DE19611587A1

DE19611587A1 - Greifereinrichtung für bogenverarbeitende Maschinen

Info

Publication number: DE19611587A1
Application number: DE19611587A
Authority: DE
Inventors: Norbert Quenzel
Original assignee: Woschnik and Partner Maschinenbau GmbH
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1995-04-15
Filing date: 1996-03-23
Publication date: 1996-10-17
Also published as: CH691451A5; DE29506484U1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Greifereinrichtung für bogenverarbeitende Maschinen, in denen Bogen intermittie rend von einer Bearbeitungsstation zur nächsten transpor tiert werden, mit Greifern zum Erfassen eines Bogens, die an einer Greiferstange befestigt sind, die sich quer zur Transportrichtung erstreckt und an deren Enden Seitenteile befestigt sind, die Einrichtungen zur Anbindung an eine Transportvorrichtung für die und zur Führung der Grei fereinrichtung aufweisen.

Solche, z. B. in der DE-PS 30 44 084 beschriebenen Grei fereinrichtungen müssen nicht nur den anfallenden maximalen Belastungen gewachsen sein, sondern dürfen sich im Betrieb auch nicht zu stark verformen, damit aufeinanderfolgende Arbeitsvorgänge, beispielsweise Bedrucken eines Bogens und anschließendes Ausstanzen des bedruckten Bogenabschnitts, mit größter Präzision durchgeführt werden können. Das kri tische Bauteil ist dabei die Greiferstange, bei der maßgeb liche Durchbiegungen unvermeidbar sind, da an ihr die den Bogen haltenden Greifer befestigt sind und sie zumindest über die Bogenbreite frei trägt. Es ist daher notwendig, die auftretenden Verformungen gering zu halten, um den Bo gen genau positionieren und auszurichten zu können. Da die Biegesteifigkeit eines Bauteils entscheidend von dem Ela stizitätsmodul des verwendeten Materials abhängt, sind die bekannten Greifereinrichtungen aus Stahl hergestellt, weil dieser Werkstoff einen sehr hohen Elastizitätsmodul auf weist und dabei relativ kostengünstig ist. Neben dem Ela stizitätsmodul wird die Biegesteifigkeit eines Bauteils durch dessen Trägheitsmoment(e) bestimmt. Um die notwendige Steifigkeit der Greifereinrichtung zu gewährleisten, werden die Wanddicken der einzelnen Bauteile, wie Greiferstange und Seitenteile, entsprechend stark gewählt, damit über ein entsprechend hohes Trägheitsmoment in Verbindung mit dem Elastizitätsmodul insbesondere die Greiferstange mit einer ausreichend hohen Biegesteifigkeit versehen wird.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß zur Erzielung der erfor derlichen Verformungssteifigkeit Wanddicken notwendig wer den, aufgrund derer die Greifereinrichtungen wegen des ho hen spezifischen Gewichts von Stahl eine große Masse erhal ten. Eine große von der Transportvorrichtung zu beschleuni gende oder zu verzögernde Masse erfordert wiederum entspre chend hohe Antriebskräfte. Darüber hinaus wird aber auch die Greifereinrichtung selbst aufgrund ihrer eigenen Mas senträgheitskräfte während der Beschleunigungs- bzw. Verzö gerungsvorgänge, die in relativ schneller Abfolge etwa 2- bis 3mal pro Sekunde erfolgen, erheblich belastet. Dieses führt vor allem zu einer erhöhten Biegebelastung der Grei ferstange und kann auch ein Ausspringen der gesamten Grei fereinrichtung aus den Führungen hervorrufen. Selbst der Bruch einer Greifereinrichtung ist schon aufgetreten. Da die Greifereinrichtungen von Endlosketten transportiert werden, treten ferner in den Umlenkbereichen zusätzlich ho he Fliehkräfte auf, die ebenfalls zu einem Ausspringen oder zu einer Verformung oder zu einem Bruch der Greifereinrich tung führen können. Eine steifere oder tragfähigere Ausbil dung der Greifereinrichtung ist nur über eine Vergrößerung der Wanddicken möglich, was jeweils wieder eine Vergröße rung der Masse bedeutet und damit wiederum zu einer Erhö hung der Belastung infolge höherer Massenträgheitskräfte führt. So muß letztendlich die Geschwindigkeit, mit der die Greifereinrichtung durch die bogenverarbeitende Maschine transportiert wird, beschränkt werden, da eine beliebige Vergrößerung der Masse bzw. der Abmessungen der Greiferein richtung nicht möglich ist.

