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Die Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung in einem Drucker zum Erzeugen einer vorbestimmten Gegenkraft zu einer Abzugskraft, mit der ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger gezogen wird.
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Bahnförmige Aufzeichnungsträger können in Rollenform oder in Stapelform vorliegen. In letzterem Fall weist der Aufzeichnungsträger nach jeweils einer Seite einen Querfalz auf, ist entlang dieses Querfalzes gefaltet und Z-förmig gestapelt. Diese Art der Stapelung wird als Leporello-Stapel, Fanfold-Stock oder Z-Fold bezeichnet. Typischerweise ist der Aufzeichnungsträger entlang jedes Querfalzes perforiert, um die einzelnen Blätter nach dem Bedrucken leicht voneinander trennen zu können.
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Um den Aufzeichnungsträger in einem Drucker mit einem qualitativ hochwertigen Druckbild bedrucken zu können, ist eine vorbestimmte Abzugskraft erforderlich, also eine Kraft längs der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers durch den Drucker. Im Eingangsbereich des Druckers muss eine entsprechend große Gegenkraft auf den Aufzeichnungsträger wirken, damit ein stabiler Transport des Aufzeichnungsträgers möglich ist. Dabei besteht beim Einrichten der Lage der Bahnkante die Gefahr, dass die durch das Falten vorgeschädigte Perforation bei einseitiger Kraftaufbringung leicht reißen. Weiterhin verursacht der beim Abheben eines jeden Blattes entstehende Abhebe-Ruck eine Veränderung der Bahnspannung, die sich negativ auf das Druckbild auswirken kann.
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Eine Vorrichtung zum Aufbringen dieser Gegenkraft ist beispielsweise aus dem Dokument
US 2005/0230448 A1 bekannt. Hier zieht eine Antriebseinheit eine Papierbahn über eine als Unterdruckkammer ausgebildete Papierbremse, die die Papierbahn auf ein Reibungselement saugt, wo die Gegenkraft gegen das Abziehen mittels Gleitreibung erzeugt wird.
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Im Dokument
US 7,337,936 B2 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine von einem Stapel abgenommene Bahn Endlospapier entfaltet wird. Hierbei wird mittels einer als Unterdruckkammer ausgebildeten Papierbremse und einer beweglichen Spannrolle die für den nachfolgenden Druckprozess benötigte Gegenkraft auf die Papierbahn aufgebracht.
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Aus der
EP 0 466 691 B1 ist eine weitere Vorrichtung zum Entfalten von vorgefaltetem Endlospapier bekannt. Auch bei dieser Vorrichtung wird die Gegenkraft, die der Abzugskraft entgegen wirkt, mittels Gleitreibung zwischen der Aufzeichnungsträgerbahn und einer von mehreren Blechrippen gebildeten Papierbremse aufgebracht.
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Der Einsatz von Gleitreibung bedeutet, dass die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers über ein Reibungselement gezogen wird. Neben dem Verschleiß des Reibungselements wird auch die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers beispielsweise durch Abrieb beeinträchtigt, was beispielweise aufgrund einer damit einhergehenden Stauberzeugung zu Einschränkungen der Qualität des aufzubringenden Druckbildes führen kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Aufbringen einer vorbestimmten Gegenkraft auf einen bahnförmigen Aufzeichnungsträger anzugeben, bei der der Aufzeichnungsträger in seiner Oberfläche nicht beeinträchtigt wird.
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Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger von einem Stapel über eine drehbar gelagerte Eingangswalze einer Walzenkaskade zugeführt. Die Walzenkaskade umfasst eine Vielzahl von drehbar gelagerten Walzen, wobei in einem Eingangsbereich der Walzenkaskade mindestens zwei Leichtlauf-Walzen vorhanden sind, über deren jeweilige Mantelfläche der Aufzeichnungsträger geführt ist. Bei den Leichtlauf-Walzen ist ein auf den Aufzeichnungsträger wirkendes Gegendrehmoment durch die Lagerreibung der jeweiligen Leichtlauf-Walze festgelegt. Die Leichtlauf-Walzen sind derart ausgelegt, dass die jeweilige Lagerreibung ein Vielfaches geringer ist als die Reibung zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers und der Oberfläche der Leichtlauf-Walze, so dass jede Transportbewegung des Aufzeichnungsträgers für sie eine Drehbewegung zur Folge hat und der Aufzeichnungsträger nicht über sie rutscht. Somit wirkt zwischen der Oberfläche der Leichtlauf-Walze und dem Aufzeichnungsträger ausschließlich Haftreibung.
