DE3523603A1

DE3523603A1 - Bahnschneidvorrichtung

Info

Publication number: DE3523603A1
Application number: DE19853523603
Authority: DE
Inventors: Richard Harry Phillips Wis. Thomas
Original assignee: Marquip Inc
Current assignee: Marquip Inc
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1986-01-23
Anticipated expiration: 2005-07-03
Also published as: GB2169234B; FR2567792B1; JPH0815711B2; US4548112A; JPS6133897A; CA1251128A; DE3523603C2; FR2567792A1; GB8516926D0; GB2169234A

Description

Bahnschneidvorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft das Schneiden einer Bahn eines sich bewegenden Flächenmaterials und insbesondere befaßt sie sich mit dem Durchtrennen einer sich bewegenden endlosen Bahn zu einer Mehrzahl gesonderter Blätter.

Ausgegangen wird hierbei von den US-PS'en 2 778 422 und 3 683 734.

Es ist bekannt, eine sich in Längsrichtung bewegende endlose Papierbahn oder dergleichen zu gesonderten Blättern mit Hilfe eines rotierenden Zylinders zuzuschneiden, der sich in Querrichtung zum Bewegungsweg der Bahnbewegung erstreckt und der ein einziges axial verlaufendes Messer daran hat, das zum Durchtrennen in Eingriff mit der Bahn kommt. Zwei derartige rotierende Zylinder, die auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn angeordnet sind, wurden üblicherweise verwendet, wobei die in Gegenrichtung sich drehenden Messer zur Ausführung des Schnittes zusammenarbeiten.

Bisher war jeder rotierende Zylinder meist entweder als ein massives Teil aus Metall oder alternativ als ein dickwandiges Metallrohrteil ausgebildet, das eine hohle Axialbohrung und eine ununterstützte innere Wandung hat.

Es war erwünscht, die Trägheitskräfte zu reduzieren, die insbesondere bei Antrieben von Schneidzylindern mit variablen Geschwindigkeiten einen Einfluß haben. Die eingangs

genannten US-PS'en beschreiben Einrichtungen/ die die Trägheit herabsetzen. Derartige Einrichtungen fassen ins Auge₇ daß ein drehbarer Schneidzylinder mit einer dünnen Wandung hergestellt wird, der konzentrisch über einem festen, massiven, zylindrischen, schaftähnlichen Kern von gewichtsmäßig schwerer Auslegung angeordnet ist. Bei der US-PS 3 683 734 ist eine Mehrzahl von ringförmigen Lagern zwischen dem Zylinder und dem Kern angeordnet, wodurch nicht nur die Zylinderdrehung unterstützt, sondern auch eine Abstützung der dünnen zylindrischen Wandung gegen Deformationen infolge der radialen Schneidkräfte bewirkt wird. Weitere Abstützungsmöglichkeiten sind auch in diesen US-PS'en angegeben.

Wenn mechanische Abstützungen zwischen den Zylindern und den massiven Kernen einer Doppelzylinderanordnung vorgesehen sind, so wurde eine ungewöhnliche Erscheinung beobachtet, die beim Bahnschneiden mit hoher Geschwindigkeit auftritt. Als Beispiele können hierfür Drehzahlen des Schneidzylinders von 150 bis 300 Upm genannt werden. Bei dieser Erscheinung handelt es sich um ein hoch frequentes Selbsttönen, wie der Ton ähnlich einer Glocke oder von einer Klaviersaite. Ein solches Selbsttönen wird von unvollständigen oder zackigen Schnittlinien bei der sich bewegenden Bahn begleitet. Es hat sich gezeigt, daß bei der Vergrößerung der Überlappung der Schneidmesser ungenügende Schnittstellen vermieden werden können. Die Messer sind hierbei aber einem schnelleren Verschleiß ausgesetzt und das Selbsttönen wird nicht unterdrückt.

Bei einer relativ niedrigen Drehzahl der Schneidzylinder treten das Selbsttönen und die unvollständigen Schnittstellen nicht auf. Sie beginnen plötzlich, wenn die Drehzahl einen bestimmten Wert erreicht.

Die Erfindung zielt darauf ab, das vorstehend genannte unerwünschte Selbsttönen und die ungenügenden Schnittstellen zu vermeiden, obgleich gleichzeitig die Messer ihre normale Überlappung und die geringe Trägheit der Schneidzylinder beibehalten sollen.

Die Erfindung befaßt sich mit der Untersuchung der Ursachen dieser Schwierigkeiten und der Schaffung einer Lösung zur Überwindung derselben.

