DE4206329A1

DE4206329A1 - Presseinrichtung fuer schneidemaschinen

Info

Publication number: DE4206329A1
Application number: DE4206329A
Authority: DE
Inventors: Johann Schaeffer; Johannes Skrzypczak; Thomas Warnatsch
Original assignee: PERFECTA SCHNEIDEMASCHINENWERK GmbH
Current assignee: PERFECTA SCHNEIDEMASCHINENWERK GmbH
Priority date: 1992-02-29
Filing date: 1992-02-29
Publication date: 1993-09-02

Description

Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft eine Preßeinrichtung mit einem elektromotorischen Antrieb für Schneidemaschinen zum Beschneiden von Papier, Pappe o. dgl., mit einem Messer, Einmesserschneidemaschinen als auch für Dreimesserschneidemaschinen zum Beschneiden eines Buchblock-, Broschürenstapels o. dgl.

An Schneidemaschinen wird die zum Festhalten des Schneidgutes während des Schneidprozesses benötigte Preßkraft durch fünf Hauptprinzipien, durch einen hydraulischen, mechanischen, pneumatischen, elektromotorischen oder reinen Hybridantrieb realisiert.

Dabei haben sich für Einmesserschneidemaschinen standardmäßig hydraulische Antriebssysteme für die Hubbewegung des Preßbalkens durchgesetzt. Hydraulische Antriebssysteme haben den Vorteil, daß der Preßdruck in weiten Grenzen einstellbar ist und entsprechend des technologischen Verarbeitungsprozesses Sonderfunktionen, wie z. B. Sicherheitspreßdruck für mechanisches Schnittandeuten, variable Vorpreßzeit und Pressen ohne Schnitt, realisierbar sind.

Die hydraulische Preßeinrichtung einer solchen Einmesserschneidemaschine mit Pumpe, Ölbehälter, Steuerung und Preßzylinder ist sehr platzintensiv und wegen ihrer, mit hoher Präzision gefertigten Teile teuer in der Herstellung. Außerdem ist eine größere Antriebsleistung der Schneidemaschine erforderlich, weil Schneid- und Preßarbeit zeitgleich zusammenfallen.

In der DT-AS 2 43 684 wird eine elektromechanische Pressung vorgeschlagen, wobei der elektromotorische Antrieb des Preßbalkens von einer, von einem Motor angetriebenen vertikalen Welle über Kette, Zahnriemen o. dgl. eine dem Preßbalken zugeordnete vertikale Welle treibt.

Nachteil eines derartigen Hubantriebes ist, daß man den Elektromotor beim Auftreffen des Preßbalkens auf das Schneidgut, nach erreichen einer vorgegebenen Einpreßkraft, augenblicklich stillsetzen müßte oder aber eine Rutschkupplung o. dgl. zur Kraft-/Momentenbegrenzung einbauen müßte. Jede dieser möglichen Preßkraftbegrenzungselemente würde zudem zusätzlichen Aufwand sowie erhöhte Rüstzeiten bedeuten.

Bei einer in der DE-AS 10 28 533 beschriebenen Dreimesserschneidemaschine beschrieben, wird die benötigte Preßkraft auch durch einen Hydraulikzylinder aufgebracht. Die Vor- und Nachteile sind jedoch die gleichen, wie bereits bei den Einmesserschneidemaschinen beschrieben.

An Maschinen mit einer mechanischen Preßeinrichtung wird die Preßkraft durch einen gegen eine Preßfeder arbeitenden, meist eine Kniehebelstellung nutzenden, Kurven-Koppelmechanismus aufgebracht.

Vorteilhaft ist hierbei der erreichte vollständige Zwangslauf mit der Grundmaschine, womit eine Synchronlaufüberwachung entfallen kann und daß der Aufbau der Preßkraft in sehr kurzer Zeit möglich ist.

Der Nachteil besteht jedoch darin, daß mechanische Federsysteme nach einer linearen Federkraft-Hub-Kennlinie arbeiten. Da aber unabhängig von der Beschnitthöhe eine bestimmte Preßkraft erforderlich ist, muß eine Hublagenzuordnung als zusätzliche Einstelloperation vorgesehen werden.

