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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen Zentralzylinder in einer Rotationsstanze, bei dem die Stanzwerkzeuge sternförmig um den eigentlichen Zylinder herum angeordnet sind.
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Beim Stanzen werden Flachteile mit definierten Konturen aus unterschiedlichen flächigen Materialien wie beispielsweise Papier, Pappe, Folie, Textil oder auch Metall hergestellt. „Stanzen” bedeutet das Schneiden einer Form entweder aus oder in ein bestimmtes Material oder das Prägen einer bestimmten Kontur in ein Material. Die Mindestausstattung einer Stanzvorrichtung besteht aus zwei Werkzeugteilen: einem Halter für Stempel und einem Halter für Matrizen. Beim Eingreifen des Stempels in die Matrize wird das zu stanzende Material durch einen Scherschnitt getrennt. Stanzteile sind in der Regel Massenware, bei deren Fertigung aber dennoch hohe Qualitätsanforderungen an die Endprodukte gestellt werden. Gestanzt werden sowohl dünne Materialien wie Kunststoff- und Metallfolien, Filme und Papiere, aber auch dickere Materialien wie Kartonagen, Verbundstoffe, Leder und Bleche. Anwendung finden solche Produkte in der Regel im Verpackungsbereich, bei der Etiketten- oder Emblemherstellung bzw. -bearbeitung, bei der Bearbeitung von Folien, die in technisch höherwertigen und anspruchsvolleren Applikationen z. B. in der Elektronikindustrie eingesetzt werden oder auch bei der Bearbeitung von Profilblechen in der Bauindustrie, im Metall- und Automobilbau. Der eigentliche Stanzvorgang kann dabei sowohl ein Durchtrennen einer oder mehrerer Schichten des zu stanzenden Materials bedeuten als auch ein Prägen im Sinne des Eindrückens einer bestimmten Struktur in dieses Material, ohne dass es durchtrennt wird. Um diese Stanzteile wirtschaftlich und qualitativ hochwertig fertigen zu können, werden Stanzautomaten eingesetzt, die im Endlosbetrieb am laufenden Band die einzelnen Arbeitsschritte wie z. B. das Auf- und Abwickeln, Transportieren, Stanzen, Entgittern (d. h. das Entfernen des ausgestanzten Materials, welches nicht das eigentliche Stanzteil darstellt, sondern durch den Stanzprozess zum Abfall geworden ist) und Vereinzeln der Stanzteile koordiniert bewältigen.
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Im Prinzip gibt es drei unterschiedliche Stanzverfahren: das konventionelle Hubstanzen, das Rotationsstanzen und das Flachbettstanzen.
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Eine Hubstanzvorrichtung besteht aus einer Presse, in welcher ein Stanzwerkzeug befestigt wird. Dieses Stanzwerkzeug besteht in der Regel aus einem flachen Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug. Im Oberwerkzeug befinden sich die Stanzstempel, im Unterwerkzeug die dazu gehörige Matrize. Beide Werkzeuge werden so aufeinander ausgerichtet, dass die im Oberwerkzeug montierten Stempel präzise in die Matrize des Unterwerkzeugs treffen. Ober- und Unterwerkzeug bewegen sich über Führungen parallel aufeinander zu. Zwischen den Werkzeugen verläuft die eigentliche Materialbahn. Beim Eintauchen aller Stempel in die Matrizen wirkt die gesamte Stanzkraft auf einmal auf das zu bearbeitende Material. Die Stanzabfälle tauchen in die Matrize ein und fallen vertikal nach unten.
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Beim Hubstanzen wird das Material getaktet eingeführt, d. h. der Materialvorschub wird während des Stanzvorgangs immer wieder unterbrochen. Vor dem Hintergrund einer späteren Weiterverarbeitung der Stanzteile ist ein möglichst exakter Materialvorschub wichtig, Schlupf oder Spiel in der Vorschubmechanik sollten dementsprechend möglichst nicht vorhanden sein. Das Hubstanzen ist vorteilhaft bei häufig wechselnden Stanzkonturen.
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Rotationsstanzwerkzeuge werden rotierend zum Stanzen von verschiedenen Werkstoffen eingesetzt. Sie sind runde Werkzeuge, auf deren Umfang eine Kontur als Schneide gefräst ist.
