DE1436889B2 - Rotationsstanzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationsstanzvorrichtung zum Einstanzen von Löchern oder Ausstanzen ; von Bandausschnitten an einem flachen, beispielsweise kartonartigen Aufzeichnungsträger mit sich gegenläufig drehenden Förderwalzen zum Transport des Aufzeichnungsträgers, wobei in der einen Walze die Lochstempelpatrize und in der anderen Walze die Lochstempelmatrize angeordnet sind, die beim Abrollen ineinandergreifen und dabei den Aufzeichnungsträger durchdringen. ίο

Bei derartigen Vorrichtungen ergeben sich häufig Schwierigkeiten durch den sogenannten Zehen- und Ferseneffekt. Da sich nämlich die Matrizen und die Patrizen jeweils für sich auf kreisförmigen Bahnen bewegen, erfolgt die Relativbewegung zwischen Matrize und Patrize beim Eintauchen der Patrize in die Matrize nicht ausschließlich in deren Längsrichtung, sondern es sind auch Bewegungskomponenten in Querrichtung vorhanden. Dadurch können sich, wenn Matrize und Patrize praktisch ohne Spielraum aneinander angepaßt sind, störende Überschneidungen von Matrize und Patrize bei ihrer Bewegung ergeben, die eine Materialermüdung und Materialabnutzung zur Folge haben können. Wenn andererseits zur Vermeidung dieser Effekte ein größerer seitlicher Spielraum zwischen Matrize und Patrize vorgesehen wird, besteht die Gefahr, daß sich beim Stanzvorgang unsaubere Kanten des gestanzten Loches ergeben.

Bei bekannten Stanzvorrichtungen hat man zur Herabsetzung einer schädlichen Beeinflussung zwischen Matrize und Patrize eine Hinterschneidung der Patrize in der Weise vorgesehen, daß vom Patrizenkopf ausgehend sich die Patrize in Richtung auf die Walzenachse verjüngt, so daß eine Art Hals entsteht. Mit diesen bekannten Vorrichtungen ist es jedoch nicht möglich, gleichzeitig sowohl den Zehen- und Ferseneffekt zu vermeiden als auch zur Erzielung von sauberen Stanzlochrändern die Stanzkanten von Matrize und Patrize praktisch ohne wesentlichen Spielraum beim Stanzvorgang aneinander vorbeizuführen. Bei den bekannten Vorrichtungen wird daher eines der beiden komplementären Stanzwerkzeuge in der Regel aus weichem Material gefertigt, damit die gegenseitige störende Beeinflussung der Stanzwerkzeuge durch Ausweichen und durch Verformung des Materials in etwa ausgeglichen werden kann.

Für bekannte Stanzvorrichtungen, bei denen statt einer Hinterschneidung der Patrize eine Hinterschneidung der Matrize vorgesehen ist, gilt im Prinzip das gleiche, daß nämlich die gleichzeitige Erzielung sowohl eines sauberen Stanzvorganges als auch eine Vermeidung des Zehen- und Ferseneffektes bei diesen Vorrichtungen nicht möglich ist, wenn nicht eines der Stanzwerkzeuge während des Ineinandergreifens von Matrize und Patrize ausweichen kann, also z. B. aus weichem Material gefertigt ist.

Auf dem Gebiet der Schneidvorrichtungen zum Auseinanderschneiden von Metallstreifen oder anderem streifenförmigem Material ist es bekannt, die Schneidklingen auf einander gegenüberstehenden, sich gegenläufig drehenden Förderwalzen anzubringen, zwischen denen sich das zu zerschneidende Material befindet, und dabei die Schneidklingen zur Erzielung eines sauberen Schnittes winkelmäßig versetzt zur Radialrichtung in der Weise anzubringen, daß sich die Klingen eines Klingenpaares beim Schneidvorgang nicht gegenseitig störend beeinflussen. .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationsstanzvorrichtung so auszubilden, daß gleichzeitig sowohl der Zehen- und Ferseneffekt vermieden wird als auch zwecks Erzielung eines einwandfreien Schnittes beim Stanzen während des Stanzvorganges im wesentlichen kein Spielraum zwischen den zusammenwirkenden Schneidkanten der Stanzwerkzeuge besteht. Dabei sollen sowohl Matrize als auch Patrize aus hartem Material gefertigt werden können, ohne daß ein häufigeres Auswechseln von Matrize und Patrize infolge Abnutzung notwendig ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Rotationsstanzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in einem in bezug auf die Walzenachse radialen Querschnitt die vorderen und die hinteren Schneidseiten der Patrize in bezug auf ihre gemeinsame Mittellinie und in bezug auf die Walzenachse nach außen um einen bestimmten Winkel auseinanderlaufen und die vorderen und die hinteren Schneidkanten der Matrize in bezug auf ihre gemeinsame Mittellinie und in bezug auf die Walzenachse nach außen um den gleichen Winkel zusammenlaufen.

