DE3013617A1

DE3013617A1 - Spaltschere fuer papier

Info

Publication number: DE3013617A1
Application number: DE19803013617
Authority: DE
Inventors: Donald Charles Fitzpatrick; Kenneth G Frye
Original assignee: Lenox Machine Co Inc
Current assignee: Lenox Machine Co Inc
Priority date: 1979-04-12
Filing date: 1980-04-09
Publication date: 1980-10-23
Also published as: GB2045672A; JPS55144990A; GB2045672B; US4274319A; CA1121720A

Description

PATENTANWALT DtPLrING. CO. BOECKER

ββ70 ST.INGBERT(SAAR), ENSHEIMERSTR.48 3013617

Lenox Machine Co., Inc. St. Ingbert, den 8. April 1980

.. . . , _TTr,_ Lenox IV - Boe-WGr Lenox, Massachusetts, USA

Spaltschere für Papier

Die Erfindung betrifft eine Spaltschere für Papier mit mindestens einem Paar von rotierenden Kreismessern, die sich im Schneidbereich überdecken und deren Schneidkanten im Schneidpunkt zusammenwirken. Derartige Spaltscheren werden meist zwischen einer Abwickeistation und einer Aufwickelmaschine angeordnet und dienen dazu, eine mit hoher Geschwindigkeit laufende Papierbahn in Längsrichtung aufzuspalten.

Die Theorie beim Abscheren von Bahnmaterial schreibt vor, im Schneidpunkt eine möglichst hohe Fiächenpressung auf die Oberfläche des Materials einwirken zu lassen, um die einzelnen Fasern der Papierbahn zu durchdringen und zu trennen. Sobald am Schneidpunkt die Fasern nicht sauber geschnitten und statt dessen zerrissen werden, erhält man schlechte und wenig genaue Kanten mit der Begleiterscheinung einer Staubentwicklung, die bei allen vorkommenden Geschwindigkeiten sehr unerwünscht ist. Das Staubproblem wird verschärft, wenn die Bahn vor dem Schneidpunkt quasi "aufgepflügt", d. h. durch Aufspreizen getrennt wird, was durch eine Abbjegung der Bahn im Schneidpunkt aufgrund der Eindringtiefe und der Schräge der Messer eintreten kann. Da diese Abbiegung der Bahn auf einer sehr kurzen Strecke erfolgt, wird die Bahn bi.c zum Bruch an einem Punkt gezerrt, der vor dem eigentlichen Schneidpunkt liegt. Dieses Voraus-Einreißen der Bahn kann als "Pflugschareffekt" bezeichnet werden.

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Telefon ι (06b94) 14396, Wohnung 7124 · Konten : Posticheckamt Esien 101328-438, Gebr.Röchling Bank St.Ingbert Λ3.013.490 BAQQRIGINAt

Das Staubproblem ist in Hochgeschwindigkeits-Schneidanlagen für Papier ein ernstes Problem und begrenzt sowohl die Arbeitsweise der Anlage als auch die Dicke der zu schneidenden Papierlage. Was die Dicke angeht, in der eine Mehrzahl von Blättern geschnitten werden können, so ist diese begrenzt von der Qualität des Schnittes, die für die mittleren Blätter erreicht werden kann. Wenn die Anzahl der Papierlagen wächst, wird ein Punkt erreicht, in dem die Schneidqualität für handelsgerechte Papierbahnen ungenügend wird. Selbstverständlich beeinflussen auch noch andere Faktoren die Staubentwicklung, beispielsweise die Ausrüstung des Papiers, d. h. die Menge verteilter Feinstoffe, die Zusammendrückbarkeit der Blätter, die Gesamtdicke, die Beschichtung usw. Der Anfall von Staub kann es auch notwendig machen, die Anlage zum Ersatz oder zui" Schärfen der Messer häufig abzuschalten, wodurch die Ausbringung der Anlage vermindert und die Betriebskosten erhöht werden. Schneidqualität und Staub sind primäre Faktoren,- die beeinflußt werden durch Flattern der Bahn, ungenaue überdeck^ng der Kreismesser, ungünstige Pressung, ungenaue Scherwinkel, Kreismesser-Schwingung, Maschinen-Schwingung, erhöhten Verschleiß, ferner sowohl durch Geschwindigkeits-Anstieg als auch Zunahme der Dicke und der Schichtung der Papierbahn.

