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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung bezieht sich auf eine bogenverarbeitende Folienprägemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Beim Heißprägen wird in einer Folienprägemaschine eine zu beprägende Materiallage, beispielsweise ein Bedruckstoffbogen oder eine Bedruckstoffbahn, durch einen Prägespalt geführt, der zwischen einer Prägewerkzeugträgereinrichtung und einem Gegendruckelement, z. B. einem Gegendruckzylinder oder einer Gegendruckplatte, gebildet ist. Die Prägewerkzeugträgereinrichtung trägt ein oder mehrere Prägewerkzeuge, die beim Heißprägen mittels einer Heizeinrichtung aufgeheizt werden können. Je nach Typ der Prägevorrichtung kann die Prägewerkzeugträgereinrichtung beispielsweise eine flache Form – bei sogenannten Rund-Flach-Maschinen oder Flach-Flach-Maschinen – oder eine zylindrische Form – bei sogenannten Rund-Rund-Maschinen oder Rotationsmaschinen – haben.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind bogenverarbeitende Folienprägemaschinen in Rund-Flach-Technik. Hier wird die Prägewerkzeugträgereinrichtung durch ein Prägefundament gebildet, das auf einem Grundgestell der Maschine linear hin- und her beweglich geführt ist. Das Prägefundament arbeitet bei Rund-Flach-Maschinen mit einem mit horizontaler Drehachse oberhalb des Prägefundaments angeordneten Prägezylinder zusammen.
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Während des Betriebs der Folienprägemaschine wird mindestens eine Prägefolienbahn so durch den Prägespalt geführt, dass sie während eines Prägeintervalls den gleichen Bewegungszustand wie die zu beprägende Materiallage hat. Während des Prägeintervalls wird auf der Prägefolienbahn befindliches Prägegut, beispielsweise diskrete hintereinander liegende Prägeeinheiten wie Bilder, Texte und/oder Hologramme, oder ein aufzuprägender Teil einer Farbschicht oder Metallschicht, unter Einwirkung von Druck und Temperatur auf die Materiallage übertragen.
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Die Prägefolienbahn wird durch eine Folientransporteinrichtung von einem Folienvorrat abgezogen und vorwärtsbewegt. Die verbrauchte Prägefolie wird weggeführt und entsorgt. Die Folientransporteinrichtung, die im Folgenden auch als „Folienwerk“ bezeichnet wird, hat eine oder mehrere aktiv an der Steuerung der Folienbahnbewegung beteiligte Steuereinrichtungen, um die Vorzugsstrecke der Prägefolienbahn beim Folienvorzug nach Maßgabe eines Steuerprogramms genau zu bestimmen.
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Die
EP 2 128 060 A2 beschreibt eine bogenverarbeitende Folienprägemaschine in Rund-Flach-Technik. An dem Prägefundament ist ein Folienvorratsbehälter zur Aufnahme mindestens einer Vorratsrolle für Prägefolien angebracht. Eine Folienbremseinrichtung zur Erzeugung von Bahnspannung zwischen der Vorratsrolle und einer der Vorratsrolle unmittelbar folgenden Steuereinrichtung des Folienwerks ist dafür ausgebildet, eine mit Abstand von der Vorratsrolle direkt an der Prägefolienbahn angreifende Bremskraft zu erzeugen. Die Folienprägemaschine arbeitet nach dem sogenannten „Eintourenprinzip“. Dabei macht der Prägezylinder eine Umdrehung (eine „Tour“), während sich das Prägefundament einmal vorwärts und einmal rückwärts unter dem Prägezylinder bewegt. In der Vorwärtsbewegung erfolgt der Prägevorgang. Die Rückwärtsbewegung des Prägefundaments erfolgt im nicht druckenden Teil des Prägezylinders, in welchem am Prägezylinder eine Aussparung zum Durchlassen des Prägefundaments vorgesehen ist. Der Umfang des Prägezylinders entspricht beim Eintourenprinzip der Summe des Wegs, welchen das Prägefundament in seiner Vorwärtsbewegung und Rückwärtsbewegung zurücklegt. Der Papieranleger und der Papierausleger befinden sich auf derselben Seite des Prägewerks übereinander.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße bogenverarbeitende Folienprägemaschine bereitzustellen, die flexibel einsetzbar ist, bei Bedarf auch größere Mengen von Bögen ohne Nachbeladung verarbeiten kann und vorzugsweise bei geringen Rüst- und Nebenzeiten auf unterschiedliche Prägeprozesse umgestellt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Folienprägemaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Eine Besonderheit besteht darin, dass der Prägezylinder als Zylinder mit einer ersten Greiferleiste und einer gegenüber der ersten Greiferleiste umfangsversetzten zweiten Greiferleiste ausgebildet ist. Der Prägezylinder ist somit in der Lage, zeitgleich zwei aufeinanderfolgend vom Anlagestapel zugeführte Bedruckstoffbögen zu tragen. Dazu ist der Umfang des Prägezylinders so groß bemessen, dass hinter jeder der Greiferleisten ein zylindrisch gekrümmter Mantelabschnitt existiert, der in Umfangsrichtung so ausgedehnt ist, dass ein kompletter von der vorauseilenden Greiferleiste gehaltener Bogen auf diesen Mantelabschnitt passt.