Durch die erfindungsgemäße Hinterschneidung sowohl der Matrize als auch der Patrize in einem in bezug auf die Walzenachse radialen Querschnitt wird der Zehen- und Ferseneffekt vollständig ausgeschaltet, wobei trotzdem die Stirnfläche der Patrize fast gleich der Stirnausnehmung der Matrize sein kann. Durch die Hinterschneidung der Patrize wird dabei das Angreifen der Schneidkanten der Matrize an den äußeren Schneidseiten der Patrize vermieden, während durch die Hinterschneidung der Matrize ein Angreifen der Schneidkanten der Patrize an den inneren Schneidseiten der Matrize vermieden wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Patrize und die Matrize aus komplementär zueinander passenden Zylinderhalbteilen bestehen und die einander berührenden Flächen der Zylinderhalbteile dem Auseinander- bzw. Zusammenlaufwinkel entsprechend zur Zylinderachse schräg verlaufen. Bei dieser Ausführungsform ist also eine eigentliche Hinterschneidung der Stanzwerkzeuge nicht erforderlich; vielmehr wird der schräge Verlauf der Schneidseiten zur Radialrichtung durch den schrägen Verlauf der Berührungsflächen der Zylinderhalbteile erreicht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine verkleinerte Schnittansicht im Aufriß eines besonderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Rotationsstanzvorrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilquerschnittansicht, bezogen auf die Schnittlinie 2-2 von Fig. 1, in der die Anordnung und gegenseitige Lage der Stanz- und Matrizenteile in den Rollen gezeigt ist,

F i g. 3 eine vergrößerte, teilweise geschnittene und teilweise im Aufriß dargestellte Ansicht der Stanz- und Matrizenrolle mit den im Eingriff befindlichen Teilen von Stanze und Matrize,

F i g. 4 eine vergrößerte, teilweise aufgeschnittene Stirnansicht der Stanz- und Matrizenrolle in einer Stellung, bei der die Stanz- und Matrizenelemente sich im Eingriff befinden,

• Fig. 5a eine vergrößerte Draufsicht auf einen Stanzkopf des Ausführungsbeispiels ·' nach F i g. 1 und 2,

Fig. 5b eine hintere Ansicht des Stanzkopfes von Fig.5a,

Fig. 5c eine seitliche Ansicht des Stanzkopfes von F i g. 5 a,

Fig. 6a eine vergrößerte Draufsicht des zum Stanzkopf von F i g. 5 a passenden Matrizenkopfes,

Fig. 6b eine hintere Ansicht des Matrizenkopfes von F i g. 6 a,

Fig. 6c eine seitliche Ansicht des Matrizenkopfes von F i g. 6 a,

Fig. 7a und 7b eine Teilfrontansicht bzw. eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf eine Rotationsstanze zur Herstellung rechteckförmiger Löcher beispielsweise in einer Lochkarte,

Fig. 8a und 8b eine Teilfrontansicht bzw. eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf eine Rotationsstanze zur Herstellung runder Löcher,

Fig. 9 ein schematisches Diagramm, das die Beziehungen aufzeigt zwischen den miteinander in Eingriff kommenden -Vorderkanten von Stanze und Matrize, wobei in diesem Diagramm entsprechende Markierungen eingezeichnet sind, die für die Bestimmung des Winkels α von Bedeutung sind,

F i g. 10 ein vergrößerter Ausschnitt aus dem Diagramm von Fig. 9, wobei insbesondere derjenige Teil des Diagramms herausgezeichnet ist, wo das Überschneiden der Vorderkanten von Stanze und Matrize dargestellt ist, und

Fig. 11 ein Kurvendiagramm, das die relative Lage von Stanze und Matrize zueinander angibt in Abhängigkeit von der Rotationsstellung während des Durchlaufens des Eingriffsbereiches vom Zeitpunkt der ersten Berührung über die Mittellage bis zum Zeitpunkt der Separation.

Tn der folgenden Beschreibung wird zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen. Es ist ein Paar von Transportrollen 10 und 12 vorhanden, die zum Vorschub einer Bahn von Aufzeichnungsträgermaterial für Lochkarten dienen. Die Rollen sind in einem vorbestimmten Abstand voneinander in Kugellagern 14 gelagert, wobei sich diese Kugellager auf verlängerten Achsstücken 16, 18 bzw. 20, 22 von vermindertem Durchmesser im Vergleich zu den Rollen befinden. Die auf den Achsstücken 16 und 20 befindlichen Kugellager 14 sind in einer offenen Halterung befestigt, die aus einem im wesentlichen L-förmigeh Teil besteht, der sich aus einer Halterungsplatte 24 und einem Paar paralleler Verbindungsstücke 26, 28 zusammensetzt. In der Mitte weisen diese Verbindungsstücke 26, 28 einen bestimmten Abstand voneinander auf, um den Durchschub der Lochkartenmaterialbahn zu gestatten. Die auf den Rollenfortsätzen 18 und 22 auf der anderen Seite der Rollen befindlichen Kugellager 14 sind in einem geschlossenen Gehäuseteil 30 untergebracht, der an die äußeren Enden der Verbindungsstücke 26 und 28 mit Hilfe von nicht gezeigten Schrauben befestigt ist. Das Gehäuse 30 umschließt auch ein Präzisionszahnrad 32, das mittels eines Klemmechanismus 33 an dem Achsfortsatz 18 der Stanzrolle befestigt ist, sowie ein in das Zahnrad 32 eingreifendes Präzisionszahnrad 34, das an den Achsfortsatz 22 der Matrizenrolle befestigt ist. Das Zahnrad 32 besteht aus einem einzigen Stück, während das damit im Eingriff stehende Zahnrad 34 eine in Teile gespaltene Konstruktion darstellt; der eine Teil 34a dieses Zahnrades ist mit einer aus einem Stück bestehenden Fortsatznabe 38 versehen, die sich entlang des Rollenfortsatzes 22 nach links erstreckt und auf der in rotierbarer Weise der verstellbare Teil 346 aufsitzt; die beiden Teile 34 a und 346 sind mit Hilfe einer exzentrisch angeordneten Justierschraube 40 miteinander verschraubt, können jedoch durch Lösen der Schraube leicht gegeneinander versetzt werden mit der Absicht, ein allenfalls vorhandenes Spiel im Getriebe der Zahnräder 32, 34 zu beseitigen. Das Gehäuse 30 trägt eine Abdeckhaube 42, welche die Zahnräder des Getriebes völlig umschließt. Die Achse 16 der Stanzrolle ist auf der rechten Seite mit einem Schlitz 44 versehen, der den Anschluß einer geeigneten Antriebsachse ermöglichen soll. Die Platte 24 kann schließlich noch mit Befestigungslöchern (nicht dargestellt) versehen sein, die der Aufnahme von Befestigungsschrauben dienen, um gegebenenfalls die gesamte Rotationsstanzvorrichtung an den Gehäuserahmen einer Lochkarten-Herstellungsmaschine anschrauben zu können, so daß eine' vollkommen automatische Fertigung von Lochkarten möglich ist.

