DE3201836A1 - "dreimesserschneidemaschine" - Google Patents
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Description
Drei messerschneidemaschine
Es sind Dreimesserschneidemaschinen zum dreiseitigen Beschneiden von Stapeln aus Büchern, Broschüren oder dergleichen
bekannt, bei denen das Schneidgut automatisch auf den Schneidetisch befördert, dort unter den Messern ausgerichtet
und durch eine Preßplatte auf dem Schneidetisch festgehalten wird. Sodann werden zunächst die beiden Seitenmesser
gleichzeitig angetrieben, um die Kopf- und Fu3seite des Stapels zu beschneiden, und dann erfolgt in einem zweiten
Arbeitsgang mit dem Vordermesser der Schnitt der Vorderseite des Stapels, worauf das Schneidgut automatisch vom Schneidetisch
herausbewegt und mittels eines Förderbandes aus der Maschine abgeführt wird.
Dieser Folgeschnitt, der auch in umgekehrter Reihenfolge
erfolgen kann, ist erforderlich, weil die Seitenmesser
wie auch das Vordermesser länger als das zu beschneidende Gut sein müssen und sich daher bei einem simultanen Bewegungsablauf
gegenseitig im Wege wären. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise bekannt, ein Schrittschaltwerk zu verwenden,
welches die Bewegungsabläufe der beiden Seitenmesser und des Vordermessers nacheinander steuert.
Durch die zeitliche Aufeinanderfolge von zwei Arbeitstakten
beim Beschnitt des Schneidgutstapels ist natürlich die Leistungsfähigkeit der Maschine begrenzt. Die Verkettung
von Verarbeitungsmaschinen zu Buchfertigungsstraßen erfordert jedoch eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit,
da eine in diesen HochleistungsfertigungsstrajSen integrierte
Dreimesserschneidemaschine in ihrer bisherigen Bauweise das langsamste Glied in der Fertigungsstraße darstellt und eine
optimale Arbeitsgeschwindigkeit nicht zuläßt.
Gegenüber den Dreimesserschneidemaschinen mit einer einzigen Schneidestation sind auch Zwei-Stationen-Fließschneider
bekannt, bei denen im Gegensatz zu der Dreimesserschneidemaschine der Schnitt in zwei Schneidstationen
bewirkt wird, und zwar wird in einer ersten Station der Kopf- und Fußbeschnitt und in der nachfolgenden zweiten Station
der Beschnitt der Vorderseite durchgeführt. Fließschneider
sind jedoch aufgrund ihres baulichen Aufwandes teuer, denn es sind hier zusätzliche Maßnahmen zu treffen, um den Schneidgutstapel
der zweiten Station zuzuführen und von dieser wieder auszustoßen, wobei infolge der zweimal erforderlichen
Ausrichtung des Stapels die Schnittgenauigkeit leiden kann.
Außerdem ist aufgrund des Transports die Stapelhöhe begrenzt, so daß der Vorteil einer höheren Taktleistung durch eine Verringerung
der Schnittleistung erkauft werden muß und damit gegenüber den bekannten Dreimesserschneidemaschinen keine
nennenswerte Erhöhung der Leistung erreicht werden kann.
Die weitere Entwicklung in Richtung auf eine Erhöhung
der Arbeitsgeschwindigkeit hat sich daher auf eine
Verbesserung der Messerantriebe bei den Dreimesserschneidemaschinenkonzentriert.
Aus der DE-OS 28 26 476 ist es bekannt, das Vordermesser,
nachdem dieses den Schnitt durchgeführt hat', aus dem Weg der Seitenmesser wegzuschwenken, so daß sehr schnell im
Anschluß daran die beiden Seitenmesser den Schnitt ausführen können.
t Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Einsatz in
Hochleistungsfertigungsstraßen beträchtliche Drehzahlen erreicht
werden müssen, so daß bei den nicht unerheblichen
Massen, die beschleunigt und verzögert werden müssen, schnell eine Drehzahlgrenze erreicht wird, wenn die Bewegungsabläufe
nicht harmonisch erfolgen. Dies ist aber der Fall, wenn im Anschluß an eine Schnittbewegung noch eine sehr rasche
Schwenkbewegung des Messers ausgeführt wird, die in einer anderen Richtung als die Schnittbewegung verläuft. Außerdem
neigt das Messer wegen seiner schwenkbaren Lagerung zu einer Verbiegung beim Schnitt.
