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Die
vorliegende Erfindung findet in Kombifalzmaschinen, die u. a. nach
dem Messerfalzprinzip arbeiten, Anwendung, in denen flächige Materialien zwischen
rotierenden Walzen gefalzt werden. Sie betrifft insbesondere den
Falzmesserantrieb einer Falzmaschine mit einem Linearantrieb, über den
ein in Linearführungen
geführtes
Falzmesser angetrieben wird.
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Aus
dem Stand der Technik sind zahlreiche Lösungen bekannt, bei denen der
Antrieb des Falzmessers mit Hilfe eines Hauptantriebes erfolgt,
der eine Drehbewegung erzeugt, welche mit Hilfe von geeigneten Getriebegliedern
umgeformt wird. Als Getriebeglieder kommen dabei zumeist Schubkurbeln oder
Kreuzschleifen zum Einsatz. Je nach Ausführung schlägt das von diesen angetriebene
und in Linearführungen
geführte
Falzmesser entweder taktgebunden ein, was bei unregelmäßiger Bogenfolge zu
Problemen führt
oder es sind zusätzliche
Sensoren angeordnet, die die Position des Bogens erfassen und eine
bogengesteuerte Messereinschlagbewegung ermöglichen. Zur Realisierung der
bogengesteuerten Messereinschlagbewegung werden dabei weitere Getriebeelemente,
die sich unter dem Sammelbegriff Kupplungs-Brems-Einheiten zusammenfassen
lassen, benötigt.
Ungünstig
sind bei allen diesen Ausführungsformen
der hohe technische Aufwand und der vor allem an den Kupplungs-Brems-Einheiten
auftretende hohe Verschleiß. Ferner
wird je nach Kompliziertheit der umzusetzenden Falzmesserbewegung
eine Vielzahl einzelner Getriebeelemente benötigt. Eine dem Falzvorgang entsprechende
ideale Form der Messereinschlagbewegung kann nicht realisiert werden.
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Ein
anderes Antriebsprinzip wird in der Schrift
DE 1611344 A beschrieben.
Sie offenbart eine Lösung,
bei der zum Antrieb des Falzmessers Druckluft verwendet wird. Die
Verwirklichung eines druckluftgetriebenen Falzmessers erfordert
neben dem Einsatz von Führungselementen
noch zusätzlich
die Verwendung von Pneumatikzylindern und Ventilen. Getriebeelemente
zur Bewegungstransformation können
hier jedoch entfallen. Zum Betrieb des Systems muss allerdings Hilfsenergie
in Form von Druckluft zur Verfügung
stehen oder aber erzeugt werden. Des Weiteren gestaltet sich in
der Praxis die Realisierung der geforderten Bewegungsabläufe unter
dem Gesichtspunkt der geforderten Genauigkeiten der Ventilsteuerungen
als kompliziert. Der Falzmesserantrieb mit Druckluft ermöglicht nicht,
die Geschwindigkeit der Falzmesserbewegung der Maschinengeschwindigkeit
anzupassen.
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Die
in der Offenlegungsschrift
DE
2917616 A1 offenbarte Lösung
sieht die Verwendung eines Linearmotors vor, der über ein
Getriebe oder direkt mit dem Falzmesser verbunden ist. Vor den Umkehrpunkten
des Sekundärteiles
des Linearmotors sind Einrichtungen zur Dämpfung und Gegenbremsung angeordnet.
Als nachteilig erweist sich an dieser Lösung, dass zum Einen durch
die verwendeten Getriebeelemente und den notwendigen Aufwand für die Linearführung des
Falzmessers die erforderliche Dynamik der Falzmesserbewegung nicht
erzielbar ist und dass zum Anderen ein großer Einbauraum benötigt wird,
der an Kombifalzmaschinen mit mehreren Falzwerken nur begrenzt zur
Verfügung
steht.
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Gegenstand
der
DE 20006369 U1 ist
ein Falzschwertantrieb mit einem Falzschwert, das an einer Antriebsstange
angebracht ist, die von einer Magnetankerstange, die mit einer Hubelektromagneteinrichtung
zusammenwirkt, angetrieben wird. Als weitere Getriebeelemente zur
Kraftumwandlung zwischen Magnetankerstange und Falzschwert sind noch
ein zweiarmiger Hebel und ein Schubgelenk vorgesehen. Das Problem
der vorgenannten Lösung besteht
darin, dass aufgrund der Eigenmasse der zur Kraftumwandlung benötigten mechanischen
Elemente große
Kräfte
benötigt
werden, was sich nachteilig auf die Dynamik und Präzision der
Falzschwertbewegung auswirkt und bei Einsatz zusätzlicher Anschläge und Dämpfungselemente
einen hohen Verschleiß sowie
Schwingungen und Geräusche
verursacht.
