DE3023893C2

DE3023893C2 -

Info

Publication number: DE3023893C2
Application number: DE3023893A
Authority: DE
Inventors: Benzion Edmonton Alberta Ca Landa
Original assignee: Spectrum Sciences BV
Current assignee: Savin Corp
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1993-06-09
Also published as: IT1198327B; FR2459773B1; FR2459773A1; JPS567847A; GB2053858A; CA1145783A; DE3023893A1; IT8022592A0; GB2053858B; CH638155A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abziehen von Blättern, insbesondere von Kopierpapierblättern, von einem Blattstapel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Speziell befaßt sich die Erfindung mit einer Friktions-Papierzuführvorrichtung, die insbesondere dafür bestimmt ist, einem Kopiergerät entweder die blattförmigen Originale oder die Kopierpapierblätter zuzuführen.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 28 92 629 bekannt. Der Aufbau dieser bekannten Vorrichtung basiert darauf, daß von der Abzugswalze eine Feder gespannt wird, um das Gegendrehmoment für die Bremswalze zu liefern. Folglich ist das Gegendrehmoment davon abhängig, in welchem Ausmaße die Feder aufgewickelt wird. Wegen dieser Abhängigkeit, welche im wesentlichen linear ist, verstreicht im Anschluß an den Beginn der Betätigung der Walzen stets eine gewisse Zeit, ehe die Feder hinreichend gespannt ist, um das gewünschte Gegendrehmoment zu erzeugen. Wenn nun zwei oder mehr Blätter in den Klemmspalt gelangen, ehe dieses Zeitintervall verstrichen ist, kann sich ein unzuverlässiger Betrieb ergeben. Andererseits hat jeder Versuch, diese Anlaufzeit durch Verringern der Nachgiebigkeit der Feder zu verkürzen, eine entsprechende Verkürzung des Hubs, d. h. der Rückführstrecke der Bremswalze bei dem gewünschten Drehmoment, zur Folge, was ebenfalls zu einem unzuverlässigen Betrieb führt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Papierzuführ- bzw. Abziehvorrichtung besteht in der Abhängigkeit des Gegendrehmoments von der Reibungscharakteristik der verwendeten Reibkupplung. Die Arbeitsflächen solcher Reibkupplungen unterliegen nämlich einem Verschleiß, der zu einer Änderung der Reibcharakteristik und damit zu einem unzuverlässigen Betrieb führen kann.

Ausgehend vom Stande der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung anzugeben, welche ein zweites oder weiteres, unerwünschterweise abgezogenes Blatt sicher erfaßt und in Richtung auf seine Ausgangsposition zurücktreibt und welche selbst nach langen Betriebszeiten zuverlässig arbeitet.

Diese Ausgabe wird durch eine gattungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Kennzeichenteils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es ist ein Vorteil der Abziehvorrichtung gemäß der Erfindung, daß ihr sicherer Betrieb nicht von der Charakteristik der Reibflächen abhängig ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Abziehvorrichtung gemäß der Erfindung wird die Normalkraft, d. h. die senkrecht zur Transportrichtung wirkende Kraft, zwischen der Zuführwalze und der Bremswalze automatisch in Abhängigkeit von Änderungen des Vorspann-Drehmomentes geregelt, vorzugsweise derart, daß das Verhältnis r ΔN/Δτ größer als etwa 0,40 ist, wobei ΔN=Änderung der Normalkraft, Δτ=Änderung des Drehmoments und r=Radius der Bremswalze. Vorzugsweise wird die Kopplung der Normalkraft mit dem Vorspann-Drehmoment dadurch erreicht, daß man die Bremswalze gemäß Patentanspruch 5 so montiert, daß sie gegenüber der Zuführwalze längs eines Weges beweglich ist, der einen spitzen Winkel mit derjenigen Ebene einschließt, welche die Drehachsen der beiden Walzen enthält. Diese Art der Befestigung wird weiterhin vorzugsweise so verwirklicht, daß man die Bremswalze derart montiert, daß sie um eine Schwenkachse schwenkbar ist, welche einen Abstand von der ersten Ebene und von der gemeinsamen Tangentenebene der beiden Walzen hat.

Durch die Einstellung bzw. Regelung der Normalkraft am Klemmspalt in einem beträchtlichen Ausmaß in Abhängigkeit von Änderungen des Vorspann-Drehmomennts wird die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Walzenanordnung dadurch beträchtlich erhöht, daß deren Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen des Vorspann- bzw. Gegendrehmoments, die bei den vorbekannten Vorrichtungen sehr deutlich ist, erheblich verringert wird. Bei den vorbekannten Vorrichtungen können dagegen Änderungen des Gegendrehmoments sehr schnell zu Fehlfunktionen der Zuführvorrichtung führen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Friktions-Zuführelement der Papierzuführvorrichtung zwangsläufig in Transportrichtung angetrieben, während ein Friktions-Bremselement in Gegenrichtung mit einem vorgegebenen Drehmoment vorgespannt ist. Das Gegendrehmoment wird dabei mittels einer Federkupplung geregelt, in der eine als Torsionsfeder dienende Schraubenfeder ein angetriebenes Element und ein antreibendes Element gleichen Durchmessers fest umschlingt und die vom angetriebenen Element ausgehende Antriebskraft auf das antreibende Element überträgt, wobei das eine feste Ende der Schraubenfeder mit einem der beiden Elemente fest verbunden ist, während das andere freie Ende keine Verbindung hat, wobei das Lösen der Kupplung dadurch erfolgt, daß das freie Ende von einem Anschlag gehalten wird.

