-
Schneidemaschine für Papier, Pappe od. dgl. mit hydraulischem Messerantrieb
Die Erfindung betrifft eine Schneidemaschine für Papier, Pappe od. dgl. mit hydraulischem
Messerantrieb, bei dem ein in einem Zylinder geführter Kolben wenigstens über einen
zweiarmigen Hebel und eine Zugstange mit einem im Maschinengestell senkrecht zum
Schneidtisch und in Schnittrichtung geführtem Messerträger in Bewegungsverbindung
steht.
-
An bekannten Schneidemaschinen mit hydraulischem Messerantrieb wird
die geradlinige Bewegung des Kolbens entweder direkt über eine angelenkte Zugstange
auf den Messerträger übertragen oder beispielsweise, wenn aus konstruktiven Gründen
die Bewegungsrichtung des Kolbens von der Bewegungsrichtung des Messerträgers abweicht,
ein Winkelhebel zwischen dem Kolben und der Zugstange angeordnet, der im Bereich
seiner Scheitelwinkel die eingeleitete Bewegung überträgt. In beiden Fällen sind
die Totlagen des Messerträgers von den Endstellungen des Kolbens, d. h. von der
Umsteuergenauigkeit der Hydraulik oder von Anschlägen abhängig.
-
Beim Schneidvorgang muß das Messer wenige Zehntelmillimeter in die
Schneidunterlage eindringen, damit auch der unterste Bogen eines Papierstapels auf
seiner ganzen Breite vollkommen durchgeschnitten wird. Ein ständig oder zeitweilig
tieferes Eindringen des Messers führt zu rascher Zerstörung der Schneidunterlage
und zu vorzeitiger Abstumpfung der Messerschneide; beides wirkt sich nachteilig
auf das Arbeitsergebnis aus.
-
Um die Eindringtiefe des Messers unabhängig von der Genauigkeit der
Umsteuerung konstant zu halten, ist bei bekannten hydraulischen Schneidemaschinen
ein fester Anschlag für die untere Endstellung des Messers vorgesehen. Die Umsteuerung
wird in diesem Falle automatisch durch den Druckanstieg in der Hydraulikleitung
nach dem Anfahren des Anschlages bewirkt. Nachteilig ist hierbei aber, daß der feste
Anschlag unter vollem hydraulischem Druck angefahren wird, was in der Regel mit
einem hörbaren Schlag verbunden ist, insbesondere deshalb, weil der Schnittwiderstand
des Schneidgutes nach dem völligen Durchschneiden des Stapels plötzlich aussetzt
und der durch den Schneiddruck mehr oder weniger zurückfedernde Messerträger abgefangen
werden muß. Um zu vermeiden, daß Druckstöße im Hydrauliksystem, beispielsweise beim
Eindringen der Messerschneide in hartes Schneidgut, zu vorzeitiger Umsteuerung der
Messerbewegung führen, müssen in der hydraulischen Steuerung dieser Maschine mehrere
Sperrschieber und Rückschlagventile angeordnet sein, durch die die sonst relativ
einfache Hydraulik verhältnismäßig kompliziert und teuer wird.
-
Die plötzlichen Drucksteigerungen in der Hydraulikanlage beim Aufsetzen
des Messerbalkens auf die Anschläge oder auch des Kolbens auf den Zylinderboden
führen zu Schwierigkeiten bei der Abdichtung des Hydrauliksystems. Durch die auftretenden
harrten Schläge unterliegen insbesondere die Gelenke der mechanischen übertragungsglieder
zwischen Kolben und Messerbalken einer hohen Beanspruchung und einem relativ starken
Verschleiß.
-
Eine einwandfreie Umsteuerung der Messerbewegung, bei der die geschilderten
Nachteile vermieden sind, ist lediglich bei Schneidemaschinen mit mechanischem Messerantrieb
bekannt. Bei diesen wird der Messerträger in der Regel über Zugstangen von Kurbeltrieben
bewegt; eine Richtungsumkehr der Messerbewegung erfolgt in den Totlagen der Kurbel.
Nachteilig hierbei ist sowohl der durch den Kurbelradius festgelegte, unveränderliche
Hub als auch die hohe Auftreffgeschwindigkeit des Messers bei mittelhohen Einsätzen.