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Dem Prägezylinder ist eine Speichertrommel zur Übernahme und Übergabe von Bedruckstoffbögen zwischen Prägezylinder und Speichertrommel zugeordnet. Die Speichertrommel dreht sich im Betrieb gegenläufig zum Prägezylinder und ist derart in der Nähe des Prägezylinders angebracht, dass eine unmittelbare Bogenübergabe zwischen Prägezylinder und Speichertrommel bzw. Speichertrommel und Prägezylinder erfolgen kann. Die integrierte Speichertrommel befindet sich im Materialfluss des Bedruckstoffs zwischen der Anlage, mit welcher frische Bedruckstoffbögen zugeführt werden, und dem Prägevorgang, so dass die Speichertrommel noch unbedruckte Bedruckstoffbögen (Leerbögen) zwischenspeichern kann. Die Speichertrommel dient somit dem temporären Zwischenspeichern von Leerbögen zwischen Anlage und Prägevorgang.
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Aufgrund der Speichertrommel ist es möglich, den Anleger und den Ausleger auf gegenüberliegenden Seiten des Prägewerks anzuordnen. Entsprechende Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Bogenanlage und eine Einrichtung zur Bogenauslage an gegenüberliegenden Seiten des Prägewerks angeordnet sind. Damit können im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich höhere Anlagestapel und Ablagestapel verarbeitet werden, wodurch die Produktivität erhöht werden kann.
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Weiterhin ist eine Höhenverstelleinrichtung mit einem Stellantrieb zur Verstellung der Höhe des Prägefundaments in Bezug auf das Grundgestell vorgesehen. Der Stellantrieb wird über die Steuerung der Folienprägemaschine angesteuert. Mithilfe der Höhenverstelleinrichtung ist eine Druckverstellung zwischen dem Prägezylinder und den vom Prägefundament getragenen Prägewerkzeugen möglich. Dadurch kann jederzeit ein optimaler Druck zwischen dem Bedruckstoff und den Prägewerkzeugen eingestellt werden, indem der Prägespalt (Abstand zwischen Prägezylinder und Prägewerkzeugen) verkleinert oder vergrößert wird. Außerdem können mithilfe der Höhenverstelleinrichtung die Positionen „Druck an“ und „Druck ab“ angefahren werden.
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Bei einer Weiterbildung ist der Prägezylinder mit fester Drehachse, d.h. nicht höhenverstellbar in Bezug auf das Grundgestell, gelagert. Bei dieser Variante ist somit vorgesehen, dass der Prägespalt ausschließlich mittels der Höhenverstelleinrichtung für das Prägefundament eingestellt bzw. verstellt werden kann. Die Konstruktion auf Seiten der Lagerung des Prägezylinders kann dadurch im Vergleich zu Lösungen mit höhenverstellbaren Prägezylindern stark vereinfacht werden. Während bei Varianten mit höhenverstellbarem Prägezylinder alle mit dem Prägezylinder korrespondierenden Baugruppen, wie beispielsweise Bogenübergaben und Trommeln, mitverstellt werden müssen, was zu Toleranzen in der Bogenführung führen kann, werden diese Fehlerquellen bei dieser Ausführungsform vermieden. Wenn der Prägespalt ausschließlich über das höhenverstellbare Prägefundament verändert wird, können die übrigen Baugruppen wie Prägezylinder, Bogenübergabe von Anlage zum Prägezylinder, Speichertrommel und Auslagetrommel immer in ihren vorgegebenen festen Positionen verbleiben. Dadurch wird die Lagerung dieser Komponenten vereinfacht.
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Die Prägewerkskonstruktion kommt vorzugsweise ohne Schmitzringe und Schmitzleisten aus. Derartige Elemente sollen bekanntlich den sogenannten „Schmitz“ verhindern, also einen Fehler bei der Druckabwicklung, der sich in Form von verschmierten Abdrücken äußern kann. Mithilfe von Schmitzringen können die miteinander kooperierenden Elemente (Prägezylinder und Prägefundament) aneinander über Reibschluss zwangsgeführt werden, um eine registergenaue Abwicklung zu ermöglichen.
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Bei Ausführungsformen ohne Schmitzringe und Schmitzleisten kann die Umfangsgeschwindigkeit des Prägezylinders unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des Prägefundaments eingestellt werden, gegebenenfalls stufenlos bei laufender Maschine. Dadurch lässt sich die Drucklänge stufenlos verändern. Bei manchen Ausführungsformen ist eine solche Einrichtung zur Veränderung der Drucklänge in beide Richtungen (Vergrößerung der Drucklänge oder Verkleinerung der Drucklänge) vorgesehen.
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Bei manchen Ausführungsformen ist dies dadurch realisiert, dass ein Prägefundament-Antrieb zur Erzeugung der Arbeitsbewegung des Prägefundaments vorgesehen ist, wobei der Prägefundament-Antrieb unabhängig von einem Drehantrieb für den Prägezylinder steuerbar ist. Hierdurch kann eine Einrichtung zur Veränderung der Drucklänge realisiert werden.
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Vorzugsweise weist der Prägefundament-Antrieb einen Servomotor oder einen elektrischen Direktantrieb, beispielsweise einen Linearantrieb, auf. Wenn ein Servomotor vorgesehen ist, kann dieser eine Gewindespindel antreiben, auf der eine Spindelmutter läuft, die mit dem Prägefundament verbunden ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Antrieben mittels Kurbelwellen etc. können unter anderem wegen geringerer Massen wesentlich höhere Produktionsleistungen erzielt werden. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Prägefundaments kann durch Ansteuerung des Prägefundament-Antriebs in Relation zur Umfangsgeschwindigkeit des Prägezylinders so verändert werden, dass eine Verlängerung oder Verkürzung des Druckbilds möglich ist. Eine Justierung bei laufender Maschine ist möglich.
