DE102013110510A1

DE102013110510A1 - Vorrichtung zum Rotationsstanzen

Info

Publication number: DE102013110510A1
Application number: DE102013110510.6A
Authority: DE
Inventors: Joel Boutron
Original assignee: wink Stanzwerkzeuge GmbH and Co KG; ROTOTECHNIX Sas
Current assignee: wink Stanzwerkzeuge GmbH and Co KG; ROTOTECHNIX Sas
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2015-03-26
Also published as: EP3049221B1; US20160279820A1; EP3049221A1; PL3049221T3; CN105939825B; ES2662883T3; CN105939825A; WO2015039750A1

Abstract

Vorrichtung zum Rotationsstanzen, mit einem Stanzzylinder (1), der um eine Stanzzylinderachse (2) drehbar ist, mit einem Gegendruckzylinder (3), der um eine Gegendruckzylinderachse (4) drehbar ist, wobei der Gegendruckzylinder (3) Laufringe (6) aufweist, auf denen der Stanzzylinder (1) bzw. dessen Stanzzylinder-Laufringe über Laufflächen (7) ablaufen können, sowie mit einer Verstellvorrichtung, durch die ein Spaltmaß zwischen Stanz- und Gegendruckzylinder (1, 3) einstellbar ist, und mit einem weiteren Zylinder, wobei der weitere Zylinder als Stützwelle (17) ausgebildet ist, auf der der Gegendruckzylinder (3) unmittelbar abgestützt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rotationsstanzen, mit einem Stanzzylinder, der um eine Stanzzylinderachse drehbar ist, mit einem Gegendruckzylinder, der um eine Gegendruckzylinderachse drehbar ist, wobei der Gegendruckzylinder Laufringe aufweist, auf denen der Stanzzylinder bzw. dessen Stanzzylinder Laufringe ablaufen können, sowie mit einer Verstellvorrichtung, durch die ein Spaltmaß zwischen Stanz- und Gegendruckzylinder einstellbar ist, und einem weiteren Zylinder.
Der Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der EP 580576 B1 beschrieben. Wärmeentwicklungen aufgrund von Vibrationen bzw. Schlägen auf die Gegendruckwalze und mechanischer Belastung in den Lagern werden von den Laufringen ausschließlich über die Laufringe der Gegendruckwalze oder über die Lager des Gegendruckzylinders abgeführt. Hierbei kann es aufgrund von thermischer Belastung der Laufringe zu geringfügigen Änderungen in der Dimensionierung der Laufringe kommen. Diese Änderungen können bis in den Bereich von 10^–6 m hineinreichen und somit zu einer ungewünschten Veränderung des Spaltmaßes führen.
Darüber hinaus kann der Gegendruckzylinder aufgrund seiner hohlzylinderartigen Konstruktion stark vibrieren, wobei die hierbei auftretenden Kräfte von den Lagern abgefangen werden, was zu erhöhtem Verschleiß und einem potentiell ungenaueren Stanzbild führen kann. Durch diese Hohlkonstruktion ist die Stabilität der Stanzvorrichtung begrenzt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hinsichtlich der vorgenannten Nachteile zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Gegenstand gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind den auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteransprüchen sowie der Beschreibung zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der weitere Zylinder als Stützwelle ausgebildet ist, auf der der Gegendruckzylinder unmittelbar abgestützt ist. Eine Abstützung des Gegendruckzylinders erfolgt somit nicht über dessen Laufringe. Vielmehr liegt der Gegendruckzylinder unmittelbar auf dem Körper der Stützwelle auf. Die Laufringe des Gegendruckzylinders stützten diesen somit nicht ab. Hierbei kann der Gegendruckzylinder mit seiner metallischen Oberfläche auf der ebenfalls metallischen Oberfläche abgestützt sein. Unmittelbar ist die Abstützung allerdings auch dann, wenn beide oder nur eine Oberfläche beispielsweise eine Beschichtung aufweisen.
Etwaige Wärmeentwicklungen in dem Gegendruckzylinder können somit direkt auf die vorzugsweise als Vollkörper ausgebildete Stützwelle übertragen werden. Entsprechend kann diese auch Schläge oder Vibrationen des Gegendruckzylinders unmittelbar abfangen. Die Vorrichtung läuft insbesondere in dem Bereich, in dem das zu stanzende Material geführt wird, deutlich vibrationsfreier und verschleißärmer. Das System umfassend Stanzzylinder, Gegendruckzylinder und Stützwelle kann durch eine Vollkörperkonstruktion der Stützwelle sowie insbesondere auch des Gegendruckzylinders zumindest in dessen Arbeitsbereich stabiler ausgeführt werden.
Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn die Laufringe des Gegendruckzylinders von der Stützwelle beabstandet sind und nicht auf dieser ablaufen. Alternativ kann ein druckloses Abrollen der Laufringe des Gegendruckzylinders ebenfalls unkritisch und hinsichtlich einer Wärmeübertragung sogar vorteilhaft sein.
Um eine Verstellung des Spaltmaßes bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unbeachtet einer Abstützung des Gegendruckzylinders auf der Stützwelle vorzunehmen, ist es vorteilhafterweise vorgesehen, einen Exzenter der Verstellvorrichtung in einem Laufring des Gegendruckzylinders anzuordnen. Entsprechend ist jedem Lauf- bzw. Schmitzring des Gegendruckzylinders ein Exzenter zugeordnet, bzw. auf einem solchen gelagert. Durch die Verstellung des Exzenters wird dann der Laufring des Stanzzylinders mitsamt dem Stanzzylinder angehoben oder abgesenkt, Hierdurch ergibt sich zwischen Gegendruckzylinder und Stanzzylinder ein neues Spaltmaß, da die Drehachse des Gegendruckzylinders an ihrem Ort verbleibt. Unter einem Gegendruckzylinder ist hierbei ein oftmals auch als Gegenstanzzylinder bezeichneter Teil einer Rotationsstanzvorrichtung zu verstehen. Die Laufringe des Gegendruckzylinders dienen somit aufgrund des inneren Exzenters zum Heben oder Senken des Stanzwerkzeugs bzw. des Stanzzylinders.
Zwecks Ableitung der in den Laufringen des Gegendruckzylinders und somit auch in den Exzentern entstehenden Wärme sind diese auf einem massiven Grundkörper des Gegendruckzylinders und hier vorzugsweise freilaufend gelagert, um weiterhin eine während des Betriebs auftretende Phasenverschiebung zwischen der Drehung der Laufringe und der Drehung des Gegendruckzylinders zulassen zu können.
Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser des Exzenters exzentrisch zum Innendurchmesser der Gegend ruckzylinder-Laufringe ausgebildet und insbesondere geschliffen ist, während der Innendurchmesser des Exzenters konzentrisch auf dem vorzugsweise angetriebenen Grundkörper gelagert ist. Hierdurch lassen sich feinere Änderungen des Spaltmaßes vornehmen, da der Höhenunterschied über eine größere Strecke eingestellt werden kann. Der Antrieb des Grundkörpers oder des Gegendruckzylinders erfolgt insbesondere über Zahnrad- oder Riementriebe und nicht über Reibung mit der wiederum angetriebenen Stützwelle.
Für die Erfindung ist es im Übrigen gleichbedeutend, ob der Stanzzylinder Laufringe aufweist, die lösbar am Rest des Stanzzylinders festgelegt sind, oder ob der Stanzzylinder aus dem Vollen gefräst ist und lediglich Laufflächen aufweist, die im Vergleich zu dem Arbeitsbereich weiter beabstandet von der Drehachse des Stanzzylinders liegen können.
Vorteilhafterweise liegt in einer Betriebsposition und nach einer Einstellung eines Grundarbeitsdruckes durch eine Anpressvorrichtung ein Druckverlauf vor, der von der Anpressvorrichtung über die Stanzzylinder-Laufringe bzw. den Stanzzylinderlaufflächen, die Laufringe des Gegendruckzylinders, die Exzenter und den Grundkörper (des Gegendruckzylinders) hin zu der Stützwelle führt. Hiermit einher gehen die vorbeschriebenen Vorteile hinsichtlich der Vibrationsfreiheit und der Verschleißfreiheit.
Lager des Stanzzylinders sind vorteilhafterweise dergestalt spielbehaftet ausgebildet, dass die Variation des Spaltmaßes innerhalb des Spiels der Lager des Stanzzylinders liegt. Es bedarf daher keiner losen Lagerung des Stanzzylinders, was die Präzision der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter erhöht. Nach Einstellen des Spaltmaßes und Aufbauen eines Anpressdrucks durch die Anpressvorrichtung ist der Stanzzylinder dann trotz des vorherigen Lagerspiels ausreichend präzise festgelegt.