Es wurde gefunden, daß die Qualität des Spalcschnittes wesentlich verbessert werden kann mit der Folge, daß die Stauberzeugung entsprechend vermindert wird, und zwar durch bestimmte kritische Einstellungen der Schneidkante im Schneipunkt.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spaltschere für laufende Papierbahnen zu schaffen, die hinsichtlich der Qualität der beschnittenen Kanten einp Verbesseruna mit sich bringt und die Erzeugung von Staub während des SpaI tens vermindert.

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Ausgehend vom Vorhandensein mindestens eines Paares von rotierenden Kreismessern, die sich im Schneidbereich überdecken und deren Schneidkanter, im Schneidpunkt zusammenwirken, besteht die Lösung dieser Aufgabe aus den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Kriterien gemäß der Erfindung gelten in gleicher Weise entweder für einen Bereich von spitz; zuyeschärften Kreismessern oder einen Bereich von stumpf zugeschärften Kreismessern (Patentansprüche 2 und 3).

In der Zeichnung -⁵St ein Ausführungsbeispiel einer Spaltschere für rapierbahnen gemäß d^r Erfindung mit zwei verschiedenen Kreismesser-Gestaltungsmöglichkeiten dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Spaltanlage,

Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht in der Ebene der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein vergrößerter senkrechter Schnitt durch den Schneidpunkt beispielsweise des in Fig. 2 links dargestellten, spitz zugeschärften Kreismesserpaares,

Fig. 4 ein teilweiser senkrechter Schnitt entsprechend Fig. 3 für ein stumpf zugeschärftes Kreismesserpaar,

Fig. 5 die senkrechte Projektion zweier übereinander!iegender Kreismesser zur Verdeutlichung eines Vorspur-Winkels,

Fig. 6 eine Seitenansicht gegen ein Kreismesserpaar in Bewegungsrichtung der Bahn gesehen zur Verdeutlichung des Schneidbrustwinkels der Messer,

Fig. 7 eine vergrößerte Teildarstellung im senkrechten Schnitt durch den Schneidpunkt von spitz zugeschärften Kreismessern,

Fig. 8 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 7 für stumpf zugecchärfte Kreismesser, und

Fig. 9 eine graphische Darstellung der kritischen Messerkantenwinkel .

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Die in Fig. 1 dargestellte Anlage umfaßt zunächst eine Papierrolle 10, die in nicht näher dargestellter Weise über eine Kernwelle und Lager abgestützt ist. Die von der Rolle abgewickelte Papierbahn W wira unterhalb einer Uralenkrolle herumgeführt und durchläuft die Spaltschere 12, auf der ein oder mehrere Spaltschnitte parallel zur Bewegungsrichtung der Bahn W ausgeführt werden. Die aufgespaltenen Streifen der Bahn werden dann aus der Spaltschere über eine Stützrolle 13 hinausgeführt, die als Spreizvorrichtung ausgebildet sein kann, um ein übereinanderlaufen der Kanten der Streifen beim Durchlauf durch andere ßehandlungseinrichtungen zu vermeiden, die aus Aufrollmaschinen, Teilscheren, Druckpressen, Kalandern, oder dergleichen bestehen können, und die allgemein durch den Pfeil 14 angedeutet sind. Zum Ausführen eines Spaltschnittes in der Spaltschere 12 dient ein Paar von rotierenden Kreismessern 15 und 17, von denen das untere Kreismesser 17 als "erstes" und das obere Kreismesser 15 als "zweites" Kreismesser bezeichnet wird. Zur drehbaren Orientierung der oberen Kreismesser 15 in die gewünschte Winkellage gegenüber dem unteren Kreismesser 17 dienen Tragorgane 18.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 arbeiten eine Mehrzahl von Kreismesserpaaren zusammen, um die Papierbahn W in eine Mehrzahl von Streifen auszuspalten. Indem jedes der oberen, zweiten Kreismesser 15 für sich durch ein Tragorgan 18 aufgenommen werden kann oder muß, sind die ersten,unteren Kreismesser 17 auf einer Trommel-Anordnung 19 relativ zu einander einstellbar angeordnet, die aus einer einzelnen Welleneinheit bestehen kann, die aber dargestellt ist als ein Paar von zueinander koaxialen Trommeleinheiten 20 unterhalb der Bahn W. Wenn eine schmale Bahn gespalten werden soll, kann möglicherweise eine einzige Einheit 20 genügen, jedoch können bei breiten Bahnen mehrere dieser Einheiten aneinanderreiht werden, da eine mehrfache Lagerung und Abstützung für die Bahn über

