DE19803522A1 - Maschine zum Querschneiden von Materialbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Querschneiden von Materialbahnen, insbeson­ dere Papier- oder Kartonbahnen, mit wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor mit Rotor und Stator, mit einer unteren Messertrommel und einer oberen Messertrommel, wobei die untere und die obere Messertrommel jeweils mindestens ein in etwa axialer Richtung verlaufendes Messer enthalten.

Maschinen zum Querschneiden von Papier- oder Kartonbahnen zur Herstellung von Bögen enthalten bekannterweise zwei in einem Maschinengestell übereinander rotierbar gelagerte Messertrommeln, deren Messer eine zwischen ihnen durchlaufende Material­ bahn mit einem Scherenschnitt quer durchschneiden.

Aus der DE 196 20 663 A1 ist eine gattungsgemäße Maschine zum Querschneiden von Materialbahnen bekannt. Bei dieser Maschine ist jede Messertrommel an jedem Ende direkt mit einem Antriebsmotor verbunden. Diese direkte Verbindung bedeutet, daß die Messertrommeln ohne Zwischenschaltung eines Getriebes mit den Antriebsmotoren verbunden sind. Die Maschine ist zum Querschneiden einer Wellpappebahn vorgese­ hen. Beim Schneiden von Papier- und Feinkartonbahnen sind die Anforderungen an die Produktionsgeschwindigkeit und/oder die Schnittgenauigkeit erheblich größer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Maschine zu schaffen, die bei einer vereinfachten Konstruktion eine hohe Produktionsgeschwindigkeit mit hohen Schnittgenauigkeiten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rotor des Antriebsmotors und die Messertrommel so fest miteinander verbindbar sind, daß sie ein starres Bauteil bilden. Die Erfindung sieht also vor, daß der Rotor und die Messertrommel ohne Zwischenschaltung einer Kupplung eine Einheit bilden.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Wellenzapfen der Messer­ trommel in einem lösbaren Preßsitz mit dem Rotor verbunden. Dies ermöglicht zum einen eine kraftschlüssige Verbindung für den Betrieb, zum anderen ein einfaches Ablösen des Antriebsmotors von der Messertrommel, beispielsweise falls Lager gewechselt werden müssen.

In besonders einfacher und zweckmäßiger Weise wird der Kraftschluß dadurch gebildet, daß der Rotor und der Wellenzapfen der Messertrommel zumindest teilweise konisch ausgebildet sind und in Richtung der gemeinsamen Rotationsachse gegeneinander verspannt sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine zeichnet sich dadurch aus, daß eine der beiden Messertrommeln an ihren beiden Enden durch jeweils einen Antriebsmotor angetrieben ist. Zum Antrieb der anderen Messertrommel und/oder zur Synchronisation der Drehbewegungen enthalten sowohl die untere als auch die obere Messertrommel bevorzugt jeweils wenigstens ein Zahnrad, die miteinander kämmen.

Nach einer anderen Ausführungsform werden sowohl die untere als auch die obere Messertrommel jeweils durch einen Antriebsmotor angetrieben. Durch die erfindungsge­ mäße starre Verbindung ist es möglich, jede der Messertrommeln durch einen einzelnen Antriebsmotor anzutreiben, ohne daß es zu Instabilitäten kommt, beispielsweise zu einem die Schnittgenauigkeit beeinträchtigenden Spiel zwischen den beiden Messer­ trommeln.

Hierbei ist es aus steuerungstechnischen Gründen besonders zweckmäßig, wenn der Antriebsmotor der unteren Messertrommel und der Antriebsmotor der oberen Messer­ trommel jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Maschine angeordnet sind.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine werden beide Messertrommeln an ihren beiden Enden durch jeweils einen Antriebsmotor angetrieben. Dies ermöglicht eine hohe Leistung bei geringer Motorengröße.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Darstellung eines besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen.