Aus der DE-PS 19 63 861 ist eine Dreimesserschneidemaschine bekannt, bei der die Messerbewegungen von der sogenannten
Eintourenwelle der Maschine abgeleitet werden. Die Bewegungen der Seitenmesser und des Vordermessers erfolgen
dabei während einer Umdrehung der Eintourenwelle wie bisher
nacheinander, jedoch ist das Getriebe zwischen der Eintourenwelle und den Messerträgern so ausgebildet, daß sowohl die
Seitenmesser als auch das Vordermesser eine gewisse Zeitspanne lang oberhalb des Schnittbereiches verbleiben, so daß
diese Zeitspanne für das lagegenaue Ausrichten des Schneidgutstapels zur Verfügung steht.
Der Antrieb der Messerträger besteht dabei aus einer Reihenschaltung eines am Messer angreifenden Führungsgetriebes und eines diesem vorgeschalteten Funktionsgetriebes.
Das Führungsgetriebe bewirkt dabei die Auf- und Abbewegung der zugehörigen Messeranordnung, während das Funktionsgetriebe
den zeitlichen Ablauf des Führungsgetriebes nach einer vorgegebenen Funktion steuert. Beide Getriebe bestehen dabei
aus je einer zehngliedrigen Gelenkkette. Die zahlreichen Glieder und Gelenke führen jedoch zu einer hohen Summentoleranz der
Lagerspiele und einer hohen Elastizität der Gesamtkette, die sich auf
die Messerbewegung nachteilig auswirken können, z.B. im unteren Totpunkt beim Einschneiden in die Schneidleiste und dem
dabei gleichzeitig stattfindenden Umkehren der Bewegung, wo die unter der Schneidkraft vorgespannte lange Kette sich
wieder entspannt.
Die Erfindung geht von einer Dreimessermaschine der zuletzt genannten Art aus, bei der von der Eintourenwelle
während eines Umlaufs über zwischengeschaltete Getriebe an einer einzigen Station zunächst die Seitenmesser und
anschließend das Vordermesser oder umgekehrt zur Ausführung der Schnittbewegung angetrieben werden, wobei der Antrieb
für die Messer jeweils aus einem Führungsgetriebe und aus einem diesem vorgeschalteten Funktionsgetriebe besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Dreimesserschneidemaschine den Messerantrieb so zu
gestalten, daß die Getriebekette mit wenig bewegten Teilen auskommt und insgesamt einen stabilen übertragungsweg bildet,
und daß die im Getriebeweg liegenden Glieder eine harmonische Bewegung ausführen.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Funktionsgetriebe durch ein Zahnradgetriebe
mit einem sich während eines Umlaufs der Eintourenwelle ändernden übersetzungsverhältnis gebildet ist.
Der Einsatz von Zahnrädern für das Funktionsgetriebe hat den Vorteil, daß ein stabiler übertragungsweg gewonnen
wird, weil sich die Zahnräder aufeinander abwälzen und die Mittelpunktsabstände zwischen miteinander kämmenden Zahnrädern sich
auch unter Belastung nicht ändern können. Außerdem sind translatorische Bewegungen, die bei dem erfindungsgemäßen
Zahnradgetriebe den Rotationsbewegungen der Zahnräder über-
lagert sind, wesentlich gleichförmiger als die Schwenkbewegungen von Hebeln bei dem Funktionsgetriebe der bekannten
Maschine.
In Ausgestaltung der Erfindung besteht das Zahnradgetriebe
aus drei Zahnrädern, von denen die Achse des ersten exzentrisch mit der Eintourenwelle verbunden ist und
Über ein Zwischenrad mit beweglicher Drehachse mit dem dritten Zahnrad kämmt, das auf der die Messeranordnung antreibenden
Achse des Führungsgetriebes sitzt* Das sich ändernde übersetzungsverhältnis ergibt sich bei dieser Anordnung
dadurch, daß in Abhängigkeit von der Winkelstellung des
ersten Zahnrades die Lage des Zwischenrades verändert wird und damit das dritte Zahnrad eine vom ersten Zahnrad abweichende Umfangsgeschwindigkeit
erfährt. Dadurch, daß das erste und das dritte Zahnrad ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 aufweisen,
wird sichergestellt, daß bei einer Umdrehung der Eintourenwelle und damit des ersten Zahnrades auch das dritte
Zahnrad eine Umdrehung ausgeführt hat.