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die Bahnbreite für die Schneidqualität vorteilhaft ist. Jede der Trommeleinheitcn 20 umfaßt einen besonderen Lagerbock 21 , der pin Paar von im axialen Abstand angeordneten Tragtrommeln 22 über Lager 23 trägt, wobei die Trommeln 22 durch endlose Keilriemen 24 und Keilriemenscheiben 25, 27 mit üer gewünschten Drehzahl angetrieben sind. Die Lagerböcke 21 sind auf einem Tragrahmen 28 montiert in der Weise, daß eine seitliche Einstellung über eine Handkurbel 29 möglich ist, um die Geitenlage der Spaltschnitte in der Bahn W zu ändern. Jede der Trommeln 22 trägt ein unteres Kreismesser 17, das zwischen einem Paar von Dista^zringen 30 kleineren Durchmessers eingespannt ist. Für ein f lat-cerf reies Tragen der Bahn W sind an den äußeren Enden der Trommelanordnung 19 Ringschreiben vorgesehen, die den gleichen Durchmesser wie die Trommeln 22 haben und als Teil der K] emiuvori.ichtung ausgelegt sein können, um die Kreismesser und Distanzringe axial zu verspannen.

Wie aus Fig. ? und 7 hervorgeht, sind die Kreismesser 15 und 17 spitz zugeschärft. Das Kreismesser 15 hat eine umlaufende Schneidkante 3 2 in der Schnittebene einer ebenen Seitenfläche und einer gegenüberliegenden seitlichen steilen Schrägfläclxe In ähnlicher Weise hat das untere Kreismesser 17 eine umlaufende Schneidkante 3 5 in der Schnittebene zwischen einer ebenen Seitenfläche 37 und einer abgewandten seitlichen steilen Schrägfläche 38. Bei der betriebsmäßigen Orientierung liegen die ebenen Seitenflächen 33 und 37 der Kreismesser 15 und 17 einander gegenüber, d. h. in der Betrachtung gegen die Projektionen dieser Seitenflächen.

Anstelle von spitz zuc,eschärften Kreismessern nach der Darstellung in Fig. 3 und 7 können auch stumpf zugeschärfte Kreismesser 15' und 17' gemäß Fig. 4 und 8 verwendet werden, mit Schneidkanten 32" und 35', ebenen Seitenflächen 33' und 37' sowie gegenüber!i ogendefi seitlichen schwach geneigten Schrägflächen 34' und 38', die zu den Schneidkanten 32' und 35' hin konvergieren

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Zur Optimierung der Schneidqualität wurden gewisse kritische Beziehungen zwischen den zusammenarbeitenden Kreismessern gefunden. Ob die Kreismesser spitz oder stumpf zugeschärft sind, in jedem Fall müssen die Überlappung der zusammenarbeitenden Kreismesser, der Schneidbrustwlnkel und ein Vorspurwinkel· zueinander in Beziehung gesetzt sein. Um beste Ergebnisse zu erzielen, muß der Keilwinkel der Schrägfläche innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden, und zwar sowohl bei spitz zugeschärften als auch bei stumpf zugeschärften Kreismessern.

Zum Spalten einer laufenden Papierbahn hohen Gewichtes, und zwar sowohl wie dargeste^t in einer einzelnen Lage als auch in mehreren Lagen, wurde eine bemerkenswerte und überraschende Verbesserung in der Schneidqualität erhalten, indem die Eindringti^fe der Schneidkanten in die Papierbahn im Schneidpunkt bzw. die Überlappung der Messer begrenzt wurde auf eine Tiefe von weniger als 0,8 mm, vorzugsweise weniger als 0,4 r.im. Die als Überlappung der Schneidkanten meßbare Eindringtiefe ist am besten aus Fig. 7 und 8 zu ersehen, worin die Höchstwerte der Überlappungen mit 0,30" vermaßt sind. Im Gegensatz hierzu wurde bisher in der Industrie eine Überlappung von Spaltmessern von mindestens 1,5 mm als untere Grenze angesehen.

Um die Vorteile einer minimalen Eindringtiefe zu erhalten, muß der Einstellung des Schneidbrustwinkels besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Wie aus Fig. 5 und 6 hervorgeht, verläuft die Rotationsachse der ersten Kreismesser 17 bzw. 17' nicht nur quer zur Bewegungsrichtung WA der Papierbahn (Fig. 5) sondern die rotierende Schneidkante dieses ersten Kreismessers verläuft auch in einer zur Bewegungsrichtung parallelen Ebene. Anders ausgedrückt liegt die Rotationsebene des KreJsmessers 17 bzw. 17' nicht nur parallel zur Bewegungsrichtung WA (Fig. 5), sondern auch quer zur Ebene der Bahn W (Fig. 6).