Die Stanzrolle 10 umfaßt ein Stanzelement mit einem Paar im wesentlichen zylindrischer Stanzköpfe 46. An jedem Ende der Rolle 10 ist ein solches Paar von zylindrischen Stanzköpfen vorgesehen. Als Gegenstück zu den Stanzelementen sind in der Matrizenrolle 12 entsprechend zueinander passende Matrizenelemente vorgesehen, die je ein Paar von Matrizenköpfen 48 umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Schnittkanten von Stanze und Matrize so ausgebildet, daß von der Randkante der zwischen den Rollen hindurchgeführten Aufzeichnungsträgerbahn V-förmige, in der Form eines Kreisbogens abgerundete Stücke ausgestanzt werden, und zwar überall dort, wo in einer anschließenden Schneideoperation die Aufzeichnungsträgerbahn quer durchschnitten wird, so daß dann die einzelnen Lochkarten entstehen. Die ins Innere der Aufzeichnungsträgerbahn gerichteten Spitzen der V-förmigen Randaussparungen definieren die Trennlinie zwischen den einzelnen Lochkarten. Beim Durchschneiden des Aufzeichnungsträgers entlang der solcherart definierten Schnittlinie entstehen Lochkarten mit allseitig abgerundeten Ecken. Unmittelbar neben den Matrizenköpfen 48 sind in Richtung auf die Außenkanten der Rolle etwa dreiecksförmige Durchtrittsöffnungen 50 vorgesehen, die der Beseitigung der aus dem Aufzeichnungsträger ausgestanzten Abschnitte dienen. Diese Durchtrittsöffnungen stehen mit einem im Inneren der Achse 20 befindlichen Hohlraum 52 in Verbindung; man kann darin eine geeignete Vakuumquelle anschließen, wodurch die Beseitigung der Stanzabfälle bedeutend unterstützt wird. Der Anschluß einer solchen Vakuumquelle erfolgt durch eine geeignete Anschlußleitung, die in F i g. 1 jedoch nicht dargestellt ist. Die neben den Innenkanten der Matrizenköpfe 58 befindlichen Teile 53 der Rollenoberfläche wurden ebenfalls beseitigt, um den benötigten freien Raum zu schaffen zwischen der Matrizenrolle und den auf das Innere der Rolle gerichteten Teilen der Stanzköpfe 46, wenn Stanze und Matrize zusammenarbeiten.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die Stanz-

O mit einem genau geschliffenen und zentriert angebrachten, sich axial über dip: ganze Länge erstreckenden Schlitz54 ausgestattet,ist; in den in der Mitte der Rolle zwischen den Enden ein FüUblock 56 eingesetzt ist, der in Richtung auf.die Rollenenden :_;5 noch Platz frei läßt für das Einsetzen von Stanzen-JOsitionierungsblöcken 58, die in den offenen Endteilen des Schlitzes 54 mit Hilfe einer Gleitnase 60 verschiebbar eingesetzt sind. Der vorspringende und als Gleitnase wirkende Teil 60 gleitet in entsprechen-.den Nuten 62, die ,sich in den oberen und unteren Seitenwänden des Schlitzes 54 befinden. Die Positionierungsblöcke 58 sind mit nebeneinanderliegenden zylindrischen Ausbohrungen 64 und 65 versehen, welche die Stanzköpfe 46 aufnehmen; die Bohrungen sind in bezug auf einen gemeinsamen zentralen Rollenradius um einen Winkel α entweder auf ihn zu oder !von ihm weg geneigt; die Bestimmung dieses Winkels α: wird später erläutert.,Schrauben 67 greifen durch·, zentral gelegene Öffnungen in den Stanz- ao köpfen 46 hindurch und sind zur Befestigung der Köpfe in der Rolle festgeschraubt Die Köpfe 46 sitzen auf Unterstützungsblöcken 70, die im Boden des Schlitzes 54 angeordnet sind. Die nach außen gerichteten: Oberflächen ■ des Unterstützungsblocks 70 weisen gegensinnig geneigte Oberflächenteile auf, die in .-bezug auf. die nach innen gerichtete Oberfläche um den gleichen Winkel« geneigt sind, um eine flache Unterstützungsfläch.e für die Unterseite der Stanzköpfe 46 zu bilden^ In den Stanzköpfen 46 angebrachten Nuten 47 und in den Positionierungsblökken 58 angebrachte Zylinderzapfen 59 sichern die Stanzköpfe gegen Verdrehung.

