DE10208292A1 - Falzapparat - Google Patents

Abstract

Ein Falzapparat hat einen drehbaren Trommelzylinder zum Fördern eines zu falzenden Produkts, wenigstens ein Falzmesser, das innerhalb des Trommelzylinders um eine erste Achse drehbar ist, die ihrerseits an einem um eine zweite Achse drehbaren Träger gehalten ist, und das im Laufe seiner Drehung aus dem Trommelzylinder ausfahrbar ist, um das am Trommelzylinder geförderte Produkt in einen Falzspalt einzuführen. Die Drehung des Falzmessers und die Drehung des Trägers sind über ein Differentialgetriebe, insbesondere ein Harmonic-Drive-Getriebe, mit variierbarer Phase an eine Drehung des Trommelzylinders gekoppelt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Falzapparat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Die relative Phase zwischen den Drehbewegungen des Transportzylinders und des Spiders bestimmt, welches Stück des Umfangs des Transportzylinders dem Falzspalt gegenüberliegt, wenn das Falzmesser aus dem Transportzylinder ausfährt, und damit auch die Lage der Falz am fertigen Produkt. Um diese Phase zu beeinflussen, ist es bekannt, die Drehbewegungen des Transportzylinders und des Spiders aneinander über ein Übersetzungsgetriebe zu koppeln, das zwei Zahnräder mit Schrägverzahnung aufweist, die gegeneinander axial verschiebbar sind. Die axiale Verschiebung der Zahnräder bewirkt eine Drehung eines der Zahnräder in Bezug auf das drehfest gehaltene andere und damit eine Phasenverschiebung. Das Ausmaß, in dem mit einer solchen Konstruktion die Phase des Spiders gegenüber dem Transportzylinder verstellbar ist, ist eng begrenzt. Um eine große Phasenverschiebung zu erreichen, wäre es an sich wünschenswert, einen großen Schrägungswinkel einzusetzen. Je größer der Schrägungswinkel der Verzahnungen ist, um so schwergängiger ist die axiale Verstellung. Es gibt daher eine obere Grenze des Schrägungswinkels, die zu überschreiten nicht praktikabel ist. Eine große Phasenbewegungsfreiheit ist daher nur zu erzielen, wenn eine Schrägverzahnung von möglichst großer axialer Länge verwendet wird. Diese ist jedoch sperrig und kostspielig. Außerdem ist zu ihrer ferngesteuerten Betätigung ein Linearstellglied erforderlich. Dessen Abmessungen sind proportional zu seiner Bewegungsfreiheit, und die wiederum entspricht der Länge der Schrägverzahnung. Auch diese Stellglieder sind um so kostspieliger und schwieriger unterzubringen, je größer sie sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Falzapparat zu schaffen.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das zum Einstellen der relativen Phase des Trägers in Bezug zum Transportzylinder eingesetzte Differentialgetriebe die Phaseneinstellung ausschließlich durch Drehbewegungen und nicht durch Translationsbewegungen bewirkt, und dass die Baugröße eines Differentialgetriebes - im Gegensatz zu der eines Linearstellgliedes - unabhängig vom mit ihm realisierbaren Phasenhub ist. Im Rahmen der Erfindung einsetzbare Differentialgetriebe sind Standardteile, die in großen Mengen industriell hergestellt werden und preiswert verfügbar sind. Bevorzugte Typen solcher Differentialgetriebe sind Harmonic-Drive-Getriebe oder Planetengetriebe.
• Von den drei An- oder Abtriebsgliedern eines solchen Differentialgetriebes ist vorzugsweise eines an einen mit einer Bremse ausgestatteten Stellmotor angeschlossen. Dieser Motor ist nur in Betrieb, so lange die Phase verstellt wird; wenn der Falzapparat normal arbeitet, ist der Motor deaktiviert und die Bremse angezogen.
• Der Trommelzylinder des Falzapparats hat vorzugsweise eine Mehrzahl von Haltern wie etwa Greifer oder Reihen von Punkturnadeln zum Halten eines zu fördernden Produktes.