Das freie Ende der Feder umschlingt also das antreibende Kupplungselement in Abhängigkeit von einem in Antriebsrichtung der Kupplung von außen wirksamen Drehmoment, wird jedoch nach Durchlaufen eines vorgegebenen Winkels in der vorgegebenen Richtung gegenüber dem anderen Federende angehalten, so daß die Feder von dem antreibenden Kupplungselement gelöst wird.

Aufgrund der geringen Reibkupplung zwischen dem freien Ende der Kupplungsfeder und dem angetriebenen Kupplungselement erfaßt das Federende das Kupplungselement, wenn dieses in Antriebsrichtung gedreht wird. Wenn die Kupplungsfeder dann noch weiter aufgewickelt wird, umschlingt ihr freies Ende das antreibende Kupplungselement zunehmend stärker, wobei eine Reibkraft erzeugt wird, die gerade ausreicht, um die Federkraft zu überwinden, die die Kupplungsfeder zu öffnen versucht. Wenn das freie Ende der Kupplungsfeder dann gegenüber dem feststehenden Federteil ausreichend weit aufgewickelt ist, beginnt es gegenüber dem treibenden Kupplungselement zu schlupfen, so daß sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem sich die Kupplungsfeder an einem als Anschlag dienenden Zapfen abstützt, während sie gegenüber dem antreibenden Kupplungselement konstant gleitet.

Da die Reibkraft zwischen der Kupplungsfeder und dem antreibenden Kupplungselement allein durch die Federkraft bestimmt wird, mit der sich die Feder zu entspannen sucht, wobei diese Kraft wieder allein von der winkelmäßigen Verdrehung des Federendes abhängig ist, arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche vorstehend beschrieben wurde, als Schlupfkupplung, bei der der Schlupfpunkt durch Federkräfte und nicht durch die Oberflächeneigenschaften der relativ zueinander gleitenden Elemente bestimmt wird. Somit ist es möglich, der Bremswalze mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit ein vorgegebenes Gegendrehmoment zu erteilen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1a eine Teil-Draufsicht auf den vorderen Teil einer bevorzugten Ausführungsform einer Zuführvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 1b eine Teil-Draufsicht auf den hinteren Teil der Zuführvorrichtung gemäß Fig. 1a;

Fig. 2 einen Teil-Querschnitt durch die Zuführvorrichtung gemäß Fig. 1a und 1b längs der Linie 2-2;

Fig. 3 eine Teil-Seitenansicht - von rechts - einer Spannrolle der Zuführvorrichtung gemäß Fig. 1a und 1b;

Fig. 4 eine Teil-Draufsicht auf eine Bremswalzenanordnung der Zuführvorrichtung gemäß Fig. 1a und 1b;

Fig. 5 eine Teil-Draufsicht auf eine abgewandelte Bremswalzenanordnung für eine Zuführvorrichtung gemäß Fig. 1a und 1b;

Fig. 6 eine Ansicht der rechten Seite der Anordnung gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der auf das untere von zwei Blättern einwirkenden Kräfte im Klemmspalt zwischen der Zuführwalze und der Bremswalze einer Zuführvorrichtung gemäß Fig. 1a bis 4;

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Kräfte, die auf ein einziges Blatt im Klemmspalt zwischen den Walzen der Anordnung gemäß Fig. 7 wirken;

Fig. 9 eine grafische Darstellung verschiedener Zusammenhänge zwischen der Normalkraft im Klemmspalt und der nach hinten gerichteten Tangenntialkraft, die bei der Anordnung gemäß Fig. 7 von der Bremswalze ausgeübt wird;

Fig. 10 eine schematische Darstellung der Kräfte, welche zu Drehmomenten um die Schwenkachse der Bremswalze der Anordnung gemäß Fig. 7 führen;

Fig. 11 eine schematische Darstellung der Kräfte, welche zu Drehmomenten um die Drehachse der Bremswalze der Anordnung gemäß Fig. 7 führen und

Fig. 12 eine schematische Darstellung der Kräfte, welche zu Drehmomenten um die Schwenkachse und die Drehachse der Bremswalze der Anordnung gemäß Fig. 5 und 6 führen.

Im einzelnen zeigen Fig. 1a bis 4 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abzieh- bzw. Zuführvorrichtung 10, bei der eine Torsionsfeder vorgesehen ist, um an einer Bremswalze eine Vorspannung in einem der Transportrichtung entgegengesetzten Drehsinn, d. h. in Bremsrichtung zu erzeugen. Die Zuführvorrichtung besitzt eine rechte und eine linke Seitenwand 12, 14, die angrenzend an ihre vorderen Enden durch eine Vorderwand 16 und angrenzend an ihre hinteren Enden durch senkrecht im Abstand voneinander angeordnete Stangen 18 und 20 verbunden sind. Füße 22 am vorderen und hinteren Ende jeder der Seitenwände 12, 14 halten die Zuführvorrichtung 10 im Abstand von der Bodenfläche auf der sie aufgestellt ist. Zwischen den Seitenwänden 12, 14 ist ein in senkrechter Richtung beweglicher Papiertisch 24 angeordnet, auf dem sich ein Stapel S von Kopierpapierblättern oder dergleichen befindet. Eine untere Blattführung 15 steht von der Vorderwand 16 nach vorn in einer Höhe ab, die unmittelbar unter dem oberen Ende des Stapels S liegt. In einigen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Tisch 24 mit einer in Längsrichtung verlaufenden Kantenführung 26 versehen ist, an der sich eine Seite des Stapels S ausrichten kann. Die Kantenführung 26 kann dabei bezüglich der Zuführvorrichtung 10 seitlich verstellbar sein, so daß eine Anpassung an Kopierpapierblätter unterschiedlicher Breite möglich ist.