Die Zeichnungen zeigen in vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Schneidezone einer Querschneidemaschine quer zu der Laufrichtung der Materialbahn und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Querschneidemaschine entlang der Linie II-II.

Die in den Fig. 1 und 2 ausschnittsweise schematisch dargestellte Querschneidema­ schine dient zum Querschneiden von Papier- oder Feinkartonbahnen. Sie arbeitet mit hohen Bahngeschwindigkeiten im Bereich von mehreren 100 m/min, beispielsweise mit 400 m/min im Dauerbetrieb. Es sind mit ihr unterschiedliche Papierformate schneidbar, wobei die Formatlängen im Bereich von ca. 400 mm bis ca. 2000 mm liegen. Ihre Arbeitsbreite, i. e. die maximale Breite der Papierbahn, die geschnitten werden kann, liegt in der Größenordnung von einem bis mehreren Metern, im Ausführungsbeispiel bei ca. 2200 mm. Die gewünschten Formatbreiten werden durch Längsschneiden der Bahn mittels einer nicht dargestellten Längsschneidevorrichtung eingestellt, von der die Bahn vor dem Querschneiden in Einzelbahnen der gewünschten Breite aufgeteilt wird.

Die in den Figuren ausschnittsweise schematisch dargestellte Querschneidemaschine enthält zwei Messertrommeln 1, 2, die an ihren axialen Enden in Seitenteilen 3, 4 des Maschinengestells drehbar gelagert sind. Die beiden Messertrommeln 1, 2 sind übereinander mit parallel ausgerichteten Rotationsachsen 4, 5 angeordnet. Jede Messertrommel 1, 2 ist auf ihrem Umfang jeweils mit wenigstens einem Messer 7, 8 bestückt.

Die Messer 7, 8 sind auf bekannte Weise schraubenlinienförmig in axialer Richtung über die Arbeitsbreite verlaufend auf den jeweiligen Messertrommeln 1, 2 befestigt. Sie sind so gegeneinander eingestellt, daß sie eine durchlaufende Bahn mit einem Scheren­ schnitt durchtrennen. Die wendelförmige Anordnung der Messer 7, 8 ermöglicht es, eine durchlaufende Bahn senkrecht zu der Bahnlaufrichtung durchzuschneiden. Beide Messertrommeln 1, 2 sind mit der gleichen Anzahl von Messern 7, 8 bestückt, wobei jede Messertrommel 1, 2 vorzugsweise ein oder mehrere umfänglich in einem Winkel von ca. 180° gegeneinander versetzt angeordnete Messer trägt.

Jede Messertrommel 1, 2 besteht aus einem walzenförmigen Grundkörper, an dessen Stirnseiten Wellenzapfen 9, 10, 11, 12 befestigt sind. Die Wellenzapfen 9, 10, 11, 12 sind über Radiallager 13, 14, 15, 16, vorzugsweise Wälzlager, rotierbar in den Seitenteilen 3, 4 des Maschinengestells gelagert. Auf jedem Wellenzapfen 9 bis 12 ist als Synchronisationsstirnrad jeweils ein Zahnrad 17, 18, 19, 20 befestigt, wobei die Zahnräder 17, 18 der oberen Messertrommel 2 in die Zahnräder 19, 18 der unteren Messertrommel 1 eingreifen.