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Nach
der
DE 19943165 A1 ist
eine Einrichtung zum Antrieb eines Falzmessers in einem Falzapparat
einer Rotationsdruckmaschine beschrieben, bei der vier magnetisierbare
Spulenköpfe
vorgesehen sind, die die vertikale Auf- und Abwärtsbewegung des Falzmessers
erzeugen. Nachteilig sind hier die große Bauhöhe, die Probleme einer gleichmäßigen Ansteuerung
der Spulenköpfe
sowie die Probleme, eine verklemmungsfreie Führung des Falzmessers bei genauer
Fluchtung der Messerkante zu den Falzwalzen zu realisieren.
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Aus
der
DE 198 43 872
A1 ist ein Falzmesserantrieb bekannt, der einen Linearmotor
umfasst, an dessen Läufer
ein Falzmesser befestigt ist. Nachteilig daran ist, dass das Falzmesser
nicht mit der notwendigen Genauigkeit geführt wird und bei Auftreffen
auf die Oberfläche
des Falzgutes verklemmen kann, was zu Qualitätseinbußen führt. Durch die bei zentraler
Krafteinleitung notwendige möglichst
mittige Anordnung des Linearmotors am Falzmesser, der sich senkrecht
zu dessen Längsachse
erstreckt, ergibt sich für
ein mit dem Falzmesserantrieb ausgestattetes Falzwerk insgesamt
eine annähernd
T-förmige
Bauweise. Diese ist begründet
durch die Notwendigkeit mehrere Falzwerke auf engstem Raum anzuordnen,
beispielsweise verglichen mit einer L-förmigen Bauweise, nachteilig.
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Die
in der
DE 10205550C1 dargestellte Lösung für einen
Falzmesserantrieb umfasst ebenfalls einen Linearmotor, der zur Realisierung
einer geringen Baugröße insbesondere
Bauhöhe
querliegend, d.h. mit parallel zur Längsachse des Falzmessers verlaufender
Arbeitsachse angeordnet ist. Mittels Umlenk- und Antriebselementen
wird eine 90° Kraftumlenkung
vom Linearmotorläufer
auf das Falzmesser realisiert. Diese Ausgestaltung des Falzmesserantriebs
hat als Nachteil eine geringe Zugänglichkeit der Antriebsteile
Linearmotor und Falzmesser durch deren parallele Anordnung, einhergehend
mit sich daraus ergebenden thermischen Problemen bei hoher Dynamik
des Falzmesserantriebes.
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Ausgehend
von den genannten Nachteilen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen einfach aufgebauten Falzmesserantrieb für eine Falzmaschine zu schaffen,
der eine platzsparende Anordnung insbesondere in einer mehrere Falzwerke
umfassenden Falzmaschine bei gleichzeitig guter Zugänglichkeit
ermöglicht
und der die Präzision
und ideale Form der Messereinschlagbewegung insbesondere auch für große Messerlängen gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Falzmesserantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst,
weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Der
erfindungsgemäße Falzmesserantrieb weist
einen Linearantrieb auf, über
den ein in Linearführungen
geführtes
Falzmesser in einer Antriebsrichtung antreibbar ist, wobei der Linearantrieb
an einem Ende des Falzmessers angeordnet ist und ein Abtriebsglied
umfasst, dessen Bewegungsachse in Antriebsrichtung verläuft und
mindestens ein über drehbar
gelagerte Umlenkelemente laufendes, an zwei Punkten mit dem Falzmesser
verbundenes Antriebselement vorgesehen ist, mit dem die Bewegung des
direkt oder über
das Antriebselement mit dem einen Ende des Falzmessers verbundenen
Abtriebsglieds auf das andere Ende des Falzmessers übertragbar
ist.
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Der
Falzmesserantrieb weist insgesamt einen einfachen Aufbau auf.
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Gemäß vorteilhaften
Weiterbildungen sind als Linearantrieb ein Linearmotor oder ein
Hubelektromagnet oder ein mit einem Druckmittel beaufschlagbarer
Arbeitszylinder oder ein mit linear geführter Koppelstange ausgerüsteter Schubkurbel- oder
Kreuzschleifenantrieb vorgesehen.