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Die Rotationsobene ist in Fig. 6 durch die senkrechte Linie R dargestellt, die mit den Schneidkanten 35 bzw. 35' und der ebenen Seitenfläche 37 bzw. 37' des Kreismessers 17 bzw. 17' fluchtet. Was ri.as obere, zweite Kreismesser 15 bzw. 15' angeht, so ist hier ein Schneidbrustwinkel von 0-10 Min. zwischen der Rotationsebene entsprechend der senkrechten Linie R und der planen Seitenfläche 33 bzw. 33' des zweiten Kreismessers eingestellt. Nach Fig. 7 und 8 wird dieser Schneidbrustwinkel zwischen 0 und 10 Min. gebildet von der Rotationsebene der Schneidkante 32 bzw. 32' Lzw. der Seitenfläche 33 des oberen zweiten Kreismessers einerseits und der Rotationsebene der Schneidkante 35 bzw. 35' oder der Seitenfläche 37 bzw. 37' des ersten unteren Kreismessers 17 bzw. 17'.

In kritischer Wechselbeziehung zu der Eindringtiefe und dem Schneidbrustwinkel von 0-10 Min. steht der "Vorspur-Winkel" (toe-in angle), der sorgfältig eingestellt werden muß in einem Bereich zwischen 5 und 30 Min., vorzugsweise auf 15 Min. Dieser Vorspur-iZinkel ist aus Fig. 5 ersichtlich und wird gebildet von den Ebenen der ebenen Seitenflächen 33 bzw. 33' des Kreismessers 15 bzw. 15¹ und den eoenen Seitenflächen 37 bzw. 37' des Kreismessers 17 bzw. 17'. Die Bezeichnung "Vorspur"-Winkel geht auf die Lenkgeometrie an Fahrzeugen zurück, wo man mit Vorspur das Maß bezeichnet, um das die in Fahrtrichtung vorderen Felgenränder näher zusammenstehen als die hinteren Felgenränder. Der begriffliche Zusammenhang wird aus der Draufsicht nach Fig. 5 klar, in der die in Bewegungsrichtung WA vorderen Schneidkanten enger zusammenstehen als die hinteren Schneidkanten.

Der kritische Schneidbrustwinkel und uer Vorspur-Winkel zusammen begründen einen minimalen Kontakt zwischen den Kreismessern nach dem Schneidpunkt und während bie noch im Bereich der Überlappung sind. Hierdurch wird auch der Mecserverschleiß reduziert.

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Als Ergebnis der Kombination kritischer Beziehungen zwischen Eindringtiefe, Schneidbrustwinkel und Vorspur-Winkel wird ein Abrieb der Kreismesser nach dem Schneidpunkt und im Bereich der Überlappung vermieden sowie ein ausgezeichneter Spaltdruck im Schneidpunkt der zusammenarbeitenden Messer erhalten, jedoch wird das Voraustrennen aufgrund des Pflugschareffektes vermmdet, ebenso die Tendenz, daß die rotierenden Kreismesser aufeinander hochsteigen.

Eine weitere Verbesserung der Spaltarbeit wird erhalten, wenn zusätzlich zu den bereits erwähnten kritischen Beziehungen die Keilwinkel der Kreismesser gegen die Schneidkanten in bestimmten Grenzen gehalten werden, und zwar im Hinblick sowohl auf die spitz zugeschärften Kreismesser 15 und 17 als auch die stumpf zugeschärften Kreismesser 15' und 17'. Für die spitz zugeschärften Kreismesser 15 und 17 erhält man beste Ergebnisse, wenn der Keilwinkel zwischen der ebenen Seitenfläche 33 bzw. 37 einerseits und der seitlichen Schrägfläche 34 bzv7. 38 cndererseit zwischen 15 und 3 0° beträgt. Für die Kreismesser 15' und 17' ist der entsprechende Keilwinkel zwischen 75° und 80° zu wählen. In beiden Fällen ist das Ergebnis eine hohe Pressung im Schneidpunkt für einen ausgezeichneten Spaltschnitt, begleitet von einer geringen Abbiegung der Schnittkante, wie sie in Fig. 7 und 8 dargestellt ist, wodurch die geschnittenen Kanten nur so wenig aufgespreizt warden, daß das gefürchtete Voraustrennen durch den Pflugschareffekt vermieden wird.

