DE102011106377A1

DE102011106377A1 - Dreischneider

Info

Publication number: DE102011106377A1
Application number: DE102011106377A
Authority: DE
Inventors: Horst Rathert
Original assignee: DGR GRAPHIC GmbH; DGR-GRAPHIC GmbH
Current assignee: DGR GRAPHIC GmbH; DGR-GRAPHIC GmbH
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-13
Also published as: DE202011110242U1

Abstract

Es wird ein Dreischneider, der insgesamt drei Schneideinheiten (2, 3, 4) für Kopf-, Fuß- und Frontbeschnitt eines Buch- oder Broschürenblocks mit jeweils einem Messerträger, einer Gegenschneidleiste, Pressleisten und den zugehörigen Antriebselementen sowie eine Zufuhrstation, eine Ausfuhrstation und eine Transportvorrichtung, die in Taktschritten die Blocks von der Einfuhr über die Schneidpositionen in die Ausfuhr transportiert, aufweist, vorgestellt, bei dem erfindungsgemäß in der Kopf- und Fußschneideinheit sowie in der Frontschneideinheit ein gemeinsamer Messerantrieb vorhanden ist, bei dem eine Antriebswelle direkt über einen umlaufenden Kurbeltrieb unter Zwischenschaltung von kurzen Koppelstangen mit den Messerträgern im Wirkeingriff steht und wobei die Antriebswelle mit der Motorwelle eines Antriebsmotor über ein Getriebe verbunden ist, dass in jedem Maschinenzyklus eine über den Arbeitstakt variable Übersetzung zur Kompensation der schwankenden Drehmomentbereitstellung des Kurbeltriebes erzeugt.

Description

Technisches Umfeld
Die Erfindung betrifft einen Dreischneider, der insgesamt drei Schneideinheiten für Kopf, Fuß und Frontbeschnitt eines Buch- oder Broschürenblocks mit jeweils einem Messerträger, einer Gegenschneidleiste, Pressleisten und den zugehörigen Antriebselementen sowie eine Zufuhrstation, eine Ausfuhrstation und eine Transportvorrichtung, die in Taktschritten die Blocks von der Einfuhr über die Schneidpositionen in die Ausfuhr transportiert, aufweist.
Stand der Technik:
Ein wesentlicher Verfahrensschritt bei der Herstellung von Büchern und Broschuren ist der Dreiseitenbeschnitt der Bücher- und Broschürenblocks. Ein Block wird dabei im Stillstand an Kopf, Fuß und an der Front beschnitten, während er exakt in Position gehalten wird.
Für eine wirtschaftliche qualitativ hochwertige Produktion von Büchern gibt es für einen Dreischneider die folgenden wichtigen Kriterien: Leistung, Schnittqualität und Rüstzeit.
Der Dreiseitenbeschnitt erfolgt üblicherweise in einer Station, in der der zwischen einem Schneidtisch und einer Pressplatte gepresste Block in einer Aufspannung in einem ersten Arbeitsgang an Kopf und Fuß und in einem zweiten Arbeitsgang an der Front beschnitten wird. Die Reihenfolge der Schnitte kann auch umgekehrt sein. Die Messer schneiden dabei in einem Quetschschnitt gegen Schneidleisten. Beim Schnitt dringt das Messer geringfügig in die aus Plastik bestehende Schneidleiste ein.
Die Bewegung der Messer erfolgt schräg gegen die Vertikale in einem Winkel von ca. 20° bis 45°. Sie machen dabei eine leicht schwingende Bewegung, wobei sie beim Einschnitt in den Block leicht unparallel gegenüber dem Schneidtisch stehen und dadurch nicht schlagartig auf ganzer Breite in den Block einschneiden. In der untersten Stellung sind die Messerschneiden parallel zum Schneidtisch. Beim Schnitt wird der Block zwischen einer dem Format entsprechenden Pressplatte und einem dem Format entsprechenden Schneidtisch ganzflächig gepresst, wodurch Schnittfehler wie Pilzschnitt vermieden werden, alternativ dazu kann der Schnitt im Scherenschnitt gegen Untermesser erfolgen.
Für die beschriebenen Dreischneider sind verschiedenste Ausführungen der Messerantriebe bekannt geworden.
Der Antrieb der Messer kann beispielsweise über Kurbeltriebe erfolgen. Eine solche Lösung zeigt z. B. die Schrift DE 758 941 . Gemeinsam angetriebene Kurbeln erzeugen über lange Koppelstangen die Bewegung der Seitenmesser und des Frontmessers. Die Bewegung der Pressplatte wird ebenfalls von der gemeinsamen Antriebswelle über eine Steuerkurve erzeugt.
Die Kurbelantriebe beinhalten aufgrund ihrer prinzipiellen kinematischen Rahmenbedingungen den Nachteil, dass bei einem verfügbaren Antriebsmoment abhängig von der Stellung des Kurbelarms die erreichbaren Schnittkräfte stark schwanken.
Bei einer Antriebslösung, wie sie in der DE 195 16 047 offenbart ist, haben Seitenmesser und Frontmesser getrennte Antriebe mit Kurbeln und Gestänge neben einem separaten Antrieb für den Transport der Blocks.
Als Antriebsmotoren werden hier Servomotoren verwendet, die mit Hilfe einer Positionssteuerung eine Kollision der Seitenmesser und des Frontmessers miteinander vermeiden sollen. Es bleibt jedoch der Nachteil einer schlechten Drehmomentnutzung und die Unsicherheit einer möglichen Kollision der Messer.
Zur Vermeidung dieses Nachteils der schlechten Drehmomentnutzung sind auch Lösungen bekannt geworden, wo die Messerbewegung durch Steuerkurven und ein Übertragungsgestänge erzeugt wird. Dargestellt ist eine derartige Lösung z. B. in der DE 310 208 (Fomm) und der US37,22,336 (Sarring).