Bedingt durch den Aufbau der Preßkraft durch Längenveränderung der Feder, kann die Preßkraft nach erfolgtem Schnitt nur stetig abgebaut werden, d. h., erst nach dem Entspannen der Feder kann das Preßelement z. B. der Preßstempel das Schneidgut freigeben.

Um den dazu notwendigen Zeitanteil, insbesondere bei Fließdreischneidern, für andere Operationen nicht zu verlieren, wird bei verschiedenen Maschinen der Pressungsabbau vor dem Durchschnitt der jeweiligen Messergattung begonnen, was jedoch zu einer Verschlechterung der Schnittqualität führen kann.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Verstellung der Preßkraft nur mittels einer großen Übersetzung bzw. eines großen Drehmomentes möglich ist, da die Preßfedern, die eine hohe Federsteifigkeit aufweisen, vorgespannt werden müssen. Um diese Nachteile einer Federpressung zu beseitigen, ist in der DR Patentschrift 2 04 203 eine Preßeinrichtung beschrieben, bei der durch ein Gestänge eine Eilgangfunktion und durch eine Spindel eine Nachpreßfunktion realisiert wird. Bei dieser Lösung ist jedoch der mechanische Realisierungsaufwand insbesondere im Hinblick auf automatische Funktionen sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Preßeinrichtung mit einem elektromotorischen Antrieb für Schneidemaschinen derart zu verbessern, daß der Antrieb für das Preßelement unter Beachtung geringster Baumasse, ohne aufwendige Verstelloperationen nach einer vorgegebenen Kennlinie einstellbar ist und daß die Hubbewegung in Abhängigkeit von der Einsatzhöhe des Schneidgutes vorwählbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe an einer Preßeinrichtung, mit einem elektromotorischen Antrieb, für Schneidemaschinen zum Beschneiden von Papier, Pappe o. dgl., dadurch gelöst, daß der Antrieb für das Preßelement durch einen in Drehmoment und/oder Drehzahl regelbaren Servomotor erfolgt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Preßelement durch den Servomotor über einen Zahnriemen, eine Spindel treibend, angetrieben wird, wobei eine auf der Spindel angeordnete, mit dem verdrehgesicherten Preßelement fest verbundene, Mutter das Preßelement direkt gegen das Schneidgut treibt, oder über ein Führungsgetriebe indirekt einen Preßbalken antreibt.

Das Preßelement und die Mutter wird mittels einer, dem Preßelement zugeordneten Linearführung und einer oder mehreren dem Maschinengestell zugeordneten Linearwälzeinheiten, die gleichzeitig die Führung des Preßelementes bilden, verdrehgesichert.

Vorteilhafterweise ist die Mutter und die sie treibende Spindel als Wälzschraubtrieb ausgebildet.

Zur Einstellung der optimalen Einpreßbedingungen, ist der Servomotor mit einem Kurbelwellenkodierer für die Bewegung des Preßelementes, einem Servotranslator, einem Einsatzhöhen-Positionsrückhubkodierers und einer Einrichtung, die auf elektrischem Weg den Maschinenzyklus mit dem Servotranslator verbindet, verbunden.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Dreimesserschneidemaschine,

Fig. 2 die schematische Schnittdarstellung durch eine Preßeinrichtung,

Fig. 3 ein Blockdiagramm, in welchem die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Steuer- bzw. Regelkomponenten und den Bauteilen dargestellt sind,

Fig. 4 die schematische Darstellung einer Einmesserschneidemaschine.

Fig. 1 zeigt eine Dreimesserschneidemaschine mit einem Maschinengestell 1, dem ein Schneidtisch 4 zur Aufnahme eines Buchblock-, Broschürenstapels o. dgl., im folgendem Schneidgut 5 genannt, zugeordnet ist. Das Schneidgut 5 wird durch nicht dargestellte Mittel dem Schneidtisch 4 zugeführt, dort ausgerichtet und durch eine Preßeinrichtung 18 lagegenau gehalten.