Bei der Untersuchung dieser Problematik hat sich gezeigt/ daß eine nach innen gerichtete radiale Kraft nicht nur auf dem dünnen Schneidzylinder, sondern auch durch die zwischengeschalteten Lager an der massiven inneren Stützwelle erzeugt wird, wenn die gegenüberliegenden Messer unter Ausführung eines einzigen Schnittes der Bahn zusammenkommen. Hierdurch werden geringfügige, kurzfristige Deformationen nicht nur des Zylinders, sondern auch der Stützwelle verursacht. Wenn darauffolgende Schnitte vorgenommen werden, so ist die Welle einer Mehrzahl von Verformungen induzierenden Kräften ausgesetzt. Wenn diese Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Kräften mit einer Geschwindigkeit in der Nähe der Resonanzfrequenz der Gesamtanordnung auftreten, ist nimmt die Stärke der Auslenkungen zu.

Im Hinblick auf das unerwünschte Selbsttönen, das als von der massiven Stützwelle ausgehend angenommen wurde, wurde das System der Eigenresonanz des Schneidzylinders, der massiven Stützwelle und die Anordnung aus beiden untersucht. Die Resonanzfrequenz eines einer Schwingung ausgesetzten Körpers ist proportional zur Masse des Körpers gemäß folgender Gleichung:

^rf r\j

wobei rf die Resonanzfrequenz und m die Masse ist.

Die Masse des dünnwandigen Schneidzylinders ist relativ niedrig und er hat somit eine relativ hohe Resonanzfrequenz oberhalb der Schneidfrequenz. Die Masse der massiven Stützwelle ist relativ hoch, woraus eine wesentlich niedrigere Eigenfrequenz für die Anordnung aus Schneidzylinder und Stützwelle resultiert. Diese Frequenz liegt nahe bei der Deformationsfrequenz/ die ihre Ursache in den aufeinanderfolgenden Schnitten hat. Es hat sich gezeigt, daß hierin die Ursache für das Selbsttönen während des schnellen Schneidens zu sehen ist.

Bei niederen Drehzahlen des Schneidzylinders war jede einzelne Verformung von einem einzigen Schnitt mit einer geringen Amplitude behaftet und diese wurde ausreichend durch Eigenverluste während der Rotation gedämpft, bevor die Messer zur Ausführung eines nächsten Schnittes wieder zusammenkamen. Wenn jedoch die Drehzahl größer wird, nimmt die Frequenz dieser Verformungen bis zu einem Punkt zu, an dem eine Kombination von Radial- und Torsionsschwingungen in der Welle auftritt, woraus turbulente Schwingungen in der Welle resultieren. Diese Schwingungen werden nicht ausreichend zwischen den hochfrequenten Schneidvorgängen gedämpft. Vermutlich liegt hierin nicht nur die Ursache des Selbsttönens, sondern auch die Ursache dafür, daß die Schneidmesser nicht in vorbestimmter Weise zur Ausführung eines sauberen Schnittes an der Bahn zusammenkommen.

Nach dem Auffinden der Ursachen für das selbsttönende Geräusch und die zackigen Schnitte während des Betreibens einer Schneidvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit wurde eine Lösung zur Überwindung dieser Schwierigkeiten entwickelt.

Im Hinblick auf die verschiedenen Aspekte nach der Erfindung hat sich ergeben, daß das Selbsttönen dadurch minimalisiert werden könnte, daß die Eigenresonanzfrequenz der Anordnung aus Zylinder und Stützwelle über die Schneidfreguenz dadurch angehoben wird, daß die Masse der Stützwelle nennenswert herabgesetzt wird. Ferner hat sich gezeigt, daß die zackigen Schnitte im wesentlichen eliminiert werden können, wenn die Amplitude der Schwingungen der Stützwelle während des Schneidens mit hoher Geschwindigkeit gedämpft wird, so daß die bei jedem folgenden Schnitt verursachten Schwingungen isoliert werden nicht in der Welle miteinander verknüpft oder vermischt werden/ um die Ausrichtung des Messers zu verändern.