Durch zwischen der Achse des Zwischenrades und den Achsen
des ersten und dritten Zahnrades drehbeweglich angeordnete Lenker gleicher Länge werden die Abstände der Achsen des
ersten und dritten Zahnrades zur Achse des Zwischenrades fixiert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bedeuten:
Fig. 1 eine Anordnung von drei Zahnrädern zur Veranschaulichung der Wirkungsweise
eines erfindungsgemäß ausgebildeten Getriebes mit veränderbarer
Übersetzung,
Fig. 2 die exzentrische Ankopplung des antreibenden Zahnrades der in
Fig. 1 dargestellten Anordnung,
Fig. 3 die Zusammenfassung von Fig. 1 und Fig. 2 zu dem Funktionsgetriebe,
das bei der erfindungsgemäßen Dreimesserschneidemaschine
Anwendung findet,
Fig. 4 eine schemati sehe Darstellung einer
Dreimesserschneidemaschine mit den Antriebsgetrieben für die Messeranordnungen,
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Wegübertragungsfunktion des Antriebs,
der beiden Getriebe und des Abtriebs, und
Fig. 6 den zeitlichen Bewegungsablauf von
Vordermesser und Seitenmessern.
Fig. 1 zeigt ein Zahnrädergetriebe mit drei miteinander kämmenden Zahnrädern Z*, Zo und Zg. Unter der Annahme,
daß die Mittelpunkte M^, M2 und M3 ortsfest angeordnet sind,
wird das übersetzungsverhältnis des Getriebes durch die Zahnräder
Z^ und Zg bestimmt, da das Zwischenrad I^ ohne Einfluß
bleibt. Der Zahneingriffspunkt liegt sowohl auf der Zahneingriff
sstrecke als auch auf der Verbindungsgeraden der jeweiligen Rädermittelpunkte.
Verbindet man die Mittelpunkte der drei Zahnräder mit zwei Lenkern L· und Ι_2>
und wird nur der Mittelpunkt M3 des
Zahnrades Zg als ortsfester Punkt eines X-Y-Koordinatensystems
definiert, ist das Übersetzungsverhältnis variabel, wenn M^ seine X-Y-Koordinaten ändert. Die Verschiebung kann
dabei sowohl in X- als auch in Y-Richtung erfolgen. Das durch die Mittelpunkte M., M2, M3 definierte Dreieck wird sich dadurch
in seinen Winkeln <x, β, ψ ändern.
In anderen Worten bedeutet dies, daß bei ortsfester Lage des Mittelpunktes M. im X-Y-Koordinatensystem
jede Winkel änderung des Antriebswinkels f im Verhältnis der
Zähnezahlen der Zahnräder 1. und Z3 einen entsprechenden Abtriebswinkel
δ am Zahnrad Z3 erzeugt (Funktion eines normalen
Standrädergetriebes) während unter der Annahme, daß ein X'-Y1-Koordinatensystem in seiner Lage durch den Mittelpunkt
M^ des Zahnrades I. bestimmt ist und der Mittelpunkt M^ nicht
festgelegt ist, jede Parallel verschiebung des X'-Y'-Koordinatensystems
zum X-Y-Koordinatensystem am Zahnrad Z3 zusätzlich eine Winkeländerung des Abtriebswinkels ff erzeugt. Aus
diesen Zusammenhängen wird erkennbar, daß durch den Freiheitsgrad des Zahnrades 1. eine Änderung des Abtriebswinkels
S erzielt werden kann, der von dem durch die Zähnezahl der Zahnräder 2. und Z3 gegebenen Übersetzungsverhältnis abweicht
Werden die drei Tei1 bewegungen in X-Richtung, Y-Richtung und
f-Richtung gleichzeitig durchgeführt, ergibt sich die Gesamtwinkeländerung
aus der Summe der Tei!winkel änderungen. Sie
können im mathematischen Sinne positiv oder negativ sein und somit die Abtriebswinkelgeschwindigkeit ungleichförmig beeinflussen,
d.h. das Übersetzungsverhältnis ist ungleichförmig.
Auf der Basis dieser Überlegungen wird nun das Zahnrad Z^ gemäß Fig.2 und 3 exzentrisch in M-.. drehbar gelagert und
gleichförmig angetrieben. Der Punkt M-.. ist ein Festpunkt im
X-Y-Koordinatensystem. Durch diese Bedingung ist sichergestellt, daß das X'-Y'-Koordinatensystem gleichzeitig eine
Koordinatendrehung und eine Koordinatenparallel verschiebung
erfährt.
Mit einem solchen Zahnradgetriebe läßt sich erreichen, daß der Vektor des Abtriebswinkels S am Zahnrad Z^
durch Addition positiver und negativer Teilbeträge zeitweilig im Stillstand verharrt. Dies ist in der graphischen
Darstellung im rechten Teil der Fig. 3 veranschaulicht.