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Bei einer Weiterbildung ist das Prägefundament mittels des Prägefundament-Antriebs aus einem dem Prägezylinder zugeordneten Druckbewegungsbereich in einen entfernt von dem Prägezylinder liegenden Wartungsbereich verfahrbar. Bei diesen Varianten ist es durch den separaten Prägefundament-Antrieb also möglich, das Prägefundament bei stehender Maschine separat zu bewegen und zum Beispiel eine Wechselposition anzufahren. Diese Position liegt in Verlängerung der zum Prägen benötigten Fahrstrecke des Prägefundaments, aber außerhalb dieses Verfahrbereichs.
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Vorzugsweise ist die Wechselposition so angeordnet, dass das komplette Prägefundament mit allen Prägewerkzeugen seitlich aus der Folienprägemaschine genommen oder in die Folienprägemaschine eingesetzt werden kann. Hierbei kann die komplette Prägeform gegen eine andere getauscht und es können einzelne Prägewerkzeuge justiert werden. Diese Variante senkt Rüstund Nebenzeiten.
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Die Höhenverstellbarkeit des Prägefundaments kann auf unterschiedliche Weisen realisiert werden. Eine besonders robuste Konstruktion zeichnet sich dadurch aus, dass das Prägefundament mittels Linearführungen auf einem Trägerrahmen linear hin- und her beweglich geführt ist und dass der Trägerrahmen verschwenkbar am Grundgestell der Folienprägemaschine gelagert ist, wobei eine Schwenkachse des Trägerrahmens mit lateralem Abstand zum Prägespalt angeordnet ist. Zwar wäre es auch möglich, die Konstruktion so auszulegen, dass das Prägefundament senkrecht zu der während des produktiven Betriebs genutzten Verfahrebene durch Parallelverschiebung verlagert wird; eine Verschwenkung bzw. Verkippung ist jedoch konstruktiv besonders einfach zu realisieren.
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Vorzugsweise ist der Prägefundament-Antrieb an dem Trägerrahmen montiert, so dass er sich mit diesem mitbewegen kann.
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Vorzugsweise ist das Folienwerk dafür konfiguriert, eine diskontinuierliche Folienbahnbewegung mit Rückzugsphasen zu erzeugen. Dadurch kann der Folienverbrauch minimiert werden.
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Die Folientransporteinrichtung, die im Folgenden auch als „Folienwerk“ bezeichnet wird, kann z.B. eine oder mehrere aktiv an der Steuerung der Folienbahnbewegung beteiligte Steuereinrichtungen aufweisen, um die Vorzugsstrecke und die Bewegungen der Prägefolienbahn beim Folienvorzug nach Maßgabe eines Steuerprogramms genau zu bestimmen. Zu den aktiven Steuereinrichtungen gehören bei einer Ausführungsform eine oder mehrere sog. Taktwalzen (oder Steuerwalzen), die in schlupffreiem Abrollkontakt mit der Prägefolienbahn stehen und hinsichtlich ihrer Drehwinkels und ihrer Drehrichtung exakt steuerbar sind, sowie eine Zugeinrichtung mit Schlupfantrieb. Die Taktwalzen (Steuerwalzen) und die Zugeinrichtung befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des Prägespalts. Zusätzlich zu den aktiven Steuereinrichtungen sind in der Regel im Folienwerk mehrere passive Einrichtungen, z.B. Umlenkwalzen und/oder Luftumlenkstangen, vorgesehen, um den Verlauf der Prägefolienbahn(en) durch das Folienwerk festzulegen.
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Das neuartige Prägewerk kann in Kombination mit unterschiedlich konstruierten Folienwerken genutzt werden. Beispielsweise ist es möglich, das Folienwerk so zu gestalten, wie es in der
EP 2 128 060 A2 beschrieben ist. Auch Varianten gemäß der
DE 3713666 A1 oder der
EP 0 718 099 A2 oder der
EP 1 155 831 A2 sind möglich. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften wird insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Bogen verarbeitenden Folienprägemaschine;
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2 bis 5 zeigen Komponenten der Folienprägemaschine in vier zeitlich aufeinanderfolgenden Phasen während des Prägebetriebs.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Bogen verarbeitenden Folienprägemaschine 100 in Rund-Flach-Technik. Die Folienprägemaschine 100 hat ein Prägewerk 110. Das Prägewerk umfasst ein auf dem Grundgestell 120 der Maschine im Wesentlichen horizontal beweglich geführtes Prägefundament 130, das auch als Werkzeugschlitten bezeichnet werden kann, sowie einen Prägezylinder 140, der mit horizontaler Drehachse 141 oberhalb des Grundgestells und des Prägefundaments angeordnet ist und als Gegendruckelement dient. Der Prägezylinder kann auch als Druckzylinder bezeichnet werden.
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Zwischen dem Prägefundament 130 und dem Prägezylinder 140 wird im Betrieb der Folienprägemaschine zeitweise ein Prägespalt 145 gebildet, wenn sich das Prägefundament bei seiner horizontalen linearen Hin- und Her-Bewegung unterhalb des Prägezylinders 140 befindet.
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Zum Prägewerk gehört weiterhin eine achsparallel hit dem Prägezylinder gelagerte Speichertrommel 150, die sich gegensinnig zum Prägezylinder dreht und mit ihrer weitgehend zylindrischen Mantelfläche so nahe bei der Mantelfläche des Prägezylinders angeordnet ist, dass Bedruckstoffbögen unmittelbar zwischen Prägezylinder 140 und Speichertrommel 150 übergeben und übernommen werden können.