Das vordere Ende des Tisches 24 wird durch zwei vordere Kurvenscheiben 28, 30 abgestützt, die in Querrichtung der Zuführvorrichtung 10 im Abstand voneinander auf einer Kurvenscheibenwelle 36 sitzen. Das hintere Ende des Tisches 24 wird in entsprechender Weise durch zwei hintere Kurvenscheiben 32, 34 abgestützt, die auf einer Kurvenscheibenwelle 38 sitzen. Die Welle 36 ist in Lagern 40 und 42 in den Seitenwänden 12 bzw. 14 drehbar gelagert. Dabei steht ein Ende der Welle 36 über die Seitenwand 12 vor und trägt eine Riemenscheibe 52. Das eine Ende der Welle 38 ist in einem Lager 44 in der Seitenwand 12 gelagert und steht ebenfalls über diese vor und trägt eine Riemenscheibe 54. Das andere Ende der Welle 38 ist über eine Reibungskupplung 46 mit einem Getriebe 48 gekuppelt, das mit einem Motor 50 verbunden ist, der seinerseits auf der Außenseite der Seitenwand 14 montiert ist. Über die Riemenscheiben 52 und 54 ist ein Riemen 56 gelegt, der von einer Spannrolle 58 gespannt wird. Die Spannrolle 58 ist in einem Bügel 60 gelagert, der mit einem senkrechten Schlitz 62 versehen ist, der der Aufnahme eines Führungszapfens 64 an der Seitenwand 12 und der Aufnahme einer in die Seitenwand 12 eingeschraubten Schraube 66 dient, so daß die Höhenlage der Spannrolle 58 und damit die Spannung des Riemens 56 eingestellt werden können.

In den Seitenwänden 12 und 14 sind ferner Lager 70 bzw. 72 vorgesehen, in denen, angrenzend an das vordere Ende der Zuführvorrichtung 10, eine Abzugswalzenwelle 68 drehbar gelagert ist. Die Welle 68 steht über die Seitenwand 14 vor und trägt dort eine Rriemenscheibe 74, die mittels eines Riemes 76 mit einer zweiten Riemenscheibe 78 gekoppelt ist, die auf der Abtriebswelle eines Motors 80 sitzt, der an der Innenseite der Seitenwand 14 montiert ist. Ein Arm eines Kniehebels 84, der mittels eines Lagers 82 drehbar auf der Welle 68 montiert ist, dient der drehbaren Lagerung einer Einzugswalze 86 mit einer Arbeitsfläche 88, die einen hohen Reibungsbeiwert aufweist. Ein Zahnrad 90, welches gemeinsam mit der Einzugswalze 86 drehbar ist, kämmt mit einem Zwischenrad 92, das an dem Kniehebel 84 gelagert ist. Das Zwischenrad 92 kämmt seinerseits mit einem Antriebszahnrad 94, welches auf einer Buchse 96 sitzt, die drehbar auf der Welle 68 montiert ist. Die Buchse 96 trägt eine Abzugswalze 98, deren Oberfläche 100 einen hohen Reibungsbeiwert besitzt. Eine Freilaufkupplung 102 dient dem Kuppeln der Welle 68 mit der Buchse 96 und damit dem zwanngsläufigen Antrieb der Abzugswalze 98 und des Antriebszahnrades 94 - in Fig. 2 im Uhrzeigersinn - während dieser Antrieb gleichzeitig überlaufen werden kann, wenn die zunächst von dem Stapel S abgezogenen Kopierpapierblätter später von schneller laufenden Transportwalzen (nicht dargestellt) erfaßt werden.

Der andere Arm des Kniehebels 84 trägt einen Zapfen 104, der bei einer Abwärtsbewegung der Einzugswalze 86 auf das Betätigungselement eines Mikroschalters 106 trifft, der an Distanzelementen 110 befestigt ist, die an einem Bügel 108 vorgesehen sind, der seinerseits an der Seitenwand 14 befestigt ist. Der Zapfen 104 und der Mikroschalter 106 sind Bestandteile eines Servo-Systems, welches dafür sorgt, daß das obere Ende des Stapels S stets auf der richtigen Höhe für das Abziehen der Kopierpapierblätter bleibt. Wenn die Blätter vom Stapel S abgezogen werden, sinkt die Einzugswalze 86 aufgrund ihres Gewichtes allmählich auf eine Höhe ab, die unter dem gewünschten Niveau liegt. Dabei wird der Zapfen 104 im Uhrzeigersinn um die Welle 68 verschwenkt und betätigt den Schalter 106. Der Schalter 106 aktiviert seinerseits den Mootor 50, der nunmehr die Wellen 36, 38 mit ihren Kurvenscheiben 28 bis 34 - in Fig. 2 im Uhrzeigersinn - antreibt, wodurch der Stapel S angehoben wird. Wenn der Stapel S bzw. dessen oberstes Blatt die vorgegebene Höhe erreicht, wird der Zapfen 104 von dem Schalter 106 weggeschwenkt, wodurch der Schaltkreis unterbrochen und der Motor 50 abgeschaltet wird.