Die dort verwendeten Steuerkurven können hinsichtlich eines konstanten Antriebsdrehmomentes optimiert werden. Die Übertragung mit Steuerkurven und Übertragungsgestänge erzeugt jedoch Elastizität in der Messerbewegung. Dadurch besteht die Gefahr des zu tiefen Einschneidens in die Schneidleisten bei einem Leerschnitt und mangelnden Durchschneidens bei voller Schneidlast. Es sind zusätzlich Endanschläge für die Messerbewegung erforderlich, wodurch die unterste Position des Messers vorgespannt wird.
Gemäß einer Lösung in der DE 285 2878 (Kolbus) wird bei den Seitenmessern die Elastizität dadurch reduziert, dass die Messer durch umlaufende Kurbeln, die direkt auf die Messerträger wirken, angetrieben werden und eine exakte tiefste Position relativ zu den Schneidtischen erreichen.
Die Kurbelwelle geht dabei jedoch nicht durch zwischen Kopf- und Fußmesser, so dass wegen des langen Antriebsstrangs vom Kopf zum Fuß Elastizitäten zu einer Drehwinkelabweichung zwischen der Kurbel auf der Kopfseite und der Kurbel auf der Fußseite und damit zu einer taumelnden Bewegung der Messer führen können. Das Frontmesser wird von dem gleichen Antrieb über eine Steuerkurve und Übertragungsgestänge in Abstimmung und Kollisionsvermeidung mit den Seitenmessern mit der damit verbundenen Elastizität bewegt.
In der US 2002/0148339 (Zechini) wird statt eines Kurbelantriebes ein Hydraulikzylinder für die Bewegung der Kopfmesser und Fußmesser und ein weiterer Hydraulikzylinder für die Bewegung des Frontmessers eingesetzt. Die Hydraulikzylinder wirken direkt auf die Messerträger. Die Schwenkhebel für Kopf- und Fußmesser sind über Vielkeilwellen gekoppelt und bewegen sich dadurch mechanisch synchronisiert. Eine präzise Messerendposition kann dabei zwar erreicht werden, das hydraulische Antriebsprinzip ist aber nur für geringe Taktzahlen geeignet und energetisch ungünstig. Auch für den Leerhub des Messers und für den Rückhub wird dabei die volle Energie verbraucht, als ob über Schneidhub und Rückhub die maximale Schnittkraft auftreten würde.
Die Pressung erfolgt gemäß der genannten Schrift durch Pressleisten, die mit der Messerführung auf Formathöhe einstellbar sind. Pressleisten und Messer arbeiten gegen Schneidleisten, die separat auf Formathöhe eingestellt werden.
Auch die Pressleisten werden über Hydraulikzylinder betätigt.
Es sind auch Dreischneider bekannt, bei denen in zwei Stationen hintereinander gearbeitet wird. Der Kopf- und Fußschnitt erfolgt in der einen Station und der Frontschnitt in der anderen Station. Da der Seitenschnitt und der Frontschnitt nicht in einem Takt nacheinander, sondern in zwei Takten gleichzeitig erfolgen können und entsprechend Taktzeit gespart wird, können Dreischneider mit zwei Stationen schneller laufen und finden in der Regel Verwendung für die Verarbeitung von dünneren Produkten, die mit hoher Leistung produziert werden können.
In der US37,22,336 (Sarring), wird ein Dreischneider vorgestellt, der den Kopf/Fußschnitt und Frontschnitt nacheinander ausführt. Es sind hier drei Schneideinheiten vorhanden, von denen die Kopf/Fußeinheit auf Formathöhe einstellbar und die Frontschneideinheit ortsfest ist. Die Schneideinheiten enthalten Messerführung, Pressleisten und Gegenschneiden. Zur Vermeidung eines Durchhängens der zu schneidenden Blöcke sind im Bereich der Kopf- und Fußmesser zwischen einem mittig angeordneten Transportriemen und den Kopf- und Fußschneideinheiten Stützschienen eingesetzt.
Der Antrieb der Seitenmesser und des Frontmessers erfolgt ausgehend von einem gemeinsamen zentralen Antrieb durch Kurbeln und Übertragungsgestänge mit den damit verbundenen Elastizitätsproblemen und der schlechten Ausnutzung des verfügbaren Antriebsdrehmoments. Die Pressleisten werden in ihrer Bewegung über Steuerkurven, die ebenfalls vom zentralen Antrieb angetrieben werden, bewegt.
In der EP 1132183A2 (Horizon) ist ein weiteres Beispiel vorgeschlagen. Es gibt für Kopf-, Fuß- und Frontschnitt separate Schneideinheiten, wobei die Kopfschneideinheit und die Fußschneideinheit entsprechend dem Format zueinander verstellbar sind und die Frontschneideinheit ortsfest ist. Messer, Pressleiste und Schneidleiste befinden sich jeweils an einem gemeinsamen Rahmen. Der Antrieb der Messer erfolgt über Kurbeln und Gestänge von einem gemeinsamen Motor. Die Pressleisten werden über Spindeln von einem anderen gemeinsamen Motor bewegt. Der Block wird zwischen Kopf- und Fußeinheit durch eine Zange transportiert.
In der EP 122 5015 (Rathert/Müller Martini) wird eine Lösung für eine Zwei-Stationen-Dreischneider mit drei kompakten Schneideinheiten vorgeschlagen, bei dem in der ersten Station der Kopf- und Fußschnitt und in der zweiten Station der Frontschnitt erfolgt. Die Schneidvorgänge in Kopf- und Fußstation und in Frontstation erfolgen gleichzeitig.
