DE19529581C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Quertrennen einer laufenden, mindestens papierähnlichen, Warenbahn - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Quertrennen einer laufenden, mindestens papierähnlichen, Warenbahn

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Quertrennen von mindestens papierähnlichen Warenbahnen, insbesondere von Papierbahnen. Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden z. B. in Papiermaschinen angewandt, ferner in Maschinen, die der Papiermaschine nachgeschaltet sind, beispielsweise in Umrollern, Streichmaschinen, Rollenschneidmaschinen.
Die durch Vorbenutzung bekannten Vorrichtungen weisen ein maschinenbreites Messer auf, das sich quer zur Papierlaufrichtung erstreckt.
Die Zähne des Messers verursachen in bekannten Maschinen an der Schnittkante der Bahn sogenannte Zacken. Diese Zacken haben dieselbe Teilung wie die Zahnteilung des Messers.
Beim Trennvorgang ist es vorteilhaft, einen über die Warenbahnbreite möglichst fetzenfreien Abschlag zu erzielen.
Darüber hinaus ist eine geringe Zackenlänge der in die Streichmaschine einlaufenden Restfahne sehr wichtig. Zu lange und teilweise angerissene oder hängengebliebene Papierzacken verursachen z. B. unter der Streichklinge der Streichmaschine Rakelstreifen bzw. feuchte Streifen bei LWC-Papier, die in den meisten Fällen zum Abriß führen.
Bisher wurden Anstrengungen zur Verkürzung dieser Zacken an der Schnittkante der Warenbahn unternommen: Man variierte die Zahngeometrie des Messers und man erhöhte die Zuführgeschwindigkeit des Messers. Die Zacken ließen sich etwas verkleinern, jedoch nicht vermeiden. Gerade bei hohen Bahngeschwindigkeiten stellen sie immer noch ein großes Problem dar.
Trennvorrichtungen gemäß dem beschriebenen Stand der Technik sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt.
Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 5 arbeitet das Messer 7 gegenläufig zur Warenbahn. Die Ruheposition des Messers bildet mit der Warenbahn einen Winkel 11 von etwa 90°. Beim Schneidvorgang ist dieser Winkel zwar kleiner als 90°, jedoch bei weitem nicht so klein, wie gemäß der Erfindung.
Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 6 beträgt der Winkel 11 ebenfalls etwa 90°. Wegen der gleichläufigen Bewegungen von Warenbahn 5 und Messer 7 ist der Eintauchwinkel des Messers 7 beim Schneidvorgang größer als 90°.
Die Vorrichtungen gemäß der Fig. 5 und 6 gemäß dem Stande der Technik liefern einen Schnittverlauf, so wie in Fig. 7 dargestellt. Die Schnittkante weist Zacken auf, die für die Weiterverarbeitung sehr ungünstig sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim Abschlagen einer Warenbahn an der Schnittkante der Warenbahn auftretenden Zacken zu verkleinern bzw. ganz zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß das Messer entgegen der Bahnlaufrichtung extrem stark geneigt wird. Im übrigen wird auf Anspruch 1 verwiesen.
Durch die extrem starke Neigung werden die Zacken an der Schnittkante der durchtrennten Bahn stark verkürzt, so daß sie im Idealfall völlig verschwinden und die Schnittkante zur geraden Linie wird. Dieses Ergebnis erklärt sich aus den folgenden vier physikalischen Effekten:
  • 1. Durch die extreme Neigung des Messers verkürzt sich die Schnittzeit, weil nämlich zur vollständigen Trennung der Papierbahn nicht die Zahnhöhe, sondern im wesentlichen der Abstand zwischen Zahnfuß und Bahn zurückgelegt werden muß.
  • 2. Durch die extreme Neigung des Messers werden die Zacken an der Bahn kürzer, da die aktive Schnittstelle mit der laufenden Bahn entlang der Zahnflanke mitwandert.
  • 3. Durch die extreme Neigung des Messers verkürzen sich Schnittzeit und Zackenlänge an der Bahn, da die Bahn nach dem ersten Durchstechen der Zahnspitzen das Bestreben hat, sich auf die Zähne des Messers "aufzufädeln". Dies führt zu einer leichten Bewegung der Bahn in Richtung der Zahnfüße, wodurch sich der Trennvorgang abermals verkürzt. Die Bahn hat somit nicht mehr das Bestreben, dem Messer auszuweichen; hierdurch wird die Tendenz zur Faltenbildung der Bahn vermieden.