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Der Prägezylinder 140 ist mit fester Drehachse 141, d.h. nicht höhenverstellbar in Bezug auf das Grundgestell, in nicht näher dargestellten Seitenwänden des Grundgestells 120 gelagert. Die Konstruktion der Lager des Prägezylinders kann dadurch im Vergleich zu Lösungen mit höhenverstellbaren Prägezylindern stark vereinfacht werden. Der Prägezylinder 140 wird über einen nicht dargestellten elektrischen Drehantrieb angetrieben, der an die Steuereinheit der Folienprägemaschine angeschlossen ist und den Prägezylinder im Betrieb mit gleichförmiger Drehgeschwindigkeit um die Drehachse 141 dreht, so dass es sich um ein Eintourensystem handelt.
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Der Prägezylinder 140 ist als Zylinder mit einer ersten Greiferleiste 142-1 und einer gegenüber der ersten Greiferleiste umfangsversetzten zweiten Greiferleiste 142-2 ausgebildet ist und arbeitet für die Bogenführung mit der Speichertrommel 150 zusammen, die in Laufrichtung der geführten Bögen zwischen dem Anlegezylinder 166 und dem Prägespalt 145 angeordnet ist. Details werden im Zusammenhang mit den 2 bis 5 näher erläutert.
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Das Prägefundament 130 ist dafür vorgesehen, an seiner dem Prägezylinder 140 zugewandten Oberseite auswechselbare Prägewerkzeuge (Typen) zu tragen. In das Prägefundament ist eine Heizeinrichtung integriert, die es ermöglicht, die Prägewerkzeuge während des Betriebes auf Temperaturen deutlich oberhalb 100°C, vorzugsweise oberhalb 200°C, aufzuheizen.
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Das Prägefundament 130 ist mittels einer Gruppe von mehreren zueinander parallelen Linearführungen auf einem Trägerrahmen 134 in einer Gleitebene linear hin- und her beweglich. Anstelle ebenfalls möglicher Rollenführungen sind an der Unterseite des Prägefundaments Führungselemente gleitbeweglich auf geradlinigen Führungselementen am Trägerrahmen geführt.
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Der Trägerrahmen 134 ist stufenlos verschwenkbar am Grundgestell 120 gelagert. Die horizontale Schwenkachse 136 des Schwenklagers befindet in 1 unterhalb der Gleitebene am rechten Ende des Trägerrahmens auf der Seite des Anlagestapels in einem relativ großen Abstand zum Prägespalt, wobei dieser Abstand größer ist als der Verfahrweg, den das Prägefundament während eines Prägeintervalls zurücklegt. Durch Verschwenken des Trägerrahmens 134 um die Schwenkachse 136 kann die Gleitebene des Prägefundaments von der dargestellten horizontalen Ausrichtung in eine gegenüber der Horizontalen geneigte Kippstellung gebracht werden. Ein maximaler Kippwinkel beträgt wenige Grad, z.B. maximal 2 Grad bis maximal 5 Grad. Es ist ersichtlich, dass durch die Verschwenkung des Trägerrahmens 134 in Bezug auf das Grundgestell die Größe (bzw. Höhe) des Prägespalts 145 stufenlos verstellt werden kann.
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Die Schwenkbewegung wird mithilfe eines Stellantriebs 138 durchgeführt, der in dem der Schwenkachse gegenüberliegenden Endbereich des Trägerrahmens in größerem Abstand vom Prägespalt an der Unterseite des Trägerrahmens angreift. Der beispielsweise pneumatisch arbeitende Stellantrieb ist an die Steuereinheit der Folienprägemaschine angeschlossen und kann durch diese während des Betriebs der Maschinen oder in Prägepausen angesteuert werden. Mithilfe des Stellantriebs kann der Prägespalt, also der Abstand zwischen Prägezylinder und Prägewerkzeugen, durch Verschwenken des Trägerrahmens verkleinert oder vergrößert werden, um den für den Prägevorgang optimalen Druck zwischen dem Bedruckstoff und den Prägewerkzeugen einzustellen. Diese Druckeinstellung ist bei Bedarf bei laufender Maschine möglich. Außerdem können mithilfe des Stellantriebs die fest vorgebbaren Positionen „Druck an“ und „Druck ab“ angefahren werden. In der Position „Druck an“ verläuft die Gleitebene des Prägefundaments im Wesentlichen horizontal und es ist ein Heißprägevorgang möglich. In der Position „Druck ab“ ist die Gleitebene leicht (einige Grad) gegenüber der Horizontalen geneigt und das Prägefundament ist außer Eingriff mit dem Prägezylinder.
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Der verschwenkbare Trägerrahmen 134 sowie der zur Einstellung der Schwenkposition vorgesehene Stellantrieb 134 sind funktionale Bestandteile einer Höhenverstelleinrichtung zur Verstellung der Höhe des Prägefundaments in Bezug auf das Grundgestell 120. Der Prägespalt wird hier ausschließlich über die Höhenverstellung (hier: Verschwenkung) des Prägefundaments verändert. Die zur Bogenführung dienenden Baugruppen, insbesondere der Prägezylinder 140, die Speichertrommel 150 sowie die Zylinder auf der Anlagenseite und der Auslegerseite sind in nicht höhenverstellbaren Lagern gelagert und bleiben somit immer in ihren festen Positionen. Hierdurch ist eine langzeitstabile registergenaue Bogenführung möglich.
