DE4404184C2 - Periodisch angesteuerter hydraulischer Linearantrieb, insbesondere für den Messerbalken von Schneidemaschinen für Papier oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen periodisch angesteu­ erten hydraulischen Linearantrieb, insbesondere für den Messerbalken von Schneidemaschinen für Papier oder der­ gleichen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, zur Erzeugung der linearen Hin- und Her­ bewegung des Messerbalkens einer Papierschneidemaschine einen Kurbeltrieb vorzusehen. Kurbeltriebe sind jedoch verhältnismäßig aufwendig. Es ist daher auch bereits be­ kanntgeworden, den Messerbalken mit Hilfe eines hydrau­ lischen Antriebs zu betätigen. Als Antriebsmittel dient ein Arbeitszylinder, der von mindestens einem Steuerventil angesteuert wird. Das Steuerventil verbindet wechselweise die Zylinderräume des Arbeitszylinders mit einer Hydrau­ likquelle, während gleichzeitig der andere Zylinderraum mit dem Tank verbunden wird. Die Steuereingänge des Steuerventils sind mit Gebern verbunden. Die Geber sind zum Beispiel Lichtschranken, welche an den Totpunkten des Messerbalkens angebracht sind, damit eine entsprechende Umsteuerung vorgenommen werden kann, nachdem der Totpunkt erreicht wurde. Der Aufwand für einen hydraulischen An­ trieb ist geringer. Außerdem bietet er höhere Sicherheit, zum Beispiel dadurch, daß mit Hilfe eines Überdruckventils die maximale Preßkraft am Messerbalken begrenzt werden kann. Ferner können hydraulisch relativ leicht Vorkehrun­ gen getroffen werden, um bei Fehlfunktionen den Antrieb unwirksam zu machen.

Die Umschaltung des hydraulischen Antriebs ist naturgemäß abhängig vom Ansprechverhalten der involvierten hydrau­ lischen Komponenten. Diese reagieren zum Beispiel unter­ schiedlich bei unterschiedlich hohen Umgebungstemperaturen. Falls daher nicht besondere Vorkehrungen getroffen werden, kann der Totpunkt für das angetriebene Teil nicht unter allen Umständen reproduzierbar präzise erreicht werden. Dies ist insbesondere für den unteren Totpunkt des Messer­ balkens bei Papierschneidemaschinen kritisch.

Es könnte daran gedacht sein, ein Abschaltventil vorzu­ sehen, das vom Messerbalken bzw. vom Arbeitszylinder be­ tätigt wird. Erreicht der Messerbalken die gewünschte Totpunktposition, sperrt das Abschaltventil die Zufuhr vom Arbeitsmedium zum Arbeitszylinder. Dadurch läßt sich der Messerbalken in die gewünschte Endposition bringen. Aus verständlichen Gründen kann das Abschaltventil nicht schlagartig geschlossen werden, vielmehr muß bei der An­ näherung an den Totpunkt eine zunehmende Drosselung vorge­ nommen werden. Die zunehmende Drosselung reduziert jedoch die Kraft des Arbeitszylinders, die dann am Totpunkt unter Umständen nicht mehr ausreichend ist, um den gewünschten Schneidvorgang einwandfrei durchzuführen.

Aus der DE 32 06 681 ist auch bekanntgeworden, zwischen einem Hydraulikzylinder und einem Messerbalken für eine Papierschneidemaschine ein Kniehebelgestänge anzuordnen. Ein erster Hebel ist ortsfest angelenkt, während ein zwei­ ter Hebel mit einem Lenker verbunden ist, dessen eines Ende an den Messerbalken angelenkt ist. Die beiden Hebel sind gemeinsam an der Kolbenstange des Arbeitszylinders angelenkt. Bei jeder vollen Hubbewegung der Kolbenstange führt der Messerbalken eine volle Schneid- und Rückbewe­ gung aus. Die Kinematik ist mithin ähnlich wie bei einem Kurbeltrieb. Sie ist indessen mit einem geringeren Aufwand herzustellen und zu betreiben. Am Messerbalken greifen indessen je nach Stellung des Arbeitskolbens unterschied­ lich gerichtete Kräfte an. Außerdem läßt sich die Totpunkt­ position nicht ohne weiteres verstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen periodisch angesteuerten hydraulischen Linearantrieb, insbesondere für den Messerbalken von Schneidemaschinen für Papier oder dergleichen, zu schaffen, mit dem präzise eine einstellbare Totpunkt­ position mit vorgegebener Kraft angefahren werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein hydraulischer Antrieb hat bekanntlich den Vorteil, daß der Hub variabel gemacht werden kann, was bei einem Kur­ beltrieb nicht möglich ist. Außerdem lassen sich auf ein­ fache Weise die Schnittgeschwindigkeiten verändern. Auch die Maschinensicherheit ist, wie schon erwähnt, relativ hoch. Der erfindungsgemäße Linearantrieb vereinigt diese Vorteile mit dem weiteren, daß eine genaue Totpunktposi­ tion mit ausreichender Kraft angefahren werden kann. Die Erfindung sieht zwar ebenfalls ein Abschaltventil vor, das bei Annäherung an den Totpunkt zunehmend gedrosselt wird. Bei einem bestimmten Gegendruck an der Drossel wird in­ dessen der Arbeitsdruck auf den Kolben der Regelkolbenzylinder­ anordnung geleitet, der den Druck auf den angesteuerten Zylinderraum weitergibt, und zwar so lange, wie der Kolben im Zylinder verstellt werden kann. Das Ende des Verstell­ wegs des Kolbens der Regelkolbenzylinderanordnung bestimmt mithin die exakte Totpunktposition. Außerdem wird dadurch ermöglicht, daß der Totpunkt mit ausreichend großer Kraft angefahren wird, was insbesondere für Papierschneidema­ schinen wichtig ist.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Kolben der Regelkolbenzylinderanordnung entgegengesetzt der Druckrichtung durch eine Feder vorgespannt. Dadurch wird der Zeitpunkt verzögert, an dem er sich bei ausreichender Beaufschlagung von der Druckseite in Bewegung setzt.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß am Zylinder der Regelkolbenzylinderanordnung ein verstellbarer Anschlag für den Kolben vorgesehen ist, der den Verstell­ weg in Druckrichtung begrenzt. Auf diese Weise läßt sich der Totpunkt des Arbeitszylinders variieren.