..Die im wesentlichen auch zylindrisch ausgeführten Mätrizenköpfe 48 passen unmittelbar in die mit Präzision gebohrten Öffnungen 78 und 80 hinein, die auf gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen zentralen Matrizenrollenradhis. angeordnet und um den obengenannten Winkel α auf den Radius zu geneigt sind, bezogen auf eine vom Mittelpunkt der Rolle wegweisenden Richtung. Die Matrizenköpfe 48 sind mit der Rolle mit Hilfe von Schrauben 82 befestigt und sind ebenfalls gegen Verdrehung gesichert, beispielsweise mit Hilfe der Nut 84, in die ein Zylinderzäpfen 85 oder eine andere vorspringende Nase, die in geeigneter Weise in der Rolle 12 befestigt ist, eingreift.

·.: Aus der Betrachtung der F i g. 5 a bis 5 c ist zu erkennen, daß die Stanzköpfe 46 aus einem im wesentlichen zylindrischen Kopfkörper aus hartem Material bestehen mit einer zentrisch gelegenen Öffnung 88 zur Aufnahme der Schraube 67 mit einem ausreichenden Spielraum, um eine Justierung der Köpfe in axialer Richtung zu ermöglichen. Die Köpfe 46 weisen einen abgeflachten Teil 90 auf, der in bezug auf die zentrale Achse um den bereits genannten Winkel α geneigt ist, um zwischen einem Kopfpaar glatt anliegende Flächen zu schaffen. Wie bereits erwähnt, ist eine Nut 47 vorgesehen, die eine Verdrehung des Stanzkopfes im Positionierungsblock verhindert. Das obere oder äußere Ende des Kopfes fällt auf eine Seite hin ab. Dadurch entsteht eine nach aufwärts gekrümmte Oberfläche 94, die etwa den halben Umfang des Kopfes einnimmt. In der anderen Oberflächenhälfte des Kopfes befinden sich einander gegenüberliegend kreisförmig gekrümmte, periphere Lippenteile 96 und 97, deren äußere Begrenzung gekrümmt ist und im wesentlichen parallel zur Rollenoberfläche verläuft, wobei der Radius > der äußeren Begrenzung der. .Lippenteile _;etwas größer ist als der Rollenradius. Wenn ein Kopfpaar zusammengelegt wird, wie es aus Fig. 1 zu ersehen ist, so ragen die Lippenteile 96 und 97 der benachbarten Köpfe über die Rollenoberfläche hinaus und definieren im wesentlichen kreisförmig abgerundete, V-förmige Stanzkanten. Der Stanzkopf 46 ist im Inneren kegelförmig vertieft, so daß er eine innere Schnittfläche 96 α aufweist, die von der inneren Kante der Lippe 96 gebildet wird; dazu gibt es auf der Innenseite der Lippe 97 eine korrespondierende Schneidfläche 97<z. Die Schneidflächen 96 α und 97 a arbeiten mit den dazu passenden Matrizenköpfen 48 zusammen.

Aus den Fig. 6a bis 6c ist zu erkennen, daß der Matrizenkopf 48 ebenfalls aus einem im wesentlichen zylindrischen Kopfkörper aus hartem Material besteht, dessen Endflächen entlang des Umfanges in einem Bereich.von etwa 270° abfallen, so daß ein sich im wesentlichen über einen Quadranten der Peripherie erstreckender Stanzlippenteil 100 entsteht, der mit einer der Oberflächenkanten 96 a oder 97 a des Stanzkopfes zusammenpaßt. Der Kopf 48 ist an der mit dem Bezugszeichen 102 bezeichneten Stelle mit einer Vertiefung ausgestattet, die der Aufnahme des Kopfes der Schraube 82 dient, wobei diese durch eine Öffnung 104 hindurchgesteckt wird, so daß der Kopf in der Rolle durch Verschraubung befestigt werden kann.

Der hier beschriebene Entwurf der Rotationsstanzvorrichtung ermöglicht eine präzise Befestigung von Stanze und Matrize und die Einhaltung ihrer gegenseitigen Lage innerhalb des Gesamtbereichs normaler Betriebstemperaturen. Mit Bezug auf Fig. 1 kann man erkennen, daß die Matrizenköpfe 48 in bezug auf die Wellenanordnung der Rolle 12 und auch in bezug auf die Wellenfortsätze 20 und 22 eine feste Lage einnehmen und daß diese Wellenanordnung in bezug auf das Gehäuse ebenfalls in unverrückbarer Lage angeordnet ist mit Hilfe doppelreihiger, vorgespannter Kugellager 14, Federringe 105 und Schrauben 107. Die Matrizenwellenanordnung und das Gehäuse sind aus hochwertigem Nickelstahl hergestellt, der etwa 36 % Nickel enthält. Dieser Stahl hat einen linearen thermischen Expansionskoeffizienten von 0,8 ■ 10~⁶, was etwa ein Achtel des Wertes von normalem Stahl beträgt. Die Verbindung der Anwendung von hochwertigem Nickelstahl und vorbelasteter Kugellager, die kein Spiel aufweisen, stellt sicher, daß die Matrize im gesamten Betriebsbereich der Vorrichtung immer die gleiche Lage einnehmen wird. Der normale Operationsbereich hinsichtlich der Temperatur erstreckt sich von etwa 20° C bis etwa 65° C. Auf ähnliche Weise sind auch die Wellenanordnung der Stanzrolle 10 und deren Wellenfortsätze 16 und 18 fest und unverrückbar mit dem Gehäuse verbunden. Da jedoch die Stanzköpfe 46 in dem gleitend verstellbaren Positionierungsblock 58 untergebracht sind, so sind sie entlang der Achse der Rolle 10 justierbar. Dieses Merkmal der Justierbarkeit der Stanzköpfe ermöglicht eine Kompensation von Ungenauigkeiten, die beim Zusammenbau entstanden sein können.

