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Die Erfindung betrifft ein Rotationsschwertfalzwerk sowie einen Falzapparat und eine einen solchen Falzapparat enthaltende Druckmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, 9 und 10.
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Gattungsgemäße Rotationsschwertfalzwerke sind aus der Literatur bekannt. Beispielsweise wird in der
FR 2 431 985 A1 ,
DE 30 460 51 A1 und
EP 0 870 714 A1 ein Falzapparat, welcher ein Rotationsschwertfalzwerk umfasst,
für Bedruckstoffbahnen oder daraus geschnittenen Signaturen, wie beispielsweise Papier, Pappe oder dergleichen, offenbart. Im Rotationsschwertfalzwerk führt das Falzschwert eine periodische Bewegung auf einer Hypozykloidenbahn um eine Hauptrotationsachse durch. Auf seinem Weg schlägt das Falzschwert den Bedruckstoff, welcher in einer Transportebene an das Rotationsschwertfalzwerk herangeführt wird, in den Spalt zwischen zwei Falzwalzen ein. Typischerweise sind derartige Falzapparate einer Rollenrotationsdruckmaschine oder Offsetdruckmaschine nachgeordnet. Die Bedruckstoffbahn, welche in den Falzapparat gelangt, wird sowohl längs als auch quer zur Transportrichtung gefalzt und zerschnitten, sodass einzelne Signaturen erzeugt werden können.
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Häufig werden gattungsgemäße Rotationsschwertfalzwerke zur Erzeugung eines Längsfalzes, also parallel zur Transportrichtung der an das Rotationsschwertfalzwerk herangeführten Signaturen, eingesetzt. In diesem Fall stehen die Geschwindigkeitsvektoren der Bewegung der Signatur und der Hypozykloidenbewegung des Falzschwertes im Wesentlichen senkrecht aufeinander. Mit anderen Worten: die Relativbewegung der Signatur zum Falzschwert entlang der durch die Transportrichtung bestimmten Koordinaten ist im Wesentlichen gleich der Transportgeschwindigkeit der Signatur. Bei der in zunehmenden Maßen hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit von Signaturen in Falzapparaten bedeutet dies, dass eine Signatur durch den abrupten Kontakt mit dem Falzschwert, also durch die dabei auftretenden Verzögerungskräfte und Beschleunigungskräfte in Raumrichtungen senkrecht zur Transportrichtung, beschädigt werden kann. Beispielsweise können Reibspuren oder Kratzer auftreten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rotationsschwertfalzwerk sowie einem Falzapperat und eine einen solchen Falzapperat enthaltende Druckmaschine zu schaffen, bei denen eine verminderte Beschädigungsgefahr der zu verarbeitenden Signaturen, insbesondere bei hohen Maschinengeschwindigkeiten, erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1, 9 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
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Das erfindungsgemäße Rotationsschwertfalzwerk mit wenigstens einem Falzschwert, einem Paar Falzwalzen und einem Antrieb zur Erzeugung einer Hypozykloidenbewegung des Falzschwertes um eine Schwertrotationsachse und eine Hauptrotationsachse zum Falzen einer in einer zwischen Hauptrotationsachse und Falzwalzen verlaufenden Transportebene an das Rotationsschwertfalzwerk herangeführten Signatur zeichnet sich dadurch aus, dass ein Antriebsmechanismus zur Erzeugung einer Oszillationsbewegung des Falzschwertes im Wesentlichen parallel zur Hauptrotationsachse vorgesehen ist. Neben der Hypozykloidenbewegung, welche das Falzschwert mit Geschwindigkeitskomponenten, welche im Wesentlichen senkrecht zur Transportrichtung der Signatur liegen, ist das Falzschwert nunmehr auch mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zur Transportrichtung der Signatur bewegbar. Durch die vorgesehene Bewegung des Falzschwertes parallel zur Bewegungsrichtung der Signatur ist es möglich, die Relativgeschwindigkeit zwischen Signatur und Falzschwert in einem Zeitintervall zu verringern. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass in diesem Zeitintervall der eigentliche Falzvorgang, also das Einschlagen der Signatur mittels des Falzschwertes in den Spalt zwischen die Falzwalzen, stattfindet. Aufgrund der verringerten Relativbewegung zwischen Falzschwert und Signatur in Transportrichtung wird die Beschädigungsgefahr verringert. Des weiteren wird die Falzqualität, also insbesondere die Präzision des Falzbruchs, erhöht.