Es müssen mehrere Zahnradgetriebestufen sowie eine elektromagnetische oder mechanische
Kupplung und Bremse vorgesehen sein, die durch die auf sie wirkenden Kräfte starken
Beanspruchungen unterliegen, so daß sie sich stark abnutzen.
-
Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine einfache Schneidemaschine
zu schaffen, die die Vorteile des hydraulischen Messerantriebes mit der Genauigkeit
der mechanischen Messerumsteuerung vereint, ohne daß sie die geschilderten Nachteile
der bekannten Schneidemaschinen aufweist.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an Schneidemaschinen mit hydraulischem
Messerantrieb, bei denen ein in einem Zylinder geführter
Kolben
über wenigstens einen zweiarmigen Hebel und eine Zugstange mit dem Messerbalken
in Bewegungsverbindung steht, der an sich bekannte zweiarmige Hebel erfindungsgemäß
derart ausgebildet und angeordnet wird, daß der mit der Zugstange verbundene Hebelarm
durch einen am anderen Hebelarm angreifenden Kolben vor Beendigung des Arbeitshubes
des Kolbens durch seine Decklage mit der Zugstange schwenkbar ist.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung des zweiarmigen
Hebels wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in einfacher und ökonomischer
Weise gelöst.
-
Da die Tiefstlage des Messers allein durch die Decklage der Zugstange
mit dem ihr zugeordneten Hebelarm bestimmt ist, werden an die Umsteuergenauigkeit
der Hydraulik keine besonderen Ansprüche mehr gestellt, sie könnte ohne weiteres
um mehrere Millimeter differieren. Feste Begrenzungsanschläge und dergleichen Hilfsmittel
entfallen. Das nach dem Umsteuern des Kolbens auftretende nochmalige geringfügige
Absenken des Messers in seine Tiefstlage hat auf die fertige Schnittfläche des Schneidgutes
keinen nachteiligen Einfluß, da zu diesem Zeitpunkt der Preßbalken auf den Schneidgutstapel
noch voll wirksam ist.
-
Da das Messer in der geschilderten Weise durch seinen unteren Totpunkt
hindurch schwingt, kann die Messerbewegung dadurch elastisch abgestoppt und umgekehrt
werden, daß man die Hydraulik umsteuert, bevor das Messer seine tiefste Stellung
erreicht hat. Infolge seiner kinetischen Energie schwingt das System das Messer
durch seine tiefste Stellung hindurch, dabei baut sich auf der entgegengesetzten
Kolbenseite bereits der zum Heben des Messers notwendige Gegendruck auf, bremst
die Bewegung elastisch ab und kehrt die Bewegungsrichtung um: Durch' diese Arbeitsweise
ergibt sich der besondere Vorteil, daß die Umsteuerung des Hydrauliksystems und
der Druckaufbau auf der Messerhubseite des Zylinders unter dem Kolben nahezu vollständig
in die Zeit der Abwärtsbewegung des Messers verlegt werden kann, so daß die entsprechende
Zeit zur Messerumsteuerung in seiner untersten Stellung, die bei bekannten Schneidemaschinen
dieser Art aufzuwenden ist, praktisch in Fortfall kommt. Da der der Messerbewegung
entgegenwirkende Schneidwiderstand nach dem Umkehrpunkt des Messers hin abnimmt,
wirkt sich auch hier die hydraulische Bremsung günstig aus.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung bringt die Anwendung
des an sich bekannten Differentialkolben prinzips mit sich. Bei diesem Prinzip ist
der Kolben zugleich als Zylinder für einen fest am Hydraulikzylinder angebrachten
Kolben kleineren Durchmessers ausgebildet, so daß sich bei Beaufschlagung. des kleinen
Kolbens eine große Kolbengeschwindigkeit bei kleiner Kraft, bei Besufschlagung nur
des großen Kolbens eine mittlere Geschwindigkeit bei mittlerer Kraft und bei Beaufschlagung
beider Kolben, eine geringe Kolbengeschwindigkeit bei großer Kraft einstellt. Diese
Stufung der Kräfte und Geschwindigkeiten gestattet im Zusammenwirken mit den charakteristischen
Merkmalen der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung des zweiarmigen Hebels
eine wesentliche keistumgssteigerung der Maschine. Je nach dem vorliegenden Schnittwiderstand
bzw. je nach der von dem oder den Kolben aufzubringenden Kraft stellen sich durch
die Druckverhältnisse in der Hydraulik die entsprechenden Geschwindigkeits- und
Kraftverhältnisse von selbst ein. Bei schmaleren Schneidgutstapeln, bei scharfem
Messer sowie im unteren Kurbelausladungsbereich reicht die Kraft des kleinen Kolbens
zum Schnitt aus. Erst wenn eine bestimmte Drucksteigerung im Hydrauliksystem erreicht
ist, strömt das Drucköl auch in den Raum unter dem großen Kolben, wonach der größere
Kolben mit seiner äußeren Fläche oder schließlich beide Kolben mit ihrer gesamten
Kolbenfläche wirksam sind.