Sowohl die Stanzrolle 10 als auch die Matrizenrolle 12 sind mit genau eingeschliffenen Löchern 10 a und 12 a versehen, die man für die Ausrichtung der Anordnung benötigt. Beim erstmaligen Einjustieren der Vorrichtung werden die Stanzen 46 gegen die

seitlichen Enden der Rolle zurückgezogen, so daß sie mit den Matrizen nicht in Berührung kommen; außerdem wird die Klammer 33 des Übersetzungsgetriebes 32 gelöst. Die Rollen können dann relativ zueinander verstellt werden und werden in eine genaue Position gebracht, wie man es aus den F i g. 3 und 4 ersehen kann, mit Hilfe einer blockförmigen Justierlehre 110 mit genau positionierten, vorspringenden Zapfen 111 und 112, die in die Löcher 10 a und 12 a der Rollen eingepaßt werden, so daß auf diese Weise die beiden Rollen 10 und 12 zueinander in eine genaue Winkellage gebracht werden. Die Klammer 33 wird dann festgezogen, nachdem die exzentrische Justierschraube 40 des in zwei Teile gespaltenen Zahnrades 34, 38 so festgestellt worden ist, daß für die sich ergebende Lage kein Spiel zwischen den Zahnrädern besteht. Die Justierung der Stanzen wird vorgenommen, wenn die Rollen die in F i g. 1 gezeigte Lage einnehmen. Die Stanzen-Positionierungsblöcke 58 werden in axialer Richtung einjustiert durch Lösen der Schrauben 67 und Verschieben der gleitend angebrachten Positionierungsblöcke nach dem Mittelpunkt der Welle hin. Um die Vorrichtung auf das Stanzen hin zu überprüfen, wird ein Stück eines Gewebes oder Papiers, etwa in der Dicke von 0,025 mm, in dem Stanzbereich der Rollen durch diese hindurchgeführt, wobei die Rollen mit der Hand gedreht werden.

Wenn das Gewebestück nicht gestanzt oder zerschnitten ist, so wird die Justierung wiederholt, d. h., die Schrauben 67 werden gelöst und die Blöcke 58 etwa 0,025 mm näher an die Matrizen herangebracht unter Verwendung einer Einstellehre und anschließendem Festziehen der genannten Schrauben. Diese Justierung wird so lange wiederholt, bis das Gewebestück tatsächlich gestanzt oder zerschnitten wird.

Im tatsächlichen Betrieb wird eine Kartenbahn 11 mit einer Dicke von 0,175 mm durch die Rotationsstanzvorrichtung hindurchgeführt. Wie bereits früher kurz erwähnt, erfolgt der Antrieb der Vorrichtung über den geschlitzten Wellenfortsatz 16. Sobald sich die Rollen drehen, überlappen sich Stanzen und Matrizen am Rande der Kartenbahn und stanzen bei jeder Umdrehung an der Bahnkante viertelkreisförmige Abschnitte aus in der Form eines V mit kreisförmig gebogenen Seitenlinien. Abschnitte der genannten V-Form werden an beiden Rändern der Kartenbahn ausgestanzt. Die herausgestanzten Abschnitte werden unter der Einwirkung eines Vakuums durch die neben den Matrizen befindlichen öffnungen 50 ins Innere der Walze abgesaugt, von wo sie durch die Hohlachse 52 der Matrizenrolle und durch eine daran angeschlossene Vakuumleitung nach außen befördert und in einem passenden Behälter gesammelt werden.

Die hier beschriebene Rotationsstanzvorrichtung arbeitet mit fixierten Mittelpunkten für den Transport des Aufzeichnungsträgers. Üblicherweise werden Aufzeichnungsträger-Transportvorrichtungen derart entworfen, daß der Abstand der Mittelpunkte der Transportrollen verändert und einjustiert werden kann. Dies war notwendig wegen der in solchen Systemen sich ergebenden Ungenauigkeiten und namentlich auch infolge der auftretenden thermischen Expansionsprobleme. Wenn diese Vorrichtungen längere Zeit in Betrieb sind, so vergrößert die entstehende Wärme den Durchmesser der Stahlrollen meist in einem größeren Ausmaß, als sich das Gehäuse ausdehnt. Diese Erscheinung führt dazu, daß die größeren Rollendurchmesser den auf den hindurchgeführten Aufzeichnungsträger ausgeübten Preßdruck vergrößern, was dazu führt, daß die Vorrichtung größere

ίο Längen des Aufzeichnungsträgers transportiert. In der hier beschriebenen Vorrichtung werden jedoch die Durchmesser der Transportwalzen und der Abstand ihrer Mittelpunkte in sehr engen Toleranzen gehalten. Außerdem ist der Mittelpunktsabstand so eingestellt, daß zwischen den Rollen ein Spalt von 0,125 mm besteht. Diese Dimensionierung und die genaue Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen bewirkt, daß je Umdrehung ■ eine Kartenlänge von 18,7325 cm transportiert wird, wobei diese Transportlänge pro Umdrehung viel beständiger und genauer eingehalten wird, als es bei den bisher bekannten Vorrichtungen mit konventionellen Stahlrahmen und Transportwalzen der Fall war.

Mittelpunktsabstand der Transportwalzen haben sich in der Praxis nicht bewährt, weil mit ihnen nicht die erforderlichen Genauigkeiten bei der Herstellung von Lochkarten erzielbar' waren. Eine Rotationsstanz- und -transportvorrichtung gemäß der Erfindung, so wie hier beschrieben, ist tatsächlich bei der Herstellung von Lochkarten mit abgerundeten Ecken eingesetzt worden, wobei weit über 12 Millionen Lochkarten produziert worden sind ohne nennenswerte Abnutzung von Stanze-pnd Matrize.