Die Kopf- und Fußschneideinheit sowie die Frontschneideinheit verfügen alle über getrennte Antriebe, die direkt über Kurbeln auf die Messer wirken. Eine Elastizität des Antriebes wird dabei vermieden, jedoch ist die Ausnutzung des Drehmomentes wegen der Kinematik des Kurbeltriebs nicht optimal und führt zu einer unnötig großen Dimensionierung der Antriebsmotoren.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Dreischneider zu schaffen, bei dem die mechanischen Funktionen verbessert werden, um die Schnittqualität zu erhöhen sowie den Energiebedarf und die Rüstzeit zu reduzieren.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebene technische Lehre gelöst.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass für den gattungsgemäßen Dreischneider, der insgesamt drei Schneideinheiten für Kopf, Fuß und Frontbeschnitt eines Buch- oder Broschürenblocks mit jeweils einem Messerträger, einer Gegenschneidleiste, Pressleisten und den zugehörigen Antriebselementen sowie eine Zufuhrstation, eine Ausfuhrstation und eine Transportvorrichtung, die in Taktschritten die Blocks von der Einfuhr über die Schneidpositionen in die Ausfuhr transportiert, aufweist, in der Kopf- und Fußschneideinheit sowie in der Frontschneideinheit ein gemeinsamer Messerantrieb vorhanden ist, bei dem eine Antriebswelle direkt über einen umlaufenden Kurbeltrieb unter Zwischenschaltung von kurzen Koppelstangen mit den Messerträgern im Wirkeingriff steht und wobei die Antriebswelle mit der Motorwelle eines Antriebsmotor über ein Getriebe verbunden ist, dass in jedem Maschinenzyklus eine über den Arbeitstakt variable Übersetzung zur Kompensation der schwankenden Drehmomentbereitstellung des Kurbeltriebes erzeugt.
Mit Hinblick auf den Entfall von Formatschneidtischen und Formatpressplatten, deren Austausch einen hohen Rüstaufwand ergibt, ist zunächst festzuhalten, dass der Kopf – Fußschnitt und der Frontschnitt vorzugsweise in zwei Stationen erfolgen.
Die Verbesserungsvorschläge beziehen sich aber auch auf einen Dreischneider, der in einer Station Seitenschnitt und Frontschnitt durchführt.
Der Schnitt erfolgt durch drei Schneideinheiten. Die Kopfschneideinheit und die Fußschneideinheit sind auf einem Gestell formatverstellbar auf verschiedene Blockhöhen angeordnet, die Frontschneideinheit ist ortsfest in dem Gestell integriert.
Die Schneideinheiten umfassen einen geführten Messerträger, wobei das Messer in einer Schrägschwingschnitt-Bewegung geführt wird, Pressleisten, die beispielsweise über Zahnstangen vertikal angetrieben ist, und einen Schneidbalken, der wechselbare Gegenschneidleisten aus Kunststoff aufweist.
Die Messerbewegung erfolgt über jeweils einen Kurbeltrieb, im einzelnens bestehend aus einer Kurbelwelle, einer Kurbel und einer kurzen Koppelstange (ohne Zwischenschaltung von weiteren Übertragungselementen) zum Messerträger. Dadurch wird eine hohe Steifigkeit und Genauigkeit der unteren Position des Messers erreicht. Ein Durchschlagen der Messerschneide in die Gegenschneidleiste bei Leerschnitten wird vermieden, ohne dass zusätzliche Endanschläge eingesetzt werden müssen. Das verlängert die Wechselperiode der Schneidleisten und ergibt ein präzises Durchschneiden des untersten Blatts. Die Kurbeln für die Messerantriebe der Kopf- und Fußschneideinheit sind dabei direkt miteinander gekoppelt z. B. durch eine Vielkeilwelle, die die Verschiebung der Einheiten für die Verstellung auf Formathöhe gestattet und für synchrone Bewegung des Kopf- und des Fußmessers sorgt. Das Frontmesser bekommt zweckmäßigerweise einen eigenen Antriebsmotor. Es ist allerdings auch möglich, alle drei Messer vom gleichen Motor antreiben zu lassen.
Die Trennung von Seitenmesserantrieb und von Frontmesserantrieb macht es aber vorteilhafterweise möglich, den Schnitt selektiv auszusetzen, wenn sich kein Block in der entsprechenden Station befindet.
Der Antrieb der Pressleisten kann über Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder oder einen Motorantrieb erfolgen. Vorzugsweise erfolgt er von der Antriebswelle des Messerantriebs vermittels einer Steuerkurve mit Kurvenhebel und Zahnrädern zur Übertragung der erzeugten Schwenkbewegung des Kurvenhebels auf den Zahnstangenantrieb der Pressleisten.
In vorteilhafter Weise wird die Steuerkurve als Doppelkurve mit zwei Kurvenscheiben und zwei Kurvenhebeln, die eine spielfreie und verschleißoptimale Erzeugung der Pressleistenbewegung ermöglichen, ausgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung läuft die Übertragung der Drehbewegung auf die Pressleisten über ein Stirnrad-Differentialgetriebe. Es besteht aus zwei nebeneinander liegenden Stirnradstufen. Das Antriebsrad und das Abtriebsrad sind koaxial gelagert. Die Planetenräder befinden sich auf einer gemeinsamen Welle, die an einem Hebel schwenkbar um die Antriebs- bzw. Abtriebsachse gelagert ist. Bei Übertragung von Drehmoment muss dieser Schwenkteil des Differentialgetriebe stets ein Stützmoment aufbringen. Stützmoment, Antriebsmoment und Abtriebsmoment stehen über die beiden Übersetzungsstufen des Differentialgetriebes in Zusammenhang.
Das Stützmoment kann die Größe des Abtriebsmoments begrenzen. Der Schwenkteil des Differentialgetriebes ist dafür mit der Kolbenstange eines Pneumatikzylinders gekoppelt. Bei Überschreitung des maximalen Momentes wird der Kolben gegen den eingestellten pneumatischen Druck bewegt. Die Größe des pneumatischen Drucks bestimmt das maximale Moment. Überschreitet der Hub des Zylinders einen durch einen Näherungsinitiator gegebenen Weg, wird Überlast signalisiert und der Antrieb gestoppt. Ein gewisser Einfederungshub wird als Kompensation von Dickenschwankungen der zu beschneidenden Produkte akzeptiert und ist sogar erwünscht, weil bei Einfedern des Zylinders die Presskraft dem durch den Pneumatikdruck vorbestimmten Wert entspricht.