-
Wenn beispielsweise ein hoher, breiter Schneidgutstapel aus sehr hartem
Schneidgut zu beschneiden ist, dann übersteigt der Schnittwiderstand die vom kleinen
Kolben bzw. die von der äußeren Fläche des größeren Kolbens aufzubringende Kraft,
der Hydraulikdruck steigt an, die Hydraulikflüssigkeit strömt auch unter den großen
Kolben, und der Schnitt wird mit der der gesamten Kolbenfläche entsprechenden Kraft
und Geschwindigkeit ausgeführt.
-
Wenn einzelne dicke Platten sehr harten Schneidgutes, z. B. Fiber,
unter Umständen mit bereits abgestumpftem Messer, zu trennen sind, dann senkt sich
das Messer zunächst mit der dem kleinen Kolben entsprechenden höheren Geschwindigkeit
bis auf das Schneidgut ab und schneidet es dann in der oben erläuterten Weise unter
Ausnutzung der bekannten günstigen kinematischen Verhältnisse im Decklagenbereich
des Doppelhebels mit der Zugstange, nötigenfalls mit der großen Kraft der gesamten
Kolbenfläche.
-
Hydrauliksysteme mit zwei zusammenwirkenden Kolben zeichnen sich weiter
durch eine geringe Literleistung der Pumpe, durch einen verhältnismäßig geringen
Ölvorrat und eine geringere Antriebsleistung aus.
-
Durch den hydraulischen Messerantrieb wird in einfacher und besonders
vorteilhafter Weise eine Hubbegrenzung des Messers nach oben ermöglicht, indem man
im Schwenkbereich des zweiarmigen Hebels verstellbare und durch den Hebel beeinflußte
Schalt- oder Steuermittel vorsieht. Die Begrenzung der Hubbewegung des Messers ist
besonders vorteilhaft und zeitsparend beim automatischen Aufteilen von Druckbogen,
die wegen eventueller Druckdifferenzen meist nur in mäßig hohen Stapeln auf der
Schneidemaschine beschnitten werden können. Sobald das Messer und der Preßbalken
den Schneidgutstapel freigegeben haben, kann der Schneidgutvorschub einsetzen.
-
Das Messer und der Preßbalken brauchen nicht unnütz weit angehoben
zu werden, wie dies beim mechanischen Antrieb durch einen Kurbeltrieb unumgänglich
ist. Beim Kurbeltrieb wird der Messerhub bekanntlich durch die Kurbelabmessungen
bestimmt und ist praktisch unveränderlich. Der erfindungsgemäße Messerantrieb vereint
die Vorteile des Kurbelantriebs mit den Vorteilen des hydraulischen Antriebs, ohne
daß die hauptsächlichsten Nachteile beider Antriebsarten in Kauf genommen werden
müssen. Auch die konstruktive Gestaltung der Maschine wird durch die Erfindung günstig
beeinflußt.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Vorderansicht des Erfindungsgegenstandes mit
dem Messerträger in seiner oberen Stellung,
F' i g. 2 die gleiche
Ansicht wie F i g. 1 mit dem Meserträger in seiner tiefsten Stellung und (-' i
g . 3 ein Bewegungsdiagramm des Messers. Zwischen seitlichen Gleitflächen
eines Maschinengestells 1 wird in bekannter Weise ein Messerträger 2 mit an diesem
befestigtem Messer 4 geführt. int Messerträger 2 sind Führungsnuten 5 angeordnet,
in denen Gleitsteine 6 gleiten, die schwenkbar auf im Maschinengestell 1
befestigten Bolzen 7 gelagert sind.