• Um die zu falzenden Produkte aus einem zusammenhängenden Produktstrang zu schneiden, wirkt der Trommelzylinder vorzugsweise mit einem Messerzylinder zusammen. Dabei kann die Zahl m der Messer am Messerzylinder kleiner als die Zahl n der Halter am Trommelzylinder sein, wenn beide durch ein Übersetzungsgetriebe mit Übersetzungsverhältnis von n/m so drehgekoppelt sind, dass sie gleiche Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen.
• Um die Falzmesser innerhalb des Trommelzylinders ungehindert bewegen zu können, ist ihre Zahl zweckmäßigerweise ebenfalls kleiner als die Zahl n der Halter. Wenn sie gleich der Zahl m der Messer am Messerzylinder gewählt ist, kann der Träger in einfacher Weise an den Messerzylinder durch das Differentialgetriebe mit Übersetzungsverhältnis 1 gekoppelt sein.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Trommelzylinders, an dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
• Fig. 2 eine Ansicht, in gleicher Perspektive wie Fig. 1, der inneren Struktur des Trommelzylinders;
• Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch einen Falzapparat mit dem Trommelzylinder der Fig. 1;
• Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch einen Falzapparat mit einem Harmonic-Drive-Getriebe, das die Drehung des Falzmesserträgers innerhalb des Trommelzylinders an die Drehung des Trommelzylinders koppelt;
• Fig. 5 einen schematischen Schnitt analog Fig. 4 durch eine zweite Ausgestaltung des Falzapparats, der ein Planetengetriebe als Differentialgetriebe aufweist;
• Fig. 6A-C die Auswirkung einer Verstellung am Differentialgetriebe auf das fertig gefalzte Produkt.
• Im Trommelmantel 01 des in Fig. 1 gezeigten Trommelzylinders sind drei Gruppen von Schlitzen 02 jeweils in einem Winkelabstand von 120° in Umfangsrichtung gebildet. An der in der Fig. 1 oben liegenden Gruppe von Schlitzen 02 ist eine Mehrzahl austretender Vorsprünge 03 gezeigt, die Spitzen eines Falzmessers 04 sind. Das Falzmesser 04 ist an einem Träger im Inneren des Trommelzylinders befestigt, der mit Bezug auf Fig. 2 noch genauer erläutert wird.
• Der Trommelzylinder trägt ferner drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Leisten mit ausfahrbaren Punkturnadeln 05. Diese Leisten können auch durch Greifer oder andere Mittel zum Halten eines zu falzenden Produktes am Trommelmantel 01 ersetzt sein. An den Stirnflächen des Trommelmantels 01 befinden sich zwei Flansche 06 mit einer geräumigen, zur Längsachse des Trommelmantels 01 konzentrischen Öffnung 07. An die Öffnung 07 ist ein Schaft 08 (siehe Fig. 4 und 5) angefügt, der zur drehbaren Lagerung des Trommelzylinders im (in der Figur nicht dargestellten) Gestell eines Falzapparates dient.
• Eine Welle 09, die den innerhalb des Trommelzylinders angeordneten Träger der Falzmesser 04 trägt, erstreckt sich exzentrisch durch die Öffnung 07.
• Fig. 2 zeigt den Aufbau dieses auch als Spider bezeichneten Trägers. Die Welle 09 trägt im Inneren des Trommelzylinders zwei in entgegengesetzte Richtungen abstehende Arme 11 und eine Getriebeeinheit 12, die zwei um zur Welle 09 parallele Achsen drehbare Falzmesserwellen 13; 14 tragen. Das Gehäuse 17 der Getriebeeinheit 12 ist mit dem dem Betrachter in Fig. 2 zugewandten Abschnitt der Welle 09 starr verbunden und im Inneren des Trommelzylinders gemeinsam mit diesem Abschnitt drehbar. Jenseits der Getriebeeinheit 12 in der Perspektive der Fig. 2 ist die Welle 09 durch einen Wellenabschnitt 16 verlängert, der in Bezug auf das Gehäuse 17 der Getriebeeinheit 12drehbar ist. Wenn die Getriebeeinheit 12 um die Achse der Welle 09 gedreht wird, treibt ein mit dem Wellenabschnitt 16 fest verbundenes (nicht dargestelltes) Zahnrad im Inneren der Getriebeeinheit 12 eine Drehung der Falzmesserwellen 13; 14 an.