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Das linear hin- und her bewegbare Prägefundament 130 wird mithilfe eines Prägefundament-Antriebs 132 in Form eines elektrischen Servomotors bewegt, der unabhängig vom Drehantrieb des Prägezylinders 140 durch die Steuereinheit der Folienprägemaschine angesteuert werden kann. Der Servomotor treibt eine im Trägerrahmen 134 gelagerte Gewindespindel 133 an, auf der eine Spindelmutter läuft, die an der Unterseite des Prägefundaments 130 befestigt ist. Bei anderen Ausführungsformen kann stattdessen ein elektrischer Linearantrieb vorgesehen sein, der beispielsweise einen im Trägerrahmen fest installierten Stator und einen am Prägefundament befestigten Läufer umfasst. Dieses Antriebskonzept hat gegenüber herkömmlichen Antrieben mit Kurbelwellen etc. ein wesentlich geringeres Gewicht und ermöglicht dadurch höhere Produktionsleistungen.
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Da der Prägefundament-Antrieb 132 unabhängig vom Drehantrieb für den Prägezylinder 140 angesteuert werden kann und der Prägezylinder und das Prägefundament nicht über Schmitzringe oder dergleichen in Eingriff miteinander stehen, kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Prägefundaments in Relation zur Umfangsgeschwindigkeit des Prägezylinders bei Bedarf so verändert werden, dass eine Verlängerung oder Verkürzung des Druckbilds möglich ist. Eine derartige Justierung ist bei laufender Maschine möglich, indem die Antriebe für Prägefundament und Prägezylinder entsprechend angesteuert werden. Der gesamte Verfahrweg des Prägefundaments ist variabel korrigierbar, so dass der Verfahrweg der jeweiligen Drucklänge angepasst werden kann. Die Ansteuerung kann so realisiert werden, dass kein unnötiger Weg gefahren wird, wodurch verbesserte Produktionsgeschwindigkeiten erzielbar sind.
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Durch den separaten Antrieb für das Prägefundament ist es auch möglich, das Prägefundament bei stehender Maschine separat gegenüber einem beispielsweise stehenden Prägezylinder zu bewegen. Beispielsweise kann hiermit eine Wechselposition angefahren werden, die in Verlängerung der zum Prägen benötigten Fahrstrecke des Prägefundaments außerhalb des hierfür benötigten Druckverfahrwegs liegt. Im Beispiel von 1 befindet sich die Wechselposition links vom Prägezylinder unter dem Auslegesystem 190. Die Wechselposition ist im Beispielsfall so angeordnet, dass das komplette Prägefundament mit allen Prägewerkzeugen seitlich aus der Maschine genommen oder eingesetzt werden kann. Dabei kann das komplette Prägefundament gegen ein anderes getauscht werden oder es können einzelne Prägewerkzeuge getauscht und/oder justiert werden. Eine derartige Ausgestaltung senkt Rüst- und Nebenzeiten.
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Die zu bedruckenden Materialbögen werden auf einem rechts gezeigten Vorratsstapel bzw. Anlegestapel 162 mit der zu beprägenden Seite nach oben vorgehalten. Die Bögen werden im Betrieb der Folienprägemaschine über einen schrägen Anlegetisch 164 und einen Anlegezylinder 166 dem Prägezylinder 140 des Prägewerkes einzeln zugeführt.
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Eine Greiferleiste des Prägezylinders erfasst jeweils die Vorderkante eines Bogens und zieht den Bogen auf den hinter der Greiferleiste liegenden Mantelabschnitt der Mantelfläche. Während des Greifvorganges findet eine Ausrichtung der Bedruckstoffbogen statt. Dann findet eine später noch genauer erläuterte Zwischenspeicherung eines leeren Bogens statt. Jeder Bogen wird später bei der gezeigten Drehrichtung (Pfeil) des Druckzylinders während eines Prägeintervalls von links nach rechts durch den Prägespalt 145 geführt und dabei beprägt. Beim Durchtritt durch den Prägespalt (in der Figur von links nach rechts) hat die zu bedruckende Oberfläche des Materialbogens eine Geschwindigkeit, die (in Abhängigkeit von der Materialstärke des Bogens) im Wesentlichen der Umfangsgeschwindigkeit der den Bogen tragenden Mantelfläche des kontinuierlich drehenden Prägezylinders entspricht. Nach dem Prägeintervall wird der beprägte Materialbogen an das Auslagesystem 190 übergeben, welches die bedruckten Materialbögen nacheinander über einen Auslagezylinder 196 und eine teilweise schräge Auslegerstrecke 194 auf einen Ablagestapel 192 fördert, der sich an der dem Anlagestapel 162 gegenüber liegenden Seite des Prägewerks 110 befindet.
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Im Folgenden werden Besonderheiten der Bogenführung anhand der 1 bis 5 näher erläutert. Wie schon erwähnt, ist der Prägezylinder 140 als einfach großer Zylinder mit zwei umfangsversetzten Greiferleisten ausgebildet und arbeitet mit einer Speichertrommel 150 zusammen. Die 2 bis 5 zeigen diese beiden Elemente zusammen mit dem Anlegezylinder 166 auf Seiten der Anlage und dem Auslagezylinder 196 an der Auslegerseite in vier zeitlich aufeinanderfolgenden Phasen während des Prägebetriebs.