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Bevorzugt kann der Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung mit dem Antrieb zur Erzeugung der Hypozykloidenbewegung gekoppelt sein. Anders ausgedrückt, der Antrieb zur Erzeugung der Oszillationsbewegung greift Energie vom Antrieb zur Erzeugung der Hypozykloidenbewegung ab. Auf besonders einfache Weise kann damit der Takt des Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung auf den Maschinentakt, welche im Wesentlichen die Frequenz der Signaturverarbeitung bestimmt, synchronisiert sein. Eine Synchronisation kann aber auch erreicht werden, indem Einzelantriebe für den Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung und den Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Hypozykloidenbewegung aufeinander abgestimmt werden. Beispielsweise ist in diesem Fall an elektronisch steuer- bzw. regelbare Servomotoren gedacht.
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Mit besonderem Vorteil wird die Oszillationsbewegung auf die Bewegung der Signatur synchronisiert, sodass für eine bestimmte Verarbeitungsgeschwindigkeit bzw. Transportgeschwindigkeit der Signaturen eine angemessene Oszillationsbewegung des Falzschwertes durchgeführt wird. Dabei ist es im Sinne der Erfindung unerheblich, ob es sich um eine harmonische oder anharmonische Bewegung handelt. Erfindungsgemäß soll mit der Synchronisation erreicht werden, dass im Zeitintervall des eigentlichen Falzvorganges die Relativgeschwindigkeit zwischen Falzschwert und Signatur in Transportrichtung im Wesentlichen Null ist. Mit anderen Worten, die Projektion der Relativgeschwindigkeit zwischen Falzschwert und Signatur auf die Hauptrotationsachse ist wenigstens während eines Zeitabschnitts des Falzvorgangs bzw. eines Zeitintervalls, welches den eigentlichen Falzvorgang umfasst, im Wesentlichen Null.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Amplitude der Oszillationsbewegung des Falzschwertes parallel zur Hauptrotationsachse einstellbar veränderbar ist. Durch die Anpassung der Amplitude in Zusammenwirkung mit dem die Periodizität der Bewegung festlegenden Maschinentakt ist erreichbar, das Geschwindigkeitsprofil der Oszillationsbewegung, einstellbar zu verändern, da die Steigung des zurückgelegten Weges in Funktion der Zeit der Geschwindigkeit entspricht.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass eine Wirkverbindung zwischen Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung und dem Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Rotationsbewegung um die Schwertrotationsachse, welche durch eine Schwertrotationswelle festgelegt ist, besteht. Durch diese Verbindung ist ein einfacher Abgriff der Bewegungsenergie, also eine einfache Umsetzung der Rotationsbewegung um die Schwertrotationsachse in eine Oszillationsbewegung in Richtung der Schwertrotationsachse bzw. in Richtung der Hauptrotationsachse möglich, indem eine entsprechende Mechanik vorgesehen ist. In vorteilhafter Ausführungsform umfasst der Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung eine exzentrisch gelagerte Welle.
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Zur Vermeidung von Signaturbeschädigungen, insbesondere bei hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten, kann das erfindungsgemäße Rotationsschwertfalzwerk besonders vorteilhaft in einem Falzapparat zur Erzeugung von Signaturen aus wenigstens einer Bedruckstoffbahn eingesetzt werden. Typischerweise ist ein Falzapparat mit einem erfindungsgemäßen Rotationsschwertfalzwerk einer Druckmaschine zum Bedrucken einer Bedruckstoffbahn nachgeordnet. Insbesondere kann es sich dabei um eine Rollenrotationsdruckmaschine oder Offsetdruckmaschine handeln.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungen dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rotationsschwertfalzwerks mit einem Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung des Falzschwertes parallel zur Hauptrotationsachse der Hypozykloidenbewegung,
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2 eine schematischen Ansicht des erfindungsgemäßen Rotationsschwertfalzwerkes entlang der Hauptrotationsachse der Hypozykloidenbewegung,
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3 eine schematische Ansicht des Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung entlang der Hauptrotationsachse,
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4 eine schematische Detailansicht des Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung entlang der Hauptrotationsachse, und
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5a–5c eine Serie schematischer Ansichten des Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung an drei verschiedenen Phasenpunkten der Bewegung.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotationsschwertfalzwerkes mit einem Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung des Falzschwertes parallel zur Hauptrotationsachse der Hypozykloidenbewegung. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationsschwertfalzwerkes umfasst einen Schwertzylinder 1, welcher in einer ersten Lagerung 14 und einer zweiten Lagerung 15 aufgenommen ist. Dieser Schwertzylinder 1 kann von einer Antriebsquelle 16 in Rotationsbewegung um eine Hauptrotationsachse 18 gesetzt werden. Auf der Welle der Hauptrotationsachse 18 ist ein festes Zahnrad 5 aufgenommen. Dieses feste Zahnrad 5 kämmt mit einem Zwischenzahnrad 6, welches wiederum mit einem Zahnrad 7 auf der Schwertrotationswelle, welche die Schwertrotationsachse 3 festlegt, kämmt. Das Falzschwert 2 ist auf der Schwertrotationsachse 3 aufgenommen. Ausgehend von der Antriebsquelle 16 wird also das Falzschwert 2 auf einer Hypozykloidenbahn, festgelegt durch die Hauptrotationsachse 18 und die Schwertrotationsachse 3, bewegt.