Eine zweite Alternative der Lösung der obigen Aufgabe geht aus von dem Antrieb des anzutreibenden Teils über ein Kniehebelgestänge. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß ein Hebel des Kniehebelgestänges an einem Ende an einer Stange oder dergleichen angelenkt ist, die in einer Geradführung gelagert und ihrerseits an dem anzutreibenden Teil ange­ lenkt ist und die Länge der Stange veränderbar ist. Mit Hilfe der längenveränderlichen Stange oder dergleichen läßt sich die exakte Totpunktposition ebenfalls auf ein­ fache Weise verstellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Papierschneidemaschine mit einem Hydraulikantrieb.

Fig. 2 zeigt ein Teil einer hydraulischen Steuerschaltung für den Hydraulikantrieb nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform eines Hydraulikantriebs für eine Papierschneidemaschine.

Eine Papierschneidemaschine 10 weist einen Messerbalken 12 auf, dessen Ausbildung und Lagerung nicht näher darge­ stellt ist. An den Messerbalken 12 ist ein Arbeitszylinder 14 angelenkt, der bei 16 ortsfest angelenkt ist. Mit Hilfe von Kulissenführungen 18 wird der Messerbalken 12 schräg zur Vertikalen auf- und abbewegt. Die periodische Hubbe­ wegung erfolgt durch eine im einzelnen nicht dargestellte Steuerventilanordnung für den Arbeitszylinder 14. Die Um­ schaltung am oberen und unteren Totpunkt erfolgt zum Bei­ spiel durch geeignete Geber, welche die Position des Messerbalkens 12 erfassen. Hierzu können zum Beispiel Lichtschranken vorgesehen werden (nicht gezeigt), deren Signale in entsprechende Signale, beispielsweise elek­ trische Signale für Magnetventile, umgewandelt werden.

In Fig. 2 ist der Arbeitszylinder 14 schematisch darge­ stellt. Sein Kolben 20 unterteilt den Zylinder 14 in die Zylinderräume 22 und 24. Die Zylinderräume 22, 24 sind über ein Abschaltventil 26 bzw. ein Rückschlagventil 28 mit den Leitungen 30 bzw. 32 verbunden, die mit nicht ge­ zeigten Steuerventilen in Verbindung stehen, um wahlweise die Zylinderräume 22, 24 mit einer Druckmittelquelle bzw. mit einem Tank zu verbinden. Das Abschaltventil 26 ist durch eine Feder 34 in die Öffnungsstellung vorgespannt. Es weist einen Schaltstößel 36 auf mit einem Steueran­ schlag 38, daß mit einem Steueranschlag 40 an der Kolben­ stange 42 zusammenwirkt. Der Anschlag 40 weist eine schräge Nockenfläche 44 auf dergestalt, daß der Schalt­ stößel 36 bei einer Bewegung der Kolbenstange 42 nach rechts zunehmend in das Ventilgehäuse hineinbewegt wird, so daß das über die Leitung 30 zuströmende Medium zuneh­ mend gedrosselt wird.

Parallel zum Abschaltventil 26 ist eine Regelkolbenzylinderan­ ordnung 48 geschaltet mit einem Zylinder 50 und einem Kolben 52. Eine gestrichelt gezeichnete Feder 54 spannt den Kolben nach unten, d. h. entgegengesetzt der Druck­ richtung vor. Im Zylinder 50 ist ferner ein Anschlag 56 angeordnet, gegen den der Kolben 52 anstößt, wenn er nach oben verstellt wird. Der Anschlag 56 ist verstellbar.