Vorteilhafterweise liegt das über die Verstellvorrichtung einstellbare Spaltmaß zumindest zwischen 1·10^–6 m und 20·10^–5 m, bevorzugt zwischen 1·10^–6 m und 3·10^–5 m. Hierdurch sind üblicherweise einstellbare Spaltmaße bei Rotationsstanzvorrichtungen abbildbar. Gleichzeitig werden im vorliegenden Mikrometer- bzw. Hundertstel-Millimeterbereich die zur Verfügung stehenden Spielräume spielbehafteter Lager entsprechen ausgereizt. Bei extremen Verstellungen kann es allerdings notwendig sein, die Lager des Stanzzylinders in einer Führung eines Rahmens der Stanzvorrichtung zu versetzen.
Während es von Vorteil sein kann, dass die Verstellvorrichtung stufenlos etweder manuell oder über Servomotoren einstellbar ausgebildet ist, kann die Verstellvorrichtung in Verbindung mit einer manuellen oder über Servomotoren vornehmbaren Einstellbarkeit auch über eine Rastereinstellung verfügen, wobei die Rasterschritte vorteilhafterweise ≤ 1·10^–6 m betragen. Eine stufenlose und insbesondere selbsthemmende Verstellvorrichtung kann vorzugweise mittels eines Schneckenradgetriebes realisiert werden.
Insbesondere ist die Stützwelle mit einem massiven Zylinderkörper versehen, auf dem der Gegendruckzylinder abläuft. Die entsprechende Wärme wird hierbei über einen möglichst großen Bereich verteilt. Vorteilhafterweise haben der Gegendruckzylinder und die Stützwelle zumindest an den gegenüberliegenden Seiten hin zu den Laufringen jeweils Kontaktflächen. Allerdings ist kann die Stützwelle auch dergestalt ausgebildet sein, das mehr als zwei Kontaktflächen oder eine durchgängige Kontaktfläche zum Gegendruckzylinder ausgebildet werden.
Ein stabiler Aufbau der Vorrichtung ist vorzugsweise dann realisiert, wenn die Antriebsvorrichtung ein Zahnrad aufweist, dass an dem insbesondere als Vollkörper ausgebildeten Zylinderkörper der Stützwelle festgelegt ist und ein Drehmoment auf den Gegendruckzylinder überträgt. Hierbei kann vorzugsweise der Zylinderkörper der Stützwelle selbst über einen Motor angetrieben sein und somit die weiteren Zylinder antreiben. Die Synchronisation der einzelnen Rollen kann über ineinander greifende Zahnräder oder über beispielsweise einen Riementrieb oder eine Kette miteinander synchronisierte Zahnräder der einzelnen Wellen erfolgen.
Schließlich ist durch die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung sichergestellt, dass der Stanzzylinder relativ zur Stützwelle, die Stützwelle jedoch relativ betrachtet fest zum Gegendruckzylinder bewegbar ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnehmen:
Schematisch dargestellt zeigt in den Figuren:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine teilweise aufgebrochene Ansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
3 eine Detailansicht des Gegenstands nach 1.
Einzelne technische Merkmale der nachbeschriebenen Ausführungsbeispiele können auch in Kombination mit vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und etwaiger weiterer Ansprüche zu erfindungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Rotationsstanzen ist gemäß 1 mit einem Stanzzylinder 1 versehen, der um eine Stanzzylinderachse 2 drehbar angeordnet ist. Weiterhin weist die Vorrichtung einen Gegendruckzylinder 3 auf, der um eine Gegendruckzylinderachse 4 drehbar ist. Der Gegendruckzylinder 3 weist Laufringe 6 auf, auf denen Laufflächen 7 des Stanzzylinders 1 ablaufen. Diese Laufflächen 7 können entweder Teil von Stanzzylinderlaufringen sein, die separat gefertigt sind, oder können einstückig mit dem Stanzzylinderkörper ausgebildet sein. Des Weiteren weist die Rotationsstanzvorrichtung eine Verstellvorrichtung auf, über die ein Spaltmaß zwischen Stanzzylinder 1 und Gegendruckzylinder 3 einstellbar ist. Durch das Spaltmaß ist letztlich die Tiefe des Stanzvorgangs einstellbar.