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Der Prägezylinder 140 hat zwei jeweils parallel zur Drehachse 141 am äußeren Umfang des Prägezylinders verlaufende Greiferleisten, nämlich eine erste Greiferleiste 142-1 und eine diametral zur Drehachse 141 gegenüberliegende zweite Greiferleiste 142-2. An die erste Greiferleiste 142-1 schließt sich ein zylindrisch gekrümmter erster Mantelabschnitt 144-1 an, der in Umfangsrichtung so ausgedehnt ist, dass ein kompletter von der vorauseilenden ersten Greiferleiste gehaltener Bogen auf diesen ersten Mantelabschnitt passt. Bei der Situation in 1 wird ein erster Bogen B1 an seiner Vorderkante in der ersten Greiferleiste 142-1 gehalten und liegt auf dem ersten Mantelabschnitt 144-1 auf. Der erste Mantelabschnitt 144-1 ist derjenige Mantelabschnitt, mit welchem der Prägezylinder während des Prägeintervalls in Eingriff mit dem Prägefundament 130 treten kann, er wird hier deshalb auch als „Druckabschnitt“ bezeichnet.
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Hinter der der ersten Greiferleiste 142-1 diametral gegenüberliegenden zweiten Greiferleiste 142-2 befindet sich ein zylindrisch gekrümmter zweiter Mantelabschnitt 144-2, dessen radialer Abstand zur Drehachse kleiner ist als der radiale Abstand der ersten Mantelfläche 144-1 zur Drehachse, z.B. um 4 mm bis 5 mm kleiner. Ein von der zweiten Greiferleiste 142-2 gehaltener Bogen kann auf dem zweiten Mantelabschnitt vollflächig aufliegen. Der zweite Mantelabschnitt wird unter anderem für den Transport der Bögen zwischen dem Anlagezylinder 166 und der Speichertrommel 150 genutzt und wird hier daher auch als „Transportabschnitt“ bezeichnet.
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2 zeigt das Prägewerk 110 in einer Betriebsphase, bei der ein bereits bedruckter erster Bogen B1 vom ersten Mantelabschnitt 144-1 über den Auslagezylinder 196 an den Ausleger übergeben wird. Ein zeitlich nach dem ersten Bogen vom Anleger gezogener zweiter Bogen B2 befindet sich in dieser Phase auf dem Umfang der Speichertrommel 150, die eine eigene Greiferleiste 152 zur Übernahme von Bögen vom Prägezylinder 140 aufweist. Der Durchmesser der Speichertrommel ist so bemessen, dass genau ein Bogen auf die zylindrische Mantelfläche der Speichertrommel außerhalb der Aussparung für die Greiferleiste passt. Ein dritter Bogen B3 (Leerbogen) wird gerade mittels des Anlagezylinders 166 zum Prägezylinder 140 geführt. Seine Vorderkante wird gerade von der zweiten Greiferleiste 142-2 ergriffen und ausgerichtet. Das Prägefundament 130 befindet sich zu diesem Zeitpunkt in der links gezeigten Startposition und wartet auf den Druckanfang zum Prägen des zweiten Bogens B2.
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3 zeigt das Prägewerk 110, nachdem sich der Prägezylinder 140 gegenüber der in 2 gezeigten Startsituation um eine halbe Umdrehung gegen den Uhrzeigersinn gedreht hat. Der dritte Bogen (Leerbogen) B3 liegt nun komplett auf dem zweiten Mantelabschnitt 142-2 auf und steht unmittelbar vor der Übergabe zur Speichertrommel 150. Die zweite Greiferleiste 142-2 übergibt den dritten Bogen gerade an die Greiferleiste 152 der Speichertrommel. Der zweite Bogen B2, welcher sich in der in 2 gezeigten Phase noch auf der Speichertrommel 150 befindet, wurde inzwischen durch die erste Greiferleiste 142-1 ergriffen, auf den ersten Mantelabschnitt 144-1 gebracht und durch den Prägespalt 145 gefördert, während das Prägefundament 130 aus seiner Startposition in einer Vorwärtsbewegung in Richtung Endposition bewegt wird. Während dieses Prägeintervalls entspricht die Umfangsgeschwindigkeit des ersten Mantelabschnitts 144-1 der Bewegungsgeschwindigkeit des Prägefundaments.
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In 4 ist das Prägewerk 110 nach einer weiteren halben Drehung des Prägezylinders 140 gezeigt. Der inzwischen vollständig beprägte zweite Bogen B2 ist durch die erste Greiferleiste 142-1 freigegeben und ein vorauseilender Abschnitt ist mittels des Auslagezylinders 196 in Richtung der Auslage übernommen worden. Zeitgleich zu dieser Übergabe des bedruckten Bogens vom Prägezylinder zum Ausleger erfolgt am Anlagezylinder 166 die Übergabe eines frischen Leerbogens (vierter Bogen B4) von der Anlage auf den zweiten Mantelabschnitt 144-2 des Prägezylinders, also auf denjenigen Mantelabschnitt mit dem kleineren Radius. Dieser Mantelabschnitt dient dem Transport vom Anleger zur Speichertrommel 150. Die Vorderkante des vierten Bogens wird hierzu durch die zweite Greiferleiste 142-2 ergriffen. Der dritte Bogen B3, der während der Phase aus 2 gerade auf den Prägezylinder aufgezogen wurde, ist inzwischen weiter zur Speichertrommel 150 transportiert worden und an diese vollständig übergeben worden. Die Vorderkante des dritten Bogens B3 wird gerade von der Greiferleiste 152 der Speichertrommel an die erste Greiferleiste 142-1 übergeben, die in der darauffolgenden Phase den dritten Bogen auf den Druckabschnitt (erster Mantelabschnitt 144-1) ziehen wird. Während dieser Phase, in der sich kein Bogen im Bereich des Prägespalts befindet, fährt das Prägefundament 130 nach Abschluss des Prägeintervalls von seiner rechts liegenden Endstellung zurück in die links liegende Startposition. Diese Rückzugsbewegung ist ohne Berührung mit dem Prägezylinder möglich, da in dieser Phase der Transportabschnitt (zweiter Mantelabschnitt 144-2) mit kleinerem Radius gegenüber der Verfahrbahn des Prägefundaments liegt.