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Die 1 zeigt des weiteren eine Ausführungsform des Antriebsmechanismus 4 für die Oszillationsbewegung des Falzschwertes 2 in Oszillationsrichtung 22, also im Wesentlichen parallel zur Hauptrotationsachse 18 bzw. Schwertrotationsachse 3. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform umfasst der Antriebsmechanismus 4 für die Oszillationsbewegung eine Schneckenschraube 8, welche in Rotation durch die Rotation um die Schwertrotationsachse 3 versetzt wird. Diese Schneckenschraube 8 setzt mittels eines Wellenzahnrades 9 eine exzentrische Welle 11 in Rotationsbewegung. Die exzentrische Welle 11 bewegt sich in einer Führung 12 mit einem ersten Lager 10, in dem die exzentrische Welle 11 aufgenommen ist. Die Führung 12 ist auf dem Schwertzylinder 1 aufgenommen. Indem nur eine im Wesentlichen geradlinige Bewegung des ersten Lagers 10 zugelassen wird, führt diese Zwangsbedingung zu einer Translationsbewegung des Antriebsmechanismus 4, welcher die Schwertrotationswelle bzw. die Schwertrotationsachse 3, also das Falzschwert 2 in Oszillationsbewegung in Oszillationsrichtung 22 versetzt wird.
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Die 2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationsschwertfalzwerkes entlang der Hauptrotationsachse, um welche die Hypozykloidenbewegung ausgeführt wird. Das Falzschwert 2 rotiert um die Schwertrotationsachse 3, welche wiederum um die Hauptrotationsachse 18 eine Kreisbewegung durchführt. In der vorteilhaften Ausführungsform wird die Rotation um die Schwertrotationsachse 3 mittels eines Mechanismus erzeugt, welcher die Hauptrotationsachse 18 mit der Schwertrotationsachse 3 in Wirkverbindung setzt. Auf der Hauptrotationsachse 18 ist ein festes Zahnrad 5 aufgenommen, welches mit einem Zwischenzahnrad 6 kämmt, welches wiederum in Eingriff mit einem Zahnrad 7 auf der Schwertrotationswelle steht. Typischerweise wird eine Hypozykloidenbewegung durchgeführt, welche durch zwei Rotationen um die Schwertrotationsachse 3 bei einer Rotation um die Hauptrotationsachse 18 charakterisiert ist. In anderen Worten, das Falzschwert führt eine Hypozykloidenbewegung durch, welche zwei, von der Hauptrotationsachse 18 extrem entfernt liegende Umkehrpunkte oder Scheitelpunkte aufweist, welche sich auf gegenüberliegenden Punkten, also 180° um die Hauptrotationsachse 18 gedreht, befinden. Es ist vorgesehen, dass ein Scheitelpunkt der Hypozykloidenbewegung zum Einschlagen einer in der Transportebene 20 an das Rotationsschwertfalzwerk herangeführten Signatur 21 zwischen zwei Falzwalzen 17 genutzt wird. Typischerweise wird die Signatur 21 in Richtung senkrecht zur Papierebene der 2 an das Rotationsschwertfalzwerk herantransportiert.
