DE4227359A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von auf einer Auflagefläche gestapelten Papierbögen, Pappen o. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von auf einer Auflagefläche gestapelten Papierbögen, Pappen oder dgl., nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zum Schneiden von Papierbögen oder dgl. wird in einem er­ sten Schritt das Schneidgut auf die Auflagefläche so auf­ gelegt, daß die gewünschte Schnittlinie durch das Schneidgut unter der Schneidkante des Schneidmessers po­ sitioniert ist. Anschließend wird ein Preßbalken auf das Schneidgut abgesenkt, damit das Schneidgut während des Schneidvorganges nicht verrutschen kann. Nun wird das besser abgesenkt und das Schneidgut durchtrennt. Oft ent­ steht bei der Durchtrennung des Schneidgutes ein un­ gleichmäßiges Schnittprofil, so daß die fertigen Nutzen weder verkauft noch gegebenenfalls einer Weiterverarbei­ tung zugeführt werden können. Ferner treten am Schneid­ messer schon nach kurzer Stand zeit Abnutzungserscheinun­ gen auf und die Produktion muß zum Wechsel des Schneid­ messers unterbrochen werden.

Es wurden einige Vorschläge gemacht, um die Schnittquali­ tät zu verbessern und die Stand zeit des Schneidmessers zu verlängern, um so die Produktivität des Schneidverfahrens zu erhöhen.

So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, den Preßdruck des Preßbalkens und den Keilwinkel des Schneidmessers in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des Schneid­ gutes zu variieren. In der Praxis haben sich diese Maß­ nahmen als unbefriedigend herausgestellt.

Weiterhin ist aus der DE-OS 38 01 194 ein Verfahren be­ kannt, bei dem eine materialabhängige Schnittgeschwindig­ keit zur Verbesserung der Schnittqualität und zur Erhö­ hung der Standzeit des Schneidmessers führen soll. Es werden in dieser Druckschrift jedoch keine Angaben über die einzelnen Bewegungsphasen des Schneidmessers und den zeitlichen Verlauf der Schnittgeschwindigkeit gemacht.

Diese Angaben sind aber für die Schnittqualität und die Beanspruchung des Schneidmessers von entscheidender Be­ deutung, wie die nachfolgenden Überlegungen zeigen.

Bei den herkömmlichen Vorrichtungen zur Durchführung des Schneidverfahrens wird die Schneidmesserbewegung mit ei­ nem Kurbeltrieb erzeugt. Als Verbindung zwischen dem Kur­ beltrieb und dem Messerhalter dient eine Zugstange. Wäh­ rend des Schneidvorganges führt der Antrieb der Kurbel eine konstante Winkelgeschwindigkeit w aus, so daß die Schnittgeschwindigkeit bei einer Ab- und Aufwärtsbewegung nicht konstant bleibt, sondern sinuskurvenförmig ver­ läuft. Vom oberen Anschlagpunkt an erhöht sich die Schnittgeschwindigkeit während der Leerlaufphase bis zu ihrem Maximalwert und sinkt dann beim Durchschneiden des Schneidgutes langsam ab. In äquivalenter Weise verläuft die Aufwärtsbewegung des Schneidmessers.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß eine Veränderung der Schnittgeschwindigkeit während des Schneidvorganges für ein ungleichmäßiges Schnittprofil verantwortlich ist und eine unerwünschte Beanspruchung und Verschleiß des Schneidmessers hervorruft. Daher kann ein Verfahren, das, wie es die DE 38 01 194 vorschlägt, nur die materialbezo­ gene Wahl der Schnittgeschwindigkeit vorsieht, weder die Schnittqualität noch die Standzeit des Schneidmessers deutlich verbessern.