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Beim Rotationsstanzen werden die Stanzwerkzeuge direkt in Hochgenauigkeitslagerungen oder verschiebbar auf zwei Wellen montiert. Das Stempelträgerwerkzeug wird auf die in der Stanzvorrichtung obere Welle (den Stanzzylinder bzw. die Stanzwalze) gespannt, das Matrizenhaltewerkzeug auf die untere (den Gegenstanzzylinder). Die Stanzwalze enthält das zu stanzende Motiv und arbeitet mit einer Gegenwelle im Quetschverfahren. Zwischen beiden Werkzeugen verläuft die Materialbahn mit kontinuierlichem Vorschub. Beim Stanzen rotieren die Werkzeuge kontinuierlich, so dringt der Stempel punktuell in die Matrize ein und durchwandert diese so lange, bis er wieder austritt.
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Die punktuelle Belastung erfordert eine geringere Stanzkraft als beim Hubstanzen, entsprechend sind auch die Lärm- und Vibrationsentwicklung geringer. Der Stanzabfall wird durch den Stempel in die Matrize gedrückt und von dort abgesaugt, entweder zentral durch einen Matrizenhohlzylinder oder beim Einzelwerkzeugen über Absaugglocken.
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Der Fertigungsablauf bei der Flachbettstanze ist ähnlich dem bei der Rotationsstanze. Der Unterschied liegt in der Art des Werkzeuges und der Stanztechnik. Während beim rotierenden Verfahren ein „rundes” Werkzeug gegen einen runden Gegenstanzzylinder gepresst wird, wobei beide Teile beim Stanzvorgang rotieren, wird beim Flachbettstanzen das plane Werkzeug gegen eine plane Gegenplatte gedrückt.
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Die Stanztechnik kann je nach Gestaltung der Teile bedeutend kostengünstiger sein als deren Herstellung mittels spanabhebendem, Giess-, Spritz- oder Sinterverfahren, eine werkzeugintegrierte optische Messtechnik und Sensorik erlaubt dazu noch eine Optimierung von Hochleistungsstanzprozessen.
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Die wichtigsten der in den folgenden Ausführungen verwendeten Begriffe sind dabei folgendermaßen zu verstehen:
Ein „Stanzzylinder” ist ein in einer Stanzmaschine angebrachter zylindrischer Walzenkörper mit einem auf dessen Mantelfläche lösbar angebrachten Stanzblech zum Stanzen oder Prägen einer über die Oberfläche des Stanzblechs geführten Materialbahn. Dieses Stanzblech muss mit größtmöglicher Genauigkeit auf dem Walzenkörper positioniert werden, um exakte Stanzungen zu erzielen. Geschah dieser früher durch magnetische Anhaftung in Verbindung mit einer Abkantung des Stanzbleches am vorauslaufenden Rand und das Einfügen dieser Abkantung in einen entsprechend angeordneten Spalt im Walzenkörper, so sind heute zu diesem Zwecke auf der Mantelfläche eine Anzahl von radial vorspringenden Positionierungsstiften vorgesehen, das Stanzblech ist mit einer Anzahl entsprechend angeordneter Löcher versehen und ist darüber dann exakter und materialschonender zu positionieren.
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„Rotationswerkzeuge” (im Folgenden der Einfachheit halber als „Werkzeuge” bezeichnet) sind im vorliegenden Falle runde Werkzeuge, auf deren Umfang eine Kontur als Schneide gefräst ist. Sie laufen auf einem Gegenstanzzylinder, das bahnförmige Material läuft zwischen Stanzzylinder und Gegenstanzzylinder hindurch und wird von den Schneiden geschnitten.
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„Rotationsstanzteile” werden erstellt, indem bahnförmige Materialien wie Papiere, Folien, Schäume oder Klebebänder durch Rotationswerkzeuge in einem Stanzprozess bearbeitet werden. Je nach Konfiguration der Werkzeuge können beliebige Konturen ausgestanzt und hergestellt werden.
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„Im Register stanzen” bedeutet, dass in einer Stanzvorrichtung mehrere Werkzeuge hintereinander das gleiche Rotationsstanzteil bearbeiten, wobei zwischen den Werkzeugen (d. h. zwischen den verschiedenen Bearbeitungsschritten) Materialien ab- und zulaufen können. Auf diese Weise kann schließlich ein komplexes, mehrschichtiges Stanzteil entstehen.
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„Trägerbahn” heisst die fortlaufende Materialbahn aus Papier oder Folie, auf dem/der das Klebeband im Stanzprozess in die gewünschte Kontur gestanzt wird.