Bei der hier beschriebenen Rotationsstanzvorrichtung wird der eingangs bereits erwähnte Zehen- und Ferseneffekt dadurch beseitigt, daß in der Ebene, wo dieser Effekt auftritt, die Stanzen und Matrizen um gleich große, aber verschieden ausgerichtete kleine Winkel versetzt werden. Der tatsächlich angewendete Neigungswinkel für die Werkzeuge bestimmt sich aus dem allgemeinen Fall der gegenseitigen störenden Beeinflussung (Interferieren) und dem Spielraum (lichtes Spiel) zwischen den Schneidkanten von Stanze und Matrize. Die in den F i g. 9 und 10 dargestellten schematischen Diagramme repräsentieren diesen allgemeinen Fall, und die nachfolgenden Gleichungen zur Bestimmung des Neigungswinkels werden hieraus abgeleitet. Wie weiter vorn in der Beschreibung bereits erwähnt wurde und wie insbesondere aus Fig. 11 zu ersehen ist, nimmt die störende gegenseitige Beeinflussung zwischen Stanze und Matrize von 0, dem ursprünglichen Berührungspunkt, bis zu einem Maximalwert zu, woraufhin sie wieder bis auf den Wert 0 abnimmt, wenn die Mittellage des Eingriffsbereiches erreicht ist. Während die Matrize mit der Seitenfläche der Stanze interferiert, besteht ein gewisser lichter Spielraum zwischen der Spitze der Stanze und der Seitenfläche der Matrize. Zweck der nachfolgenden Gleichungen ist die genaue Bestimmung des Winkels, unter welchem die Stanze geneigt sein müßte, um den genannten Seitenflächenkontakt mit der Matrize gerade noch zu beseitigen beim maximalen Interferieren zwischen Matrizenspitze und Stanzenseitenfläche.

In den nachfolgenden Gleichungen kommen folgende Ausdrücke vor:

E₀ Überlappen oder Ineinandergreifen der Stanzeinrichtung,

009 583/4

9 10

C Mittelpunktsabstand der Transportrollen,

r_p Radius des runden Stanzwerkzeugs,

r_d Radius des runden Matrizenwerkzeugs,

Rp Radius vom Stanzrollenmittelpunkt zur äußeren Stanzenkante,
R_d Radius vom Matrizenrollenmittelpunkt zur äußeren Matrizenkante.

X₁ = C--^ ?!_ _ J₁ = C --ü 1 «,Cos.e+;

Sin. 0 Sin. &_d Sin. 0 Sin. &_d Tan. 0

y₂ = X₂ Tan. Q_d ;

y. = C Tan. 0_d - ^Γρ Tan. Θ_ά - —^— -R_p Cos. 0 Tan. Θ, + r_p ^C°^S' ® Tan. 0_tf.
² Sin. 0 Cos. 0_d Tan. 0

Das lichte Spiel zwischen der Spitze der Stanze und der seitlichen Schneidfläche der Matrize beträgt

A ABST = R_nSm. Θ -^^-^--CTan. &_d+—^Tan.
T 0 Si 0

CTan &_d+Θ_ά +
Tan. 0 Sin. 0 Cos. B_d

+ R_p Cos. 0 Tan. Θ_ά - r_p ^^Tan. Θ_α ;

Tan. 0

Δ ABST = R„ (Sin. 0 + Cos. 0 Tan. 0_d) - CTan. &_d + r_v (Cos. 0 + ^Tan" ®^d - Cos. _e ^Tm-^eA ₊ ^p \ Sin. Θ Tan. Θ J

Cos. θ,.

Im Falle r_p — r_d = 0 — diese Bedingung gilt für rungsbeispiel nach F i g. 1 wurde für das maximale die Spitze der Stanze, wo sich die beiden Quadran- Interferieren ein Winkel von 2° und 30' ermittelt. Es ten-Lippenteile schneiden — gelten die folgenden Be- ist klar, daß unter den jeweils herrschenden Umziehungen: ständen die Größe der Parameter, wie beispielsweise

A ABST = *, (Sin. θ + Co, β Tan. «J - C Tan. e_t; " ^^SISt^^^^SS^i

Wobei C = R_p — E₀ + R_d; Grundregeln zur Ermittlung des entsprechenden Nei-

AABST = R_n (Sin. 0 + Cos. 0 Tan. Θ_ά) gungswinkels für die Werkzeuge bleiben davon jedoch

" ^v unberührt.

— (R„ -E₀ + R_d)Tan. Q_d. ₄₅ i_m hj_er vorliegenden Falle soll die erfindungsge-

' . . , , . . ,,., mäße Rotationsstanzvorrichtung zum Herausstanzen

^ für em symmetrisches Interferieren und lichtes ^^ _{sich schneiden}der Viertelbogenkreise verwen-

Spiel sind ^_{6ί wer(}jen, wobei an beiden Rändern der Aufzeich-

R_p = R_d und 0 = Qi; ■ nungsträgerbahn entsprechende Abschnitte heraus-

so gestanzt werden sollen, wobei die nach innen zeigen-

dann gilt ^_6n Spitzen der ausgestanzten Abschnitte die Trenn-

AABST = 2R_P Sin. 0 — (2 R_n — E₀) Tan. 0. linie zwischen benachbarten Lochkarten markieren.