Insbesondere wird die Stützwelle von einem Körper gebildet, der eine unperforierte zylindrische Wand hat, die etwa der Dicke der dünnen Wand des Schneidzylinders entspricht. Die zylindrische Wand der Stützwelle ist an beiden Enden geschlossen, um einen ununterbrochenen zylindrischen Hohlraum zu bilden, der sich von dem einen Ende der zylindrischen Wand zu dem anderen derselben erstreckt. Zusätzlich ist der Hohlraum der Stützwelle mit einem fließfähigen schwingungsdämpfenden Material ausgefüllt, das nicht an den Hohlraumwandungen festgelegt ist und das somit keinen nennenswerten Anteil an der Masse der Stützwelle hat.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Durchtrennen gesonderter Flächengebilde in aufeinanderfolgender Folge, ausgehend von

einer sich bewegenden endlosen Bahn,

Figur 2 eine vergrößerte Seitenansicht zur Verdeutlichung des Schneidens der Bahn mit einem Paar von Schneidzylindern/

Figur 3 eine schematische Draufsicht auf die Bahn

zur Verdeutlichung der Ausrichtung eines Schneidzylinders/ und

Figur 4 eine schematische Ansicht in Querrichtung einer sich bewegenden Bahn zur Verdeutlichung

der Bahnschneideinrichtung, die nach der Erfindung ausgelegt ist.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen scheinatisch eine Anordnung zum Durchtrennen einer sich bewegenden endlosen Bahn 1 eines Flächenmaterials zu gesonderten Blättern in vorbestimmter Abfolge. Drehbar angetriebene obere und untere Schneidzylinder 2 und 3 sind quer zur Bahn 1 angeordnet. Die Zylinder haben an ihren Oberflächen axial verlaufende Messer 4 und 5 jeweils. Die Messer 4 und 5 verlaufen unter einem kleinen Winkel zu den Zylinderachsen in Form einer Wendel. Zur Kompensation hierfür und um eine Schnittlinie zu erreichen, die genau senkrecht zur Bahnbewegung ist, sind die Zylinder 4 und 5 geringfügig abgeschrägt, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Wenn sich die Zylinder in Gegenrichtungen drehen, nähern sich die Messer 4 und 5 einander kurz vor dem Totpunkt, wie dies in durchgezogener Linie in Figur 2 gezeigt ist. Dann kommen sie in Eingriff miteinander und die Bahn wird mit Hilfe einer Scherwirkung durchgetrennt, wie dies in gebrochenen Linien gezeigt ist.

Figur 1 zeigt eine Bahn 1, die von einer Vorratsrolle 6 kontinuierlich zugeführt wird, wobei es sich um eine Papier-, Kartonbahn oder dergleichen handelt. Diese von

der Vorratsrolle 6 kommende Bahn wird in einen Walzenspalt 7 zu einer Schneidstation 8 eingeführt, die von den Zylindern 2 und 3 gebildet wird. Die Messer 4 und 5 schneiden die Bahn 1 in aufeinanderfolgenden Bögen 9 zu, die dann über einen weiteren Walzenspalt 10 ausgetragen werden.

Figur 4 zeigt eine Maschine, bei der der Grundgedanke nach der Erfindung verwirklicht ist und die ein Gestell 11 zum Abstützen der verschiedenen Elemente oberhalb des Bodens aufweist. Ein Paar von oberen und unteren zylindrischen Wellen 12 und 13 sind fest in paralleler Anordnung am Rahmen 11 vorgesehen und die Bahn 1 ist dazwischen angeordnet. Die Schneidzylinder 2 und 3 sind auf den zugeordneten Wellen 12 und 13 konzentrisch angebracht, um ein Paar von Schneidanordnungen zu bilden, wobei hohle, längliche rohrförmige Hülsen vorgesehen sind. Die Zylinder 2 und 3 sind so gezeigt, daß an ihnen Schneidmesser 4 und 5 jeweils angebracht sind. Das Paar von Zylindern ist von ihren so geordneten Wellen in Abständen angeordnet und eine Drehunterstützung erfolgt mit einer Stützeinrichtung, die dazwischen angeordnet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Stützeinrichtung eine Mehrzahl von axial im Abstand angeordneter, ringförmiger Innenlager 14, die teilweise zur Unterstützung der dünnwandigen Rohre gegen nach innen wirkende Radialkräfte während des Schneidens der Bahn dienen, auf.

Ringdichtungen 15 und 16 schließen ein Ende des Raumes zwischen den Messerzylindern und den Wellen ab.