Ein über dem Schneidtisch 4 angeordnetes Quermesser 3 ist über Quermesserlenker 11 mit dem Maschinengestell 1 gelenkig verbunden und wird in nicht dargestellten Führungen geführt. An das Quermesser 3 greift eine Quermesserzugstange 10, die mit einer Quermesserantriebskurbel 8 eines Messerantriebes 6 gelenkig verbunden ist, an.

Zwei Seitenmesser 2, 2′ sind drehfest auf einer Seitenmesserträgerwelle 16 axial verschiebbar angeordnet.

Die Seitenmesserträgerwelle 16 wird über Führungssteine 17 in einer Seitenmesserträgerführung 15 geführt. An einer Seite der Seitenmesserträgerwelle 16 greift drehfest ein Führungsarm 12 an, dessen freies Ende einen Gleitstein 13 in einer Schwingschnittführung 14 führt.

Zwei Seitenmesserzugstangen 9, 9′ sind an ihren Enden drehbar mit Antriebskurbeln einer Seitenmesserkurbelwelle 7 und der Seitenmesserträgerwelle 16 verbunden.

Fig. 2 zeigt einen von einer Ansteuerung 31 gesteuerten Servomotor 19, der mit dem Maschinengestell 11 verbunden ist und auf einem Wellenstumpf 20 eine Zahnriemenscheibe 21 trägt. Eine zweite Zahnriemenscheibe wirkt als Abtriebsscheibe 23 und ist drehsteif mit einer Spindel 24 verbunden.

Ein Zahnriemen 22 bildet die Verbindung zwischen der Zahnriemenscheibe 21 und der Abtriebsscheibe 23.

Die Spindel 24 ist in einem, dem Maschinengestell 1 zugeordneten, mit einem kombinierten Axial-Radiallager versehenen Flanschlager 26 gelagert und trägt eine, mit einem Preßelement 28 fest verbundene Mutter 27.

Durch eine am Preßelement 28 angeflanschte Linearführung 29, die in am Maschinengestell 1 befestigten Linearwälzeinheiten 30 geführt wird, wird das Preßelement 28 mit der Mutter 27 geführt und gleichzeitig verdrehgesichert.

Das Preßelement 28 ist mit einer formatabhängigen Preßplatte 32 versehen.

In Fig. 4 ist schematisch eine Einmesserschneidemaschine dargestellt, deren Preßbalken 33 in gestellfesten Führungen 34, 34′ des Maschinengestells 1 auf das auf dem Schneidtisch 4 positionierte Schneidgut 5 auf und ab bewegbar ist.

Zwei gleiche, um feste Drehpunkte im Maschinengestell 1 schwenkbare, Winkelhebel 35, 35′ sind mit ihren unteren Schenkeln an den Enden einer Verbindungsstange 36 angelenkt. Die oberen Schenkel der Winkelhebel 35, 35′ sind an je einer Zugstange 37, 37′ angelenkt, die an den senkrecht im Maschinengestell 1 geführten Preßbalken 33 angreifen. Am unteren Schenkel des links angeordneten Winkelhebels 35 greift ferner eine Druckstange 38, die mit ihrem anderen Ende gelenkig mit dem servogetriebenen Preßelement 28 verbunden ist, an.

Zwei im Maschinengestell 1 drehbar gelagerte Gleitsteine 39, 39′ führen einen Messerträger 40 in Richtung seiner Führungsschlitze. Eine Messerträgerzugstange 41 verbindet eine Kurbel 42 mit dem Messerträger 40. Die Kurbel 42 ist drehfest mit einer Kurbelwelle 43 und einem Kurbelwellenkodierer 44, verbunden.

Am Maschinengestell 1 sind weiterhin ein Bedientableau mit einem Servotranslator 45, einem Preßkraftregler 49, einem Einsatzhöhenregler 50 und ein Servoverstärker 46 befestigt. Dem Servomotor 19 ist ein Tachometer 47 und ein Einsatzhöhen- Positionsrückhubkodierer 48 zugeordnet, die jedoch nur in Fig. 3 dargestellt sind.