Gemäß Fig. 2 und 4 weist die erfindungsgemäße Zuführvorrichtung 10 eine Bremswalze 112 mit einer Arbeitsfläche 114 mit hohem Reibungsbeiwert auf. Die Bremswalze 112 ist frei um eine Achse drehbar, die durch Stellschrauben 116 und 118 definiert wird, welche einstellbar von Schlitzen 124 in den Armen von Knieheblen 120 bzw. 122 aufgenommen werden. Die Kniehebel 120 und 122 sind dabei um einen Schwenkzapfen 126 schwenkbar, der von den im Abstand voneinander befindlichen Armen eines Bügels 128 gehaltert wird, welcher an der Vorderwand 16 befestigt ist. Schraubenfedern 130, die einerseits an den anderen Armen der Kniehebel 120 und 122 und andererseits an Verlängerungen 132 der Arme des Bügel 128 angreifen, drücken die Bremswalze 102 in einem Schlitz 17 der Blattführung 15 nach oben, so daß sie in Kontakt mit der Abzugswalze 98 steht. Mit der Bremswalze 112 ist drehfest das antreibende Element 136 einer Federkupplung 134 verbunden. Das angetriebene Element 138 der Federkupplung dient der Halterung des fest damit verbundenen einen Endes einer als Torsionsfeder dienenden Schraubenfeder 140, deren anderes Ende das antreibende Element 136 umschlingt und eine radial nach außen abstehende Verlängerung 142 aufweist.

Die Schraubenfeder 140 ist so gewickelt, daß sie das antreibende Element 136 normalerweise umschlingt - in Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinn - um dieses mit dem angetriebenen Element 138 zu kuppeln, wenn sich die Bremswalze 112 im Gegenuhrzeigersinn dreht. Die Federkupplung 134 wird gelöst, wenn die Bremswalze 112 in Fig. 2 im Uhrzeigersinn von außen angetrieben wird.

Mit dem angetriebenen Element 138 der Federkupplung 134 ist drehfest ein Dorn 152 einer Torsionsfederanordnung 148 verbunden. Im einzelnen ist das eine Ende einer schraubenförmigen Wicklung 150, welche den Dorn 152 umgibt, mit ihrem einen Ende an diesem Dorn und mit ihrem anderen Ende an einem stationären Zylinderelement 154 befestigt. Wie Fig. 4 zeigt, hat die schraubenförmige Wicklung 150 einen größeren Durchmesser als der Dorn 152, so daß die Wicklung sich in Abhängigkeit von einem von außen angelegten Drehmoment verengen kann.

Das stationäre Zylinderelement 154 besitzt einen Kragen 158 mit einem in axialer Richtung abstehenden Finger 144. Beim Zusammenbau der Anordnung wird die Federwicklung 150 im Gegenuhrzeigersinn vorgewickelt, um eine Anfangsvorspannung bzw. ein Anfangsdrehmoment zu erzeugen. Ein Zapfen 160 an dem Dorn 152 erfaßt den Finger 144, um dieses Anfangsdrehmoment zu sichern. Vorzugsweise ist der Kragen 158 dabei bezüglich des stationären Zylinderelements 154 durch Verdrehen einstellbar, um die Höhe des Drehmoments zu variieren.

Bei der betrachteten Vorrichtung werden die Kraft, mit der die Federn 130 die Bremswalze 112 gegen die Abzugswalze 98 drücken, und das Drehmoment, das an der Welle 68 wirksam ist, so gewählt, daß die Bremswalze 112, wenn sie mit der Abzugswalze 98 in direktem Kontakt steht oder wenn sich zwischen den beiden Walzen nur ein einziges Blatt Kopierpapier befindet, in Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinn mit einem Drehmoment angetrieben wird, welches ausreicht, um das Anfangsdrehmoment, welches durch die Feder 150 erzeugt wird, zu überwinden.

Wenn die Bremswalze 112 unter den angenommenen Bedingungen angetrieben wird, dann wird das antreibende Element 136 mit dem angetriebenen Element 138 gekuppelt, so daß der Dorn 152 in Fig. 2 im Gegenührzeigersinn angetrieben wird, wobei die Feder 150 noch stärker auf den Dorn 152 aufgewickelt wird, so daß das in Bremsrichtung wirksame Drehmoment erhöht wird. Nach einer vorgegebenen Drehung der eingekuppelten Kupplung im Gegenuhrzeigersinn, beispielsweise nach einer Drehung um 270°, trifft das abstehende Ende 142 der Feder 140 auf den Finger 144, wodurch die Kupplung gelöst wird.

Nimmt man nun aber an, daß gleichzeitig zwei Blätter des Kopierpapiers in den Klemmspalt zwischen den Walzen 98 und 112 eintreten, dann ist die Reibung zwischen den beiden Papierblättern wesentlich kleiner als die Reibung zwischen der oberen bzw. der unteren Walze mit dem oberen bzw. dem unteren Papierblatt. Dementsprechend wird das Drehmoment, welches die Tendenz hat, die Bremswalze im Gegenuhrzeigersinn bzw. in Förderrichtung anzutreiben, geringer als das in der Feder 150 gespeicherte Drehmoment. Dies hat zur Folge, daß die Bremswalze 112 unter der Wirkung der Feder 150 seine Drehrichtung ändert und sich in Fig. 2 im Uhrzeigersinn dreht, wobei das untere der beiden gleichzeitig zugeführten Blätter aus dem Klemmspalt zwischen den Walzen 98 und 112 zurücktransportiert wird. Sobald dies geschehen ist, herrschen dann wieder die oben beschriebenen, normalen Betriebsbedingungen.

Fig. 5 und 6 dienen der Erläuterung einer abgewandelten Ausführungsform einer Zuführvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Bremswalze ihre Antriebsenergie in Bremsrichtung aus einer kontinuierlich arbeitenden Energiequelle erhält. Bei der abgewandelten Zuführvorrichtung 162 ist das eine Ende einer Welle 186 drehbar in einem Bügel 174 gehaltert, der an der Vorderwand der Zuführvorrichtung 162 montiert ist, während das andere Ende der Welle 168 drehbar in einem Lager 188 der Seitenwand 14 gelagert ist. Die Welle 186 trägt auf der Außenseite der Seitenwand 14 eine Riemenscheibe 190, welche über einen Antriebsriemen 192 mit einem geeigneten Drehantrieb (nicht dargestellt) verbunden ist, durch den die Welle 186 in Fig. 6 im Gegenuhrzeigersinn antreibbar ist. Als Drehantrieb kann beispielsweise eine zusätzliche Riemenscheibe vorgesehen sein, welche auf der Abzugswalzenwelle 68 sitzt, oder auch ein besonderer Motor.