. Diese Aufgabe wird gelöst durch Verwendung von

^{s lst a so} zwei Stanzen und zwei Matrizen, die jeweils an den

AABST = 2Rp (Sin. 0 — Tan. 0) + E₀ Tan. 0. 55 Enden der Walzen angebracht sind. In diesem Falle

überlappen die Stanzen die Matrizen auf ihren äuße-

Auf Grund einer ähnlichen Ableitung läßt sich für _ren Flächen. Die Stanzen sind auf einer Seite mit

das Interferieren ermitteln einer Abflachung 90 (vgl. Fig. 5a) versehen, an die

A = BER = 2 Rp (Sin. 0 — Tan. 0) + E₀ Tan. 0. sich ^eme entsprechende Abflachung der benachbar-

6° ten Stanze anlegt Diese Abfiachungen sind Unter

Entweder durch mathematische Ableitung oder einem Neigungswinkel von 2° 30'. in -den Stanzkopf

jdurch Aufzeichnen des Interferierehs der Spitze in eingeschliffen. Wenn also diese Stanzköpfe in die

Abhängigkeit vom Drehwirikel 0 wird man feststel- Rollen in der gezeigten Weise eingesetzt werden; so

len, wie auch aus Fig. 11 hervorgeht, daß ein maxi- haben die Achsen der Stanzwerkzeuge in Bezug auf-

males Interferieren bei etwa einem Drittel des Weges 6₅ einander insgesamt einen Winkel von 5°, wobei die

zwischen dem Erstberührungspunkt und der relativen genannten Achsen nach außen hin auseinanderlaufen.

Mittellage, d. h., wenn Stanze und Matrize völlig im In ähnlicher Weise sind auch in die Matrizenköpfe

Eingriff sind, auftritt. Beispielsweise in dem Ausfüh- ; solche Abflachungen eingeschliffen, jedoch sind diese

bei den Matrizen so angebracht, daß die Abflachung eine umgekehrte Neigung um den gleichen Winkel 2°30'-aufweist, d.h., nach Einsetzen der Matrizenköpfe in die Matrizenrolle schließen die Matrizenachsen miteinander einen Winkel von 5° ein, wobei 5 die Achsen nach außen hin gesehen aufeinander zu laufen. Wenn die Stanzen und die Matrizen in der hier geschilderten Weise geneigt werden, so kommt es zu keinem Interferieren zwischen Stanze und Matrize während des Durchlaufens des Eingriffsbereiches vom Punkt der Erstberührung über die relative Mittellage zum Punkt der Letztberührung. Unter Eingriffsbereich wird dabei derjenige Winkelbereich verstanden, den die Stanzenrolle und die Matrizenrolle miteinander einnehmen vom Punkt der Erstberührung von Matrize und Stanze bis zum Punkt der Letztberührung (vgl. Fig. 11). Die Neigung von Stanzen und Matrizen um gegensinnige Winkel von 2° 30' bei der Planung der Stanzen- und Matrizenanordnung bringt den sehr wünschenswerten Vorteil mit sich, daß der Eingriffsbereich ohne ein Interferieren zwischen Stanze und Matrize durchlaufen werden kann, d. h., es gibt keine gegenseitige störende Beeinflussung mehr, und es gibt in diesem Bereich auch kein lichtes Spiel mehr zwischen Stanze und Matrize. Durch Justieren kann man auch erreichen, daß im Eingriffsbereich überhaupt eine Berührung zwischen Stanze und Matrize unterbunden wird. Dies wird dadurch erzielt, daß man die Schneidkanten der Stanzen sehr nahe (0,025 mm oder weniger) an die Schnittflächen der Matrizen heranbringt, aber gerade noch so, daß sie sich nicht berühren. Der Hauptvorteil einer derartigen berührungsfreien Geometrie zwischen diesen Werkzeugen besteht darin, daß man jetzt Stanzen und Matrizen aus hartem Material benutzen kann. Dies ist ein ganz entscheidender Vorteil, den man früher nicht zur Verfügung hatte wegen des bestehenden Zehen- und Ferseneffektes, der es nicht zuließ, daß beide ineinandergreifenden Teile aus dem gleichen harten Material bestehen. Der Zehen- und Ferseneffekt, wenn er auf harte Paßteile einwirkt, würde sehr schnell, wenn nicht sogar sofort, die Schneidkanten zerstören, so daß sich nur eine sehr kurze Lebensdauer ergäbe. Hierin liegt der Grund dafür, daß die konventionellen Rotationsstanzvorrichtungen aus weichen Stanzen und harten Matrizen bestehen.