Demgegenüber liegt die Aufgabe der Erfindung darin, die Masse der eingangs beschriebenen Greifereinrichtung bei in etwa gleichbleibender Steifigkeit zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer gattungs gemäßen Greifereinrichtung die Greiferstange aus faserver stärktem Kunststoff hergestellt ist.

Faserverstärkter Kunststoff weist im Verhältnis zu seinem spezifischen Gewicht und damit zu seiner Masse einen hohen Elastizitätsmodul auf. Dies läßt eine der bisherigen Kon struktion von Greiferstangen entgegengesetzte Vorgehenswei se zu, da bei einer Verringerung der Wandstärken die Mas senträgheitskräfte zumindest soweit reduziert sind, daß durch die zwangsläufig ebenfalls verminderte Biegesteifig keit keine Vergrößerung der Durchbiegung eintritt. Mit ei ner erfindungsgemäßen Greifereinrichtung werden sowohl das durch die Transportvorrichtung zu bewegende Gewicht als auch die Trägheitskräfte der Greifereinrichtung selbst er heblich reduziert, ohne daß die Verformungen der Grei fereinrichtung vergrößert werden. Damit besteht die Mög lichkeit, entweder bei einer der vorbekannten Greiferein richtung entsprechenden Belastung eine höhere Transportge schwindigkeit zu fahren, da bei in etwa gleichbleibender Steifigkeit geringere Massen vorhanden sind, oder es wird bei ungefähr gleichbleibender Geschwindigkeit ein ruhigerer Arbeitsablauf erreicht, da beim Beschleunigen und Abbremsen geringerer Massen geringere Schwingungen auftreten und so mit das Schwingungsverhalten der Einrichtung verbessert wird. Dabei kann die Raumform der erfindungsgemäßen Grei fereinrichtung im wesentlichen gleich der der bekannten Greifereinrichtung sein, so daß sie in vorhandene Anlagen eingebaut werden kann. Ebenso sind die von Ausricht- bzw. Führungseinrichtungen auf zubringenden Kräfte weitaus gerin ger als bei der bekannten Greifereinrichtung, da das auszu richtende Gewicht wesentlich vermindert ist.

Vorzugsweise ist die Greiferstange als Hohlprofil ausgebil det. Damit wird gegenüber einem Vollprofil eine weitere Ge wichtseinsparung ohne wesentlichen Biegesteifigkeitsverlust möglich, da die Trägheitsmomente im wesentlichen von den vom Profilschwerpunkt weiter entfernt liegenden Quer schnittsteilen bestimmt werden.

Die Greiferstange ist bevorzugt aus carbonfaserverstärktem Kunststoff oder ebenfalls bevorzugt aus glasfaserverstärk tem Kunststoff hergestellt. Mit diesen Fasern ist es mög lich, bei geringem Eigengewicht die Greiferstange mit einer sehr hohen Steifigkeit zu versehen. Dabei werden die Car bon- oder Kohlenstoff- oder Graphitfasern bzw. die Glasfa sern in Kunststoffe, sogenannte Laminate, eingebettet. Mit der Wahl des Faserverlaufs in Bezug auf die Belastungs bzw. Durchbiegungsrichtung der Greiferstange, wird deren Steifigkeit festgelegt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Enden der Greiferstange zum Verkleben mit den Seitenteilen ausgebildet. Hierdurch ist eine ebenso einfache wie wir kungsvolle Verbindung zwischen Greiferstange und Seitentei len herstellbar.

