Linie IV-IV aus 2 geschnittene Ansicht des oberen Bereichs der Rotationsstanze 1. Die Rotationsstanze 1 weist eine Schraube 25 auf, die durch eine Durchgangsbohrung des Rahmens 5 geführt ist und in die Traverse 6 eingeschraubt ist. Eine Vergrößerung des Spaltmaßes 4 führt dazu, dass sich die Traverse 6 nach unten von dem Rahmen 5 wegbewegt. Dies hat zur Folge, dass die Schraube 25 in einer Bohrung 26 nach unten gezogen wird. Zwischen dem Kopf der Schraube 25 und dem Boden der Bohrung 26 ist ein Paket von mehreren Tellerfedern 27 angeordnet. Die Tellerfedern 27 werden komprimiert, wenn sich der Abstand zwischen Traverse 6 und Rahmen 5 vergrößert. Daher erzeugt die Tellerfeder 27 bei Verringerung des Spaltmaßes zwischen Stanzzylinder 2 und Gegendruckzylinder 3 eine Rückstellkraft. Die Rückstellkraft ist mindestens so groß wie die Gewichtskraft der verstellbaren Bauteile. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich das Spaltmaß 4 beim Zurückdrehen des Handrads 12 ohne großen Kraftaufwand allein durch die von der Tellerfeder 27 erzeugte Rückstellkraft wieder vergrößert.
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Schließlich ist eine weitere Schraube 28 vorgesehen, die eine Hülse 29 mit der Traverse 6 verspannt. In dem Rahmen 5 ist eine Bohrung 30 vorgesehen, die der Hülse 29 zugeordnet ist. Indem eine Spielpassung zwischen der Hülse 29 und der Bohrung 30 vorgesehen ist, wird eine präzise Führung der Traverse 6 gegenüber dem Rahmen 5 erreicht. In das Gehäuse 15 ist eine Öffnung eingearbeitet, durch die die Schraube 28 und die Führung 29 lose hindurchgeführt werden können. Bevorzugt weist die Rotationsstanze 1 mehrere Schrauben 28 auf, die jeweils eine Hülse 29 auf der Traverse 6 befestigen, wie auch in 2 angedeutet ist. So kann die Traverse 6 besonders genau in dem Rahmen 5 geführt werden, ohne dass es beim Verstellen des Spaltmaßes 4 zu einer Verkantung kommt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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