Ferner steht eine gezwungenermaßen sinuskurvenförmig ver­ laufende Schnittgeschwindigkeit einer Erhöhung der Ge­ schwindigkeit des gesamten Scheidvorgangs und damit eine Verbesserung der Produktivität entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Geschwindigkeit des Schneidvorganges erhöht und die Schnittqualität verbessert wird, ohne die Standzeiten des Schneidmessers zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Geschwindigkeit des Schneidmessers jeweils in der Leerlauf-, Schnitt- und Aufwärtsbewegungsphase mittels einer Steuereinheit optimiert wird, wodurch die Geschwin­ digkeit des gesamten Schneidvorganges deutlich erhöht werden kann. Indem gleichzeitig in die Optimierung vom Bedienungspersonal eingestellte vorrichtungs- und schneidmaterialspezifische Parameter mit einbezogen wer­ den, wird das Schnittprofil und somit die Schnittqualität erheblich verbessert. Eine Optimierung der Schnittge­ schwindigkeit verringert die Belastung und den Verschleiß des Schneidmesser, so daß die Standzeiten des Schneidmes­ sers unter günstigen Umständen noch erhöht werden können.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird so vorgegan­ gen, daß während des Schneidvorganges der Beginn und/oder das Ende der einzelnen Bewegungsphasen aus der Position oder der Druckbelastung des Schneidmessers bestimmt wer­ den.

Auf diese Weise werden die einzelnen Bewegungsphasen wäh­ rend des Schneidvorganges erfaßt, so daß nacheinander Pa­ pierstapel mit unterschiedlicher Stapelhöhe bearbeitet werden können, ohne daß eine Bedienungsperson entspre­ chende Einstellarbeiten an der Schneidvorrichtung oder Steuereinheit vornehmem muß.

Das Verfahren sieht weiter vor, daß vor Beginn des Schneidvorganges die einzelnen Geschwindigkeitsparameter der Leerlauf-, Schnitt- und Aufwärtsbewegungsphase in die Steuereinheit eingegeben werden.

Da eine automatische Optimierung der Geschwindigkeit in der jeweiligen Bewegungsphase mit einfachen Mitteln nicht zu realisieren ist, sondern viele vorrichtungs- und mate­ rialspezifische Faktoren bei der Wahl der optimalen Ge­ schwindigkeit mit einbezogen werden müssen, ist es vor­ teilhaft die Geschwindigkeit für eine bestimmte Bewe­ gungsphase vorher festzulegen und entsprechende Einstell­ arbeiten an der Steuereinheit vorzunehmen.

Weiterhin ist vorgesehen, daß eine an die Materialbe­ schaffenheit des Schneidgutes angepaßte Schnittgeschwin­ digkeit gewählt wird.

Diese Wahl sorgt für eine weitere Reduzierung der Bela­ stung des Schneidmessers, so daß die Standzeit des Schneidmessers erhöht und die Schneidgenauigkeit verbes­ sert wird.

Zur Erhöhung der Geschwindigkeit des gesamten Schneidvor­ ganges ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Ge­ schwindigkeit des Schneidmessers in der Leerlaufphase und die Geschwindigkeit des Schneidmessers in der Aufwärtsbe­ wegungsphase höher als die Schnittgeschwindigkeit gewählt wird.

Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn das Schneidmesser in der Leerlaufphase zuerst mit maximaler Beschleunigung auf maximale Geschwindigkeit beschleunigt, dann mit maximaler konstanter Geschwindigkeit bewegt wird und am Ende der Leerlaufphase mit einer gegenüber dem Be­ trag der maximalen Beschleunigung geringeren Verzögerung auf die optimale Schnittgeschwindigkeit verzögert wird, wenn weiter das Schneidmesser in der Schnittphase mit konstanter optimaler Schnittgeschwindigkeit weiterbewegt wird und am Ende der Schnittphase mit maximaler Verzöge­ rung zum Stillstand verzögert wird und wenn gleich an­ schließend das Schneidmesser in der Aufwärtsbewegungs­ phase zuerst mit maximaler Beschleunigung auf maximale Geschwindigkeit beschleunigt, dann mit maximaler konstan­ ter Geschwindigkeit bewegt wird und am Ende der Aufwärts­ bewegungsphase mit maximaler Verzögerung zum Stillstand verzögert wird.

Bei bester Anschnitt- und Durchschnittqualität des Schneidgutes und langer Standzeit des Schneidmessers wer­ den so die kürzestmöglichen Taktzeiten erreicht.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Schneiden von auf einer Auflagefläche gestapelten Papier­ bögen, Pappen oder dgl. nach dem Oberbegriff des An­ spruches 8.