Vorteilhafterweise bestehen die Seitenteile aus Aluminium und sind, in ebenfalls vorteilhafter Weiterbildung der Er findung, zur seitlichen Führung der Gleiteinrichtung mit Kunststoff-Gleitführungen versehen, die an einem Ende des Greiferstange feststehend und am anderen Ende federnd aus gebildet sind. Aufgrund der geringen spezifischen Gewichte von Aluminium und Kunststoff kann die gesamte Masse der Greifereinrichtung weiter gesenkt werden. Dabei ist eine Reduzierung der Masse gegenüber der bekannten Greiferein richtung um fast die Hälfte möglich. Dies bietet die Mög lichkeit, bei gleicher Belastung eine höhere Geschwindig keit zu fahren oder bei gleichbleibender Geschwindigkeit den Ablauf weiter ruhiger zu gestalten, wie bereits weiter oben erläutert. Darüber hinaus haben Kunststoffteile an sich den Vorteil, geringere Laufgeräusche als Stahlteile zu erzeugen. Bemerkenswert ist dabei, daß die Verwendung von Aluminium für die Seitenteile oder von Kunststoff für die Führungen deswegen möglich ist, weil aufgrund der geringen Massenträgheitskräfte der erfindungsgemäßen Greifereinrich tung geringere Antriebs- und Führungskräfte erforderlich sind.

Die Fasern sind mit Vorteil in mehreren Lagen gewickelt. So wird eine individuelle, auch richtungsabhängige Anpassung der Steifigkeit an bestimmte Anforderungen möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Fa sern in vier Lagen gewickelt, wobei die erste, innenliegen de Faserlage in Längsrichtung der Greiferstange, die zweite Faserlage unter 45° zur Längsrichtung der Greiferstange, die dritte Faserlage wieder in Längsrichtung der Greifer stange und die vierte, außenliegende Faserlage senkrecht zur zweiten Faserlage unter 45° zur Längsrichtung der Grei ferstange gewickelt ist. Die in Längsrichtung der Greifstange gewickelten Fasern verleihen dieser eine hohe Biegesteifigkeit, während die in der 145°-Richtung gewic kelten Fasern einerseits die Torsionssteifigkeit der Grei ferstange erhöhen und andererseits die in Längsrichtung ge wickelten Fasern fixieren.

Bevorzugt beträgt die Wanddicke der Greiferstange in etwa 4 bis 5 mm. Aufgrund der geringen Wanddicke liegen die Fasern im Randbereich des Querschnitts der Greiferstange, das heißt, ihr Abstand zum Querschnittsschwerpunkt der Greifer stange ist möglichst groß, so daß die Trägheitsmomente ebenfalls möglichst groß werden.

Nachfolgend wird ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Greiferstange beschrieben.

Die hergestellte Greiferstange ist ein rechteckiges Hohl profil aus einem mit Kohlenstoffasern verstärkten Kunst stoff (CFK). Dabei wurde eine T300-Faser mit einem Elasti zitätsmodul von 230000 N/mm² eingesetzt. Als Harz/Härter- System wurde LY556/HY917 verwendet, das bei 120°C aushär tet. Der Einsatz dieses Harz/Härter-Systems war möglich, da die Greiferstange für einen Einsatz bei Raumtemperatur vor gesehen war. Der Faservolumengehalt betrug ϕ = 60%.

Die Außenabmessungen des rechteckigen Profilrohres betragen 46 × 24 mm. Die beiden Enden laufen keilförmig auseinander, so daß Seitenteile zur Führung der Greiferstange bzw. der Greifereinrichtung sowie als Krafteinleitungselemente ein geklebt werden können.

Die Wände des Profilrohrs bzw. der Greiferstange bestehen aus vier Faserlagen. Auf seinen Schmalseiten weist das Pro fil eine innenliegende, 1 mm starke Lage I auf, in der die Fasern in Längsrichtung der Greiferstange gewickelt sind. In der 0,5 mm starken Lage II sind die Fasern umlaufend un ter 45° zur Längsrichtung der Greiferstange gewickelt. In der Lage III laufen die Fasern auf den Schmal- und den Breitseiten des Profils wieder parallel zur Längsrichtung der Greiferstange. Die Dicke dieser Lage III beträgt 3 mm. In der letzten, die äußere Oberfläche der Greiferstange bildenden Lage IV sind die Fasern wieder unter 45° zur Längsrichtung der Greiferstange, und zwar senkrecht zu den unter 45° verlaufenden Fasern der zweiten Lage, gewickelt. Diese Lage IV ist wie die Lage II 0,5 mm stark.