-
Zur Bewegung des Messerträgers 2 in der durch die Führungsnuten 5
vorgegebenen Richtung dient eine Zugstange 10, die einerseits am Messerträger
2
und andererseits an einem Hebelarm 8 eines zweiarmigen Hebels 8, 9 schwenkbar
gelagert ist. Der zweiarmige Hebel 8, 9 ist schwenkbar am Maschinengestell
l befestigt und trägt am Ende seines Hebelarmes 9 eine drehbare Rolle 11, die in
eine Gabel 12 eines Stangenkopfes 13 eingreift.
-
Der Stangenkopf 1.3 ist am oberen Ende eines Kolbens 14 befestigt,
der in einem am Maschinengestell 1. angeordneten Zylinder 15 gleitet. Im Inneren
des Kolbens 14 ist eine zentrische Bohrung 16 vorhanden, in der ein Kolben 17 geführt
ist, der seinerseits fest mit dem Boden des Zylinders verbunden ist. Durch eine
Bohrung im Kolben 17 und eine Rohrleitung 20 steht die Bohrung 16 des Kolbens 14
mit dem Hydrauliksystem in Verbindung, so daß der Kolben 14 gewissermaßen als verschiebbarer
Zylinder des feststehenden Kolbens 17 anzusehen ist. Der Kolben 14 kann durch Druckflüssigkeit
über eine Hydraulikleitung 18 gesenkt und über eine Hydraulikleitung 19 gehoben
werden. Die Steuerung der Bewegung des Kolbens 14 erfolgt in im wesentlichen bekannter
Weise über Steuerschieber in einem Steuerblock 23 durch Elektromagnete 28, 29. Die
Einzelheiten der hydraulischen Steuerungseinrichtungen werden bei der Erläuterung
der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schneidemaschine beschrieben.
-
Die Messerantriebseinrichtung der Schneidemaschine arbeitet wie folgt:
Ein Schneidgutstape130 wird auf den Schneidtisch 3 aufgelegt. Durch Zweihandeinrückung
werden die Magnete 28, 29 betätigt und bewegen Steuerschieber im Steuerblock 23
in eine Stellung, in der das aus einem Ölbehälter 21 durch eine Ölpumpe 22 geförderte
Drucköl durch die Leitung 20 in die Bohrung 16 des Kolbens 14 gelangen kann.
-
Dadurch wird der Kolben 14 gehoben und schwenkt den zweiarmigen Hebel
8, 9, der über die Zugstange 10 den Messerträger 2 in Schnittrichtung auf den Schneidtisch
3 herunterzieht. Die Decklage der Zugstange 10 mit dem Hebel 8 entspricht
der tiefsten Stellung des Messerträgers 2. In diesem Augenblick unterbricht das
Ende des Hebels 8 über den Schaltkontakt 26 den Stromkreis des Magnets 28, und der
Druckölstrom wird im Steuerblock 23 durch die Rohrleitung 18 in den Raum
31 des Zylinders 15 umgesteuert. Während dieses Umsteuervorganges, der nicht
trägheitslos vor sich gehen kann, geht der Kolben 14 nach einen gewissen Betrag
nach oben und schwenkt dabei den doppelarmigen Hebel 8, 9 durch den Bereich
des Winkels ß der F i g. 2, wodurch der Messerträger 2 wieder etwas angehoben wird.