Das Differentialgetriebe dient auch dazu, die Pressleiste auf Blockdicke einzustellen. Die Drehbewegung des Schwenkteils des Differentialgetriebes wird dabei auf eine Zahnstange übertragen. Die Bewegung dieser Zahnstange wird über ein Zwischen-Zahnrad, dass an der Verstellspindel gelagert ist, auf eine dazu parallel angeordnete zweite Zahnstange übertragen, welche in Richtung der Achse des Pneumatikzylinders verläuft und auf die Kolbenstange die entgegengesetzt gleiche Bewegung der ersten Zahnstange überträgt. Durch Verstellen des Zwischen-Zahnrades in Richtung der Zahnstangen wird bei feststehender Kolbenstange am Zylinder eine Abtriebsbewegung am Differential erzeugt, die die Pressleisten auf Hohe passend zur Blockdicke verstellt.
In vorteilhafter Weise erfolgt die Erzeugung der Pressleistenbewegung über die Drehung der Messerantriebswelle in jeder der drei Schneideinheiten separat. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bei Dickenschwankungen von Kopf nach Fuß z. B. durch Druckfarbenaufbau die Pressleiste an Kopf und an Fuß sich getrennt anpassen können und die erforderliche Presskraft sowohl auf der Fußseite wie auch auf der Kopfseite gewährleistet ist. Die Formatverstellung auf die Dicke am Kopf und Fuß wird mechanisch gekoppelt. Die Frontstation erhält eine eigene Verstellung, weil hier bei Einzelfertigung eine andere Blockdicke als in der Kopf- und Fußstation auftreten kann.
In einer anderen Ausgestaltung dient das Differentialgetriebe nur als Drehmomentbegrenzung. Das Drehmoment des Schwenkteils des Differentials wirkt dann direkt auf den Pneumatikzylinder.
Die Formatverstellung auf Dicke erfolgt direkt am Zahnstangenantrieb der Pressleisten.
Dazu sind die Pressleisten über Verstellspindeln an die Zahnstangen des Antriebs gekoppelt.
An jeder Pressleiste befinden sich zwei Spindeln, die es nicht nur erlauben, eine Differenz von Kopf nach Fuß einzustellen sondern auch über die Länge des Schnitts.
Für die normale Formatverstellung auf Dicke sind alle Spindeln gekoppelt. Für Korrekturen der Dicke sind sie zusätzlich feinjustierbar.
Die Verstellung der Formatdicke erfolgt motorisch, um die Verstellung bei Einzelbüchern automatisch vornehmen zu können.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird das Stirnrad-Differentialgetriebe in jeder Einheit durch einen eigenen Motor angetrieben, z. B. einen Servomotor, der die Höhe der Pressleiste und somit die Einstellung auf Blockdicke über die Positionsregelung bestimmt Das Differentialgetriebe dient dann zur Drehmomentbegrenzung.
Der Transport der Blocks durch die Maschine erfolgt durch einen Zahnriementrieb mit einem Oberriemen und einem Unterriemen. Die Riemen sind zur Vermeidung von Druckmarkierungen auf dem Papier welch und griffig beschichtet und haben Ausnehmungen an den Stellen, wo unabhängig vom Format der Blockrücken liegt. Sie schließen für den Transport und heben dabei den Blocks etwas gegenüber der Tischebene an, damit beim Transport keine Markierungen an den Büchern durch Reibung gegen Auflageelemente und Presselemente entstehen. Dafür stehen sie etwas gegenüber der Schneidtischebene bzw. der Pressebene vor.
Der Riementransport ist antriebsmäßig ein gemeinsamer Transport von der Zuführstation bis in die Ausfuhrstation und hat einen eigenen Antrieb z. B. in Form eines Servomotors, bei dem die Transportendposition elektronisch bestimmt werden kann, oder ein mechanisches Umlaufgetriebe, das in bekannter Weise stets bei jedem Arbeitstakt einen bestimmten Hub präzise erzeugt. Der Transport ist unterbrochen vor dem Frontmesser, um den Schnitt des Messers und das Fallen der Abfallabschnitte zu ermöglichen. Die Lücke ist so klein, das auch des kleinste Format mit positiver Überdeckung übergeben wird.
Nach Ende des Transporthubes öffnen die Riemen so weit, dass die Oberfläche mit der Pressleiste bzw. mit der Schneidleiste eine Ebene bildet. Die oberen Riemen sind mit der Bewegung der Pressleisten verbunden und folgen dadurch zusätzlich zu Ihrer eigenen Öffnungs- und Schließbewegung dem Hub der Pressleisten. Die Riemen leisten dadurch einen Anteil zur Erreichung einer ganzflächigen Pressung.
Die Erzeugung der Messerbewegung über einen Kurbeltrieb erzeugt bei konstanter Antriebsdrehbewegung eine stark schwankende vertikale Bewegungsgeschwindigkeit und einen stark schwankenden Drehmomentenbedarf bei erforderlicher Schnittkraft entsprechend der Stellung des Kurbelarms.
Dadurch wird eine unnötig hohe Motorleistung erforderlich. Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Antrieb der Kurbelwelle durch eine über den Drehwinkel variable Übersetzung mit einem entsprechenden Getriebe zu harmonisieren. Bei waagerecht stehender Kurbel erzeugt die konstante Antriebsdrehbewegung durch das Getriebe eine langsamere Drehbewegung und bedient dadurch den in dieser Stellung maximalen Drehmomentbedarf. Bei senkrecht stehender Kurbel wird die Drehung der Kurbel schneller. Der sinusförmige Geschindigkeitsverlauf des Kurbeltriebs wird dadurch vergleichmäßigt.