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5 zeigt das Prägewerk 110 nach einer weiteren Drehung des Prägezylinders 140 um ca. 45° gegenüber der in 4 gezeigten Situation. Der dritte Bogen B3, der in 4 noch vollständig auf der Mantelfläche der Speichertrommel gehalten wurde, ist inzwischen von der ersten Greiferleiste 142-1 ergriffen und schon teilweise auf den nacheilenden ersten Mantelabschnitt 144-1, d.h. den Druckabschnitt, gezogen worden. Nach einer weiteren Vierteldrehung wird der Bereich der Vorderkante des dritten Bogens B3 in den Prägespalt geraten und beprägt werden.
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Der Prägezylinder hat somit zwei Greiferleisten, die um 180° zueinander umfangsversetzt sind. Eine zweite Greiferleiste 142-2 übernimmt einen Bogen von der Anlage und transportiert ihn zur Übergabe an die Speichertrommel 150. Die Speichertrommel macht eine Umdrehung und übergibt den Bogen dann an die erste Greiferleiste 142-1. Dabei hat sich der Prägezylinder 140 inzwischen um 180° gedreht. Die erste Greiferleiste 142-1 transportiert den Bogen während des Prägeintervalls durch den Prägespalt, wo der Bogen beprägt wird, und von dort weiter zur Auslagegreiferbrücke. Danach wird durch die erste Greiferleiste der nächste Bogen von der Speichertrommel entnommen und so weiter.
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Während des Betriebs der Folienprägemaschine wird mindestens eine Prägefolienbahn 170 durch den Prägespalt 145 bewegt. Diejenigen Einrichtungen, die die Prägefolienbahn führen und die Vorzugsbewegung der Prägefolienbahn steuern, gehören zum sogenannten Folienwerk 180 der Folienprägemaschine. Die Prägefolienbahn ist in der Regel sehr dünn (zwischen 10 µm und 20 µm) und besteht normalerweise aus einem relativ zähen Trägerfilm aus Kunststoff, auf dessen Vorderseite ein Schichtsystem mit einer thermisch aktivierbaren Trennschicht, der eigentlichen Prägeschicht (beispielsweise Farbschicht oder Metallschicht oder Hologramm oder Einzelbilder), und einer thermisch aktivierbaren Heißkleberschicht aufgebracht ist, die die dem Bedruckstoff zugewandte Vorderseite der Prägefolienbahn bildet.
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Die Prägefolienbahn läuft während eines Prägeintervalls geschwindigkeitsgleich mit dem zu bedruckenden Materialbogen durch den Prägespalt 145. Dazu wird das linear verfahrbare Prägefundament 130 von seiner in der Figur gezeigten Startposition (vgl. 1) links des Prägezylinders so beschleunigt, dass die Prägewerkzeuge während des Prägeintervalls ebenfalls die gleiche Geschwindigkeit wie der zu beprägende Materialbogen und die zwischen dem Materialbogen und dem Prägewerkzeug geführte Prägefolienbahn haben. Während des Prägeintervalls (z.B. 3) wird unter dem Einfluss von Druck und Temperatur die Prägeeinheit (beispielsweise Teil einer Farbschicht) auf den Materialbogen übertragen. Nachdem das Prägefundament in der Vorwärtsbewegung während des Prägeintervalls synchron mit dem Materialbogen und der Prägefolienbahn bewegt wurde, wird es nach Abschluss des Prägeintervalls abgebremst, bis es die rechts liegende Endposition erreicht. Der Rücklauf des Prägefundaments in die Startposition (vg. 4) ist ohne Kontakt mit der Prägefolienbahn oder dem Prägezylinder möglich.
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Während des Hinlaufs (von links nach rechts) und während des darauf folgenden Rücklaufes findet der Folienvorzug um eine vorgebbare, vom Motiv abhängige Vorzugsstrecke statt. Der Folienvorzug wird über Taktwalzen des Folienwerks gesteuert, die sich hierfür um einen vorgebbaren Drehwinkel drehen. Mit Hilfe eines Folienspeichers findet ein Längenausgleich statt, um jederzeit ausreichende Bahnspannung zu gewährleisten.
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Das Folienwerk 180 des Ausführungsbeispiels von 1 kann mehrere nebeneinander liegende Prägefolienbahnen parallel führen. Das Folienwerk 180 erlaubt es, eine Prägefolienbahn außerhalb des Prägeintervalls langsamer als die zu beprägende Materiallage zu führen, vor dem Prägeintervall auf Materiallagengeschwindigkeit zu beschleunigen und anschließend wieder abzubremsen und entgegen der Haupt-Transportrichtung (in 1 von links nach rechts, siehe Pfeil) in einer Rückzugsphase zurückzuziehen. Durch diese diskontinuierliche Folienbahnbewegung mit Rückzugsphasen kann erreicht werden, dass die übertragenen Prägeeinheiten oder Farbschichtbereiche unmittelbar aufeinanderfolgend auf der Prägefolienbahn angeordnet sein können, auch wenn die Prägeorte auf dem Bedruckstoff wesentlich weiter auseinander liegen, wodurch der Folienverbrauch minimiert werden kann.