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Haftreibung hat zur Folge, dass keine Relativbewegung zwischen dem Aufzeichnungsträger und der Oberfläche der jeweiligen Walze vorhanden ist. Dadurch gleitet der Aufzeichnungsträger nicht über Reibeelemente, wodurch eine Beeinträchtigung seiner Oberfläche durch Riefen oder Abrieb vermieden wird.
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Die Abzugskraft, also die Kraft, mit der der Aufzeichnungsträger aus der Walzenkaskade gezogen wird, bedingt eine Gegenkraft des Aufzeichnungsträgers, die bereits im Eingangsbereich des Druckers auf den Aufzeichnungsträger wirken muss. An jeder Walze der Walzenkaskade wird die Gegenkraft erhöht, bis nach der letzten Walze die gewünschte Gegenkraft erreicht ist. Die Erhöhung der Gegenkraft an einer Walze wird durch das an der Walze wirkende Gegendrehmoment bewirkt. Das Gegendrehmoment ist das Moment, das von der Walze bei einer Drehung um ihre Umlaufrichtung zu überwinden ist und wird z. B. bei den Leichtlaufwalzen im Wesentlichen von der Lagerreibung erzeugt.
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Die Walzenkaskade weist in einem Arbeitsbereich mindestens zwei Brems-Walzen auf, deren jeweiliges auf den Aufzeichnungsträger wirkendes Gegendrehmoment derart ist, dass ausschließlich Haftreibung zwischen Aufzeichnungsträger und Mantelfläche der Brems-Walze vorhanden ist. Gemäß der Euler-Eytelwein-Formel ist die maximale Erhöhung der Gegenkraft eines bahnförmigen Aufzeichnungsträgers an einer teilweise von ihm umschlungenen Walze von der vor der Walze auf dem Aufzeichnungsträger vorhandenen Gegenkraft abhängig. Daher kann von den Brems-Walzen ein vielfach stärkeres Gegendrehmoment als von den Leichtlauf-Walzen auf den Aufzeichnungsträger aufgebracht werden, ohne dass der Aufzeichnungsträger über die Brems-Walzen rutscht.
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Die Gegenkraft zum Abziehen des Aufzeichnungsträgers aus der Walzenkaskade liegt innerhalb eines vorbestimmten Kraftbereiches und wird im Wesentlichen von den Brems-Walzen auf den Aufzeichnungsträger aufgebracht.
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Die Abzugskraft ist ein Schnittstellen-Parameter und wird von der Einrichtung vorgegeben, die der Aufzeichnungsträger nach der Walzenkaskade durchläuft. Diese Abzugskraft liegt in einem Bereich zwischen 30 N und 60 N, vorzugsweise zwischen 40 N und 50 N bezogen auf eine Breite des Aufzeichnungsträgers von 165 bis 500 mm. Die zugehörige Gegenkraft wird durch die Gegendrehmomente der Brems-Walzen aufgebracht, die sich als Kombination von festen und variablen Gegendrehmomenten zusammensetzen können. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Gegendrehmoment für jede einzelne Brems-Walze separat einstellbar.
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Vorzugsweise wird das Gegendrehmoment der Brems-Walze eingestellt, indem diese mit einer Hysteresebremse oder einem elektrischen Generator gekoppelt ist. Alternativ ist die Hysteresebremse bzw. der Generator in die Walze integriert. In dieser Ausführungsform benötigt die Walzenkaskade keine Hilfsenergie, wie dies z. B. beim Stand der Technik erforderlich ist. Werden elektrische Generatoren verwendet, so kann die Walzenkaskade elektrische Energie für andere im Drucker verwendete Bauteile liefern.
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Bei einer Hysteresebremse wird die Wirkung eines Magneten oder Elektromagneten auf ein sich bewegendes, ferromagnetisches Material genutzt. Ein Energieverlust entsteht durch die wiederholte Ummagnetisierung des Materials. Dabei ist das erzeugte Gegendrehmoment bei der Hysteresebremse gleichmäßig vom Stillstand bis zur Maximaldrehzahl.