Um eine Ankopplung der Wellenzapfen 11, 12 der unteren Messertrommel 1 an elektrische Antriebsmotoren 21, 22 zu ermöglichen, ist an jedem Wellenzapfen 11, 12 jeweils ein konusförmiges Verlängerungsstück 23, 24 drehfest befestigt. Die Verlänge­ rungsstücke 23, 24 sind jeweils in das Innere des Rotors 25, 26 des Antriebsmotors 21, 22 eingebaut. Dieser Einbau erfolgt so, daß die Rotationsachse 5 der Messertrommel 1 mit der Rotationsachse der Rotoren 25, 26 übereinstimmt. Die Verlängerungsstücke 23, 24 weisen vorzugsweise eine konische Form auf, um die an ihrer Innenseite ebenfalls zumindest teilweise konisch geformten Rotoren 25, 26 in einem lösbaren drehfesten Preßsitz auf ihnen zu befestigen. Durch Verspannen der Rotoren 25, 26 und der Verlängerungsstücke 23, 24 in Richtung der gemeinsamen Rotationsachse 6 werden die Rotoren 25, 26 kraftschlüssig mit der Messertrommel 1 verbunden. Selbstverständlich sind auch andere drehfeste Verbindungen zwischen der Messertrommel 1 und den Rotoren 25, 26 geeignet, die eine ausreichend spielfreie Drehmomentübertragung gewährleisten. Die hier dargestellte konische Ausführungsform hat den zusätzlichen Vorteil, daß sie ein besonders leichtes Abziehen der Motoren 21, 22 ermöglicht, beispielsweise zum Auswechseln der Lager 15, 16.

Jeder Stator 27, 28 eines Antriebsmotors 21, 22 ist jeweils im Gehäuse 29, 30 des Antriebsmotors 21, 22 fest gelagert. Die Verlängerungsstücke 23, 24 durchdringen vorzugsweise die gesamten Rotoren 25, 26 und sind jeweils in einem im Motorgehäuse 29, 30 an dem der Messertrommel 1 abgewandten Ende angeordneten Radiallager 31, 32 gelagert.

Zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität der erfindungsgemäßen Maschine zum Querschneiden trägt auch eine geeignete Halterung für die Antriebsmotoren 21, 22 bei, mit der sie an den Seitenteilen 3, 4 des Maschinengestells befestigt sind. Die Halterung eines Antriebsmotors 21, 22 erfolgt jeweils über einen Motorflansch 31, wie in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt ist. Die Flansche 31 sind über Schrauben 32 jeweils fest mit einem flanschartigen Vorsprung 33 eines Seitenteils 3, 4 an dem Maschinengestell befestigt.

Da die Wellenzapfen 9, 10 der oberen Messertrommel 2 bis in den Bereich der flanschartigen Vorsprünge 33 reichen, können diese und die zugehörigen Motorflansche 31 nicht in einem Vollkreis gestaltet werden, wie es für eine optimale stabile Befestigung zweckmäßig wäre. Die Motorflansche 31 und die zugehörigen flanschartigen Vorsprünge 33 enden mit einem gewissen Abstand von dem Bereich der Wellenzapfen 9, 10 der oberen Messertrommel 2, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Die Antriebsmotoren 21, 22 weisen eine Leistung von mehr als 25 kW auf. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Drehstrommotoren verwendet. Es ist ebenfalls möglich, Zwei-Phasen-Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren einzusetzen.

Um die Herstellung von Bögen mit verschiedenen Längenformaten zu ermöglichen, können die Antriebsmotoren 21, 22 ungleichförmig angetrieben werden. Mittels einer entsprechenden Steuerung werden die Rotationsgeschwindigkeiten der Messertrommeln 1, 2 beim Umlauf so gesteuert, daß sie während des Schneidens mit der für einen senkrechten Schnitt erforderlichen Synchrongeschwindigkeit drehen, außerhalb des Schnitteingriffs schneller (für ein kürzeres Format) oder langsamer (für ein längeres Format) gedreht werden. Die Drehbewegungen der beiden Messertrommeln 1, 2 werden über die Zahnräder 17 bis 20 synchronisiert. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dienen die Zahnräder 17 bis 20 zusätzlich dazu, die obere Messertrommel 2 von den Motoren 21, 22 anzutreiben.