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Als „Remalinerstation” wird eine Vorrichtung bezeichnet, in welcher die Trägerbahn, auf der später die Stanzteile liegen und bearbeitet werden, an beiden Rändern in bestimmten Abständen gelocht wird. Diese fortlaufende Lochung wird dann im Stanzvorgang von den Pins des Zylinders wieder aufgenommen. Dadurch wird die Trägerbahn während des ganzen Stanzprozesses mit den Stiften auf dem Zylinder fixiert und diese Lochung stellt somit die feste Verbindung von Material und Zylinder her. Je genauer diese Lochung ausgeführt wird, desto exakter kann später ausgestanzt werden, Ungenauigkeiten, die durch Materialverschiebung auftreten könnten, werden vermieden.
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„Schlupf” findet man als „Dehnschlupf” oder „Gleitschlupf”. Er bezeichnet das Abweichen der Geschwindigkeiten miteinander in Reibkontakt stehender Elemente, wenn eine Drehbewegung eigentlich exakt und synchron übertragen werden muss. So überträgt z. B. ein Autoreifen beim Fahren nie exakt die Abrollgeschwindigkeit auf die Straße, sondern immer minimal davon abweicht – daher verschleißt ein Autoreifen.
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Unter „Zentralzylinder” ist im Folgenden eine Stanzstation mit einem großen Zylinder zu verstehen, welcher vorne und hinten in einem definierten Abstand mit Stiften aus gehärtetem Stahl definierter Länge und Dicke besetzt ist, welche aus dem Zylinder heraus ragen. Die Werkzeuge sind nun sternförmig um den Zylinder herum angeordnet und über Zahnräder mit diesem verbunden. Somit haben Werkzeuge und Material eine mechanische, schlüssige Verbindung über den Zylinder.
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Vorrichtungen zum Stanzen von flachem, ein- oder mehrschichtigen Material mittels eines Stanzzylinders und eines Gegenstanzzylinders sind aus der Praxis und aus der Literatur, insbesondere auch der Patentliteratur bekannt. So beschreibt
DE 20 2012 100 708 U1 eine Stanzvorrichtung mit kontinuierlich laufender Stanzwalze, bei der eine Steuerung in Abhängigkeit von den Signalen einer Erfassungseinrichtung die Geschwindigkeit der Zuführeinheit steuernd ausgestaltet und so die Synchronisation des Stanzprozesses durch eine entsprechend geeignete Bewegung des Materialbogens bewirkt. Diese Prozesssynchronisation ist auch Gegenstand der
DE 298 05 004 U1 : Hier wird vorgeschlagen, dass auf der Mantelfläche des Stanzzylinders eine Anzahl von radial vorspringenden Positionierungsstiften vorgesehen ist und dass das Stanzblech mit einer Anzahl entsprechend positionierter Löcher vorgesehen ist.
DE 10 2011 108 954 A1 beansprucht eine Stanzvorrichtung, bei der der Stanzzylinder hydrostatisch gelagert ist, wodurch der Abstand zwischen Stanz- und Gegenstanzzylinder veränderlich einstellbar ist durch Änderung des Drucks in der hydrostatischen Lagerung. Eine Vorrichtung zum Stanzen mit einstellbarem Zylinderabstand, bei der durch eine Spannkraft der Stanzzylinder ortsfest verspannt und der Gegenstanzzylinder durch eine Führung verschiebbar gelagert ist.
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EP 2 332 668 B1 beansprucht eine Stanzmaschine mit mehreren Stanzstationen in einem Rahmen, wobei die Stanzstationen feste Positionen innerhalb ein und desselben kompakten Rahmens einnehmen, Stanzzylinder feste Positionen in dem kompakten Rahmen inne haben und die Stempelhalteplatten ebenfalls feste Positionen einnehmen, wobei sich die Aufnahmen für die Stanzstempel und die Matrizen an unterschiedlichen exzentrischen Positionen in Bezug auf die geometrische Achse der zylindrischen Basis derselben befinden und in Gruppen von Paaren verteilt sind, jedes Paar weist dabei die gleiche Exzentrizität.
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CN 204184003 U und
CN 104369524 A beschreiben eine Stanzvorrichtung, bei der verschiedenen Stationen voneinander separiert kreisförmig angeordnet sind.
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Als dem hier erfindungsgemäßen Gegenstand vom Aufbau her am nächsten kommendes Schutzrechte wurden
DE 20 2014 008 836 U1 und
EP 2 487 015 A1 identifiziert: In erstgenanntem wird vorgeschlagen, verschieden große Bearbeitungszylinder in Karussellanordnung z. B. in einer Stanzmaschine anzuordnen, wobei jeweils nur einer der Zylinder im Betrieb und mit dem Gegendruckzylinder über Stirnräder im Eingriff ist, wohingegen die anderen Zylinder während der Produktionszeit umgerüstet und so kostspielige Maschinenstillstandszeiten vermieden werden können.