In der graphischen Darstellung nach Fig. 9 sind die verschiedenen Rückbeziehungen zwischen den Winkeln dargestellt. Es ist nicht nur der Winkelbereich von 15° bis 30° zwischen den Oberflächen 33 und 34 eines spitz zugeschärften Kreismessers ersichtlich, sondern auch der Winkelbereich von 75° bis 85° zwischen den Oberflächen 33' und 34' eines stumpf zugeschärften Kreismessers. Ferner erkennt man die korrespondierenden

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Winkelbereiche von 50° bis 75° zwischen der Schrägfläche und der Papierbahnebene W sowie von 5° bis 15° ?v/ischen der Schrägfläche 34' und der Papierbahnebene W. Es ist ?u vermerken, daß ein Keilwinkel zwischen den Flächen 33 und 34 von mehr als 30° für den Kreismessertyp 15 bzw. 17 oder ein Keilwinkel voi weniger als 75° zwischen den Oberflächen 33' "nd 34' für den Kreismessertyp 15' bzw. 17' das Voraustrennen durch den Pflugschareffekt begünstigt. Ferner führt ein K^ilwinkel von über zwischen den Oberflächen 33' und 34" zu einer ungenügenden Flächenpressung im Schneidpunkt. Innerhalb der anqegebenen Kritischen Winkelbereiche sowohl für die spitz zugeschärften Kreismesser als auch für die stumpf zugeschärften Kreismesser wird im Schneidpunkt bei der gewünschten Messerschärfe ein hohe Flächenpressung im Schneidpunkt erhalten. Selbstverständlich sind die Keilwinkel der Schrägflächen bei den zusammenarbeitenden Kreismessern 15 und 17 oder 15' und 17" die gleichen.

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Claims

PA TENTANSPRÜCHE

( 1.J Spaltschere für Papier mit mindestens einem Paar von ^-^ rotierenden Kreismessern, die sich im Schneidbereich überdecken und deren Schneidkanten im SchneidpunKt zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse eines ersten Kreismessers (17, 17') quer zur Bewegungsrichtung (WA) der Papierbahn (W) verläuft, daß die rotierende Schneidkante (35, 35') dieses eisten Kreismessers in einer zur Bewegungsrichtung parallelen Ebene verläuft, daß beide Kreismesser (15, 17 bzw. 15·, 17') sich mit ihren Schneidkanten (3 2, 35 bzw. 32', 35¹) um weniger als 0,8 mm überlappen, daß die Rotationsebene der Schneidkante (32, 32') des anderen, zweiten Kreismessers (15, Ί5¹) mit der Rotationsebene der Schneidkante (35, 35') des erstgenannten Kreismessers (17, 17') im Schnittpunkt einen Schneidbrustwinkel zwischen 0 und 10 Min. bildet und daß die Rotationsebene der Schneidkante (3 2, 32') des zweiten Kreismesser (15, 15') mit der Rotationsebene der Schneidkante (35, 35¹) des ersten Kreismesser (17, 17') im Schneidpunkt einen Vorspur-Winkel zwischen 5 und 3 0 Min. bildet.
2. Spaltschere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreismesser (15, 17 bzw. 15', 17') ebene Seitenflächen (33, 37 bzw. 33', 37') haben, die der Rotationsebene der Schneidkante (32, 35 bzw. 32·, 35') des jeweils anderen Kreismessers gegenüber liegen und daß jedes Kreismesser eine der ebenen Seitenfläche abgewandte seitliche Schrägfläche (34, 38 bzw. 34", 38") hat, die mit der Rotationsvibane

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seiner Schneidkante einen Keilwinkel zwischen 15° und 3 0° oder zwischen 75° und 85° bildet.
3. Spaltscher^Q nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreismesser (15, 17 bzw. 15', 17') ebene, einander gegenüber liegende Seitenflächen (33, 37 bzw. 33¹, 37') haben sowie den ebenen Seitenflächen abgewandte seitliche Schrägflächen (34, 38 bzw. 34¹, 38"), die jeweils von der zugehörigen SchneiJkante (32, 35 bzw. 32', 35") aus divergieren und mit einer Ebene durch die Schneidkante und normal zur Rotationsebene der Schneidkante einen Winkel zwischen 60 und oder zwischen 5 und 15° bilden.

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