In Fig. 3 ist ein Blockschema gezeigt, um die Beziehung zwischen den Steuerelementen der in Fig. 4 beschriebenen Einmesserschneidemaschine und ihrer servogetriebenen Preßeinrichtung darzustellen.

Der Hauptkodierer ist der Kurbelwellenkodierer 44, welcher eine der Kurbelwelle 43 relevante Nullmarke schafft. Das Kodiersignal wird zu dem Hauptkodiererinterface des Servotranslators 45 geleitet, welcher das Signal für das Maschinenzeitgebermodul verarbeitet und der die für den Profilgenerator verfügbare Zeit in Maschinengrad bestimmt.

Das erzeugte Profil wird zum Befehlsgenerator geleitet, welcher über den Servotranslator 45 den Servoverstärker 46 anweist, den Servomotor 19 zu erregen um das Preßelement 28 anzutreiben.

Der Servomotordrehzahlgeber bzw. das Tachometer 47 gibt die Servomotorgeschwindigkeit zum Servoverstärker 46 zurück, der mit der Kontaktberührung des Preßbalkens 33 mit dem Schneidgut den Servomotor bis zum Erreichen der voreingestellten Preßkraftgröße bis zur Drehzahlnorm abtourt und sich während des Schnittvorganges der Haltebetrieb einstellt.

Der Einsatzhöhen-Positionsrückhubkodierer 48 wird zum Servotranslator 45 zurückgeführt, der nach Beendigung des Schnittvorganges und Einleitung des Rückhubes des Preßbalkens 33 in die Ausgangslage nach Erreichen der voreingestellten Einsatzhöhe dem Profilgenerator signalisiert, daß der Zyklus abgeschlossen ist.

Die in dem mit gestrichelten Linien umrandeten Kästchen enthaltenen Bauteile sind alternative Ausführungsformen zum Erreichen der befohlenen Preßkraft und Hubhöhe des Preßbalkens entsprechend der Preßkraftkennlinie und der Einsatzhöhe der Einmesserschneidemaschine.

Diese Kästchen stellen von der Bedienperson gesteuerte Preßkraft- und Hubhöhenauswahl dar, in welche die Bedienperson die gewünschte Preßkraft und Hubhöhe eingibt.

Das vorangestellte Blockschaltbild gilt analog für die in Fig. 1 dargestellte Dreimesserschneidemaschine.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schneidemaschinen ist folgende:

Das dem Schneidtisch 4 zugeführte Schneidgut 5, wird durch nicht dargestellte Mittel ausgerichtet und anschließend durch die Preßplatte 32 bzw. durch den Preßbalken 33, der Preßeinrichtung, in seiner Lage festgehalten.

Die Arbeitsweise der Preßeinrichtung ist folgende. Mittels der Ansteuerung 31 wird der Servomotor 19 und somit die Zahnriemenscheibe 21 in eine Drehbewegung versetzt. Die Zahnriemenscheibe 21 treibt über den Zahnriemen 22, die mit der Spindel 24 drehfest verbundene Abtriebsscheibe 23. Durch die der Spindel 24 zugeordnete Mutter 27, die drehfest mit dem Preßelement 28, das durch die Linearführung 29 und die Linearwälzführung 30 verdrehgesichert geführt wird, wandelt sich die Drehbewegung der Spindel 24 in eine Linearbewegung am Preßelement 28 um.

Die Linearführung 29 und die Linearwälzeinheiten 30 bringen die erforderlichen Auflagerkräfte auf und verleihen dem Antrieb die erforderliche Steifigkeit.

Die Bewegung des Preßelementes kann dabei direkt über die Preßplatte 32 auf das Schneidgut 5 wirken oder über das Führungsgetriebe 35, 36, 37, 38 einen Preßbalken 33 antreiben.

Der Servomotor 19 gibt bis zum Erreichen der Normdrehzahl das maximal mögliche Drehmoment ab, wodurch eine Eilgangfunktion erreicht wird.