Ein Kniehebel 170, welcher drehbar von der Welle 186 gehaltert ist, und welcher in axialer Richtung mittels eines Distanzelementes 172 im Abstand von dem Bügel 174 gehalten wird, trägt am Ende seines einen Arms eine Welle 168. Die Welle 168 trägt eine Bremswalze 164 mit einer Arbeitsfläche 166 aus einem Material mit hohem Reibungsbeiwert. Mit der Bremswalze 164 ist ein Zahnrad 176 drehfest verbunden. Eine Schraubenfeder 202 welche einerseits am anderen Arm des Kniehebels 170 angreift und andererseits an einem Ansatz 204 des Bügels 174, spannt die Bremswalze 164 nach oben gegen die Abzugswalze 98 mit einer vorgegebenen Vorspannkraft vor.

Das Zahnrad 176 kämmt mit einem antreibenden Zahnrad 178, welches drehbar auf der Welle 186 sitzt. Das antreibende Zahnrad 178 ist drehfest mit dem Antriebselement 182 einer Federkupplung 180 verbunden. Das angetriebene Element 184 der Federkupplung 180 ist drehfest mit der Welle 186 verbunden und wird aufgrund des Vorhandenseins eines Teilstücks 183 verringerten Durchmessers, welches am antreibenden Element 182 oder am angetriebenen Element 184 vorgesehen sein kann, in einem gewissen Abstand von dem antreibenden Element gehalten. Eine Kupplungsfeder ist einerseits mit dem angetriebenen Element 184 der Federkupplung 180 verbunden und läuft andererseits so um das antreibende Element herum, daß sie bei einer Drehung der Welle 186 im Gegenuhrzeigersinn das antreibende Element 182 fester umschlingt und sich um das Teilstück 183 verringerten Durchmessers enger herumlegt. Wenn sich die Kupplungsfeder 194 in vorgegebenem Maße um das antreibende Element 182 herumgeschlungen hat, dann schlägt ein Zapfen 198 an einem Kragen 200, der drehfest auf der Welle 186 sitzt, an einem radial nach außen abstehenden freien Ende 196 der Feder 194 an, so daß diese das antreibende Element 182 bei Erreichen einer vorgegebenen Größe des Drehmoments freigibt. Der Kragen 200 ist vorzugsweise einstellbar an dem Kupplungselement 184 befestigt, so daß die Vorspannkraft veränderbar ist.

Die Federkupplung 180 dient also dazu, die im Gegenuhrzeigersinn antreibbare Welle 186 mit dem Antriebszahnrad 178 zu kuppeln, um auf diese Weise die Bremswalze im Uhrzeigersinn soweit zu verdrehen, daß ein vorgegebenes Drehmoment aufgebaut wird, welches durch die Winkellage des Fingers 198 an der Antriebswelle 186 bestimmt wird. Wenn nun dem Klemmspalt zwischen den Walzen 98 und 164 kein Blatt des Kopierpapiers zugeführt wird oder nur ein einziges Blatt, dann ist das vorgegebene Drehmoment nicht ausreichend, um das von der Abzugswalze 98 erzeugte Drehmoment zu überwinden, so daß die Bremswalze 164 von der Abzugswalze 98 reibschlüssig im Gegenuhrzeigersinn angetrieben wird. Wenn in den Klemmspalt jedoch zwei oder mehr Kopierpapierblätter eintreten, dann wird aufgrund der geringen Reibung zwischen den aneinandergrenzenden Papieroberflächen nur ein Drehmoment übertragen, welches nicht ausreicht, um die vorgegebene Vorspannung zu überwinden. Die Bremswalze 164 dreht sich folglich im Uhrzeigersinn und treibt damit das zweite Kopierpapierblatt nach hinten aus dem Klemmspalt zurück.

Fig. 7 dient der Erläuterung der Kräfte, die auf das zweite bzw. untere Kopierpapierblatt wirken, wenn sich zwei Blätter in dem Klemmspalt zwischen den Walzen 98 und 112 befinden und wenn die Bremswalze 112 das untere Blatt nach hinten aus dem Klemmspalt herausschiebt. Man sieht, daß im Klemmspalt selbst die untere Walze 112 eine rückwärts gerichtete Tangentialkraft T auf die Unterseite des unteren Blattes ausübt. Das obere Blatt übt dagegen auf das untere Blatt eine entgegengesetzt gerichtete Scherkraft µ_p · N aus, wobei µ_p der Papier/Papier-Reibungskoeffizient ist und wobei N die Kraft ist, mit der die beiden Walzen 98 und 112 aneinandergepreßt werden. In dem Stapel S ist die Oberseite des zweiten Blattes einer nach vorn gerichteten Scherkraft µ_p (M+m) ausgesetzt, wobei M das wirksame Gewicht der Einzugswalze 86 ist und wobei m das wirksame Gewicht eines einzelnen Papierblatts des Stapels S ist. An einer Unterseite ist das zweite Blatt einer nach vorn gerichteten Scherkraft µ_p (M+2m) ausgesetzt. Für die nach hinten gerichtete resultierende Tangentialkraft, welche auf das zweite Blatt einwirkt, gilt folglich folgende Gleichung:

F_t = T - µ_pN - µ_p (2M + 3m) (1)

Damit unter diesen Bedingungen ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet ist, muß die Bremswalze 112 eine nach hinten gerichtete Tangentialkraft T folgender Größe erzeugen können:

T ≧ µ_pN + µ_p (2M + 3m) (2)

Wenn man andererseits die Kraft T als vorgegeben ansieht, dann muß für die im Klemmspalt senkrecht zu den Walzenflächen wirksame Kraft N folgende Gleichung gelten:

N ≦ T/u_p - (2M + 3m) (3)

Fig. 8 dient der Erläuterung der Kräfte, die im Klemmspalt wirksam sind, wenn sich dort nur ein einziges Kopierpapierblatt befindet und wenn die Abzugswalze 98 die Bremswalze 112 nach vorn, d. h. im Gegenuhrzeigersinn, entgegen dem daran als Vorspannung angreifenden Drehmoment antreibt. In diesem Fall muß für die senkrechte Kraft N, wenn ein Schlupf zwischen dem Papier und jeder der beiden Walzen 98, 112 verhindert werden soll, folgende Gleichung gelten:

u_rN < T (4)

wobei u_r der Walzen/Papier-Reibungskoeffizient ist und wobei u_rN die maximal zulässige Scherkraft ist. Für N gilt also:

N < T/u_r (5)

Fig. 9 zeigt eine grafische Darstellung, bei der T längs der horizontalen Achse aufgetragen ist, während N längs der vertikalen Achse aufgetragen ist. Die Darstellung zeigt die verschiedenen Zusammenhänge zwischen der Kraft N im Klemmspalt und der nach hinten gerichteten Tangentialkraft T, die von der in Fig. 7 gezeigten Bremswalze 112 ausgeübt wird. In Fig. 9 liegen die durch die Gleichungen (3) und (5) vorgegebenen zulässigen Werte für T und N in einem schraffiert eingezeichneten Bereich. Wenn ein Wertpaar (T, N) rechts von einer Linie L1 liegt und wenn folgende Gleichung erfüllt ist:

N = T/u_r (6)

dann ergibt sich für die Walzen 98 und 112 bereits dann ein Schlupf, wenn sich nur ein Kopierpapierblatt zwischen den Walzen befindet. Wenn andererseits ein Wertpaar (T, N) links von einer Linie L2 liegt und wenn folgende Gleichung gilt:

N = T/u_p - (2M + 3m) (7)

dann ist die nach hinten gerichtete Tangentialkraft T nicht ausreichend um das zweite Papierblatt zurückzutreiben.

Fig. 10 zeigt ein Diagramm der Kräfte bzw. Momente bezüglich der Achse P2 des Schwenkarms der Bremswalze 102. In dem Diagramm ist a der Abstand zwischen der Walzenachse P1 und der Schwenkachse P2; r ist der Radius der Walze 112 ; B ist die Vorspannkraft der Feder 130; l ist der Hebelarm der Kraft B bezüglich der Achse P2; α ist der Winkel zwischen der Verbindungslinie der Punkte P1 und P2 einerseits und der gemeinsamen Tangentialebene der Walzen 98 und 112 andererseits und ω ist die Winkelgeschwindigkeit der Walze 112 im Gegenuhrzeigersinn.

Zur Ermittlung des dynamischen Zusammenhangs zwischen N und T aufgrund der Walzengeometrie muß die allgemeinste Situation betrachtet werden, in der die Walze 112 eine Beschleunigung ihrer Winkelgeschwindigkeit erfährt. Das Trägheitsmoment L der Walze 112 bezüglich ihrer Drehachse P1 beträgt:

L = Iω (8)

Dabei ist I das Trägheitsmoment der Walze 112 . Wenn P1 und P2 räumlich festliegen, kann gezeigt werden, daß das Winkelmoment der Walze 112 bezüglich der Achse P2 ebenfalls gleich L ist.

Für das resultierende Drehmoment um die Achse P2 im Gegenuhrzeigersinn ergibt sich folgende Gleichung:

τ = Bl + T(r + a sin α) - N(a cos α) (9)

da τ=dL/dT ergibt sich aus den Gleichungen (8) und (9) folgende Beziehung:

Idω/dt = Bl + T(r + a sin α) - N(a cos α) (10)

Fig. 11 zeigt ein Diagramm der Kräfte bzw. Momente, die bezüglich der Drehachse P1 der Bremswalze 112 wirksam sind. Bei der Darstellung gemäß Fig. 11 wird davon ausgegangen, daß die Federkupplung 134 in einem Abstand r von der Drehachse P1 eine Tangentialkraft T_s im Uhrzeigersinn ausübt, so daß bezüglich der Achse P1 ein Drehmoment T_sr erzeugt wird. Wenn man die Situation auf den Fall verallgemeinert, daß das von der Federkupplung 134 erzeugte Drehmoment T_sr nicht notwendigerweise gleich Tr ist, ergibt sich folgende Gleichung:

τ_P1 = Idω/dt = Tr - T_sr (11)

Aus den Gleichungen (10) und (11) ergibt sich folgende Beziehung:

Bl + T(r + a sin α) - N(a cos α) = Tr - T_sr (12)

Löst man diese Gleichung nach N auf, erhält man folgende Beziehung:

N = (Bl + T_sr + Ta sin α)/a cos α (13)

Die senkrecht zum Klemmspalt wirksame Kraft N hängt somit linear von der Federkraft B, von dem Drehmoment T_s und von der in jedem Augenblick wirksamen, nach rückwärts gerichteten Tangentialkraft T ab.