• Die schematische Seitenansicht der Fig. 3 veranschaulicht einerseits den Gesamtaufbau eines Falzapparates, der den mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Trommelzylinder aufweist, sowie die Bewegung der Falzmesser 04 innerhalb des Trommelzylinders im Betrieb des Falzapparates.
• Zunächst wird der Aufbau des Falzapparates kurz erläutert. Der Trommelzylinder 18 ist in Kontakt mit einem Messerzylinder 19 drehbar aufgehängt. Der Messerzylinder 19 trägt zwei Schneidmesser 21, die zusammenwirkend mit dem Trommelzylinder 18 eine Materialbahn 22, z. B. eine Papierbahn 22 in einzelne Produkte oder Signaturen 31 auftrennen. Diese Papierbahn 22 ist dem vom Trommelzylinder 18 und Messerzylinder 19 gebildeten Spalt von einem (nicht gezeigten) Falztrichter aus über ein Paar Zug- und Führungsrollen 23 zugeführt. Das Verhältnis der Drehzahlen von Messerzylinder 19 zu Trommelzylinder 18 ist 3 : 2, und ihre relative Phase ist so eingestellt, dass ein Schneidmesser 21 die Papierbahn 22 jeweils kurz vor einer Leiste von Punkturnadeln 05 des Trommelzylinders 18 durchtrennt. Das so entstandene führende Ende der Papierbahn 22 wird von den Punkturnadeln 05 aufgespießt und bei der Umdrehung des Trommelzylinders 18 im Uhrzeigersinn in Fig. 3 an seiner Oberfläche weiter gefördert.
• Auf je zwei Umdrehungen des Trommelzylinders 18 um seine Achse 24 kommen drei Umdrehungen des Spiders bzw. drei Umläufe der Falzmesserwellen 13; 14 um die Spider-Achse 26. In jedem Umlauf der Falzmesserwellen 13; 14 führen die daran montierten Falzmesser 04 zwei Umdrehungen um die Achse 27 bzw. 28 der Falzmesserwellen 13; 14 aus. Die Spitzen der Falzmesser 04 bewegen sich daher auf einer durch eine strichpunktierte Linie dargestellten Bahn 29, die in etwa die Form eines Dreiecks mit konkaven Seiten hat. Die untere Spitze dieser dreieckigen Bahn 29 liegt außerhalb des Umfangs des Trommelzylinders 18, an dieser Stelle treten die Falzmesser 04 aus dem Trommelzylinder 18 aus, um eine von der Papierbahn 22 abgeschnittene Signatur 31 in einen Spalt zwischen zwei Falzrollen 32 einzuführen. Unterhalb des Spaltes befindet sich ein Schaufelrad 33, in dessen Schaufeln die gefalzten Signaturen 31 hineinfallen, um anschließend auf ein Förderbahn 34 ausgelegt zu werden.
• Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die Antriebsstruktur des Falzapparates aus Fig. 3. Der Trommelzylinder 18 und der Messerzylinder 19 sind drehbar zwischen Seitengestellplatten 36 des Falzapparates aufgehängt. Die Welle 41 des Messerzylinders 19 trägt an einer Seite ein Zahnrad 37, z. B. ein Antriebszahnrad 37, das einerseits mit einem Getriebe eines Hauptmotors 38 und andererseits mit einem Zahnrad 38, z. B. einem Antriebszahnrad 39 des Trommelzylinders 18 kämmt. An dem gegenüberliegenden Ende der Wellen 41 des Messerzylinders 19 ist ein Harmonic-Drive-Getriebe (HD- Getriebe) montiert. Ein um die Welle 41 drehbarer Rotor 42 von elliptischem Querschnitt ist durch einen Stellmotor 43 antreibbar. Auf den Rotor 42 ist, getrennt durch entsprechend der Form des Rotors 42 verformte Lager 44, z. B. Kugellager 44, ein flexibler, der Außenkontur der Kugellager 44 entsprechend verformter Ring 46 aufgezogen, der eine Außenverzahnung trägt. Dieser Ring 46, auch als Flexspline bezeichnet, kämmt mit zwei axial nebeneinander angeordneten, innen verzahnten Hülsen 47; 48. Dabei ist der Ring 46 mit den Innenverzahnungen der Hülsen 47; 48 jeweils an zwei gegenüberliegenden Stellen auf der langen Achse der Ellipse im Eingriff, und seine Zähnezahl ist um eine kleine gerade Zahl niedriger als die der Hülsen 47; 48.
• Eine der Hülsen 48 ist drehfest mit der Welle 41 verbunden, während die andere Hülse 47 fest mit einem um die Welle 41 drehbaren Zahnrad 49 verbunden ist, das mit einem Zahnrad 51, z. B. einem Antriebszahnrad 51 des Spiders kämmt.