Als Getriebe kann beispielsweise ein Kurbelschleifengetriebe verwendet werden, wie sie aus der Getriebelehre bekannt ist. Antriebswelle und Abtriebswelle stehen sich exzentrisch gegenüber. Der Antriebshebel nimmt den Abtriebshebel z. B. über eine Rolle, die in eine Nut des Abtriebshebels eingreift, mit. Dabei ist die Schwankung der Übersetzung abhängig von der Exzentrizität.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Getriebes zur Drehmomentanpassung ist die Ausgestaltung als ein Kurvenumlaufgetriebe. Dabei ist mit einer Antriebswelle ein umlaufender Hebel verbunden, an dessen äußeren Ende ein Kurvenhebel schwenkbar gelagert ist. Er trägt eine Kurvenrolle, die bei jeder Umdrehung der Antriebswelle an einer Steuerkurve abläuft und eine Schwenkbewegung des Kurvenhebels und eines daran befestigten Zahnsegmentes erzeugt. Das Zahnsegment kämmt mit einem Ritzel auf der konzentrisch zur Antriebwelle angeordneten Abtriebswelle. Die Abtriebsdrehbewegung ist eine Überlagerung aus der konstanten Antriebsdrehbewegung und der durch die Steuerkurve erzeugten überlagerten Bewegung und kann durch die Gestaltung der Steuerkurve dem Bedarf beliebig angepasst werden.
Der Antrieb der Messer bedarf keiner genauen Positionierung. Er erfolgt deshalb durch einen einfachen Drehstrom-Asynchronmotor mit Ansteuerung über Frequenzwandler.
Der Leistungsbedarf für den Antrieb der Pressleisten entsteht vor dem Schnitt, so dass der Antrieb der Pressleisten über die vom Messerantrieb angetriebene Steuerkurve keinen zusätzlichen Leistungsbedarf bedeutet.
Bei der Verarbeitung von Digitaldrucken kommt es oft vor, dass die Abschnitte extrem groß werden oder dass der Umschlag an der Frontseite und an den Kopf- und Fußseiten erheblich übersteht. Es ist dann nicht mehr möglich, die Blocks vor dem Schnitt exakt quaderförmig auszurichten, indem von Kopf, Fuß, Front und Rücken mit Anschlägen auf den Block eingewirkt wird.
Für diese Produkte ist eine spezielle Ausrichtung vorgesehen. Dabei wird der Block erst etwas weiter transportiert gegen Begrenzungsanschläge und von diesen dann etwas zurückgeschoben um den Rückhub s in Seitenschneidstation und in Frontschneidstation. Dabei wird Reibung von Tisch und Pressplatte ausgeübt und der Block richtet sich gegen den Rückenanschlag aus. Die Ausrichtung in Kopf-Fußrichtung bei Überständen an der Fußseite erfolgt dadurch, dass der Block erst etwas weiter zur Kopfseite hin in die Schneidstation transportiert wird und dann gegen Reibung von Tisch und Pressplatte in die richtige Position geschoben wird, wobei sich der Block gegen den Kopfanschlag ausrichtet.
Figurenbeschreibung
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist nachfolgend beschrieben und in folgenden Figuren dargestellt. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht eines Dreischneiders mit Kopfschneideinheit, Fußschneideinheit sowie Frontschneideinheit und Transportvorrichtung,
2 einen Schnitt durch die Kopf- und Fußschneideinheit in Transportrichtung gesehen,
3 eine Draufsicht auf die Kopf- und Fußschneideinheit,
4, 4a, 4b das Prinzip des Kurbelschleifengetriebes für den Messerantrieb,
5 eine Schneideinheit in der Seitenansicht und
6 eine Schneideinheit im Schnitt
Wie 1 zeigt, befinden sich auf einem Gestell 1 die Kopf- und Fußschneideinheiten 2 und 3 und die Frontschneideinheit 4. Die Kopf- und Fußschneideinheiten 2 und 3 sind in Führungen 5 rechtwinklig zum Transport auf Formathöhe über die Spindeln 6a, 6b und 6c einstellbar. Die Frontschneideinheit 2 ist ortsfest auf dem Gestell befestigt.
Der Block B wird Rücken voran transportiert durch den Oberriemen 7 und den Unterriemen 8, die synchron zueinander über den Servomotor 9 angetrieben werden, Die Blocks werden dabei aus der Einfuhrposition E in die Kopf- und Fußschneideinheit 2 (3) transportiert und so positioniert, dass der Rücken immer in der gleichen Position ist. Dort wird der Block durch Anschläge von allen vier Seiten, von denen nur der Rückenanschlag 10 in 1 dargestellt ist, ausgerichtet. Dabei werden die Riemen 7 und 8 gelüftet.
Bei Verarbeitung von Digitaldruck mit extremen Front- und Fußabschnitten und großen Überständen der Umschläge, wird der Block etwas weiter als die vorgesehene Schneidposition transportiert gegen die Rückenanschläge 10. Danach werden sie von diesen um den Rückhub s zurückgeschoben, während sich die Pressplatte ganz dicht über dem Block befindet und Reibung auf den Blocks ausübt, wodurch dieser gegen die Rückenanschläge gezogen wird.
Nach erfolgtem Kopf- und Fußschnitt transportieren Oberriemen 7 und Unterriemen 8 den Block in die Frontschneidstation 4. Vor der Position des Messers 11 der Frontschneidstation sind Oberriemen 7 und Unterriemen 8 unterbrochen, damit der Schnitt des Messers möglich ist und die Frontabfallabschnitte nach unten fallen können. Zur besseren Abfuhr der Abfallabschnitte kann das hintere Ende 8b des Unterriemens 8 in vorteilhafter Weise nach unten abgeschwenkt werden, wenn das Messer 11 schneidet.
In der Frontschneidstation 4 bis zur Ausfuhrposition A werden die Oberriemen 7 und Unterriemen 8 fortgesetzt durch Oberriemen 7a und Unterriemen 8a, die alle zusammen synchron angetrieben sind.
Zwischen den Oberriemen 7 und 7a und den Unterriemen 8 und 8a ist auch beim kleinsten Format noch eine positive Überlappung vorhanden, so dass die Blocks sicher bis in die Endposition in der Frontschneidstation 4 transportiert und entsprechend der Formatbreite zum Messer 11 positioniert werden kann. Zum Ausrichten dienen die auf Blockbreite formatmäßig einstellbaren Rückenanschläge 12. Der Block kann dabei durch nicht dargestellte Frontanschläge zur besseren Ausrichtung gegen die Rückenanschläge gedrückt werden. Bei Verarbeitung von Material mit großen Frontabschnitten oder großen Überständen der Umschläge wird der Block erst ein Stückchen weiter über die Schneidposition hinaus transportiert gegen die Anschläge 12. Diese schieben danach den Block mit einem Rückhub s zurück in die Schneidposition, wobei die dicht darüber stehende Pressplatte leichte Reibungskraft erzeugt und den Block gegen die Rückenanschläge ausrichtet. Die Rückenanschläge 12 sind auf Formatbreite einstellbar (Verstellhub v).