  • 4. Die Trennung der Bahn erfolgt durch ein Schneiden und nicht mehr durch ein Reißen, wie seither. Dies ist besonders günstig für die nachfolgende Verarbeitung der Bahn.
Um das Handhaben des maschinenbreiten Messers günstiger zu gestalten, kann es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung über die Maschinenbreite mehrere Trennstellen aufweisen. Dadurch sind die Teilstücke des Messers, z. B. bei Montage oder Austausch, leichter und kürzer.
Die Zuführung des Messers erfolgt über ein Betätigungselement, das z. B. pneumatisch, hydraulisch, elektrisch, piezoelektrisch, magnetostriktiv, magnetisch oder induktiv arbeiten kann. Selbstverständlich können Kraft und Weg (bzw. Geschwindigkeit) durch eine geeignete Übersetzung (durch Hebel oder anderes Getriebe) den Erfordernissen angepaßt sein. Die Bewegung des Messers kann translatorisch, rotatorisch oder aus einer kombinierten Bewegung bestehen. Als besonders günstig hat sich eine rotatorische Zuführbewegung durch Pneumatikzylinder mit Hebelübersetzung erwiesen.
Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen es, die Länge der Zacken an der Bahn im Idealfall auf Null zu reduzieren. Die Schnittkante entspricht dann somit einer Geraden, die sich senkrecht zur Bahnlaufrichtung über die volle Bahnbreite hinweg erstreckt.
Die entscheidende Maßnahme besteht - wie oben ausgeführt - im Einstellen eines extrem starken Neigungswinkels zwischen Messer und Bahn. Der Winkel soll demgemäß kleiner als 45° sein, und die Zacken des Messers sollen der Bahnlaufrichtung entgegenstehen.
Der Erfinder hat darüberhinaus noch erkannt, daß es zwei weitere Parameter gibt, die einen gewissen Einfluß haben:
Zum einen ist dies die Geschwindigkeit der Warenbahn, zum anderen die Geschwindigkeit, mit welcher das Messer in seiner Arbeitsposition eingeschränkt wird. Diese drei Größen, nämlich der Winkel zwischen Warenbahn und Messer einerseits, die Geschwindigkeit der Warenbahn sowie die Einschwenkgeschwindigkeit des Messers, lassen sich derart aufeinander abstimmen, daß die Schnittkante der Warenbahn annähernd eine gerade Linie ist. Der Erfinder hat weiterhin erkannt, daß die drei genannten Größen über die folgende Gleichung miteinander verknüpft sind:
worin bedeuten:
α = der Neigungswinkel zwischen Messer und Bahn
VMesser = die Bewegungsgeschwindigkeit des Messers senkrecht zur Bahn
VBahn = die Bahngeschwindigkeit.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen erläutert.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils eine Trennvorrichtung gemäß der Erfindung. Dabei veranschaulicht Fig. 1 einen sogenannten gegenläufigen Schneidvorgang. Hierbei sind die Zacken des Messers 7 der Bahn entgegengerichtet. Aufgrund der Kinematik der Vorrichtung stellt sich im Augenblick des Durchtrennens der Bahn 5 zwischen Messer 7 und Bahn 5 ein Eintauchwinkel α ein. Dieser beträgt beispielsweise 20°. Bereits in der Ruheposition bildet das Messer 7 mit der Warenbahn 5 einen Winkel 19, der wesentlich kleiner als 90° ist.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie Fig. 1. Jedoch dient diese Vorrichtung zum Ausführen von sogenannten gleichläufigen Schneidvorgängen. Dabei ist das Messer 7 der Bahn 5 nicht entgegengerichtet, sondern bewegt sich beim Arbeitsvorgang mit der Bahn.
Die beiden Vorrichtungen umfassen außer dem Messer 7 ein Betätigungselement 8, das an einem Doppelhebel 9 angreift. Das Messer 7 ist an dem einen freien Ende des Doppelhebels 9 befestigt.
Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen die Funktionsweise des erfindungsgemäß extrem stark geneigten Messers. Fig. 3 zeigt in sehr schematischer Darstellung die Bahn 5 in einer Seitenansicht. Man erkennt aus dem Vektordiagramm den Vektor 15 der Relativgeschwindigkeit des Messers 7 zur Papierbahn 5, ferner den Vektor 16 der Relativgeschwindigkeit der Bahn zu einer eventuell vorhandenen Geschwindigkeitskomponente des Messers. Die vektorielle Addition dieser beiden Größen ergibt eine resultierende, die mit dem Vektor 16 einen Winkel 21 bildet. Bei idealen Schnittbedingungen wird die Schnittkante derart eingestellt, daß der Schnittwinkel 18 dem Winkel 21 zwischen den Vektoren 15 und 16 entspricht. Es entsteht dann die ideale Schnittgerade 14 - siehe Fig. 4. Aus Fig. 4 erkennt man, in welcher Weise die Teilschnitte der einzelnen Zahnflanken 4 zur Gesamt- Schnittgraden 14 zusammenlaufen.
Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen den Idealfall der Schnittgeometrie. Sollte sich beim Durchstechen der Warenbahn durch die Zahnspitzen die Warenbahn auf die Zahnspitzen "auffädeln", so sind die Bewegungsabläufe geringfügig anders.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Trennvorrichtungen gemäß dem Stande der Technik.
Fig. 8 zeigt ein Messer 7. Die Zacken 2 dieses Messers sind wie bei handelsüblichen Messern gestaltet. Neu ist jedoch, daß dieses Messer 7 aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt ist. Die Trennfugen 10 zwischen den einzelnen Messern werden zweckmäßigerweise an die Zahnfüße gelegt, so wie dargestellt.
Bezugszeichenliste
 1 Aktive Schnittstelle
 2 Zahn
 3 Zacke
 4 Zahnflanke
 5 Warenbahn
 6 Walze
 6′ Walze
 7 Messer
 8 Betätigungselement
 9 Hebel
10 Trennstelle
11 Winkel: Ruheposition des Messers bei bisheriger Bauart
12 Winkel: Schnittwinkel bisherige Bauart (gegenläufig)
13 Winkel: Schnittwinkel bisherige Bauart (gleichläufig)
14 Schnittgerade
15 Geschwindigkeitsvektor senkrecht zur Bahn
16 Geschwindigkeitsvektor parallel zur Bahn
17 Zahnspitze
18 Winkel: eingestellter Schnittwinkel neue Bauart
19 Winkel: Ruheposition neue Bauart (gegenläufig)
20 Winkel: Ruheposition neue Bauart (gleichläufig)
21 Winkel: Winkel zwischen den Vektoren 15 und 16

Claims (8)

1. Verfahren zum Durchtrennen einer laufenden, mindestens papierähnlichen, Warenbahn, insbesondere einer Papierbahn, mittels eines gezahnten Messers, wobei das Messer (7) entgegen der Bahnlaufrichtung in die Warenbahn (5) oder in Bahnlaufrichtung in die Warenbahn (5) eingefahren wird, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 1.1 das Messer (7) wird unter einem starken Neigungswinkel (α) in die Warenbahn (5) eingeschwenkt;
  • 1.2 der Neigungswinkel beträgt höchstens 45°.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
Neigungswinkel (α), Bahngeschwindigkeit und Einfahrgeschwindigkeit des Messers (7) werden derart aufeinander abgestimmt, daß die resultierende Schnittlinie (14) der Warenbahn (5) weitgehend einer geraden Linie entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich des Winkels α der Relativgeschwindigkeit VMesser des Messers (7) zur Bahn (5) und der Relativgeschwindigkeit VBahn der Warenbahn (5) zu der gegebenenfalls vorhandenen - zur Bahn (5) parallelen - Geschwindigkeitskomponente des Messers der folgenden Gleichung gehorcht:
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem gezahnten Messer (7), das beweglich angeordnet ist und beim Trennvorgang in die laufende, mindestens papierähnliche, Warenbahn (5) mit einer Bewegungsrichtung, die entweder zur Bewegungsrichtung der Warenbahn (5) gegenläufig oder zur Bewegungsrichtung der Warenbahn (5) gleichläufig ist, eintaucht, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 4.1 die Zähne des Messers (7) sind während des Schneidvorganges unter einem Winkel (α) gegen die Bahn (5) geneigt der kleiner als 45° ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen Messer (7) und Bahn (5) während des Trennvorganges zwischen 10 und 40° liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 6.1 der Winkel (α), der während des Trennvorganges zwischen Messer (7) und der Warenbahn (5) herrscht,
  • 6.2 die Geschwindigkeit (16) der Warenbahn (5) und
  • 6.3 die Eintauchgeschwindigkeit (15) des Messers (7)
  • 6.4 sind derart aufeinander abstimmbar, daß die Schnittkante (14) an der Warenbahn (5) wenigstens annähernd eine Gerade ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Messer (7) beim Eintauchen in die Warenbahn (5) eine Schwenk- oder Drehbewegung ausführt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Messer (7) nur über einen Teil der Bahnbreite der Warenbahn (5) hinweg erstreckt. (Fig. 8).
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