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In einer anderen Ausführungsform ist mindestens eine Brems-Walze mit einem Gleichstrommotor gekoppelt, der das Gegendrehmoment erzeugt. Dieses Gegendrehmoment ist proportional zu dem dem Gleichstrommotor zugeführten Strom und die Gegenkraft ist besonders einfach einzustellen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Walzenkaskade ist ein Umschlingungswinkel an der jeweiligen Brems-Walze in einem Bereich von 120° bis 300°, insbesondere in einem Bereich von 160° bis 200°. Entsprechend der Euler-Eytelwein-Formel führt ein großer Umschlingungswinkel zu einem großen übertragbaren Gegendrehmoment von der Brems-Walze auf den Aufzeichnungsträger bei gleicher vor der Brems-Walze vorhandener Gegenkraft, ohne dass dabei der Aufzeichnungsträger über die Brems-Walze rutscht.
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Ein Ausführungsbeispiel und Erläuterungen zur Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
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1 eine Skizze zur Erläuterung der Euler-Eytelwein-Formel, und
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2 eine Vorrichtung zum Erzeugen einer vorbestimmten Abzugskraft.
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1 zeigt die Euler-Eytelwein-Formel und eine Skizze einer teilweise von einem Aufzeichnungsträger 28 umschlungenen Walze 66, die den Zusammenhang zwischen der Gegenkraft Fnach nach der Walze 66 und der Gegenkraft Fvor vor der Walze 66 beschreibt. Gemäß dieser Formel ist die Gegenkraft Fnach von der Gegenkraft Fvor, dem Umschlingungswinkel α und einer Haftreibungszahl μH abhängig. Die Haftreibungszahl μH ist eine Materialkonstante und abhängig vom Material des Aufzeichnungsträgers 28 und dem Material der Manteloberfläche 64 der Walze 66.
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Vorzugsweise sind die Walzen so ausgebildet, dass die nachfolgende Walze ein größeres Gegendrehmoment als die vorherige Walze hat und daher einen vergrößerten Anteil an der Gegenkraft auf den Aufzeichnungsträger aufbringt. Auf diese Weise kann die Walzenkaskade kompakt ausgeführt werden, weil in dieser Ausführungsform nur wenige Walzen vorzusehen sind. Die Gegenkraft kann mit einer besonders geringen Zahl von Walzen erzeugt werden, wenn das Gegendrehmoment der jeweiligen Walze mit fortlaufender Walzenzahl exponentiell ansteigt.
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2 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Erzeugen einer vorbestimmten Gegenkraft. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Walzenkaskade 12 in einer Baueinheit 14. Vor einem Eingangsbereich 16 der Walzenkaskade 12 ist in der Baueinheit 14 eine Einlauf-Walze 18 mit beidseitigen Bordscheiben 20 angeordnet. In diesem Eingangsbereich 16 sind drei Leichtlauf-Walzen 22, 24, 26 angeordnet, die ein geringes, konstantes Gegendrehmoment aufweisen, das im Wesentlichen nur von ihrer Lagerreibung erzeugt wird. Jede Leichtlauf-Walze 22 bis 26 ist derart ausgelegt, dass ihre Lagerreibung klein gegen die Reibung zwischen ihrer Mantelfläche und dem Aufzeichnungsträger 28 ist, so dass sich dieser Aufzeichnungsträger 28 ohne Schlupf mit ihrer drehenden Mantelfläche bewegt. In einem sich an den Eingangsbereich 16 anschließendem Arbeitsbereich 30 der Walzenkaskade 12 sind sechs Brems-Walzen 32, 34, 36, 38, 40, 42 angeordnet. An jeder Brems-Walze 32 bis 42 ist ein bestimmtes Gegendrehmoment einstellbar.
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Der Aufzeichnungsträger 28 ist bei diesem Beispiel Papier mit Querfalz bzw. sogenanntes Leporello-Papier und liegt in Form eines Stapels 44 vor. Dabei weist der Aufzeichnungsträger 28 nach jeweils einer Seite einen quer zum Aufzeichnungsträger 28 laufenden Querfalz auf, ist entlang dieses Querfalzes gefaltet und Z-förmig gestapelt. Jeder Querfalz ist perforiert, um nach dem Bedrucken des Aufzeichnungsträgers 28 ein Vereinzeln der einzelnen Druckseiten zu erleichtern. Der Stapel 44 hat eine Stapelhöhe 46, die mit einem Sensor 48 überwacht wird. Unterschreitet die Höhe des Stapels 44 einen voreingestellten Wert, so weist ein Signal des Sensors 48 eine Bedienperson auf die Notwendigkeit eines Service-Eingriffs zum Ersetzen oder Nachfüllen des Aufzeichnungsträgers 28 hin. Dabei ist es ausreichend, den neuen Stapel Aufzeichnungsträger innerhalb eines gekennzeichneten Bereichs anzuordnen, wobei der Bereich eine 1,1-Fach bis 2-Fach so große, vorzugsweise das 1,5-Fache der Fläche der Unterseite des Stapels hat. Mit weiter unten beschriebenen Mitteln wird bei einem derart angeordneten Aufzeichnungsträger eine stabile Bahnlage eingestellt.
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Ein vertikaler Abstand 54 zwischen einer Oberkante 62 des Stapels 44 und der Einlauf-Walze 18 beträgt mindestens zwischen 25 cm und 250 cm, vorzugsweise 90 cm bis 150 cm. Durch diesen Abstand 54 wird aufgrund des Eigengewichts des Aufzeichnungsträgers 28 eine Eingangskraft erzeugt, welche ein unerwünschtes Rutschen des Aufzeichnungsträgers über die Einlauf-Walze 18 zumindest erschwert oder ganz vermeidet. Dadurch werden sowohl ein Verschleiß der Einlauf-Walze 18 als auch Beeinträchtigungen der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 28 vermieden.
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Die Einlauf-Walze 18 hat an jedem Ende eine Bordscheibe 20 in Form einer kegelstumpfförmigen Scheibe. Dabei ist der größere Durchmesser des Kegelstumpfes an der Außenseite angeordnet, so dass der Kegelmantel zur Einlauf-Walze 18 hin abfällt. Die Bordscheiben 20 sind mindestens so weit voneinander entfernt, wie die Breite des Aufzeichnungsträgers 28 ist. Die Bahnlage des Aufzeichnungsträgers 28 wird durch die Bordscheiben 20 automatisch eingerichtet, denn sobald ein Rand des Aufzeichnungsträgers 28 auf einer Mantelfläche einer der Bordscheiben 20 zu liegen kommt, übt die Bordscheibe 20 eine Kraft parallel zur Richtung der Drehachse der Einlauf-Walze 18 auf den Aufzeichnungsträger 28 aus. Die Kraft richtet den Aufzeichnungsträger 28 wieder zwischen den Bordscheiben 20 aus.
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Nach der Einlauf-Walze 18 ist der Aufzeichnungsträger 28 durch die Walzenkaskade 12 geführt. Er durchläuft zuerst den Eingangsbereich 16 mit den Leichtlauf-Walzen 22 bis 26, danach den Arbeitsbereich 30 mit den Brems-Walzen 32 bis 42. Nach der Walzenkaskade 12 ist der Aufzeichnungsträger 28 mit einer Gegenkraft beaufschlagt, die entgegen einer durch den Pfeil 60 angedeuteten Abzugskraft gerichtet ist. Typischerweise liegt die Abzugskraft 60 in einem Bereich zwischen 30 N und 60 N, vorzugsweise zwischen 40 N und 50 N, bezogen auf eine Breite des Aufzeichnungsträgers 28 von 165 bis 500 mm. Mittels zweier in der Baueinheit 14 angeordneten Umlenk-Walzen 56, 58 wird der Aufzeichnungsträger 28 zu einer nicht gezeigten, nachfolgenden Einrichtung des Druckers gelenkt. Diese nachfolgende Einrichtung umfasst auch den Antrieb, mit dem der Aufzeichnungsträger 28 durch die Vorrichtung 10 gezogen wird.
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Innerhalb der Walzenkaskade 12 sind die Leichtlauf-Walzen 22 bis 26 und die Brems-Walzen 32 bis 42 derart angeordnet, dass der Umschlingungswinkel α maximal wird. Wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben, ermöglicht ein großer Umschlingungswinkel α eine Vergrößerung der Gegenkraft je Walze, was eine benötigte Walzenzahl minimiert. Somit trägt ein großer Umschlingungswinkel α zu einer kompakten Bauform der Baueinheit 14 bei.
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An jeder Brems-Walze 32 bis 42 ist das jeweilige Gegendrehmoment einstellbar. Dazu umfassen die Brems-Walzen 32 bis 42 jeweils eine Hysteresebremse, deren Bremsleistung und über die Bremsleistung das Gegendrehmoment der Brems-Walze 32 bis 42 einstellbar ist. Beim Einrichten der Walzenkaskade 12 wird der Aufzeichnungsträger 28 um die jeweilige Brems-Walze 32 bis 42 geschlungen, und anschließend die Bremsleistung der jeweiligen Brems-Walze 32 bis 42 erhöht, bis gerade kein Schlupf auftritt. Anschließend wird die so ermittelte Bremsleistung um einen festen Wert, beispielsweise 20 bis 40 %, vorzugsweise etwa 30%, reduziert. Bei der Brems-Walze 42, die vom Aufzeichnungsträger 28 direkt vor der Umlenkwalze 56 umlaufen wird, wird die Bremsleistung so eingestellt, dass die gesamte Gegenkraft nach der Brems-Walze 42 der Abzugskraft 60 entspricht.