Nach erfolgtem Frontschnitt transportieren Oberriemen 7a und Unterriemen 8a den Block weiter in die Ausfuhrlage A.
In der Einfuhrposition E werden die Blocks identifiziert, wenn sie über einen Barcode verfügen und in jedem Fall wird die Blockdicke gemessen. Wenn die Blockerkennung ein anderes Format ergibt, wird der Block erst in die Oberriemen 7- und Unterriemen 8 eingeführt, wenn der vorige Block schon in der Frontschneideinheit 4 ist. Während der Frontschnitt erfolgt, wird an der Kopfschneideinheit 2 und der Fußschneideinheit 3 die Formatverstellung vorgenommen. Der neue Block wird dann in die Kopfschneideinheit gebracht und der vorige Block ausgeführt. Während des Kopf- und Fußschnitts erfolgt die Formatverstellung der Frontschneidstation.
Ergibt die Blockerkennung bei der Einfuhr keine Formatänderung, wird der neue Block direkt der Kopf- und Fußschneideinheit zugeführt, wenn der vorige Block von der Kopf- und Fußschneideinheit in die Frontschneideinheit transportiert wird. Gegenüber der Verarbeitung von Einzelbüchern, bei denen das Format auch extrem von Block zu Block schwankt, kann bei Verarbeitung von gleichformatigen Büchern so die Produktionsleistung verdoppelt werden.
Die Schneideinheiten 2, 3 und 4 bestehen aus einem Rahmen 20, wobei die vordere Platte 20a und die hintere Platte 20b einen Hohlraum bilden, der als Flachführung für die Messerträger 21, an den die Messer 11 befestigt sind, dient. Sie enthalten auch eine Pressleiste 22, die den Block neben dem Messer spannt, und einen Gegenbalken 23, der die Schneidleisten 24 aus Kunststoff trägt. 2 und 3 zeigen das für die Kopfschneideinheit 2 und die Fußschneideinheit 3.
Der Messerträger 21 wird beim Schnitt unter vorzugsweise 45° nach unten bewegt, wobei in horizontaler Richtung das Messer 11 sich gegen den Blockrücken bewegt. Die Bewegung erfolgt über zwei Kurbeln 25, die über Koppelstangen 26 mit dem Messerträger 21 in Eingriff stehen, wobei die Koppelstangen 26 nahe der beiden Enden des Messerträgers 21 angelenkt sind. Die Kurbeln 25 haben einen geringfügigen Drehwinkelversatz, so dass eine Seite des Messers 11 früher den Block berührt. Es entsteht der an sich bekannte Schrägschwingschnitt.
Die Kurbeln 25 werden angetrieben über die Zahnräder 27, die mit dem zentralen Zahnrad 28 in Eingriff stehen.
Das Zahnrad 28 wird über den Motor 29 angetrieben. Bei der Kopf- und Fußschneideinheit 2, 3 sind beide Einheiten über eine Vielkeilwelle 30 verbunden. Sie überträgt das Drehmoment und erlaubt ein Verschieben der Einheiten bei der Formatverstellung. In der Frontschneidstation wirkt der Motor 29a über die Zahnräder 28 und 27 auf die Kurbel 25.
In erfindungsgemäßer Weise wirkt der Motor nicht direkt auf die Welle 30, sondern über ein Kurbelschleifengetriebe. Der Hebelarm 31 befindet sich auf der Welle 30. Er hat eine Nut 31a.
In die Nut 31a greift beispielsweise eine Kurvenrolle 32 ein, die an einem Hebelarm 33 befestigt ist. Der Hebelarm 33 ist gelagert auf dem Abtriebszapfen des Getriebemotors 29. Abtriebszapfen und Welle 30 sind gegeneinander um das Maß e versetzt. Bei gleichförmiger Drehbewegung des Hebelarms 33 wird je nach Größe der Exzentrizität e und der Länge l des Hebelarms 33 eine ungleichförmige Bewegung erzeugt (siehe 4). 4a zeigt die sich ergebende variable Übersetzung i zwischen Antrieb und Abtrieb des Kurbelschleifengetriebes.
Die durch die Kurbel erzeugte Messerbewegung ist sinusförmig. Beim Anschnitt in einen dicken Block steht der Kurbelarm etwa waagerecht und der wirksame Kurbelarm hat seinen Maximalwert und benötigt für die Erzeugung einer bestimmten Schnittkraft das größte Motormoment. Die Kurve a in 4b zeigt das für eine bestimmte Schnittkraft erforderliche Moment über 90° Drehwinkel der Kurbel vom Einschnitt in einen dickeren Block bis zum Ende des Hubes.
Durch das Kurbelschleifengetriebe wird erreicht, dass zum Zeitpunkt des maximalen Momentenbedarfs bei waagerecht stehendem Kurbelarm eine Übersetzung auftritt, die die Messerbewegung verlangsamt, so dass insgesamt die Messerbewegungsgeschwindigkeit über den gesamten Hub gleichmäßiger gemacht und dadurch das erforderliche Drehmoment bzw. die Leistung des Motors reduziert wird (siehe Kurve b in 4b).
Um das zu erreichen, muss die Abtriebswelle des Motors die zweifache Drehzahl der Kurbeln 25 haben, d. h. 360° an der Motorwelle entsprechen 180° an der Kurbel für die Messerbewegung. Bei Stellung des Hebelarms nach unten und oben wird durch die Kurbelschleife die Drehung der Kurbel 25 schneller und bei waagerechter Stellung nach links oder rechts langsamer.