Je nach Anwendungsfall und vorhandenem Bauraum können verschiedene Motorenan­ ordnungen eingesetzt werden:
Neben der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit zwei Antriebsmotoren 21, 22 für die untere Messertrommel 1 ist es auch möglich, vier Antriebsmotoren einzusetzen, so daß jeder Wellenzapfen 9, 10, 11, 12 mit einem Antriebsmotor verbunden ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß Motoren mit relativ kleiner Leistung eingesetzt werden können.

Eine steuerungstechnisch vorteilhafte Motorenanordnung besteht darin, daß sowohl die untere Messertrommel 1 als auch die obere Messertrommel 2 jeweils von einem Antriebsmotor angetrieben werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die sogenannte Z-An­ ordnung, bei der der Antriebsmotor für die untere Messertrommel 1 an der anderen Maschinenseite als der der oberen Messertrommel 2 angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform wird bevorzugt die Drehbewegung der unteren Messertrommel 1 mit der Drehbewegung der oberen Messertrommel 2 mittels Zahnrädern 17 bis 20 synchronisiert.

Die Tragkörper der Messertrommeln 1, 2 sind aus Metall, vorzugsweise Stahl, oder einem Faserverbundmaterial gefertigt. Als Faserverbundmaterial wird bevorzugt ein Verbundmaterial aus Kohlefasern und Harz (CFK-Faserverbund) verwendet, das die geforderte Biege- und Drehsteifigkeit bei geringen Trägheitsmomenten gewährleistet. Eine derartige und besonders geeignete Messertrommel ist in der deutschen Patentan­ meldung 197 23 513 beschrieben. Ein geringeres Trägheitsmoment der Messertrommeln 1, 2 ermöglicht es, Antriebsmotoren 21, 22 mit geringerer Leistung einzusetzen.

Mit Hilfe einer erfindungsgemäß aufgebauten Querschneidemaschine ist es möglich, eine hohe Schnittfrequenz bei sehr hoher Schnittgenauigkeit beim Schneiden von Papier- oder Kartonbahnen zu erreichen.

Claims (10)

1. Maschine zum Querschneiden von Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen, mit einer unteren Messertrommel (1) und einer oberen Messertrommel (2), die jeweils zumindest ein in etwa axialer Richtung verlaufendes Messer (7, 8) enthalten, und mit zumindest einem elektrischen Antriebsmotor (21, 22) mit Rotor (25, 26) und Stator (27, 28) zum Drehen der Messertrommeln (1, 2), dadurch gekennzeich­ net, daß der Rotor (25, 26) und die Messertrommel (1, 2) so fest miteinander verbindbar sind, daß sie ein starres Bauteil bilden.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (25, 26) und die Messertrommel (1, 2) durch Kraftschluß miteinander verbindbar sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftschluß dadurch bewirkt wird, daß der Rotor (25, 26) und die Messertrommel (1) in Richtung der gemeinsamen Rotationsachse (5) gegeneinander verspannt sind.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Messertrommel (1) durch wenigstens einen Antriebsmotor (21, 22) angetrieben ist, und daß die obere Messertrommel (2) über Zahnräder (17 bis 20) von dem (den) Antriebsmo­ tor(en) (21, 22) der unteren Messertrommel (1) angetrieben wird.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die untere Messertrommel (1) als auch die obere Messertrommel (2) durch eigene Antriebsmotoren angetrieben werden.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor für die untere Messertrommel (1) an der anderen Maschinenseite als der der oberen Messer­ trommel (2) angeordnet ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Messertrommeln (1, 2) an ihren beiden Enden durch Antriebsmotoren angetrieben sind.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wellenzapfen (11, 12) der Messertrommel (1) ein Verlängerungsstück (23, 24) befestigt ist, das wenigstens teilweise in den Rotor (25, 26) eindringt.

9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsstücke (23, 24) und die Innenseiten der Rotoren (25, 26) zumindest teilweise konisch geformt sind.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Messertrommeln (1, 2) einen Tragkörper aufweisen, der aus Stahl oder einem Faserver­ bundmaterial gefertigt ist.