Das Bewegungsdiagramm des Messerträgers 2 zeigt F i g. 3. Aus ihm ist ersichtlich,
daß der Zeitpunkt der Umsteuerung des Kolbens 14 auf die tiefste Messerstellung
ohne Einfluß ist. Der Öldruck im Raum 31 des Zylinders 15 bewirkt
nunmehr eine Abwärtsbewegung des Kolbens 14, das in seiner Bohrung 16 vorhandene
Öl wird dabei in den Ölbehälter 21 zurückgeschoben. Die Abwärtsbewegung des Kolbens
14 bewirkt in Umkehrung der bereits erläuterten Schneidbewegung ein Anheben des
Messerträgers 2, bis das Ende des Hebelarmes 8 einen der oberen Stellung des Messerträgers
2 zugeordneten Schaltkontakt 27 betätigt, durch den auch der Elektromagnet 29 abgeschaltet
wird, so daß die Ausgangsstellung wiederhergestellt ist. In der Ausgangsstellung
sind die Hydraulikleitungen 18; 19 und 20 abgesperrt, und das von
der Pumpe 22 laufend geförderte Drucköl strömt drucklos in den Ölbehälter
21 zurück.
-
Die besonders vorteilhafte Ergänzung der Erfindung durch Anwendung
des Differentialkolbenprinzips ist an der Anordnung des Kolbens 14, des Zylinders
15, des Innenzylinders 16 und des Innenkolbens 17 erkennbar. Wie bereits
erläutert, strömt das Drucköl während des Schneidvorganges durch die Leitung
20 in den Innenzylinder 16 innerhalb des Kolbens 14, in dem der Innenkolben
17 geführt ist. Der Hubraum des Innenzylinders 16 ist klein, mit einem geringen
Ölvolumen läßt sich der Kolben 14 ausfahren.
-
übersteigt der Öldruck, beispielsweise durch einen hohen Schneidwiderstand,
einen an einem Ventil 24 eingestellten Wert, dann strömt das Drucköl durch die Leitung
19 in den Zylinder 15 und hebt den Kolben 14 an seiner äußeren Kolbenfläche, die
wesentlich größer als die innere Kolbenfläche ist. Aus diesem Grunde hebt sich der
Kolben 14 mit größerer Kraft und mit geringerer Geschwindigkeit, da nun die Ölpumpe
22 eine größere Druckfläche zu beaufschlagen hat. Das Messer durchschneidet den
Stapel also langsamer, jedoch mit größerer Kraft. Diese Ausbildung des hydraulischen
Messerantriebs bewirkt daher eine automatische Anpassung der Messerkräfte und der
Bewegungsgeschwindigkeit des Messers an die unterschiedlichen Schnittkräfte, die
in der Praxis zu überwinden sind.
-
In der Kolbenbewegungsrichtung ist weiterhin ein verstellbarer Schaltkontakt
27a vorgesehen, der in vorteilhafter Weise gestattet, den Messerhub der Höhe der
zu beschneidenden Papierstapel anzupassen, so daß unnötig große Hubbewegungen des
Messers vermieden werden können. Dadurch kann die Arbeitsgeschwindigkeit wesentlich
gesteigert werden, insbesondere an Maschinen mit Programmsteuerung. Bei Einbeziehung
der Schaltkontakte 27 und 27a in die automatische Steuerung kann beispielsweise
der Messerhub beim automatischen Schneiden des Stapels so weit begrenzt werden,
daß der Stapel durch den Sattel gerade ohne Schwierigkeiten verschiebbar ist, während
nach dem letzten Schnitt einer Programmfolge das Messer in seine obere Endstellung
bewegt wird, damit das Einlegen eines neuen Schneidgutstapels nicht behindert ist.
-
Es liegt auf der Hand, daß zwischen dem Kolben und dem Messerbalken
außer der Zugstange und dem erfindungsgemäß ausgebildeten und angeordneten zweiarmigen
Hebel noch weitere mechanische Kraftübertragungsglieder angeordnet sein können,
ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, wenn dies aus konstruktiven Gründen
notwendig sein sollte. So ist es beispielsweise möglich, die Zugstange
über
weitere Kraftübertragungsmittel mittelbar mit einer oder beiden Seiten des Messerbalkens
zu verbinden. Sinngemäß ist die Erfindung auch anwendbar, wenn das Messer nicht
durch eine Zugstange herabgezogen, sondern durch eine Druckstange auf den Stapel
herabgedrückt wird; dabei ergibt sich eine Hubbewegung des Messer, wenn der mit
der Druckstange verbundene Hebelarm des zweiarmigen Hebels die Strecklage mit der
Druckstange pas-siert hat.