Die Messer 11 schneiden gegen die Schneidleisten 24, die an den Gegenbalken 23 befestigt sind. Die Gegenbalken 23 sind fest mit dem Rahmen 20 der Schneideinheiten 2, 3, 4 verbunden.
Das Messer 11 schneidet unabhängig vom Format immer an derselben Stelle in die Gegenschneidleiste ein. Die Pressleisten 22 sind am Rahmen 20 vertikal beweglich geführt. Über die Zahnräder 35 und die Zahnstangen 36 werden sie vertikal bewegt und pressen den Block direkt neben dem Schnitt gegen den Gegenbalken 23.
5 und 6 zeigen, wie die Pressleisten 22 vom Messerantrieb aus angetrieben werden.
An den Zahnrädern 27, die über die Welle 30 und das Zahnrad 28 angetrieben werden und die die Kurbeln der Messerbewegung direkt treiben, befinden sich Kurvenscheiben 40, die sich 1 × pro Takt um 360° drehen. An einem Hebel 41 befinden sich zwei Kurvenrollen 42, die gegen die Kurvenscheiben 40 laufen. Die Kurvenscheiben 40 sind so abgestimmt, dass die Kurvenrollen 42 immer anliegen und die Bewegung spielfrei übertragen. Der Hebel ist mit einem Eingangsritzel 44 des Stirnrad-Differentialgetriebes D verbunden und mit diesem gemeinsam auf der Ritzelwelle 43 frei drehbar gelagert. Das Eingangsritzel 44 kämmt mit der Ritzelwelle 45, auf der das Zahnrad 46 verdrehfest gelagert ist. Dieses wiederum kämmt mit dem Zahnrad der Ritzelwelle 43.
Sowohl die Ritzelwelle 43 wie auch die Ritzelwelle 45 sind im U-förmigen Halter 47 gelagert, so dass der Halter 47 um die Achse der Ritzelwelle 43 schwenken kann. Die Ritzelwelle 43 ist gelagert in der Platte 20b des Rahmens und der Stützplatte 48. Auf der Ritzelwelle 43 befindet sich drehfest ein Zahnrad 49, das über die Zwischenräder 50 und 50a die durch die Kurvenscheiben 40 erzeugte Bewegung auf die Ritzelwellen 51 überträgt, die am anderen Ende drehfest die Zahnräder 35 tragen, welche die Zahnstangen 36 treiben.
Bei Auftreten eines Drehmoments benötigt der Halter 47 ein Stützmoment, das über das Zahnrad 52, das fest mit dem Halter 47 verbunden ist, und eine Zahnstange 53, die beim Arbeiten der Pressleisten 22 in Position gehalten ist, erzeugt wird. Wenn die Zahnstange 53 horizontal verschoben wird, ändert sich die Position der zugehörigen Pressleiste 22 in vertikaler Richtung.
Die horizontale Bewegung der Zahnstange 53 wird erzeugt durch eine horizontale Verstellung eines Umlenkrades 54, dessen Verstellweg v die Hälfte der horizontalen Verstellung der Zahnstange 53 ist, wenn das Rad auf der anderen Seite in einer ortsfesten Zahnstange 55 kämmt. Die Verstellung v erfolgt durch eine Spindel 56 und eine Spindelmutter 57. Auf diese Weise wird die Pressleiste 22 auf Blockdicke eingestellt. Sie steht dann dicht über dem eingefahrenen Block und macht zum Pressen des Blocks nur eine relativ kleine durch die Kurvenscheiben 40 erzeugte vertikale Bewegung.
Die Zahnstange 55 ist mit der Kolbenstange eines am Rahmen befestigten Pneumatikzylinders 58, der sich bei Beaufschlagung mit Pressluft im eingefahrenen Zustand befindet, verbunden. Bei einem entsprechenden Drehmoment am Zahnstangentrieb für die Pressleisten 22 entsteht ein entsprechendes Stützmoment am Differentialgetriebe D, das versucht, gegen den Druck des Zylinders diesen auszufahren.
Der am Pneumatikzylinder eingestellte Druck bestimmt damit das maximale Moment, Ist der Block dicker als dem Hub der Pressleisten nach unten entspricht, federt der Zylinder immer etwas ein. Bei eingefedertem Zylinder wird die vorgesehene Presskraft sicher erreicht. Beim normalen Betrieb soll also stets eine leichte Einfederung erfolgen. Dieser kleine Einfederhub wird bei jedem Arbeitstakt am Zylinder durch Näherungsschalter überwacht.
Wird der Einfederhub des Zylinders zu groß aufgrund von einer Fehleinstellung der Blockdicke, wird ein zweiter Näherungsschalter angefahren, der Überlast verhindert.
Der Hub der Pressleisten erfolgt, bevor das Messer in den Block einschneidet, so dass der Leistungsbedarf nicht gleichzeitig mit dem Leistungsbedarf des Messers auftritt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 758941 [0007]
DE 19516047 [0009]
DE 310208 [0011]
US 3722336 [0011, 0019]
DE 2852878 [0013]
US 2002/0148339 [0015]
EP 1132183 A2 [0021]
EP 1225015 [0022]

Claims

Dreischneider, der insgesamt drei Schneideinheiten (2, 3, 4) für Kopf-, Fuß- und Frontbeschnitt eines Buch- oder Broschürenblocks mit jeweils einem Messerträger, einer Gegenschneidleiste, Pressleisten und den zugehörigen Antriebselementen sowie eine Zufuhrstation, eine Ausfuhrstation und eine Transportvorrichtung, die in Taktschritten die Blocks von der Einfuhr über die Schneidpositionen in die Ausfuhr transportiert, aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass in der Kopf- und Fußschneideinheit sowie in der Frontschneideinheit ein gemeinsamer Messerantrieb vorhanden ist, bei dem eine Antriebswelle direkt über einen umlaufenden Kurbeltrieb unter Zwischenschaltung von kurzen Koppelstangen mit den Messerträgern im Wirkeingriff steht und wobei die Antriebswelle mit der Motorwelle eines Antriebsmotor über ein Getriebe verbunden ist, dass in jedem Maschinenzyklus eine über den Arbeitstakt variable Übersetzung zur Kompensation der schwankenden Drehmomentbereitstellung des Kurbeltriebes erzeugt.