Diesbezüglich liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zu schaffen, mit der die Geschwindigkeit des Schneidvorganges erhöht und die Schnittqualität verbes­ sert wird, ohne daß die Standzeiten des Schneidmessers verringert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem An­ spruch 8 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.

Dabei ist zur Ab- und Aufwärtsbewegung des Schneidmessers ein Linearantrieb mit dem Messerhalter verbunden. Dieser Antrieb sorgt für einen linearen Bewegungsablauf, so daß die Leerlauf- und Aufwärtsbewegung sehr viel schneller als mit einem herkömmlich eingebauten Kurbelantrieb, der nur einen sinusförmigen Bewegungsablauf ermöglicht, ab­ laufen kann, wodurch die Geschwindigkeit des gesamten Schneidvorganges erhöht wird. Während die Leerlaufphase am oberen Anschlagpunkt des Messerhalters, hängt der Wechsel von der Leerlaufphase zur Schnittphase von der Höhe des Schneidgutes ab. Deshalb ist zumindest ein Meß­ fühler vorgesehen, der beim Wechsel von der Leerlaufphase zur Schnittphase des Schneidmessers ein Signal an die Steuereinheit weiterleitet.

In vorteilhafter Weise ist als Linearantrieb mindestens ein hydraulischer oder elektrischer Antrieb vorgesehen.

Eine praktische Ausgestaltung sieht vor, daß mindestens ein Hydraulikzylinder am Messerhalter befestigt wird. Ein Hydraulikzylinder ist trotz seiner hohen Kraft- und Lei­ stungsdichte, die eine leichte und exakte Führung des Schneidmessers durch das Schneidgut ermöglicht, auch feinfühlig und stufenlos regelbar, was für eine genaue Einstellung der einzelnen Geschwindigkeiten, insbesondere der Schnittgeschwindigkeit, wichtig ist. Er zeichnet sich ferner durch einen ruhigen und schwingungsarmen. Bewe­ gungsablaufaus und sorgt so für eine gute Schnittquali­ tät. Der Motor und die Pumpe sind kompakte Bauteile und die Zuleitungen sind leicht verlegbar, so daß der Motor oder die Pumpe nicht in unmittelbarer Nähe des Messerhal­ ters angeordnet werden muß.

Weiter ist vorgesehen, daß als Meßfühler ein Piezoelement am Messerhalter oder Schneidmesser angeordnet ist.

Das Piezoelement mißt die Druckänderung, wenn das Schneidmesser auf das Schneidgut auftrifft. Bei der Druckänderung ruft eine Spannungsänderung hervor, die der Steuereinheit den Wechsel von der Leerlaufphase in die Schnittphase anzeigt.

Alternativ dazu ist als Meßfühler ein Dehnungsstreifen vorgesehen.

Eine weitere Alternative, wenn ein Hydraulikzylinder als Schneidmesserantrieb vorgesehen ist, besteht darin, daß als Meßfühler ein Druckmeßgerät an einer der Zuleitungen zum Hydraulikzylinder angeordnet wird.

So kann auf einfache Weise der Wechsel von der Leerlauf- in die Schnittphase überprüft werden.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, anhand der das Verfahren und die Vor­ richtung erläutert werden.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Ge­ schwindigkeit des Schneidmessers wäh­ rend eines Schneidvorganges.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung 10. Die Vorrichtung umfaßt eine Auflagefläche 12, auf der das Schneidgut 14 angeordnet ist. Oberhalb der Auflagefläche 12 befindet sich ein Schneidmesser 15, das zur Ab- und Aufwärtsbewegung über einen Messerhalter 17 mit einem Kolben 16 des Hydraulik­ zylinders 18 verbunden ist. Der Hydraulikzylinder 18 wird über eine Pumpe 20, welche von einem Elektromotor 22 an­ getrieben wird, versorgt. Dabei entnimmt die Pumpe 20 die benötigte Hydraulikflüssigkeit einem Flüssigkeitsreser­ voir 24. Die Pumpe ist mit einem Drehzahlmesser 36 oder sonstigem Meßgerät zur Bestimmung der Flüssigkeitsförder­ menge versehen.