Von der Bedienperson wird mittels Einsatzhöhenregler 50, entsprechend der zu verarbeitenden Einsatzhöhe automatisch der Zeitpunkt eingestellt, bei dem der Servomotor 19 abtouren soll, um ein sanftes Aufsetzen des Preßbalkens 33 bzw. der Preßplatte 32 auf das Schneidgut 5 zu erreichen. Mittels eines zweiten Reglers, des Preßkraftreglers 49, kann die Stromaufnahme und damit das Drehmoment des Servomotors 19 für den Preßvorgang eingestellt werden, womit eine Begrenzung der Preßkraft erfolgt.

Wird das Schneidgut 5 nach dem Erreichen der eingestellten Preßkraft weiter zusammengedrückt, z. B. durch den Schneidvorgang, so wird die Preßkraft, bedingt durch die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung neu aufgebaut.

Es lassen sich verschiedene Abänderungen bei den beschriebenen Ausführungsformen vornehmen, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Maschinengestell
2 Seitenmesser
3 Quermesser
4 Schneidtisch
5 Schneidgut
6 Messerantrieb
7 Seitenmesserkurbelwelle
8 Quermesserantriebskurbel
9 Seitenmesserzugstange
10 Quermesserzugstange
11 Quermesserlenker
12 Führungsarm
13 Gleitstein
14 Schwingschnittführung
15 Seitenmesserträgerführung
16 Seitenmesserträgerwelle
17 Führungsstein
18 Preßeinrichtung
19 Servomotor
20 Wellenstumpf
21 Zahnriemenscheibe
22 Zahnriemen
23 Abtriebsscheibe
24 Spindel
25 Axial-Radiallager
26 Flanschlager
27 Mutter
28 Preßelement
29 Linearführung
30 Linearwälzeinheit
31 Ansteuerung
32 Preßplatte
33 Preßbalken
34 Führung
35 Winkelhebel
36 Verbindungsstange
37 Zugstange
38 Druckstange
39 Gleitstein
40 Messerträger
41 Messerträgerzugstange
42 Kurbel
43 Kurbelwelle
44 Kurbelwellenkodierer
45 Servotranslater
46 Servoverstärker
47 Tachometer
48 Einsatzhöhen-Positionsrückhubkodierer
49 Preßkraftregler
50 Einsatzhöhenregler

Claims

1. Preßeinrichtung mit einem elektromotorischen Antrieb für Schneidemaschinen zum Beschneiden von Papier, Pappe o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für das Preßelement (28) der Preßeinrichtung (18) durch einen in Drehmoment und/oder Drehzahl regelbaren Servomotor (19) erfolgt.

2. Preßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß das Preßelement (28) durch den Servomotor über einen Zahnriemen (22), eine Spindel (24) treibend, angetrieben wird, wobei eine auf der Spindel (24) angeordnete, mit dem verdrehgesicherten Preßelement (28) fest verbundene Mutter (27) daß Preßelement (28) direkt gegen das Schneidgut (5) treibt.

3. Preßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Preßelement (28) indirekt über ein ihm zugeordnetes Führungsgetriebe (35, 36, 37, 38) einen Preßbalken (33) antreibt.

4. Preßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßelement (28) und die Mutter (27) mittels der, ihm zugeordneten Linearführung (29) und einer oder mehreren dem Maschinengestell (1) zugeordneten Linearwälzeinheiten (30) die gleichzeitig die Führung des Preßelementes (28) bilden, verdrehgesichert ist.

5. Preßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (27) und die sie treibende Spindel (24) als Wälzschraubtrieb ausgebildet sind.

6. Preßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor mit einem Kurbelwellenkodierer (44) für die Bewegung des Preßelementes (28), einem Servotranslator (45), einem Einsatzhöhen-Positionsrückhubkodierer und einer Einrichtung, die auf elektrischem Weg den Maschinenzyklus mit dem Servotranslator (45) verbindet, verbunden ist.