DE3201836A1 - "dreimesserschneidemaschine" - Google Patents

"dreimesserschneidemaschine"

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DE3201836A1 DE19823201836 DE3201836A DE3201836A1 DE 3201836 A1 DE3201836 A1 DE 3201836A1 DE 19823201836 DE19823201836 DE 19823201836 DE 3201836 A DE3201836 A DE 3201836A DE 3201836 A1 DE3201836 A1 DE 3201836A1
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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.
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Claims (7)

EIKENBERG 8e BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER H. Wohlenberg KG GmbH & Co 301/43 P atentansprüche
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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