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Die 3 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung entlang der Hauptrotationsachse. Der Antriebsmechanismus 4 zur Erzeugung einer Oszillationsbewegung des Falzschwertes steht dabei in Wirkverbindung mit dem Antrieb 19 zur Erzeugung der Hypozykloidenbewegung. Die Rotation um die Hauptrotationsachse 18, auf welcher ein festes Zahnrad 5 aufgenommen ist, wird mittels eines Zwischenzahnrads 6 und eines Zahnrads 7 auf die Schwertrotationsachse 3 übertragen. In Zusammenwirkung der Schneckenschraube 8 mit dem Wellenzahnrad 9, wobei die Schneckenschraube 8 auf der Schwertrotationsachse 3 aufgenommen ist, wird eine exzentrische Welle 11 in Rotation um eine Achse im Wesentlichen senkrecht zur Schwertrotationsachse 3 versetzt. Die exzentrischen Welle 11 wird in einer Führung 12 mit einem ersten Lager 10 durch die Zwangsbedingung der Führung 12 in eine Translationsbewegung versetzt, sodass das Falzschwert 2 eine Oszillationsbewegung durchführt.
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In der 4 ist eine schematische Detailansicht des Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung entlang der Hauptrotationsachse in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationsschwertfalzwerkes gezeigt. Die mit einer Schneckenschraube 8 versehene Schwertrotationsachse 3, welche sich in Rotationsbewegung befindet, versetzt mittels eines Wellenzahnrads 9 eine exzentrische Welle 11 in Rotationsbewegung. Der Antriebsmechanismus 4 zur Erzeugung der Oszillationsbewegung umfasst eine Führung 12 mit einem ersten Lager 10, in welchem sich die exzentrischen Welle 11 bewegt. Mit anderen Worten: Es wird eine Translationsbewegung erzwungen.
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Die 5 zeigt eine Serie schematischer Ansichten des Antriebsmechanismus zur Erzeugung der Oszillationsbewegung in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwertrotationsfalzwerkes an drei verschiedene Phasenpunkten der Bewegung. Damit soll verdeutlicht werden, wie die Rotationsbewegung um die Schwertrotationsachse 3 mittels des Antriebsmechanismus 4 in eine Oszillationsbewegung entlang der Schwertrotationsachse 3 umgesetzt werden kann. In 5a ist der Antriebsmechanismus 4 für die Oszillationsbewegung in Ansicht parallel zur Schwertrotationsachse 3 gezeigt. Schneckenschraube 8 und Wellenzahnrad 9 stehen miteinander in Eingriff, und die exzentrische Welle 11 ist im ersten Lager 10 der Führung 12 beweglich. In der 5b ist nun gezeigt, wie nach einer Drehung um die Schwertrotationsachse 3 die exzentrische Welle 11 eine Auslenkung nach links von der Mittellinie 23, welche den Mittelpunkt des ersten Lagers 10 schneidet, erfahren hat. Da die Führung 12 mit dem hier nicht gezeigten Schwertzylinder 1 (siehe beispielsweise 1) verbunden ist, während das Lager 13 der exzentrischen Welle 11 auf der Schwertrotationsachse 3 aufgenommen ist, wird eine Oszillationsbewegung in Richtung 22 erzeugt. In 5c ist die Situation dargestellt, in welcher sich die exzentrische Welle 11 an einem Punkt rechts von der Mittellinie 23, welche den Mittelpunkt des ersten Lagers schneidet, gezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwertzylinder
- 2
- Falzschwert
- 3
- Schwertrotationsachse
- 4
- Antriebsmechanismus für Oszillationsbewegung
- 5
- festes Zahnrad auf Hauptrotationsachse
- 6
- Zwischenzahnrad
- 7
- Zahnrad auf Schwertrotationsachse
- 8
- Schneckenschraube
- 9
- Wellenzahnrad
- 14
- erstes Lager
- 11
- exzentrische Welle
- 12
- Führung
- 13
- zweites Lager
- 14
- erste Lagerung
- 15
- zweite Lagerung
- 16
- Antriebsquelle
- 17
- Falzwalzen
- 18
- Hauptrotationsachse
- 19
- Antrieb zur Erzeugung der Hypozykloidenbewegung
- 20
- Transportebene
- 21
- Signatur
- 22
- Oszillationsrichtung
- 23
- Mittellinie