Dreischneider nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass das Getriebe, das sich zwischen Motorwelle und Antriebswelle des Messerantriebs befindet, als ein Kurbelschleifengetriebe ausgebildet ist, welches die Drehbewegung für den Kurbeltrieb ungleichförmig macht, so dass entsprechend der Stellung des zum Kurbeltrieb gehörigen Kurbelarms und dem sich aus erforderlicher Schnittkraft und dem effektiven Hebelarm des Kurbelarms ergebenden Drehmomentbedarfs die Drehbewegung durch die von der Winkelstellung abhängige Übersetzung angepasst wird und das erforderliche Drehmoment bei minimaler Motorleistung bereitgestellt wird
Dreischneider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe, das sich zwischen Motorwelle und Antriebswelle des Messerantriebs befindet, als Kurvenumlaufgetriebe ausgebildet ist, bei dem die konstante Drehung der Motorwelle mit einer im Getriebe durch einen an einem umlaufenden Hebel gelagerten Kurvenhebel, ein Zahnradpaar und eine Steuerkurve erzeugten Drehbewegung überlagert wird zu einer Antriebsbewegung für die Antriebswelle des Messerantriebes, die die Kinematik des Kurbelarms des Kurbeltriebes voll kompensiert.
Dreischneider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messer vorzugsweise im Quetschschnitt gegen Schneidleisten schneiden
Dreischneider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Blocks durch einen vorzugsweise in der Mitte der Transportvorrichtung angeordneten Zahnriementrieb mit Unter- und Oberriemen besteht, welcher die Blocks von oben und unten klemmt und in Taktschritten transportiert, wobei der Zahnriementrieb im Bereich des Messers für den Frontschnitt unterbrochen ist, um die Schneidbewegung des Messers und die Entsorgung des Schnittabfalls zu ermöglichen.
Dreischneider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unter- und Oberriemen vertikal bewegt werden können und dabei im geschlossenen Zustand eine Ebene mit der jeweiligen Schneidleiste bzw. den Pressleisten bilden und im gelüfteten Zustand gegenüber der Ebene der Pressleisten bzw. der Schneidleiste vorstehen, so dass der Block reibungsfrei transportiert werden kann.
Dreischneider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor ein Drehstromasynchronmotor ist, der während der Transportphase in der oberen Position der Messer eine Stillstandsphase hat.
Dreischneider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor für die Messerträger gleichzeitig mindestens eine Steuerkurve treibt, die über einen Kurvenhebel und Übertragungselemente die Pressleisten bewegt.
Dreischneider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pressleisten ein eigener Motor vorgesehen ist.
Dreischneider nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Pressleisten über Zahnstangenantriebe erfolgt, die über ein Stirnrad-Differentialgetriebe mit dem Antrieb der Pressleisten verbunden sind, wobei der jeweilige Zahnstangenantrieb der Abtrieb des Stirnrad-Differentialgetriebes ist und der Schwenkteil vorzugsweise gegen einen Pneumatikzylinder drückt und bei Überschreiten eines Drehmoments die Kolbenstange aus der Ausgangsstellung gegen die Zylinderkraft bewegt, so dass bei fortgesetzter Bewegung des Kurvenhebels keine weitere Bewegung der Pressleisten mehr erfolgt
Dreischneider nach Anspruch 1, 7, 8 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in der Kopf und Fuß-Schneidstation je ein Stirnrad-Differentialgetriebe für die Pressleistenbewegung vorhanden ist, welches jeweils von einer Steuerkurve oder einem separaten Motor angetrieben wird.
Dreischneider nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Verstellung des Zylinderangriffspunktes am Schwenkteil des Stirnrad-Differentialgetriebes eine Formatverstellung auf Blockdicke erfolgen kann.
Dreischneider nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmotoren die Pressleisten oder den Pressstempel gemäß Blockdicke positionieren.
Dreischneider nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressleisten über Verstellspindeln an den Zahnstangenantrieben befestigt sind, wobei jede Pressleiste über zwei Zahnstangen bewegt und entsprechend über zwei Spindeln auf Formatdicke einstellbar ist, so dass durch leicht differenzierte Einstellung der Spindeln vorn und hinten und zwischen Kopf und Fuß eine Anpassung an eine ungleichmäßige z. B. durch Druckfarbenaufbau erzeugte Blockdicke erfolgen kann.
Dreischneider nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messer der Kopf-, Fuß- und Frontschneiteinheiten abwechselnd, d. h. jeden zweiten Takt arbeiteten, wobei im jeweiligen Leertakt eine Umstellung auf ein neues Format erfolgt.
Dreischneider nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Format des nächsten zu schneidenden Produktes vor Erreichen der Einfuhrstation durch Datenübertragung von einem Zentralrechner oder Lesen eines Barcodes ermittelt wird, die Formatverstellung in den Schneideinheiten sukzessiv mit dem Durchlauf des Blocks in einem Leertakt erfolgt und bei gleichbleibendem Format der Leertakt für die Formatverstellung entfällt, wodurch in jedem Takt ein Block an Kopf und Fuß beschnitten und ein anderer gleichzeitig an der Frontseite beschnitten wird.
Dreischneider nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Blocks direkt vor dem Beschnitt an Kopf und Fuß und an der Front seitlich in Kopf-Fuß-Richtung und exakt zum Rücken ausgerichtet werden, wobei Anschläge den Block in der jeweiligen Schneidposition bei gelockertem Ober- und Unterriemen fixieren.
Dreischneider nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, dass bei undefinierten Überständen insbesondere am Frontschnitt, die eine Standardausrichtung nicht gestatten, der Block beim Transport „Rücken voran” in Transportrichtung etwas weiter transportiert wird und dann durch die Rückenanschläge wieder in die Sollposition zurückgeschoben wird, wobei der Block beim Rückwärtsschieben durch geringe Reibkräfte gegenüber Tisch und Pressleisten etwas gebremst und stramm vor die Rückenanschläge geschoben wird.