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Nach
einer anderen Ausführung
umfasst der Linearantrieb ein Abtriebsglied, das als bereichsweise
linear geführter,
rotativ angetriebener Riemen ausgebildet ist. Als Linearantrieb
wird jeder Antrieb verstanden, der ein Abtriebsglied aufweist, das
eine lineare Antriebsbewegung ausführt, Ist als Linearantrieb
ein Linearmotor vorgesehen, kann die Bewegung des Falzmessers durch
entsprechende Ansteuerung des Linearmotors optimiert werden, ohne
dass es zusätzlicher
Getriebeelemente bedarf. Das erweist sich bei der Anpassung an wechselnde
Eigenschaften des zu verarbeitenden Falzgutes als vorteilhaft und
ermöglicht
einen Bewegungsablauf, bei dem das Falzmesser kurz vor Erreichen
des unteren Umkehrpunktes eine maximale Geschwindigkeit hat. Die in
diesem Punkt erzielbare Messerkraft ist dementsprechend groß.
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Die
Realisierung der Kraftübertragung
mittels eines über
Umlenkelemente laufenden Antriebselements ermöglicht eine spielfreie Übertragung
der Antriebsbewegung von einem Ende des Falzmessers zum anderen.
Damit kann das Falzmesser nicht verklemmen und der durch Ansteuerung
des Linearantriebs erzeugte Bewegungsverlauf wird linear auf beide
Falzmesserenden übertragen,
die sich somit im Bezug auf das Falzgut nach der gleichen Ort-Zeitfunktion
bewegen.
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Indem
der Linearantrieb einem der Enden des Falzmessers zugeordnet ist,
bildet er zusammen mit dem Falzmesser annähernd eine L-förmige Baugruppe,
die sich allein oder zusammen mit anderen gleichartigen Baugruppen
platzsparender anordnen lässt.
Insbesondere ist es möglich,
eine so gestaltete Falzmesserbaugruppe größtenteils unter den Zuführtisch
der vorhergehenden Messerfalzstation zu positionieren. Durch die
L-förmige
Gestaltung sind die einzelnen Elemente der Baugruppe für Wartungsarbeiten
gut zugänglich
und thermische Probleme werden vermieden.
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Als
Antriebselement kann ein Riemen oder ein Zahnriemen Verwendung finden,
der über
Riemenscheiben, Zahnriemenscheiben oder Stützrollen abläuft und
an zwei Punkten mit dem Falzmesser verbunden ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung kann als Antriebselement auch ein Federstahlband oder
ein faserverstärktes
Gurtband vorgesehen sein. Diese unterliegen in Richtung der Kraftübertragung ebenfalls
keiner bzw. nur einer sehr geringen Längenänderung, was sich günstig auf
das Kraftübertragungsverhalten
auswirkt.
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Die
Federstahlbänder
und die faserverstärkten
Gurtbänder
weisen einen rechteckförmigen Querschnitt
mit geringer Höhe
auf.
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Nach
einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Falzmesserantrieb
insgesamt 4 Umlenkelemente, über
die ein Antriebselement in Form eines endlosen Riemens läuft. Von
den Umlenkelementen sind an jedem Ende des Falzmessers je zwei zueinander
in Antriebsrichtung fluchtend angeordnet. Damit ergeben sich für den Umlauf
des Antriebselements insgesamt vier jeweils zwischen 2 Umlenkelementen
liegende Abschnitte (Trume). Zwei der Trume erstrecken sich in der
Antriebsrichtung des Falzmessers, das im Bereich dieser Trume mit dem
Antriebselement verbunden ist. Die beiden anderen Trume verlaufen
gekreuzt zueinander, wodurch eine gleichgerichtete Bewegung des
Antriebselements in den Bereichen erreicht wird, in denen dieses
mit dem Falzmesser verbunden ist. Die beiden Enden des Falzmessers
sind bezüglich
ihres Bewegungsablaufs somit in einfacher Weise miteinander verbunden
und eine an einem Ende des Falzmessers eingeleitete Bewegung wird
linear auf das andere Falzmesserende übertragen. Die durch das Abtriebsglied
des Linearantriebs erzeugte Antriebsbewegung kann sowohl direkt
wie auch indirekt über das
Antriebselement an einem Ende des Falzmessers eingeleitet werden.
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Das
Falzmesser erfährt
damit eine zum Abtriebsglied synchrone Bewegung und es wird gewährleistet,
dass das Falzmesser durch vorteilhafterweise in der Nähe seiner
beiden Messerenden angebrachte extrem kurze Linearführungen
geführt
werden kann, ohne zu verklemmen.