Die in Fig. 4 dargestellte Dreimesserschneidemaschine enthält einen Maschinenkörper 1, in dem ein Maschinentisch
2 zur vorübergehenden Aufnahme eines Schneidgutstapels 3 angeordnet ist. Die Zuführung des Schneidgutstapels
3 erfolgt automatisch über nicht dargestellte Mittel, und nachdem der Schneidgutstapel 3 in einer vorgegebenen
Lage ausgerichtet worden ist,werden nacheinander Messeranordnungen in Bewegung gesetzt, um zunächst die Vorderseite
und im Anschluß daran die Kopf- und Fußseite des Schneidgutstapels zu beschneiden.
Im Maschinenkörper 1 ist in bekannter Weise der Vordermesserhalter
4 in steifen Führungen vertikal geführt. Der Vordermesserhalter 4 ist an Lenkern 5 und 6 so aufgehängt, daß die Messerschneide
einen Schwingschnitt in Bezug auf den Schneidgutstapel 3 ausführt und am Ende der Abwärtsbewegung parallel
zum Maschinentisch 2 steht.
Die beiden Seitenmesserhalter 7 sind auf einem Balken 8 drehfest und axial verschiebbar angeordnet. Der
Balken 8 wird in steifen Geradführungen 9 im Maschinenkörper 1 geführt und trägt an einem Ende drehfest geklemmt einen
Hebel 10. Das freie Ende des Hebels 10 ist mit einem in einer Führung 11 verschiebbaren Stein verbunden und bewirkt
dadurch einen Schwingschnitt der Seitenmesserhalter 7 in
Bezug auf den Schneidgutstapel 3 und das parallele Aufsetzen der Messerschneiden auf dem Maschinentisch 2 am Ende der
Schnittbewegung. Der Antrieb des Vordermesserhalters 4 und
der beiden Seitenmesserhalter 7 erfolgt phasenversetzt von
einer im Maschinenkörper 1 gelagerten Eintourenwelle 12.
Zwischen der Eintourenwelle 12 und den Messerhaltern befinden
sich weiter unten noch näher erläuterte Getriebeanordnungen, die einen Arbeitszyklus pro Umdrehung der Eintourenwelle
12 ausführen.
Die Eintourenwelle 12 trägt an einem Ende ein
exzentrisch befestigtes erstes Zahnrad 13, welches über ein Zwischenrad 14 mit einem dritten Zahnrad 15 in Verbindung
steht. Die Zahnräder 13, 14, 15 entsprechen in ihrer Reihenfolge
den Zahnrädern Z^, Z^^ Z3 in Fig. 1 und 3, und die
Eintourenwelle 12 entspricht dem Lagerpunkt M^ in Fig. 2
und 3. Die Achsabstände zwischen dem Zwischenrad 14 einerseits und den Zahnrädern 13 und 15 andererseits werden durch
Lenker 16 und 17 fixiert, wobei die Lenker 16 und 17 gleich lang bemessen sind und die Zahnräder 13 und 15 die gleiche
Zähnezahl aufweisen und damit ein übersetzungsverhältnis
von 1:1 besitzen. Die Lenker 16, 17 und das Zahnrad 14 führen im gemeinsamen Drehpunkt 18 relativ zueinander Drehbewegungen
aus.
Der Lenker 17 und das Zahnrad 15 stützen sich gemeinsam auf einer Achse 19 ab und führen ebenfalls relativ
zueinander Drehbewegungen aus.
Mit dem Zahnrad 15 ist eine Kurbel 20 in genau definierter Lage fest verbunden und bewegt über eine Zugstange
21 mit sphärischen Gelenkpunkten einen zweiarmigen Hebel 22, der im Maschinenkörper 1 drehbar gelagert ist. Die Drehbewegung
dieses zweiarmigen Hebels 22 wird über eine Zugstange
23 auf den Vordermesserhalter 4 übertragen und erzeugt die
Arbeitsbewegung.
Das andere Ende der Eintourenwelle 12 trägt ebenfalls
ein exzentrisch befestigtes Zahnrad 13', welches über ein Zwischenrad 14' mit einem weiteren Zahnrad 15' in Verbindung
steht. Die Lenker 16' und 17' und der Drehpunkt 18' haben die gleichen Funktionen wie zuvor beschrieben.
Mit dem Zahnrad 15' ist eine Kurbel 24 und eine Kurbelwelle 25 in genau definierter Lage fest verbunden. Am
anderen Ende der Kurbelwelle 25 befindet sich eine Kurbel Die Kurbeln 24 und 26 sind phasengleich angeordnet und haben
den gleichen Kurbel radius. Die ungleichförmige Drehbewegung
der Kurbeln 24 und 26 wird über zwei parallele Zugstangen auf den Seitenmesserbal ken 8 übertragen und erzeugt die
Arbeitsbewegung.