EP 2 487 015 A1 hingegen beansprucht zwei in Bewegungsrichtung der sich bewegenden Materialbahn hintereinander angeordnete zylindrische Stanzeinheiten mit je zwei Stanzwerkzeugen. Die Stanzwerkzeuge sind auf einer drehbar gelagerten, antreibbaren Antriebswelle angeordnet und in Richtung deren Längsachse in ihrer Position verstellbar und in verschiedenen Arbeitspositionen arretierbar. Am Umfang jedes Stanzwerkzeugs ist ein Stanzband auswechselbar befestigt, das mit wenigstens einer Stanzform versehen ist.
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Im Markt bekannt sind Stanzmaschinen, die je nach Bedarf um verschiedene Aggregate bzw. Anbauteile erweitert werden können. So lassen sich beispielsweise auch kleinere Stanzwerkzeuge implementieren.
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Im Markt nicht vorhanden und auch durch keines der Schutzrechte beansprucht aber ist eine Stanzvorrichtung mit einem Zentralzylinder, der auf Grund seiner Form, Lage und Funktion eine vom Anlagenbediener (Werker) sowie der Fertigungsgeschwindigkeit unabhängige Verbesserung der Fertigungstoleranzen und somit die Vermeidung von Schlupf und damit eine höhere Prozessgenauigkeit als bisher bei der Produktion mit mehreren Rotationsstanzwerkzeugen im Register erzielt.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht so eine schlupf- und spielfreie Fertigung von Rotationsstanzteilen, welche mit mehreren im Register laufenden Werkzeugen gefertigt werden. Sie wird anhand der nachfolgenden Prozessbeschreibungen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Dabei zeigt Zeichnung 1 den bisherigen Stanzprozess mit mehreren, im Ablaufprozess unabhängig voneinander, hintereinander angeordneten Werkzeugen in einzelnen Stanzstationen. Die Trägerbahn läuft lediglich gezogen durch einen zentralen Antrieb von einer Stanzstation zur nächsten und ist ansonsten zwischen den Stanzstationen nicht weiter fixiert. Somit besteht die Gefahr, dass äußere Einflüsse wie Schwankungen in der Wickelspannung zu Materialverschiebungen und damit auch zu ungenauen Stanzkonturen führen können. Zeichnung 2 zeigt den gleichen Stanzprozess unter Einsatz eines Zentralzylinders.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wickler (1)
- 2
- Wickler (2)
- 3
- Wickler (3)
- 4
- Wickler (4)
- 5
- Wickler (5)
- 6
- Wickler (6)
- 7
- Wickler (7)
- 8
- Wickler (8)
- 9
- Wickler (9)
- 10
- Perforationswerkzeug
- 11
- Rondenstanzvorrichtung Ronde x
- 12 und 13
- Rondenstanzwerkzeug Ronde y
- 14
- Schlitzwerkzeug
- 15
- Rondenstanzwerkzeug Ronde z
- 16
- Kaschierwerkzeug
- 17
- Linerbesäumungswerkzeug
- 18
- Kaschierwerkzeug
- 19
- Transportwalze
- 20
- Zentralzylinder
- 21
- Remalinerstation
- 22
- Stift
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Nachfolgend beschrieben wird das Stanzen eines Klebebands bzw. mehrerer Klebebänder, aber dieser Prozess lässt sich übertragen auch auf andere zu stanzende Materialien und deren erfindungsgemäße Verarbeitung. Das aus diesem Prozess resultierende Produkt ist dann ein doppelseitig klebend ausgerüstetes Pflaster mit zwei im Umfang unterschiedlich großen Klebflächen sowie einer äußeren, auf einer er beiden Oberflächen befindlichen Anfasshilfe. Die beiden unterschiedlich großen Klebflächen dienen beispielsweise einmal der Verklebung auf der Haut und zum anderen der Befestigung irgendwelcher Sensoren oder sonstiger Komponenten, die bei der jeweiligen Applikation eine besondere Funktion erfüllen. bildet dabei den bisherigen Prozess ab, während den erfindungsgemäßen Zentralzylinder und dessen Funktionen im Prozessablauf zeigt.