• Die Zahnzahlen der Zahnräder 37; 39 sind so gewählt, dass sie ein Drehzahlverhältnis des Messerzylinders 19 zum Trommelzylinder 18 von 3 : 2 gewährleisten. Die Zahnzahlen der Hülsen 47; 48 und der Zahnräder 49; 51 sind jeweils untereinander gleich, so dass, so lange der Stellmotor 43 steht, der Messerzylinder 19 und der Spider mit gleicher Drehzahl rotieren. Um zu gewährleisten, dass die relative Phase von Messerzylinder 19 und Spider im Betrieb des Falzapparates konstant gehalten werden kann, ist der Stellmotor 43 mit einer Bremse ausgestattet, die in der Lage ist, eine Drehung des Rotors 42 zu unterbinden.
• Durch Drehen des Rotors 42 ist die Phase der Bewegung der Falzmesser 04 auf ihrer Bahn 29 in Bezug auf die Phase der Drehung des Trommelzylinders 18 verstellbar. Das heißt, die Lage des Ortes, an welchem die Falzmesser 04 aus dem Trommelmantel 01 austreten, ist in Bezug auf die Punkturnadeln 05 verstellbar. In einer Normalstellung, wie in Fig. 6A gezeigt, liegt der Austrittsort der Falzmesser 04 exakt mittig zwischen den zwei Enden der am Trommelzylinder 18 geförderten Signatur 31, und die fertig gefalzte Signatur 31, die rechts in der Fig. 6A gezeigt ist, hat beiderseits der Falzlinie gleich lange Schenkel.
• Wird die Phase der Falzmesserbewegung gegenüber der des Trommelzylinders 18 verzögert, wie in Fig. 6B gezeigt, so entsteht eine asymmetrisch gefalzte Signatur 31, bei der der von den Punkturnadeln 05 gehaltene Schenkel, erkennbar an Einstichlöchern 52, länger als der in Förderrichtung nacheilende Schenkel ist.
• Durch Vorziehen der Phase der Falzmesserbewegung, in Fig. 6C gezeigt, wird eine entgegengesetzte Asymmetrie erreicht.
• Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Antriebsstruktur des Falzapparates. Elemente, die in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 bezeichnet sind, sind mit den mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen Elementen identisch und werden nicht erneut beschrieben. Die Welle 41 des Messerzylinders 19 trägt an ihrem vom Hauptmotor 38 abgewandten Ende ein Sonnenrad 53 eines Planetengetriebes. Ein Planetenträger 54 von mit dem Sonnenrad 53 kämmenden Planetenrädern 56 ist auf der Antriebswelle des Stellmotors 43 montiert. Ein Hohlrad 57 des Planetengetriebes ist drehfest mit dem Zahnrad 49 verbunden, welches mit dem Antriebszahnrad 51 des Spiders kämmt.
• Da die Zahnzahl des Sonnenrades 53 kleiner als die des Hohlrades 57 ist, rotiert das Hohlrad 57 bei angezogener Bremse des Stellmotors 43 langsamer als das Sonnenrad 53. Die Zahnzahlen der Zahnräder 49; 51 sind so gewählt, dass sich für das gesamte Differentialgetriebe ein Drehzahlverhältnis von 1 : 1 zwischen der Welle 41 und dem Spider ergibt. Bezugszeichenliste 01 Trommelmantel
  02 Schlitz
  03 Vorsprung
  04 Falzmesser
  05 Punkturnadel
  06 Flansch
  07 Öffnung
  08 Schaft
  09 Welle
  10 -
  11 Arm
  12 Getriebeeinheit
  13 Falzmesserwelle, erste
  14 Falzmesserwelle, zweite
  15 -
  16 Wellenabschnitt
  17 Gehäuse
  18 Trommelzylinder
  19 Messerzylinder
  20 -
  21 Schneidmesser
  22 Materialbahn, Papierbahn
  23 Zug- und Führungsrollen
  24 Achse (18)
  25 -
  26 Spider-Achse
  27 Achse (13)
  28 Achse (14)
  29 Bahn
  30 -
  31 Signatur
  32 Falzrolle
  33 Schaufelrad
  34 Förderband
  35 -
  36 Seitengestellplatte
  37 Zahnrad, Antriebszahnrad (19)
  38 Hauptmotor
  39 Zahnrad, Antriebszahnrad (18)
  40 -
  41 Welle (19)
  42 Rotor
  43 Stellmotor
  44 Lager, Kugellager
  45 -
  46 Ring, Flexspline
  47 Hülse
  48 Hülse
  49 Zahnrad
  50 -
  51 Zahnrad, Antriebszahnrad
  52 Einstichloch
  53 Sonnenrad
  54 Planetenträger
  55 -
  56 Planetenrad
  57 Hohlrad
  