Ein weiteres Rückschlagventil 58 ist parallel zum Schalt­ ventil 26 und zur Regelkolbenzylinderanordnung 48 geschaltet und öffnet bei ausreichendem Druck im Zylinderraum 22.

Nähert sich der Arbeitskolben 20 der gewünschten Totpunkt­ position für den Messerbalken 12, wirkt die Nockenfläche 44 mit dem Anschlag 38 zusammen, so daß das Abschaltventil 28 zunehmend gedrosselt wird. Ist der am Eingang des Ab­ schaltventils 26 anstehende Druck ausreichend groß, beginnt sich der Kolben 52 in Richtung Anschlag 56 zu bewegen ent­ gegen der Feder 54. Der Kolben 52 bewegt sich auch weiter, nachdem das Abschaltventil 26 geschlossen ist. Dadurch wird noch das Volumen, das sich im Zylinder 50 befindet, in den Zylinderraum 22 hineingedrückt, bis der Kolben 52 den Anschlag 56 erreicht hat. Damit hat auch der Kolben 20 seine End- oder Totpunktposition erreicht. Durch Verstel­ lung des Anschlags 56 kann der Totpunkt des Kolbens 20 in Grenzen verstellt werden. Wie erkennbar, ist die Kraft des Kolbens 20 bis zum Erreichen der Totpunktposition in glei­ cher Höhe wie auf dem Weg vorher. Die Schneidkraft kann daher bis zur Totpunktposition auf der vorgegebenen Höhe gehalten werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist schematisch eine Papierschneidemaschine 10a dargestellt mit einem Messer­ balken 12a und Kulissenführungen 18a für den Messerbalken 12a. Ein Arbeitszylinder 14a mit einem Kolben 20a betätigt ein Hebelgestänge 60, in dem ein erster Hebel 62 und ein zweiter Hebel 64 an die Kolbenstange 42 angelenkt sind. Der Hebel 64 ist an dem anderen Ende bei 66 ortsfest ange­ lenkt, während der andere Hebel 62 am anderen Ende an einer Stange 68 angelenkt ist, die in einer schematisch dargestellten Geradführung 70 linear geführt ist. Die Stange 68 ist in ihrer Länge verstellbar, wie bei 72 ange­ deutet. Das andere Ende der Stange ist an den Messerbalken 12a angelenkt. Der volle Hub des Arbeitszylinders 14a aus der in durchgehenden Linien gezeigten Position ist gestri­ chelt dargestellt. Während des Hubs des Arbeitszylinders 14a führt der Messerbalken 12a einen Arbeits- und einen Rückhub aus. Der Totpunkt wird bestimmt durch die Addition der Längen der Hebel 62, 64. Er kann jedoch verändert wer­ den durch die Länge der Stange 68.

Claims (4)

1. Periodisch angesteuerter hydraulischer Linearantrieb, insbesondere für den Messerbalken von Schneidemaschinen für Papier oder dergleichen, mit einem einen Kolben aufweisenden Arbeitszylinder, mindestens einem beid­ seits des Arbeitskolbens an den Arbeitszylinder ange­ schlossenen Steuerventil, dessen Steuereingänge mit Gebern verbunden sind zum abwechselnden Verbinden der Zylinderräume mit einer hydraulischen Druckquelle an vorgegebenen Totpunkten, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Zylinderraum (22) über ein Abschaltventil (26) mit dem Steuerventil verbunden ist, das durch die Bewe­ gung des Arbeitszylinders (14) bzw. des Arbeitskolbens (20) betätigt wird und den Durchfluß des Hydraulikme­ diums sperrt, wenn der Antrieb einen Totpunkt erreicht, und parallel zum Abschaltventil (26) eine Regelkolbenzylin­ deranordnung (48) geschaltet ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (52) der Regelkolbenzylinderanordnung (48) ent­ gegengesetzt der Druckrichtung durch eine Feder (54) vorgespannt ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Zylinder (50) der Regelkolbenzylinderanordnung (48) ein verstellbarer Anschlag (56) für den Kolben (52) vorgesehen ist, der den Verstellweg in Druckrichtung begrenzt.

4. Periodisch angesteuerter hydraulischer Linearantrieb, insbesondere für den Messerbalken von Schneidemaschinen für Papier oder dergleichen, mit einem einen Kolben aufweisenden Arbeitszylinder, mindestens einem beid­ seits des Arbeitskolbens an den Antriebszylinder ange­ schlossenen Steuerventil, dessen Steuereingänge mit Gebern verbunden sind zum abwechselnden Verbinden der Zylinderräume mit einer hydraulischen Druckquelle an vorgegebenen Totpunkten, wobei zwischen dem Arbeits­ zylinder und dem anzutreibenden Teil ein Kniehebelge­ stänge angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hebel (62) an einem Ende mit einer Stange (68) oder dergleichen gelenkig verbunden ist, die in einer Gerad­ führung (70) gelagert ist und ihrerseits an dem anzu­ treibenden Teil (12a) angelenkt ist und die Länge der Stange (68) veränderbar ist.