Von der Pumpe 20 zum Hydraulikzylinder 18 führt eine Ver­ bindungsleitung 26. Diese ist mit einer Druckmeßeinheit 30 und einem Ventil 32 beaufschlagt. Das Ventil 32 kann als Drosselventil zur Steuerung des Flüssigkeitsdruckes ausgeführt sein. Alternativ kann der Flüssigkeitsdruck über die Pumpenleistung gesteuert werden. Mit einer mit der Druckmeßeinheit 30, dem Ventil 32, dem Drehzahlmesser 36 und gegebenenfalls der Pumpe 20 verbundenen Steuerein­ heit 34 kann so die Geschwindigkeit des Schneidmessers 15 durch Vergleich des Drehzahlmessersignals mit einem Soll­ wert geregelt werden.

Anhand von Fig. 1 und 2 soll nun das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.

Vor Beginn des Schneidvorganges wird das Schneidgut 14 auf die Auflagefläche 12 der Vorrichtung 10 aufgelegt und so positioniert, daß die gewünschte Schnittlinie mit der Schneidkante fluchtet. Weiter werden Einstellarbeiten an der Steuereinheit 34 vorgenommen, um die einzelnen Ge­ schwindigkeitsparameter der Leerlauf-, Schnitt- und Auf­ wärtsbewegungsphase festzulegen. Dabei sollte zur Erhö­ hung der Geschwindigkeit des gesamten Schneidvorganges die Geschwindigkeit des Schneidmessers 15 in der Leer­ laufphase und in der Aufwärtsbewegungsphase höher als die Schnittgeschwindigkeit gewählt werden.

Ferner kann der Preßdruck des Preßbalkens verstellt, ein spezielles Schneidmesser in den Messerhalter eingesetzt und eine an die Materialbeschaffenheit des Schneidgutes angepaßte Schnittgeschwindigkeit gewählt werden, um mög­ lichst alle variierbaren Parameter für der durchzuführende Schneidvorgang zu optimieren.

Der Beginn des Schneidvorganges ist in der graphischen Darstellung des Schneidverlaufes, bei der auf der Ordi­ nate die Geschwindigkeit und auf der Abszisse die Zeit aufgetragen ist, mit dem Buchstaben A gekennzeichnet. Die erste Phase zwischen dem Buchstaben A und B wird als Leerlaufphase bezeichnet. In der Leerlaufphase erhöht sich die Geschwindigkeit von Null auf den eingestellten Maximalwert. Registriert der Druckmeßfühler einen Druck­ anstieg in dem mit dem Buchstaben B angegebenen Zeit­ punkt, wird ein entsprechendes Signal an die Steuerein­ heit weitergeleitet, die daraufhin durch Regeln des Ven­ tils 32 oder der Förderleistung der Pumpe 20 die Ge­ schwindigkeit des Schneidmessers auf den Sollwert für die Schneidphase einstellt. Das Schneidmesser 15 hat in die­ sem Moment mit der untersten Kante das Schneidgut 14 be­ rührt und der Schneidvorgang beginnt.

Während des Schneidvorganges drückt der Zylinderkolben eine Rückstellfeder 19 im Hydraulikzylinder 18 zusammen. Ist der Schneidvorgang in dem mit dem Buchstaben C ange­ gebenen Zeitpunkt beendet, so fällt der Druck der Hydrau­ likflüssigkeit wieder ab. Die Steuereinheit unterbricht darauf den Betrieb der Pumpe und die Rückstellfeder 19 treibt den Kolben und das Schneidmesser in die mit A ge­ kennzeichnete Ausgangsstellung zurück, wobei die Ge­ schwindigkeit wieder von Null auf den eingestellten Maxi­ malwert ansteigt und am Ende wieder auf Null sinkt. Zwi­ schen den Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen wird das Schneidmesser mit konstanter Geschwindigkeit verfah­ ren.