Für den Sonderfall, daß die Bremswalze 112 keine winkelmäßige Beschleunigung erfährt, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn dem Klemmspalt nur ein Kopierpapierblatt zugeführt wird, kann man einsetzen: T=T_s, so daß sich die Gleichunng (13) wie folgt vereinfacht:

N = (Bl + T_s(r + a sin α))/a cos α (14)

Da r+a sin α und a cos α die senkrechte Verschiebung Y bzw. die horizontale Verschiebung X des Klemmspalts bezüglich der Schwenkachse P2 angeben, kann man die Gleichung (14) auch wie folgt schreiben:

N = (Bl + T_sY)/X = Bl/X + T_sY/X (15)

Fig. 9 verdeutlicht die relative Unempfindlichkeit der Walzenanordnung der erfindungsgemäßen Zuführvorrichtung gegenüber Änderungen der von der Federkupplung 134 erzeugten Tangentialkraft T_s. Nimmt man an, daß die Federkraft B so eingestellt ist, daß sich eine Normalkraft N0 für eine Federkupplungskraft T_s von T0 ergibt (dies führt zu einem Drehmoment T_sr) und daß die Walze 112 nicht beschleunigt wird, dann gilt T_s=T. Wenn keine Beschleunigung stattfindet, bewegt sich der Punkt (T, N), wenn sich T_s verändert, zu einem neuen Punkt längs einer Linie L3, welche den Punkt (T0, N0) passiert und welche eine Neigung µ aufweist, die gleiche Y/X ist. Im einzelnen wird dann, wenn die Kraft T_s der Federkupplung auf einen neuen Wert T1 ansteigt, die senkrechte Kraft N gemäß Gleichung (15) kompensierend auf einen neuen Wert N1 ansteigen, so daß der Arbeitspunkt (T1, N1) in dem schraffierten Bereich bleibt. Wenn dagegen bei der Anordnung keine Wechselbeziehung zwischen T und N bestünde, würde der neue Arbeitspunkt (T1, N0) links von der Linie L1 liegen, so daß bei einem einzigen Blatt im Klemmspalt bereits ein Schlupf auftreten würde. In entsprechender Weise sinkt die senkrechte Kraft N gemäß Gleichung 15 kompensierend auf einen neuen Wert N2 ab, wenn die Kraft t_s der Federkupplung auf einen Wert T₂ absinkt, so daß sich wieder ein Arbeitspunkt (T2, N₂) im schraffierten Bereich ergibt. Wenn N in diesem Fall konstant geblieben wäre, dann wäre dagegen der Arbeitspunkt an eine Stelle rechts von der Linie L2 verschoben worden, so daß der rückwärts gerichtete Drehmoment T_sr nicht ausreichend gewesen wäre, um ein zweites Blatt aus dem Klemmspalt zurückzubewegen,

Aus Fig. 9 wird ferner deutlich, daß die Empfindlichkeit der Anordnung gegenüber Änderungen von T_s dann zu einem Minimum wird, wenn µ=Y/X zwischen etwa 1/µ_r und 1/µ_p liegt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a bis 4 ergibt sich bei den Parametern: α=15°, a=20 mm und r=13 mm eine Neigung µ von etwa 0,94. Diese Proportionalitätskonstante liegt innerhalb der allgemeinen Grenzen, da in der Praxis u_p etwa 0,5 beträgt, während u_r etwa 1,0 beträgt.

Wenn zwei Blätter zugeführt werden, wie in Fig. 7, dann verschiebt sich der Arbeitspunkt (T, N) etwas, da die Bremswalze 112 zumindest anfänglich beschleunigt. Unter diesen Betriebsbedingungen fällt die Tangentialkraft T auf einen Wert ab, der gerade gleich den Schleppkräften gemäß Gleichung (1) ist, so daß folgende Gleichung gilt:

T = u_pN + u_p (2M + 3m) (16)

Mit anderen Worten liegt also der Arbeitspunkt (T3, N3) bei zwei Blättern im Klemmspalt auf der Linie L2. Gleichzeitig muß das Koordinatenpaar T3, N3 der Gleichung 13 genügen. Demgemäß liegt der Arbeitspunkt (T3, N3) auf einem Linienstück L4, welches von dem Punkt (T0, N0) ausgeht und dessen Neigung µ, wie dies Fig. 9 zeigt, dem tan α entspricht. Dabei ist zu beachten, daß für α folgende einschränkende Bedingung gilt:

tan α < 1/µ_p (17)

Andernfalls würden sich nämlich die Linie L2 und das Linienstück L4 nicht schneiden, so daß sich unter den angenommenen Bedingungen ein instabiler Betrieb ergeben müßte.

Fig. 12 dient der Erläuterung der Kräfte, die an der Walzenanordnung bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 wirksam sind. Die Analyse der Kräfte erfolgt für diesen Fall in ähnlicher Weise wie die vorstehende Analyse (mit α=0), mit dem Unterschied, daß der externe Ursprung des Drehmoments T_sr der Federkupplung mit in Betracht gezogen werden muß. Dabei kann man von der Annahme ausgehen, daß dieses Drehmoment an einem Punkt zwischen der Walzenachse P3 und der Walzenachse P4 in einem Abstand b, der gleich dem Radius des Zahnrads 176 ist, von dem Punkt P3 angreift. Unter diesen Bedingungen ergibt sich für das resultierende Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn um die Achse P4 folgende Beziehung:

τ = Idω/dt = Bl + Tr - Na + T_sr(a - b)/b (18)

In entsprechender Weise ergibt sich für das resultierende Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn um die Achse P3 folgende Gleichung:

τ = Idω/dt = Tr - T_s (19)

Aus den Gleichungen (18) und (19) folgt für N:

N = (Bl + T_sr a/b)/a (20)

oder

ΔN/ΔT_s = r/b (21)

Für die Werte r=13 mm; a=16 mm und b=7 mm ergibt sich:

ΔN/ΔT_s = 1,86 (22)