Die Verstellvorrichtung zur Einstellung des Spaltmaßes umfasst zwei Bedieneinheiten 8, über die separat auf den beiden Seiten ein zugehöriger Exzenter einstellbar ist. Hierdurch können die beiden Drehachsen 2 und 4 auch schräg zueinander angestellt werden, beispielsweise um eine einseitige Abnutzung während eines Stanzvorgangs auszugleichen. Die Einstellung kann auch während des Betriebs vorgenommen werden, der Zugriff auf den Exzenter ist auch während des Abrollens und Laufens der Walzen/Zylinder möglich. Die Bedieneinheiten 8, die alternativ auch über Servomotoren gesteuert, miteinander verknüpft und über eine gemeinsame elektronische Bedieneinheit bedient werden können, haben im vorliegenden Fall manuell betätigbare (Spaltmaß-)Verstellmittel 9 sowie Anzeigeeinheiten 11, über die der Abstand bzw. das Spaltmaß auf jeder Seite angezeigt werden kann. Letztlich wird über die Verstellmittel 9 jeweils eine Welle 12 betätigt, die über ein Schneckenradgetriebe in einem Gehäuse 13 auf eine dem Exzenter zugeordnete und mit diesem in der Regel einstückig verbundene Verstellscheibe 14 zugreifen kann. Durch Verschwenkung dieser Scheibe 14 um die Achse 4 herum werden die Laufringe 6 mit ihren Außenflächen relativ (radial) zur Drehachse 4 bewegt und entsprechend zur Änderung des Spaltmaßes verschoben, während der Gegendruckzylinder weiter mit seiner Drehachse 4 in Position bleibt. Die Laufringe 6 des Gegendruckzylinders sind somit über die jeweilige Exzenter und die Verstellvorrichtung relativ zum Gegendruckzylinder 3 lageveränderlich angeordnet.
Der Gegendruckzylinder 3 ist zumindest in seinem Arbeitsbereich als Vollzylinder ausgebildet, so dass der Gegendruckzylinder 3 bzw. sein massiver Grundkörper unmittelbar auf Anlagenfläche 16 der Stützwelle 17 ablaufen kann. Die Stützwelle 17, die auch gleichzeitig Antriebswelle ist, ist im Bereich der Laufflächen bzw. Anlageflächen 16 ebenfalls als Vollkörper ausgebildet und kann so auf den Gegendruckzylinder einwirkende Stöße wirkungsvoll abfangen bzw. entstehende Wärme ableiten.
Die Rotationsstanzvorrichtung wird über nicht gezeigte motorische Mittel angetrieben, wobei ein Antriebszahnrad 18 ein Drehmoment auf die Stützwelle 17 übertragt, von der es über ein fest mit ihr verbundenes Zahnrad 19 auf weitere Zahnräder 21 (Gegendruckzylinder 3) und 22 (Stanzzylinder 1) geht.
Nicht gezeigt ist ein Rahmen der Rotationsstanzvorrichtung, in dem die jeweiligen Zylinder und Wellen angeordnet sind und über den mittels einer nur teilweise gezeigten Anpressvorrichtung 23 ein Anpressdruck aufgebracht werden kann. Dieser Anpressdruck wird über die Laufflächen 7 weitergetragen auf die Laufringe 6 und über dessen Lager auf den Vollkörper des Stanzzylinders und von dort dann auf die Stützwelle 17.
Die Anpressvorrichtung 23 weist an den jeweils gegenüberliegenden Enden des Stanzzylinders 1 jeweils zwei Andruckrollen 24 auf, die auf die Laufflächen 7 drücken.
Etwas detaillierter ist die Anpressvorrichtung in der 2 gezeigt, wobei auch wiederum Verstellmittel 26 und Anzeigemittel 27 zur Kontrolle des Anpressdrucks dienen.
Gemäß der in der 2 gezeigten Weiterbildung der Erfindung ist der Stanzzylinder 1 im Wesentlichen als Vollkörper ausgebildet, so dass die Laufflächen 7 einstückig mit dem Stanzzylinder hergestellt sind und nicht, wie es bei weiteren Ausgestaltungen der Erfindung möglich sein kann, Teile von an dem Vollkörper des Stanzzylinders befestigten Laufringen sind.