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Während des Prozesses laufen verschiedenste Materialien wie Klebebandbestandteile auf die Trägerbahn und werden dort mit den unterschiedlichen Werkzeugen bearbeitet, d. h. in die verschiedensten Konturen geschnitten. Gestanztes überschüssiges Material wird jeweils nach dem Stanzen bzw. Schneiden wieder abgezogen und das fertige Material schließlich auf eine Rolle gewickelt.
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In wird von einem ersten Wickler (1) eine Trägerbahn beispielsweise eine Folie aus Polyethylenterephthalat (PETP) an einer Abwickelstation abgerollt. In einem zweiten Prozessschritt wird auf diese PETP-Folie ein Klebeband von einem zweiten Abwickler (2) zulaufen lassen und auf die PETP-Folie auflaminiert (3). An der nächsten Station wird das zusammenkaschierte Material perforiert (10), bevor durch Wickler (3) die Originalabdeckung des Klebebands abgezogen wird, so dass nun die Klebstofffläche frei liegt. In diese verbleibende Konstruktion wird anschließend eine Ronde mit einem Durchmesser x gestanzt (11) und das diese Ronde umgebende Gitter von Wickler (4) abgezogen sowie aufgerollt. Im folgenden Schritt wird dann von Wickler 6 Pflastermaterial bestehend aus einem Trägermaterial, einer Klebstofffläche und einer Abdeckung zulaufen lassen und zwar in der Art, dass letztlich das Trägermaterial auf die bereits ausgestanzte Ronde appliziert wird. Zuvor wurde die Abdeckung geschlitzt (14). In dieses Verbundmaterial bestehend aus einer Klebstoffronde mit den Durchmesser x, dem darauf aufgebrachten Trägermaterial mit einer auf der der Klebstoffronde gegenüber aufgebrachten Klebefläche und einem diese abdeckenden Release Liner wird nun eine weitere Ronde y gestanzt (12, 13), deren Umfang größer als x ist, also größer, als der der zuvor bereits gestanzten Klebebandronde. Im folgenden Prozessschritt wird das die zuletzt ausgestanzte Ronde des Pflasters umgebende Gitter durch Wickler (5) abgezogen und aufgewickelt. Im letzten Stanzschritt wird schließlich eine weitere Ronde z ausgestanzt (15), die umfangmäßig wiederum ein wenig größer ist, als Ronde y und später als Anfasshilfe zur Entfernung des Liners von der darunter liegenden Klebstofffläche dient. Durch Werkzeug 18 werden schließlich die noch im Prozess befindlichen Materialien (Klebstoffronde im Umfang x, Trägermaterial mit der darauf befindlichen Klebstofffläche im Umfang y sowie Anfasshilfe im Umfang z zusammenkaschiert (18)).
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Abschließend wird das dergestalt hergestellte fertige Pflastermaterial über eine Transportwalze (19), welche mit einem rutschhemmenden Material beschichtet ist, weiter transportiert zu Wickler (9), wo es in Rollenform aufgewickelt wird. Wickler 8 hat in diesem Falle keine Funktion.
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Der erfindungsgemäße Prozess läuft im Prinzip nach gleichem Muster ab, allerdings durchläuft die PETP-Folie nach dem Abwickeln von Wickler 1 zunächst eine Remalinerstation (21), in der die Folie auf beiden Seiten mit Lochungen versehen wird. Diese Lochungen werden dann in den späteren Prozessschritten beim Stanzen im Register im Zentralzylinder (20) durch aus diesem herausragende Stifte wieder aufgenommen, wodurch die Trägerbahn außerordentlich exakt auf dem Zylinder fixiert wird. Somit werden mögliche Ungenauigkeiten in Form von leichten Materialverschiebungen, die im bisherigen Prozessablauf möglich waren, vermieden. Alle zuvor beschriebenen Prozessschritte vom Perforieren mittels des Perforationswerkzeugs (10) bis zum Stanzen der Ronde z (15) und der Linerbesäumung (17) werden nun mit auf dem Zentralzylinder befindlichen Werkzeugen ausgeführt, bevor wiederum die noch im Prozess befindlichen Materialien zusammenkaschiert (18) und das hergestellte Pflastermaterial wieder über eine Transportwalze (19) weiter transportiert und auf Wickler 9 aufgewickelt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012100708 U1 [0019]
- DE 29805004 U1 [0019]
- DE 102011108954 A1 [0019]
- EP 2332668 B1 [0020]
- CN 204184003 U [0021]
- CN 104369524 A [0021]
- DE 202014008836 U1 [0022]
- EP 2487015 A1 [0022, 0022]