Die Proportionalitätskonstante liegt also wieder innerhalb der oben angegebenen Grenzen.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird. Tatsächlich arbeitet die erfindungsgemäße Zuführvorrichtung selbst nach langen Betriebszeiten sehr zuverlässig und unabhängig von den charakteristischen Eigenschaften der Reibflächen. Die Zuführvorrichtung ist insbesondere in der Lage, ein unerwünschterweise zugeführtes zweites Blatt des Kopierpapiers vollständig zurückzuschieben, ohne daß eine übermäßig lange Zeit verginge, ehe nach dem Einschalten ein Transportvorgang beginnt. Schließlich wird erfindungsgemäß eine in Bremsrichtung vorgespannte Bremswalze verwendet, welche gegenüber Schwankungen des nach rückwärts gerichteten Vorspann-Drehmoments relativ unempfindlich ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Abziehen von Blättern, insbesondere Kopierpapierblättern , von einem Blattstapel, mit einer antreibbaren Abzugswalze und einer dieser gegenüberliegenden Bremswalze, mit Andrückeinrichtungen zum Zusammendrücken der Walze mit einer Normalkraft, derart, daß die Bremswalze durch die Antriebswalze über ein durch den Klemmspalt zwischen den beiden Walzen laufendes Blatt mit dem Drehsinn der Abzugswalze entgegengesetztem Drehsinn antreibbar ist, mit einer Spanneinrichtung zum Erzeugen eines auf die Bremswalze wirkenden Drehmoments, welches zu dem von der Abzugswalze auf sie übertragenen Drehmoment entgegengesetzt ist, so daß durch die Bremswalze auf ein an sie angrenzendes Blatt eine Tangentialkraft ausübbar ist, die zu der von der Abzugswalze auf dieses Blatt übertragenen Tangentialkraft entgegengesetzt ist, und mit einer das auf die Bremswalze wirkende Drehmoment begrenzenden Drehmomentkupplung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (134, 148) derart ausgebildet ist, daß durch sie für die Bremswalze (112) im nicht angetriebenen Zustand derselben ein vorgegebenes, zu dem von der Abzugswalze (98) auf die Bremswalze (112) übertragbaren Drehmoment entgegengesetztes Mindestdrehmoment erzeugbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (134, 148) als direkt bezüglich der Drehachse (Stellschrauben 1116, 118) der Bremswalze (112) wirksame Spanneinrichtung (134, 148) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtungen (134, 146) ein an seinem einen Ende mittels Halterungseinrichtungen (154, 158) drehfest gehaltertes Torsionselement (150) sowie Anschlageinrichtungen (144, 160) zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen winkelmäßigen Mindestauslenkung des Torsionselements (150) umfassen, daß Verbindungseinrichtungen (134) vorgesehen sind, die das eine Ende des Torsionselements (150) lösbar mit der Bremswalze (112) verbinden und daß Trenneinrichtungen (142, 144) in Abhängigkeit von einer vorgegebenen winkelmäßigen Auslenkung des Torsionselements, die größer ist als die dem Mindestdrehmoment entsprechende Auslenkung desselben zur Unterbrechung der Verbindung zwischen dem anderen Ende des Torsionselements (150) und der Bremswalze (112) zu öffnen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen durch eine Federkupplung (134) gebildet sind, deren angetriebenes Element (136) Teil der Bremswalze (112) ist und deren antreibendes Element (138) in Achsrichtung einen Dorn (152) aufweist, der einen radial abstehenden Zapfen (160) besitzt, der von einer Torsionsfeder (150) umgeben ist, deren eines Ende mit dem Dorn (152) lösbar verbunden ist und deren anderes Ende mit einem ortsfesten Zylinderelement (154) fest verbunden ist, welches einen in Achsrichtung abstehenden Finger (144) aufweist, an den sowohl der Zapfen (160) als auch ein freies Ende (142) einer Schraubenfeder (140) der Federkupplung (134) zur Unterbrechung der Verbindung zwischen dem anderen Ende der das Torsionselement bildenden Torsionsfeder (150) und der Bremswalze (112) anlegbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremswalze (164) drehbar an einem schwenkbaren Arm (170) gehaltert ist, daß auf der Schwenkachse des schwenkbaren Arms (170) ein drehbares Antriebselement (178) angeordnet ist, daß die Bremswalze (164) und das drehbare Antriebselement (178) über eine Drehantriebsverbindung (176, 178) miteinander verbunden sind, daß die Spanneinrichtung (180) als an dem drehbaren Antriebselement (178) angreifende Spanneinrichtung ausgebildet ist und daß die Schwenkachse des schwenkbaren Arms (170) derart angeordnet ist, daß die Bremswalze (164) in Abhängigkeit von dem an ihr wirksamen Drehmoment mit einer gegen die Abzugswalze (98) gerichteten Kraft beaufschlagbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Antriebselement (178) ein Zahnrad ist, welches um die Schwenkachse des schwenkbaren Arms (170) drehbar ist, und daß die von dem schwenkbaren Arm (170) getragenen Einrichtungen zum Kuppeln des drehbaren Antriebselements (174) mit der Bremswalze (164) ein Zahnrad (176) an der Bremswalze (164) umfassen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse des schwenkbaren Arms (170) in Transportrichtung der Blätter hinter der Abzugswalze (98) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Bremswalze (164) ist mit einer Federkupplung (180) verbunden, deren antreibendes Element (182) mit der Bremswalze (164) fest verbunden ist;
b) das feste Ende einer Schraubenfeder (194) der Federkupplung (180) ist mit dem angetriebenen Element (184) derselben verbunden, welches fest auf einer antreibbaren Welle (186) sitzt und einen in Achsrichtung abstehenden Finger (198) aufweist, an dem das freie Ende (196) der Schraubenfeder (194) anlegbar ist.