Die Rückstellfeder im Zylinder kann auch durch einen doppeltwirkenden Zylinder mit vorgeschaltetem Wegeventil ersetzt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Schneiden von auf einer Auflagefläche gestapelten Papierbögen, Pappen oder dgl., bei dem ein in einem Messerhalter geführtes Schneidmesser in seiner Aus­ gangsstellung oberhalb des Schneidgutes angeordnet ist, bei dem anschließend durch eine Leerlauf- und Schnittphase umfassende Abwärtsbewegung des Scheidmessers das Schneidgut senkrecht zur Auflagefläche durchtrennt wird und bei dem schließlich das Schneidmesser durch eine Aufwärtsbewegung wieder in seine Ausgangsstellung über­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindig­ keit des Schneidmessers jeweils in der Leerlauf-, Schnitt- und Aufwärtsbewegungsphase mittels einer Steuereinheit optimiert wird und daß die Steuereinheit in die Optimierung vom Bedienungspersonal eingestellte vor­ richtungs- und schneidmaterialspezifische Parameter mit einbezieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schneidvorganges der Beginn und/oder das Ende der einzelnen Bewegungsphasen aus der Position oder der Druckbelastung des Schneidmessers bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor Beginn des Schneidvorganges die einzel­ nen Geschwindigkeitsparameter der Leerlauf-, Schnitt- und Aufwärtsbewegungsphase in die Steuereinheit eingegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Materialbeschaffenheit des Schneidgutes angepaßte Schnittgeschwindigkeit gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Schneidmessers in der Leer­ laufphase höher als die Schnittgeschwindigkeit gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Schneidmessers in der Auf­ wärtsbewegungsphase höher als die Schnittgeschwindigkeit gewählt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmesser in der Leerlaufphase zuerst mit maximaler Beschleunigung auf maximale Geschwindigkeit beschleunigt, dann mit maximaler konstanter Geschwindigkeit bewegt wird und am Ende der Leerlaufphase mit einer gegenüber dem Betrag der maxima­ len Beschleunigung geringeren Verzögerung auf die opti­ male Schnittgeschwindigkeit verzögert wird, daß weiter das Schneidmesser in der Schnittphase mit konstanter op­ timaler Schnittgeschwindigkeit weiterbewegt wird und am Ende der Schnittphase mit maximaler Verzögerung zum Stillstand verzögert wird und daß gleich anschließend das Schneidmesser in der Aufwärtsbewegungsphase zuerst mit maximaler Beschleunigung auf maximale Geschwindigkeit be­ schleunigt, dann mit maximaler konstanter Geschwindigkeit bewegt wird und am Ende der Aufwärtsbewegungsphase mit maximaler Verzögerung zum Stillstand verzögert wird.

8. Vorrichtung (10) zum Schneiden von auf einer Aufla­ gefläche (12) gestapelten Papierbögen, Pappen oder dgl., bei der ein in einem Messerhalter geführtes Schneidmesser (15) in seiner Ausgangsstellung oberhalb der Auflageflä­ che (12) und des Schneidgutes (14) ab- und aufwärtsbeweg­ lich angeordnet ist und bei der durch eine eine Leerlauf- und Schnittphase umfassende Abwärtsbewegung des Scheid­ messers (15) das Schneidgut (14) senkrecht zur Auflage­ fläche (12) durchtrennt wird, und bei der anschließend das Schneidmesser (15) durch eine Aufwärtsbewegung wieder in seine Ausgangsstellung überführt wird dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Linearantrieb mit dem Messerhalter (17) verbunden ist, daß zumindest ein Meßfühler (30) vorgese­ hen ist, der beim Wechsel von der Leerlaufphase zur Schnittphase des Schneidmessers (15) ein Signal an die Steuereinheit (34) weiterleitet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Linearantrieb ein hydraulischer oder ein elektri­ scher Antrieb vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Linearantrieb ein Hydraulikzylinder (18) am Mes­ serhalter angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler (32) ein Piezoelement am Messerhalter oder Schneidmesser ange­ ordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler (32) ein Dehnungsstreifen zwischen dem Linearantrieb und dem Messerhalter (17) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Meßfühler (32 ein Druckmeßgerät an ei­ ner der Zuleitungen (26) zum Hydraulikzylinder (18) vor­ gesehen ist.