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Die
verwendeten Elemente zur Kraftübertragung
haben eine geringe Eigenmasse, was auch für das Falzmesser selber gilt,
welches zur Massereduktion aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen kann
und zusätzlich
mit Aussparungen versehen sein kann. Durch die an vorzugsweise zwei
Punkten realisierte in Falzmesserlängsrichtung symmetrische Krafteinleitung
auf das Falzmesser kann dessen für den
präzisen
Falzvorgang erforderliche Längssteifigkeit
mit geringerer Masse realisiert werden. Damit muss der Linearantrieb
nur geringe Kräfte
aufbringen, um die Falzmesserbewegung mit großer Genauigkeit entsprechend
der gewünschten
idealen Orts-Zeitfunktion zu realisieren. Zusätzliche Dämpfungselemente oder Elemente,
die die Bewegungsumkehr an den Totpunkten des Falzmesserhubes unterstützen, können somit
ohne Auswirkungen hinsichtlich Schwingungsanregung zum Einsatz kommen.
Das gilt umso mehr, wenn ein Teil dieser Elemente so angeordnet
ist, dass er auf das Abtriebsglied wirkt, während der andere Teil der Elemente
auf das Falzmesser wirkt. Neben der Minimierung der Schwingungsanregung
und der Geräuschentwicklung
ist dadurch eine hohe Standzeit der Dämpfungselemente gegeben.
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Anhand
der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung
näher erläutert werden.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematisierte Seitenansicht eines mit einem Linearantrieb angetriebenen
Falzmessers mit einem über
vier Umlenkelemente laufenden Antriebselement,
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2 eine
schematisierte Seitenansicht eines mit einem Linearantrieb angetriebenen
Falzmessers mit zwei über
jeweils vier Umlenkelemente laufenden Antriebselementen,
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3 eine
schematisierte Seitenansicht eines mit einem Linearantrieb angetriebenen
Falzmessers mit vier Umlenkelementen, wobei ein Antriebselement über alle
vier und ein weiteres über
zwei der vier Antriebselemente läuft,
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4 eine
schematisierte Seitenansicht eines mit einem Linearantrieb angetriebenen
Falzmessers mit zwei Antriebselementen, von denen das eine über vier
Umlenkelemente und das andere über
zwei weitere Umlenkelemente läuft,
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5 eine
Ausführung
der Erfindung gemäß 3,
bei der als Linearantrieb ein rotativ angetriebener Riemen vorgesehen
ist,
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6 eine
Ausführung
der Erfindung gemäß 1,
bei der als Linearantrieb ein rotativ angetriebener Riemen vorgesehen
ist.
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Der
in 1 gezeigte Falzmesserantrieb ist Bestandteil eines
Messerfalzwerkes, in dem in der Bogenebene 2 von einem
nicht dargestellten Fördersystem
herangeführte
Bogen von einem unterhalb der Bogenebene 2 angeordneten
Paar rotierender Walzen gefalzt werden. Das Falzmesser 1 drückt die Bogen
in den zwischen den Walzen gebildeten Spalt, bis diese von den Walzen
erfasst werden. Dazu bewegt sich das Falzmesser 1 in einer
senkrecht zur Bogenebene 2 verlaufenden Antriebsrichtung
zwischen zwei Endlagen hin und her. Die Antriebsbewegung zum Antreiben
des Falzmessers 1 wird von einem als Linearmotor ausgebildeten
Linearantrieb 3 erzeugt, der einen Linearantriebsstator 4 und
einen das Abtriebsglied 5 bildenden Linearmotorläufer umfasst.
Der Linearmotor ist an einem der beiden Enden des Falzmessers 1 mit
in Antriebsrichtung verlaufender Bewegungsachse angeordnet. An beiden
Enden des Falzmessers 1 sind nicht dargestellte Linearführungen
vorgesehen, die das Falzmesser 1 führen.
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Das
Falzmesser 1 ist an zwei Punkten mit einem als endloses
Federstahlband ausgebildeten Antriebselement 6.1 verbunden,
das über
insgesamt 4 als Stützrollen
ausgebildete Umlenkelemente 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 geführt ist.
Die Umlenkelemente 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 sind
derart angeordnet, dass ihre Drehpunkte ein Rechteck bilden. Dabei
sind an jedem Ende des Falzmessers 1 je zwei Umlenkelemente 7.1, 7.2 und 7.3, 7.4 in
Antriebsrichtung zueinander fluchtend angeordnet, zwischen denen
das Antriebselement 6.1 gleichgerichtet läuft und
mit dem Falzmesser 1 verbunden ist. Der Abstand zwischen
den Umlenkelementen 7.1 und 7.2 bzw. 7.4 und 7.3 bestimmt
sich nach dem zu realisierenden Falzmesserhub.