In der graphischen Darstellung gemäß Fig. 5 sind die Weg-Übertragungsfunktionen der Einzel getriebe von der
Eintourenwelle 12 bis zur Messerbewegung in einem Blockschaltbild
dargestellt. Links ist die gleichförmige Drehbewegung
der Eintourenwelle durch eine lineare Kennlinie im Weg-Zeit-Schaubild
dargestellt. Im Bewegungsablauf des Funktionsgetriebes A ist eine teils waagerecht verlaufende Weg-Zeit-Kurve
erkennbar. Diese überlagert sich mit dem sinusähnlichen
Verlauf des Führungsgetriebes B zu einem Bewegungscharakter mit einer ausgeprägten Rast am Abtrieb, die durch den waagerechten
Teil am Anfang der Weg-Zeit-Kurve gekennzeichnet ist.
Fig. 6 zeigt den zeitlichen Ablauf der Antriebsbewegung von Vordermesser und Seitenmessern, und es ist erkennbar,
daß die Schneidbewegungen dieser Messeranordnungen zeitlich versetzt erfolgen und eine gemeinsame Stillstandszeit
vorhanden ist, in der der Austausch des Schneidgutes
zwischen den Schneidphasen durchführbar ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Führungsgetriebe aus einem exzentrischen Schubkurbelgetriebe
für die Seitenmesser und aus einer schwingend angetriebenen Kurbel schwinge in offener Vierecklage für das Vordermesser.
Natürlich können diese Getriebe auch ausgetauscht oder abgewandelt werden.
Durch die erfindungsgemäße gezielte Überlagerung der Bewegungen der einzelnen Getriebe ergibt sich eine Antriebscharakteristik
mit einer definierten Rast und harmonischen Anteilen der einzelnen Bewegungsfunktionen, so daß
auf diese Weise die für die Praxis von Hochl.eistungsfertigungsstraßen
erforderlichen Drehzahlen erfüllt und pro Minute bis zu 100 Arbeitszyklen und mehr durchgeführt
werden können.
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß der Zeitanteil des Schneidens in der Einsatzhöhe etwa der halben Taktzeit
entspricht. Dadurch ist es möglich, die zweite Hälfte der Taktzeit für die Funktionen "Transportieren" und "Positionieren"
zunutzen.
Leerseite
Claims (7)
1. Dreimesserschneidemaschine, bei der zum dreiseitigen Beschneiden von Stapeln aus Büchern, Broschüren oder dergleichen
von der Eintourenwelle während eines Umlaufs über zwischengeschaltete Getriebe an einer einzigen Station zunächst
die Seitenmesser und anschließend das Vordermesser oder umgekehrt zur Ausführung der Schnittbewegung angetrieben
werden, wobei der Antrieb für die Messer jeweils aus einem Führungsgetriebe und aus einem diesem vorgeschalteten Funktionsgetriebe
besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsgetriebe durch ein Zahnradgetriebe (13, 14, 15, 16, 17)
mit einem sich während eines Umlaufs der Eintourenwelle (12)
ändernden Obersetzungsverhältnis gebildet ist.
2. Dreimesserschneidemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zahnradgetriebe aus drei Zahnrädern (13, 14, 15) besteht, von denen die Achse des ersten
exzentrisch mit der Eintourenwelle (12) verbunden ist und
liber ein Zwischenrad (14) mit beweglicher Drehachse (18) mit dem dritten Zahnrad (15) kämmt, das auf der die Messeranordnung
antreibenden Achse (19) des Führungsgetriebes sitzt.
3. Dreimesserschneidemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das dritte Zahnrad
(13, 15) ein übersetzungsverhältnis von 1:1 aufweist.
4. Dreimesserschneidemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Achse des Zwischenrades (14) und den Achsen des ersten und dritten Zahnrades
(13, 15) drehbeweglich je ein Lenker (16, 17) angeordnet
ist.
5. Dreimesserschneidemaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lenker (16, 17) gleich lang bemessen sind.
6. Dreimesserschneidemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste
Zahnrad (131) für den Seitenmesserantrieb an dem einen Ende
und das erste Zahnrad (13) für den Vordermesserantrieb an dem anderen Ende der Eintourenwelle (12) angeordnet ist.
7. Dreimesserschneidemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungs·
getriebe für die Seitenmesser aus einem exzentrischen Schubkurbelgetriebe
(24, 27, 9 bzw. 26, 27, 9) und das Führungsgetriebe für das Vordermesser aus einer räumlichen Kurbelschwinge
(20, 21, 22) und aus einer ebenen Kurbel schwinge (22, 23, 4) besteht.
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