Claims (9)

1. Falzapparat mit einem drehbaren Trommelzylinder (18) zum Fördern eines zu falzenden Signatur (31), wenigstens einem Falzmesser (04), das innerhalb des Trommelzylinders (18) um eine erste Achse (27) drehbar ist, die ihrerseits an einem um eine zweite Achse (26) drehbaren Träger gehalten ist, und das im Laufe seiner Drehung aus dem Trommelzylinder (18) ausfahrbar ist, um das am Trommelzylinder (18) geförderte Signatur (31) in einen Falzspalt einzuführen, wobei die Drehung des Falzmessers (04) und die Drehung des Trägers mit variierbarer Phase an eine Drehung des Trommelzylinders (18) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zum Koppeln ein Differentialgetriebe (44, 46, 47, 48; 53, 54, 56, 57) angeordnet ist.

2. Falzapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe ein Harmonic-Drive-Getriebe (44, 46, 47, 48) oder ein Planetengetriebe (53, 54, 56, 57) ist.

3. Falzapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von drei An- oder Abtriebsgliedern des Differentialgetriebes (44, 46, 47, 48; 53, 54, 56, 57) eines an einen mit einer Bremse ausgestatteten Stellmotor (43) angeschlossen ist.

4. Falzapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trommelzylinder (18) eine Mehrzahl von Haltern zum Halten einer zu fördernden Signatur (31) an dem Trommelzylinder (18) aufweist.

5. Falzapparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halter Greifer oder Reihen von Punkturnadeln (05) sind.

6. Falzapparat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trommelzylinder (18) durch ein Übersetzungsgetriebe (37, 39) an einen Messerzylinder (19) mit einem Übersetzungsverhältnis von n/m drehgekoppelt ist, wobei n die Zahl der Halter am Trommelzylinder (18) und m (m < n) die Zahl der Messer (21) am Messerzylinder (19) ist.

7. Falzapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass m ferner die Zahl der Falzmesser (04) am Träger ist, und dass der Träger an den Messerzylinder (19) durch das Differentialgetriebe (44, 46, 47, 48; 53, 54, 56, 57) mit Übersetzungsverhältnis 1 gekoppelt ist.

8. Falzapparat nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptmotor (38) zum Drehantreiben des Trommelzylinders (18) und des Messerzylinders (19) an dem Übersetzungsgetriebe (37, 39) angreift.

9. Falzapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Falzspalt durch zwei gegensinnig rotierende Falzrollen (32) gebildet ist.