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Die Bremsleistung jeder Brems-Walze 34 bis 42 ist höher als die Bremsleistung der jeweils zuvor vom Aufzeichnungsträger 28 umlaufenen Brems-Walze 32 bis 40. Insbesondere steigt bei Realisierung eines besonders kompakten Aufbaus der Walzenkaskade 12 das Gegendrehmoment der jeweiligen Brems-Walze 32 bis 42 entlang eines Wegs des Aufzeichnungsträgers 28 exponentiell an.
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Die Bahnlage des Aufzeichnungsträgers wird im nahezu Gegenkraft-freien Zustand eingerichtet. Dies verhindert effektiv eine einseitige Belastung der durch das Knicken beim Stapeln vorgeschädigten Perforation. Dadurch wird ein Reißen an der Perforation vermieden.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Sensor 48 eine Lichtschranke, die einen Detektor 50 und eine Lichtquelle 52 umfasst.
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In einer anderen Ausführungsform arbeitet der Sensor 48 nach einem anderen Prinzip, beispielsweise unter Einbeziehung einer Waage, die bei Unterschreiten eines vorbestimmten Gewichts des Stapels das Signal auslöst, das einer Bedienperson die Notwendigkeit des Service-Eingriffs zum Ersetzen oder Nachfüllen des Aufzeichnungsträgers 28 aufzeigt.
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Das gezeigte Ausführungsbeispiel kann vielfach abgewandelt werden.
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In einer Weiterbildung wird bei der Ausgabe eines entsprechenden Signals des Sensors 48 die Bewegung des Aufzeichnungsträgers 28 durch die Vorrichtung 10 zum Stillstand gebracht. Dadurch wird vermieden, dass der Aufzeichnungsträger 28 komplett durch die Vorrichtung 10 gezogen und nach dem Auffüllen erneut durch die Walzenkaskade 12 gefädelt werden muss.
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In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zumindest die Leichtlauf-Walzen und die Brems-Walzen zu einer Baueinheit zusammengefasst. Dies erlaubt einen besonders kompakten Aufbau und dadurch eine einfache Montage in einem Drucker.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst die Baueinheit nur die Walzenkaskade, während die Einlauf-Walze und die Umlege-Walzen separat in der Vorrichtung angeordnet sind.
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Vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine der Brems-Walzen mit einem Gleichstrommotor verbunden ist. Das vom Gleichstrommotor erzeugte Gegendrehmoment ist proportional zum zugeführten Strom, so dass dadurch das Gegendrehmoment dieser Brems-Walze einfach einzustellen und gegebenenfalls zu regeln ist.
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Der Aufzeichnungsträger besteht vorzugsweise aus Papier, Kunststoff oder Metall, auch andere bedruckbare Materialien wie beispielsweise Pappe oder Karton sind verwendbar.
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Beim gezeigten Beispiel nach 2 ist jede Bremswalze 32 bis 42 in ihrem Gegendrehmoment einstellbar. Gemäß einer Variante enthält die Walzenkaskade Bremswalzen, von denen einige fest und andere variabel einstellbar sind. Vorzugsweise ist nur die letzte Bremswalze einstellbar ausgeführt und an ihr wird das gewünschte Gegendrehmoment eingestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Walzenkaskade
- 14
- Baueinheit
- 16
- Eingangsbereich
- 18
- Einlauf-Walze
- 20
- Bordscheibe
- 22 bis 26
- Leichtlauf-Walze
- 28
- Aufzeichnungsträger
- 30
- Arbeitsbereich
- 32 bis 42
- Brems-Walze
- 44
- Stapel
- 46
- Stapelhöhe
- 48
- Sensor
- 50
- Detektor
- 52
- Lichtquelle
- 54
- Abstand
- 56, 58
- Umlege-Walze
- 60
- Abzugskraft
- 62
- Oberkante
- 64
- Oberfläche
- 66
- Walze
- Fnach, Fvor,
- Gegenkraft
- α
- Umschlingungswinkel
- μH
- Haftreibungszahl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20050230448 A1 [0004]
- US 7337936 B2 [0005]
- EP 0466691 B1 [0006]