Die Materialkennwerte der verwendeten CFK-Lagen sowie geo metrische Werte und Gewichte der CFK-Greiferstange sind den folgenden zwei Tabellen zu entnehmen, wobei die Z-Achse in Längsrichtung der Greiferstange und die X-Achse in Richtung der größeren Abmessung des Rechtecks verläuft.

Tabelle 1

Materialkennwerte der verwendeten CFK-Lagen

Tabelle 2

Geometrische Werte und die Gewichtsabschätzung der CFK-Greiferstange

Die Biegesteifigkeit der Greiferstange um die senkrecht zur Z-Achse und zur X-Achse verlaufende Y-Achse sowie um die X- Achse sind den nachfolgenden Tabellen 3 und 4 zu entnehmen.

Tabelle 3

Biegesteifigkeit der Greiferstange um die Y- Achse

Tabelle 4

Biegesteifigkeit der Greiferstange um die X- Achse

Mit Hilfe bekannter Formeln wurde aus vorgegebenen Werten für Lastannahmen und für Taktzeiten über die Geschwindig keit und Beschleunigung eine auf die Greiferstange wirkende gleichmäßige Linienlast errechnet, mit der unter Zugrunde legung der linearen Balkentheorie der Festigkeitsnachweis sowie der Verformungsnachweis geführt wurde. Der Nachweis der Festigkeit erfolgte dabei durch Einhaltung einer maxi malen 0,2%-Dehnung an der Bauteiloberfläche, und zum Nach weis der maximalen Verformung wurde die maximale Durchbie gung der Greiferstange berechnet und einer als zulässig vorgegebenen maximalen Durchbiegung gegenübergestellt.

Die erfindungsgemäße Greiferstange weist ferner eine Eigen frequenz c = auf, die um den Faktor 1,8 höher ist Stahl. Diese höhere Eigenfrequenz führt zu einer geringeren Beeinflussung der Eigenschwingung der Greiferstange auf den zu transportierenden Bogen, der somit genauer geführt wer den kann.

An den Enden der erfindungsgemäßen Greiferstange sind durch Verklebung Seitenteile aus Aluminium befestigt, die ihrer seits Gleitführungen aus Kunststoff aufweisen. Auf diese Weise wurde insgesamt eine Greifereinrichtung geschaffen, deren Masse bei etwa nur der Hälfte der Masse der bekannten Greifereinrichtung aus Stahl liegt.

Claims

1. Greifereinrichtung für bogenverarbeitende Maschinen, in denen Bogen intermittierend von einer Bearbeitungssta tion zur nächsten transportiert werden, mit Greifern zum Erfassen eines Bogens, die an einer Greiferstange befestigt sind, die sich quer zur Transportrichtung er streckt und an deren Enden Seitenteile befestigt sind, die Einrichtungen zur Anbindung an eine Transportvor richtung für die und zur Führung der Greifereinrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferstan ge aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.

2. Greifereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Greiferstange als Hohlprofil ausge bildet ist.

3. Greifereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Greiferstange aus carbonfaserver stärktem Kunststoff hergestellt ist.

4. Greifereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Greiferstange aus glasfaserver stärktem Kunststoff hergestellt ist.

5. Greifereinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Greiferstangen zum Verkleben mit den Seitenteilen ausgebildet sind.

6. Greifereinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sei tenteile aus Aluminium hergestellt sind.

7. Greifereinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur seit lichen Führung die Seitenteile mit Kunststoff- Gleitführungen versehen sind, die an einem Ende der Greiferstange feststehend und an deren anderem Ende fe dernd ausgebildet sind.

8. Greifereinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in mehreren Lagen gewickelt sind.

9. Greifereinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in vier Lagen gewickelt sind, wobei die erste, innen liegende Faserlage in Längsrichtung der Greiferstange, die zweite Faserlage unter 45° zur Längsrichtung der Greiferstange, die dritte Faserlage wieder in Längs richtung der Greiferstange und die vierte, außenliegen de Faserlage senkrecht zur zweiten Faserschicht unter 45° zur Längsrichtung der Greiferstange gewickelt ist.

10. Greifereinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand dicke der Greiferstange 4 bis 5 mm beträgt.