Ein Exzenter 28 der Verstellvorrichtung ist innerhalb der Laufringe 6 angeordnet, wobei ”innerhalb” in eine Richtung zur Gegendruckdrehachse 4 meint. Der Laufring 6 ist über Lager, im vorliegenden Fall über Rollenlager, auf dem Exzenter 28 gelagert. Der Exzenter 28 selbst ist wiederum auf dem Grundkörper des Gegendruckzylinders gelagert. Über eine Betätigung der Verstellscheibe 14 (vgl. 3) erfolgt in der betrachteten Figurenebene eine Verschiebung des Stanzzylinders 1 nach oben oder nach unten.
Gestrichelt dargstellte Pfeile 29 zeigen den Druckverlauf ausgehend von der Anpressvorrichtung 23 hin zu der Stützwelle 17. Da der Antrieb und die Synchronisation der Zylinder über die Zahnräder bzw. Riemen- und Kettenantriebe erfolgt und nicht etwa über einen reibungsgesteuerten Antrieb aufgrund der Verbindung der Stützwelle 17 mit dem Grundkörper des Gegendruckzylinders 3 erfolgt der Antrieb der Vorrichtung unbeeinflusst durch etwaige auf die Zylinder und Wellen wirkende Stöße und Vibrationen. Das Stanzergebnis ist somit verbessert.
In der Detailansicht gemäß 3 ist der in der 2 gezeigte aufgebrochene Bereich mit dem Exzenter 28 noch einmal etwas näher dargestellt. Erkennbar ist die Betätigung über die Verstellscheibe 14 des Exzenters 28 unabhängig von dem Zahnrad 21. Ebenfalls wird deutlich, dass zwischen der Lauffläche des Laufrings 6 und der Stützwelle 17 im Bereich 30 ein Spalt existiert, d. h., der Laufring 6 läuft nicht auf der Stützwelle 17 ab. Lager 31 des Stanzzylinders sind ausreichend spielbehaftet, um die vorbeschriebenen Änderungen des Spaltmaßes zwischen Stanzzylinder 1 und Gegendruckzylinder 3 abbilden zu können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 580576 B1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Rotationsstanzen, mit einem Stanzzylinder (1), der um eine Stanzzylinderachse (2) drehbar ist, mit einem Gegendruckzylinder (3), der um eine Gegendruckzylinderachse (4) drehbar ist, wobei der Gegendruckzylinder (3) Laufringe (6) aufweist, auf denen der Stanzzylinder (1) bzw. dessen Stanzzylinder-Laufringe über Laufflächen (7) ablaufen können, sowie mit einer Verstellvorrichtung, durch die ein Spaltmaß zwischen Stanz- und Gegendruckzylinder (1, 3) einstellbar ist, und mit einem weiteren Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Zylinder als Stützwelle (17) ausgebildet ist, auf der der Gegendruckzylinder (3) unmittelbar abgestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufringe (6) Gegendruckzylinders (3) der Stützwelle (17) beabstandet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Exzenter (28) der Verstellvorrichtung in einem Laufring (6) des Gegendruckzylinders (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (28) auf einem massiven Grundkörper des Gegendruckzylinders und insbesondere freilaufend gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Exzenters (28) exzentrisch zum Innendurchmesser der Laufringe (6) des Gegendruckzylinders (3) ausgebildet, insbesondere geschliffen ist, während der Innendurchmesser des Exzenters (28) konzentrisch auf dem angetriebenen Grundkörper gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsposition und nach einer Einstellung eines Grundarbeitsdruckes durch eine Anpressvorrichtung ein Druckverlauf (29) von der Anpressvorrichtung über die über die Stanzzylinder-Laufringe oder die Stanzzylinderlaufflächen, die Laufringe (6) des Gegendruckzylinders (3), die Exzenter (28) und den Grundkörper zu der Stützwelle (17) führt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lager (31) des Stanzzylinders dergestalt spielbehaftet sind, dass die Variation des Spaltmaßes innerhalb des Spiels der Lager des Stanzzylinders liegt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das über die Verstellvorrichtung einstellbare Spaltmaß zwischen 1·10^–6 m und 20·10^–5 m liegt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung stufenlos oder gerastert sowie manuell oder über Servomotoren einstellbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützwelle (17) einen massiven Zylinderkörper aufweist, auf dem der Gegendruckzylinder (3) abläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dass ein Zahnrad (19) einer Antriebsvorrichtung an dem Zylinderkörper festgelegt ist und ein Drehmoment auf den Gegendruckzylinder (3) überträgt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verstellvorrichtung der Stanzzylinder (1) relativ zur Stützwelle (17) bewegbar ausgebildet wird.