Antriebs- bzw. Steuerzahnräder 17 und 18 sind mittels Preßsitz in den anderen Enden der jeweiligen Zylinder 2 und 3 angeordnet und sie sind an diesen mit Hilfe von Schweißstellen 19 und 20 befestigt. Zahnräder 17 und 18 laufen auf entsprechenden Lagern 21 und 22 auf den Endab-

schnitten der jeweiligen Wellen 12 und 13 und sie sind bei der dargestellten Ausführungsform in Kämmeingriff. Antriebseinrichtungen sind vorgesehen, um die Messerzylinder 2 und 3 zum Durchtrennen der Bahn 1 anzutreiben. Diese Antriebseinrichtungen sind in Figur 4 als gesonderte Motoren 23 und 24 mit variabler Drehzahl gezeigt, die auf übliche Art und Weise gesteuert werden. Wie vorliegend in Verbindung mit den massiven Stützwellen angegeben worden ist, treten bei hohen Drehgeschwindigkeiten der Zylinder 2 und 3 ein unerwünschtes Selbsttöngeräusch, ausgehend von den Wellen in Verbindung mit unvollständigen Schnitten durch die Messer 4 und 5 auf. Bei den üblichen Auslegungsformen und unter Berücksichtigung der vorstehend angegebenen Gleichung _ 1

rf /s/

befindet sich die Resonanzfrequenz der Anordnungen in unerwünschter Weise sehr nahe an der Schneidfrequenz infolge der hohen Masse der Wellen. Infolge von turbulenten Schwingungen der Wellen während des Schneidens mit hoher Frequenz führen die Messer 4 und 5 ferner ungleichförmige Schnitte aus.

Nach der Erfindung sind die Stützwellen 12 und 13 jeweils derart ausgebildet, daß sie eine Einrichtung bilden, durch die die Resonanzfrequenz der Wellen erhöht wird und hierdurch die Resonanzfrequenz der Schneidanordnung erhöht wird. Hierzu wird bei der Schneidwelle _ die Wellenmasse dadurch vermindert, daß sie aus einem

dünnwandigen Zylinder 25 besteht, dessen Wand unperforiert ist. Stopfen 26 und 27 sind unter Bildung eines dichten Abschlußes in den Enden des Zylinders 25 festgelegt. Der Stopfen 26 ist fest mit dem Rahmen 11 beispielsweise durch Schweißnähte 2 8 verbunden. Der Stopfen 27 ist im

, /Χι Durchmesser vermindert und geht durch die Lager 21, um fest mit dem Gestell 11 beispielsweise mit Hilfe von Schweißnähten 29 verbunden zu werden. Die so erhaltene Konstruktion führt zu einem vollständig geschlossenen/ erweiterten Hohlraum 30, der sich ununterbrochen von dem einen Ende des Zylinders 25 zu seinem anderen zwischen den Stopfen 26 und 27 erstreckt.

Die Konstruktion der Welle 13 ist identisch zu der Welle 12 ausgelegt.

Wenn man die Wellen 12 und 13 auf die vorstehend beschriebene Weise auslegt, so sind ihre Massen beträchtlich reduziert, und als Resultat ergibt sich, daß ihre Resonanzfrequenz höher liegt. Die Resonanzfrequenz jeder Welle und der messertragenden Zylinderanordnung ist somit höher als die Schwingungsfrequenz, die durch das zugeordnete Messer während des Durchtrennens von aufeinanderfolgenden Bögen 9 bei hoher Geschwindigkeit erzeugt wird. Hierdurch wird ein Selbsttönen so weit wie möglich reduziert.

Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß bei einer Schneidfrequenz der Messer 4, 5 von etwa 6 Hertz und einer Masse einer Welle 12, 13 der nach der Erfindung ausgelegten Bauart von etwa 50 Masseeinheiten die Resonanzfrequenz der Welle etwa 50 Hertz beträgt.

Im Hinblick auf die verschiedenen Ausbildungsformen nach der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, um die Amplitude der Schwingungsvibrationen der Stützwellen 12, 13 mit geringer Masse während des Hochgeschwindigkeitsschneidens in der Weise zu dämpfen, daß eine Schwingung, die zum Zeitpunkt des jeweiligen Schnittes verursacht wird, im wesentlichen vollständig abgeschlossen ist, bevor der

nächste Schnitt erfolgt. Hierzu ist jeder Hohlraum 30 mit einem fließfähigen/ fest-weichen Dämpfungsmaterial 31 ausgefüllt, das nicht an der Stützwelle 12 oder 13 angebracht ist, mechanisch von diesen unabhängig und frei von diesen ist, so daß die Massenwelle oder ihre Resonanzfrequenz im wesentlichen hierdurch nicht beeinflußt wird. Ein solches Dämpfungsmaterial kann beispielsweise von Sand oder einer Kombination von Bleischrot und dickem, viskosem öl gebildet werden, das die Energie der Verformungsvibrationen absorbiert, um eine Kopplung mit anderen Schwingungen zu vermeiden. Als Folge hiervon wird die Verformung der Wellen 12 und 13 und eine hieraus resultierende Trennung der Messer 4 und 5 vermieden/ so daß man saubere Schnitte insbesondere bei hohen Drehzahlen erhält (bei einer gegebenen Schneidfrequenz), die in der Größenordnung von 150 bis 300 Upm liegt.