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Jede Prägefolienbahn wird von einer links gezeigten Vorratsrolle
182-1,
182-2 (die Vorratsrollen sind in zwei unterschiedlichen Ebenen angeordnet) durch einen Unterdruck-Folienschlaufenspeicher
183 über eine sogenannte Taktwalze oder Steuerwalze
184 (im Beispiel sind Taktwalzen in vier Ebenen übereinander angeordnet) geführt, die innerhalb des Systems des Folienwerks den „Nullpunkt“ der Folienbahnbewegung darstellt. Von der zugehörigen Taktwalze wird die Prägefolienbahn über passive Umlenkeinrichtungen (z. B. Luftstangen bzw. Blasrohre und/oder Umlenkrollen) in Richtung des Prägespaltes
145 und von dort über mehrere passive Umlenkeinrichtungen (z. B. Luftstangen bzw. Blasrohre und/oder Umlenkrollen) zu einer Zugeinrichtung
185 mit einer Saugwalze geführt, die sich im Uhrzeigersinn dreht, so dass sich die von der Prägefolienbahn umschlungene Umfangsfläche der Saugwalze (Umschlingungswinkel beispielsweise zwischen 130° und 180°) in der der Haupt-Transportrichtung bewegt. Stromabwärts der Saugwalze werden die Prägefolienbahnen durch einen weiteren Unterdruck-Folienschlaufenspeicher
186 in Richtung der nachgeschalteten Entsorgungseinrichtung geführt. Im Beispiel werden die Prägefolienbahnen auf Aufwickelrollen
187 aufgerollt und anschließend entsorgt. Auch andere Entsorgungskonzepte, z.B. gemäß
DE 10 2008 011 493 A1 sind möglich.
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Die stromaufwärts des Prägespalts angeordneten Taktwalzen oder Steuerwalzen 184 sind mit Hilfe geeigneter elektromotorischer Antriebe hinsichtlich Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit steuerbar, also für einen Vorwärts-Rückwärtsbetrieb geeignet, und gehören zu den steueraktiven Steuereinrichtungen des Folienwerks 180. Sie sind im Beispielsfall als massearme Saugwalzen ausgebildet und haben jeweils einen von der Folienbahn umschlungenen Bereich mit Perforationen, durch die mittels eines Sauggebläses ein Unterdruck erzeugt werden kann, der den umschlingenden Folienbahnabschnitt zuverlässig auf den Umfang der Saugwalze zieht, so dass ein Abrollkontakt mit Haftreibung ohne jeglichen Schlupf sichergestellt ist. Alternativ oder zusätzlich zur Ansaugung kann der schlupffreie Abrollkontakt auch über Andruckrollen oder Aufblasen oder dgl. sichergestellt werden. Die Steuerwalzen 184 arbeiten mit der kontinuierlich in der Haupt-Transportrichtung drehenden Saugwalze der Zugeinrichtung 185 stromabwärts des Prägespalts zusammen, um im dazwischen liegenden Nutzbereich eine ausreichende Bahnspannung sicherzustellen und um die Folienbahngeschwindigkeit und -richtung exakt zu steuern. Hierzu wird die dem Prägespalt nachgeschaltete Saugwalze als Zugeinrichtung 185 mit Schlupfantrieb betrieben, die auf die darüber geführte mindestens eine Prägefolienbahn kontinuierlich eine Zugkraft in Richtung des nachgeschalteten Folienschlaufenspeichers 186 ausübt. Die Zugkraft ist groß genug, um die Bahnspannung im Prägespalt zu gewährleisten und einen Rücktransport der Prägefolienbahn zu ermöglichen, wenn sich die Steuerwalzen bzw. Taktwalzen 184 entgegen dem Uhrzeigersinn, also in Rücktransportrichtung drehen. Die vom Schlupfantrieb erzeugte Zugkraft reicht jedoch nicht aus, um die zwischen der Prägefolienbahn und den Taktwalzenumfang aufgebaute Haftreibung zu überwinden, so dass die Bahnposition der Prägefolienbahn und ihre Bahngeschwindigkeit ausschließlich durch die Drehlage und Drehgeschwindigkeit der Taktwalze 184 exakt bestimmt wird.
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Beim Betrieb der Vorrichtung wird somit durch das Zusammenwirken der stromaufwärts des Prägespalts angeordneten Taktwalzen 184 mit der stromabwärts des Prägespaltes angeordneten Zugeinrichtung 185 mit Schlupfantrieb (Saugwalze) die oben beschriebene diskontinuierliche Bewegung der Prägefolienbahn mit Rückzugsphasen durch den Prägespalt bewirkt. Da gleichzeitig die unverbrauchte Prägefolienbahn von den sich kontinuierlich drehenden Vorratsrollen 182-1, 182-2 zugeführt wird, wechselt der Füllgrad des Unterdruck-Folienschlaufenspeichers 183, welcher sich in Beschleunigungsphasen mit schnellem Vorschub der Prägefolienbahn teilweise entleert und in Abbremsphasen sowie in Rückzugsphasen der Prägefolienbahn weiter füllt. Der Folienschlaufenspeicher entkoppelt somit die Seite des kontinuierlichen Folieneinlaufes von dem Bereich der diskontinuierlichen Folienbahnbewegung zwischen den schlupffreien Steuerwalzen 184 und dem nachgeschalteten Schlupfantrieb 185.
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Auch eine umgekehrte Anordnung von Taktwalzen und Zugeinrichtung, also eine Zugeinrichtung mit Schlupfantrieb vor dem Prägespalt und steuerbare schlupffreie Taktwalzen stromabwärts des Prägespalts, ist möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2128060 A2 [0006, 0024]
- DE 3713666 A1 [0024]
- EP 0718099 A2 [0024]
- EP 1155831 A2 [0024]
- DE 102008011493 A1 [0055]