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Das
zwischen den Umlenkelementen 7.1 und 7.3 laufende
Trum des Antriebselements 6.1 ist um 180 ° in sich
verdreht und kreuzt das zwischen den Umlenkelementen 7.3 und 7.4 laufende,
ebenfalls um 180 ° in
sich verdrehte Trum. des Antriebselements 6.1.
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Der
Linearmotorläufer
ist direkt an einem Ende des Falzmessers 1 angelenkt. Er
kann auch indirekt über
das Antriebselement 6.1 mit dem Falzmesser 1 verbunden
sein. Die an einem Ende des Falzmessers 1 eingeleitete
Antriebsbewegung wird von dem Antriebselement 6.1 auf das
andere Ende des Falzmessers 1 übertragen.
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Bei
der Ausführungsform
der Erfindung gemäß 2 werden
für die Übertragung
der an einem Ende des Falzmessers 1 eingeleiteten Antriebsbewegung
auf das andere Ende des Falzmessers 1 zwei Antriebselemente 6.1 und 6.2 verwendet,
die über 4 Umlenkelemente 7.4, 7.8, 7.7, 7.3 und 7.5, 7.1, 7.2, 7.6 derart
geführt
sind, dass zwei der Trume eines jeden Antriebselements 6.1 und 6.2 in
Antriebsrichtung verlaufen, von denen jeweils eines mit dem Falzmesser 1 und
das andere mit dem Trum des anderen Antriebselements 6.1, 6.2 verbunden
ist.
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Der
Falzmesserantrieb nach 3 umfasst ebenfalls einen als
Linearmotor ausgebildeten Linearantrieb 3 sowie insgesamt
vier Umlenkelemente 7.4, 7.1, 7.2, 7.3.
Der Linearmotorläufer
bildet das Abtriebsglied 5, das am Falzmesser 1 angelenkt
ist. Ein Antriebselement 6.1 ist über alle und ein weiteres Antriebselement 6.2 über zwei
der Umlenkelemente 7.4, 7.1, 7.2, 7.3 geführt, derart
dass jeweils zwei der Trume eines jeden Antriebselements 6.1, 6.2 in
Antriebsrichtung verlaufen, von denen jeweils eines mit dem Falzmesser 1 verbunden
ist.
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Der
Linearantrieb 3 der in 4 dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung gleicht denen der 1 bis 3.
Der Falzmesserantrieb umfasst zwei Antriebselemente 6.1, 6.2,
von denen das eine über
vier Umlenkelemente 7.4, 7.5, 7.6, 7.3 und
das andere über
zwei Umlenkelemente 7.1, 7.2 derart geführt ist,
dass jeweils zwei der Trume eines jeden Antriebselements 6.1, 6.2 in
Antriebsrichtung verlaufen, von denen das eine jeweils mit einem
Trum des anderen Antriebselements 6.1, 6.2 und
das andere jeweils mit dem Falzmesser 1 verbunden ist.
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Die
Ausführungsform
nach 5 umfasst zwei Antriebselemente 6.1, 6.2 von
denen das eine über
vier Umlenkelemente 7.4, 7.1, 7.2, 7.3 und
das andere über
zwei der vier Umlenkelemente 7.4, 7.1, 7.2, 7.3 läuft. Beide
Antriebselemente 6.1, 6.2 laufen zusätzlich über eine
in Art der Umlenkelemente ausgebildete Antriebsrolle eines rotativ
arbeitenden Motors, der Bestandteil des Linearantriebes 3 ist.
Bei dieser Ausführung
der Erfindung wird das Abtriebsglied 5 von dem in Antriebsrichtung
zwischen zwei Umlenkelementen 7.1, 7,2 verlaufenden
Trum des Antriebselements 6.1 gebildet.
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Die
Ausführungsform
gemäß 6 entspricht
der Ausführungsform
gemäß 1,
wobei abweichend zu 1 der Linearantrieb aus einem rotativ
arbeitenden Motor, einer von diesem angetriebenen Antriebsrolle
und zwei Umlenkelementen 7.5, 7.6 besteht, über die
ein Riemen umläuft,
dessen zwischen den Umlenkelementen 7.5, 7.6 verlaufendes
Trum das Abtriebsglied 5 bildet.
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- 1
- Falzmesser
- 2
- Bogenebene
- 3
- Linearantrieb
- 4
- Linearantriebsstator
- 5
- Abtriebsglied
- 6.1
- Antriebselement
- 6.2
- Antriebselement
- 7.1
- Umlenkelement
- 7.2
- Umlenkelement
- 7.3
- Umlenkelement
- 7.4
- Umlenkelement
- 7.5
- Umlenkelement
- 7.6
- Umlenkelement
- 7.7
- Umlenkelement
- 7.8
- Umlenkelement