Die Wellen 12 und 13 können jeweils dadurch angeordnet werden, daß ein Stopfen 26 darin festgelegt wird, die Welle in vertikaler Richtung gedreht und das Dämpfungsmaterial 31 in das oben offene Ende eingegossen wird. Dann wird der Stopfen 27 am oberen Ende zum dichten Verschließen des Materials 31 befestigt. Dann wird die Welle am Gestell 11 angebracht.

Obgleich die Grundgedanken nach der Erfindung sich im Nachhinein als relativ unkompliziert und einfach darstellen, bringen sie einen beträchtlichen Vorteil hinsichtlich der Arbeitsweise von Bahn-Schneideinrichtungen gegenüber jenen, die in den vorstehend genannten Patentschriften angegeben sind. Insbesondere werden die Schwierigkeiten hinsichtlich des Selbsttönes und der ungenügenden Schnitte überwunden.

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Claims

GRÜNECKER. KINKELDEY. STOCKMAIR & PARTNER MARQUIP, INC: North Airport Road Phillips, Wisconsin 54555 USA PATENTANWÄLTE A GRUNECKER. :>■*■. ^c. DR H KiNKELDEY [■■··<. inc, DR W STOCKMAIR t>.oi ing «ι 'CA.'tc·· DR K SCHUMANN r»»i p">s P H JAKOB. D πι inc. DR G BEZOLD. 01=.. chem W MEISTER D.»t mc. H HILGERS. cp. iNG DR H MEYER-PLATH. d'Pu ΐΝύ DR M BOTT-BODENHAUSEN- d,»_-—.s DR U KiNKELDEY. CWl-BO1 8000 München 22 MAXIMILIANSTRASSE 56 P 19 656 Bahnschneidvorrichtung Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Abschneiden einer Mehrzahl von 25 einzelnen Bögen in Aufeinanderfolge aus einer sich in Längsrichtung bewegenden endlosen Materialbahn mit

(a) einem Gestell,

(b) einem Paar von länglichen, rohrförmigen Schneidzylindern, die zusammenarbeitende Messer auf ihren Wänden zum Durchtrennen der Bahn haben.

(c) Stützwellen, die konzentrisch in den Schneidzylindern angeordnet und fest mit dem Gestell verbunden sind,

(d) einer Abstützung, die im Inneren der Schneidzylinder angeordnet ist und die Zylinder und die Wellen mechanisch verbindet, und

(e) einer Einrichtung, die die Schneidzylinder mit einer Drehgeschwindigkeit für eine vorgegebene Schneidfrequenz drehantreibt, wobei Schwingungen bei jedem Schnitt durch die Messer erzeugt werden, die zu den Wellen übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß

(f) jede Stützwelle (12, 13) einen unperforierten, dünnwandigen Zylinder (25) mit geschlossenen Enden aufweist, der einen vergrößerten geschlossenen Hohlraum (30) bildet, der sich von dem

einen Ende des Zylinders zu dessen anderem Ende erstreckt, so daß die Resonanzfrequenz jeder Anordnung bestehend aus Welle und Schneidzylinder relativ zur Schneidfrequenz maximiert ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (31) im Hohlraum angeordnet ist, die an der Stützwelle nicht angebracht ist und mechanisch von dieser frei ist, um die Amplitude der Schneidschwingungen derart zu dämpfen, daß sie zwischen aufeinanderfolgenden Schnitten isoliert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Amplitudendämpfungseinrichtung (31) ein fließfähiges, fest-weiches Material aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Amplitudendämpfungseinrichtung (31) Sand ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudendämpfungseinrichtung (31) eine Kombination aus Bleischrot und dickem viskosem öl ist. 5

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Masse der Stützwelle (12, 13) eine Resonanzfrequenz nach Maßgabe folgender Gleichung: 10

rf (Resonanzfrequenz) /—' -=== (Masse)

erzeugt, die höher als die Schneidfrequenz ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ze ichnet, daß die Schneidfrequenz etwa 6 Hertz beträgt und daß die Masse etwa 50 Masseeinheiten hat, sowie sich die Resonanzfrequenz etwa auf 50 Hertz beläuft.