Mit Bezug auf die Fig. 7a und 7b wird ein Ausführungsbeispiel einer Rotationsstanzvorrichtung zum Einstanzen von rechteckförmigen Löchern beschrieben. Die Konturen der Stanzwerkzeuge sind dementsprechend rechteckförmig. In einer Stanzrolle 10' ist der Stanzkopf 46' eingesetzt; entsprechend ist in die Matrizenrolle 12' ein zur Stanze passender Matrizenkopf 48' eingesetzt. Die vorderen und hinteren Schneidflächen des Stanzkopfes sind um einen Winkel α gegenüber ihrem mittleren Radius geneigt, wobei die Geraden des Neigungswinkels nach außen hin auseinanderlaufen. Auch bei der Matrize sind die vorderen und hinteren Schneidflächen relativ zueinander geneigt und zwar symmetrisch um den gleichen Betrag in bezug auf ihren gemeinsamen Rollenradius, wobei jedoch die Geraden nach außen hin gesehen aufeinander zu laufen. Gemäß der Erfindung sind die genannten Neigungswinkel bei Stanze und Matrize von gleichem Betrag, jedoch in ihrer Richtung entgegengerichtet. Der Matrizenkopf 48' ist in diesem Ausführungsbeispiel als gespaltener Kopf gezeichnet, um eine bessere Bearbeitung der geneigten inneren Schneidflächen zu ermöglichen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rotationsstanzvorrichtung zum Einstanzen kreisrunder Löcher in einen Aufzeichnungsträger ist in den F i g. 8 a und 8 b gezeigt. Es sind ebenfalls wieder eine Stanzrolle 10" und eine Matrizenrolle 12" vorhanden, in welche die Stanz- und Matrizenwerkzeuge 46" bzw. 48" eingesetzt sind. Die Schneidflächen der Stanzen und Matrizen sind in Übereinstimmung mit der durchzuführenden Stanzoperation kreisförmig ausgebildet. Sowohl die Stanzköpfe als auch die Matrizenköpfe sind von gespaltener Konstruktion, um eine bessere Bearbeitung der Schneidflächen bei der Herstellung dieser Präzisionswerkzeuge zu ermöglichen. In Übereinstimmung mit der Erfindung sind die Schneidflächen von Stanze und Matrize um den vorerwähnten kleinen Winkel α abgeschrägt zum Zwecke der Beseitigung des störenden Zehen- und Ferseneffektes. Auch in diesem Falle laufen bei der Stanze die Neigungsgeraden der seitlichen Schneidflächen nach außen hin auseinander, während sie bei der Matrize nach außen hin aufeinander zu laufen. Der vorerwähnte volle Winkel α gilt für den Mittelpunktsquerschnitt des Stanzen- und Matrizenköpfes 46" bzw. 48" in einer Normalen zur Rollenachse. Man kann dies auch so zum Ausdruck bringen, daß man sagt, die Hinterschneidung bei Stanze und Matrize ist im vorerwähnten Querschnitt (vgl. Fig. 8b) am größten, nämlich α, während sie nach den Seiten des Werkzeuges hin kleiner wird (vgl. gestrichelte Linien in den Köpfen 46" und 48" in F i g. 8 a).

Die in Fig. 11 dargestellte Kurve zeigt die relative Lage von Stanze und Matrize zueinander in Abhängigkeit von der Rotationsstellung der Rollen während des Durchlaufens des Eingriffsbereiches vom Zeitpunkt der ersten Berührung über die Mittellage bis zum Zeitpunkt der Separation. Dabei ist eine Überlappung von 0,125 mm vorausgesetzt. Das in F i g. 11 dargestellte Kurvendiagramm ergab sich für eine Rotationsstanzvorrichtung mit folgenden charakteristischen Abmessungen:

C, Mittelpunktabstand der

Transportrollen 58,93 mm

R_d Radius vom Matrizenrollenmittel-

punkt zur äußeren Matrizenkante 29,74 mm

/?p, Radius vom Stanzrollenmittelpunkt zur äußeren Stanzenkante .. 29,87 mm

Abstand zwischen den Transportrollen 0,125 mm

Die äußeren Kanten der Stanze und der Matrize ragen etwa 0,125 mm über den Umfang der Rolle hinaus; die Dicke des durch die Rollen hindurchgeführten Aufzeichnungsträgermaterials, in das die Löcher oder Aussparungen eingestanzt werden, beträgt 0,175 mm. Für die hier genannten charakteristischen Abmessungen ergab sich ein Winkel Θ von 3,7° für den Erstberührungspunkt; maximales Interferieren liegt bei einem Winkel Θ von 2,1° vor. Aus diesen Angaben ist zu ersehen, daß die schematischen Diagramme der F i g. 9 und 10 nicht ganz maßstabsgerecht gezeichnet sind, sondern daß dort absichtlich etwas übertriebene Größenverhältnisse angewendet wurden, um tatsächlich identifizierbare Werte für die verschiedenen Größen augenscheinlich darstellen zu können.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rotationsstänzvorrichtung zum Einstanzen von Löchern oder Ausstanzen von Randausschnitten an einem flachen, beispielsweise kartonartigen Aufzeichnungsträger, mit sich gegenläufig drehenden Förderwalzen zum Transport des Aufzeichnungsträgers, wobei in der einen Walze die Lochstempelpatrize und in der anderen Walze die Lochstempelmatrize angeordnet sind, die beim Abrollen ineinandergreifen und dabei den Aufzeichnungsträger durchdringen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem in bezug auf die Walzenachse radialen Querschnitt die vorderen und die hinteren Schneidseiten der Patrize (46) in bezug auf ihre gemeinsame Mittellinie und in bezug auf die Walzenachse nach außen um einen bestimmten Winkel (α) auseinanderlaufen und die vorderen und die hinteren Schneidseiten der Matrize (48) in bezug auf ihre gemeinsame Mittellinie und in bezug auf die Walzenachse nach außen um den gleichen Winkel (α) zusammenlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auseinanderlaufwinkel bzw. der Zusammenlaufwinkel (α) etwa zwei Drittel des Winkels beträgt, der sich bei ungeneigten Patrizen- und Matrizenschneidseiten zwischen der Mittenstellung und der Stellung der Erstberührung von Patrize (46) und Matrize (48) ergibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Patrize (46) und die Matrize (48) aus komplementär zueinanderpassenden Zylinderhalbteilen bestehen und die einander berührenden Flächen (90) der Zylinderhalbteile dem Auseinander- bzw. Zusammenlaufwinkel (α) entsprechend zur Zylinderachse schräg verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten der Patrize (46) und der Matrize (48) um den gleichen Abstand über den Walzenumfang hervorstehen und der Abstand gleich dem Walzenspalt (10,12) gewählt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen